\bibitem{qeg006} А.В. Прохорчук, А.С. Рузов. Метилирование генома и его роль в функционировании эукариотического организма // Генетика, Том 36, No 11, 1475-1486 (2000).

Эпигенетика

28 января 00:15

Что такое эпигенетика? В чем разница между эпигенетическими и генетическими механизмами наследования?

Что такое эпигенетика? В чем разница между эпигенетическими и генетическими механизмами наследования? Какую роль в работе генов играет хроматин? Как влияют эпигенетические механизмы на клонирование животных? О связи эпигенетики и работы мозга - профессор Эдинбургского университета Эдриан Бёрд и биолог Егор Прохорчук.

Участники:

Эдриан Бёрд– профессор Эдинбургского Университета, директор исследовательского Wellcome Trust центра клеточной биологии, научный сопредседатель фонда Wellcome Trust.

Егор Борисович Прохорчук- кандидат биологических наук, научный сотрудник Института Биологии Гена РАН

Материалы к программе:

Из статьи: А.В. Прохорчук, А.С. Рузов «Метилирование генома и его роль в функционировании эукариотического организма».

\bibitem{qeg006} А.В. Прохорчук, А.С. Рузов. Метилирование генома и его роль в функционировании эукариотического организма // Генетика, Том 36, No 11, 1475-1486 (2000).

Метилирование является одной из модификаций ДНК, приводящих к изменению ее структурного и функционального статуса. В связи с этим представляет безусловный интерес изучение влияния метилирования генома на основополагающие процессы, протекающие в живой клетке. Данный обзор посвящен роли метилирования ДНК в процессах рекомбинации, репликации, регуляции транскрипции генов и импринтинга, а также его влиянии на образование и развитие раковых опухолей.

Метилирование генома эукариот. CG-островки. Метилазы. Метилирование ДНК, как способ регуляции уровня экспрессии генов, структуры и стабильности хроматина, создания генетического и полового разнообразия - универсальный и обратимый механизм, отражающий всю сложность процессов, протекающих в живых организмах. Разнообразие биологических эффектов, в которые вовлечено метилирование ДНК, делают его интересным объектом исследований.

Метилирование ДНК известно уже для генома прокариот, что говорит о фундаментальном значении этого процесса в жизни клетки. В частности, в геноме прокариот метилирование аденозина в GATC-последовательностях приводит к ошибкам копирования в ходе рекомбинации, с другой стороны метилирование аденозина и цитозина в определенных последовательностях защищает бактерию от ее собственных рестриктаз и является защитой от внедрения чужеродных последовательностей ДНК.

Наиболее изучено метилирование CG-последовательностей эукариот. Передача по наследству существующего типа метилирования ДНК обеспечивается простым механизмом копирования. Поддерживающая метилаза - фермент, который действует лишь на те последовательности CG, которые спарены с уже метилированными CG последовательностями (т.н. полуметилированные CG полиндромы). В результате существовавший тип метилирования автоматически наследуется в ходе репликации. Перенос метильной группы на дочерние нити происходит сразу же после репликации. Для эукариотических метилаз свойственно "проскакивание": при метилировании полуметилированных CG-пар близкорасположенные неметилированные CG-пары могут быть метилированы. Наблюдается также, что остаток цитозина вблизи полуметилированной СG-пары несколько ингибирует ее метилирование. Эукариотические ДНК метилтрансферазы - большие (190 кДа) однодоменные белки, которые предпочтительно связываются с полуметилированными короткими последовательностями ДНК типа CG динуклеотидов (у животных) и CNG (у растений) и имеют очень низкое сродство к симметрично метилированным CG-парам. С-конец метилтрансферазы - каталитический, в пределах 500 аминокислот гомологичен известным бактериальным метилтрансферазам. N-конец богат цистеином, связывает ионы цинка и ответственен за подавление активности de novo метилирования, то есть за узнавание метилированного и неметилированного цитозина. Некоторые исследователи предполагают, что аномальный тип метилирования генома, наблюдаемый в опухолях, у старых животных и в культурах клеток возникает в результате de novo метилирования ДНК метилтрансферазой, подвергшейся протеолизу in vivo. Активность метилтрансферазы варьируется в процессе клеточного цикла, наименьшая в G1 фазе, увеличивается к S-фазе и опять падает в G2/М.

В ДНК позвоночных метилировано 3-6% остатков цитозина, и их количество возрастает с увеличением размера генома и сложности организма (так у высших растений заметилировано 30% цитозинов). Большинство метильных групп найдено в дуплетах CG (у человека заметилировано 70% CG-пар), образующих короткие палиндромы. В ходе эволюции метилированные остатки цитозина замещаются тимином. За 400 млн. лет после дивергенции позвоночных и беспозвоночных подобным образом утеряно более трех из каждых четырех СG пар, что привело к значительному уменьшению содержания этого динуклеотида в геноме позвоночных. Оставшиеся последовательности СG распределены очень неравномерно. Существуют отдельные области длиной 1000-2000 пар нуклеотидов, в которых содержание CG в 10-20 раз выше, чем в среднем по геному. Эти последовательности были названы CG - островками. Они окружают промоторы генов "домашнего хозяйства", то есть экспрессируемых в клетках любого типа, кодирующих белки, необходимые для жизнедеятельности клеток. Геном млекопитающих в среднем содержит порядка 30 000 CG-островков, каждый из которых имеет длину около 1000 пар оснований.

В половых клетках все тканеспецифичные гены, кроме генов специфичных для сперматозоидов и яйцеклеток, неактивны и метилированы. При введении неметилированной ДНК в оплодотворенную яйцеклетку мыши метилируются почти все CG-пары. Поскольку известно, что в норме поддерживающая метилаза не способна метилировать ДНК, лишенную метильных групп, предполагают существование так называемой учреждающей метилазы. Вероятно этот фермент, выполнив свои функции на ранних этапах эмбриогенеза, исчезает, а за сохранение метилированных нуклеотидов в ДНК клеток развивающихся тканей отвечает поддерживающая метилаза.

Значение метилирования ДНК для регуляции экспрессии генов в значительной степени прояснилось в результате опытов по трансфекции конструкций, экспрессирующих чувствительные к метилированию гены в эукариотических клетках. Например, ген, кодирующий мышечный актин, выделяли как в полностью метилированной, так и в полностью неметилированной формах. При введении экспрессирующих этот ген конструкций, в культуре мышечных клеток оба варианта транскрибировались одинаково эффективно из-за того, что метилированная конструкция сайт-специфично деметилировалась и экзогенный ген становился транскрипционно активным. Если же этот ген вводили в фибробласты, где он в норме не экспрессируется, неметилированный вариант транскрибировался на низком уровне, который был все же выше, чем для метилированной формы этого гена или эндогенного гена, присутствовавшего в фибробласте и также метилированного.

Высказывались предположения, что метилирование у позвоночных используется для закрепления некоего пути развития клетки, после переключения ее в новый режим в процессе дифференцировки. Однако, в свете последних данных, роль метилирования в специализации клеток, по-видимому, не столь существенна и носит вспомогательный характер. Важные переключения в ходе развития осуществляются регулярными белками, способными влиять на активность генов вне зависимости от их метилирования. Например, одна из Х-хромосом млекопитающих сначала конденсируется и инактивируется, и лишь затем некоторые из ее генов метилируются. У сумчатых и в тканях плаценты мыши инактивация Х-хромосомы вообще не сопровождается метилированием. И наоборот, определенные гены, активные в печени, в ходе развития включаются тогда, когда они еще полностью метилированы, и лишь позднее уровень их метилирования начинает снижаться.

Белки, связывающиеся с последовательностями ДНК, содержащими метилированные СG-последовательности. Первые данные, показывающие существование обратной связи между метилированием и экспрессией генов объяснялись ингибированием связывания транскрипционных факторов метилированием узнаваемых ими последовательностей, а также существованием белковых факторов, связывающихся с последовательностями в промоторных областях генов и чувствительных к их статусу метилирования. Например, метилирование подавляет связывание с ДНК таких известных транскрипционных факторов, как NF-kB, MLTF, СREB, с-Мус, Ар-2, EF2. С другой стороны для некоторых транскрипционных факторов метилирование последовательностей ДНК создает новые сайты связывания, например АР-1. Исходя из этого, можно предположить, что в подавлении транскрипции чувствительных к метилированию генов метилирование ДНК может выступать как сis-действующий элемент, и/или для эффективной супрессии генов необходимы некие trans-действующие чувствительные к метилированию факторы. Ими могут являться белки, связывающие последовательности, содержащие метилированные СG-пары - МеСР белки. Многие из них были идентифицированы, и накопившиеся данные позволяют предположить, что именно эти белки являются важными компонентами механизма, благодаря которому возникают или развиваются биологические эффекты, вызванные метилированием. В высших растениях был обнаружен белок DBP-m, связывающийся с последовательностями ДНК, содержащими несколько метилированных CG-пар на участке связывания, вне зависимости от их нуклеотидной последовательности.

Из ядерных экстрактов культуры клеток Т-хелперов человека и клеточной линии HeLa был выделен новый, отличный от Sp1 репрессорный белок HMBP, связывающийся с метилированным Sp1 элементом в промоторе HIV-1 ретровируса. Новый белок конкурирует за связывание с неконсенсусными Sp1 последовательностями in vivo с Sp1 белком и подавляет транскрипцию. HMBP предпочтительно связывается с полуметилированными последовательностями, при симметричном метилировании лишь конца участка узнавания. Предполагают, что этот белок может участвовать в лизогении ретровируса HIV-1.

Еще один метил-CG-связывающий белок MeCP1, первоначально обнаруженный в клетках печени крысы, связывается с рядом последовательностей ДНК in vitro, содержащих, по крайней мере, 12 симметрично метилированных CG-пар, подавляя транскрипцию генов in vivo и in vitro. Молекулярная масса белкового комплекса MeCP1, образуемого белком с последовательностью CG11, содержащей 20 HhaI и 7 HpaII участков, порядка 800кДа. Наблюдаемый 400кДа комплекс не специфичен к метилированию. Комплекс конкурирует за связывание метилированной ДНК с транскрипционными факторами в зависимости от плотности метилирования ДНК.

Возможность опосредованного действия метилирования на транскрипию генов: предположительная роль белков с BTB/POZ доменом. Далеко не все экспериментальные факты может объяснить описанная выше модель влияния метилирования на регуляцию транскрипции генов, которая осуществляется через белки, специфически связывающие метилированную ДНК, и напрямую ингибирующие при этом активность промоторных и энхансерных элементов.

В пользу непрямой модели влияния метилирования на транскрипцию, в частности, может служить тот факт, что метилированный ген тимидин киназы симплекс вируса герпеса остается транскрипционно активным в течении 8 часов после введения в ядро L клеток. На основе этих результатов предполагают, что время, в течение которого метилированный ген остается активным, необходимо для взаимодействия с метилированной ДНК неких ядерных факторов, подавляющих транскрипцию гена. Также было показано, что метилированная ДНК неактивных генов образует более устойчивую к действию таких нуклеаз как MsрI и ДНКазыI структуру хроматина. Подобные результаты были объяснены взаимодеиствием ДНК метил-специфичных белков с гистон деацтилазами, приводящим через деацетилированиe нуклеосом к созданию более компактных хроматинных структур.

В составе белков другой группы, взаимодействующих с гистон деацетилазами и подавляющих транскрипцию, находятся белки, содержащие N-концевой домен под названием BTB/POZ (по сокращенному названию Pox viruses and Zinc finger). Недавно было показано, что один из членов семейства BTB/POZ содержащих белков - белок Kaiso, описанный ранее как белок, связывающийся с p120, одним из состовляющих Е-кадхерин зависимой системы, специфически связывается с симметрично метилированной последовательностью ДНК. Причем, связывание с метилированной ДНК происходит через "цинковые пальцы". Домен BTB/POZ, который также входит в состав Kaiso, состоит из 120 аминокислотных остатков. Может участвовать в гомомерных и гетеромерных POZ-POZ взаимодействиях. Важным является тот факт, что этот домен опосредованно связывается с гистон деацетилазами через белковые молекулы корепрессоры NCo-R и SMRT. Таким образом, белки, содержащие домен BTB/POZ участвуют в инактивации генов на уровне транскрипции через деацетилирование хроматина. Все POZ содержащие белки, включая транскрипционный репрессор PLZF, а также ZID, LAZ-3/Bcl-6, GAGA, SalF17R взаимодействуют с N-CoR и SMRT, хотя и с различной афинностью. Другой BTB/POZ домен содержащий белок DIP взаимодействует через DP с E2F-DP гетеродимером, участвующем в транскрипционном контроле гена супрессора опухолевого роста ретинобластомы. Для этого же гена было показано, что с метилированными последовательностями ДНК промотора взаимодействует белок MeCP2.

Геномный импринтинг. Ядерная память или геномный импринтинг определяется такими самоподдерживающимися изменениями хромосом и структуры хроматина в ходе которых последовательность нуклеотидов в ДНК остается постоянной, но происходит выбор генов, которые будут экспрессироваться. Эксперименты на трансгенных мышах показали, что в основе геномного импринтинга лежит метилирование ДНК. Можно скрестить трансгенных мышей, несущих последовательности чужеродной ДНК, и получить потомство, наследующее эту последовательность только от отца или только от матери. Интегрированные последовательности ДНК таких мышей метилируются по разному, в зависимости от их происхождения из спермия или из яйцеклетки. Характер метилирования сохраняется на протяжении всей жизни животного, но может изменяться в процессе формирования клетками зародышевой линии следующего поколения гамет. Эмбриональное развитие млекопитающих зависит от небольшого числа импринтированных генов, которые специфически экспрессируются из отцовского и материнского геномов. Каждая гамета, полученная от родителей, имеет индивидуальный патерн метилирования генома, определяющий импринтинг, устанавливающийся во время формирования клеток зародышевой линии. Таким образом, еще до репликации, материнский и отцовский аллели отличаются. Значение такого импринтинга до сих пор не ясно. Возможно он просто отражает характер экспрессии генов в двух линиях зародышевых клеток. В сперматозоиде, где большинство генов неактивно, уровень метилирования ДНК очень высок. Исключение составляют CG-островки с 5(-конца генов "домашнего хозяйства" протяженностью порядка 1000 пар оснований и повторяющиеся последовательности ДНК, которые незаметилированы в сперматозоидах и в ооцитах, что может быть связано с участием этих последовательностей в процессах рекомбинации, происходящих с высокой частотой при мейозе. После оплодотворения в предимплантационном эмбрионе происходит волна деметилирования и de novo метилирования. Процесс de novo метилирования захватывает повторяющиеся последовательности ДНК и GC богатые 5(-области генов Х-хромосомы у женских особей, что не достаточно для инактивации большинства из них. Любая ДНК, введенная в этот момент в зиготу, будет заметилирована и представлена в неактивной форме. Этого метилирования не происходит при введении ДНК в клетки постимплантационного эмбриона, в этот момент Х-хромосома уже инактивирована, а повторяющаяся ДНК сильно метилирована. Эмбриональные стволовые клетки гомозиготные по гену с делецией ДНК-метилтрансферазы нормально пролиферируют несмотря на уменьшение уровня метилирования генома в 3 раза, но гибнут во время дифференцировки. Экспрессия кДНК ДНК-метилтрансферазы дикого типа в этих мутантных клетках ведет к восстановлению нормального патерна метилирования и экспрессии неимпринтируемых генов, но характер метилирования, и, соответственно, взаимоотношения импринтируемых генов не восстанавливаются. Эти данные говорят о существовании различных механизмов de novo метилирования, протекающего во время сперматогенеза и оогенеза и узнающего гены, подлежащие импринтингу, в постимплантационный эмбриональный период и в стволовых эмбриональных клетках. Всего изучено 16 импринтируемых генов мыши и человека, 5 из которых экспрессируются при наследовании их от матери и 11 - от отца. Среди них Н19 (кодирует нетранслируемую мРНК в печени эмбриона), IGF2 (инсулиновый фактор роста) и IGF2r (рецептор гена инсулинового фактора роста 2). Эти импринтируемые гены экспрессируются, сохраняя импринтинг во многих типах тканей. Человеческий же ген T1 проявляет мозаичный характер экспрессии и импринтинга в тканях организма: он импринтирован в плаценте и мозгу, в то время как в почках он имеет биаллельную экспрессию. Характер экспрессии генов, о которых известно, что они импринтируются, определяется метилированием. Если ген наследуется от матери, то он метилирован и неэкспрессируется у данного животного, тогда как тот же ген, наследуемый от отца, неметилирован и экспрессируется.

Участие метилирования ДНК в возникновении и развитии опухолевых заболеваний. Метилирование остатков цитозина - наименее изученная модификация ДНК, которая может быть вовлечена в молекулярно генетические изменения, последовательно происходящие при неопластической трансформации клеток. Участие метилирования ДНК в опухолевом патогенезе показано для многих человеческих опухолей. Изменение характера метилирования ДНК опухолей происходит в нескольких направлениях: деметилирование основной массы хроматина и сильное метилирование относительно коротких последовательностей ДНК. В норме большая часть СG-островков, расположенных в хроматине и в кодирующих последовательностях генов, метилирована. Поэтому в неопластических клетках дополнительное метилирование включает в себя в норме неметилированные СG-островки. Тем не менее общий уровень метилирования генома опухолевых клеток значительно ниже, чем нетрансформированных. Интересно, однако, что подобное снижение метилирования ДНК раковых клеток сопровождается повышением активности метилазы. Ранее предполагалось, что изменения в метилировании последовательностей ДНК не могут принципиально влиять на ход онкогенеза и являются лишь последствиями событий многостадийной трансформации клеток. Ключевую же роль отводили повышенной каталитической активности ДНК метилтрансферазы, приводящей к увеличению частоты возникновения замен остатков цитозина тимином. Действительно, мутации такого рода очень распространены в онкогенезе. Приблизительно 47% охарактеризованных точечных мутаций гена супрессора р53 в клетках кишечных опухолей представляют из себя нуклеотидные замены в СG-динуклеотидах. Частота возникновения таких замен в 7 раз выше в опухолевых клетках, чем в клетках дикого типа. Причиной такого увеличения частоты мутаций может являться повышение каталитической активности метилазы, которая, при недостатке доноров метильных групп, может как образовывать ковалентную связь с цитозином, дестабилизируя его аминогруппу, что в дальнейшем ведет к увеличению частоты дезаменирования цитозина, так и связываться с UG-парами, препятствуя их репарации. Позднее предположили, что метилирование участвует в онкогенезе, изменяя уровень экспрессии протоонкогенов и генов опухолевых супрессоров. То есть деметилирование приводит к активации протоонкогенов, а увеличение метилирования ведет к подавлению генов супрессоров опухолевого роста. Так известно, что метастатическая прогрессия многих эпителиальных опухолей связана с падением экспрессии белка клеточной адгезии Е-кадхерина. Было показано, что падение экспрессии этого белка в первичных опухолях молочной железы человека обусловлено метилированием участка его промоторной области, происходящим непосредственно на ранних стадиях метастатической прогрессии опухолей. Втечение инвазии in vitro плотность метилирования промоторной области Е-кадхерина заметно возрастает, но если такие опухолевые клетки культивируются "в сфероидах", что повышает степень их адгезии, промоторная область гена быстро деметилируется что приводит к возобновлению экспрессии Е-кадхерина.Другая группа исследователей изучала линии мышей с повышенной частотой возникновения полипов в кишечнике. Из линий этих мышей получали гетерозиготных животных с нокаутом одного из аллелей метилтрансферазы, с пониженной активностью ДНК метилтрансферазы, как следствие, пониженной степенью метилирования генома. Исследования показали, что уменьшение активности метилазы вело к снижению частоты возникновения кишечных полипов у мышей. Таким образом, можно заключить, что недометилирование генома до уровня, при котором организм выживает, может играть ключевую роль в онкогенезе, при сильном же деметилировании генома клетки погибают не образуя опухоли. Так было показано, что в процесс прогрессии опухоли может быть вовлечен эпигенетический механизм, названный "релаксацией импринтинга". Например, в 25-69% случаев в опухоли Вильмса оба аллеля гена IGF-2 активны, в то время как в норме у человека экспрессируется только отцовский аллель.

С другой стороны, низкая активность метилазы может ингибировать онкогенный эффект гиперметилирования. Известен ряд неактивных генов, среди них VHL ген супрессор опухолевого роста, ген ВRCA1 и DCC в опухоли легких и кишечника, не имеющих мутаций в кодирующих последовательностях, но сильно заметилированных, по сравнению с клетками дикого типа, в которых они активны. Также сильное метилирование неспецифических областей хроматина может приводить к его компактизации в домены, содержащие супрессорные гены, тем самым инактивируя их. В биологии рака в настоящее время широко изучена инактивация генов супрессоров опухолевого роста через делеции, внутригенные (аминокислотные замены, сдвиг рамки считывания) и промоторные мутации, альтернативный сплайсинг. Недавно к этому списку было добавлено метилирование промоторных областей импринтируемых генов. Хорошо изученный супрессорный ген р16 импринтируется, при этом метилирование промоторной области гена встречается во многих типах опухолей, и его транскрипция подавлена. Такие импринтируемые супрессорные гены получили название "импринтеров".

Возникновение рака имеет строгую корреляцию с возрастом организма. Точные исследования показали, что с возрастом метилирование прилегающих к промоторам областей генов человека и мыши распространяется и на промоторные области. Похоже, что этот механизм вовлечен в инактивацию генов и вносит вклад в увеличение частоты возникновения опухолей, заболеваемости и смертности в процессе старения организма.

Представляет интерес предположение, согласно которому, сильно метилированные участки генома опухолевых клеток могут служить маркерами областей хромосом, которые в дальнейшем будут делетированы. Действительно, во многих человеческих опухолях показана потеря аллелей генов, ранее расположенных в сильнометилированных участках хроматина, при дальнейшей прогрессии опухоли.

В одной из работ была предложена модель последовательных событий, приводящих к разбалансировке метилирования генома в новообразованиях. Клетка на ранних этапах развития опухоли в период многоклональной гиперплазии под воздействием неких генетических или эпигенетических факторов преобретает повышенную активность метилтрансферазы, что при дальнейшем развитии клонов в опухоли выражается в гиперметилировании. Это приводит к транскрипционной инактивации и генетической нестабильности сильно метилированных участков ДНК. Данные изменения закрепляются и развиваются при дальнейшей прогрессии опухоли. Следующие последовательные события разбалансировки метилирования приводят к подавлению транскрипции генов или потере их функций через разрушение целостности хромосом, их повреждение и потерю аллелей. Безусловно подобные изменения затрагивают и жизненно важные гены, что ведет к гибели клетки. Выжившие же клетки последовательно теряют дифференцировку, образуя иммортальный и/или злокачественный фенотип. Изменения формы ядра, укладки хроматина, ДНК-белковых взаимодействий, происходящие в неопластических клетках, а также увеличение числа репликативных событий приводят к недометилированию генома, что также может быть следствием мутаций в гене ДНК метилтрасферазы.

Метилирование и эволюция. Эволюция сложных организмов с большим геномом, таких как позвоночные и сосудистые растения, сопровождалась эволюцией системы, разбивающей геном на два компартмента: небольшие неметилированные последовательности, насыщенные участками связывания с транскрипционными факторами, и протяженные сильно метилированные участки, поддерживаемые в конденсированном состоянии. Это разбиение может облегчить нахождение белковыми факторами регуляторных последовательностей. Полагают, что метилирование ДНК представляет из себя относительно позднее эволюционное приобретение высших эукариот для организации и защиты генома, допускающее возможность эпигенетической инактивации и мутации нормальных клеточных генов.

Резюме статьи Э. Берда «DNA methylation patterns and epigenetic memory».

Особенности клетки определяются задающими ее протеинами (белками), каковые являются производными тех или иных геномных структур. Главными для определения структуры генов являются факторы, обуславливающие последовательность ДНК и выбирающими гены для активации или подавления посредством перестройки последовательности ДНК. Совокупность этих факторов со сходными последовательностями запускают последовательность событий, часто предполагающих изменения в структуре хроматина. Но типы факторов, определяющих считывание генетической информации в клетке, недостаточны для определения спектра ее генетической активности, поскольку потенциал транскрипции генома может оказаться в процессе развития стабильным. Ограничения, наложенные на развитие, возможно обуславливаю крайне низкую эффективность клонирования животных из ядер различных клеток. Как следует из гипотезы об определяющей роли процессов считывания генетической информации, последовательность генов в измененных ядрах была бы совершенно иной при условии новой совокупности факторов. Хотя многие аспекты передачи генетической информации могут быть таким образом перепрограммированы, некоторые отличительные признаки по всей видимости являются настолько устойчивыми, что помещение в чужую цитоплазму не может стереть памяти об этих признаках.

Геномная последовательность измененной клетки, как следует полагать, должна быть идентична в большинстве случаев геномной последовательности той зиготы, из которой она взята. Это означает, что признаки развития вряд ли могут быть следствием глубокой соматической мутации. Процессы, менее бесповоротные, чем мутация, обозначаются общим понятием «эпигенетические» механизмы. На сегодняшний день существует такое определение эпигенетики: «Исследование митотических и/или митотически наследуемых изменений в функционировании генома, которые не могут быть объяснены изменениями в последовательности ДНК». Существуют две эпигенетические системы, ответственные за развитие живых существ и отвечающие условиям наследуемости: метилирование ДНК и комплексы протеинов Pc-G/trx. В данной статье рассматривается метиляция ДНК и особое внимание обращается на возникновение, наследование и биологическое значение генетических структур метиляции в развитии млекопитающих. В настоящей работе мы исходим из той точки зрения, что метиляция ДНК может затрагивать только те гены, которые уже были инактивированы другими механизмами в эмбриональном состоянии. Считывание генетической информации в эмбриональной стадии, с другой стороны, может вызвать остановку механизмов метиляции ДНК. Наследуемость метилированного состояния и вторичная природа механизма запуска/остановки метиляции говорит в пользу того представления, что метиляция ДНК служит специфической функции клеточной памяти в развитии. Так, будет рассмотрено предположение о том, что метиляция ДНК и Pc-G/trx может представлять собой альтернативную систему эпигенетической памяти, возникшую в процессе эволюции.

Библиография

1. Abnormal gene expression in cloned mice derived from embryonic stem cell and cumulus cell nuclei//Proc. Natl. Acad. Sci. USA. 2002. № 1; 99 (20).

2. Altered methylation patterns in cancer cell genomes: cause or consequence?//Cancer. Cell. 2002. № 1 (4).

3. Bird A. DNA methylation patterns and epigenetic memory//Genes. Dev. 2002. № 1; 16 (1).

4. Cancer epigenetics and methylation//Science. 2002. № 13; 297 (5588).

5. Fournier C., Goto Y., Ballestar E. et al. Allele-specific histone lysine methylation marks regulatory regions at imprinted mouse genes//EMBO J. 2002. № 1; 21 (23).

6. Fuks F., Hurd P., Wolf D. et al. The methyl-CpG-binding protein MeCP2 links DNA methylation to histone methylation//J. Biol. Chem. 2002. № 9.

7. Jorgensen H., Bird A. MeCP2 and other methyl-CpG binding proteins//Ment. Retard. Dev. Disabil. Res. Rev. 2002. 8 (2).

8. Klenova E., Morse H., Ohlsson R. et al. The novel BORIS + CTCF gene family is uniquely involved in the epigenetics of normal biology and cancer//Semin. Cancer. Biol. 2002. № 12 (5).

9. Methyl-CpG binding proteins and cancer: are MeCpGs more important than MBDs?//Oncogene. 2002. № 12; 21 (35).

10. Mutskov V., Farrell C., Wade P. et al. The barrier function of an insulator couples high histone acetylation levels with specific protection of promoter DNA from methylation//Genes. Dev. 2002. № 15;16(12).

11. Prokhortchouk A., Hendrich B., Jorgensen H. et al. The p120 catenin partner Kaiso is a DNA methylation-dependent transcriptional repressor//Genes Dev. 2001. № 1; 15(13).

12. Reik W., Dean W. Epigenetic reprogramming: Back to the beginning//Nature. 2002. № 14; 420 (6912).

13. Shahbazian M., Zoghbi H. Rett Syndrome and MeCP2: Linking Epigenetics and Neuronal Function//Am. J. Hum. Genet. 2002. № 71 (6).

14. Tudor M., Akbarian S., Chen R. et al. Transcriptional profiling of a mouse model for Rett syndrome reveals subtle transcriptional changes in the brain//Proc. Nat. Acad. Sci. U S A. 2002. № 26; 99 (24).

Тема № 205

Эфир 28.01.03

Хронометраж 47:21