XI Международная студенческая научная конференция Студенческий научный форум - 2019

Термин «геном» был введён в учение о генетике намного позже понятия «генотип». В настоящее время эти два понятия являются почти идентичными друг другу. Геном в настоящий момент определяют как некую совокупность ядерных и цитоплазматических отношений ДНК и РНК носителей с расположенными в них генетическими элементами, включая определенные эпигенетические связи между этими элементами. Таким образом, под геномом понимается вся совокупность наследственной информации клетки [5].

В семидесятых годах прошлого века стало известным то, что в конце анафазы митоза все хромосомы декондексируются, располагаясь по всей площади ядра, сплетаясь с аналогичными хромосомами.  Томас Кремер  и его соавторы сделали простой эксперимент. Они посредством пучка ультрафиолетового света повредили небольшую область клеточного ядра. Возникла возможность просмотра повреждённых хромосом. Если бы молекулы ДНК располагались по всему объёму клеточного ядра, то повредились бы все хромосомы ядра. Однако оказались повреждёнными лишь небольшое количество хромосом [4].

В результате проведённого эксперимента был сделан вывод о том, что хромосомы внутри клеточного ядра занимают определённые ограниченные области, которые называются хромосомными территориями. Внутри хромосомных территорий располагаются интер хроматиновые домены, а внутри доменов различные функциональные компартменты. Так же, между хромосомными территориями существуют так называемые «сцепки», возникающие благодаря тому, что некоторые участки разных хромосом притягиваются к одинаковым функциональным компартментам. Ввиду всех выше перечисленных соединений возникает единый и при этом относительно «жесткий» хроматиновый домен, который служит основой для всей внутриядерной организации клетки. Теория хромосомных территорий и интер хроматинового домена полностью была сформулирована Томасом Кремером в конце 80-х годов прошлого века. Далее эта теория совершенствовалась и уточнялась по мере появления новых экспериментов [1].

Ключевой инструмент, позволивший изучать 3D-организацию генома - процесс легирования, то есть процесс выделения заданной последовательности ДНК и получения многих её копий in vitro. В результате данного метода ДНК разделяется на фрагменты внутри фиксированных формальдегидом ядер, и возникающие свободные концы ДНК вновь сшивают с помощью ДНК-лигаз. Благодаря данному процессу происходит восстановление исходной целостности цепи ДНК, но имеет место и перекрёстная сшивка фрагментов, расположенных рядом друг с другом физически, но разнесённых друг от друга на некоторое расстояние на молекуле ДНК [4].

С использованием C-методов были открыты важнейшие принципы и способы пространственной организации генома. В этом методе показали, что хромосома разделяется на так называемые топологически-ассоциированные домены, ТАДы. Ряд Российских учённых демонстративно показали, что внутри ТАДов размещаются активные участки генома, в которых располагаются гены, работа которых осуществляется во всех типах клеток. 

Самым главным свойством ТАДов является то, что контакты, формирующиеся в пространстве, внутри ТАДа происходят существенно чаще, чем между ними. Данный феномен может происходить в том случае, когда в границах ТАДа хроматиновая фибрилла организована в компактную глобулу. Оказывается возможным видение соответствия ТАДов глобулярным доменам, которые обнаружили Томас Кремер и  его соавторы.

Действительно, визуальное представление индивидуальных ТАДов с использованием техники FISH и электронной микроскопии высочайшего разрешения демонстративно проиллюстрировала то, что ТАДы приобретают преимущественно глобулярную форму. Осознание вышесказанного определило возникновение отдельной области генетики, а именно 3D-геномики, с помощью которой в настоящее время возможно объяснить различного рода феномены генетики [3].

Таким образом, стало совершенно очевидным то, что пространственная организация генома в ТАДы предоставляет существенные ограничения на возникновение различных контактов между удаленными элементами-регуляторами. Иллюстрацию подобных контактов можно наблюдать внутри ТАДов. Поэтому сфера активности энхансеров очень часто ограничена пределами соответствующего ТАДа. Соединение ТАДов или образование новых ТАДов в результате перестроек хромосомных конструкций (таких, как делеции и инверсии), в свою очередь, может привести к нарушению работы большого числа генов и, может служить самой главной причиной возникновения ряда наследственных заболеваний, то есть генетической предрасположенности к ряду заболеваний [4].

В ядре клетки существуют силы, которые способствуют удержанию объектов крупного размера вместе, которые заново возрождают структуру 3D-генома и внутриядерных компартментов. В контексте 3D-геномики присутствует совершенно инновационное объяснение биологической роли, на первый взгляд, совершенно ненужных нуклеотидов в цепочке последовательности. Не участвуя в процессах кодирования белков, участки нуклеотидной последовательности генома могут очень сильно повлиять на процесс транскрипции различных генов, моделируя способы пространственной укладки удлинённых областей генома. Особенности и механизмы такого рода влияний имеет перспективы выяснения в будущем. Предложенные в данной статье влияния могут стать основным ключом к раскрытию возможной роли повторяющихся последовательностей в работе генома [2].

Литература:

1.Гнатик Е.Н. Расшифровка генома человека: успехи, проблемы, перспективы [Электронный ресурс]. М., 2010

2.Иващенко Н.И., Гришаева Т.М. Современные представления о роли разных семейств мобильных элементов в геномах эукариот [Электронный ресурс]. М., 2009

3. http://www.sochuroki.com/sovremennye-predstavleniya-o-gene-i-genome/

4.https://biomolecula.ru/articles/novyi-vzgliad-na-genom-ne-prosto-tsepochka-genov-a-trekhmernaia-set-integriruiushchaia-funktsionalnye-domeny-iadra

5.https://studopedia.ru