Рыбки Danio rerio наследуют модификации ДНК от отца

Время: 1-07-2013, 12:48 Просмотров: 1660 Автор: Nemezis

Рыбки Danio rerio наследуют модификации ДНК от отца


Все клетки живого организма обладают одним и тем же набором генов, однако при этом выполняют разные функции. Разделение труда обеспечивается за счет того, что в определенных клетках одни гены активно экспрессируются, а другие «молчат». Активное/неактивное состояние генов в клетке обеспечивается химическими модификациями (метками) ДНК и белков-гистонов, с которыми ДНК связана (такие метки называются эпигенетическими — то есть стоящими «над геномом»). Наследование таких модификаций у позвоночных — вопрос, изученный пока довольно плохо. До сих пор была распространена гипотеза, что сразу после оплодотворения все модификации с родительской ДНК снимаются, чтобы дать возможность эмбриону развиваться в разных направлениях. Оказывается, у рыбок это не совсем так. Сразу две научные группы детально изучили ДНК эмбрионов рыбок Danio rerio на разных стадиях развития и продемонстрировали, что модификации ДНК эмбриона у них идентичны таковым в сперматозоиде. Таким образом, Danio rerio наследуют, по крайней мере в эмбриональном развитии, модификации ДНК от отца.

Каким образом из одной клетки, зиготы, которая образуется после слияния яйцеклетки и сперматозоида, развивается многоклеточный организм, обладающий огромным набором функций? Известно, что большинство клеток взрослого организма узкоспециализированы и едва ли способны сменить свою «специальность». В отличие от них, зигота может дать начало всем типам клеток, то есть обладает свойством тотипотентности. На уровне генома (ДНК клетки) «узкая» или «широкая» специализация клеток определяется тем, какие гены работают, а какие выключены («молчат»).

Основной способ, которым пользуется клетка, чтобы выключить ген, — это химическая модификация, при которой к азотистому основанию цитозину в составе ДНК прикрепляется метильная группа. Метилироваться (см. также Methylation) может только пара нуклеотидов CpG (C обозначает цитозин, G — гуанин, а p — фосфатную группу). Такие пары нередко встречаются в регуляторных последовательностях генов. Если эти участки метилированы, ген не будет экспрессироваться и участвовать в жизнедеятельности клетки.

Еще один способ регуляции активности генов — модификация белков-гистонов, участвующих в упаковке ДНК в клетке. В отличие от метилирования ДНК, спектр модификаций (меток) здесь гораздо шире, и с их помощью активность гена может быть как подавлена, так и усилена (см. гистоновый код).

Наконец, третий игрок в области эпигенетики — это некодирующие РНК (см. также Non-coding RNA), то есть молекулы РНК, не содержащие информации о белке, но исполняющие различные регуляторные функции: например, микроРНК (MicroRNA) участвует в выключении генов, а пиРНК (PiRNA) — в регуляции мобильных элементов (см.: У млекопитающих найдена система управления мобильными генетическими элементами, «Элементы», 11.05.2007).

Все эти три способа используются при развитии эмбриона из зиготы для направления клеток «на путь истинный». Совокупность модификаций, изменяющих и регулирующих информацию, заложенную в геноме, называется эпигеномом (то есть, в переводе с греческого, «надгеномом») и является предметом изучения эпигенетики. В клетке есть целый ряд белков, которые осуществляют и регулируют процессы модификации ДНК и гистонов: метилирование, обратный ему процесс — деметилирование, и т. п.

Яйцеклетка и сперматозоид — сами по себе клетки весьма специализированные. Они несут собственный набор эпигенетических меток. В то же время, зигота, которая образуется при их слиянии, должна потенциально дать начало разным типам клеток и запустить программу развития зародыша. Из этого противоречия вытекают два вопроса: имеет ли место эпигенетическое «перепрограммирование» зиготы? как оно реализуется? И третий вопрос, более философского толка: передаются ли эпигенетические метки из родительских клеток потомству?

В поисках ответа на первые два вопроса ученые пришли к предположению, что у позвоночных животных сразу после оплодотворения происходит деметилирование ДНК, то есть метильные модификации снимаются — активно (при помощи специальных белков-ферментов) или пассивно (то есть при копировании ДНК получившиеся дочерние цепи остаются неметилированными). Далее, по мере развития эмбриона, метки навешиваются заново в соответствии с программой развития. Поначалу считалось, что все позвоночные следуют этому принципу, однако постепенное накопление данных свидетельствует о том, что он верен для млекопитающих, а, например, у амфибий (лягушки Xenopus) и рыб (Danio rerio) всё происходит немного по-другому.

В майском номере журнала Cell были опубликованы сразу две работы, посвященные изучению эпигеномных модификаций у рыбки Danio rerio — популярного модельного организма. Для рыбок характерно симметричное деление зиготы до стадии примерно тысячи клеток (десять циклов деления), которая называется средней бластулой (Midblastula). Только на этой стадии происходит активация генома зародыша, до этого развитие происходит за счет ресурсов родительских клеток (см. Нужны ли эмбрионам гены?, «Элементы», 08.05.2007). Исследователи из Китая и из США проанализировали ДНК яйцеклеток, сперматозоидов, зиготы и эмбрионов рыбок до стадии средней бластулы на предмет метилирования при помощи метода полногеномного бисульфитного секвенирования.

Участки, обогащенные CpG-парами, в яйцеклетке и сперматозоиде оказались метилированы по-разному — на 75–80% и 90–95% соответственно. После оплодотворения геномы отца и матери, вместо того чтобы быть деметилированными, сохраняли свои метильные метки. Более того, оказалось, что «материнский» эпигеном (точнее, метилом — совокупность метильных меток) подвергается активному перепрограммированию и к стадии средней бластулы становится идентичным «отцовскому» эпигеному...

html-cсылка на публикацию
BB-cсылка на публикацию
Прямая ссылка на публикацию
| распечатать

Другие новости по теме:

Информация

Посетители, находящиеся в группе Гости, не могут оставлять комментарии к данной публикации.

НАВИГАЦИЯ
ГЕОГРАФИЯ САЙТА
( 2) ( 0) ( 1) ( 1) (Подробнее)
ОБЛАКО ТЕГОВ

    Требуется для просмотраFlash Player 9 или выше.

    Показать все теги
ДРУЗЬЯ САЙТА
ПОСЕТИТЕЛИ О САЙТЕ
    Независимые отзывы о skazkatver.ru Независимые отзывы о skazkatver.ru Отзывы о нас на Флампе
РЕКЛАМА

 
Fatal error: [] operator not supported for strings in /home/users/s/skazkatver/domains/skazkatver.ru/index.php on line 305