Реферати » Реферати з біології » Генний і хромосомний рівні контролю розвитку

Генний і хромосомний рівні контролю розвитку

Delta і його рецептор-морфогена Notch) , Wnt-Frizzled (складне сімейство білків-лігандів, wingless у комах, а Wnts у хребетних та їх рецептор Frizzled), Hedgehog-Pached (складне сімейство білків-лігандів Hedgehog у комах і Sonic hedgehog і Indian у хребетних та їх рецептор Pached), сімейство білків BMP (морфогенетические білки кісткового мозку) та їх рецептори серінкіназ і споріднені з ними білки beta-TGF (трансформуючий фактор фібробластів), Nodal (у хребетних) і Decapentaplegic (у комах) (Volpert et al., 1998; Hogan, 1999) . Як правило, та чи інша трансмембранная сигнальна система включає близько десятка або більше генів. Загальний принцип їх організації наступний: індукційний сигнал (секреторний фактор-ліганд) однієї клітини зв'язується з рецептором на поверхні клітинної мембрани клітини-мішені, активоване комплекс ліганд-рецептор (наприклад, за допомогою протеинкиназ) транспортується або безпосередньо в ядро, де активує або репресує гени - "мішені", або вступає в проміжні взаємодії з білками або небілковими компонентами, і потім сигнал досягає генів-"мішеней". Кінцевим результатом є те, що в більшості випадків транссігнальние системи регулюють експресію декількох генів-"мішеней". Ці системи можна розглядати як якусь подобу генних мереж, описаних вище.

Хромосомний контроль розвитку

Вищевикладені уявлення про генному контролі розвитку не виключають інших рівнів контролю, зокрема, хромосомний. Важливість цього рівня регуляції можна проілюструвати прикладами, що показують, що поза хромосомного (хроматинового) контексту неможливо реалізувати коректну регуляцію тканеспецифических генів (Bonifer, 2000). Пов'язано це з тим, що нерідко регуляторні послідовності розташовані на відстані десятків тисяч пар основ від точки ініціації транскрипції, і тому необхідний механізм просторового їх зближення, що може бути реалізовано тільки тоді, коли ген є структурним елементом хромосоми. Наприклад, Jackson et al. (1996) показали, що гіперчутливі сайти для ДНКази в LCR (локусконтролірующій район) кластера бета-глобінових генів виявляють свою енхансерную активність тільки після інтеграції трансгена в геном трансформованих клітин, тоді як в клітинах з транзиторною трансфекцией ця активність або не проявляється, або різко знижена . Важливо також відзначити, що синергічне дію сайтів Н2 і Н3 проявляється тільки в стабільних трансформанта, але не транзиторних. Якщо мати на увазі, що LCR знаходиться на відстані понад 20 т.п.н. від ініціюючого кодону, то це передбачає, що активуючий ефект LCR можливий тільки за умови його просторового наближення з кодує частиною гена. Прямі докази просторового зближення локусу LCR з одним з експресуються генів кластера були отримані за допомогою методу гібридизації in situ, що дозволив візуалізувати цей процес (Dillon et al., 1998).

В даний час накопичуються дані про "просторовому" контролі транскрипції в індивідуальних хромосомах у різних видів еукаріот: дріжджів, дрозофіли і ссавців (Cockell, Gasser, 1999; Lyko, Paro, 1999). В дріжджових клітинах инсерция генів в теломерні райони супроводжується репресією їх активності - феномен, що нагадує "ефект положення" у дрозофіли (Grunstein, 1998). У ядрі дріжджової клітини тіломірна ДНК формує компартмент поблизу ядерної оболонки, і там же спостерігається висока концентрація Sir-білків ("silent information regulator"). При инсерции активного гена поблизу теломери Sir-білки, утворюючи комплекс з ДНК, повністю репресують його активність. Однак, якщо порушується перинуклеарное позиціонування теломери в результаті дії мутацій (генів HDF1 або HDF2 з сімейства Ku), то теломери втрачають свою репресують активність (феномен "telomeric position effect"). Таким чином, репресує дію теломерного гетерохроматина у дріжджів здійснюється тільки за умови локалізації теломери поблизу ядерної оболонки. В витончених експериментах по спрямованому "заякоріванню" трансгени (злитого з геном-репортером) на ядерній оболонці дріжджової клітини спостерігалася повна репресія гена-репортера (Andrulis et al., 1998). Автори зробили висновок, що близькість ядерної оболонки сприяє репресії генів у дріжджів, але відбувається це за участі Sir-білків, що створюють центри нуклеации.

В даний час накопичений значний експериментальний матеріал про тривимірної організації интерфазного ядра еукаріот, в основі якої лежить диференціальне позиціонування різних районів хромосом як відносно один одного, так і ядерної оболонки, що імовірно робить істотний вплив на експресію генів (Cockell, Gasser, 1999; Misteli, 2001; Gasser, 2002; Parada, Misteli, 2002). В архітектурі ядра ключовим моментом є поділ його на території, відповідні індивідуальним хромосомами (Zink, Cremer, 1998; Zink et al., 1998; Edelman et al., 2001). В свою чергу хромосомні території розбиті на субхромосомние домени (розміром приблизно 1 Мб) (Zink, Cremer, 1998; Zink et al., 1998). За даними Sadoni et al. (1999), хромосомні території поляризовані так, що в одних компартментах знаходяться ранорепліцірующіеся (ближче до центру ядра), а в інших - позднерепліцірующіеся райони хромосом (по периферії ядра, в перінуклеолярной зоні), які відповідають R- і G / C-сегментам митотических хромосом (докладніше про R- і G / C-сегментах розглянемо нижче). Згідно з даними Croft et al. (1999) і Cremer et al. (2001), хромосоми з низькою щільністю генів (хромосома 18) переважно локалізуються по периферії ядра, а з високою (хромосома 19) - у внутрішніх районах інтерфазних ядер. Пізніше засвідчили, що розташування хромосом з високою і низькою щільністю в різних компартментах интерфазного ядра характерно для всіх хромосом людини (Boyle et al., 2001). Цікаво відзначити, що локалізація хромосом 18 і 19 в різних компартментах спостерігається у всіх приматів Старого Світу (Tanabe et al., 2002). На думку авторів, такий еволюційний консерватизм в просторової організації хромосом в інтерфазних ядрі припускає, що ця форма організації може відігравати важливу роль у функціонуванні генома. Раніше Стегній (1993) висловив ідею, що зміни в архітектоніці интерфазного ядра шляхом зміни позиції хромосом можуть відігравати важливу роль в видоутворенні. До цього слід додати, що згідно з даними Sun et al. (2000), теломери великих хромосом локалізовані на периферії ядра, тоді як теломери дрібніших хромосом знаходяться ближче до центру. Таким чином, є всі підстави стверджувати, що хромосоми невипадковим чином організовані в інтерфазних ядрі. Більш того, хромосомні території стійкі і відтворюються в дочірніх клітинах після мітозу, а хромосомні компартменти закріплені структурно допомогою зв'язків з різними елементами интерфазного ядра (Chubb et al., 2002; Parada, Misteli, 2002).

Дані про просторової організації хромосом в інтерфазних ядрах розглядаються деякими авторами як фактор в регуляції окремих генів і геному в цілому (Cockell, Gasser, 1999; Lyko, Paro, 1999; Parada, Misteli, 2002). Вище було наведено приклади "просторового" контролю в регуляції генів у дріжджів і генів бета-глобинового кластера у ссавців. Важливо також відзначити, що такий контроль має місце і при клітинної диференціювання. Так, згідно з даними Brown et al. (1997), при диференціювання В-лімфоцитів гени CD2, CD4, CD8 alpha, CD19, CD45 lambda5 переміщуються в ядрі в місця скупчення гетерохроматину ("heterochromatin-containing foci"), в результаті чого їх експресія пригнічується. Зв'язок неактивних генів з гетерохроматином здійснюється за допомогою білка Ikaros, який специфічно зв'язується з промоторами генів і тим самим "рекрутує" їх до складу гетерохроматина (Brown et al., 1997; 1999; Cobb et al., 2000). Ці дані свідчать, що хромосомний контекст (близькість гетерохроматина) і просторові переміщення окремих районів хромосом в інтерфазних ядрі дійсно можуть відігравати важливу роль у контролі експресії генів.

У світлі наведених вище даних доречно розглянути наслідки змін в позиції генів в хромосомах на їх експресію. Дійсно, мається експериментальний матеріал про вплив хромосомних перебудов на генну активність. Наприклад, аналіз експресії гена Pgd (6-фосфоглюконат-дегидрогеназа), залученого в 21-ю хромосомну перебудову, показав, що в 2 випадках вона була повністю втрачена, в 10 - помітно знижена, в 3 - спостерігалося підвищення активності і в 6 - не відзначено ефектів перебудови (Slobodyanyuk, Serov, 1983). Безсумнівно, найбільш яскравим прикладом ефекту хромосомних перебудов є що став хрестоматійним феномен "ефекту положення гена", при якому прилежащий в новій позиції гена гетерохроматин викликає повну його інактивацію або сайленсінг або у всіх соматичних клітинах, або тільки в частині клітин (ефект положення мозаїчного типу). Цьому феномену присвячено низку вичерпних оглядів, в яких підсумовані багаторічні дослідження з впливу гетерохроматина на експресію довколишніх генів (Tarlof et al., 1984; Жімулев, 1993; Weiler, Wakimoto, 1995; Zhimulev, 1998).

Слід зазначити, що довгий час вважалося, що феномен "ефект положення" властивий тільки сімейству Drosophilidae. Однак з розвитком технології одержання трансгенних тварин і рослин стало очевидним, що подібні явища спостерігаються в інших тварин і навіть рослин. Основним способом отримання трансгенних тварин є ін'єкція рекомбінантної ДНК в пронуклеус зигот. При такому способі чужорідна ДНК інтегрується в реципієнтную геном випадковим чином, і, таким чином, кожне трансгенну тварина незалежного походження є унікальним щодо хромосомної локалізації трансгена (Palmiter, Brinster, 1986).

Уже в ранніх роботах по трансгенезу була відзначена надзвичайно широка варіабельність в експресії трансгенів: від повної її відсутності до рівня, схожого з ендогенним геном (Palmiter, Brinster, 1986). У більшості випадків рівень транскрипції трансгенів не залежить від числа копій в геномі трансгенних тварин. З урахуванням випадкового характеру інтеграції трансгенів було припущено, що варіабельність експресії визначається хромосомним контекстом в місці локалізації трансгена. Довгий час вважалося, що ця варіабельність визначається виключно рівнем транскрипції трансгена (Palmiter, Brinster, 1986; Transgenic animals, 1992). Проте пізніше було показано, що в основі цієї варіабельності найчастіше лежить мозаїцизм, і експресія залежить від співвідношення клітин з активним і неактивним трансгенних (Porter, Meyer, 1994; Robertson et al., 1995; Dobie et

Сторінки: 1 2 3 4

енциклопедія  з сиру  аджапсандалі  ананаси  узвар