Генний і хромосомний рівні контролю розвитку
Н.Я. Вайсман, к.б.н., Інститут цитології і генетики СВ
РАН, Новосибірськ
Вступ
Вражаючий
прогрес у клонування ссавців, в основі якого лежать експерименти по
трансплантації ядер диференційованих клітин в енуклеірованние ооцити, привніс
нові докази того, що еукаріотичний геном не зазнає
незворотних змін у ході диференціювання і може бути репрограммірован до
рівня потенцій, схожого з зиготи (Kikyo, Wolffe, 2000; Rideout et al., 2001;
Surani, 2001). Більш того, показано, що ядра високодиференційованих клітин,
таких, як У-або Т-лімфоцити, які здатні до повного репрограммірованію, незважаючи
на те, що деякі їхні гени (імуноглобуліни і Т-рецептори) зазнають
перебудову в ході диференціювання (Hochedlinger, Jaenisch, 2002). І хоча
залишається неясним, чи здатні до репрограммірованію геноми будь-яких типів
диференційованих клітин, список здатних до репрограммірованію різноманітних
типів клітин досить великий і включає: Фибро-бласти ембріонів і дорослих
тварин, клітини кумулюс, епітеліальні клітини молочної залози і яйцепровода,
ембріональні стовбурові клітини, В-і Т-лімфоцити, незрілі клітини Сертолі і
проліферуючі нейтральні клітини кори головного мозку ембріонів (Ogura et al.,
2000; Wakayama, Yanagimachi, 2001; Yamazaki et al., 2001; Hochedlinger,
Jaenisch, 2002; Miyashita et al., 2002). Важливо відзначити, що раніше в
експериментах по трансплантації ядер диференційованих клітин у
енуклеірованние яйця або ооцити амфібій були також отримані результати,
однозначно свідчать, що процес диференціювання в багатьох випадках не
супроводжується незворотними змінами в геномі (Gurdon et al., 1979; Gurdon,
1986; 1999). Таким чином, сукупність даних з клонування амфібій і
ссавців узгоджується з ідеєю, що в основі розвитку лежить диференціальна
активність генів, а фенотипічні різноманітність клітинних типів дефінітивного
організму підтримується епігенетичними механізмами (Latham, 1999). Важливо
підкреслити, що цей принцип є загальним для розвитку як тварин, так і
рослин (Meyerowitz, 2002), незважаючи на те, що між ними існують величезна
еволюційна дистанція і суттєві відмінності в характері розвитку. Серед
рослин в природних умовах широко поширене вегетативне
розмноження, що включає репрограммірованіе спеціалізованих клітин (листа,
стебла або кореня) з подальшим формуванням дефінітивного форм з повноцінними
органами розмноження.
Взаємодія генів і генний контроль розвитку
Геноми
багатоклітинних еукаріотів містять багато тисяч генів, наприклад, нематоди C.
elegans приблизно 19000 (The C. elegans Sequencing Consortium ..., 1998), дрозофіли
- 13600 генів (Adams et al., 2000), людини - 30000-40000 (International Human
Genome Sequencing Consortium ..., 2001), а Arabidopsis thaliana - майже 25500 (The
Arabidopsis Genome Initiative ..., 2000). Завдяки функціонуванню цих генів
забезпечується розвиток і життєдіяльність дефінітивного організму, що складається
з різноманітного типу спеціалізованих диференційованих клітин. Так,
наприклад, у людини (як і більшості ссавців) ідентифіковано більше
200 типів клітин, які, у свою чергу, можуть бути додатково
підрозділені (частіше ідентифікуються за допомогою молекулярних маркерів) на
безліч спеціалізованих функціонально і частково морфологічно типів
клітин (Volpert et al., 1998; Surani, 2001). Відповідно до сучасної парадигми про
диференціальної активності генів у розвитку, передбачається, що всі
фенотипічні різноманітність соматичних спеціалізованих клітин грунтується
на тому, що в кожному конкретному клітинному типі функціонує властивий
тільки цього типу набір експресуються генів.
З
порівняльного аналізу геномів ссавців випливає, що генний склад їх
подібний у більшості вивчених видів, незважаючи на разючі морфологічні
відмінності між ними. Більш того, функціонально важливі для розвитку гени (іноді
використовують термін "гени розвитку", підкреслюючи їх важливість у
процесах диференціювання, такі, як транскрипційні фактори,
гомеобокс-які містять гени і гени, що кодують трансмембранні білки,
відповідальні за проведення регуляторних індукційних сигналів між клітинами)
еволюційно консервативні і присутні в геномах хребетних і навіть
безхребетних, виконуючи часом схожі функції в розвитку. Подібність геномів
різних видів спостерігається і на рівні генних асоціацій. Так, наприклад, у всіх
видів ссавців подібний генний склад Х-хромосом, а серед аутосом
ідентифіковано більше десяти великих консервативних асоціацій сінтенних
генів, які зберігають повністю або частково у більшості вивчених видів
ссавців (O'Brien et al., 1999 a, b). З цього випливає, що онтогенез
різних видів ссавців базується на функціонуванні подібних наборів
гомологічних (гомеологічних) генів, які до того ж нерідко подібно
організовані на хромосомному рівні. У той же час спостерігається найширше
різноманіття морфологічних форм ссавців дає підставу зробити висновок, що
неодмінним атрибутом онтогенезу є його видоспецифічність.
Для
пояснення цього феномену - видоспецифічність онтогенезу - передбачається, що
в процесі еволюції в генах, що контролюють ті чи інші етапи розвитку,
відбуваються структурні зміни, що зачіпають або що кодує їх частину, або
їх цис-регуляторні послідовності, прилеглі до кодує частини (Carroll,
2000; Stern, 2000), в результаті чого змінюються часові та/або
тканеспеціфіческіе параметри їх експресії. Негласно передбачається, що такі
зміни експресії генів у кінцевому рахунку трансформуються у змінах тих
чи інших процесів морфогенезу, що і призводить до появи розмаїття
морфологічних форм тварин і рослин.
Якщо
розглядати розвиток з точки зору експресії генів, то воно видається
як багатоступінчастий динамічний процес з постійно мінливими спектрами
експресуються генів залежно від стадії ембріональної диференціації.
Палітра експресуються генів значно ускладнюється, якщо врахувати, що на
різних стадіях розвитку (особливо ранніх) відбувається формування різноманітних
закладок, що приводять до появи різного роду спеціалізованих типів
диференційованих клітин, тобто набір експресуються генів на тій чи іншій
стадії розвитку є сумою спектрів "індивідуальних"
закладок або диференційованих клітин. Важливо врахувати при цьому, що в ці зміни
спектрів залучені багато сотні або тисячі генів, розташованих на різних
хромосомах або в різних сайтах в межах однієї хромосоми. Остання
припускає надзвичайно чітку координацію безлічі експресії генів на
Протягом всього розвитку і всього подальшого життя дорослого індивідуума,
яка є продовженням розвитку (Gilbert, 1991). У цьому випадку цілком
виправдане застосування терміна "програма розвитку", якщо розуміти
під цим саме суворо упорядковану в часі і просторі
скоординовану експресію сотень і тисяч генів.
В
даний час відсутня чітко сформульоване уявлення про те, що
лежить в основі "програми розвитку". Це не означає, що до вирішення
цієї проблеми немає будь-яких перспективних підходів. Завдяки прогресу в
молекулярної біології стала наповнюватися змістом концепція (до недавнього
часу більше нагадувала міркування загального характеру), згідно з якою
процес розвитку покоїться на взаємодії генів, при якому продукти генів
попередніх стадій розвитку активують нові генні набори в наступні
стадії і/або репресують окремі гени попередніх. Такий тип взаємодії
генів Lewin (1994) визначив як "каскадне", підкреслюючи цим
спадкоємність в експресії генів ранніх і більш пізніх стадій.
Справді, існують приклади такого роду взаємодії генів у розвитку,
наприклад в ранньому розвитку дрозофіли білковий продукт гена bicoid виступає в
як типового морфогена, формуючи передній полюс передньо-задньої осі
ембріона. Цей же ген на більш пізній стадії розвитку проявляє себе як
позитивний регулятор одного з перших зіготіческіх генів, гену hunchback,
зв'язуючись з його промотором. У свою чергу, білок hunchback є
регулятором інших генів групи gap, причому експресію одних (Kruppel і knirps)
він пригнічує, а інших - активує (giant). При формуванні майбутніх кордонів
сегментів у дрозофіли важливу роль відіграє ген even-skipped, експресія якого
регулюється білками Kruppel, giant (репресор) і bicoid і hunchback
(активатори) (Lewin, 1994; Volpert et al., 1998). Прикладом можуть також служити
скоординовані ієрархічні взаємодії між гомеобокссодержащімі
генами, що входять в комплекси генів З-ANT і С-BX у дрозофіли або комплекси
генів: HOXA, HOXB, HOXC і HOXD у ссавців (Lewin, 1994; Volpert et al.,
1998).
В
геномах еукаріотів частка генів, що виконують функції транскрипційних факторів,
невелика: у дрозофіли близько 700, або 5% всіх генів, з них 279 беруть участь у
контролі розвитку (2,5%) (Adams et al., 2000), у нематоди C. elegans 500, або
2,5% (The C. Elegans Sequencing Consortium ..., 1998), а у Arabidopsis thaliana
500, або 2% (The Arabidopsis Genome Initiative ..., 2000). З цього випливає, що
на кожен ген-регулятор припадає 40-50 генів-мішеней. Яким чином
здійснюється координація експресії генів-мішеней при малому числі
генів-регуляторів? В останні роки активно розвивається уявлення, що,
можливо, існує спеціальний клас транскрипційних чинників --
"селекторні" гени, які безпосередньо пов'язуються з цис-регуляторними
елементами генів-мішеней і об'єднані в єдину "генну регуляторну
мережа "(" genetic regulatory network "), в результаті чого
відбувається координована експресія генів, що призводить до формування тієї чи
інший морфологічно складної структури (Guss et al., 2001). В даний час
вдалося ідентифікувати декілька "селекторних" генів: eyeless,
Distalless і scalloped. Функціонування такої "генної регуляторної
мережі "можна проілюструвати на прикладі освіти крила у дрозофіли.
Як показали Guss et al. (2001), фактор scalloped в комплексі з транскрипційні
факторами vestigial і spalt трансмембранний сигнальної системи Decapentaplegic
і cut системи Notch контролюють утворення всіх частин крила, тобто одна
ген-селектор scalloped через генну регуляторну мережу здійснює контроль
освіти складної структури. Як вважають автори (Guss et al., 2001), це,
можливо, загальний принцип генного контролю морфогенезу в розвитку.
В
цьому контексті доречно також розглянути велику групу генів, що забезпечують
генну регуляцію за допомогою проведення індукційних транс-мембранних сигналів
з одних клітин в інші, де знаходяться гени-"мішені". Ця група
генів відіграє провідну роль у процесах морфогенезу хребетних і безхребетних
і представлена кількома групами еволюційно консервативних генів: FGF-FGFR
(ліганд, ростової фактор фібробластів і його рецептори), Delta-Notch
(ліганд-білок Delta і його рецептор-морфоген 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 (морфогенетичні 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 трансмембранний 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 протеїнкінази)
транспортується або безпосередньо в ядро, де активує або репресує
гени-"мішені", або вступає в проміжні взаємодії з білками
або небілкових 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 регулювання можна
проілюструвати прикладами, що показують, що поза хромосомного
(хроматінового) контексту неможливо реалізувати коректну регуляцію
тканеспеціфіческіх 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 реалізоване тільки тоді, коли ген є
структурним елементом хромосоми. Наприклад, Jackson et al. (1996) показали, що
гіперчутлива сайти для ДНКази в LCR (локусконтролірующій район) кластеру
бета-глобінових генів виявляють свою енхансерную активність тільки після
інтеграції трансгени в геном трансформованих клітин, тоді як у клітинах з
транзиторною трансфекція ця активність або не виявляється, або різко
знижена. Важливо також зазначити, що сінергічное дію сайтів Н2 і Н3
виявляється тільки в стабільних трансформантів, але не транзиторних. Якщо мати на
увазі, що LCR знаходиться на відстані понад 20 т.п.н. від ініціювання кодону,
то це припускає, що активує ефект LCR можливий тільки за умови
його просторового наближення з кодує частиною гена. Прямі
докази просторового зближення локусу LCR з одним із
експресуються генів кластеру 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 еукаріотів: дріжджів, дрозофіли і
ссавців (Cockell, Gasser, 1999; Lyko, Paro, 1999). У дріжджових клітинах
інсерцій генів у теломерна райони супроводжується репресією їх активності --
феномен, що нагадує "ефект положення" у дрозофіли (Grunstein,
1998). У ядрі дріжджової клітини теломерна ДНК формує компартмент поблизу
ядерної оболонки, і там же спостерігається висока концентрація Sir-білків
( "silent information regulator"). При інсерцій активного гена поблизу
теломери Sir-білки, утворюючи комплекс з ДНК, повністю репресують його
активність. Однак, якщо порушується перінуклеарное 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 теломерна
гетерохроматину у дріжджів здійснюється тільки за умови локалізації
теломери поблизу ядерної оболонки. У витончених експериментах по спрямованому
"заякоріванню" трансгени (злитого з геном-репортером) на ядерній
оболонці дріжджової клітини спостерігалася повна репресія гену-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 нуклеація.
В
даний час накопичений значний експериментальний матеріал про тривимірної
організації інтерфазних ядра еукаріотів, в основі якої лежить диференціальне
позиціонування різних районів хромосом як щодо один одного, так і
ядерної оболонки, що ймовірно впливає на
експресію генів (Cockell, Gasser, 1999; Misteli, 2001; Gasser, 2002; Parada,
Misteli, 2002). В архітектурі ядра ключовим моментом є поділ його на
території, що відповідають індивідуальним хромосомами (Zink, Cremer, 1998; Zink
et al., 1998; Edelman et al., 2001). У 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
поляризована 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-сегментами мітотичних хромосом (докладніше про R-і G/C-сегментах розглянемо
нижче). Згідно з даними Croft et al. (1999) та 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 було показано, що розташування хромосом з високою і низькою
щільністю в різних компартментах інтерфазних ядра характерно для всіх
хромосом людини (Boyle et al., 2001). Цікаво відзначити, що локалізація
хромосом 18 і 19?? різних компартментах спостерігається у всіх приматів Старого
Світла (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 геному. Раніше
Стегній (1993) висловив ідею, що зміни в архітектоніці інтерфазних ядра
шляхом зміни позиції хромосом можуть відігравати важливу роль у 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
за допомогою зв'язків з різними елементами інтерфазних 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 були
наведені приклади "просторового" контролю в регуляції генів у
дріжджів і генів бета-глобінового кластеру у ссавців. Важливо також
зазначити, 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 гетерохроматину (Brown et al., 1997; 1999;
Cobb et al., 2000). Ці дані свідчать, що хромосомний контекст
(близькість гетерохроматину) і просторові переміщення окремих районів
хромосом в інтерфазних ядрі дійсно можуть відігравати важливу роль у контролі
експресії генів.
В
світлі наведених вище даних доречно розглянути наслідки змін у
позиції генів в хромосомах на їх експресію. Дійсно, є
експериментальний матеріал про вплив хромосомних перебудов на генну
активність. Наприклад, аналіз експресії гена Pgd
(6-фосфоглюконат-дегідрогеназ), залученого в 21-ю хромосомну перебудову,
показав, що у 2 випадках вона була повністю втрачена, в 10 - помітно знижена, у
3 - спостерігалося підвищення активності і в 6 - не зазначено ефектів перебудови
(Slobodyanyuk, Serov, 1983). Безсумнівно, найбільш яскравим прикладом ефекту
хромосомних перебудов є що став хрестоматійним феномен "ефекту
положення гена ", при якому прилегла до нової 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 гетерохроматину на експресію довколишніх
генів (Tarlof et al., 1984; Жімулев, 1993; Weiler, Wakimoto, 1995; Zhimulev,
1998).
Слід
відзначити, що довгий час вважалося, що феномен "ефект положення"
властивий тільки сімейства Drosophilidae. Однак з розвитком технології
одержання трансгенних тварин і рослин стало очевидним, що подібні явища
спостерігаються в інших тварин і навіть рослин. Основним способом одержання
трансгенних тварин є ін'єкція рекомбінантної ДНК в пронуклеус зигот.
При такому способі чужорідна ДНК інтегрується в реціпіентний геном випадковим
чином, і, таким чином, кожне трансгенних тварин незалежного
походження є унікальним щодо хромосомної локалізації
трансгени (Palmiter, Brinster, 1986).
Вже
в ранніх роботах по трансгенезу була відзначена надзвичайно широка варіабельність
в експресії трансгенів: від повного її відсутності до рівня, схожого з
ендогенних геном (Palmiter, Brinster, 1986). У більшості випадків рівень
транскрипції трансгенів не залежить від кількості копій в геномі трансгенних
тварин. З урахуванням випадкового характеру інтеграції трансгенів було
припущено, що варіабельність експресії визначається хромосомним контекстом
в місці локалізації трансгени. Довгий час вважалося, що ця варіабельність
визначається виключно рівнем транскрипції трансгени (Palmiter, Brinster,
1986; Transgenic animals, 1992). Однак пізніше було показано, що в основі
цієї варіабельності найчастіше лежить мозаїцизм, і експресія залежить від
співвідношення клітин з активним і пасивним трансгенів (Porter, Meyer, 1994;
Robertson et al., 1995; Dobie et al., 1996; Festenstein et al., 1996). Ці
дані були отримані на трансгенних тварин та рослини з використанням
генів-репортерів бета-галактозидаза E. coli або "зеленого" білка
(GFP) під контролем конститутивних або тканеспеціфіческіх промоторів (Ramirez
et al., 2001).
Мозаїчна
експресія у трансгенних тварин безсумнівно має схожість з ефектом
положення гена у дрозофіли, оскільки в основі обох феноменів лежить принцип
"все або нічого". Цікаво, що формування тканинного мозаїцизм у
трансгенних мишей має схожість з таким у химерних тварин, що
припускає подібні тимчасові закономірності (Morley et al., 2002). Також
загальною властивістю є індукція сталого сайленсінга трансгени у тих
випадках, коли місце його інтеграції розташоване по сусідству з гетерохроматином
(Dobie et al., 1996; Festestein et al., 1996), хоча є приклади мозаїчної
експресії трансгенів, що знаходяться на віддаленій відстані від центромерного
гетерохроматину (Ramirez et al., 2001). Це наштовхнуло на ідею, що мозаїчна
експресія трансгенів може бути пов'язана з локальною гетерохроматізаціей,
індукованої підвищеної їх копійностью (Dorer, Henikoff, 1994; Garrick et
al., 1998). Проте описані випадки, в яких мозаїцизм спостерігався у тварин з
одиничними копіями трансгени (Zhuma et al., 1999; Ramirez et al., 2001).
Слід також відзначити, що мозаїчність в експресії трансгенів усувається
присутністю в ньому LCR (Locus Control Region) (Kioussis, Festenstein, 1997;
Ramirez et al., 2001).
Іншим
важливим аспектом, на якому має сенс зупинитися у зв'язку з з'ясуванням ролі
хромосомного контексту, є ектопічна експресія трансгенів,
що знаходяться під контролем тканини-специфічних промоторів (Palmiter, Brinster,
1986). Спочатку передбачалося, що ектопічна експресія може
виникати через те, що використовувані промотори не містять усіх регуляторних
послідовностей, необхідних для правильної тканеспеціфіческой експресії.
Пізніше були отримані дані, в яких оцінена роль місця інтеграції трансгени
в появі його ектопічної експресії. Наприклад, промотор ретінолсвязивающего
білка, злитий з геном-репортером бета-Gal, забезпечував правильну експресію
трансгени (в клітинах печінки) у 3 трансгенних тварин, тоді як у 4-го
тваринного експресія не спостерігалася в печінці, але виявлялася в
постімплантаціонний період в сомітах і ромбомерах заднього мозку ембріона (Tan,
1991). Більш того, у дорослих нащадків цього засновника експресія була
виявлена в особових м'язах і неокортекс. Таким чином, фланкуючі послідовності
в місці інтеграції трансгени в одного з тварин змінили як час експресії
в онтогенезі, так і тканеспеціфічность (Tan, 1991). Інший приклад: серед
трансгенних мишей, отриманих введенням конструкції, яка містить промотор гена
кератину 18, злитого з геном-репортером бета-Gal, було виявлено тварина, у
якого правильна експресія (у печінці) спостерігалася лише в разі
успадкування трансгени від матері і ектопічна (в мезодерми ембріона і
сітківці ока) при спадкуванні від батька (Thorey et al., 1992). Важливо відзначити,
що інтеграція цього трансгени сталася в місце, не пов'язане з ендогенних
імпрінтінг (Thorey et al., 1992). До цього слід додати, що
гени-репортери, що знаходяться з контролем "слабких" промоторів
(наприклад, herpes simples virus), експресуються унікальним чином у
трансгенних тварин незалежного походження (Allen et al., 1988). Це
висновок справедливо як для часу активації у розвитку, так і тканинної
специфічності експресії трансгенів у дорослих тварин. Таким чином,
численні дані, отримані на трансгенних тварин, дозволяють зробити висновок,
що часові та просторові параметри експресії трансгенів знаходяться під
значним впливом хромосомного контексту. З цього випливає приваблива
припущення, що потенційно хромосомні перебудови можуть модифіковані
часові та просторові параметри експресії генів, залучених у ці
перебудови. В даний час не викликає сумнівів важливість хромосомного
рівня регуляції генів у розвитку. Враховуючи, що інтенсивність досліджень
цього рівня регулювання стрімко наростає в останнє десятиліття, можна
чекати в найближчі роки нових відкриттів в одній з найбільш значних проблем
сучасної біології - проблемі індивідуального розвитку.
Список літератури
1.
Жімулев І.Ф. Гетерохроматин і ефект положення гена. Новосибирск: Наука, 1993.
С. 490.
2.
Стегній В.Н. Архітектоніка геному, системні мутації і еволюція. Новосибірськ:
Изд-во Новосиба. ун-та, 1993.
3. Adams M.D., Celniker S.E., Holt
R.A. et al. The genome sequence of Drosophila melanogaster// Science. 2000. V.
287. P. 2185-2195.
4. Allen N.D., Cran D.G., Barton
S.C. et al. Transgenes as probes for active chromosomal domains in mouse
devel-opment// Nature. 1988. V. 333. P. 852-855.
5. Andrulis E.D., Neiman A.M.,
Zappulla D.C., Sternglanz R. Perinuclear localization of chromatin facilitates
transcrip-tional silencing// Nature. 1998. V. 394. P. 592-595.
6. Bonifer C. Developmental
regulation of eukaryotic gene loci: which cis-regulatory information is
required?// Trends Genet. 2000. V. 16. P. 310-315.
7. Boyle S., Gilchrist S., Bridger
J.M. et al. The spatial organization of human chromosomes within the nuclei of
normal and emerin-mutant cells// Hum. Mol. Genet. 2001. V. 10. P. 211-219.
8. Brown K.E., Baxter J., Graf D. et
al. Dynamic repositioning of genes in the nucleus of lymphocytes preparing for
cell division// Mol. Cell. 1999. V. 3. P. 207-217.
9. Brown K.E., Guest S.S., Smale
S.T. et al. Association of transcriptionally silent genes with Ikaros complexes
at cen-tromeric heterochromatin// Cell. 1997. V. 91. P. 845-854.
10. Carroll S.B. Endless forms: the
evolution of gene regulation and morphological diversity// Cell. 2000. V. 101.
P. 577-580.
11. Chubb J.R., Boyle S., Perry P.,
Bickmore W.A. Chromatin motion is constrained by association with nuclear
com-partments in human cell// Curr. Biol. 2002. V. 12. P. 439-445.
12. Cobb B.S., Morales-Alcelay S.,
Kleiger G. et al. Targeting of Ikaros to pericentromeric heterochromatin by
direct DNA binding// Genes Dev. 2000. V. 14. P. 2146-2160.
13. Cockell M., Gasser S.M. Nuclear
compartments and gene regulation// Curr. Opin. Genet. Develop. 1999. V. 9. P.
199-205.
14. Cremer M., von Hase J., Volm T.
et al. Non-random radial higher-order chromatin arrangements in nuclei of
diploid human cells// Chromosome Res. 2001. V. 9. P. 541-567.
15. Croft J.A., Bridger J.M., Boyle
S. et al. Differences in the localization and morphology of chromosomes in the
hu-man nucleus// J. Cell Biol. 1999. V. 45. P. 1119-1131.
16. Dillon N., Trimborn T.,
Strouboulis J. et al. The effect of distance on long-range chromatin
interactions// Mol. Cell. 1998. V. 1. P. 1311-1339.
17. Dobie K.W., Lee M., Fantes J.A.
et al. Variegated transgene expression in mouse mammary gland is determined by
the transgene integration locus// Proc. Natl Acad. Sci. USA. 1996. V. 93. P.
6659-6664.
18. Dorer D.R., Henikoff S.
Expansions of transgene repeats cause heterochromatin formation and gene
silencing in Drosophila// Cell. 1994. V. 77. P. 1-20.
19. Edelman P., Bornfleth H., Zink
D. et al. Morphology and dynamics of chromosome territories in living cells//
Bio-chem. Biophys. Acta. 2001. V. 1551. P. M29-M40.
20. Festenstein R., Tolaini M.,
Corbella P. et al. Locus control region function and heterochromatin-induced
position effect variegation// Science. 1996. V. 271. P. 1123-1125.
21. Garrick D., Fiering S., Martin
D.I.K., Whitelaw E. Repeat-induced gene silencing in mammals// Nature Genet.
1998. V. 18. P. 56-59.
22. Gasser S.M. Visualizing
chromatin dynamics in interphase nuclei// Science. 2002. V. 296. P. 1412-1416.
23. Gilbert S.F. Developmental
Biology, 3rd Ed. Sinauer Associates, Inc. Sunderland, Massachusetts. 1991. 562
p.
24. Grunstein M. Yeast heterochromatin:
regulation of its assembly and inheritance by histones// Cell. 1998. V. 93. P.
325-328.
25. Gurdon J.B. Nuclear
transplantation in eggs and oocytes// J. Cell Sci. (Suppl.). 1986. V. 4. P.
287-318.
26. Gurdon J.B. Genetic
reprogramming following nuclear transplantation in Amphibia// Semin. Cell Dev.
Biol. 1999. V. 10. P. 239-243.
27. Gurdon J.B., Laskey R.A., De
Robertis E.M., Partington G.A. Reprogramming of transplanted nuclei in amphibia
//Int. Rev. Cytol. (Suppl.), 1979. V. 9. P. 161-178.
28. Guss K.A., Nelson C.E., Hudson
A. et al. Control of a genetic regulatory network by a selector gene//
Science. 2001. V. 292. P. 1164-1167.
29. International Human Genome
Sequencing Consortium. Initial sequencing and analysis of the human genome// Na-ture.
2001. V. 49. P. 860-921.
30. Hogan B.L.M. Morphogenesis//
Cell. 1999. V. 96. P. 225-233.
31. Jackson J.D., Petrykowska H.,
Philipsen S. et al. Role of DNA sequences outside the cores of DNase
hypersensitive sites (HSs) in functions of the *- globin locus control region//
J. Biol. Chem. 1996. V. 271. P. 11871-11878.
32. Kikyo N, Wolffe A.P.
Reprogramming nuclei: insights from cloning, nuclear transfer and heterokaryons
//J. Cell Sci. 2000. V. 113. P. 11-20.
33. Kioussis D., Festenstein R.
Locus control regions: overcoming heterochromatin-induced gene inactivation in
mam-mals// Curr. Opin. Genet. Dev. 1997. V. 7. P. 614-619.
34. Latham K.E. Mechanisms and
control of embryonic genome activation in mammalian embryos// Int. Rev. Cytol.
1999. V. 193. P. 71-124.
35. Lewin B. Genes V. NY, Tokyo:
Oxford Univ. Press, 1994. P. 1272.
36. Lyko F., Paro R. Chromosomal
elements conferring epigenetic inheritance// BioEssays. 1999. V. 21. P.
824-832.
37. Meyerowitz E.M. Plants compared
to animals: the broadest comparative study of development// Science. 2002. V.
295. P. 1482-1485.
38. Misteli T. Proteins dynamics:
implication for nuclear architecture and gene expression// Science. 2001. V.
291. P. 843-847.
39. Miyashita N., Shiga K., Tonai M.
et al. Remarkable differences in telomere lengths among cloned cattle derived
from different cell types// Biol. Reprod. 2002. V. 66. P. 1649-1655.
40. Morley S.D., O `Donohoe E.A.,
Hughes K.E. et al. Mosaic patch patterns in chimaeric and transgenic mice
suggest that directional growth in the adrenal cortex begins in the perinatal
period// Endocr. Res. 2002. 28: 657-662.
41. O'Brien S.J., Menotti-Raymond
M., Murphy W.J. et al. The promise of comparative genomics in mammals// Sci-ence.
1999a. V. 286. P. 458-462.
42. O'Brien S.J, Menotti-Raymond M.,
Murphy W.J. et al. Genome maps 10. Comparative genomics. Mammalian radia-tions.
Wall chart// Science. 1999b. V. 286. P. 463-478.
43. Ogura A., Inoue K., Ogonuki N.
et al. Production of male cloned mice from fresh, cultured, and cryopreserved
imma-ture Sertoli cells// Biol. Reprod. 2000. V. 62. P. 1579-1584.
44. Palmiter R.D., Brinster R.L.
Germ-line transformation of mice// Ann. Rev. Genet. 1986. V. 20. P. 465-499.
45. Parada L.A., Misteli T.
Chromosome positioning in the interphase nucleus// Trends in Cell Biol. 2002.
V. 12. P. 425-432.
46. Porter S.D., Meyer C.J. A distal
tyrosinase upstream element stimulates gene expression in neural-crest-derived
melanocytes of transgenic mice: position-independent and mosaic expression//
Development. 1994. V. 120. P. 2103-2111.
47. Ramirez A., Milot E., Ponsa I.
et al. Sequence and chromosomal context effects on variegated expression of
keratin 5/lacZ constructs in stratified epithelia of transgenic mice//
Genetics. 2001. V. 158. P. 341-350.
48. Rideout W.M., Eggan W., Jaenisch
R. Nuclear cloning and epigenetic reprogramming of the genome// Science. 2001.
V. 293. P. 1093-1098.
49. Robertson G., Garrick D., Wu W.
et al. Position-dependent variegation of globin transgene expression in mice//
Proc. Natl Acad. Sci. USA. 1995. V. 92. P. 5371-5375.
50. Sadoni N., Langer S., Fauth C.
et al. Nuclear organization of mammalian genomes. Polar chromosome territories
build up functionally distinct higher order compartments// J. Cell Biol. 1999.
V. 146. P. 1211-1226.
51. Slobodyanyuk S.Y., Serov O.L.
Varionations in the expression of the gene Pgd due to the effect of chromosomal
rearrangements in Drosophila melanogaster// Mol. Gen. Genet. 1983. V. 191. P.
372-377.
52. Stern D.L. Evolutionary
developmental biology and the problems of variation// Evolution Int. J. Org.
Evolution. 2000. V. 54. P. 1079-1091.
53. Sun H.B., Shen J., Yokota H.
Size-dependent positioning of human chromosomes in interphase nuclei//
Biophys. J. 2000. V. 79. P. 184-190.
54. Surani M.A. Reprogramming of
genome function through epigenetic inheritance// Nature. 2001. V. 414. P.
122-128.
55. Tan S.S. Liver-specific and
position-effect expression of a retinal-binding protein-lacZ fusion gene
(RBP-lacZ) in transgenic mice// Dev. Biol. 1991. V. 146. P. 24-37.
56. Tanabe H., Muller S., Neusser M.
et al. Evolutionary conservation of chromosome territory arrangements in cell
nu-clei from higher primates// Proc. Natl Acad. Sci. USA. 2002. V. 99. P.
4424-4429.
57. Tarlof K.D., Hobbs C., Jones H.
A structural basis for variegating position effects// Cell. 1984. V. 37. P.
869-878.
58. The Arabidopsis Genome
Initiative. Analysis of the genome sequence of flowering plant Arabidopsis
thaliana// Na-ture. 2000. V. 408. P. 796-815.
59. The C. elegans Sequencing
Consortium. Genome sequence of the nematode C. elegans: a platform for
investigat-ing biology// Science. 1998. V. 282. P. 2012-2018.
60. Thorey I.S., Pedersen R.A.,
Linney E., Oshima R.G. Parent-specific expression of a human
keratin18/beta-galactosidase fusion gene in transgenic mice// Dev. Dyn. 1992.
V. 195. P. 100-112.
61. Transgenic Animals/Eds.
F. Grosveld, G. Kollias. London: Acad. Press, 1992. P. 79-98.
62. Volpert L., Beddington R.,
Brockes J. et al. Principles of Development. Oxford: Oxford Univ. Press. 1998.
484 p.
63. Wakayama T., Yanagimachi R.
Mouse cloning with nucleus donor cells of different age and type// Mol.
Reprod. Dev. 2001. V. 58. P. 376-383.
64. Weiler K.S., Wakimoto B.T.
Heterochromatin and gene expression in Drosophila// Ann. Rev. Genet. 1995. V.
29. P. 577-605.
65. Yamazaki Y., Makino H.,
Hamaguchi-Hamada K. et al. Assessment of the developmental totipotency of
neural cells in the cerebral cortex of mouse embryo by nuclear transfer//
Proc. Natl Acad. Sci. USA. 2001. V. 98. P. 14022-14026.
66. Zhimulev I.F. Polytene
chromosomes, heterochromatin and position effect variegation// Advances in
Genetics. 1998. V. 37. P. 1-566.
67. Zhuma T., Tyrrelli R., Sekkali
B. et al. Human HMG box transcription factor HBP1: a role in hCD2 LCR function
//EMBO J. 1999. V. 18. P. 6396-6406.
68. Zink D., Cremer T. Chromosome
dynamics in nuclei of living cells// Curr. Biol. 1998. V. 8. P. R321-R324.
69. Zink D., Cremer T., Saffrich R.
et al. Structure and dynamics of human interphase chromosome territories//
Hum. Genet. 1998. V. 102. P. 241-251.
