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. https://doi.org/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. https://doi.org/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. https://doi.org/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. https://doi.org/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. https://doi.org/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. https://doi.org/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. https://doi.org/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. https://doi.org/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. https://doi.org/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. https://doi.org/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. https://doi.org/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. https://doi.org/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. https://doi.org/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. https://doi.org/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. https://doi.org/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. https://doi.org/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. https://doi.org/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. https://doi.org/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. https://doi.org/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. https://doi.org/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. https://doi.org/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. https://doi.org/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. https://doi.org/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. https://doi.org/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. https://doi.org/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. https://doi.org/10.1128/MCB.21.22.7714-7720.2001