Influence of chromatin‐structure on accessibility and transcriptional regulation of the duck histone H5‐gene

Summary The structure in which genes are packaged in chromatin is presumably of paramount importance for the regulation of their expression in vivo and much current research is centred on unravelling the underlying mechanisms. Here we show, that a nucleosomal core particle can be efficiently reconstituted in vitro over the transcription initiation site of the duck histone H5‐gene specifically expressed in avian and amphibian erythrocytes. Under these conditions binding of transcription activator eUSF is still possible although the specific binding site for this factor is incorporated into the nucleosome. In contrast we found that corresponding promoter regions of the duck histone H5‐gene are nuclease‐sensitive in differentiated erythrocytes and are hence free of nucleosomes. In vitro reconstitution of nucleosomes on plasmids harboring the H5‐gene leads to complete repression of H5‐transcription. This repression can be specifically prevented by preincubating the template DNA with a particular protein fraction from HeLa cells, whereas addition of the same fraction after nucleosome assembly can not relieve repression. Zusammenfassung Einfluß der Chromatinstruktur auf die Zugänglichkeit und Transkriptionsregulation des Histon‐H5‐Gens der Ente Elemente der Chromatinstruktur, in die eukaryontische Gene in vivo integriert sind, beeinflussen in hohem Maße deren Expression und die Analyse der zugrundeliegenden Mechanismen ist für das funktionelle Verständnis der Genregulation von groier Bedeutung. Der vorliegende Bericht zeigt, daß es möglich ist, ein Nukleosom in vitro spezifisch über dem Transkriptionsstartpunkt des erythroid‐spezifisch exprimierten Histon H5‐Genes der Ente zu positionieren. Obwohl eine Bindungsstelle für den Transkriptionsaktivator eUSF sich im Bereich des Nukleosoms befindet, kann eUSF auch unter solchen Bedingungen diesen DNA‐Bereich spezifisch binden. Anhand von in vivo Untersuchungen wiesen wir nach, daß im Gegensatz zu diesen Rekonstitutionsexperimenten entsprechende Bereiche des H5‐Promotors in differenzierten Erythrocyten besonders zugänglich für Nukleasen und daher frei von Nukleosomen sind. Wir zeigen ferner, daß in vitro Rekonstitution von Nukleosomen an H5‐Plasmid‐DNA zu vollständiger Inhibition der Transkription führt und daß Vorinkubation der Matrizen‐DNA mit einer aus HeLa‐Zellen chromatographisch gewonnenen Proteinfraktion diese Hemmung spezifisch verhindern kann. Die selbe Proteinfraktion bewirkt keine Aufhebung der Repression, wenn ihre Zugabe erst nach Beendigung der Nukleosomenrekonstitution erfolgt, eine Remodelierung des Chromatins, die zur Aufhebung des reprimierten Zustandes führt, kann also durch diese Fraktion nicht erzielt werden.