Википедия

Хромосомные территории

Хромосо́мные террито́рии — отдельные и почти не перекрывающиеся области, которые занимают хромосомы в ядре во время интерфазы клеточного цикла[1]. Хромосомные территории имеют сферическую форму с диаметром от одного до нескольких микрометров[2]. Считается, что территориальная организация хромосом характерна для всех эукариот, хотя есть и исключения, например, дрожжи Saccharomyces cerevisiae[3]. Взаимное расположение хромосомных территорий сильно варьирует от клетки к клетке[4].

Хромосомные территории в ядре фибробласта человека, выявляемые при помощи FISH с ДНК-пробами ко всем хромосомам.
Сверху: оптический срез ядра фибробласта, полученный при помощи конфокального микроскопа.
Снизу: схематическое изображение хромосомных территорий, полученное путём компьютерного распознавания образов.

История концепции

править

Хромосомы доступны визуальному микроскопическому наблюдению только во время митотического или мейотического деления клеток. Неудивительно поэтому, что после открытия хромосом в XIX веке полагали, что они являются временными образованиями, возникающими в клетке только в момент клеточного деления, а в интерфазе рассыпающимися на отдельные фрагменты. Первым, кто в 1883 году высказал предположение о непрерывном существовании хромосом в течение всего клеточного цикла, был бельгийский эмбриолог Эдуард ван Бенеден. Эта идея была развита в работе австрийского цитолога Карла Рабля «Über Zellteilung» (нем. «О клеточном делении») (1885). Карл Рабль, наблюдая за процессом деления эпителиальных клеток земноводных Salamandra maculata и Proteus anguinis, обнаружил преемственность расположения хромосом в последовательных делениях. Он высказал гипотезу, что каждая хромосома как отдельная сущность сохраняется в интерфазном ядре, при этом занимает в ядре место, во многом задаваемое позицией в анафазе предшествующего митоза. Кроме этого, Карл Рабль описал характерную конфигурацию хромосом в интерфазном ядре, при которой центромеры хромосом крепятся к ядерной оболочке на одном полюсе ядра, а теломерные участки хромосом — на противоположном полюсе. Подобную организацию хромосом в ядре сейчас называют «конфигурацией Рабля»[3][5].

Термин «хромосомная территория» ввёл в научный обиход немецкий эмбриолог Теодор Бовери в работе 1909 года, посвящённой изучению хромосом в бластомерах у лошадиной аскариды Parascaris equorum. По теории непрерывности хромосом, сформулированной Т. Бовери, хромосомы в интерфазе не исчезают, а переходят в деконденсированное состояние, при этом занимая отдельное пространство и не перепутываясь с другими хромосомами[3][5].

Экспериментальное подтверждение существования хромосомных территорий было получено значительно позднее — в 80-х годах XX века. Первые косвенные свидетельства того, что хромосомы не являются равномерно распределёнными по ядру, были получены в 1982 году немецким исследователем Тoмасом Кремером[англ.]. Эксперименты Т. Кремера были основаны на повреждении клеточного ядра при помощи тонкого луча УФ-лазера. После такого локального воздействия лишь малая часть хромосом несла следы репарационных изменений. Прямое визуальное доказательство территориальной организации хромосом в ядре было получено Т. Кремером и другими исследователями в 1984-85 годах при помощи гибридизации in situ с радиоактивно-меченой ДНК отдельных хромосом[3][5].

Современные представления о расположении в ядре интерфазных хромосом основаны на данных экспериментов по флуоресцентной гибридизации in situ (англ. fluorescent in situ hybridization, FISH), в которых в качестве зондов используются тем или иным образом меченные короткие фрагменты индивидуальных метафазных хромосом[1].

Описание

править

Жёстких правил, которым подчиняется расположение хромосом в интерфазном ядре, нет, однако показано, что гомологичные хромосомы обычно располагаются далеко друг от друга. Кроме того, в ядрах лейкоцитов хромосомы, богатые генами, занимают центр ядра, а бедные генами хромосомы залегают по периферии ядра, ближе к ядерной оболочке. Однако в плоских ядрах фибробластов эта тенденция выражена не так ясно: в ядрах фибробластов все большие хромосомы, как правило, располагаются ближе к ядерной периферии. Химерные хромосомы, которые представляют собой результат транслокации между хромосомами из разных слоёв ядра, занимают промежуточную позицию. Позиция каждой конкретной хромосомы в ядре обозначается путём указания среднего расстояния между центром ядра и центром хромосомной территории, выраженного в процентах радиуса ядра[6].

Хромосомные территории разделяются особым пространством — интерхроматиновым доменом (англ. interchromatin domain, ICD), который служит для перемещения РНК и регуляторных белков. В нём же располагаются ядерные спеклы (англ. speckles) и PML-тельца, накапливающие факторы сплайсинга и белок PML соответственно[7].

Хромосомные территории имеют «губчатую» структуру, благодаря которой внутрь них могут проходить регуляторные белки, а рибонуклеопротеиновые частицы путём простой диффузии перемещаться из мест синтеза в интерхроматиновый домен[7].

Согласно наиболее обоснованной модели, базовой структурной единицей хромосомных территорий являются домены размером 1 млн п. н. Они представляют собой розетки из 10 и более петель ДНК и соответствуют кластерам репликонов. Хотя первоначально было показано, что активные гены залегают на поверхности хромосомных территорий, дальнейшее изучение показало, что подобной корреляции не существует. Однако в некоторых случаях она прослеживается, например, в случае локуса HoxB мыши[7].

Функциональное значение выпетливания генов за границы хромосомной территории в данный момент не ясно. Гены, в которых идёт активная транскрипция и которые находятся за пределами хромосомных территорий, часто находятся рядом с PML-тельцами. PML-тельца, помимо PML-белков, могут содержать и другие транскрипционные факторы, поэтому перемещение генов ближе к PML-тельцам может способствовать активации транскрипции. Возможно также, что выход активно экспрессирующихся генов за пределы хромосомных территорий есть простое следствие декомпактизации соответствующего хромосомного домена[8].

В ходе ответа на повреждения ДНК (англ. DNA damage response, DDR) происходит перемещение хромосомных территорий. Так, повреждения в ДНК кожных фибробластов при обработке цисплатином приводят к перемещению хромосомных территорий 12-ой и 15-ой хромосом к центру ядра, а хромосомные территории хромосом 17 и 19, напротив, перемещаются из центра ядра к его периферии[9].

Примечания

править
  1. ↑ 1 2 Разин, Быстрицкий, 2013, с. 38.
  2. ↑ Meaburn K. J., Misteli T. Cell biology: chromosome territories. (англ.) // Nature. — 2007. — Vol. 445, no. 7126. — P. 379—781. — doi:10.1038/445379a. — PMID 17251970. [исправить]
  3. ↑ 1 2 3 4 Cremer T., Cremer M. Chromosome territories. (англ.) // Cold Spring Harbor perspectives in biology. — 2010. — Vol. 2, no. 3. — P. 003889. — doi:10.1101/cshperspect.a003889. — PMID 20300217. [исправить]
  4. ↑ Walter J., Schermelleh L., Cremer M., Tashiro S., Cremer T. Chromosome order in HeLa cells changes during mitosis and early G1, but is stably maintained during subsequent interphase stages. (англ.) // The Journal Of Cell Biology. — 2003. — 3 March (vol. 160, no. 5). — P. 685—697. — doi:10.1083/jcb.200211103. — PMID 12604593. [исправить]
  5. ↑ 1 2 3 Коряков Д. Е., Жимулев И. Ф. . Хромосомы. Структура и функции. — Новосибирск: Изд-во СО РАН, 2009. — 258 с. — ISBN 978-5-7692-1045-7.
  6. ↑ Разин, Быстрицкий, 2013, с. 38—39.
  7. ↑ 1 2 3 Разин, Быстрицкий, 2013, с. 39.
  8. ↑ Разин, Быстрицкий, 2013, с. 41.
  9. ↑ Fatakia S. N., Kulashreshtha M., Mehta I. S., Rao B. J. Chromosome territory relocation paradigm during DNA damage response: some insights from molecular biology to physics. (англ.) // Nucleus (Austin, Tex.). — 2017. — P. 0. — doi:10.1080/19491034.2017.1313938. — PMID 28640660. [исправить]

Литература

править
Источник — https://ru.wikipedia.org/w/index.php?title=Хромосомные_территории&oldid=121582186