ПРОСТРАНСТВЕННАЯ ОРГАНИЗАЦИЯ ГЕНОМА МЛЕКОПИТАЮЩИХ
Аннотация
В марте 2000 г. было сделано заявление, которое произвело огромное впечатление даже на людей, далеких от биологии: геном человека секвенирован! Комментируя его, Бил Клинтон сказал, что это событие для человечества имеет значение большее, чем изобретение колеса, и он горд, что это произошло во время его нахождения на посту президента США. Секвенирование генома человека, несомненно, является огромным успехом современной биологии, но следует отметить, что секвенирование генома не означает его расшифровку. Сегодня геном человека и ряда других видов уже представлен в базах данных в виде последовательностей нуклеотидов, но оказалось, что можно и читать, и писать, понимая лишь небольшую часть написанного. В тексте «геном человека» мы понимаем отдельные «слова», а иногда и целые фразы. Однако выяснение правил языка, определяющих разбиение текста на абзацы, главы и отдельные тома, представляет собой отдельную задачу, которая, похоже, оказалась более сложной, чем простое секвенирование: «чтение–записывание» в длинные цепочки символов A, T, G, C.
Некоторые проблемы обусловлены тем, что в реальной жизни геном является трех - или даже, учитывая время, четырехмерным, а записали его пока лишь в одномерном варианте, потеряв не только информацию, связанную с его пространственной организацией, но и оставив на будущее изучение самих принципов этой организации. Возможно, ситуация является еще более сложной. В ДНК записаны не только наследственная информация в виде последовательности нуклеотидов, необходимая для построения белков, но и программа ее реализации: когда и в каких клетках будет считываться информация с различных участков ДНК. Уже сейчас известно множество механизмов и систем кодирования, используемых для управления работой генов не только последовательности нуклеотидов в определенных участках генома. К таким механизмам относятся метилирование ДНК и модификации гистонов, доменная организация хромосомы и другие особенности генома, которые определяют различия между индивидуальными клетками, возникающие в ходе их дифференцировки в клетки различных тканей. То есть генетический код, определяющий аминокислотную последовательность белков через последовательность нуклеотидов, является только одним из существующих кодов.
В настоящей статье мы рассмотрим только одну из проблем – пространственную организацию генома. Более того, для упрощения решения этой задачи ограничимся рассмотрением генома соматических клеток млекопитающих, что позволит оставить за рамками настоящей статьи такие особые варианты организации генома, как политенные хромосомы, хромосомы типа ламповых щеток, а также специфическую реорганизацию генома в мейозе.
Об авторе
Н. Б. Рубцов
Федеральное государственное бюджетное научное учреждение «Федеральный исследовательский центр Институт цитологии и генетики Сибирского отделения Российской академии наук», Новосибирск, Россия
Россия
Россия
Список литературы
1. Рубцов Н.Б. Хромосома человека в четырех измерениях // Природа. 2007. № 8. C. 3–10.
2. Chakalova L., Debrand E., MitchellJ. A. et al. Replication and transcription: shaping the landscape of the genome // Nat. Rev. Genet. 2005. V. 6. P. 669–677.
3. Cremer M., Grasser F., Lanctôt C. et al. Multicolor 3D fluorescence in situ hybridization for imaging interphase chromosomes // Methods Mol. Biol. 2008. V. 463. P. 205–239.
4. Cremer T., Cremer M. Chromosome territories // Cold Spring Harb. Perspect. Biol. 2010. V. 2. No. 3. a003889.
5. Cremer T., Kurz A., Zirbel R. et al. Role of chromosome territories in the functional compartmentalization of the cell nucleus // Cold Spring Harb. Symp. Quant. Biol. 1993. V. 58. P. 777–792.
6. Dietzel S., Jauch A., Kienle D. et al. Separate and variably shaped chromosome arm domains are disclosed by chromosome arm painting in human cell nuclei // Chromosome Res. 1998. V. 6. P. 25–33.
7. Dixon J.R., Selvaraj S., Yue F. et al. Topological domains in mammalian genomes identifi ed by analysis of chromatin interactions // Nature. 2012. V. 485. No. 7398. P. 376–380.
8. Ford C., Hamerton J. The chromosomes of man // Nature. 1956. V. 178. P. 1010–1013.
9. ISCN (2009): International System of Human Cytogenetic Nomenclature / Eds L.G. Shaffer, M.L. Slovak, L.J. Campbell. Basel: S. Karger AG, 2009.
10. Kamarck M., Barker P., Miller R. et al. Somatic cell hybrid mapping panels // Exp. Cell Res. 1984. V. 152. P. 1–14.
11. Lemke J., Claussen J., Michel S. et al. The DNA-based structure of human chromosome 5 in interphase // Am. J. Hum. Genet. 2002. V. 71. P. 1051–1059.
12. Li G., Sudlow G., Belmont A. Interphase cell cycle dynamics of a late-replicating, heterochromatic homogeneously staining region: precise choreography of condensation/ decondensation and nuclear positioning // J. Cell Biol. 1998. V. 140. P. 975–989.
13. Mahy N., Perry P., Bickmore W. Gene density and transcription influence the localization of chromatin outside of chromosome territories detectable by FISH // J. Cell Biol. 2002. V. 159. P. 753–763.
14. Robinett C., Straight A., Li G. et al. In vivo localization of DNA sequences and visualization of large-scale chromatin organization using lac operator/repressor recognition // J. Cell Biol. 1996. V. 135. P. 1685–1700.
15. Sadoni N., Langer S., Fauth C. et al. Nuclear organization of mammalian genomes. Polar chromosome territories build up functionally distinct higher order compartments // J. Cell Biol. 1999. V. 146. P. 1211–1226.
16. Schermelleh L., Solovei I., Zink D., Cremer T. Two-color fl uorescence labeling of early and mid-to-late replicating chromatin in living cells // Chromosome Res. 2001. V. 9. P. 77–80.
17. Schmegner C., Berger A., Vogel W. et al. An isochore transition zone in the NF1 gene region is a conserved landmark of chromosome structure and function // Genomics. 2005. V. 86. No. 4. P. 439–445.
18. Solovei I., Kreysing M., Lanctot C. et al. Nuclear architecture of rod photoreceptor cells adapts to vision in mammalian evolution // Cell. 2009. V. 137. P. 356–368.
19. Tjio J.-H., Levan A. The chromosome number of man // Hereditas. 1956. V. 42. P. 1–6.
20. Visser A., Jaunin F., Fakan S. et al. High resolution analysis of interphase chromosome domains // J. Cell Sci. 2000. V. 113. Pt 14. P. 2585–2593.
21. Yokota H., van den Engh G., Hearst J. et al. Evidence for the organization of chromatin in megabase pair-sized loops arranged along a random walk path in the human G0/G1 interphase nucleus // J. Cell Biol. 1995. V. 130. P. 1239–1249.
Рецензия
Просмотров:
752
Послать статью по эл. почте 