новости биологии развития

Современные молекулярно-генетические исследования генома позволяют по-новому взглянуть на организацию ядра в целом, и, что самое интересное, увязать особенности структуры и функции. По меткому выражению Фергюсон-Смита (Ferguson-Smith M.A., 2015. History and evolution of cytogenetics //Molecular Cytogenetics. V. 8. P. 19. DOI 10.1186/s13039-015-0125-8), признание хромосомной теории наследственности в начале ХХ века превратило цитологов, занимающихся изучением ядра и хромосом, в цитогенетиков. За последние несколько лет получено больше доказательств того, что пространственная организация является ключом к функции генома. В дополнение к другим эпигенетическим факторам, расположение хроматина в ядре имеет важное значение для регуляции транскрипции и для установления и поддержания клеточной идентичности во время дифференцировки. Прогресс в этой области зависим от развития технологий генетического и микроскопического анализа, и особенно заметен благодаря прорыву технологий последних лет. В частности, стало возможным выявление областей (доменов) хроматина различной транскрипционной активности, определение частоты цис-взаимодействий, структур и времени репликации

40-й том авторитетного журнала Current Opinion in Cell Biology посвящен клеточному ядру. Целый ряд блестящих обзоров включен в данный том, среди которых можно выделить статьи по трехмерной организации генома и роли удаленных взаимодействий (M Jordan Rowley, Victor G Corces The three-dimensional genome: principles and roles of long-distance interactions, Pages 8-14), и обзор по пространственной организации ядра и динамическим перестройкам генома, возникающим в процессе дифференцировки и развития клеток (Irina Solovei, Katharina Thanisch, Yana Feodorova How to rule the nucleus: divide et impera, Pages 47-59). Последний обзор имеет свободный доступ, что, несомненно, облегчит знакомство с ним большого числа исследователей. В обзоре рассмотрены основные принципы архитектуры ядра, его подразделения на так называемые компартменты эухроматина и гетерохроматина, не разграниченные мембранами, но, тем не менее, сохраняющими свою обособленность. Эухроматин насыщен генами, в том числе генами домашнего хозяйства, тогда как гетерохроматин имеет сравнительно мало генов, в основном, это тканеспецифичные гены. Основной целью обзора было объединение существующих данных об организации генома из двух мало контактирующих областей биологии: молекулярных и микроскопических исследований. Интересна гипотеза о ведущей роли повторов разного типа в пространственной сегрегации эу- и гетерохроматина, а также динамических перестроек генома, возникающих в процессе дифференцировки и развития клеток. Объясняя не вполне очевидную необходимость пространственного разделения эу- и гетерохроматина для функционирования интерфазного ядра, авторы приводят аналогию с использованием комнат в доме: столовой для приема пищи и спальни для сна. Сегрегация хроматина поддерживается за счет связывания гетерохроматина со структурами скаффолда, ядерными ламинами и ядрышком. В этом важную роль играет прицентромерная сателлитная ДНК, обеспечивающая заякоривание хромосом на структуры скаффолда.

В качестве примера можно привести дифференцировку ольфакторного нейрона.

Рис. Репозиционирование и подавление тысяч генов обонятельных рецепторов в постмитотических обонятельных нейронах во время их дифференцировки. В недифференцированных нейронах (так называемые базальные клетки), кластеры генов обонятельных рецепторов распределены по всей нуклеоплазме. Во время дифференцировки молчащие аллели передислоцируются и скапливаются в зоне гетерохроматина вокруг хромоцентров, в то время как активные аллели локализуются в зоне эухроматина.

Остается открытым вопрос о конкретных белках, а также о роли некодирующих РНК в формировании пространственной структуры ядра и ее динамике. Такие исследования выводят наше понимание функции генома на качественно новый уровень.