эпигенетическое наследование

Изучение молекулярных основ эпигенетических заболеваний

Симптомы многих тяжелых заболеваний связаны с рядом мутаций в митохондриальной ДНК (мт-ДНК), вызывающих нарушения структуры и функций того или иного ферментного комплекса, обеспечивающего окислительное фосфорилирование (OXPHOS). Болезни, прямо связанные с расстройствами биохимических процессов в митохондриях, выделяются в особую группу заболеваний, передаваемых по принципу “материнского наследования”. Такой тип межгенерационной передачи обусловлен тем, что при слиянии мужской и женской половых клеток зигота получает практически все свои митохондрии (примерно 2 х 10³), а значит и содержащуюся в них мт-ДНК (около 10⁵ копий) от яйцеклетки.

Для ответа целый ряд неясных вопросов, связанных с возникновением и развитием заболеваний, вызванных мутациями в мт-ДНК, в Отделе начата работа по моделированию болезней OXPHOS на животных. Для этого проводятся опыты по введению митохондрий человека в оплодотворенные яйцеклетки мыши с последующим наблюдением за развитием эмбриона. Уже получены и опубликованы первые результаты [Vasilyev et al., 1999, Zygote, 7], указывающие на то, что уже на самых первых стадиях деления яйцеклетки инъецированные митохондрии распределяются неравномерно – в некоторых бластомерах мт-ДНК человека выявить не удалось. Неравномерное распределение чужеродных митохондрий создало предпосылки для будущей гетероплазмии в тканях более зрелых эмбрионов и новорожденных животных. При дальнейшем развитии организма опять прослеживалось неодинаковое распределение чужеродного генетического материала – чаще всего мт-ДНК человека обнаруживалась в тканях сердца и печени, но были и такие ткани, где ее найти ни разу не удалось.

II. Исследование нестабильных сателлитных ДНК в ядерном геноме.

Как известно, в ядерной ДНК гены, кодирующие какие-либо белки или регулирующие реализацию генетической программы клетки, составляют лишь несколько процентов генома. Сравнительно недавно выяснилось, что более 30% от остальной ДНК составляют различные классы повторяющихся последовательностей ДНК, в том числе так называемые микро- и мини-сателлиты. Даже находясь вне последовательностей, кодирующих белок, они кардинальным образом влияют на транскрипцию генов. Обнаружено, что значительное число очень тяжелых нейродегенеративных заболеваний человека обусловлено мутациями в таких последовательностях. Кроме того, выяснилось, что одна из разновидностей эпилепсии связана с удлинением минисателлитных ДНК в последовательных поколениях.

Однако, остаются неясными механизмы изменения длины повторяющихся ДНК, неизвестен точный момент такого изменения, как и его пусковые механизмы, непонятно, какие механизмы регулируют зависимость тяжести динамических мутаций от пола родителя-носителя премутации. Последнее явление в современной генетике получило название импринтинга.

Для получения ответов на перечисленные выше вопросы в отделе Молекулярной генетики Е.Л. Паткиным и сотрудниками недавно начаты эксперименты по моделированию нестабильности при наследственной передаче сателлитных ДНК различного размера на трансгенных мышах. Получены первые животные со встроенными сателлитными последовательностями, и в настоящий момент исследуются как перестройки чужеродной повторяющейся ДНК, встроенной в геном животного (одно- и двунитевые разрывы ДНК, нарушения репликации, нарушения рекомбинации гомологичных последовательностей, нарушения картины метилирования, возможное образование гетерохроматина и т.д.), так и влияние такого встраивания на описанные выше процессы рекомбинации и структуру хромосом реципиента. Такого рода моделирование может облегчить понимание механизмов возникновения и развития целого ряда наследственных заболеваний, объяснить которые только известными сегодня типичными нарушениями в ядерном геноме не представляется возможным.