ГЕНЕТИКА, 2010, том 46, № 9, с. 1222-1225
УДК 575.1:575.8:576.316.7
СТРУКТУРА ДЛИННЫХ ТЕЛОМЕР В ХРОМОСОМАХ БУРОЗУБКИ ИБЕРИЙСКОЙ
© 2010 г. Н. С. Жданова1, Ю. М. Минина1, Т. В. Карамышева1, Н. Б. Рубцов1, Ж.-А. Лондоно-Валледжо2
1 Учреждение Сибирского отделения Российской академии наук Институт цитологии и генетики, Новосибирск 630090;
e-mail: zhdanova@bionet.nsc.ru 2 Institute Curie, Paris, 75248 France Поступила в редакцию 28.01.2010 г.
Показано, что у одного из видов бурозубок, бурозубки иберийской (Sorexgranarius), теломеры имеют не характерные для млекопитающих размер, локализацию и структуру. У этого вида на коротких плечах всех 32 акроцентриков локализованы длинные теломеры размером в среднем 213 тпн, там же были выявлены рибосомные блоки и активные ЯО-районы. На остальных концах хромосом тело-меры имеют размер в среднем 3.8 тпн. Однако у близко родственного вида, Sorex araneus, все тело-меры имеют размер, схожий с размером теломер человека: 6.8—15.2 тпн. Несмотря на то, что часть длинных теломер кроме теломерных содержит рибосомные повторы, длинные теломеры сохранили асимметрию Г и Ц обогащенных нитей, как в функционирующих теломерах. По-видимому, длинные теломеры образовались в мейозе на стадии хромосомного букета в результате глобальной реорганизации концов хромосом. Провоцирующим фактором для такой реорганизации мог быть распад нескольких метацентриков и необходимость теломеризации образовавшихся акроцентриков.
Согласно современным представлениям, тело-меры играют ключевую роль в реализации основных клеточных функций. Они кэпируют концы хромосом, предотвращая их деградацию и слияние, с них начинается конъюгация хромосом в мейозе, они, очевидно, участвуют в регуляции клеточного деления, апоптозе и онкотрансфор-мации. Однако биология теломер у других видов млекопитающих, нежели человек и мышь, изучена слабо.
Мы обнаружили, что один из видов бурозубок, бурозубка иберийская (Боггх granarius, 8ойе1ёае, БиИро1урЫа), имеет размер, локализацию и структуру теломер, не характерную или редко встречающуюся у млекопитающих.
Единицей кариотипов бурозубок из группы видов Богвх агапвш, куда относится 8. granarius, являются хромосомные плечи. Плечи и акроцен-трики у них обозначаются буквами латинского алфавита от а до и в порядке убывания размеров, а двуплечие хромосомы — сочетанием букв. Кари-отип самки 8. granarius содержит 32 акроцентрика и 4 метацентрика. Ранее мы показали, что в клетках первичных фибробластов на коротких плечах
всех акроцентриков локализованы длинные тело-меры, содержащие до 300 тпн теломерного повтора (в среднем 213 ± 5.8), тогда как средний размер остальных теломер составляет 3.8 ± 0.2 тпн [1] (рисунок^). У близко родственного вида Sorex araneus хромосомы составлены практически из таких же, как у S. granarius, хромосомных плеч. Однако определение размера теломер в разных хромосомных расах этого вида с помощью модифицированной количественной FISH [2] показало, что теломеры, в том числе и на коротких плечах наиболее примитивной расы Cordon, имеют размер 6.8—15.2 тпн, т.е. сходный с размером теломер у человека. У человека в клетках зародышевого пути размер теломер варьирует в основном от 9 до 17 тпн. В стареющих соматических клетках теломеры могут содержать до 2 тпн теломерного повтора. У изученных диких видов млекопитающих размер теломер, как правило, не превышает нескольких десятков тпн [3].
Однако определение длины теломер S. granarius с помощью TRF анализа показало, что основной пул теломерных рестрикционных фрагментов имеет длину от 10 до 80 тпн. Более слабая интенсивность мечения была характерна для
СТРУКТУРА ДЛИННЫХ ТЕЛОМЕР В ХРОМОСОМАХ
1223
Структура длинных теломер на хромосомах иберийской бурозубки. а — FISH на хромосомах S. granarius с PNA пробой Cy-3-(CCCTAA)3 к теломерной ДНК; б, в — изменение интенсивности сигналов по длине хромосом m (б) и i (в) после двухцветной FISH с пробами к 18S рДНК (1) и теломерной ДНК (2). Слева — р-плечо хромосомы, справа — q. Окраска хромосом DAPI (3); г — двухцветная FISH на вытянутых фибриллах S. granarius c PNA пробой Cy-3-(CCCTAA)3 к теломерной ДНК (серые сигналы) и биотинилированной пробой к 18S рДНК (черные сигналы); д — FISH c биотинили-рованной PNA пробой (CCCAAT)5 после 24 ч культивирования с 5-бромдезоксиуридином (30 мкМ). Окраска DAPI. Стрелка указывает на теломерный сестринский хроматидный обмен; е — предполагаемая схема усредненной длинной теломеры S. granarius.
фрагментов длиной до 6 и до 100, что существенно меньше величины, определенной с помощью количественной FISH для длинных теломер S. granarius.
Основываясь на этих данных, мы предположили, что длинные теломеры кроме теломерной ДНК могут содержать другие повторы. Поскольку сейчас накапливается все больше данных о связи между ядрышками и теломерами, мы выбрали в качестве претендента рибосом-ную ДНК. Например, показано, что в ядрышках обнаружен входящий в защитный теломерный комплекс и специфически распознающий тан-демные теломерные повторы фактор TRF2 [4], а также теломераза. Обратная транскриптаза ассоциирована с нуклеолином, а теломеразная РНК — с короткими ядрышковыми РНК [5].
Известны также данные о коэволюции тело-мерной и рибосомной ДНК [6].
В качестве маркера ядрышка мы взяли клонированный фрагмент 18S рДНК. Оказалось, что у S. granarius блоки рДНК и активные ЯО районы, как и длинные теломеры, локализованы на концах коротких плеч всех акроцентри-ков. На разных хромосомах блоки рДНК были разного размера. Анализ кривых интенсивно-стей сигналов от теломерной и рДНК показал, что на одних хромосомах теломерные и рибо-сомные блоки совпадали, на других перекрывались, а на третьих тесно прилегали друг к другу. Например, на хромосомах m сигналы от проб к теломерной и рДНК всегда совпадали, на хромосомах i — прилегали друг к другу (рисунок, б, в). Вовлечение в анализ растянутых ДНП (дез-оксирибонуклеопротеид) фибрилл позволило
1224
ЖДАНОВА и др.
показать, что по крайней мере в части длинных теломер теломерные повторы перемежаются с рибосомными (рисунок, г). В отличие от S. granarius у S. araneus было выявлено только 8 ЯО районов. Они были расположены терминально, но на дистальных концах плеч o, q, t и u независимо от того, являются ли они акроцентриками или входят в состав метацетриков в разных хромосомных расах.
Использование высокочувствительной PNA-пробы к отстающей в ходе репликации теломер-ной нити позволило изучить ориентацию тело-мерных нитей в длинных теломерах S. granarius. Используя СО-FISH, мы выявили в длинных теломерах не более 1.05 теломерных сестринских хроматидных обменов на метафазу, т.е. не больше, чем в фибробластах мышей (рисунок, д). Таким образом, подавляющее большинство теломерной ДНК длинных теломер сохранило асимметрию Г и Ц обогащенных нитей, как в функционирующих теломерах. Длинные тело-меры S. granarius оказались довольно стабильными структурами. Мы не наблюдали ни одного слияния акроцентриков, ни робертсоновско-го, ни тандемного, после культивирования фибробластов в течение почти двух лет.
Полученные данные позволили вывести предполагаемую структуру усредненной длинной теломеры. Она представляет собой короткое плечо акроцентрика, проксимальный район которого содержит кэпированный блок теломерной ДНК. За ним следует район, в котором теломерные повторы перемежаются с рибосомными, а затем — блок рДНК. В разных хромосомах 2-й и 3-й блоки могут быть разного размера вплоть до отсутствия одного из них в разных хромосомах (рисунок, е). По-видимому, район, в котором теломерная ДНК перемежается с рДНК, можно рассматривать как субтело-мерный на начальных этапах выделения из те-ломеры, когда теломерные повторы дегенерировали слабо и выявляются высоко чувствительной к теломерным последовательностям PNA-пробой. Не исключено, что кроме рДНК субтеломерные районы могут содержать и другие типы повторяющихся последовательностей.
По-видимому, предковой для видов группы Sorex araneus была структура теломер, как у S. araneus, а при формировании кариотипа S. granarius имела место координированная амплификация рибосомной и теломерной ДНК и
неравный обмен в мейозе, возможно, на стадии хромосомного букета, когда теломеры ассоциированы терминальными районами негомологичных концов хромосом. Сходный механизм предлагался для объяснения того, как формировались сегментные дупликации в хромосомах, в частности, в субтеломерах человека [7]. Возможно, что эта реорганизация была спровоцирована распадом нескольких метацентриков [8] и необходимостью теломеризации разорванных концов.
Работа поддержана грантами РФФИ, РФФИ-НЦРИ и средствами Подпрограммы "Генофонды и генетическое разнообразие".
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Zhdanova N., Karamisheva T.V., Minina J. et al. Unusual distribution pattern of telomeric repeats in the shrews Sorex araneus and Sorex granarius // Chromosome Res. 2005. V 13. P. 617-625.
2. Wong H.P., Slijepcevic P. Telomere length measurement in mouse chromosomes by a modified Q-FISH method // Cytogenet. Genome Res. 2004. V. 105. P. 464-470.
3. Riethman H. Human telomere structure and biology // Annu. Rev. Genomics Hum. Genet. 2008. V. 9. P. 1-19.
4. Zhang S., Hemmerich P., Grosser F. Nucleolar localization of the human telomeric repeat binding factor 2 (TRF2) // J. Cell Sci. 2004. V. 117. P. 3935-3945.
5. Khurts S., Masutomi K., Delgermaa L. et al. Nucleolin interacts with telomerase // J. Biol. Chem. 2004. V. 279. P. 51508-51515.
6. Dobigny G., Ozouf-Costaz C., Bonillo C., Volobouev V. Evolution of rRNA gene clusters and telomeric repeats during explosive genome repatterning in Taterillus X (Rodentia, Gerbillinae) // Cytogenet. Genome Res. 2003. V. 103. P. 94-103.
7. Linardopoulou E.V., Williams E.M., Fan Y. et al. Human subtelomeres are hot spots of interchromosomal recombination and segmental duplication // Nature. 2005. V. 437. P. 94-100.
8. Hausser J., Fumagalli L., Taberlet P. Mitochondrial DNA evolution in Shrews // Evolution of Shrews / Eds J.M. Wojcik, M. Wolsan. Bialowieza: Mammal Research Institute, 1998. P. 295-308.
СТРУКТУРА ДЛИННЫХ ТЕЛОМЕ
Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.