H MODELLER FÖR TRANSCRIPTIONELL REGULERING AV β-GLOBIN LOCUS
Genetisk manipulering av β-globinlocus och de resulterande effekterna på transkription, DNasekänslighet, histonacetylering osv, har lett till utvecklingen av två huvudmodeller för att förklara hur detta komplexa lokus regleras (för översikter, se Bulger och Groudine, 1999; Engel och Tanimoto, 2000; Fraser och Grosveld, 1998; Orkin, 1995). Dessa modeller fokuserar på hur LCR och dess flankerande regioner fungerar för att reglera uttryck och locusöppning.
Looping- eller konkurrensmodellen hävdar att Hispanic-deletionselementet (som innehåller LCR) fungerar genom att direkt komma i kontakt med promotorn för den gen inom β-globinlocus som ska uttryckas. Initiering av transkriptet har visat sig ske vid endast en promotor vid varje specifik tidpunkt i en viss cell (Gribnau et al., 1998). Denna modell förklarar att initiering av en enda promotor är ett resultat av promotorernas konkurrens om kontakt med LCR. En sådan direktkontakt skulle uppenbarligen kräva looping av det mellanliggande kromatinet, men ännu finns det inga direkta bevis för sådan looping. Transgener som innehåller LCR och antingen en enda mänsklig globin-gen för foster (γ) eller vuxen (β) uttryckte generna under hela utvecklingen utan någon utvecklingsspecificitet; transgener som innehåller LCR och båda generna återställde dock det normala utvecklingsuttrycket, vilket tyder på att genkonkurrens är viktig för ett korrekt reglerat uttryck (Behringer et al., 1990; Enver et al., 1990). Analys av transgener som innehåller en extra kopia av β-globingenen och promotorn stödde liknande slutsatser. När den extra kopian placerades nära LCR (och ersatte den embryonala ∊-globingenen) uttrycktes den 10- till 100-faldigt effektivare än den kopia av β-globingenen som befann sig på sin normala plats långt nedströms i transgenen. Transkription av den extra kopian upptäcktes i ett tidigt skede av utvecklingen, när endast embryonala globingener normalt uttrycks. När den extra β-globingenen sattes in strax uppströms från den normala kopian var uttrycket från de två kopiorna ungefär likvärdigt. Viktigt är att den totala transkriptionen av den transgena β-globingenen förblev konstant oavsett positionen för den extra kopian och var ungefär lika stor som den transkription som härrörde från den endogena β-globingenen (Dillon et al., 1997). Inversion av β-globingens kluster med avseende på LCR i en transgen konstruktion resulterade i allvarliga störningar av genuttrycket. β-globin uttrycktes i alla utvecklingsstadier, medan den embryonala genen (∊) inte uttrycktes alls. Transkriptionen av de två humana γ-globingenerna minskade också, förmodligen på grund av konkurrens med de vuxna globingenerna om LCR. I lokus av vildtyp är transkriptnivåerna för de två γ-globingenerna olika. I den inverterade β-globin-genklustertransgenen var uttrycksnivåerna för dessa två gener omvända, vilket tyder på konkurrens (Tanimoto et al., 1999). Dessa resultat talar för att närheten till LCR är en viktig bestämningsfaktor för gentranskriptionen i β-globinlocus.
Den sammanlänkande modellen föreslår att direktkontakt mellan regulatoriska element inte behöver förekomma. Hispanic-deletionens regulatoriska region och andra okända kromatinelement föreslås fungera som plattformar för att sprida öppna kromatinstrukturer över hela locus. Kromatinet skulle öppnas och bibehållas i denna konfiguration av proteinkomplex som sträcker sig linjärt längs DNA. Sådana komplex skulle därför förbinda LCR med promotorerna. Distinkta genpromotorer skulle sedan tjäna till att rekrytera utvecklings- och genspecifika faktorer för individuellt genuttryck. Analyser av transgener som innehåller den mänskliga LCR och enskilda gener, t.ex. den embryonala globingenen (∊) och de fetala globingenerna (γ), har visat att korrekt utvecklingsuttryck av dessa gener sker i avsaknad av någon annan globingene (Dillon och Grosveld, 1991; Lloyd et al., 1992; Shih et al., 1990). Dessa uppgifter tycks strida mot andra studier (Behringer et al., 1990; Enver et al., 1990). Förmodligen förklarar skillnader i de transgena konstruktionerna, och därmed i exakt vilka cis-verkande regleringselement som inkluderades, diskrepanserna. Konkurrens kan förklaras med hjälp av länkningsmodellen, till exempel genom att åberopa gränselement som förhindrar spridning av tillgänglighet. Globingenens promotorer har föreslagits agera i denna egenskap och förhindra öppning av lokus nedströms (Bulger och Groudine, 1999).
En av modellerna, eller en kombination av dem, skulle kunna förklara den modulering av kromatinstrukturen som ligger till grund för den cellulära kontrollen av omarrangemanget av antigenreceptorgener. Loopingmodellen ger en attraktiv mekanism för ett cis-verkande element att påverka avlägsna element utan att kräva att det stör kromatinstrukturen hos det mellanliggande DNA:t. Ett direkt samspel mellan IgH:s introniska förstärkare och en VH-promotor skulle till exempel selektivt kunna öppna kromatinstrukturen som omger RSS i detta V-genavsnitt och föra RSS i nära anslutning till DJ-genavsnittet. Kopplingsmodellen är ett attraktivt sätt genom vilket strukturella förändringar i kromatin kan spridas från ett element till att omfatta en hel domän. Till exempel skulle tillgängligheten till TCRβ-lokalen kunna börja vid förstärkaren och flytta uppströms genom D-gen-segmenten till V-gen-segmenten, vilket skulle möjliggöra en progressiv tillgång till RSS.