Диссертация (1145855), страница 13
Текст из файла (страница 13)
Считается, что такое отставание связано с нарушениемфункционирования центромер, обусловленным неправильной загрузкой центромерногогистона CENH3 на хромосомы одного из родительских видов (Sanei et al., 2011). Кроме того,элиминация хроматина у этих гибридов также происходит во время интерфазы посредствомпочкования (Таблица 1). Интересно, что хроматин, предназначенный для элиминации,гетерохроматинизуется и локализуется на периферии ядра. В результате почкования, атакже в результате отставания хромосом или их фрагментов формируются микроядра, вкоторых происходит постепенная деградация генетического материала (Gernard et al., 2005,2006).55Механизм элиминации половых хромосом, которая была обнаружена у некоторыхсумчатых млекопитающих, не известен, однако показано, что элиминация половыххромосомтакжехарактеризуетсяэффектами,связаннымиспредварительнойкомпактизацией элиминируемой хромосомы. Морфологический анализ показал, что Х илиY хромосомы отцовского происхождения формируют плотные тельца в ядрахсоматических тканей у некоторых сумчатых млекопитающих, после чего происходит ихэлиминация (Таблица 1).
При этом в клетках зародышевой линии хромосомы,предназначенные для элиминации, морфологически не отличаются от других и являютсятранскрипционно активными (Johnston et al., 2002; Deakin et al., 2009). В отличие отплацентарных млекопитающих, инактивация хромосомы Х у сумчатых не контролируетсядлинной некодирующей РНК (XIST), ген которой отсутствует на половых хромосомахсумчатых (Deakin et al., 2009). Кроме того, модификации гистонов, характерные длягетерохроматина, такие как H3K27me3 и Н3K9me2, также не были обнаружены у сумчатыхмлекопитающих на инактивированной хромосоме Х (Kohlmaier et al., 2004).Удаление целого отцовского генома может происходить либо в клетках раннегоэмбриона, либо в клетках зародышевой линии или даже во время мейоза (Brown, 1965;Herrick, Seger, 1999; Burt, Trivers, 2006).
Однако во всех случаях предварительнаякомпактизацияэлиминируемогогеномадетектируетсяморфологически.Дляпредставителей надсемейства Coccoidea перед удалением отцовского хромосомного наборапоказано накопление эпигенетических маркеров гетерохроматинизации, таких какH3K9me3 и H4K20me3, а также HP1-подобных белков (Таблица 1) (Bongiorni et al., 2007).Следует отметить, что даже в тех случаях, когда элиминация происходит в клеткахзародышевой линии или во время мейоза, отцовский геном обычно компактизируется наранних стадиях развития и поддерживается инактивированным на протяжении жизни особи(Brown, 1965; Herrick, Seger, 1999). У Sciaria coprophila также было показано, чтоматеринские и отцовские геномы обладают дифференциальным маркированием хроматинана протяжении всего развития зародышевых клеток.
В мейозе самцов материнскиехромосомы характеризуются высоким уровнем ацетилирования гистонов H4 и H3, в товремя как отцовские хромосомы обладают гипоацителированным состоянием гистонов H3и H4, характерными для гетерохроматина (Таблица 1) (Goday, Ruiz, 2002; Greciano, Goday,2006).
Удаление отцовского генома у разных видов может происходить в митозе или мейозеи зачастую включает события, связанные с формированием униполярного веретенаделения. Кроме того удаление также может происходить в результате постепенногоотставания отцовских хромосом в серии митотических делений зародышевых клеток56(Herrick, Seger, 1999; Burt, Trivers, 2006). Для самцов Sciaria coprophila показано, что вовремя первого мейоза гетерохроматинизированные отцовские хромосомы характеризуютсянарушением дефосфорилирования Н3S10-P в анафазе и телофазе, кроме того формируетсяуниполярное веретено деления, к которому прикрепляются кинетохоры толькоматеринских хромосом.
Отцовские хромосомы лишены кинетохорной структуры ипостепенно отходят в цитоплазматическую почку, что приводит к их удалению из клетки(Таблица 1) (Esteban et al., 1997; Goday, Esteban, 2001).Комплексные эффекты, связанные с нарушением компактизации отцовскогохроматина, могут также возникать при инфецировании особой В хромосомой, названнойPSR, или бактерией Wolbachia (Reed, Werren, 1995; Herrick, Seger, 1999; Vugt et al., 2003;Werren et al., 2008). Морфологический анализ показал, что в первом делении зиготыотцовский геном, инфицированный PSR, становится гиперконденсированным (van Vugt etal., 2003). Кроме того, происходит нарушение конденсации отцовского генома, связанное снеспособностью конденсинов связаться с хроматином, а также с нарушениемфосфорилирования гистона Н3.
В результате отцовский геном не формирует метафазныехромосомы и остается в цитоплазме, в то время как все хромосомы материнского геномаосуществляют митотическое деление. PSR избегает элиминации и сегрегирует вместе сматеринскими хромосомами. Считается, что первичные модификации отцовского генома,вызывающие его аномальное поведение после оплодотворения, индуцируются PSR вовремя сперматогенеза (Werren, Stouthamer, 2003; Swim et al., 2012).
Одной из такихвозможных модификаций является метилирование цитозина, которое детектируется вотцовском геноме во время сперматогенеза только у самцов инфицированных видов(Таблица 1). Кроме того, во время сперматогенеза самцов были обнаружены транскрипты,формируемые из PSR, которые представлены длинными некодирующими РНК. Однакороль этих транскриптов не известна (Swim et al., 2012; Akbari et al., 2013). Приинфицировании бактерией Wolbachia также происходит нарушение загрузки гистонов вотцовскомгеноме, связанноеснарушениемработы шаперонов, инарушениефосфорилирования гистона Н3.
Это приводит к тому, что только материнский наборхромосом конденсируется и расходится в анафазе, в то время как отцовский остаетсядиффузным и отстает в метафазной пластинке (Landmann et al., 2009). В присутствииWolbachia, хромосома PSR элиминируется вместе с отцовским геномом (Reed and Werren,1995; Werren, Stouthamer, 2003; Tram et al., 2007). Несмотря на то, что непосредственныймеханизм элиминации генома до конца не известен, показано, что Wolbachia участвует в57регуляции профиля метилирования генов хозяина, а также регулирует работу генов хозяинас помощью miРНК (Hussain et al., 2011).Вне зависимости от типа и структуры удаляемых последовательностей ДНК общимэффектомприизбирательномудалениигенетическогоматериалаявляетсяегопредварительная гетерохроматинизация. Вероятно, формирование конденсированногохроматина свидетельствует о предварительном распознавании клеткой «лишних»последовательностей ДНК.
При этом удаляемые последовательности могут бытьпредставлены как фрагментами хромосом, так целыми хромосомами или даже целымгеномомодногоизродителей.Взависимостиотструктурыудаляемыхпоследовательностей процесс удаления также существенно различается у разных видов.При диминуции хроматина происходит избирательное вырезание последовательностей вопределенных сайтах. Удаление целых хромосом, а также элиминация целого геномаодного родителя происходит из-за неспособности элиминируемых хромосом прикрепитьсяк веретену деления, или неспособности к нормальной сегрегации хроматид.
В результатепроисходит отставание хромосом во время анафазы. Элиминация хромосом также можетпроисходить в результате почкования из ядра во время интерфазы. В итоге, хроматин илицелые хромосомы обычно заключаются в микроядра или остаются в цитоплазме, гденакапливают двуцепочечные разрывы и постепенно деградируют.Избирательная элиминация представляет собой комплексный процесс, которыйвозник независимо у различных организмов и который служит для выполнения различныхфункций. Однако, несмотря на различия, этот процесс характеризуется общими этапами,включающими узнавание последовательностей, предназначенных для удаления, ихразделение посредством маркирования, затем физическое удаление и последующаядеградация.
Одним из наиболее интересных и малоизученных примеров животных, укоторых была обнаружена избирательная элиминация, являются межвидовые гибриды изкомплекса зеленых лягушек. Изучение процессов элиминации, а также эндорепликации,происходящих в гаметогенезе гибридов, необходимо для понимания механизмавоспроизводства межвидовых гибридов.
Эти процессы также важны для возникновения иподдержанияполиплоидныхформвпопуляционныхсистемах.Элиминацияиэндорепликация геномов в гаметогенезе гибридов представляют собой ключевые процессы,обеспечивающие преодоление репродуктивной изоляции межвидовых гибридов. Поэтомуизучение этих процессов представляется чрезвычайно важным для понимания механизмоввидообразования посредством межвидовой гибридизации.
Для установления роли58механизмов элиминации и эндорепликации геномов в поддержании и воспроизводствегибридных животных в популяционных системах необходим комплексный анализ,включающий идентификацию геномов, передаваемых с ооцитами, анализ потомства,полученного в результате искусственных скрещиваний, а также детальную характеристикуранних стадий гаметогенеза головастиков.59Таблица 1. Распространение и механизмы удаления генетического материала уразличных организмов.60ТипэлиминацииДиминуцияхроматинаОрганизмы, укоторыхописанмеханизмэлиминацииДля инфузорийOligohymenophoreaДля инфузорийSpirotrichДля другихвидов cдиминуциейхроматинаТипэлиминируемойпоследовательностиУчасткихромосом,представленныесателлитнымиповторами,диспергированнымиповторами,в редкихслучаяхуникальнымипоследовательностямиМеханизмраспознаванияпоследовательностиРазделениепоследовательностейМеханизм элиминацииПроцессингscanРНК,распознающие иметящиепоследовательности,предназначеныедля элиминацииpiРНК, метящиепоследовательностипредназначенныедлясохранения.Не известноНакоплениеметокгетерохроматинизации,H3K9me2 и H3K9me3.Периферическая локализацияудаляемыхпоследовательностейВырезаниепоследовательностейпоопределеннымсайтамспомощьюдоместицированнойтранспозазы из семействаPiggyBacВырезаниепоследовательностейпоопределеннымсайтамспомощьюдоместицированныхтранспозазПредположительнопредварительное разрезаниев интерфазе, затемрасположение вэкваториальной плоскостипосле расхождения хроматидв анафазе.ПослевырезанияпоследовательностиДНКформируюткольцевыеструктуры, которыевпоследствиидеградируютpiРНКцитозинаметилированиеМорфологическидетектируемаяконденсацияхроматинаудаляемыхпоследовательностейДляминогпоказанонакоплениеметокгетерохроматинизации5метилцитозин и H3K9me3.Удаляемыйхроматин остаетсяпосле расхожденияхромосом в анафаземитоза,гдепостепеннодегенерируетвцитоплазмеДляминог–отставший во времяанафазы хроматинформируетмикроядера, которыевпоследствиидеградируют.61Элиминациядобавочныххромосом: Е,L, К; GRС; ВхромосомыДляGRС Целые(germlineхромосомыrestrictedchromosome) узебровыхамадинибенгальскихзябликовНе известноНакоплениеметокгетерохроматинизации,H3K9me2иH3K9me3,гиперметилирование H4K20,НP1β.Неспособность прикрепитьсяк веретену деления, из-занарушения работыцентромер илинеспособность к сегрегациихроматид, вследствиенарушенияфосфорилирования илидефосфорилированиягистона Н3.Отставаниеанафазе,формированиемикроядер,накоплениедвуцепочечныхразрывов,деградация ДНКвДля К, L инекоторыхВхромосомНе известноМорфологическидетектируемая компактизацияэлиминируемых хромосомвДляхромосомSciariaНе известноМорфологическидетектируемоеполуконденсированноесостояние.Гипоацетилированноесостояние гистонов Н3, Н4.Отставаниеанафазе,формированиемикроядер,деградация ДНКНеспособность прикрепиться Отставаниек веретену деления, из-заанафазе,нарушения работыформированиецентромер илимикроядер,неспособность к сегрегациидеградация ДНК.хроматид, вследствиеПочкованиенарушенияинтерфазе,фосфорилирования илиформированиемдефосфорилированиямикроядрагистона Н3.последующаяПочкование в интерфазедеградацияцелой хромосомымикроядраЕуввси62ЭлиминацияполовыххромосомДля SciariaДля сумчатыхЭлиминацияотцовскогогеномаЦелыеполовыехромосомыотцовскогопроисхожденияНе известноЦелыеНе известнохромосомыY или ХотцовскогопроисхожденияДлядругих ЦелыеНе известноорганизмов,половыедлякоторых хромосомыхарактерноотцовскогоудалениепроисхождхромосоменияодногородителяДля SciariaЦелыйНе известноотцовскийгеномМорфологическидетектируемоеполуконденсированноесостояние.Гипоацетилированноесостояние гистонов Н3 и Н4.Неспособность прикрепитьсяк веретену деления, из-занарушенияработыцентромерилинеспособность к сегрегациихроматид,вследствиенарушенияфосфорилированияилидефосфорилированиягистона Н3.Почкование в интерфазецелой хромосомыДлясумчатыхпоказано Не известнометилирование ДНК.МорфологическиНеспособность прикрепитьсядетектируемая компактизация к веретену деления, из-заэлиминируемых хромосом.нарушенияработыцентромерилинеспособность к сегрегациихроматид.Морфологическидетектируемая компактизацияэлиминируемого хроматина.Гипоацетилированноесостояние гистонов H3 и H4.Формирование униполярноговеретена,ккоторомукрепятсяотцовскиехромосомы и выбрасываютсяиз клетки.Отставаниеанафазе,формированиемикроядер,деградация ДНКвПредположительноотставаниеванафазе,формированиемикроядер,деградация ДНКПредположительноотставаниеванафазе,формированиемикроядер,деградация ДНКФормированиецитоплазматическойпочки, содержащейотцовкие хромосомы63Индуцированнаяэлиминацияродительского геномаДляпредставителейCoccoidea:Морфологическидетектируемая компактизацияэлиминируемого хроматина.Накопление Me(3)K9H3 иMe(3)K20H4, а также HP1подобных белковПостепенноеотставание Отставаниевотцовских хромосом в серии анафазе.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
