Insulators in vertebrates: regulatory mechanisms and chromatin structure

Abstract

Инсуляторы были открыты как геномные элементы, способные прерывать связь между промотором и энхансером (энхансер-блокирующая активность) и ограничивать распространение гетерохроматина (барьерная активность). У дрозофилы существует несколько типов инсуляторов, работающих посредством привлечения различных белков. Все описанные инсуляторы у позвоночных животных работают при участии многофункционального транскрипционного фактора CTCF. Биологические функции инсуляторов позвоночных животных не вполне ясны. Хотя принято считать, что они разграничивают хроматиновые домены, прямых свидетельств этому практически нет. Наиболее показательным является участие инсуляторов в работе центров установления импринтинга (imprinting choice regions). Результаты ряда недавно опубликованных работ свидетельствуют о том, что для установления импринтинга существенным является встраивание инактивированного гена в отдельный топологический домен (петлю). В этом и многих других случаях инсуляторы работают в качестве архитектурных элементов, поддерживающих трехмерную организацию генома. Взаимодействие между парами инсуляторов, в котором наряду с CTCF значительную роль играет когезин, организует геном в различного рода петли. Ключевые слова: хроматиновый домен, барьерный элемент, энхансер-блокирующий элемент, CTCF, импринтинг.

Інсулятори було відкрито як геномні елементи, здатні переривати зв’язок між промотором і енхансером (активність, яка блокує функціонування енхансера), та обмежувати поширення гетерохроматину (бар’єрна активність). У дрозофіли існує декілька типів інсуляторів, які працюють із залученням різних білків. Всі описані інсулятори у ссавців працюють за участі багатофункціонального транскрипційного фактора CTCF. Біологічні функції інсуляторів ссавців не до кінця з’ясовані. Хоча багато хто вважає, що вони розмежовують хроматинові домени, прямих свідчень цьому практично немає. Найпоказовішою є участь інсуляторів у роботі центрів встановлення імпринтингу (imprinting choice regions). Результати низки недавно опублікованих робіт свідчать про те, що для встановлення імпринтингу суттєвим є вбудовування інактивованого гена в окремий топологічний домен (петлю). В цьому та в багатьох інших випадках інсулятори працюють як архітектурні елементи, які підтримують тривимірну організацію геному. Взаємодія між парами інсуляторів, у яких поряд з CTCF істотну роль відіграє когезин, організує геном у різного роду петлі. Ключові слова: хроматиновий домен, бар’єрний елемент, енхансер-блокуючий елемент, CTCF, імпринтинг.

Insulators were first identified as genomic elements either blocking communication between promoters and enhancers (enhancerblocking activity) or restricting heterochromatin spreading (barrier activity). There are several types of insulators in Drosophila which utilize different proteins. All insulators identified in vertebrates work with the help of the multifunctional transcription factor CTCF. Biological functions of vertebrate insulators are not clear yet. They are supposed to separate chromatin domains albeit there is almost none direct evidence of this fact. The most significant is the participation of insulators in maintenance of centers of imprinting (imprinting choice regions). The results of a number of recently published articles indicate that isolation of a gene by placement of this gene into a separate topological domain (loop) is crucial to establishing imprinting. In this particular case as well as in many other cases insulators serve as architectural elements supporting the three-dimensional structure of genome. Moreover, interaction between pairs of insulators where cohesin plays a pivotal role along with CTCF folds genome into various loops. Keywords: chromatin domain, barrier element, enhancer-blocking element, CTCF, imprinting.