Проблемы и перспективы молекулярной генетики. Том 1 - Свердлов Е.Д.
ISBN 5-02-002753-7
Скачать (прямая ссылка):
Можно предположить, что характерной особенностью медицины следующего века станет ее превентивный и персонолизированный характер. В результате медицинские методы из стандартизированных и усредненных превратятся в групповые и индивидуальные.
Так выглядит весьма краткий набросок того, что представляет собой молекулярная генетика сегодня и с чем она вошла в третье тысячелетие.
академик Е.Д. Свердлов
МОЛЕКУЛЯРНАЯ ГЕНЕТИКА ЖИВОТНЫХ
Нижеследующие четыре обзора отражают результаты научно-исследовательских работ Отдела молекулярной генетики клетки ИМГ РАН за последние годы:
Гетерохроматин (В.А. Гвоздев).
Механизмы и следствия взаимодействий ре гротранспозонов с геномом хозяина (Е.Г. Пасюкова).
Кластер семенник-специфичных генов у дрозофилы (Ю.Я. Шевелев).
Функциональная организация генома дрозофилы: генетические элементы в протяженном районе эухроматина (В.Е. Алаторцев).
ВВЕДЕНИЕ
В Отделе исследуется структурно-функциональная организация генома эукариот на примере модельного объекта - плодовой мушки Drosophila melanogaster. Огромная роль этого объекта в расшифровке механизмов функционирования более сложных геномов, включая геном человека, хорошо известна. Работы на дрозофиле заложили основу для развития работ на позвоночных, включая человека, по следующим основным направлениям молекулярной генетики: молекулярный анализ генетики развития организма; исследование рецепции сигналов окружающей среды; роль структуры хроматина в клеточной дифференцировке. Успехи в исследовании геномов позвоночных, основанные на работах, выполненных на дрозофиле, стали стимулом для организации проекта секвенирования генома D. melanogaster, который в значительной степени был завершен в 2000 г. Доступный банк данных нуклеотидных последовательностей предоставил богатейший материал для выяснения функций генов, которые до сих пор не были идентифицированы, а также для анализа этой информации с помощью компьютерных программ. Однако гены, кодирующие белки, составляют только малую часть сложных геномов многоклеточных эукариот. Одной из наиболее важных задач является выявление в не кодирующих белки последовательностях ДНК тех контролирующих элементов, которые определяют правильную экспрессию генов во времени и в отдельных тканях развивающегося организма.
В Отделе продолжаются исследования проблем, поставленных в свое время классической генетикой, но далеко еще не решенных. Некоторые из них (явление компенсации дозы гена и эффекта положения гена) были выбраны для экспериментального анализа достаточно давно (Гвоздев, 1968). Исследования “эффекта положения генов” и “компенсации дозы гена” полу-
11
чили в настоящее время, благодаря использованию технологии рекомбинат-ных ДНК, широчайшее развитие во многих лабораториях мира. Первые публикации собственных работ, касающихся этих проблем и выполненных в лаборатории биохимической генетики животных Радиобиологического отдела Института атомной энергии, появились в 70-х годах (Гвоздев, 1970; Faizullin, Gvozdev, 1973; Gvozdev et al., 1974). Исследования компенсации дозы гена связаны с самыми общими вопросами регуляции генной активности, в первую очередь генов половых хромосом, число которых различается у разных полов. Несмотря на различие числа генов половых хромосом, общий уровень их экспрессии одинаков у самцов и самок. Экспрессия генов в единственной Х-хромосоме самца дрозофилы “сверхактивирована”, ее уровень такой же, как двух Х-хромосом самок. Уровень экспрессии генов половых хромосом устанавливается в раннем развитии организма и наследуется в ряду клеточных поколений. Новые работы, касающиеся проблемы “компенсации дозы гена”, выполнены в секторе генных взаимодействий (В.Е. Алаторцев). Эффект положения генов состоит в изменении характера экспрессии гена, вызванном перемещением его в другое окружение. При эффекте положения может наблюдаться нестабильная, обратимая инактивация генов. Эта модель исследования экспрессии гена имитирует процессы клеточной дифференцировки, а потому издавна привлекает внимание исследователей. Неактивное состояние вызвано не изменением нуклеотидной последовательности гена, а обусловлено наследуемым в ряду клеточных поколений “неактивным” состоянием гена, определяемым комплексом белков, связывающихся с ним. Инактивация гена нестабильна, может происходить реактивация гена в процессе развития организма. Такой обратимый тип наследования экспрессии гена называют эпигенетическим (Holliday, 1994; Henikoff, Matzke, 1997). К исследованию молекулярных механизмов эпигенеза на самых разных объектах (дрожжи, нематода, дрозофила, позвоночные) сейчас привлечено большое внимание, поскольку эпигеномное наследование имеет место в клетках и тканях нормально развивающегося организма в процессах дифференцировки и морфогенеза. Результаты подобных работ, выполненных на дрозофиле, были успешно использованы при исследовании клеточной д 1фференцировки и ракового перерождения у млекопитающих (Jones et al., 2000). На фоне интенсивно ведущихся на разных объектах исследований эффектов положения генов работы отдела представляются оригинальными и вносят свой вклад в развитие представлений о механизмах этого явления. Обратимый и наследуемый в ряду поколений соматических клеток характер экспрессии генов имеет место как при эффекте положения, так и в явлении дозовой компенсации. В обоих случаях речь идет об эпигеномном характере наследования инактивированного или, напротив, “сверхактивного” состояния гена.
