Эпигенетика: читать книгу онлайн полностью и бесплатно

Piano F., Schetter A.J., Mangone M., Stein L., and Kemphues K.J., 2000. RNAi analysis of genes expressed in the ovary of Caenorhabditis elegans. Curr. Biol. 10: 1619-1622.

Powell J.R., Jow M.M., and Meyer B.J., 2005. The T-box transcription factor SEA-1 is an autosomal element of the X:A signal that determines C. elegans sex. Dev. Cell 9: 339-349.

Prahlad V., Pilgrim D., and Goodwin E.B., 2003. Roles for mating and environment in C. elegans sex determination. Science 302: 1046-1049.

Reinke V., Gil I.S., Ward S., and Kazmer K., 2004. Genome-wide germline-enriched and sex-biased expression profiles in Caenorhabditis elegans. Development 131: 311-323.

Reinke V., Smith H.E., Nance J., Wang J., Van Doren C., Begley R., Jones S.J.M., Davis E.B., Scherer S., Ward S., and Kim S.K., 2000. A global profile of germ line gene expression in C. elegans. Mol. Cell 6: 605-616.

Schedl T., 1997. Developmental genetics of the germ line. In C. elegans //(ed. D.L. Riddle et al.), pp. 241-269. Cold Spring Harbor Laboratory Press, Cold Spring Harbor, New York.

Shiu P.K., Raju N.B., Zickler D., and Metzenberg R.L., 2001. Meiotic silencing by unpaired DNA. Cell 107: 905-916.

Skipper M., Milne C.A., and Hodgkin J., 1999. Genetic and molecular analysis offox-1, a numerator element involved in Caenorhabditis elegans primary sex determination. Genetics 151: 617-631.

Turner J.M., 2005. Sex chromosomes make their mark. Chromosoma 114: 300-306.

Turner J.M., Mahadevaiah S.K., Femandez-Capetillo O., Nussenzweig A., Xu X., Deng C.X., and Burgoyne P.S., 2005. Silencing of unsynapsed meiotic chromosomes in the mouse. Nat. Genet. 37: 41-47.

van Leeuwen F. and Gottschling D.E., 2002. Genome-wide histone modifications: gaining specificity by preventing promiscuity. Curr. Opin. Cell Biol. 14: 756-762.

Wang L., Brown J.L., Cao R., Zhang Y., Kassis J.A., and Jones R.S., 2004. Hierarchical recruitment of polycomb group silencing complexes. Mol. Cell 14: 637 646.

Wu C.I. and Xu Y., 2003. Sexual antagonism and X inactivation — The SAXI hypothesis. Trends Genet., 19: 243-247.

Xu L., Fong Y., and Strome S., 2001. The Caenorhabditis elegans matemal-effect sterile proteins, MES-2, MES- 3, and MES-6, are associated in a complex in embryos. Proc. Natl. Acad. Sci. 98: 5061-5066.

Yonker S.A., and Meyer B.J., 2003. Recruitment of C. elegans dosage compensation proteins for gene-specific versus chromosome-wide repression. Development 130: 6519-6532.

Глава 16. Компенсация дозы у Drosophila

John С. Lucchesi¹ и Mitzi I. Kuroda²

1Department of Biology, Graduate Division of Biological and Biomedical Sciences, Emory University, Atlanta, Georgia 30322

2Harvard Partners Center for Genetics & Genomics, Brigham & Women’s Hospital, Department of Genetics, Harvard Medical School, Boston, Massachusetts 02446

Общее резюме

Механизм, ответственный за транскрипцию генетической информации, т. е. за синтез информационных РНК, изучен в весьма значительной степени. Идентифицированы факторы, участвующие в активации индивидуальных генов, в поддержании активного состояния и в прекращении активности, когда она больше не нужна. Коль скоро они были открыты, были изучены и все еще являются предметом интенсивных исследований взаимодействия этих факторов с регуляторными и кодирующими частями генов. В последние годы долго существовавшая догма, согласно которой клеточная дифференцировка и развитие требуют скоординированной регуляции различных наборов генов во времени и в пространстве, привела к поискам регуляторных сигналов, которые влияли бы на активность групп функционально связанных генов. Задолго до того, как эти исследования были начаты, пример скоординированной регуляции был описан у Drosophila. В этом конкретном случае группа генов, активность которых регулировалась в унисон, не были связаны по функции, а скорее имели общую локализацию в генетическом материале: все они находились на одной из половых хромосом, Х-хромосоме. Цель этого регулирования — обеспечить, чтобы самки с двумя Х-хромосомами и самцы с одной только Х-хромосомой имели бы равные уровни генных продуктов; другими словами, цель — компенсировать различия между полами в дозах сцепленных с X генов. В исследованиях этого уровня регуляции вопрос «Каким образом группы неродственных генов скоординировано регулируются?» превратился в вопрос «Каковы механизмы, которые могут регулировать активность целой хромосомы?».

Изучение компенсации дозы у Drosophila — механизма, усиливающего транскрипцию большинства генов на единственной Х-хромосоме у самцов, — выявляет участие сайт-специфичного ацетилирования гистонов, специфические некодирующие РНК (называемые roX1 и roХ2) и «нацеливание», в масштабах целой хромосомы, эволюционно консервативной машины, модифицирующей гистоны, которая, как показано на фотографии в начале этой главы, локализуется на Х-хромосоме

1 Явление компенсации дозы было открыто у Drosophila

Кариотипы (т. е. ансамбль хромосом) многих организмов включают пару половых хромосом. У Drosophila самки имеют две половые хромосомы, называемые Х-хромосомами, которые идентичны по форме и генетическому содержанию; обе Х-хромосомы активны во всех соматических клетках. Самцы имеют одну Х-хромосому и хромосому, отличающуюся от X по морфологии и генетической информации, содержащейся в ней, — Y-хромосому (рис.

16.1). На этих половых хромосомах находятся гены, отвечающие за детерминацию пола и половую дифференцировку. Кроме того, — и это особенно справедливо для Х-хромосомы — имеется много генов, участвующих в базовых клеточных функциях «домашнего хозяйства» или в развитии. Самки с двумя Х-хромосомами имеют вдвое больше этих генов; самцы с одной X имеют только одну их дозу. Тем не менее, уровень содержания продуктов большинства этих генов одинаков у двух полов. В начале 1930-х годов этот парадокс был впервые отмечен у Drosophila Меллером (H.J. Muller), когда он изучал содержание глазного пигмента у особей, несущих сцепленные с X мутации частичной утраты функции (рис. 16.2). Меллер рассудил, что должен быть регуляторный механизм, который помогает мухам компенсировать различие между двумя полами в дозе сцепленных с X генов у самцов и самок путем уравнивания уровня продуктов генов, сцепленных с X. Он назвал этот гипотетический регуляторный механизм «компенсацией дозы».

Первое доказательство, что компенсация дозы достигается путем регулирования транскрипции сцепленных с X генов, было получено через 30 с лишним лет Мухерджи и Беерманом (A.S. Mukheijee and W. Beermann). Используя транскрипционную ауторадиографию [transcriptional autoradigraphy] гигантских политенных хромосом из слюнных желез личинок — молекулярную технику, представляющую методический уровень того времени — эти авторы наблюдали, что уровень включения рН]уридина единственной Х-хромосомой у самцов и обеими Х-хромосомами у самок был одинаков. Получалось, таким образом, что скорость синтеза РНК единственной Х-хромосомой у самцов была приблизительно вдвое большей, чем скорость синтеза каждой из двух Х-хромосом у самок. Следующий экспериментальный прорыв состоял в том, что Белоте и Лучези (J. Belote and J Lucchesi) генетически идентифицировали четыре гена с мутациями типа «утраты функции», которые не имели никаких последствий у самок, но были летальными у самцов; последние обнаруживали приблизительно половину нормального уровня включения [3Н]уридина в свою Х-хромосому. Более того, эта Х-хромосома утрачивала свой нормальный более бледный и несколько «раздутый» [puffed] вид, что было истолковано как указание на повышенный уровень транскрипционной активности по отношению к каждой из двух Х-хромосом у самок. Эти результаты заставляли предполагать, что уравнивание продуктов генов, сцепленных с X, достигается удвоением (в среднем) транскрипционной активности Х-хромосомы у самцов, а не снижением вдвое транскрипционной активности каждой Х-хромосомы у самок. Из этих четырех генов два были открыты заново (male-specific lethal I, msll; и male-specific lethal 2, msl2), тогда как другие два (maleless, mle; и male-specific lethal 3, msl3) были прежде идентифицированы другими исследователями в природных популяциях (конкретные ссылки, относящиеся к этой ранней фазе исследования компенсации дозы, можно найти у Lucchesi and Manning, 1987). Все генные продукты, идентифицированные до сих пор на основе специфичного для самцов летального фенотипа соответствующих мутаций типа «утраты функции», для того чтобы было легче ссылаться на них, называются MSLs (male-specific lethal phenotype).

Рис. 16.1. Сделанный с помощью рисовального аппарата рисунок женской (слева) и мужской (справа) метафазнои пластинки Drosophila melanogaster

^{Обратите внимание на то. что Х-хромосома составляет - 20 % кариотипов (перепечатка, с любезного разрешения, из Morgan, 1932)}