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Forschung 8
Abb. 2. Modell für die Initiation epigenetischer
Transkriptionsaktivierung
(siehe Text).
Zusammengefast deuten diese Untersuchungen
an, dass Ash1 die in vitro identifizierten Zielaminosäuren
in Drosophila methyliert um Genexpression
zu aktivieren.
Basierend auf diesen Ergebnissen stellt sich die
Frage, wie das von Ash1 vermittelte Methylierungsmuster
Transkriptionsaktivierung auf
molekularer Ebene bewirkt. Untersuchungen
mit dem Heterochromatin bindenden Protein 1
(HP1) haben gezeigt, dass dieses Protein spezifisch
methyliertes Lysin 9 in H3 bindet (Bannister
et al., 2001; Lachner et al., 2001). Dieses
und andere Ergebnisse haben zu der Hypothese
geführt, dass methylierte Aminosäuren als
Erkennungssequenz für spezifische Proteine
dienen können, die diese methylierten Seitenketten
erkennen, binden und dann die Ausführung
eines spezifischen biologischen Prozesses
steuern. Basierend auf dieser Hypothese
haben wir mit Hilfe von Protein:Protein Interaktionsexperimenten
versucht Proteine zu
identifizieren, die spezifisch an das Ash1
Methylierungsmotiv binden oder deren Interaktion
mit Chromatin durch dieses Methylierungsmuster
inhibiert wird. Wir konnten eine
Gruppe von potentiellen epigenetischen
Repressoren isolieren, deren Interaktion mit
Chromatin durch Ash1-vermittelte Methylierung
von H3 und H4 inhibiert wird. Diese
Repressoren sind HP1, der epigenetische
Repressor Polycomb, und die p55 Untereinheit
des «chromatin-assembly factors» CAF-1, die
in verschiedenen, an Chromatindynamik beteiligten
Faktoren nachgewiesen wurde (Paro and
Hogness, 1991; Ridgway and Almouzni, 2000;
Bannister et al., 2001; Lachner et al., 2001). Ferner
konnten wir zwei Proteine nachweisen, die
spezifisch an das Ash1 Methylierungsmuster
binden: der epigenetische Aktivator BRAHMA,
eine ATPase, und MOIRA. Beide Proteine sind
Bestandteil eines «chromatin remodeling complexes
(CRF)» (BRAHMA-Komplex). CRFs können
energieabhängig die Struktur von Chromatin
verändern und spielen daher eine wesentliche
Rolle fur die Ausführung DNA-abhängiger
Prozesse im Chromatin. So vermittelt z.B. der
BRAHMA-Komplex in Drosophila epigenetische
Transkriptionaktivierung und vermutlich andere
Transkriptionsereignisse. Diese Ergebnisse
zeigen, dass das Ash1 Methylierungsmuster
zum einen vom BRAHMA-Komplex erkannt und
gebunden wird, und zum anderen die Interaktion
von potentiellen Repressoren mit Chromatin
inhibiert. Um nachzuweisen, dass Ash1-
abhängige Transkriptionsaktivierung mit der
Rekrutierung des BRAHMA-Komplexes korreliert,
haben wir wie oben beschrieben mittels
XChIP die Interaktion des BRAHMA-Komplexes
mit Ash1 Zielgenen in Beinimaginalscheiben
untersucht. Diese Untersuchungen zeigen, dass
der BRAHMA-Komplex nur in Gegenwart des
Ash1-spezifischen Histonmethylierungsmusters
an die Enhancer/Promoter Region von Ash1
Zielgenen rekrutiert wird. Ferner konnten wir
zeigen, dass die Repressoren HP1 und PC nicht
an den trankriptionsaktiven Ubx-Promotor binden.
Diese Ergebnisse deuten an, dass Ash1-
abhängige Transkriptionsaktivierung mit Histonmethylierung
und Rekrutierung des BRAH-
MA-Komplexes korreliert. Zusammengefasst
ergeben unsere Untersuchungen folgendes
Model für die Initiation epigenetischer Aktivierung:
Im ersten Schritt assoziiert Ash1 in einer
derzeit noch unbekannten Weise mit spezifischen
DNA Zielsequenzen (trithorax response
elements) (Abb. 2a) und methyliert dann seine
Zielaminosäuren in H3 und H4 (Abb. 2b). Das
etablierte Methylierungsmuster ist ein Erkennungssignal
für den BRAHMA-Komplex, der an
dieses Signal bindet (Abb. 2c) und dessen Aktivität
dann vermutlich transkriptionskompetente
Chromatinstrukturen in Ash1 Zielgenen etabliert
(Abb. 2d), die Transkriptionsaktivierung
ermöglichen (Abb. 2e). Zudem verhindert das
Methylierungsmuster die Bindung von Repressoren
an den transkriptionsaktiven Ubx-Promoter
(Abb. 2f). Diese Untersuchungen zeigen,
dass ein komplexes Histonmethylierungsmuster
bestehend aus drei methylierten Lysinresten
ein Signal für Initiation epigenetischer
Transkriptionsaktivierung ist. Ob dieses Methylierungsmuster
tatsächlich ein epigenetisches
Signal ist, d. h. sowohl die Initiation als auch
die Aufrechterhaltung epigenetischer Transkription
vermittelt, ist das Ziel derzeitiger
Untersuchungen.
Korrespondenz:
Frank Sauer
Zentrum für Molekulare Biologie
der Universität Heidelberg (ZMBH),
Im Neuenheimer Feld 282
69120 Heidelberg, Germany
Phone: +49-6221-546858
Fax: +49-6221-545894
f.sauer@mail.zmbh.uni-heidelberg.de
Literatur
· Bannister, A. J., Zegerman, P., Partridge, J. F.,
Miska, E. A., Thomas, J. O., Allshire, R. C. and
Kouzarides, T. (2001). Selective recognition
of methylated lysine 9 on histone H3 by
the HP1 chromo domain. Nature 410, 120-
124.
· Beisel, C., Imhof, A., Greene, J., Kremmer, E.,
and Sauer, F. (2002) Histone methylation
by the Drosophila epigenetic transcrip-
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