Мыши засветились непарными хромосомами

Загадочный геном

У большинства животных диплоидный (парный) набор хромосом: одну половину генетического материала животные получают от отца, вторую – от матери. Комплекс генов, полученный в результате сочетания половинок родительских геномов, определяет черты нового организма.

Впрочем, организму почти все равно от кого он унаследовал ту или иную порцию ДНК: конечный результат зависит от доминантности (рецессивности) генов.

Доминантный и рецессивный гены – это структурные разновидности одного и того же гена. Просто доминантная разновидность несколько сильнее своего «кузена». Так, если сравнить две разновидности гена одного признака с пузырьками красок, то черная краска будет доминантным геном, а прозрачный лак – рецессивным. То есть, если содержимое двух пузырьков перелить в один, то цвет останется черным. Примерно так можно представить взаимодействие генов, доставшихся одной особи от двух родителей: рецессивный признак даст о себе знать только в том случае, если в геноме ребенка оказалось «два пузырька с прозрачным лаком».

Но в некоторых случаях хромосома несет на себе «печать родителя». Этот феномен, называемый учеными импринтинг, может полностью изменить результат реализации генетической программы. Один из ярких примеров импринтинга – это противоположное проявление мутации в одном из участков пятнадцатой хромосомы. Так, если ребенку мутированная хромосома достается от матери, то новорожденные отличаются повышенным тонусом мышц, гиперактивностью и худобой. Для повзрослевших детей характерны неуемные приступы смеха и хорошее настроение (синдром Ангельмана). Если такая хромосома достается ребенку от отца, то на свет появляется малыш-антипод: капризный, толстый, склонный к истериям (синдром Прадера-Вилли). Детей с этими синдромами объединяет заторможенность в умственно-психическом развитии.

Этот пример – одна из многих иллюстраций сложных взаимоотношений внутри генома. Механизмы подобных «фокусов», как, впрочем, и механизмы работы многих генов, остаются загадкой. Ученые знают, что есть мутации, связанные с патологиями. Но связующее звено между изменением ДНК и проявлением болезни – механизм патологии – найти не так-то просто. Ведь одни гены кодируют какой-то продукт (белок), а другие выступают в роли стрелочников – включают и выключают смысловые последовательности. Одним словом, важно не только найти ключевые гены, но и описать механизмы их работы. В противном случае генетические знания сложно будет применить на практике.

Хромосомы без пар

«Ученые исследуют функции генов и роль мутаций на моделях животных (рыб, грызунов, плодовых мушек), – пишут исследователи из Кембриджского университета (University of Cambridge). – Двойной набор хромосом усложняет задачу: во могих случаях невозможно понять механизм работы гена или связать проявление признака с конкретной мутацией». С одинарным набором хромосом было бы гораздо проще работать.

Антон Ватц (Anton Wutz) и Мартин Либ (Martin Leeb) из Кембриджского университета (University of Cambridge) обхитрили диплоидный геном млекопитающих. В статье, опубликованной сегодня в Nature, ученые описывают технологию, с помощью которой они создали эмбриональные стволовые клетки с непарным (гаплоидным) набором хромосом.

В ходе работы биологи использовали мышиные яйцеклетки и приемы, ранее отработанные на рыбах и насекомых. Ученые получили двадцать семь линий стволовых клеток, в которых содержалось по двадцать хромосом - половина от обычного двойного набора. «Эти клетки содержат молекулярные маркеры плюрипотентности: Oct4, Rex1, Klf4, Sox2 и Nanog», – пишут ученые, подтверждая, что они, действительно, эмбриональные.

Затем в геном гаплоидных клеток пересадили маркер – ген зеленого флюоресцирующего белка. Маркированные клетки биологи ввели в трехдневный зародыш мыши. Химерные эмбрионы развивались нормально, после чего на свет появились здоровые мышата. Причем, как выяснили ученые, большинство светящихся клеток обладает парным набором хромосом. «Это означает, что гаплоидные клетки восстанавливают нормальный набор хромосом и обладают высоким потенциалом к дифференциации», – пишут исследователи, подводя итоги этому наблюдению. Более того, это означает, что, вероятно, млекопитающих можно заставить размножаться партеногенетически – без оплодотворения.

В следующем эксперименте биологи использовали гаплоидные клетки для генетического скрининга. «Эти эмбриональные стволовые клетки много проще диплоидных клеток, – пишут ученые о результатах второго эксперимента. – Любые изменения, произошедшие в ДНК гаплоидных клеток, сразу дают о себе знать». Это связано с тем, что у мутантного гена нет здорового «кузена», который может компенсировать неполадки. Ученые уверены, что клетки с непарными хромосомами пригодятся для генетических исследований. Ведь в них можно проследить любое изменение молекулярного механизма, вызванного мутацией