Диссертация (1145832), страница 6
Текст из файла (страница 6)
Делеция Tet3 вППК или растущих ооцитах приводит к повышению частоты остановки развитияэмбрионов, вероятнее всего, связанной с задержкой активации отцовских аллелей генов,экспрессия которых необходима на начальных стадиях эмбриогенеза (Gu et al., 2011).Имеющиеся данные свидетельствуют в пользу того, что белок ТЕТ3 является важнейшимфактором активного эпигенетического репрограммирования отцовского генома на стадиизиготы.Несмотря на высокое содержание TET3 в ооцитах, их геном не подвергаетсяактивному деметилированию. При переносе ядра клетки кумулюса в энуклеированныйооцит количество 5-гидроксиметилцитозина резко возрастает (Wossidlo et al., 2011).Открытымостаетсявопрос,какимобразомгеномооцитаизбегаетактивногодеметилирования и как происходит узнавание отцовского генома (или геномасоматической клетки) ферментом TET3.
Предполагается, что материнский пронуклеусобладает резистентностью к действию деметилаз благодаря наличию в его хроматинедиметилированного по лизину в положении 9 гистона Н3 (H3K9me2) и специфическогобелка PGC7 (Wossidlo et al., 2011). В отсутствии PGC7 в материнском геномерегистрируют наличие 5-гидроксиметилцитозина (Nakamura et al., 2007; Nakamura et al.,2012).24Исследования судьбы 5-гидроксиметилцитозина, образовавшегося в мужскомпронуклеусе на стадии зиготы, позволили установить его зависимую от репликациипотерю при каждом делении дробления (Iqbal et al., 2011).
На метафазных пластинках,полученных из бластомеров двух-, четырёх- и восьмиклеточных зародышей мышинаблюдаетсяградуальное,уменьшениечислахроматид,несущих5-гидроксиметилцитозин: при каждом делении дробления число таких хроматид набластомер уменьшается примерно вдвое (Inoue, Zhang 2011). Таким образом, вдробящемсязародышенепроисходитбыстрогопревращениявсего5-гидроксиметилцитозина в другие кислородсодержащие производные 5-метилцитозинаи/или5-гидроксиметилурацил.Сохранение5-гидроксиметилцитозинавтечениедоимплантационного развития свидетельствует о его стабильности.Зависимая от репликации потеря 5-гидроксиметилцитозина не исключает егочастичногоокислениядо5-формилцитозинаи5-карбоксилцитозина.Наличиекарбонильной и карбоксильной форм 5-метилцитозина в геноме дробящихся зародышеймышибылоподтвержденоиммуноцитохимическимметодом.Показано,что5-формилцитозин и 5-карбоксилцитозин могут быть обнаружены в мужском пронуклеусеуже на стадии зиготы; затем при каждом делении дробления происходит их пассивнаяпотеря (Inoue et al., 2011).Одновременно с потерей кислородсодержащих производных 5-метилцитозина входе делений дробления происходит и зависимое от репликации уменьшение уровняметилированияДНК:теряется5-метилцитозин,которыйнебылподверженгидроксилированию на стадии зиготы.
К стадии бластоцисты геном реметилируется,распределение 5-метилцитозина в ДНК становится сходным с таковым в соматическихклетках, и эпигенетическое репрограммирование завершается (Beaujean et al., 2004; Fulkaet al., 2004; Баранов и др., 2005; Пендина и др., 2005; Pendina et al., 2011).Такимобразом,насегодняшнийденьнетсомненийвтом,чтокислородсодержащее производное 5-метилцитозина – 5-гидроксиметилцитозин – являетсяважнымпромежуточнымпродуктомферментативногодеметилированияДНКвгаметогенезе и в раннем эмбриогенезе млекопитающих.
Следует, однако, учитывать, чтомногиеключевыепроцессыразвитияхарактеризуютсявыраженнойвидовойспецифичностью. Поэтому требуются специальные исследования для доказательства роли5-гидроксиметилцитозина в эпигенетическом репрограммировании генома человека.251.5. Роль 5-гидроксиметилцитозина в регуляции экспрессии геновНаличие 5-гидроксиметилцитозина в эмбриональных стволовых клетках, а также вдифференцированных клетках млекопитающих позволяет предполагать его собственнуюроль в регуляции работы генов. Данные многочисленных исследований свидетельствуютв пользу такого предположения. В эмбриональных стволовых клетках мышей 5гидроксиметилцитозин локализован преимущественно в эухроматиновых районах свысокой плотностью генов.
При этом его наибольшая концентрация отмечена в сайтахначала транскрипции (transcription start sites – TSSs), в промоторах и экзонах (Ficz et al.,2011; Pastor et al., 2011; Williams et al., 2011; Wu et al., 2011; Xu et al., 2011). Установленотакже, что 5-гидроксиметилцитозин преимущественно локализуется в районах генома сосредней плотностью CpG-динуклеотидов. Высокий уровень 5-гидроксиметилцитозинахарактерен для CpG-островков, содержание GC-пар в которых варьирует от низкого досреднего, а также для промоторов со средней плотностью CpG-динуклеотидов (Ficz et al.,2011; Williams et al., 2011; Wu et al., 2011; Xu et al., 2011).Еще одним свидетельством в пользу связи 5-гидроксиметилцитозина с экспрессиейгенов является его колокализация в промоторах с маркером активного хроматина –триметилированным по лизину в 4-м положении гистоном Н3 (H3K4me3) (Pastor et al.,2011; Wu et al., 2011; Xu et al., 2011).
Уровень 5-гидроксиметилцитозина повышен вактивно транскрибирующихся генах, особенно в их 3’-концевых последовательностях(Wu et al., 2011; Xu et al., 2011). Для 5-гидроксиметилцитозина характерна специфичнаялокализация в геноме: в энхансерах, участках, фланкирующих промоторы или CpGостровки и собственно в генах. При этом наличие 5-гидроксиметилцитозина в энхансерахположительно коррелирует с активностью генов (Ficz et al., 2011; Pastor et al., 2011; Stroudet al., 2011; Wu et al., 2011; Hon et al., 2014; Lu et al., 2014).
Сходные данные получены висследованиях эмбриональных стволовых клеток и нейронов человека (Song et al., 2011;Stroud et al., 2011; Szulwach et al., 2011; Wang et al., 2012).Содержание 5-гидроксиметилцитозина в геноме человека варьирует от 0,05% до0,7 % от всех онований в ДНК и зависит от типа клеток и стадии онтогенеза (Li, Liu, 2011;Nestor et al., 2012). Наиболее высокий уровень 5-гидроксиметилцитозина (0,40-0,65%)характерен для ДНК клеток мозга, печени, почки, толстой и прямой кишки, менеевысокий – для клеток лёгкого (0,18%), а самый низкий – для клеток сердечной мышцы,молочной железы и плаценты (0,05-0,06%) (Li, Liu, 2011; Szulwach et al., 2011). В культуреклеток уровень 5-гидроксиметилцитозина быстро снижается.
При этом содержание 5гидроксиметилцитозина в активных генах коррелирует с уровнем их транскрипции (Nestor26et al., 2012). При изучении мозга мыши отмечено, что характер распределения 5гидроксиметилцитозина подвержен возрастным изменениям (Szulwach et al., 2011).При злокачественном перерождении клетки и при некоторых других заболеванияхсодержание 5-гидроксиметилцитозина в геноме изменяется. Значительное снижение (до0,02-0,06%) содержания 5-гидроксиметилцитозина по сравнению с нормальной тканьюпоказано в опухолевых клетках толстой и прямой кишки (Li, Liu, 2011).
Многие другиетипы злокачественных опухолей – плоскоклеточная карцинома, гепатома, меланома,опухоли молочной железы, легкого, поджелудочной железы, простаты – такжехарактеризуются пониженным содержанием в ДНК 5-гидроксиметилцитозина, что вбольшинстве случаев обусловлено мутациями генов Тet (Lian et al., 2012; Gambichler et al.,2013; Jäwert et al., 2013; Liu et al., 2013; Yang et al., 2013).Изменениеуровнягидроксиметилированиянаблюдаетсяпринекоторыхневрологических расстройствах (синдроме Ретта и аутизме) и нейродегенеративныхзаболеваниях (например, болезнь Гентингтона и Альцгеймера) (Chouliaras et al., 2013;Villar-Menendez et al., 2013; Wang et al., 2013; Al-Mahdawi et al., 2014). ПоказаноглобальноеснижениеуровнягидроксиметилированияДНКумышей–экспериментальных моделей болезнь Гентингтона (Wang et al., 2013). В то же время упациентов с наследственной атаксией Фридрейха отмечают повышение содержания 5гидроксиметилцитозина в локусе FXN (Al-Mahdawi et al., 2013).
При болезни Альцгеймерав клетках мозга повышаются уровни ТЕТ1, 5-метилцитозина и 5-гидроксиметилцитозина,но наблюдается снижение количества 5-формилцитозина и 5-карбоксилцитозина (BradleyWhitman, Lovell, 2013).Таким образом, гидроксилирование 5-метилцитозина может рассматриваться нетолько как промежуточный этап активного деметилирования, но и как достаточностабильная эпигенетическая модификация генома, биологическая роль которой остаетсямалопонятной.1.6. Влияние внешних факторов на изменения характера метилирования игидроксиметилирования ДНК соматических и половых клетокФизические и химические факторы внешней среды могут оказывать влияние наразвитие человека и его здоровье. Изменения в характере распределения эпигенетическихметок в геноме гамет могут провоцировать генетические нарушения, которые будутнаследоваться в ряду последующих поколений (Whitelaw NC, Whitelaw E, 2008).
Наиболеесильным воздействие внешних факторов на организм может быть в период гаметогенеза иэмбриогенеза, так как именно на этих этапах развития происходит эпигенетическая27реорганизация генома и установление нового рисунка метилирования ДНК. Аберрантноеметилирование может привести к нарушениям первичной дифференцировки клеток ипостнатальным патологиям, в том числе к нарушению гаметогенеза (Yauk et al., 2008).Эпигенетическиеметкимогутподвергатьсявоздействиюметаллов,различныххимических соединений и электромагнитного излучения (Baccarelli, Bollati, 2009).Факторы окружающей среды воздействуют в первую очередь на эпигенетический статусгенов «домашнего хозяйства», импринтированных генов и мобильных элементов генома(Dolinoy, Jirtle, 2008).Установлено, что такие металлы, как ртуть, мышьяк, свинец, никель и кадмийоказывают негативное влияние на здоровье человека.
Механизм их воздействиязаключается в образовании активных форм кислорода (АФК), которые вызываютповреждения ДНК, в результате чего происходит ингибировние ДНК-метилтрансфераз и,как следствие, гипометилирование ДНК. Снижение общего уровня метилирования ДНКоказывает негативное влияние на сперматозоиды: ведёт к нарушениям морфологии,уменьшениюподвижностииоплодотворяющейспособности.Доказано,чтонедостаточный уровень метилирования ДНК в сперматозоидах приводит к снижениюкачества эмбрионов у крыс, а также снижает частоту наступления беременности,осложняет течение и исход беременности после ЭКО (Benchaib et al., 2003).
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
