H MALLIT β-GLOBININ LOKUKSEN TRANSKRIPTIONAALISESTA SÄÄTELYSTÄ
β-globiinilokuksen geneettinen manipulointi ja siitä johtuvat vaikutukset transkriptioon, DNaasiherkkyydelle, histoniasetylaatioon jne, ovat johtaneet siihen, että on kehitetty kaksi päämallia, joilla selitetään tämän monimutkaisen lokuksen säätelyä (katsaukset, ks. Bulger ja Groudine, 1999; Engel ja Tanimoto, 2000; Fraser ja Grosveld, 1998; Orkin, 1995). Näissä malleissa keskitytään siihen, miten LCR ja sitä reunustavat alueet toimivat ekspression ja lokuksen avautumisen säätelyssä.
Silmukka- eli kompetitiivinen malli väittää, että Hispanicin deletioelementti (joka sisältää LCR:n) toimii siten, että se ottaa suoraan kontaktin sen geenin promoottoriin, joka on β-globiinilokuksen sisällä ja jota halutaan ekspressoida. Transkriptioiden käynnistymisen on osoitettu tapahtuvan vain yhdellä promoottorilla tiettynä ajankohtana tietyssä solussa (Gribnau ym., 1998). Tämä malli selittää, että yhden promoottorin initiaatio on seurausta promoottorien kilpailusta kontaktista LCR:n kanssa. Tällainen suora kontakti edellyttäisi ilmeisesti väliin jäävän kromatiinin silmukointia, mutta toistaiseksi tällaisesta silmukoinnista ei ole suoraa näyttöä. Transgeenit, jotka sisältävät LCR:n ja joko yhden ihmisen sikiön (γ) tai aikuisen (β) globiinigeenin, ekspressoivat geenejä koko kehityksen ajan ilman kehityspesifisyyttä; transgeenit, jotka sisältävät LCR:n ja molemmat geenit, palauttivat kuitenkin normaalin kehityspesifisen ilmentymisen, mikä osoittaa, että geenien välinen kilpailu on tärkeää asianmukaisesti säädellylle ilmentymiselle (Behringer ym., 1990; Enver ym., 1990). β-globiinigeenin ja promoottorin lisäkopion sisältävien siirtogeenien analyysi tuki samankaltaisia päätelmiä. Kun ylimääräinen kopio oli sijoitettu lähelle LCR:ää (korvaten alkion ∊-globiinigeenin), se ilmentyi 10-100 kertaa tehokkaammin kuin β-globiinigeenin kopio, joka sijaitsi tavanomaisessa paikassaan kaukana transgeenin alajuoksulla. Ylimääräisen kopion transkriptio havaittiin varhaisessa kehitysvaiheessa, jolloin vain alkion globiinigeenit ilmentyvät normaalisti. Kun ylimääräinen β-globiinigeeni lisättiin aivan normaalin kopion yläjuoksulle, näiden kahden kopion ilmentyminen oli suunnilleen samanlaista. Tärkeää on, että siirtogeenisen β-globiinigeenin transkription kokonaistaso pysyi vakiona ylimääräisen kopion sijainnista riippumatta ja oli suunnilleen sama kuin endogeenisesta β-globiinigeenistä peräisin olevan transkription määrä (Dillon ym., 1997). β-globiinigeeniklusterin inversio LCR:n suhteen siirtogeenisessä konstruktiossa johti vakaviin häiriöihin geeniekspressiossa. β-globiini ilmentyi kaikissa kehitysvaiheissa, kun taas alkion geeniä (∊) ei ilmentynyt lainkaan. Myös ihmisen kahden γ-globiinigeenin transkriptio väheni, mikä johtui oletettavasti kilpailusta aikuisten globiinigeenien kanssa LCR:stä. Villityypin lokuksessa kahden γ-globiinigeenin transkriptiotasot ovat erilaiset. Invertoidussa β-globiinigeeniklusterin siirtogeenissä näiden kahden geenin ilmentymistasot olivat päinvastaiset, mikä viittaa kilpailuun (Tanimoto ym., 1999). Nämä tulokset viittaavat siihen, että LCR:n läheisyys on tärkeä tekijä geenin transkription kannalta β-globiinilokuksessa.
Linkitysmallissa ehdotetaan, että säätelyelementtien välillä ei tarvitse olla suoraa kontaktia. Hispanic-deleetion säätelyalueen ja muiden tuntemattomien kromatiinielementtien ehdotetaan toimivan alustoina avoimien kromatiinirakenteiden leviämiselle koko lokuksessa. Kromatiini avattaisiin ja pidettäisiin tässä kokoonpanossa proteiinikompleksien avulla, jotka ulottuvat lineaarisesti DNA:ta pitkin. Tällaiset kompleksit yhdistäisivät siis LCR:n ja promoottorit. Erilliset geenipromoottorit rekrytoisivat sitten kehitys- ja geenispesifisiä tekijöitä yksittäisten geenien ilmentymistä varten. Ihmisen LCR:ää ja yksittäisiä geenejä, kuten alkion globiinigeeniä (∊) ja sikiön globiinigeeniä (γ), sisältävien siirtogeenien analyysit ovat osoittaneet, että näiden geenien oikea kehitysekspressio tapahtuu ilman mitään muuta globiinigeeniä (Dillon ja Grosveld, 1991; Lloyd ym., 1992; Shih ym., 1990). Nämä tiedot näyttävät olevan ristiriidassa muiden tutkimusten kanssa (Behringer ym., 1990; Enver ym., 1990). Oletettavasti erot siirtogeenisissä konstruktioissa ja siten myös siinä, mitkä cis-vaikutteiset säätelyelementit tarkalleen ottaen otettiin mukaan, selittävät nämä ristiriidat. Kilpailu voidaan selittää linkitysmallilla esimerkiksi vetoamalla rajaelementteihin, jotka estävät saavutettavuuden etenemisen. Globiinigeenin promoottoreiden on ehdotettu toimivan tässä ominaisuudessa ja estävän alempana sijaitsevan lokuksen avautumisen (Bulger ja Groudine, 1999).
Jompikumpi näistä malleista tai niiden yhdistelmä voisi selittää kromatiinirakenteen modulaation, joka on antigeenireseptorigeenien uudelleenjärjestäytymisen solukontrollin taustalla. Silmukkamalli tarjoaa houkuttelevan mekanismin, jonka avulla cis-toimiva elementti voi vaikuttaa kaukana oleviin elementteihin ilman, että sen tarvitsee häiritä väliin jäävän DNA:n kromatiinirakennetta. Esimerkiksi IgH:n intronisen tehostajan ja VH-promoottorin välinen suora vuorovaikutus voisi selektiivisesti avata tämän V-geenisegmentin RSS:ää ympäröivää kromatiinirakennetta ja tuoda RSS:n DJ-geenisegmentin lähelle. Linkitysmalli tarjoaa houkuttelevan keinon, jonka avulla kromatiinin rakenteelliset muutokset voivat levitä elementistä koko alueen kattavaksi. Esimerkiksi TCRβ-paikan saavutettavuus voisi alkaa tehostimesta ja siirtyä ylävirtaan D-geenisegmenttien kautta V-geenisegmentteihin, jolloin RSS:ään päästään vähitellen käsiksi.