Сегодня - 06.12.2019

Хорошо забытая часть генома

04 сентября 2015
 
Гетерохроматин, который когда-то интенсивно изучался, сегодня отошел на периферию науки. Между тем, эта незаслуженно заброшенная часть генома до сих пор не разгадана, а значит — представляет собой настоящее Эльдорадо для исследователей. О том, какие вопросы она таит в себе, на конференции «Хромосома-2015» рассказал заведующий лабораторией цитогенетики животных Института молекулярной и клеточной биологии СО РАН, доктор биологических наук Александр Сергеевич Графодатский.
 
«Работая в области сравнительной геномики, мы совершенно забываем о существенной части ДНК млекопитающих, иногда составляющей до двух ее третей —а именно, о гетерохроматине. В современной системе координат, в том, что мы секвенируем, его нет вообще. Мы знаем: он где-то есть, но обсуждаем только происходящее с эухроматином. Я решил посвятить свой доклад очень старым данным, напомнить те проблемы, которыми мы занимались раньше», — начал исследователь. 
 

Гетерохроматин состоит в основном из повторов ДНК, иногда простых, иногда сложных. Современная наука направлена на изучение эухроматина — области, где ДНК уникальна и не повторяется многократно, то есть той, в которой и сосредоточены гены.

 

Различные блоки гетерохроматина на первой и Y хромосомах человека

Когда в 50-х годах прошлого века появились методы реального анализа хромосом, учёные обратили внимание на следующее: люди с двумя Y-хромосомами весьма агрессивны. Затем заметили, что у нас у всех Y-ки разного размера, причём у обитателей тюрем они в среднем длиннее, чем у тех, кого там нет. Однако в обсуждении этой корреляции нашлось другое объяснение: в качестве контрольной группы исследователи брали выпускников Вест-Пойнта — военной академии США. Поскольку там учились в основном англосаксы плюс скандинавы, Y-ки у них были в среднем заметно короче, чем у контингента Синг-Синга (его составляли большей частью потомки обитателей Средиземноморья, итальянцы, югославы и арабы). Решили, что здесь присутствует некий полиморфизм — южане имеют Y-ки больших размеров, чем северяне. Потом с помощью другого метода  выяснили, что Y-ки  различаются между собой исключительно за счёт вариаций гетеро-хроматического блока. 
 
 «Где-то в это время в наш тогда ещё Институт цитологии и генетики СО АН СССР к академику Дмитрию Константиновичу Беляеву обратился начальник Академии МВД генерал-лейтенант Сергей Михайлович Крылов и предложил изучить связь преступности с наследственностью. Мы стали смотреть гетерохроматин. Картина распределения блоков оказалась весьма разнообразной, практически индивидуальной, что-то вроде отпечатков пальцев. Установилась заметная корреляция: чем больше его у человека, тем больший срок тот сидит в тюрьме, — рассказывает Александр Сергеевич. — В качестве контрольной взяли сотрудников нашего института. Разнообразие этой части ДНК у советских ученых было ровно такое же, как и у обитателей тюрем. Например, я по структуре своей гетерохроматиновой компоненты генома балансировал на грани 15-летнего срока либо «расстрельной» статьи. После смерти Сергея Крылова эти работы в институте прекратились». 
 

По словам Александра Сергеевича, сейчас все эти предполагаемые «корреляции» гетрохроматина с предрасположенностью к преступности относятся к категории древних «легенд, мифов и фэнтези», поэтому не стоит воспринимать их серьёзно. С той же агрессивностью связывали только людей с двумя Y (что является патологией). Склонность к криминалу — совсем другое.

 
С другой стороны в мире велись исследования изучающие связь величины этой части ДНК с происхождением и «географией проживания» человека.
 
Хромосомы перевязки, Vormela peregusna, вида хищных с рекордным для млекопитающих содержанием гетерохроматинаВ своё время американцы начали сравнивать между собой картины распределения гетерохроматина между белыми и чернокожими, нашли отличия и закономерности, но исследователей стали критиковать за «неполиткорректность и расизм», и проект свернули.
 
В СССР были работы киргизского учёного Абыта Ибраимова. Он нашел, что его «горные» земляки  имеют меньше гетерохроматина, чем «равнинные». Аналогичная корреляция прослеживалась у таджиков и узбеков. У чукчей, живущих в районах с пониженным содержанием кислорода, эта часть ДНК снова была небольшой. Наши наиболее известные альпинисты — «снежные барсы» — также имели мало гетерохроматина.
 
Отдельно стоит сказать про исследование этой части ДНК у животных. Огромное разнообразие её обнаружилось, когда стали изучать геномы млекопитающих. Например, есть два вида норок, абсолютно похожие друг на друга и обитающие в одних и тех же местах — европейская и американская. У первого гетерохроматина почти нет — очень тонкие блоки, у другого же — они огромные, центромерные. У двух близких к ним пустынных видов (Средняя Азия и юг Африки) — они также невероятно велики. У обычной лисицы его мало, а у песца — очень много. «В своё время мы думали: большое количество гетерохроматина нужно для того, чтобы выживать в Арктике, а потом нашли ещё один вид, обитающий в Калифорнии и имеющий кариотип, абсолютно идентичный тому, что у песца», — говорит Александр Графодатский.
 

Кариотип — совокупность признаков (число, размеры, форма и так далее) полного набора хромосом, присущая линии клеток, тому или иному организму или биологическому виду.

 
У позвоночных практически у каждого вида — свой набор гетерохроматина, есть животные, у которых его вообще нет, например у сонь, у других, например, у сибирской саламандры, весь геном практически полностью состоит из гетерохроматина, описаны и многочисленные примеры внутривидового полиморфизма, когда каждая особь имеет свою «картину» распределения и размеров блоков. «В свое время мы столкнулись с фантастическим разнообразием у мышевидных хомячков. Раньше считалось, что это один вид, были исследованы четыре предполагаемых его представителя, каждый из которых оказался отдельным видом, со своим кариотипом и своей картиной распределения гетерохроматина. Затем, сколько бы их мы не брали, все время открывали новые виды, сейчас их около 20, четко различающихся на хромосомном уровне, помимо всего прочего — ещё и гетерохроматином: добавочные плечи, крупные, мелкие центромерные блоки и так далее, вплоть до полного его отсутствия, — комментирует учёный.
 
«Что делает гетерохроматин, мы толком не знаем, — объясняет исследователь. — В классических работах на дрозофиле описан так называемый «эффект положения», когда гены, попадая в области, где он расположен, существенно меняли свою активность. Такого сорта работы идут и сейчас, например, в отделе молекулярной и клеточной биологии ИМКБ СО РАН академика Игоря Федоровича Жимулева. Но все они не объясняют фантастических различий по количеству  гетерохроматина и его локализации между видами, а иногда и внутри них, в том числе и у человека».
 
Гетерохроматин углозуба (сибирской саламандры) составляет большую часть генома этого вида
 
По мнению Александра Сергеевича, именно эта часть ДНК может быть «глобальным руководителем» для групп генов, отдельных хромосом, либо всего генома. Вполне вероятно, что различия в гетерохроматине влияют на расположение хромосом в ядре, а следовательно — и на активность генов. 
 
Недавно коллеги Александра Графодатского, работающие в Германии — Ирина Соловей и Борис Иоффе (он, к сожалению, в прошлом году умер) — определили, что различия в гетерохроматине влияют на положение хромосом в клетках сетчатки глаза — они (хромосомы) там работают как линзы,  определяя способность к дневному или ночному типу зрения. 
 
«Может быть, и наши различия в этой части ДНК делают из нас сов и жаворонков? Дневных работников сохи и молота и ночных — плаща и кинжала? —задаётся вопросом Александр Графодатский.— Ну и существенно, что методы выявления гетерохроматина  позволяют нам увидеть картины исключительной эстетической красоты, даже только это уже является достаточной наградой. Моя задача: рассказать, что я видел Эльдорадо, я знаю, где остров сокровищ. Мы не понимаем, зачем нужна такая дикая вариабельность гетерохроматина даже между близкими видами? Возможно, кто-то из молодых исследователей сможет разгадать эту загадку».
 
P.S. С общей направленностью идей А. С. Графодатского солидаризовались в своих докладах на конференции профессора Даниэль Барбаш из Корнельского Университета и Ольга Игоревна Подгорная из Института цитологии РАН (Санкт-Петербург). Профессор Томас Лир из Германии посвятил свой доклад особенностям организации  именно гетерохроматических районов хромосом человека. 
 
Диана Хомякова
 
Фото предоставлены А.Графодатским
 
Ваша оценка: Нет Средняя: 5 (2 votes)
Поделись с друзьями: 
 

comments powered by HyperComments

Система Orphus