H MODELY TRANSKRIPČNÍ REGULACE LOKUSU β-GLOBINU
Genetická manipulace s lokusem β-globinu a výsledné účinky na transkripci, citlivost na DNázu, acetylaci histonů atd., vedly k vytvoření dvou hlavních modelů vysvětlujících způsob regulace tohoto složitého lokusu (přehled viz Bulger a Groudine, 1999; Engel a Tanimoto, 2000; Fraser a Grosveld, 1998; Orkin, 1995). Tyto modely se zaměřují na to, jak LCR a jeho doprovodné oblasti fungují při regulaci exprese a otevírání lokusu.
Smyčkový neboli kompetitivní model tvrdí, že hispánský deleční element (obsahující LCR) funguje tak, že přímo kontaktuje promotor genu v rámci β-globinového lokusu, který má být exprimován. Bylo prokázáno, že k iniciaci transkripce dochází v daném okamžiku v dané buňce pouze u jednoho promotoru (Gribnau et al., 1998). Tento model vysvětluje, že iniciace jednoho promotoru je výsledkem konkurence promotorů o kontakt s LCR. Takový přímý kontakt by zřejmě vyžadoval zacyklení intervenujícího chromatinu, ale zatím pro takové zacyklení neexistuje žádný přímý důkaz. Transgeny obsahující LCR a jeden lidský fetální (γ) nebo dospělý (β) globinový gen exprimovaly geny po celou dobu vývoje bez vývojové specifity; transgeny obsahující LCR a oba geny však obnovily normální vývojovou expresi, což naznačuje, že konkurence genů je důležitá pro správně regulovanou expresi (Behringer et al., 1990; Enver et al., 1990). Analýza transgenů obsahujících další kopii β-globinového genu a promotoru potvrdila podobné závěry. Pokud byla dodatečná kopie umístěna v blízkosti LCR (nahrazující embryonální gen ∊-globinu), byla exprimována 10 až 100krát účinněji než kopie genu β-globinu, která se nacházela na svém normálním místě daleko za transgenem. Transkripce dodatečné kopie byla zjištěna v rané fázi vývoje, kdy se normálně exprimují pouze embryonální globinové geny. Když byl extra β-globinový gen vložen těsně před normální kopii, byla exprese obou kopií zhruba rovnocenná. Důležité je, že celková úroveň transkripce transgenního β-globinového genu zůstala konstantní bez ohledu na pozici extra kopie a byla přibližně stejná jako množství transkripce pocházející z endogenního β-globinového genu (Dillon et al., 1997). Inverze shluku genů β-globinu vzhledem k LCR v transgenním konstruktu vedla k závažným poruchám genové exprese. β-globin byl exprimován ve všech vývojových stadiích, zatímco embryonální gen (∊) nebyl exprimován vůbec. Transkripce dvou lidských γ-globinových genů byla také snížena, pravděpodobně v důsledku konkurence s geny dospělého globinu o LCR. V divokém typu lokusu se hladiny transkripce obou γ-globinových genů liší. U transgenu s invertovaným shlukem β-globinových genů byly hladiny exprese těchto dvou genů obrácené, což svědčí o konkurenci (Tanimoto et al., 1999). Tyto výsledky dokazují, že blízkost LCR je důležitým faktorem určujícím transkripci genů v β-globinovém lokusu.
Model propojení navrhuje, že nemusí docházet k přímému kontaktu mezi regulačními elementy. Navrhuje se, aby hispánská deleční regulační oblast a další neznámé chromatinové elementy sloužily jako platformy pro šíření otevřených chromatinových struktur v celém lokusu. Chromatin by se otevíral a udržoval v této konfiguraci pomocí proteinových komplexů, které se lineárně táhnou podél DNA. Tyto komplexy by tedy spojovaly LCR s promotory. Odlišné genové promotory by pak sloužily k rekrutování vývojových a genově specifických faktorů pro expresi jednotlivých genů. Analýzy transgenů obsahujících lidský LCR a jednotlivé geny, jako je gen pro embryonální globin (∊) a geny pro fetální globin (γ), prokázaly, že ke správné vývojové expresi těchto genů dochází při absenci jakéhokoli jiného globinového genu (Dillon a Grosveld, 1991; Lloyd a kol., 1992; Shih a kol., 1990). Tyto údaje se zdají být v rozporu s jinými studiemi (Behringer et al., 1990; Enver et al., 1990). Pravděpodobně rozdíly v transgenních konstrukcích, a tedy i v tom, které přesně cis-ovlivňující regulační prvky byly zahrnuty, vysvětlují tyto rozpory. Konkurenci lze vysvětlit pomocí modelu propojení, například odvoláním se na hraniční prvky, které brání šíření přístupnosti. Navrhuje se, aby promotory globinových genů působily v této funkci a bránily otevření následného lokusu (Bulger a Groudine, 1999).
Jeden z těchto modelů nebo jejich kombinace by mohly vysvětlit modulaci struktury chromatinu, která je základem buněčné kontroly přestavby genů antigenních receptorů. Model smyčkování poskytuje atraktivní mechanismus, jak může prvek působící cis ovlivnit vzdálené prvky, aniž by musel narušit strukturu chromatinu zasahující DNA. Například přímá interakce mezi intronickým enhancerem IgH a promotorem VH by mohla selektivně otevřít chromatinovou strukturu obklopující RSS tohoto segmentu genu V a přivést RSS do těsné blízkosti segmentu genu DJ. Model propojení poskytuje atraktivní způsob, jakým se strukturní změny v chromatinu mohou šířit z elementu tak, aby zahrnovaly celou doménu. Například zpřístupnění lokusu TCRβ by mohlo začít u enhanceru a postupovat proti proudu přes segmenty genu D k segmentům genu V, což by umožnilo postupný přístup k RSS.
.