Введение к работе
Актуальность темы. Одной из наиболее актуальных задач современной генетики эукариот является исследование закономерностей экспрессии индивидуальных генов и поиск конкретных регуляторных систем, подавляющих или активирующих проявление структурных генов. Как правило, первым этапом изучения конкретных генетических систем является поиск внутривидового полиморфизма по тому или иному индивидуальному белку. На втором этапе исследуют взаимодействие выявленных генов и регуляцию их активности с помощью генетических и биохимических методов. Млекопитающие в этом плане являются одними из наиболее интересных объектов для такого рода исследований. Представители этого класса имеют сложно организованную систему регуляции генной экспрессии, включающую в себя целый ряд своеобразных механизмов поддержания дифференциальной активности генов в развитии. Одним из наиболее ярких примеров дифференциальной активности генов в онтогенезе млекопитающих является компенсация дозы генов, локализованных в Х-хромосоме. Под лозовой компенсацией подразумевают явление, при котором одна доза сцепленных с полом генов у гетерогаметного пола приводит к появлению такого же фенотипа, как и две дозы у гомогаметного пола. Для объяснения механизма этого явления в 1961 г. Лайон (Lyon, 1961;1964) была высказана гипотеза, согласно которой дозовая компенсация Х-сцепленных генов обеспечивается благодаря случайной инактивации одной из Х-хромосом в каждой соматической клетке у самок млекопитающих. В настоящее время в литературе накоплено большое количество фактов, однозначно доказывающих существование феномена инактивации и описывающих свойства
неактивной Х-ХрОМОСОМЫ (Gartler Я Rlggs, 1983; Grant t
Chapnan, 1988). Предложен также ряд моделей, в которых предпринимаются попытки объяснить молекулярный механизм инактивации Х-хромосомы, однако на сегодняшний день ни одна из них не дает исчерпывающего объяснения этому феномену и, в то же время, взаимно не исключает одна другую. Поэтому любые факты, выявленные при изучении инактивации Х-хромосомы у
самок млекопитающих и полученные на традиционных, а, в особенности, на новых экспериментальных моделях, углубляют знания в этой области и вносят определенный вклад в понимание механизмов регуляции экспрессии генов, локализованных в Х-хромосоме, в онтогенезе млекопитающих.
Свои научные интересы мы связали с изучением механизмов инактивации Х-хромосомы у самок млекопитающих. Мы пошли по пути выявления видоспецифических маркеров, дифференцирующих исследуемые виды на основании результатов сравнительного электрофоретического анализа белков и ферментов у разных видов. Это позволило, в свою очередь, исследовать взаимодействие гомологичных аутосомных и сцепленных с полом генов у межвидовых гибридов млекопитающих. Актуальность и новизна вибраного направления определяется не только тем, что взаимодействие гомологичных генов у межвидовых гибридов млекопитающих мало изучено, но также и тем, что при этом удается сопоставить закономерности взаимодействия аллельных генов при внутривидовой гибридизации с закономерностями взаимодействия гомологичных генов у межвидовых гибридов. Результаты данного исследования предоставляют возможность приблизиться к решению вопроса об универсальности подобного .типа взаимодействий генов.
Цель и задачи исследования. Целью настоящей работе является изучение молекулярно-генетических механизмов экспрессии гомологичных генов у гибридов млекопитающих. Для достижения этой цели в работе были использованы два подхода. Первый заключался в поиске внутривидового полиморфизма на основании результатов анализа электрофоретических спектров белков и ферментов у исследуемых видов (поскольку спектры изоферметов для многих исследованных в работе видов описаны нами впервые, был осуществлен ряд методических разработок) и выявлении видоспецифических маркеров, дифференцирующих исходные виды, в результате сравнительного электрофоретического анализа описанных белков и ферментов. Второй подход связан с изучением явления дозовой компенсации сцепленных с полом генов у гибридов млекопитащих.
Конкретные задачи данной работы состояли в следующем: 1.Описание электрофоретических спектров . изоферментов у
пеСЦОВ (Alopex lagopus) И ЛИСИЦ (Vulpes vulpes), У Обыкновенных ПОЛеВОК ГРУППЫ Mlcrotus arvalls (Mlcrotus arvalis И Mlcrotus subarvalls) И ПОИСК ВНУТРИВИДОВОГО полиморфизма у исследуемых ВИДОВ; 2.сравнительный электрофоретический анализ биохимических маркеров (изофэрментов), кодируемых аутосомными и
СЦеПЛеННЫМИ С ПОЛОМ ГенаМИ, У ПеСЦОВ (Alopex lagopus) и ЛИСИЦ (Vulpes vulpes), ОСЛа (Equus aslnus) И ЛОШаДИ (Equus caballusj, у Обыкновенных ПОЛеВОК ГРУППЫ Mlcrotus arvalla, У МЫШеЙ (М.ш donesticus И М.га bactrlanus) И ВЫЯВЛеНЕв
видоспецефических маркеров; з.Изучение генетического контроля вариантов гшгоксантин-гуанинфосфорибозилтрансферазы (hprt), некоторых их биохимических свойств и выяснение четвертичной структуры
ЭТОГО фермента у ДОМОВЫХ МЫШеЙ M.Q.domestlcus;
4.Исследование закономерностей экспрессии генов, локализованных в Х-хромосоме, у песцово-лисьих гибридов и самок
МУЛОВ;
5.Изучение характера инактивации родительских Х-хромосом у
межвидовых гибридов самок полевок группы Mlcrotus arvalls;
6.Выяснение влияния гетерохроматина на процесс инактивации
Х-хромосомы у самок гибридов полевок группы Mlcrotus
arvalls.
Научная новизна и теоретическая значимость. Впервые описаны электофоретические спектры 35-ти структурных белков и ферментов эритроцитов и плазмы крови у песцов и лисиц, и 52-х у полевок рода Mlcrotus. С помощью сравнительного электрофоретического анализа выявлены видоспецкфические маркеры, дифференцирующие исследованные виды, что позволило нам сопоставить закономерности взаимодействия аллельных генов при внутривидовой гибридизации с закономерностями взаимодействия гомологичных генов у межродовых и межвидовых гибридов и подойти к вопросу об универсальности подобного типа взаимодействия.
На основании анализа сегрегации хромосом и биохимических маркеров лисицы в панели клонов гибридов соматических клеток лисица х китайский хомячок построена цитогенетическая карта серебристо-черной лисицы, включающая
зо генов, кодирующих биохимические признаки. Наличие таких карт у изучаемых видов имеет большое теоретическое и практическое значение как для исследования эволюции кариотипа, так и для изучения частной генетики вида.
Сформулировано положение о том, что на параметры двух клеточных популяций с активными разными Х-хромосомами у млекопитающих существенное влияние оказывают случайно складывающиеся в раннем периоде развития соотношения между двумя типами клеток с активными разными Х-хромосомами в группах инициаторных (стволовых) клеток, из которых развиваются дефинитивные ткани. Дана оценка количества инициаторных клеток для эритроцитарного кроветворения: 5-е у песцово-лисьих гибридов и в-7 у мулов.
Предложена гипотеза о влиянии гетерохроматина на процесс инактивации Х-хромосом у межвидовых гибридов полевок рода Microtue.
Практиче екая ценность. Полученные результаты представляют интерес для решения некоторых практических задач. Они существенны для практики медицинской генетики. Использованный нами подход к анализу пенетрантности и экспрессивности сцепленных с полом признаков может быть применен в медико-генетическом консультировании, при определении степени риска для заболеваний, которые детермируются генами, локализованными в Х-хромосоме. Полученные результаты имеют важное значение для развития теории экспрессии генов при отдаленной гибридизации и для изучения механизмов дозовой компенсации генов, локализованных в Х-хромосоме у млекопитающих. Полученные результаты также используются при чтении курсов лекций и проведении практических занятий в ряде вузов страны (Новосибирский Государственный Университет).
Апробация работы. Материалы диссертации были доложены и представлены на съездах ВОГИС (1977, 1982, 1987), на 14 Международном генетическом конгрессе (1978). Международном симпозиуме "Молекулярная организация биологических структур" (1989), Всесоюзных симпозиумах, конференциях и совещаниях: эмбриологов (1975), Генетика и адаптация клеточных популяций
(1976ї, Популяционная изменчивость и проблемы охраны генофонда млекопитающих (1983), Генетика соматических клеток
В КуЛЬТУре (1986, 1989), ЦИТОГвНвТИКЭ СвЛЬСКОХОЗЯЙСТВвННЫХ ЖИВОТНЫХ (1985, 1988), ЭВОЛЮЦИОННЫв И ГЄНЄТИЧЄСКИЄ
исследования млекопитающих (1990), Генетика и селекция животных (1989); і, 2 и з Школах-семинарах по генетике и
СеЛеКЦИИ ЖИВОТНЫХ (1982, 1985, 1989), СвМИНЭраХ И ОТЧЄТННХ
сессиях Института цитологии и генетики СО РАН.
Структура и объем работы. Диссертация изложена в форме научного доклада. По теме диссертации опубликована зі работа в журналах Генетика, Доклады академии наук, - Biochemical Genetics, Cytogenetics and Cell Genetics, Genetlcal Research