Struktur-Funktionsanalyse von SU(VAR)3-9, einem integralen Bestandteil von heterochromatischen Proteinkomplexen

Abstract

Drosophila Su(var)3-9 ist ein dominanter Modifikator für Heterochromatin-induziertes Gen-Silencing. Wie die orthologen Proteine aus Mensch, Maus und Hefe kodiert Su(var)3-9 für eine Histonmethyltransferase (HMTase), die selektiv Lysin 9 von Histon H3 methyliert. SU(VAR)3-9 ist die wesentliche HMTase in Drosophila melanogaster, da in Su(var)3-9 Null-Mutanten nur noch eine sehr schwache Restmethylierung nachweisbar ist. SU(VAR)3-9 ist im Chromozentrum lokalisiert und interagiert dort mit HP1, einem weiteren Heterochromatinprotein und Modifikator für PEV. Diese Interaktion führt zu einer wechselseitigen Abhängigkeit in der Verteilung der beiden Proteine. In SU(VAR)3-9 Null-Mutanten ist HP1 nur noch schwach mit dem Chromozentrum assoziiert. In Su(var)2-5 Null-Mutanten ist SU(VAR)3-9 nicht mehr auf das Chromozentrum beschränkt, sondern auch stark im Euchromatin ausgebreitet. Das wesentliche Modul für eine Heterochromatinbindung von SU(VAR)3-9 ist der N-Terminus. Dieses Modul erkennt offenbar Initiationsstellen für die Etablierung von Gen-Silencing. Die Chromo-Domäne ist dagegen wichtig für die Ausbreitung ("Spreading-Funktion") der SU(VAR)3-9-Komplexe. Genetische Tests zeigen, daß Su(var)3-9 eine zentrale Rolle für die Ausbildung von Heterochromatin-induziertem Gen-Silencing ausübt, denn Su(var)3-9 Null-Mutanten sind epistatisch über die PEV-Modifikatoreffekte von HP1 und Su(var)3-7. Da die Deacetylierung von H3-K9 für die nachfolgende Methylierung durch SU(VAR)3-9 notwendig ist, dominieren andererseits HDAC1-Mutanten über den Triplo-Enhancereffekt von Su(var)3-9. SU(VAR)3-9 ist evolutionär nicht nur strukturell, sondern auch funktionell konserviert. Die Expression des humanen Orthologs SUV39H1 führt in Drosophila zur partiellen Rettung des Suppressorphänotyps von Su(var)3-9 Null-Mutanten. Ein wesentliches funktionelles Modul von SU(VAR)3-9 ist die SET-Domäne. Alle molekular charakterisierten Punktmutanten liegen innerhalb der preSET-, SET-, bzw. postSET-Domäne. Da in mehreren Mutanten nur eine Reduktion der HMTase-Aktivität beobachtet wurde, ist die volle enzymatische Aktivität wichtig für die Etablierung von Gen-Silencing.

Drosophila Su(var)3-9 is a dominant modifier of heterochromatin induced gene silencing. Like it's orthologs from human, mice and yeast, Su(var)3-9 encodes a histone methyltransferase (HMTase), which selectively methylates lysine 9 of histone H3. SU(VAR)3-9 is an important HMTase in Drosophila melanogaster, since the remaining H3-K9 methylation in Su(var)3-9 Null mutants is very weak. SU(VAR)3-9 is localized within the chromocenter and interacts with HP1, another heterochromatic protein and PEV modifier. This interaction leads to an interdependence in the distribution of both proteins. In SU(VAR)3-9 Null mutants HP1 is only weakly associated with chromocenter. In HP1 Null mutants SU(VAR)3-9 is no longer restricted to the chromocenter, but in addition strongly associated within euchromatin. The important module for heterochromatin association of SU(VAR)3-9 is the N terminus. This module recognizes initial locations for establishment of gene silencing. The chromo domain is important for spreading of SU(VAR)3-9 complexes. Genetic tests demonstrate that Su(var)3-9 plays a central role for establishment of heterochromatin induced gene silencing since Su(var)3-9 Null mutants are epistatic over PEV modifier effects of HP1 and Su(var)3-7. Deacetylation of H3-K9 is a crucial step for methylation by SU(VAR)3-9. Therefore HDAC1 mutants dominate over the triplo-enhancer effect of Su(var)3-9. SU(VAR)3-9 is functional conserved. Expression of the human ortholog SUV39H1 partially rescues the suppressor effect of Su(var)3-9 Null mutants. An important functional module of SU(VAR)3-9 is the SET domain. All molecular characterized point mutations were found within the preSET-, SET-, and postSET domain. Several mutants demonstrate a reduced HMTase activity. Therefore the full enzymatic activity of SU(VAR)3-9 is necessary for the establishment of gene silencing.