Обработка соматического генома - Википедия - Somatic genome processing

В геном большинства ячеек эукариоты остается в основном постоянным в течение жизни. Однако бывают случаи изменения генома в конкретных клетках или на разных стадиях жизненного цикла во время развития. Например, не каждая клетка человека имеет такое же генетическое содержание, как эритроциты, лишенные ядра. Одной из наиболее известных групп в отношении изменений соматического генома являются инфузории. Процесс, приводящий к изменению соматического генома, который отличается от зародышевый геном называется обработка соматического генома.

Потеря генома

Результатом этого процесса является удаление целого генома из клетки. Самый известный пример - это энуклеация процесс эритроциты. Обработанная стволовая клетка претерпевает изменения, из-за которых она теряет ядро. На начальном этапе проэритробласт проходит через другой митотические подразделения, в котором эритробласт с меньшим ядром создается и перемещается в сторону клетки. Ядро отделяется от цитоплазмы, а затем эритробласт разделяется на ретикулоцит с цитоплазма и пиреноцит с конденсированным ядром. Пиреноцит со всем генетическим материалом из клетки разлагается затем под действием макрофаг. Потеря генома в этом случае выгодна, так как пиреноциты могут накапливать больше гемоглобин. Зрелые эритроциты без ядра могут правильно доставлять кислород.[1]

Уменьшение хроматина

Уменьшение хроматина это процесс частичного устранения хроматин генетический материал из генома предполагаемого соматические клетки. Было обнаружено, что этот процесс происходит на ранней стадии развития в трех группах: нематоды, копеподы, и миксина[2] Одно из первых исследований процессинга соматического генома наблюдалось с помощью крупномасштабной элиминации хроматина Бовери у паразитических нематод. Parascaris univalens.[3] Во время уменьшения хроматина соматические хромосомы фрагментируются новыми теломеры добавлены во многих разных местах и ​​лишены гетерохроматин поэтому он отличается от клетки зародышевой линии в отношении структуры и генетического содержания. Зародышевые клетки P. univalens содержат только две хромосомы, но в раннем эмбриогенезе центральные эухроматические участки хромосом фрагментируются в диплоидный соматический набор 2 × 29 аутосомы и 2 × 6 X-хромосом у женщин или 2 × 29 аутосом и 6 X-хромосом у мужчин, которые разделяются на два дочерних ядра. Ведь гетерохроматин деградирует в цитоплазме. В результате уменьшения хроматина P. univalens теряет около 80–90% всей ДНК ядерной зародышевой линии.[4][5][6]

Уменьшение хроматина происходит также у одноклеточных эукариот, таких как инфузории. Инфузории имеют два ядра: микроядро (ядро клетки зародышевой линии), которое не экспрессирует гены, и макронуклеус, в котором экспрессируется большинство генов, и которое подлежит удалению хроматина. Во время этого процесса хромосомы фрагментируются, хроматин удаляется и создаются новые молекулы ДНК с добавленными теломерами. Конечный макронуклеус имеет большее генетическое содержание, чем микронуклеус. У инфузорий существует два типа уменьшения: первый - это фрагментация генома и потеря повторяющихся последовательностей, а второй - делеция внутренне удаленных последовательностей в хромосомах и воссоединение оставшихся фрагментов ДНК.[6]

Джин расшифровывает

Дескремблирование генов - это тип процессинга на уровне всего генома, который встречается, в частности, у инфузорий. Гены зародышевой линии в микроядре инфузорий состоят из кодирующих белок фрагментов ДНК (MDS), прерванных множеством некодирующих последовательностей ДНК, также называемых внутренними элиминированными (IES).

в Спиротричея класс, к которому Oxytricha принадлежит, кодирующие белок фрагменты ДНК в микронуклеус расположены в порядке перестановки. Во время полового развития генетическое содержание соматического макронуклеуса происходит от микронуклеуса. Сначала некоторые части, включая IES, микроядерной ДНК удаляются, чтобы получить транскрипционно активный геном в макронуклеусе. Кроме того, непоследовательные МДС, кодируемые микроядерными клетками, должны подвергаться дескремблированию генов, чтобы быть лигированы в правильном порядке с образованием функциональных генов.[7][8]

Локальные перестановки

Локальные перестройки затрагивают только определенные локусы. Такие перестройки, например, помогают создать гены, которые производят большое количество иммуноглобулинов у позвоночных. В течение жизни организмы контактируют с большим количеством антигены. Это означает, что иммунная система необходимо синтезировать широкий спектр антитела. Каждый иммуноглобулин представляет собой тетрамер, состоящий из четырех полипептидов, соединенных дисульфидные мостики. Они образуют две длинные тяжелые цепи и две короткие легкие цепи. Но геном позвоночных не кодирует целые гены тяжелых и легких иммуноглобулинов, а только генные сегменты. Сегменты тяжелой цепи расположены на хромосоме 14, они включают 11 константных генных сегментов (CЧАС), которым предшествуют 123-129 переменных сегментов (VЧАС), 27 сегментов генов разнообразия (DЧАС) и 9 соединительных отрезков (JЧАС), кодирующие разные варианты компонентов V, D, J. Локусы легких цепей на хромосома 2 (локус κ) и хромосома 22 (locus λ) имеют аналогичную структуру, но не содержат D сегментов. На раннем этапе лимфоцит B развития, локусы иммуноглобулинов перестраиваются. Во время перестановки сегмент VЧАС на локусе тяжелой цепи связан с одним DЧАС сегмент, то группа V-D объединяется с JЧАС сегмент. В конечном итоге экзон с кодирующими сегментами открытой рамки считывания: VЧАС, DЧАС, ДжЧАС иммуноглобулина. Через Сплайсинг РНК во время транскрипции это экзон соединяется с экзоном для CЧАС сегмент. Комплементарная мРНК тяжелой цепи может транслироваться в иммуноглобулин, специфичный только для одного лимфоцита.[9]

Рекомендации

  1. ^ Мильаччо, Анна Рита (27.04.2017). «Энуклеация эритробластов». Haematologica. 95 (12): 1985–1988. Дои:10.3324 / haematol.2010.033225. ISSN  0390-6078. ЧВК  2995553. PMID  21123437.
  2. ^ Zufall, Rebecca A .; Робинсон, Тесса; Кац, Лаура А. (2005-09-15). «Эволюция регулируемых онтогенетических перестроек генома у эукариот». Журнал экспериментальной зоологии, часть B: Молекулярная эволюция и эволюция развития. 304 (5): 448–455. Дои:10.1002 / jez.b.21056. ISSN  1552-5007. PMID  16032699.
  3. ^ Бовери, Теодор (1887). "Uber Differenzierung der Zellkerne während der Furchung des Eies von Ascaris megalocephala". Anatomischer Anzeiger.
  4. ^ Бахманн-Вальдманн, Криста; Йенч, Стефан; Тоблер, Хайнц; Мюллер, Фриц (2004-03-01). «Уменьшение хроматина приводит к быстрым эволюционным изменениям в организации геномов зародышевой линии паразитических нематод A. suum и P. univalens» (PDF). Молекулярная и биохимическая паразитология. 134 (1): 53–64. Дои:10.1016 / j.molbiopara.2003.11.001. ISSN  0166-6851. PMID  14747143.
  5. ^ Niedermaier, J .; Мориц, К. Б. (2000-11-01). «Организация и динамика сателлитных и теломер ДНК у аскарид: значение для образования и запрограммированного распада сложных хромосом». Хромосома. 109 (7): 439–452. Дои:10.1007 / s004120000104. ISSN  0009-5915. PMID  11151673.
  6. ^ а б Goday, C .; Пимпинелли, С. (1993). «Возникновение, роль и эволюция уменьшения хроматина у нематод». Паразитология сегодня. 9 (9): 319–322. Дои:10.1016/0169-4758(93)90229-9. PMID  15463793.
  7. ^ Swart, Estienne C .; Bracht, John R .; Магрини, Винсент; Минкс, Патрик; Чен, Сяо; Чжоу, Йи; Khurana, Jaspreet S .; Goldman, Aaron D .; Новацки, Мариуш (29 января 2013). «Макроядерный геном Oxytricha trifallax: сложный эукариотический геном с 16 000 крошечных хромосом». PLoS Биология. 11 (1): e1001473. Дои:10.1371 / journal.pbio.1001473. ISSN  1544-9173. ЧВК  3558436. PMID  23382650.
  8. ^ Прескотт, Д. М. (1999-03-01). «Эволюционное скремблирование и онтогенетическое расшифровывание генов зародышевой линии у гипотрихозных инфузорий». Исследования нуклеиновых кислот. 27 (5): 1243–1250. Дои:10.1093 / nar / 27.5.1243. ISSN  0305-1048. ЧВК  148308. PMID  9973610.
  9. ^ Браун, Т. (2007). Геномы 3. С. 439–441. ISBN  9780815341383.