Ученые Академгородка изучили необычный генетический феномен человека и мышей

Коллектив ученых лаборатории структурной, функциональной и сравнительной геномики НГУ, а также ИМКБ и ИЦИГ СО РАН совместно с Университетом Белграда (Сербия) исследовал особенности состава сверхчисленных хромосом человека и двух видов мышей.

У большинства животных число хромосом стабильно и является одним из важных признаков вида. Например, у человека есть 23 пары хромосом, а у домовой мыши – 20. Однако для некоторых видов это число оказывается нестабильным из-за присутствия так называемых сверхчисленных, или добавочных, хромосом. Среди таких видов – обыкновенная лисица, енотовидная собака, сибирская косуля и множество видов грызунов. Добавочные хромосомы обнаруживают и у человека с вероятностью 1 на 2000. В отличие от животных, у которых наличие добавочных хромосом никак не проявляется, у 30% людей-носителей наблюдаются отклонения в развитии – по-видимому, из-за лишних копий генов, содержащихся на таких хромосомах.

– В нашем исследовании рассматриваются малые (или мелкие) добавочные хромосомы человека. Принципиальное отличие от классических хромосомных патологий в том, что обнаруживается дополнительная копия не целой хромосомы, а лишь небольшого участка. Ценность исследования состоит в том, что разработанный метод позволяет определить, какой именно участок генома присутствует на добавочной хромосоме. Например, для синдрома Дауна определить наличие лишней хромосомы 21 можно и классическими методами, а мы скорее нацеливаемся на более сложные случаи – необычные варианты добавочных хромосом, перестройки при канцерогенезе (образовании злокачественных опухолей). В дальнейшем разработанный инструментарий можно применять в контексте как медицинской, так и эволюционной генетики, – пояснил кандидат биологических наук Алексей Макунин, сотрудник лаборатории Цитогенетики животных ИМКБ СО РАН.

Исследование добавочных хромосом обычно затруднено тем, что их ДНК представляет собой дуплицированные участки основного набора хромосом. Так, наиболее часто встречающаяся добавочная микрохромосома человека состоит из небольшого фрагмента хромосомы 15. Поэтому при исследовании полного генома такие хромосомы как бы сливаются с фоновой изменчивостью основного генома. Обойти это ограничение можно, используя микродиссекцию, при которой отдельную хромосому или даже ее фрагмент сцарапывают с предметного стекла тонкой стеклянной иглой.

Авторы данного исследования изучили добавочные хромосомы человека, желтогорлой мыши (Apodemus flavicollis) и восточноазиатской мыши (Apodemus peninsulae). Секвенирование отдельных хромосом позволило выяснить состав ДНК добавочных хромосом, а главное с высокой точностью определить границы дуплицированных участков генома.

Было показано, что добавочная микрохромосома человека содержит участок хромосомы 15, ограниченный высокоповторенной ДНК центромер (альфа-сателлитами), между которыми, по всей видимости, произошла незаконная рекомбинация. Добавочные хромосомы двух видов мышей состоят из целого набора фрагментов основного генома, в том числе и гены: 38 у желтогорлой мыши, 32 у восточноазиатской. При этом полностью случайным состав этих хромосом назвать нельзя. У обоих видов наблюдается обогащение генами, связанными с цитоскелетом и контролем клеточного цикла. Общим в составе добавочных хромосом является ген киназы Vrk1, фосфорелирующей белок апоптоза р53. Ранее киназы-регуляторы клеточного цикла обнаруживали в добавочных хромосомах и других видов млекопитающих. По предположению авторов, эти копии генов могут способствовать сохранению и накоплению добавочных хромосом. Проведенная работа свидетельствует о том, что генетическое разнообразие определяется сложным сочетанием случайных и направленных процессов.

Более подробно с результатами исследования можно ознакомиться по ссылке: https://link.springer.com/article/10.1007/s00412-018-0662-0