H MODELLEK A β-GLOBIN LOKUS TRANSZKRIPTIONÁLIS SZABÁLYOZÁSÁHOZ
A β-globin lókusz genetikai manipulációja és az ebből eredő hatások a transzkripcióra, DNáz érzékenységre, hiszton acetilációra stb, két fő modell kidolgozásához vezettek annak magyarázatára, hogyan szabályozódik ez a komplex lókusz (áttekintésért lásd Bulger és Groudine, 1999; Engel és Tanimoto, 2000; Fraser és Grosveld, 1998; Orkin, 1995). Ezek a modellek arra összpontosítanak, hogy az LCR és az azt kísérő régiók hogyan működnek az expresszió és a lókusznyitás szabályozásában.
A looping, vagy kompetitív modell azt állítja, hogy a Hispanic deléciós elem (amely az LCR-t tartalmazza) úgy működik, hogy közvetlenül érintkezik a kifejezendő gén promóterével a β-globin lókuszon belül. Kimutatták, hogy a transzkript iniciáció egy adott sejtben egy adott időpontban csak egy promóteren történik (Gribnau és mtsai., 1998). Ez a modell azt magyarázza, hogy az egy promóteres iniciáció a promóterek LCR-rel való érintkezésért folytatott versenyének eredménye. Egy ilyen közvetlen kontaktus nyilvánvalóan megkövetelné a közbeeső kromatin hurkosítását, de egyelőre nincs közvetlen bizonyíték az ilyen hurkosításra. Az LCR-t és vagy egyetlen humán magzati (γ) vagy felnőtt (β) globin gént tartalmazó transzgének a fejlődés során fejlődési specifitás nélkül fejezték ki a géneket; az LCR-t és mindkét gént tartalmazó transzgének azonban visszaállították a normális fejlődési kifejeződést, ami arra utal, hogy a génverseny fontos a megfelelően szabályozott kifejeződéshez (Behringer és mtsai., 1990; Enver és mtsai., 1990). A β-globin gén és promóter egy további példányát tartalmazó transzgének elemzése hasonló következtetéseket támasztott alá. Amikor a plusz kópia az LCR közelében helyezkedett el (az embrionális ∊-globin gént helyettesítve), 10-100-szor hatékonyabban fejeződött ki, mint a β-globin gén azon kópiája, amely a transzgénben a normál helyen, jóval lejjebb helyezkedett el. Az extra kópia átíródását a fejlődés korai szakaszában észlelték, amikor normálisan csak az embrionális globin gének fejeződnek ki. Amikor az extra β-globin gént közvetlenül a normál másolat fölé illesztették be, a két másolat expressziója nagyjából egyenértékű volt. Fontos, hogy a transzgenikus β-globin gén transzkripciójának teljes szintje állandó maradt, függetlenül az extra kópia pozíciójától, és megközelítőleg megegyezett az endogén β-globin génből származó transzkripció mennyiségével (Dillon és mtsai., 1997). A β-globin génklaszter LCR-hez viszonyított inverziója egy transzgenikus konstrukcióban a génexpresszió súlyos perturbációját eredményezte. A β-globin minden fejlődési stádiumban kifejeződött, míg az embrionális gén (∊) egyáltalán nem fejeződött ki. A két humán γ-globin gén transzkripciója szintén csökkent, feltehetően a felnőtt globin génekkel az LCR-ért folytatott verseny miatt. A vad típusú lókuszban a két γ-globin gén transzkriptumszintje eltérő. Az invertált β-globin génklaszter transzgénben e két gén expressziós szintje fordított volt, ami a versengésre utal (Tanimoto és mtsai., 1999). Ezek az eredmények amellett érvelnek, hogy az LCR-hez való közelség fontos meghatározója a génátírásnak a β-globin lókuszban.
A linking modell azt javasolja, hogy a szabályozó elemek között nem kell közvetlen kontaktusnak lennie. A Hispanic deléciós szabályozó régió és más ismeretlen kromatinelemek a javaslat szerint platformként szolgálnak a nyílt kromatinszerkezetek terjedéséhez az egész lókuszban. A kromatint a DNS mentén lineárisan elhelyezkedő fehérjekomplexek nyitnák meg és tartanák fenn ebben a konfigurációban. Az ilyen komplexek tehát összekötnék az LCR-t a promóterekkel. A különböző génpromoterek ezután a fejlődési és génspecifikus faktorok toborzására szolgálnának az egyes gének kifejeződéséhez. A humán LCR-t és az egyes géneket, például az embrionális globin gént (∊) és a magzati globin géneket (γ) tartalmazó transzgének elemzései kimutatták, hogy e gének helyes fejlődési kifejeződése bármely más globin gén hiányában is bekövetkezik (Dillon és Grosveld, 1991; Lloyd és mtsai., 1992; Shih és mtsai., 1990). Ezek az adatok ellentmondani látszanak más vizsgálatoknak (Behringer et al., 1990; Enver et al., 1990). Feltehetően a transzgenikus konstrukciókban, és így abban, hogy pontosan mely cisz-hatású szabályozó elemek kerültek beépítésre, fennálló különbségek magyarázzák az eltéréseket. A versengés a linking modellel magyarázható, például a hozzáférhetőség terjedését megakadályozó határelemekre való hivatkozással. A globin gén promótereinek javasolták, hogy ilyen minőségben működjenek, és megakadályozzák a downstream lókuszok megnyitását (Bulger és Groudine, 1999).
A modellek bármelyike, vagy azok kombinációja magyarázhatja a kromatin szerkezetének modulációját, amely az antigénreceptor gén átrendeződésének sejtes kontrollja mögött áll. A looping modell vonzó mechanizmust kínál egy cisz-hatású elem számára, hogy befolyásoljon távoli elemeket anélkül, hogy a közbeeső DNS kromatinszerkezetét meg kellene zavarnia. Például az IgH intronikus enhancer és egy VH promóter közötti közvetlen kölcsönhatás szelektíven megnyithatja az adott V génszakasz RSS-ét körülvevő kromatinszerkezetet, és az RSS-t a DJ génszakasz közelébe hozhatja. Az összekapcsolási modell vonzó eszközt kínál arra, hogy a kromatinban bekövetkező szerkezeti változások egy elemről egy egész tartományra kiterjedően terjedjenek tovább. Például a TCRβ-lokusz hozzáférhetősége az enhancerben kezdődhet, és felfelé haladhat a D génszegmenseken keresztül a V génszegmensekig, lehetővé téve a progresszív RSS-hozzáférést.