|
Нестабильность генома и
эпигенетическое наследование эукариот. Колотова Т.Ю., Волянский А.Ю.,
Кучма И.Ю., Дубинина Н.В., Стегний Б.Т., Чайковский Ю.Б., Широбоков В.П.,
Пономаренко А.Н., Могилевский Л.Я., Божков А.И., Левицкий А.П.,
Волянский Ю.Л.- Харьков: Око, 2007.- 288с.
Eukaryote genome instability and epigenetic inheritance. Kolotova T.Yu.,
Volyansky A.Yu.,Kuchma I.Yu., Dubinina N.V., Stegniy B.T., Chaikovsky
Yu.B., Shirobokov V.P., Ponomarenko A.N., Mogilevsky L.Ya., Bojkov A.I.,
Levitsky A.P., Volyansky Yu.L. – Kharkov: Oko, 2007. - 288p. ISBN
966-526-102-9
В монографии представлен подробный обзор и анализ экспериментальных
данных о механизмах и системах регуляции запрограммированных перестроек
генома: V(D)J рекомбинации, рекомбинации переключения классов
иммуноглобулинов, соматическом гипермутагенезе иммуноглобулиновых генов,
перестройках генома макроядра инфузорий. Показано, что локальность
запрограммированных перестроек генома определяется цис- элементами ДНК и
специфически связывающимися с ними транс-регуляторными факторами,
эпигенетическими модификациями ДНК и гистонов, а также комплементарными
взаимодействиями РНК-ДНК. Далее, рассматривается мейотическая
рекомбинация, время активации которой генетически запрограммировано.
Однако, несмотря на то, что мейотическая рекомбинация с необходимостью
активируется в половых клетках, локусы, вовлекающиеся в рекомбинацию, не
являются постоянными, как в случае вышеперечисленных перестроек генома.
В то же время ряд экспериментальных данных свидетельствует о том, что
выбор рекомбинирующих локусов при мейотической рекомбинации и
локусов-мишеней запрограммированных перестроек генома, определяется
сходными системами регуляции: эпигенетическими факторами, цис-элементами
ДНК и связывающимися с ними транс-регуляторными белками. Следующая глава
монографии посвящена рассмотрению закономерностей установления,
поддержания и наследования эпигенетических модификаций гистонов и ДНК, а
также наследованию приобретенных признаков, в основе которого лежит
эпигенетическое наследование. Собраны экспериментальные данные о
детерминистическом установлении эпигенетических модификаций гистонов и
ДНК и о локализации различных видов незапрограммированных перестроек
генома эпигенетическими модификациями гистонов и ДНК. В последней главе
книги анализируются данные, свидетельствующие о том, что
незапрограммированные перестройки генома в соматических клетках и
эволюционные перестройки генома могут быть локализованы как во времени,
так и в пространстве
ОГЛАВЛЕНИЕ
Предисловие . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . 3
ГЛАВА 1. Механизмы онтогенетической и филогенетической диверсификации
генов антигенраспознающих рецепторов . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. 7
1.1. V(D)J рекомбинации иммуноглобулиновых генов и генов Т-клеточного
рецептора . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . .. . . . . . . . . . . . . . 8
1.1.1. Механизм V(D)J рекомбинации . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . .9
1.1.2. Уровни контроля V(D)J рекомбинации . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . 10
1.1.3. Цис-элементы ДНК, регулирующие V(D)J рекомбинацию . . . . . . . .
. . . . 11
1.1.4. Транскрипционные факторы, регулирующие V(D)J рекомбинацию . . .
13
1.1.5. Возможные механизмы, посредством которых комплексы цис-элементов
и транскрипционных факторов активируют рекомбинацию . 15
1.1.5.1. Привлечение к сигнальным последовательностям и контроль
активности рекомбиназного комплекса цис-элементами и транскрипционными
факторами . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . 16
1.1.5.2. Связь между V(D)J рекомбинацией и транскрипцией . . . . . . . .
. . . . . . . 18
1.1.5.3 Эпигенетические модификации гистонов, регулирующие V(D)J
рекомбинацию . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19
1.1.7. Метилирование ДНК и аллельная эксклюзия . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . 21
1.1.7. Вторичная V(D)J рекомбинация . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . 24
1.2. Соматический гипермутагенез . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . .. . . . . . . 27
1.2.1. Особенности паттерна мутаций Ig генов . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . 27
1.2.2. Механизмы соматического гипермутагенеза . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . 28
1.2.3. Цис-элементы и транскрипционные факторы, регулирующие
соматический гипермутагенез . . . . . . . . . . . . . 33
1.2.4. Эпигенетическая регуляция гипермутагенеза . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . 37
1.2.5. Гипермутагенез Т-клеточного рецептора . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . 38
1.2.6. Гипермутагенез кадхериновых нейрональных рецепторов . . . . . . .
. . . . . . 38
1.3. Рекомбинация переключения классов иммуноглобулинов . . . . . . . .
. . . . . . . . 38
1.3.1. Механизмы рекомбинации переключения . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . 38
1.3.2. Ферменты рекомбинации переключения . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . 42
1.2.3. Регуляция рекомбинации переключения цис-элементами ДНК и
транс-регуляторными белками . . . . . . . . . . 43
1.4. Участие механизмов диверсификации генов антигенраспознающих
рецепторов в аберрантных перестройках генома соматических клеток . . . .
. . . . . 48
1.4.1. Транслокации, формируемые с участием механизма V(D)J рекомбинации
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 48
1.4.2. Гипермутагенез неиммуноглобулиновых генов . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . 50
1.4.3. Транслокации, возникающие в результате нарушений рекомбинации
переключения классов иммуноглобулинов . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . 52
1.5. Эволюция генов антигенраспознающих рецепторов и механизмов их
диверсификации . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 54
1.5.1. Возможная роль мобильных элементов в эволюции системы V(D)J
рекомбинации . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 55
1.5.2. V(D)J рекомбинация в половых клетках . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . 60
1.5.3. Эволюция механизмов гипермутагенеза и вариабельных сегментов
Ig генов . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 65
1.6. Заключение . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 71
ГЛАВА 2. Мейотическая рекомбинация . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . 87
2.1. Мейотическая рекомбинация Saccharomyces cerevisiae . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . 87
2.1.1. Горячие точки и домены мейотической рекомбинации . . . . . . . .
. . . . . . . 87
2.1.2. Свойства горячих точек рекомбинации . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . 89
2.2. Мейотическая рекомбинация S. pombe . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . 93
2.3. Мейотическая рекомбинация млекопитающих . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . 96
2.4. Заключение . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 99
Список литературы . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 100
ГЛАВА 3. Эпигенетический контроль, эпигенетическое наследование и
перестройки генома . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . 103
3.1. Механизмы и контроль эпигенетических модификаций гистонов и ДНК . .
. 103
3.1.1. Эпигенетические модификации гистонов. Гистоновый код . . . . . .
. . . . . . 103
3.1.2. Локализация эпигенетических модификаций гистонов . . . . . . . .
. . . . . . . 106
3.1.3. Метилирование ДНК . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 107
3.1.4. Регуляция метилирования ДНК посредством цис-элементов ДНК
специфически связывающихся с ними транс-регуляторных белков . . . . . .
. . . . 108
3.1.5. Гистоновый код и метилирование ДНК . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . 109
3.1.6. Другие паттерны метилирования ДНК . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . 110
3.1.7. Деметилирование ДНК и гистонов . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . 111
3.1.8. Регуляция эпигенетических модификаций гистонов и метилирования
ДНК комплементарными взаимодействиями между РНК и ДНК. РНК интерференция
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . 113
3.1.9. Регуляция эпигенетических модификаций ДНК-ДНК взаимодействиями .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 117
3.1.10. Взаимодействие между регуляторными элементами ДНК ин транс.
Трансвекция . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 119
3.1.11. Два этапа глобального деметилирования и реметилирования генома .
. . 123
3.2. Эпигенетическое наследование . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . 126
3.2.1. Импринтинг . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 127
3.2.2. Мейотическое наследование паттерна эпигенетических модификаций
mat2/mat3 локуса Schizosaccharomyces pombe . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . 130
3.2.3. Эпигенетическое наследование у дрозофил . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . 133
3.2.4. Эпигенетическая регуляция гибридного дисгенеза . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . 138
3.2.5. Эволюционные конденсаторы . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . 136
3.2.6. Эпигенетическое наследование у млекопитающих . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . 139
3.2.7. Эпигенетическое наследование модификаций чужеродных
последовательностей . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 142
3.2.8. Эпигенетическое наследование у растений . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . 143
3.2.9. Парамутагенез . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 144
3.3. Диминуция хроматина . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 147
3.3.1. Перестройки генома при формировании макроядра у инфузорий (Ciliata)
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . 147
3.3.2. Фрагментация хромосом . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . 149
3.3.3. Удаление IES элементов . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 150
3.3.4. Возможное биологическое значение удаления последовательностей ДНК
у инфузорий . .. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . 151
3.3.5. Механизмы удаления IES элементов . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . 152
3.3.6. Регуляция эксцизии IES элементов цис-элементами . . . . . . . . .
. . . . . . . . 155
3.3.7. Белки, необходимые для эксцизии IES элементов . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . 156
3.3.8. Регуляция материнским макроядром перестроек дочернего макроядра .
. 157
3.3.9. Транскрипция и эксцизия . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . 159
3.3.10. Высокая эволюционная пластичность генома брюхоресничных . . . .
. . . 165
3.3.10.1. Происхождение IES элементов . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . 165
3.3.10.2. Эволюция генов с неперемешанным порядком MDS
последовательностей . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 166
3.3.10.3. Происхождение перемешанного порядка MDS последовательностей
166
3.3.10.4. Эволюция перемешанного порядка гена актина I . . . . . . . . .
. . . . . . . . 167
3.3.12. Диминуция хроматина у многоклеточных . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . 170
3.4. Эпигенетические модификации и геномная нестабильность . . . . . . .
. . . . . . . 172
3.5. Заключение . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 174
Список литературы . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 175
ГЛАВА 4. Незапрограммированные и эволюционные перестройки генома (Волянский
А.Ю.) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
188
4.1. Контроль незапрограммированных процессов рекомбинации и мутагенеза
в соматических клетках . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . 189
4.2. Перестройки генома в опухолевых клетках . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . 193
4.2.1. Механизмы хромосомных перестроек. Экспрессия хрупких участков . .
. 195
4.2.2. Высокомолекулярная фрагментация ДНК . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . 198
4.2.3. Возможные механизмы контроля перестроек генома. Контроль
онкогенами модификаций генома . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . 202
4.2.3.1. Вирусные онкогены, вызывающие перестройки генома . . . . . . .
. . . . . 202
4.2.3.2. Клеточные онкогены — индукторы геномной нестабильности . . . .
. . 203
4.3. Мобильные генетические элементы как инструмент перестроек генома .
. . . 209
4.3.1. ДНК транспозоны . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 209
4.3.2. LTR ретротранспозоны . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 210
4.3.3. Не содержащие LTR повторы ретротранспозоны . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . 211
4.3.4. Факторы, контролирующие транспозиции . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . 212
4.3.5. Факторы, определяющие сайты интеграции мобильных элементов . . .
. . 219
4.3.6. Транспозоны — архитекторы генома . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . 224
4.3.6.1. Роль Ту ретротранспозонов в перестройках генома S. cerevisiae .
. . . . . . 225
4.3.6.2. Индукция мобильными элементами инверсий в геноме насекомых . .
227
4.3.6.3. Роль мобильных элементов в эволюционных перестройках генома
млекопитающих . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . 231
4.3.6.4.Формирование мобильными элементами регуляторных элементов генома
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . 233
.3.6.5. Формирование мобильными элементами новых генов . . . . . . . . .
. . . . . 238
4.4. Эволюционные перестройки генома . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . 240
4.4.1. Горячие домены изменчивости . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . 240
4.4.2. Горячие точки эволюционных изменений . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . 247
4.4.3. Сегментные дупликации генома как механизм эволюции генома . . . .
. . . 252
4.4.4. Хрупкие участки — горячие районы эволюционных перестроек генома .
. 259
4.5. Заключение . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 260
Список литературы . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 262
Проблемы и перспективы . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 277
По вопросам приобретения монографии обращаться по адресу: Taniakolotova@mail.ru |