Новые публикации

Эта книга уже вышла из печати:
купить

УДК 577.21' 27'822.052
ББК 28.070

Рецензенты:
Спивак Н.Я., доктор биологических наук, профессор
Красников Г.А., доктор ветеринарных наук, профессор, академик УААН
Дикий И.Л., доктор медицинских наук, профессор

Механизмы и контроль перестроек генома эукариот / Колотова Т.Ю., Стегний Б.Т., Кучма И.Ю., Дубинина Н.В., Головко А.Н., Волянский Ю.Л. — Харьков: Коллегиум, 2004. — 264 с. ISBN 966-8604-03-2

В монографии представлен подробный обзор и анализ экспериментальных данных о механизмах и системах регуляции запрограммированных модификаций генома: V(D)J рекомбинации, рекомбинации переключения классов иммуноглобулинов, соматическом гипермутагенезе иммуноглобулиновых генов, перестройках генома инфузорий. Рассматривается также мейотическая рекомбинация, которая запрограммировано активируется в половых клетках. Показано, что запрограммированные изменения генома регулируются цис-элементами ДНК и специфически связывающимися с ними транс-регуляторными белками, эпигенетическими модификациями гистонов и ДНК, а также комплементарными взаимодействиями РНК-ДНК. Одна из глав монографии посвящена эпигенетическому коду и наследованию приобретенных признаков — эпигенетическому наследованию. В по-следней главе книги собран материал, свидетельствующий о том, что незапрограммированные перестройки в соматических клетках, а также эволюционные перестройки генома могут возникать далеко не случайно как во временном, так и в пространственном отношении.
Книга рассчитана на широкий круг биологов, медиков и ветеринаров, а также специалистов в области молекулярной биологии, генетики, иммунологии, микробиологии, вирусологии.

УДК 577.21' 27'822.052
ББК 28.070

ISBN 966-8604-03-2

© Колотова Т.Ю., Стегний Б.Т., Кучма И.Ю., Дубинина Н.В., Головко А.Н., Волянский Ю.Л., 2004

Предисловие

Одной из основных проблем биологии с момента ее возникновения и до настоящих дней является проблема наследственности и изменчивости. Не следует считать, что она уже решена на базе существующего экспериментального материала. Хотя определенная часть биологов убеждена, что все ясно. Так, Стеббинс и Айала полагают в своей статье «Эволюция дарвинизма», что синтетическая теория эволюции отвечает на все принципиальные вопросы развития живого. Им противоречит Тейлор Г.Р. в своей книге «Великая тайна эволюции»: «В общем и целом, эволюция остается не менее загадочной, чем она была до создания Дарвиным своей теории. Естественным отбором можно объяснить лишь небольшую часть того, что происходит: основная масса событий не получила объяснение».

Мы живем в период перманентной революции в молекулярной биологии. С невероятной быстротой расширяются границы наших знаний, коренным образом изменяются многие казавшиеся незыблемыми теоретические положения. Однако по-прежнему господствует синтетическая теория эволюции. В монографии рассматриваются некоторые области молекулярной биологии, результаты исследования в которых позволяют предложить новые подходы к поиску движущих сил и закономерностей процесса геномной изменчивости.

Большое внимание в работе уделено рассмотрению механизмов и систем контроля запрограммированных перестроек генома. Информация, которую удалось получить, изучая запрограммированные перестройки генома, подрывает господствующие догмы о природе изменчивости. Изучение механизмов диверсификации генов антигенраспознающих рецепторов свидетельствует о том, что, во-первых, они возникли не посредством длительного накопления мелких изменений, а за относительно короткий промежуток времени, а во-вторых, эти механизмы могли активироваться в половых клетках и участвовать в эволюции локусов антигенраспознающих рецепторов. Формирование генома макроядра у инфузорий можно рассматривать как наиболее глобальный и быстрый процесс реконструкции генома, известный в настоящее время. При его изучении была сформулирована гипотеза о сканировании посредством молекул РНК, синтезирующихся в микроядерном геноме, информации материнского генома и реконструкции на этой основе формирующегося дочернего генома. Насколько уникален такой механизм? Ограничивается ли его действие только перестройками генома тетрахимены? Можно ли найти свидетельства его причастности к эволюционным перестройкам генома?

Помимо существования специализированных механизмов запрограммированных перестроек генома существуют также системы, определяющие локус-специфичность их действия. Причем, ряд данных, которые подробно рассмотрены в монографии, позволяют предположить, что принципиально такие же механизмы могут определять локус-специфичность незапрограммированных, согласно синтетической теории эволюции считающихся абсолютно случайными, изменений генома. В течение 80-х и начала 90-х годов господствовал взгляд на мобильные генетические элементы, согласно которому они являлись паразитической, эгоистической ДНК, «мусором» генома. Это представление, по признанию Нины Федорофф, в определенной степени парализовало научную мысль. В настоящее время и в этой области произошли значительные изменения, которые отражены в монографии.

Недавно открытое эпигенетическое наследование приобретенных признаков ставит под вопрос универсальность некоторых догм генетики начала XX века и позволяет предположить, что история локуса, запомнившаяся в виде эпигенетических наследуемых импринтов, может играть роль не только в его функционировании, но и в эволюции.

Расшифровка первичных последовательностей ряда геномов дает огромный материал, анализ которого позволит выявить многие тайны эволюции. Вполне можно надеяться на обнаружение отпечатков активности постулируемых механизмов эволюции генома, что позволит понять, был ли процесс реконструкции генома равномерным и случайным во времени и пространстве или происходили относительно быстрые координированные сальтационные перестройки генома. Некоторые выводы нашего труда могут показаться весьма спорными, однако хотелось бы прежде всего пригласить читателей к обсуждению проблем эволюции в свете тех новых данных, которые накопились в молекулярной биологии за последние годы.

Содержание

1.	Механизмы онтогенетической и филогенетической диверсификации генов антигенраспознающих рецепторов
1.1.	V(D)J рекомбинация иммуноглобулиновых генов и генов Т-клеточного рецептора
1.1.1.	Механизм V(D)J рекомбинации
1.1.2.	Уровни контроля V(D)J рекомбинации
1.1.3.	Цис-элементы ДНК, регулирующие V(D)J рекомбинацию
1.1.4.	Транскрипционные факторы, регулирующие V(D)J рекомбинацию
1.1.5.	Механизмы активации рекомбинации цис-элементами и транскрипционными факторами
1.1.5.1.	Привлечение к сигнальным последовательностям и контроль активности рекомбиназного комплекса цис-элементами и транскрипционными факторами
1.1.5.2.	Рекомбинация и транскрипция
1.1.6.	Эпигенетические модификации гистонов, регулирующие V(D)J рекомбинацию
1.1.7.	Метилирование ДНК и аллельное исключение
1.1.8.	Вторичная V(D)J рекомбинация
1.2.	Соматический гипермутагенез
1.2.1	Особенности паттерна мутаций Ig генов
1.2.2.	Поиск механизмов соматического гипермутагенеза
1.2.3.	Цис-элементы и транскрипционные факторы, регулирующие соматический гипермутагенез
1.2.4.	Эпигенетическая регуляция гипермутагенеза
1.2.5.	Гипермутагенез Т-клеточного рецептора
1.2.6.	Гипермутагенез кадхериновых нейрональных рецепторов
1.3.	Рекомбинация переключения классов иммуноглобулинов
1.3.1.	Механизмы рекомбинации переключения
1.3.2.	Ферменты рекомбинации переключения
1.3.3.	Регуляция рекомбинации переключения цис-элементами ДНК и транс-регуляторными белками
1.4.	Участие механизмов диверсификации генов антигенраспознающих рецепторов в аберрантных перестройках генома соматических клеток
1.4.1.	Транслокации, формируемые с участием механизма V(D)J рекомбинации
1.4.2.	Гипермутагенез неиммуноглобулиновых генов
1.4.3.	Транслокации, возникающие в результате нарушений рекомбинации переключения классов иммуноглобулинов
1.5.	Эволюция генов антигенраспознающих рецепторов
1.5.1.	Возможная роль мобильных элементов в эволюции системы V(D)J рекомбинации
1.5.2.	V(D)J рекомбинация в половых клетках
1.5.3.	Эволюция механизмов гипремутагенеза и вариабельных сегментов Ig генов
1.6.	Заключение
	Список литературы
2.	Мейотическая рекомбинация
2.1.	Мейотическая рекомбинация Saccharomyces cerevisiae
2.1.1.	Горячие и холодные домены мейотической рекомбинации
2.1.2.	Горячие точки рекомбинации
2.2.	Мейотическая рекомбинация S.pombe
2.3.	Мейотическая рекомбинация у млекопитающих
2.4.	Заключение
	Список литературы
3.	Эпигенетический контроль, эпигенетическое наследование и перестройки генома
3.1.	Механизмы и контроль эпигенетических модификаций гистонов и ДНК
3.1.1.	Эпигенетические модификации гистонов. Гистоновый код
3.1.2.	Локализация эпигенетических модификаций гистонов
3.1.3.	Метилирование ДНК
3.1.4.	Регуляция метилирования ДНК цис-элементами и транскрипционными факторами
3.1.5.	Гистоновый код и метилирование ДНК
3.1.6.	Другие паттерны метилирования ДНК
3.1.7.	Деметилирование ДНК
3.1.8.	ДНК-интерференция. Регуляция эпигенетических модификаций комплементарными взаимодействиями между нуклеиновыми кислотами
3.1.9.	Регуляция эпигенетических модификаций ДНК-ДНК взаимодействиями
3.1.10.	Взаимодействие между регуляторными элементами ДНК ин транс. Трансвекция
3.1.11.	Два этапа глобального деметилирования и реметилирования генома
3.2.	Эпигенетическое наследование
3.2.1.	Импринтинг
3.2.2.	Мейотическое наследование паттерна эпигенетических модификаций mat2/ mat3 локуса Schizosaccharomyces pombe
3.2.3.	Эпигенетическое наследование у дрозофилы
3.2.4.	Эпигенетическая регуляция гибридного дисгенеза
3.2.5.	Эпигенетическое наследование у мышей
3.2.6.	Эпигенетическое наследование модификаций чужеродных последовательностей
3.2.7.	Эпигенетическое наследование у растений. Парамутагенез
3.3.	Диминуция хроматина
3.3.1.	Перестройки генома при формировании макроядра у инфузорий (Ciliata)
3.3.2.	Фрагментация хромосом
3.3.3.	Удаление IES элементов
3.3.4.	Возможное биологическое значение удаления последовательностей ДНК у инфузорий
3.3.5.	Механизмы эксцизии IES элементов
3.3.6.	Регуляция эксцизии IES элементов цис-элементами ДНК
3.3.7.	Белки, необходимые для эксцизии IES элементов
3.3.8.	Регуляция материнским макроядром перестроек дочернего макроядра
3.3.9.	Транскрипция и эксцизия
3.3.10.	Высокая эволюционная пластичность генома брюхоресничных
3.3.10.1.	Происхождение IES элементов
3.3.10.2.	Эволюция генов с неперемешанным порядком MDS последовательностей
3.3.10.3.	Происхождение перемешанного порядка MDS последовательностей
3.3.10.4.	Эволюция перемешанного порядка гена актина I
3.3.11.	Диминуция хроматина многоклеточных
3.4.	Метилирование ДНК и геномная нестабильность
3.5.	Заключение
	Список литературы
4.	Механизмы и контроль незапрограммированных перестроек генома
4.1.	Контроль незапрограммированных процессов рекомбинации и мутагенеза в соматических клетках
4.2.	Перестройки генома в опухолевых клетках
4.2.1.	Механизмы хромосомных перестроек. Экспрессия хрупких участков
4.2.2.	Высокомолекулярная фрагментация ДНК
4.2.3.	Возможные механизмы контроля перестроек генома. Контроль онкогенами модификаций генома
4.2.3.1.	Вирусные онкогены, вызывающие перестройки генома
4.2.3.2.	Клеточные онкогены — индукторы геномной нестабильности
4.3.	Мобильные генетические элементы как инструмент перестроек генома
4.3.1.	ДНК транспозоны
4.3.2.	LTR ретротранспозоны
4.3.3.	Ретротранспозоны, не содержащие LTR повторы
4.3.4.	Факторы, контролирующие транспозиции
4.3.5.	Факторы, определяющие сайты интеграции мобильных элементов
4.3.6.	Транспозоны — архитекторы генома
4.3.6.1.	Роль Ту ретротранспозонов в перестройках генома S. cerevisiae
4.3.6.2.	Индукция мобильными элементами инверсий в геноме насекомых
4.3.6.3.	Роль мобильных элементов в перестройках генома млекопитающих
4.4.	Эволюционные перестройки генома
4.4.1.	Горячие домены изменчивости
4.4.2.	Хрупкие участки — горячие районы эволюционных перестроек генома
4.4.3.	Сегментные дупликации генома
4.4.4.	Горячие точки эволюционных изменений
4.5.	Заключение
	Список литературы
	Проблемы и перспективы

Для приобретения этой книги, обращайтесь по следующим адресам:

taniakolotova@mail.ru

    или

Волянскому Ю.Л.
Институт микробиологии и иммунологии им. И.И. Мечникова,
14, ул.Пушкинская,
61057, г. Харьков,
Украина