Анализ фрагментов рибосомного межгенного спейсера человека, обнаруженных на хромосомах, не содержащих ядрышковые организаторы

Куприянова Наталья Сергеевна; Нечволодов Кирилл Константинович; Корсуненко Анна Владимировна

87. McPhee J.B., Lewenza S., Hancock R.E. Mol. Microbiol. 2003; 50(1): 205-17.

88. Flego D., Marits R., Eriksson A.R. et al. Mol. Plant Microbe Interact. 2000; 13: 430-38.

89. Jamet A., Rousseau C., Monfort J.-B. et al. Microbiol. 2009; 155: 2288-95.

90. Qing Y., Gao W., Wu X.-G., Zhang L.-Q. Microbiol. 2009; 155: 124-33.

91. Rebeil R., Jarrett C.O., Driver J.D. et al. J. Bacteriol. 2013; 195: 1920-30.

92. Roychoudhury S., Zeilinski N.A., Ninfa A.J. et al Proc. Natl. Acad. Sci. USA. 1993; 89: 2659-63.

93. Stock J.B., Surette M.G., Levit M., Park P. In: Hoch J.A., Silhavy T.J., eds. Two component signal transduction. Washington D.C.: ASM Press; 1995; 25-51.

94. Volz K. Ibid. 53-64.

95. Roychoudhurry S., Zielinski N.A., Ninfa A.J. et al. Proc. Natl. Acad. Sci. USA. 1993; 90: 965-9.

96. Yamamoto K., Kitayama T., Ishida N. et al. Biosci.Biotechnol. Biochem. 2000: 64: 912-23.

97. Belchtva A., Golemi-Kotra D. J.Biol. Chem. 2008; 283: 12354-64.

98. Eguchi Y., Kabo N., Igarashi M., Utsumi R. Antimicrob. Agents Chemother. 2011; 55: 1475-84.

99. Kunze B., Reck A., Dotsch A., Lemne A., Schummer S., Irshick H., Steinmetz H., Wagner-Dobler I., BMC Microbiol. 2010; 10: 199.

100. Reck M., Rutz K., Kunze D. et al. J.Bacteriol. 2011; 193: 56925706.

101. Cedelski L. et al Nat. Rev. Microbiol. 2008; 6(1): 17-27.

102. Barrett J.F., Isaacson R.E. In: Bristol J.A., ed. Annual reports in medicinal chemistry SanDiego: Academic Press, Inc.; 1998: 11-118.

Тандемно организованные повторы рибосомной ДНК образуют так называемые ядрышковые организаторы (ЯО). В то же время многие рДНК-подобные сегменты могут обнаруживаться и на (ЯО)- хромосомах. Было показано, что кроме биогенеза рибосом ядрышко обеспечивает большое число функций, таких как регуляция клеточного цикла, ответ на стрессы, регуляция транскрипции, что часто ведет к запуску клеточных каскадов. Механизм появления рДНК-подобных сегментов (ЯО)- на хромосомах пока не исследован и открыт для различного рода предположений. Около трети доменов, ассоциированных с ядрышком, связано с классом повторов $ШЕА4/и, гомогенными последовательностями и тандемными повторами. Возможно, относительное положение хромосом и ядрышка может способствовать или препятствовать взаимодействию хромосом с кластерами рДНК. В более ранних работах мы изучали вариабельность двух крупных повторов в центральной части рМГС, LR1 и LR2, сходных ~ на 90%, расположенных на расстоянии нескольких сотен п.н. друг от друга. В настоящей работе проведен поиск LR1-LR2-подобных сегментов на других хромосомах, охарактеризованы их концевые участки вблизи точек разрыва, а также области генома, в которые встраиваются LR1-LR2-подобные участки. Ключевые слова: человек; рДНК; рМГС; обмен участками между хромосомами; потенциальные точки разрыва в рМГС.

103. Романова Ю.М., Тиганова И.Г., Хмель И.А. Молекулярная генетика, микробиология и вирусология. 2011; 3: 3-10.

Поступила 03.12.13

DOUBLE-COMPONENT BACTERIAL REGULATION SYSTEMS AS A TARGET FOR SEARCHING NEW ANTIMICROBIAL AGENTS

Tiganova I. G, Il'inaT. S, Romanova Yu. M.

Gamaleya Scientific Research Institute of Epidemiology and Microbiology, Ministry of Health of the Russian Federation, Moscow, Russia

A review of the literature data concerning double-component bacterial regulation systems was given. The observed data concern: a) structural and functional organization based on the example of systems of the family OmpR (EnvZ/OmpR, PhoQ/PhoP), which regulate a number of processes providing adaptation to stress conditions in the environment and host body providing the virulence and biofilm formation, the cause of different human chronic infections; b) the genes and functions regulated by the double-components systems, based on the example of EnvZ/OmpR system, especially OmpR protein, and PhoQ/PhoP system. The possibilities for the searching of the double-component system protein inhibitors and their role in depressing pathogenic bacteria virulence were discussed. Key words: target for searching new antimicrobial agents; double-component regulation systems; biofilms.

Рибосома является одной из самых древних и важных органелл клетки, сохранившей общие черты организации у всех ныне живущих организмов. Гены, ответственные за синтез нуклеиновых кислот и белков, формирующих рибосому, и обслуживающие процесс их работы, созревание продуктов транскрипции и переход зрелых продуктов в активное состояние, образуют крупнейший полигенный комплекс, от согласованной работы которого зависит жизнеспособность отдельных клеток и всего организма в целом. Недавно было показано, что, кроме биогенеза рибосом, ядрышко обеспечивает большое число функций, таких как регуляция клеточного цикла, ответ на стрессы и т.д. [1-3].

Рибосомная ДНК (рДНК) в геномах всех позвоночных существует в форме множественных дискретных кластеров. Тандемно организованные повторы рДНК образуют так называемые ядрышковые организаторы (ЯО), специфические области, служащие основой для формирования ядрышек в телофазе митоза. В геноме

ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ СТАТЬИ

ШЛЕКТИВ АВТОРОВ, 2014

Куприянова Н.С., Нечволодов К.К., Корсуненко А.В.

анализ фрагментов рибосомного межгенного спейсера человека, обнаруженных на хромосомах, не содержащих ядрышковые

организаторы

Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт биологии гена Российской академии наук,

ул. Ляпунова, 34/5, Москва

человека (ЯО)+ находятся на акроцентрических хромосомах, 13, 14, 15, 21 и 22, локализующихся в ядрышке. В то же время многие рДНК-подобные сегменты могут обнаруживаться и на хромосомах (ЯО)-.

Анализ рДНК сегментов, входящих в космидную библиотеку хромосомы 13 человека, показал, что только часть мономеров обладает стандартными характеристиками, тогда как большинство содержит нуклеотидные замещения, дополнительные микро-сателлитные кластеры и протяженные делеции [4-6]. Механизм появления рДНК-подобных сегментов (ЯО)- на хромосомах пока не исследован и открыт для различного рода предположений.

Ядрышко окружено хроматиновой капсулой, состоящей в основном из поздно реплицирующейся,

высоко конденсированной гетерохроматиновой ДНК [7, 8]. Этот хроматин может влиять на организацию как повторов рДНК, так и самого ядрышка [9, 10].

Многие уникальные и повторяющиеся последовательности ДНК представляют собой домены, ассоциированные с ядрышком (nucleolus associated regions - NADs) в клетках человека [11]. Многие синдромы обусловлены генами, кодирующими белки, которые локализуются в ядрышке при специфических условиях [12-18]. Гены, кодирующие цинковые пальцы, обнаруживаются в NADs в четыре раза чаще, чем в тотальном геноме [15]. Около трети NADs ассоциировано с LINE/Ы-элементами, значительная часть которых представлена классом повторов SINE/Alu, гомогенными последовательностями и тандемными повторами.

Сравнение нуклеотидных последовательностей LR1-LR2 с тотальной геномной ДНК

Номер хромосомы Номер контига Координаты участка LR1-LR2 в рМГС Координаты участка LR1-LR2 на контигах Аннотированное окружение LR1-LR2 на хромосомах (ЯО)" Процент гомологии

1 reflNW_004077989.1 21128-21425 5030638-5030327 carbonic anhydrase 6 isoform 1 precursor carbonic anhydrase 6 isoform 3 precursor 75

reflNW_004077990.1 21167-21424 22513796-22514064 uridine-cytidine kinase 2 75

2 reflNW_921562.1 22134-23033 441684-440776 384611 bp at 5' side: protein FRG1-like 80

22162-23035 189053-189927 132888 bp at 5' side: protein FRG1-like 81

23037-23406 445789-445418 389253 bp at 5' side: protein FRG1-like 88

3 reflNT_022517.18 22906-23023 10108482-10108599 503 bp at 5' side: probable protein BRICK1 14933 bp at 3' side: von Hippel-Lindau disease tumor suppressor isoform 2 78

reflNW_004078011.1 21125-21424 33497803-33408110 upstream-binding protein 1 isoform LBP-1a upstream-binding protein 1 isoform LBP-1b 74

4 reflNW_001838899.1 23037-23371 633817-634137 23579 bp at 5' side: probable tRNA (uracil-O(2)-)- methyltransferase isoform 2 80626 bp at 3' side: G-protein coupled receptor 78 76

reflNT_006051.18 23037-23371 7022682-7023002 23600 bp at 5' side: probable tRNA (uracil-O(2)-)- methyltransferase isoform 2 81062 bp at 3' side: G-protein coupled receptor 78 76

9 reflNW_004078058.1 21133-21423 19294017-19294333 death-associated protein kinase 1

12 reflNW_925284.1 20472-22702 131989-129821 618403 bp at 3' side: protein FRG1B-like 80

23039-25204 131881-129816 618511 bp at 3' side: protein FRG1B-like 78

23035-24098 133039-132013 617353 bp at 3' side: protein FRG1B-like 84

16 reflNW_010393.16 22402-23035 133780-133115 109826 bp at 5' side: bcl-2-associated transcription factor 1-like 78

reflNW_004078085.1 21077-21399 496258-496595 rab11 family-interacting protein 3 isoform 1 72

21128-21409 28633892-28634191 uncharacterized protein KIAA0556 73

21677-21973 32049824-32050131 syntaxin-4 73

21676-21910 1898245-1897985 heparan sulfate glucosamine 3-O-sulfotransferase 6 precursor 71

21676-21910 15805917-15805682 nuclear distribution protein nudE homolog 1 71

21610-21910 29408461-29408197 interleukin-27 subunit alpha precursor 71

21675-21911 24055887-24055623 ubiquitin carboxyl-terminal hydrolase 31 71

21671-21935 16242782-16242503 multidrug resistance-associated protein 1 69

21671-21700 10523629-10523600 epithelial membrane protein 2 precursor 90

21671-21700 24545146-24545175 partner and localizer of BRCA2 90

18 reflNW_004078095.1 21082-21401 31479766-1480081 5441399-5441714 31474911-31475226 netrin receptor DCC 74

21513-21567 3136389-3136336; 29177505-29177452 unconventional myosin-Vb 85

ЬИ!

20521 20581 20641 20701 20761 20821 20881 20941 21001 21061 21121 21181 21241 21301 21361 21421 21481 21541 21601 21661 21721 21781 21841 21901 21961 22021 22081 22141 22201 22261 22321 22381 22441 22501 22561 22621

22681 22741 22801 22861 22921

gaatgagggt tcgatttagt cggctaaata дддсадаасд дадасадс^ ggtgatgaaa tgcacatgta дадададада сассасс^сс atgcagtatt gagtctctct аасс^с^дс^ catgacggcg д^дд'Ъс'Ъсд аасдасаддс ctgtggccct cctaggccat gcgcacataa ^"Ь^асасд gtacAcTgaa ggccaacgtg дсаддсасс^ саддСддадд давАсССддТ Atacatacat аааадааада tgtctgtttc tctctttctt tctcactgtg ctctccctcc gtctgtttct gtctgcctct gtctgtctct 'Ь^д'Ь^д'Ьс с^д'Ь^д^ catcTctctc

gtgtgtgggg gtcatgcctc ccgcgtgttc адддддассд саддаадааа

tcgcttgaac дасададада ttgacctgag tgggcccgTt сдсЬ^д'Ъса tcccgggttc ggctcatatt aactcctgac ctgagccgcc tacgctcaga tgcactgtag taactaacta tcacccataa CGCAGTGGct д1дааасссс в1аассссад ctgcagtgaC CtccAgataa acAtacatac gaaaatgaaa tctctgttcg tctctctgtc tctgtcttct ctgtttgttt д'ЬсЬсЬс'Ь^ ctctttcttt сЬсЬсЬсЬ^ ^■ЬсссЪссс tctctccgtc

agggggtgcg 1^сассасс tcatctagaa дддасдсдда асаааасасд ас^даасасс gacaaataaa дасададада tcagggggtT cttttttttt сссаддс^дс cagtgattct с^а^^са ctcaaatgat ддда'Ь'^сад atgacGtgtc cctgggcagc acaaactaac gtgtgtgttc cacgtctgtc

ctactcggga CcAAGatcgc atacgTacAt atccatgcat дааааддсас tctctgtctt tctgtctctg д'Ьс^ас'Ъ^ ctctctctcc gtctgtctat ttctgtgtct ctctgtgcct tttctgtttc tctctctctt

ОДд^ддддас

ассассасса gtgggaactt ад"Ьс1дс^д aatactgtcg cccgtcacaa agttaggggg дададададд tctggccttt cttcttcttt ggtcgcggtg tcttcggtag gtagagacgg ccgccttcct ссЬ^аааад сЬсЬ^дссд аададссааа taactaacta ccgtgaGagt atcccgaggT aaaatacgaa ggctggggtg accactgcaC ааа1АааТаС acagatatac tgtattgcta tctctctgtg tctttgtctc ctttctctcc

gtctttctct ctctgtcggt atcttctgtc ^"ЬсЬсЬсЬс

ддадддддвс ccgaagatga acagatgaca адддаддадд дасасадсас gtttacctat дадаададад адддададад tgggagaacg tctttctttt дсдсЬсЬсЬс ^ддда^ас ggtttctcca gggcctccca Cgcggccctg taggttgact ctccgnnccc аа^аа^аа gaTttctaag саддад^сд atggagtcag даадаа^дс 1асадСсТдд acacatacat аадааадааа с^дддс^адд tctctttctc ^"ЬсЬсЬссс ccgtctgtct gtttctctct gtctgtctct сЬсЬсЬсЬ^ ttactctctt ^"ЬсЬсЬсЬс tctcactgtc

д^с^ааддд cagcaaggat gttcttgcat ggtggaagga tgactacccg д^асаа'Ь^ дадададада даааасдааа ttcagcgaca tttttggact ддсЬса^да аддсдсасас cgttggccac aAgtgctgga ссасс^^д сс^дад'Ъсс ссассЬссЪс ^аа^аааа aAATggTact адассадссс Gcgccgtggg ttgaacctgg дсдасавад! acatacAtAc аааадаааад дсс^с^с^с tgtcTgtctg tctctgcctg сЬсЬсЬсЬ^ ctctctttct ttctctgtct ct:gtctgtct tctctgcctg ^ссссЬсЪс ^'Ьс'Ь^д'Ьс

ЬсЬсЬсЬсЬс ЬсЬдЬсЬЬЬс дддсссЬдсс ддаа"Ьс1ада gaggccgggt

"Ьс11с11с1д11с ЬсЬсЬсЬсЬс 1а1д11с1д11с сс^ссасда саддсдддсс ссссдс^дд

"Ьссс1д11с1д ЬсЬЬЬсЬсЬд аад1дадаад 111дс1дддс1 atgcgagggg

д"Ь11с11с11с1д

"Ьсад11с1д11с сдсд1дс"Ь11с ЬссссасЬсд са^^сада

"Ьс1д11с1д11с ЬсЬаЬсЬсЬс адасАссссс дд1дс"Ь1ада д1д1а1да111 сЬЬЬЬсЬсЬс

"ЬсЬсЬсЬсЬс дс1д"Ьсса11с gtgccgggta даддссдада "Ьсдддадд-Ьс дд"Ьсасд!д1

XXXIX

ССм ±±±

ххх±±± CLxxv

ЬЫ2

22981 ддсд"Ьссд1а с"Ь11с11сс1а1 ЬЬссссдаЬа. адсЬссЬсда cttca.ELca.ta. аасвЭСвТсС

23041 taagggtcga tttagtgtca tgcctctttc ассдссасса ccgaagatga aagcaaagat

23101 сддс^ааа1а ccgcgtgttc 1са"1:^адаа gtgggaactt acagatgaca gt:tcttgcat 23161 дддсадаасд адддддассд ддпасдсдда адс^дс^д адддгддадд ддуддаадда 23221 дадасадс^ саддаадааа асаааасасд aatactgtcg дасасадсас tgactacccg

23281 ggtgatgaaa tcatctgcac а^даасасс сссд^асаа gtttacctat д"Ьсасад"Ь^ 23341 tgctcatgta tgcttgaacg acaaataaaa д^сдддддд дадаададад бадададада 23401 бададаСддд дадададддд ддададдддд ддддададад ададададад ададададад

234 61 адАдАдадад адааададаА gtaaaaccaa ccaccacctc с^дас^да gt:cagggggt

23521 ^с^ддсс^ ttgggagaAc gttcagcgAC aaTgCaGtat ttgggcccgt ^Т^^^с

23581 ttcttcttct TTtcTttcTt tttttttgga Ctcgctctgt cacCcaggct 23641 gcggtgcggt ддсдсЬсЬ^ cggctcactg aaacctctgc ttcccgggtt ccagtgattc

23701 ^с1:1:сдд1а д^ддда^а caggtgcgca ccatgacggc сдд^са^д ^сТа'Ь'Ь'Ь'^

237 61 agtagagacg gggtttctcc асд^ддсса cgctggtctc GaactcctGa ccacaaatga 23821 1ссасс^сс tgggcctccc aaagtgctgg Ааасдасадд с^дадссвс сдвда^^а

23881 дсс111аааА всСсдсддсс ^дссасс^ ^д^дсддс сс^асдсЪс agaatgacgt 23941 д'Ьсс'Ьс'Ь^д ccataggttg асЬсс^дад tcccctAggC CattGcactg tagcctgggc

24001 адсаададсс ааас1:ссд1:с cccccacctc сссвсдсаса taataaCtaa ^аа^аА^

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.

24061 aactaactaa aatctctaca cgtcacccat aagtgtgtgt tcccgtgagg agtgatttct 24121 aagaaatggt actgtacact даасдсаддс ttcacgtctg ^а^ссдад д"Ьсаддад^

24181 сдадассадс ссддсссасд tggtgaaacc сссд"Ьс1:^а ctgaaaatac gaaatggagt 24241 caggcgccgt ддддсаддса cctgtaaccc cagctactcg ggaggctggg gt:ggaagaat

24301 1дс^даасс 1ддсаддсдд aggctgcagt gacccaagat сдсасса^д cactacagcc

24361 1дддсдасад agtgagaccc дд^^сада taaatacgta cataaataaa tacacacata

24421 catacataca tacatacaac atacatacat acagatatac аадааадааа аааадаааад

24481 аааадааада gaaaatgaaA дааааддсас tgtattgcta ^ддд^адд gccttctctc 24541 tgtctgtttc ^Ь^д^сд tctctgtctt tctctctgtg tctctttctc tgtctgtctg 24 601 tctgtctgtc tgtctgtctc tttctttctt tctgtctctg tctttgtccc tctctctccc

24 661 ^"Ь^дсс^ gtctcactgt gtctgtcttc tatcttactc ^"Ъ^сЬсЬс cccgtctgtc

24721 ^"ЬсЬсЬсас tccctccctg tctgtttctc ^"ЬсЬсЬсЬс tttctgtctg ^'Ь^д'Ьс'Ьс

24781 ^'Ь^д'Ь^д ссЬсЬсЬс^ tctctatctg ^'Ъс'Ь'Ь'Ьс'Ьс tgtctgtctg cccctctctt 24841 tgtctctctg tctgtctctc tctctctctg tgcctatctt ctgtcttact

24 901 сЬсЬ^сЬ^ gcctgtctgt ctgtctctct ctgtctctcc с^сс^!:^ gcttctctct 24 961 ctctctctct ctctnnnccc tttctctctg tctccctctc tt:tctgtctg

V

VI ±х

XVIII

х±х ±

±±

XV XX ±

х± XIV

Рис. 1. Нуклеотидная последовательность области LR1 - LR2 в рМГС человека с точками потенциальных разрывов, обозначенных жирными заглавными буквами. Сумма всех потенциальных разрывов в строке показана римскими цифрами. Области сегментов А1и-повторов выделены светло-серым цветом. Расстояние между LR1 и LR2 (от 22626 до 23034 п.н.) показано темно-серым цветом.

20

а-С

а7 4G

\ / д-с

i

U-A

I

c-G

I

A-U

I

с —G

4 о/1

д-с

10—и-а

I \ с

/

30

с-д

а —и

д-с

i

д-и

I

U-g

а А А—и с а и

40

с д

0 i

3'

Рис. 2. Вторичная структура одного из участков LR1 (от 21651 до 21691п.н.), обогащенного по активным точкам разрыва.

Существующие данные позволяют предположить, что хромосомные области могут изменять свое положение в зависимости от их транскрипционной активности. Возможно, относительное положение хромосом и ядрышка может способствовать или препятствовать взаимодействию хромосом с кластерами рДНК [11].

В рМГС человека содержится большое количество микросателлитных кластеров, сегментов Alu, простых последовательностей, а также более сложных повторов, как сблоченных, так и удаленных друг от друга. В более ранних работах мы изучали вариабельность двух крупных повторов в центральной части рМГС, LR1 и LR2, сходных ~на 90%, расположенных на расстоянии нескольких сотен п.н. друг от друга [19]. Каждый из этих повторов содержит по два Alu-элемента и большое число «простых» последовательностей, главным образом поли-G и поли-AG, и микро-сателлитных кластеров.

Целью настоящей работы являлся поиск сегментов, подобных LR1- LR2, в геномной ДНК человека. Степень повторяемости 5'-3'-концов конкретных LR1-LR2-сегментов, детектируемых на ЯО--хромосомах, должна соответствовать частоте разрывов, неизбежно предшествующих рекомбинациям между данным участком рМГС и геномной ДНК. Особый интерес представляют последовательности, окружающие активные точки разрыва в рМГС, и области, в которые внедряются LR1-LR2-подобные сегменты на других хромосомах.

Материалы и методы

Работа выполнена на основании сравнения нуклеотидной последовательности. LR1-LR2-области, вычлененной из повторяющейся единицы рДНК человека (accession number: U13369),

и полноразмернои геномной последовательности человека с использованием программы BLAST-Basic Local Alignment (http// blast.ncbi.nlm.nih.gov/Blast.cgi). Для анализа вторичной структуры некоторых участков LR1- LR2 использовали программу The mfold Web Server: http://mfold.rna.albany.edu/?q=mfold/RNA-olding- Form.

В некоторых случаях использовали также программу GeneBee Molecular Biology Server (http://www.genebee.msu.sU/ services/malignreduced.html).

Результаты и обсуждение

Сравнение нуклеотидных последовательностей LR1-LR2 с тотальной геномной ДНК показало (см. таблицу), что участки размером приблизительно от 30 до 2000 п.н. со степенью гомологии от 71 до 90% присутствуют в ней наиболее часто на хромосомах 1-4, 9, 12, и 16. Больше всего таких участков обнаружено на хромосоме 16 (9 участков). На хромосомах 2 и 12 имеется по 3 участка гомологии, а на остальных - по 1-2. В таблице лишь частично приведены полученные данные, так как объем материала оказался слишком велик, а для нас представляли наибольший интерес сегменты LR1-LR2, непосредственно входящие в состав мРНК, кодирующих белки. Таких последовательностей в таблице оказалось всего 16. Остальные находятся на больших расстояниях от аннотированных участков генома. В суммарной таблице (составляет 40 страниц) LR1-LR2 подобные сегменты, локализующиеся на больших расстояниях от известных последовательностей, присутствуют практически на всех хромосомах. В частности, их очень много на половых хромосомах, причем ни один из них не является составной частью гена, кодирующего мРНК (см. таблицу).

Картирование элементов LR1-LR2, имеющих высокую гомологию с тотальной геномной ДНК, сводится к выявлению 5'-3'-концевых точек этих элементов. В результате обнаруживается множество практически идентичных последовательностей, различающихся несколькими концевыми нуклеотидами. Эти концевые нуклеотиды обозначены заглавными буквами и выделены жирным шрифтом (рис.1). Любой из этих нуклеотидов может быть концевым, и их произвольное присутствие на 5'-3'- концах фрагментов создает условия для появления большого числа почти одинаковых LR1-LR2-подобных элементов.

Из приведенных данных следует, что потенциально «активные» точки разрыва часто образуют группы, которые тесно привязаны к A/u-повторам и их сегментам. Кроме этого, вблизи таких групп часто наблюдаются полипиримидиновые последовательности, короткие кластеры микросателлитных повторов и часто потенциальные точки разрыва оказываются в местах резкого перехода от одного типа повторов к другому. Попытки построить вторичную структуру участков, представляющих интерес, показали, что эти точки разрыва чаще всего располагаются на границе между шпилечными и однонитчатыми структурами (рис. 2). Поскольку шпильки имеют возможность формироваться только на однонитчатой ДНК, разрывы, по всей вероятности, случаются в те моменты, когда участки ДНК расплетаются в ходе репликации, рекомбинации или репарации. На рис. 2 представлена в качестве примера вторичная структура такого участка (от 21651 до 21б91п.н. в составе рДНК), содержащего

точки часто осуществляющихся разрывов ДНК (обозначено заглавными буквами).

Мы проанализировали некоторые гены и закодированные в них мРНК, содержащие последовательности, сходные с LR1-LR2. Оказалось, что кодируемые ими белки достаточно разнородны [12-18]. Некоторые из них являются фосфатазами, среди которых следует отметить протеинкиназу-1 или белок клеточной смерти (кальций/калмодулин-зависимую серин/трео-нинпротеинкиназу), которая определяет выживание клетки, апоптоз и аутофагию [12, 13]. Другой пример - уридин-цитидинкиназа-2, участвующая в фосфори-лировании уридина и цитидина с образованием УМФ и ЦМФ, из которых в дальнейшем образуются пири-мидиннуклеозиды, необходимые для синтеза РНК и ДНК [14].

Некоторые гены участвуют в образовании цито-скелета, в частности в регуляции активности актина и миозина. Например, белок ВЫСК1, закодированный на хромосоме 3, является важнейшим регулятором актинового цитоскелета, необходимого для развития эмбрионов и трансформации клеток.

Ген FUBP1 кодирует белок, связывающийся с однонитчатой ДНК (некодирующей цепью), что активирует экспрессию с-тус в недифференцированных клетках. Показано, что фермент является АТФ-зависимой ДНК-геликазой. Этот же белок регулирует экспрессию альфа-глобинового гена в эритроцитах.

Еще несколько белков участвуют в доставке транспортных пузырьков к мембранам.

Например, белок синтаксин-4, который необходим для транслокации белка-транспортера SLC2A4 из внутриклеточных пузырьков к плазматической мембране, или партнер белка BRCA2, который стабилизирует его, привязывает к структурам ядра и играет основную роль в гомологичной рекомбинации путем вовлечения BRCA2 и RAD51 к разрывам в ДНК и фиксации поврежденной ДНК. Участвуя в репарации ДНК, белки PALB2 и BRCA2 играют важную роль в укреплении стабильности генетической информации клеток. Можно также упомянуть белок, связанный с устойчивостью к ряду лекарств, который обеспечивает вывод органических анионов и лекарств из цитоплазмы [15].

Интересен ген, кодирующий один из изозимов кар-боангидраз, карбонангидразу-6. Этот фермент присутствует в большом количестве в слюне и слюнных железах. Участвует в обратимой гидратации двуокиси углерода. Предполагают, что это необходимо для поддержания нормального уровня рН в слюне и органах пищеварения.

Как уже говорилось ранее, значительная часть NADs ассоциирована с $ШЕ/Л/м, гомогенными последовательностями и тандемными повторами, а хромосомные области, примыкающие к ядрышковой оболочке, по существующим данным, могут изменять свое положение в различных условиях [11]. Область рМГС человека, LRl-LR2, также насыщена $ШЕ/Л/м, гомогенными последовательностями, тандемными повторами, что, возможно, повышает ее сродство к ядрышковой оболочке, а следовательно, способствует сближению с активными участками хромосомной ДНК, также примыкающими к ядрышковой оболочке. Сближение может способствовать активизации ре-

комбинации области LR1-LR2, содержащей потенциально активные точки разрыва, с хромосомной ДНК. Интересно, что некоторые ЯО расположены на протяженных хроматиновых выступах, пространственно дистанцированных от ядрышек [20]. Эта экспансия может приводить к выравниванию рДНК-подобных фрагментов и способствовать их переносу.

Механизм появления рДНК-подобных сегментов на ЯО-хромосомах пока не исследован и открыт для различного рода предположений. Результаты, полученные нами, являются шагом в этом направлении. Опубликованные данные говорят о том, что высокое сродство к ядрышковой оболочке имеют участки хромосом, обогащенные сегментами A/u-повторов, микросателлитными кластерами и простыми последовательностями. Изучаемая нами область LR1-LR2 обладает аналогичными свойствами, а также отличается высокой концентрацией точек, потенциально готовых к разрывам. Полученные результаты позволяют высказать предположение, что частое сближение хромосомных и ЯО-участков, обладающих сходными свойствами, с ядрышковой оболочкой и, следовательно, между собой, может способствовать активизации рекомбинации области LR1-LR2 с хромосомной ДНК.

Выполнение работы частично обеспечено грантами РФФИ (13-04-00544 -а); Программы Президиума РАН «Молекулярная и клеточная биология» и ведущей научной школы.

Сведения об авторах:

ФГБУН Институт биологии гена РАН

Куприянова Наталья Сергеевна (Kupriyanova N.S.) -канд. биол.наук, ст. науч. сотр. лаб. организации генома; e-mail: [email protected];

Нечволодов Кирилл Константинович (Netchvolodov K.K.) - мл. науч. сотр. лаб. организации генома;

Корсуненко Анна Владимировна (Korsunenko A.V.) -науч. сотр. лаб. организации генома.

ЛИТЕРАТУРА

1. Guetg C., Santoro R. Formation of nuclear heterochromatin: the nucleolar point of view. Epigenetics. 2012; 7(8): 811-4.

2. Jimenez-Nunez M.D., Moreno-Sanchez D., Hernandez-Ruiz L., Benitez-Rondan A., Ramos-Amaya A., Rodriguez-Bayona B. et al. Myeloma cells contain high levels of inorganic polyphosphate which is associated with nucleolar transcription. Haematologica. 2012; 97(8): 1264-71.

3. Jarboui M.A., Wynne K., Elia G., Hall W.W., Gautier V.W. Proteomic profiling of the human T-cell nucleolus. Mol. Immunol. 2011; 49(3): 441-52.

4. Рысков А.П., Куприянова Н.С., Капанадзе Б.И., Нечволодов К.К., Позмогова Г.Е., Просняк М.И., Янковский Н.К. Частота встречаемости различных мини- и микросателлитных последовательностей в ДНК хромосомы 13 человека. Генетика. 1993; 29(10): 1750-54.

5. Брага Э.А., Капанадзе Б.И., Куприянова Н.С., Иванова Г.М., Бро-дянский В.М., Нечволодов К.К., Шкутов Г.А., Рысков А.П., Носиков В.В., Янковский Н.К. Анализ распределения микросателлитов семи мотивов в составе космид упорядоченной клонотеки хромосомы 13 человека.Молекулярная биология. 1995; 29(5): 1001-10.

6. Куприянова Н.С., Нечволодов К.К., Кириленко П.М., Капанадзе Б.И., Янковский Н.К., Рысков А.П. Внутригеномный полиморфизм генов рибосомной РНК хромосомы 13 человека. Молекулярная биология. 1996; 30(1): 51-60.

7. Ferreira J., Paolella G., Ramos C., Lamond A.I. Spatial organization of large-scale chromatin domains in the nucleus: a magnified view of

single chromosome territories. J Cell Biol. 1997; 139(7):1597-610.

8. Sadoni N., Langer S., Fauth C., Bernardi G., Cremer T., Turner B.M. et al. Nuclear organization of mammalian genomes. Polar chromosome territories build up functionally distinct higher order compartments. J. Cell Biol. 1999; 146(6): 1211-26.

9. Espada J., Esteller M. Epigenetic control of nuclear architecture. Cell.Mol.Life Sci. 2007; 64: 449-57.

10. Peng J.C., Karpen G.H. H3K9 methylation and RNA interference regulate nucleolar organization and repeated DNA stability. Nat. Cell. Biol. 2007; 9(1): 25-35.

11. Van Koningsbruggen S., Gierlinski M., Schofield P., Martin D., Barton G.J., Ariyurek Y. et al. High-resolution whole-genome sequencing reveals that specific chromatin domains from most human chromosomes associate with nucleoli. Mol Cell Biol. 2010; 21(21): 3735-48.

12. Inbal B., Shani G., Cohen O., Kissil J.L., Kimchi A. Death-associated protein kinase-related protein 1, a novel serine/threonine kinase involved in apoptosis. Mol. Cell. Biol. 2000: 20(3): 1044-54.

13. Feinstein E., Druck T., Kastury K., Berissi H., Goodart S.A., Overhauser J. et al. Assignment of DAP1 and DAPK-genes that positively mediate programmed cell death triggered by IFN-gamma-to chromosome regions 5p12.2 and 9q34.1, respectively. Genomics. 1996; 29(1): 305-7.

14. Van Rompay A.R., Johansson M., Karlsson A. Phosphorylation of deoxycytidine analog monophosphates by UMP-CMP kinase: molecular characterization of the human enzyme. Mol. Pharmacol. 1999; 56 (3): 562-9.

15. Duncan R., Bazar L., Michelotti G., Tomonaga T., Krutzsch H., Avigan M. et al. Sequence-specific, single-strand binding protein activates the far upstream element of c-myc and defines a new DNA-binding motif. Genes Dev. 1994; 8(4): 465-80.

16. Djakovic S., Dyachok J., Burke M., Frank M..J, Smith L.G. BRICK1/ HSPC300 functions with SCAR and the ARP2/3 complex to regulate epidermal cell shape in Arabidopsis. Development. 2006; 133(6): 1091-100.

17. Han X., Wang C.T., Bai J., Chapman E.R., Jackson M.B. Transmembrane segments of syntaxin line the fusion pore of Ca2+-triggered exocytosis. Science. 2004; 304(5668): 289-92.

18. Lindskog S. Structure and mechanism of carbonic anhydrase. Pharmacol Ther. 1997; 74(1): 1-20.

19. Kupriyanova N.S., Shibalev D.V., Voronov A.S., Ryskov A.P. Enhanced heterogeneity of the LR2 segment in the human ribosomal intergenic spacer. Gene. 2008; 425(1-2): 44-7.

20. Kalmarova M., Smirnov E., Masata M., Koberna K., Ligasova A., Popov A., Raska I. et al. Positioning of NORs and NOR-bearing chromosomes in relation to nucleoli. J. Struct. Biol. 2007; 160(1): 49-56.

Поступила 03.12.13

REFERENCES

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.

1. Guetg C., Santoro R. Formation of nuclear heterochromatin: the nucleolar point of view. Epigenetics. 2012; 7(8): 811-4.

2. Jimenez-Nunez M.D., Moreno-Sanchez D., Hernandez-Ruiz L., Benitez-Rondan A., Ramos-Amaya A., Rodriguez-Bayona B. et al. Myeloma cells contain high levels of inorganic polyphosphate which is associated with nucleolar transcription. Haematologica. 2012; 97(8): 1264-71.

3. Jarboui M.A., Wynne K., Elia G., Hall W.W., Gautier V.W. Proteomic profiling of the human T-cell nucleolus. Mol. Immunol. 2011; 49(3): 441-52.

4. Ryskov A.P., Kupriianova N.S., Kapanadze B.I., Nechvolodov K.K., Pozmogova G.E., Prosniak M.I., Iankovskii N.K. Frequency of various mini- and micro-satellite sequences in DNA of human chromosome 13. 1993; Genetika; 29(10): 1750-54. (in Russian).

5. Braga E.A., Kapanadze B.I., Kupriianova N.S., Ivanova G.M., Brodianskii V.M., Nechvolodov K.K., Shkutov G.A., Ryskov A.P., Nosikov V.V., Yankovskii N.K. Analysis of the distribution of microsatellites of seven motiffs within a cosmid of an ordered human chromosome 13 library. Molecularnaya biologiya: 1995; 29(5): 1001-10 (in Russian).

6. Kupriianova N.S., Nechvolodov K.K., Kirilenko P.M., Kapanadze B.I., Yankovskii N.K., Ryskov AP. (Intragenomic polymorphism of ribosomal RNA genes from human chromosome 13. Molecularnaya biologiya. 1996; 30(1): 51-60 (in Russian).

7. Ferreira J., Paolella G., Ramos C., Lamond A.I. Spatial organization of large-scale chromatin domains in the nucleus: a magnified view of single chromosome territories. J Cell Biol. 1997; 139(7):1597-610.