Функциональные свойства Su(Hw)-зависимого комплекса определяются его регуляторным окружением и множественными взаимодействиями на белковой платформе Su(Hw)

Белок Su(Hw) был впервые идентифицирован как ДНК-связывающий компонент инсуляторного комплекса. Инсуляторы представляют собой регуляторные элементы, которые могут блокировать энхансер-промоторные взаимодействия и работать как границы между активным и репрессивным хроматином. Su(Hw)-зави симый белковый комплекс – уникальная модель для изучения инсуляторов, поскольку основные структурные компоненты, влияющие на его активность, уже известны. Однако механизмы, вовлекающие этот комплекс в различные регуляторные процессы, и детали взаимодействий между компонентами Su(Hw) инсуляторов остаются недостаточно изученными. Наши недавние работы выявили детальный механизм формирования и функционирования инсулятора Su(Hw). В представленном обзоре мы демонстрируем, как множественные взаимодействия между основными компонентами Su(Hw)-зависимого комплекса (Su(Hw)/ Mod(mdg4)-67.2/CP190) влияют на его активность. Показываем, что Su(Hw) может регулировать энхансерпромоторные взаимодействия через новый механизм нейтрализации инсулятора и, корме того, участвует в прямой регуляции активности близлежащих промоторов. Наконец, мы описываем механизм формирования «инсуляторных телец» и предлагаем модель, объясняющую их роль в рекрутировании Su(Hw)-зависимого комплекса на хроматин.

Su(Hw), Mod(mdg4)-67.2, CP190, регуляция транскрипции, инсуляция, инсуляторные тельца, белок-белковые взаимодействия

1. Baxley R.M., Bullard J.D., Klein M.W., Fell A.G., Morales-Rosa- do J.A., Duan T., Geyer P.K. Deciphering the DNA code for the function of the Drosophila polydactyl zinc finger protein Suppres-sor of Hairy-wing. Nucleic Acids Res. 2017;45(8):4463-4478. DOI 10.1093/nar/gkx040.

2. Bonchuk A., Denisov S., Georgiev P., Maksimenko O. Drosophila BTB/POZ domains of “ttk group” can form multimers and selec-tively interact with each other. J. Mol. Biol. 2011;412(3):423-436. DOI 10.1016/jjmb.2011.07.052.

3. Bonchuk A., Maksimenko O., Kyrchanova O., Ivlieva T., Mogila V, Deshpande G., Wolle D., Schedl P., Georgiev P. Functional role of dimerization and CP190 interacting domains of CTCF protein in Drosophila melanogaster. BMC Biol. 2015; 13:63. DOI 10.1186/ s12915-015-0168-7.

4. Dorn R., Krauss V The modifier of mdg4 locus in Drosophila: function¬al complexity is resolved by trans splicing. Genetica. 2003;117(2-3): 165-177.

5. Gerasimova T.I., Gdula D.A., Gerasimov D.V., Simonova O., Cor- ces V.G. A Drosophila protein that imparts directionality on a chro¬matin insulator is an enhancer of position-effect variegation. Cell. 1995;82(4):587-597.

6. Golovnin A., Biryukova I., Romanova O., Silicheva M., Parshikov A., Savitskaya E., Pirrotta V, Georgiev P. An endogenous Su(Hw) insu-lator separates the yellow gene from the Achaete-scute gene com¬plex in Drosophila. Development. 2003;130(14):3249-3258. Golovnin A., Gause M., Georgieva S., Gracheva E., Georgiev P. The su(Hw) insulator can disrupt enhancer-promoter interactions when located more than 20 kilobases away from the Drosophila achaete- scute complex. Mol Cell. Biol. 1999;19(5):3443-3456.

7. Golovnin A., Mazur A., Kopantseva M., Kurshakova M., Gulak P.V., Gilmore B., Whitfield W.G., Geyer P, Pirrotta V., Georgiev P. Integ¬rity of the Mod(mdg4)-67.2 BTB domain is critical to insulator func¬tion in Drosophila melanogaster. Mol. Cell. Biol. 2007;27(3):963- 974. DOI 10.1128/MCB.00795-06.

8. Golovnin A., Melnick E., Mazur A., Georgiev P. Drosophila Su(Hw) insulator can stimulate transcription of a weakened yellow promoter over a distance. Genetics. 2005; 170(3): 1133-1142. DOI 10.1534/ genetics.104.034587.

9. Golovnin A., Melnikova L., Shapovalov I., Kostyuchenko M., Geor-giev P. EAST organizes Drosophila insulator proteins in the inter-chromosomal nuclear compartment and modulates CP190 binding to chromatin. PLoS One. 2015;10(10):e0140991. DOI 10.1371/ journal.pone.0140991.

10. Golovnin A., Melnikova L., Volkov I., Kostuchenko M., Galkin A.V., Georgiev P. ‘Insulator bodies’ are aggregates of proteins but not of insulators. EMBO Rep. 2008;9(5):440-445. DOI 10.1038/embor. 2008.32.

11. Golovnin A., Volkov I., Georgiev P. SUMO conjugation is required for the assembly of Drosophila Su(Hw) and Mod(mdg4) into insula¬tor bodies that facilitate insulator complex formation. J. Cell Sci. 2012;125:2064-2074. DOI 10.1242/jcs.100172.

12. Harrison D.A., Gdula D.A., Coyne R.S., Corces V.G. A leucine zip¬per domain of the suppressor of Hairy-wing protein mediates its re-pressive effect on enhancer function. Genes Dev. 1993;7(10):1966- 1978.

13. Kim J., Shen B., Rosen C., Dorsett D. The DNA-binding and enhancer¬blocking domains of the Drosophila suppressor of Hairy-wing pro¬tein. Mol. Cell. Biol. 1996;16(7):3381-3392.

14. Krivega M., Savitskaya E., Krivega I., Karakozova M., Parshikov A., Golovnin A., Georgiev P. Interaction between a pair of gypsy in-sulators or between heterologous gypsy and Wari insulators modu¬lates Flp site-specific recombination in Drosophila melanogaster. Chromosoma. 2010;119(4):425-434. DOI 10.1007/s00412-010- 0268-7.

15. Kuhn-Parnell E.J., Helou C., Marion D.J., Gilmore B.L., Parnell T.J., Wold M.S., Geyer P.K. Investigation of the properties of non-gypsy suppressor of hairy-wing-binding sites. Genetics. 2008;179(3):1263- 1273. DOI 10.1534/genetics.108.087254.

16. Kyrchanova O., Chetverina D., Maksimenko O., Kullyev A., Geor- giev P. Orientation-dependent interaction between Drosophila in-sulators is a property of this class of regulatory elements. Nucleic Acids Res. 2008;36(22):7019-7028. DOI 10.1093/nar/gkn781.

17. Lei E.P., Corces V.G. RNA interference machinery influences the nuc¬lear organization of a chromatin insulator. Nat. Genet. 2006;38(8): 936-941. DOI 10.1038/ng1850.

18. Maksimenko O., Bartkuhn M., Stakhov V., Herold M., Zolotarev N., Jox T., Buxa M.K., Kirsch R., Bonchuk A., Fedotova A., Kyrcha-nova O., Renkawitz R., Georgiev P. Two new insulator proteins, Pita and ZIPIC, target CP190 to chromatin. Genome Res. 2015;25(1): 89-99. DOI 10.1101/gr.174169.114.

19. Melnikova L., Kostyuchenko M., Molodina V., Parshikov A., Geor-giev P., Golovnin A. Multiple interactions are involved in a high¬ly specific association of the Mod(mdg4)-67.2 isoform with the Su(Hw) sites in Drosophila. Open Biol. 2017a;7(10):pii: 170150. DOI 10.1098/rsob.170150.

20. Melnikova L., Kostyuchenko M., Molodina V., Parshikov A., Geor-giev P., Golovnin A. Interactions between BTB domain of CP190 and two adjacent regions in Su(Hw) are required for the insula¬tor complex formation. Chromosoma. 2018a;127(1):59-71. DOI 10.1007/s00412-017-0645-6.

21. Melnikova L., Kostyuchenko M., Parshikov A., Georgiev P., Golov-nin A. Role of Su(Hw) zinc finger 10 and interaction with CP190 and Mod(mdg4) proteins in recruiting the Su(Hw) complex to chro¬matin sites in Drosophila. PLoS One. 2018b;13(2):e0193497. DOI 10.1371/journal.pone.0193497.

22. Melnikova L., Shapovalov I., Kostyuchenko M., Georgiev P., Golov-nin A. EAST affects the activity of Su(Hw) insulators by two differ¬ent mechanisms in Drosophila melanogaster. Chromosoma. 2017b; 126(2):299-311. DOI 10.1007/s00412-016-0596-3.

23. Muravyova E., Golovnin A., Gracheva E., Parshikov A., Belenkaya T., Pirrotta V., Georgiev P. Loss of insulator activity by paired Su(Hw) chromatin insulators. Science. 2001;291(5503):495-498. DOI 10.1126/science.291.5503.495.

24. Parkhurst S.M., Corces V.G. Mutations at the suppressor of forked lo¬cus increase the accumulation of gypsy-encoded transcripts in Drosophila melanogaster. Mol. Cell. Biol. 1986;6(6):2271-2274.

25. Parkhurst S.M., Harrison D.A., Remington M.P., Spana C., Kelley R.L., Coyne R.S., Corces V.G. The Drosophila su(Hw) gene, which con¬trols the phenotypic effect of the gypsy transposable element, en¬codes a putative DNA-binding protein. Genes Dev. 1988;2(10): 1205-1215.

26. Parnell T.J., Kuhn E.J., Gilmore B.L., Helou C., Wold M.S., Geyer P.K. Identification of genomic sites that bind the Drosophila suppressor of Hairy-wing insulator protein. Mol. Cell. Biol. 2006;26(16):5983- 5993. DOI 10.1128/MCB.00698-06.

27. Parnell T.J., Viering M.M., Skjesol A., Helou C., Kuhn E.J., Geyer P.K. An endogenous suppressor of hairy-wing insulator separates regu¬latory domains in Drosophila. Proc. Natl. Acad. Sci. USA. 2003; 100(23):13436-13441. DOI 10.1073/pnas.2333111100.

28. Plevock K.M., Galletta B.J., Slep K.C., Rusan N.M. Newly charac-terized region of CP190 associates with microtubules and mediates proper spindle morphology in Drosophila stem cells. PLoS One. 2015;10(12):e0144174. DOI 10.1371/journal.pone.0144174.

29. Schwartz Y.B., Linder-Basso D., Kharchenko P.V., Tolstorukov M.Y., Kim M., Li H.B., Gorchakov A.A., Minoda A., Shanower G., Alekseyenko A.A., Riddle N.C., Jung Y.L., Gu T., Plachetka A., Elgin S.C.R., Kuroda M.I., Park P.J., Savitsky M., Karpen G.H., Pirrotta V. Nature and function of insulator protein binding sites in the Drosophila genome. Genome Res. 2012;22(11):2188-2198. DOI 10.1101/gr.138156.112.

30. Scott K.C., Taubman A.D., Geyer P.K. Enhancer blocking by the Dro-sophila gypsy insulator depends upon insulator anatomy and enhan¬cer strength. Genetics. 1999;153(2):787-798.

31. Smith P.A., Corces V.G. The suppressor of Hairy-wing protein regulates the tissue-specific expression of the Drosophila gypsy retrotranspo- son. Genetics. 1995;139(1):215-228.

32. Soshnev A.A., Baxley R.M., Manak J.R., Tan K., Geyer P.K. The insulator protein Suppressor of Hairy-wing is an essential tran-scriptional repressor in the Drosophila ovary. Development. 2013; 140(17):3613-3623. DOI 10.1242/dev.094953.

33. Soshnev A.A., Ishimoto H., McAllister B.F., Li X., Wehling M.D., Kitamoto T., Geyer P.K. A conserved long noncoding RNA affects sleep behavior in Drosophila. Genetics. 2011;189(2):455-468. DOI 10.1534/genetics.111.131706.

34. Wasser M., Chia W. The EAST protein of Drosophila controls an ex-pandable nuclear endoskeleton. Nat. Cell Biol. 2000;2(5):268-275. DOI 10.1038/35010535.

35. Wei W., Brennan M.D. The gypsy insulator can act as a promoter-spe-cific transcriptional stimulator. Mol. Cell. Biol. 2001;21(22):7714- 7720. DOI 10.1128/MCB.21.22.7714-7720.2001