Проблемы и перспективы молекулярной генетики. Том 1 - Свердлов Е.Д.
ISBN 5-02-002753-7
Скачать (прямая ссылка):
Высокая точность передачи хромосом в митозе и мейозе необходима для нормального развития организма и для наследования различных признаков. Нарушения правильности передачи хромосом дочерним клеткам приводят.
62
в частности, к таким катастрофическим последствиям как анеуплоидии, т.е. к отклонениям от нормального числа хромосом. У человека анеуплодия возникает в 7% зигот и обнаруживается в 45% случаев спонтанных абортов. (Jacobs, Hassold, 1995). Многие хорошо известные врожденные аномалии (например, синдромы Дауна, Клайнфельтера, Шерешевского-Тернера) также вызваны анеуплодией. Почти всегда в процессе развития опухолей также возникают дефекты хромосом: документированы свыше 84 ООО кариоти-пических аномалий, ассоциированных с неопластическими изменениями у человека (Mitelman, 1994). Несмотря на очевидную значимость анеуплоидии, мы только еще начинаем понимать причины аберрантной трансмиссии хромосом; для углубления понимания этих причин необходимы дальнейшие исследования.
В качестве объекта для экспериментального изучения механизмов генетической стабильности рядом существенных достоинств обладают дрожжи сахаромицеты. Несколько видов дрожжей, образующие род Saccharomyces, одомашнены, как считается, более 8 тыс. лет назад, используются в хлебопечении, виноделии, пивоварении и пр. и служат по этой причине объектами непрекращающейся селекционной работы. Среди них наиболее изучен генетически вид Saccharomyces cerevisiae фис. 21), предоставляющий исследователю широкие возможности применения классических генетических подходов в сочетании с постоянно развивающимися и совершенствующимися методиками молекулярной генетики. Начало генетике S. cerevisiae было положено в середине 30-х годов прошлого века. С тех пор эта область исследований интенсивно развивается; в настоящее время над проблемами генетики дрожжей активно работают тысячи исследователей во многих странах мира. Популярность дрожжей как объекта генетических исследований во многом обусловлена реальной возможностью изучать фундаментальные проблемы генетики эукариотических клеток с помощью высокоэффективных методов генетики микроорганизмов. Преимуществами S. cerevisiae как объекта генетических исследований являются: а) одноядерность клеток, позволяющая сравнительно легко получать генетически маркированные линии клеток; б) простота жизненного цикла (рис. 22) и неприхотливость в отношении питательных сред; в) особенности полового процесса, позволившие легко и быстро осуществлять классический генетический (тетрадный) анализ (уже к началу 80-х годов были картированы сотни генов S. cerevisiae), а также исследовать закономерности генетической рекомбинации на стадии четырех хроматид; г) характерные уникальные особенности организации и функционирования митохондриального генома; д) способность клеток приобретать извне разнообразные рекомбинантные генетические структуры, поддерживать их в относительно неизменном виде в автономном состоянии (эта способность делает Saccharomyces едва ли не единственным счастливым исключением среди многих родов дрожжей) и обеспечивать экспрессию содержащейся в них генетической информации.
Инструментом, без которого практически невозможно обойтись при поиске и изучении цис- и транс-активных факторов, участвующих в воспроизведении и распределении компонентов наследственного аппарата клеток, служит анализ митотической стабильности (надежности митотической передачи) различных наследственных структур и ее вариаций, обусловленных генетически. Изучению митотической стабильности наследственных струк-
63
тур дрожжей положили начало на рубеже 40-х и 50-х годов прошлого века работы Эфрусси и его сотрудников по генетике цитоплазматического фактора Иго, идентифицированного благодаря характерной для него низкой митотической стабильности и оказавшегося при дальнейшем изучении тождественным геному митохондрий. За истекшие полвека накоплен огромный экспериментальный материал, относящийся к высокой изменчивости, характерной для митохондриального генома дрожжей (см., например, обзор: Contamine, Picard, 2000), и к генетическим механизмам, обеспечивающим высокую митотическую стабильность дрожжевых хромосом.
В последней трети XX в. дрожжи-сахаромицеты оказались самым перспективным объектом исследований организации и функции эукариотического генома и его наследственных структур методами молекулярной биологии и генетики (Botstein, Fink, 1988). Геном дрожжей (16 хромосом, 12 млн п.о., 6000 генов) явился первым эукариотическим геномом, последовательность которого была полностью определена (Goffeau et al., 1996). Дрожжи Saccharomyces cerevisiae были первым организмом, у которого технология рекомбинантных ДНК дала возможность изолировать и изучить структуру основных элементов эукариотической хромосомы: область начала репликации ДНК (оп), центромеру (CEN), которая обеспечивает равное распределение хромосом при делении клетки, и концы хромосом - теломеры (TEL), функция которых - сохранение целостности хромосом и завершение репликации (Данилевская, Арман, 1989; Захаров, 1989). Благодаря этому появилась возможность включать структурные элементы хромосомы поодиночке или в разных сочетаниях в генно-инженерные конструкции. Был создан набор эффективных челночных векторов дрожжей для исследования фундаментальных проблем и решения задач биотехнологии. Самым замечательным достижением молекулярной генетики стало создание искусственной хромосомы дрожжей (YAC) (Burke et al., 1987). Развитие техники клонирования в YAC в качестве вектора явилось важнейшим этапом для изучения сложных геномов, построения физических карт хромосом и идентификации генов.
