[МУЗЫКА] [БЕЗ_ЗВУКА] Здравствуйте! Для более полного понимания геномного импринтинга нужно отметить, что это явление характерно не только для млекопитающих, но также и для других организмов. Сегодня расскажу вам про два примера геномного импринтинга у насекомых. Первый пример — это мучнистый червец Planococcus citri. Чем замечателен этот организм в плане импринтинга? На ранних стадиях эмбриогенеза эмбрионы, которые станут самцами, и эмбрионы, которые станут самками, не отличаются друг от друга. Однако уже начиная со стадии седьмого дробления ядер наблюдается существенное отличие, которое заключается в том, что хромосомный набор, пришедший от отца, инактивируется у сыновей. То есть у тех организмов, которые станут самцами, половина хромосом полностью инактивирована. У самок оба хромосомных набора работают одинаково и не отличаются друг от друга своим поведением. Однако это не самое удивительное у этого организма. Наиболее удивительные события происходят при их взрослении, потому что самка Planococcus citri выглядит как немного недоразвитое насекомое. Она не может летать, она может только ползать, и то недалеко, живёт на растениях и питается их соком. Самец выглядит совершенно по-другому. Он выглядит как нормальное двукрылое насекомое, похожее на маленькую муху. У него есть крылья, ноги, глаза, которые позволяют ему летать и видеть, куда он летит, однако у него полностью недоразвита пищеварительная система, потому что он не питается. Живёт он всего два дня, и его миссия заключается только в оплодотворении самок, после чего он погибает. Эти отличия определяются именно вот этим ранним событием инактивации одного из хромосомных наборов в эмбриональной стадии развития. Причём всегда чётко показано, что этой инактивации подвергается только отцовский хромосомный набор. Что происходит с этим набором на уровне молекулярно-биологическом? С точки зрения эпигенетики мы наблюдаем в этом хромосомном наборе характерные белки-репрессоры, такие как гетерохроматиновый белок 1, а также репрессивные модификации гистонов, такие как метилирование гистона H3 по положению девятому и метилирование гистона H4 по двадцатому положению. В наших исследованиях мы показали, что если мы нарушим работу ферментов, которые делают эти модификации, то в этом случае мы можем наблюдать смещение баланса между полами в потомстве, то есть самцов в потомстве становится меньше, а самок становится больше. И это означает, что манипулируя на этом уровне, мы можем влиять на механизм импринтинга, и таким образом этот организм становится полезной модельной системой для изучения этих удивительных эффектов. Ещё более странным образом геномный импринтинг проявляется у другого насекомого, который называется грибной комарик или Sciara coprophila. В этом организме геномный импринтинг связан не с поведением отцовского хромосомного набора, а с поведением только половых хромосом. Из-за странных особенностей сперматогенеза сперматозоид у этого организма несёт не одну X-хромосому, как у всех остальных организмов, а две X-хромосомы. Поэтому в зиготе после оплодотворения присутствуют два набора обычных хромосов и три X-хромосомы. Далее у самцов происходит избирательное выбрасывание двух отцовских X-хромосом, а у самок происходит выбрасывание только одной отцовской хромосомы. Таким образом получаются самцы генотипа X0, содержащие только одну X-хромосому, и самки генотипа XX, у которых две X-хромосомы. И за счёт этого формируется половой диморфизм, и развивается мужской или женский организм. Странным в этой ситуации является механизм, который определяет, какие же хромосомы будут выброшены, а какие останутся. Всегда выбрасываются только хромосомы, пришедшие от отца — материнские X-хромосомы всегда остаются на месте и присутствуют в организме. Что же может отличать отцовские хромосомы от материнских хромосом у Sciara coprophila? Было показано в ранних исследованиях ещё в 60-х годах, что существует элемент, который определяет, будет выброшена хромосома в раннем развитии или она останется. И именно состояние этого элемента определяет: во-первых, маркирует отцовские X-хромосомы и, во-вторых, определяет будут ли они выброшены. Этот элемент был назван контролирующий элемент, потому что про него ничего не известно, никакого более конкретного термина придумано не было. Однако мы точно знаем, где этот элемент локализуется. Этот элемент находится в инактивированном районе X-хромосомы, то есть фактически в гетерохроматине X-хромосомы. Мы не знаем, в каком состоянии этот элемент находится у тех хромосом, которые выбрасываются в эмбриогенезе, однако мы знаем, что те X-хромосомы, которые остаются в организме — в этих хромосомах контролирующий элемент является инактивированным, содержит метки репрессивного хроматина, а именно: метилирование H3K9 и H4K20 и сопутствующие связанные с ними белки, такие как белок HP1. Таким образом, сопоставляя эти данные по двум модельным объектам из мира насекомых с информацией, которую мы знаем о млекопитающих, мы можем сделать достаточно важные биологические выводы. Во-первых, первый вывод заключается в том, что для геномного импринтинга в том или ином проявлении необходимо полноценное действие белков-репрессоров и связанных с ними белков, которые производят эпигенетические маркирования репрессивного гетерохроматирования: H3K9 метилирование и H4K20 метилирование. В отсутствие этих белков, как мы видим из примера Planococcus citri, мы можем ожидать нарушение этого механизма. И второй момент, на котором имеет смысл заострить внимание — это роль метилирования ДНК. У млекопитающих метилирование ДНК имеет достаточно важное значение для геномного импринтинга, о чём вам Пётр рассказал в предыдущей лекции, однако у насекомых наличие метилирования ДНК, строго говоря, не показано. Более того, у ближайшего изученного родственника Sciara coprophila классического объекта генетики Drosophila melanogaster метилирование ДНК либо отсутствует полностью, либо если и присутствует, то настолько в низких количествах, что оно никак не может рассматриваться как фактор эпигенетики. Таким образом, с точки зрения эволюции мы можем прийти к выводу, что важнейшим эффектором для геномного импринтинга является именно формирование гетерохроматина, а конкретный механизм привлечения гетерохроматина к тому или иному импринтированному району генома — оно может отличаться у разных видов.
