Уже в ранних работах по трансгенезу была отмечена необычайно широкая вариабельность в экспрессии трансгенов: от полного ее отсутствия до уровня, сходного с эндогенным геном (Palmiter, Brinster, 1986). В большинстве случаев уровень транскрипции трансгенов не зависит от числа копий в геноме трансгенных животных. С учетом случайного характера интеграции трансгенов было предположено, что вариабельность экспрессии определяется хромосомным контекстом в месте локализации трансгена. Долгое время считалось, что эта вариабельность определяется исключительно уровнем транскрипции трансгена (Palmiter, Brinster, 1986; Transgenic animals, 1992). Однако позднее было показано, что в основе этой вариабельности чаще всего лежит мозаицизм, и экспрессия зависит от соотношения клеток с активным и неактивным трансгеном (Porter, Meyer, 1994; Robertson et al., 1995; Dobie et al., 1996; Festenstein et al., 1996). Эти данные были получены на трансгенных животных и растениях с использованием генов-репортеров бета-галактозидазы E. coli или "зеленого" белка (GFP) под контролем конститутивных или тканеспецифических промоторов (Ramirez et al., 2001).
Мозаичная экспрессия у трансгенных животных несомненно имеет сходство с эффектом положения гена у дрозофилы, поскольку в основе обоих феноменов лежит принцип "все или ничего". Любопытно, что формирование тканевого мозаицизма у трансгенных мышей имеет сходство с таковым у химерных животных, что предполагает сходные временные закономерности (Morley et al., 2002). Также общим свойством является индукция устойчивого сайленсинга трансгена в тех случаях, когда место его интеграции расположено по соседству с гетерохроматином (Dobie et al., 1996; Festestein et al., 1996), хотя имеются примеры мозаичной экспрессии трансгенов, находящихся на удаленном расстоянии от центромерного гетерохроматина (Ramirez et al., 2001). Это натолкнуло на идею, что мозаичная экспрессия трансгенов может быть связана с локальной гетерохроматизацией, индуцированной повышенной их копийностью (Dorer, Henikoff, 1994; Garrick et al., 1998). Однако описаны случаи, в которых мозаицизм наблюдался у животных с единичными копиями трансгена (Zhuma et al., 1999; Ramirez et al., 2001). Следует также отметить, что мозаичность в экспрессии трансгенов устраняется присутствием в нем LCR (Locus Control Region) (Kioussis, Festenstein, 1997; Ramirez et al., 2001).
Другим важным аспектом, на котором имеет смысл остановиться в связи с выяснением роли хромосомного контекста, является эктопическая экспрессия трансгенов, находящихся под контролем ткане- специфических промоторов (Palmiter, Brinster, 1986). Первоначально предполагалось, что эктопическая экспрессия может возникать из-за того, что используемые промоторы не содержат всех регуляторных последовательностей, необходимых для правильной тканеспецифической экспрессии. Позднее были получены данные, в которых оценена роль места интеграции трансгена в появлении его эктопической экспрессии. Например, промотор ретинолсвязывающего белка, слитый с геном-репортером бета-Gal, обеспечивал правильную экспрессию трансгена (в клетках печени) у 3 трансгенных животных, тогда как у 4-го животного экспрессия не наблюдалась в печени, но обнаруживалась в постимплантационный период в сомитах и ромбомерах заднего мозга эмбриона (Tan, 1991). Более того, у взрослых потомков этого основателя экспрессия была выявлена в лицевых мышцах и неокортексе. Таким образом, фланкирующие последовательности в месте интеграции трансгена у одного из животных изменили как время экспрессии в онтогенезе, так и тканеспецифичность (Tan, 1991). Другой пример: среди трансгенных мышей, полученных введением конструкции, содержащей промотор гена кератина 18, слитого с геном-репортером бета-Gal, было выявлено животное, у которого правильная экспрессия (в печени) наблюдалась только в случае наследования трансгена от матери и эктопическая (в мезодерме эмбриона и сетчатке глаза) при наследовании от отца (Thorey et al., 1992). Важно отметить, что интеграция этого трансгена произошла в место, не связанное с эндогенным импринтингом (Thorey et al., 1992). К этому следует добавить, что гены-репортеры, находящиеся по контролем "слабых" промоторов (например, herpes simples virus), экспрессируются уникальным образом у трансгенных животных независимого происхождения (Allen et al., 1988). Это заключение справедливо как для времени активации в развитии, так и тканевой специфичности экспрессии трансгенов у взрослых животных. Таким образом, многочисленные данные, полученные на трансгенных животных, позволяют заключить, что временные и пространственные параметры экспрессии трансгенов находятся под значительным влиянием хромосомного контекста. Из этого следует заманчивое предположение, что потенциально хромосомные перестройки могут модифицировать временные и пространственные параметры экспрессии генов, вовлеченных в эти перестройки. В настоящее время не вызывает сомнений важность хромосомного уровня регуляции генов в развитии. Учитывая, что интенсивность исследований этого уровня регуляции стремительно нарастает в последнее десятилетие, можно ожидать в ближайшие годы новых открытий в одной из самых значительных проблем современной биологии - проблеме индивидуального развития.
Список литературы
1. Жимулев И.Ф. Гетерохроматин и эффект положения гена. Новосибирск: Наука, 1993. С. 490.
2. Стегний В.Н. Архитектоника генома, системные мутации и эволюция. Новосибирск: Изд-во Новосиб. ун-та, 1993.
3. Adams M.D., Celniker S.E., Holt R.A. et al. The genome sequence of Drosophila melanogaster // Science. 2000. V. 287. P. 2185-2195.
4. Allen N.D., Cran D.G., Barton S.C. et al. Transgenes as probes for active chromosomal domains in mouse devel-opment // Nature. 1988. V. 333. P. 852-855.
5. Andrulis E.D., Neiman A.M., Zappulla D.C., Sternglanz R. Perinuclear localization of chromatin facilitates transcrip-tional silencing // Nature. 1998. V. 394. P. 592-595.
6. Bonifer C. Developmental regulation of eukaryotic gene loci: which cis-regulatory information is required? // Trends Genet. 2000. V. 16. P. 310-315.
7. Boyle S., Gilchrist S., Bridger J.M. et al. The spatial organization of human chromosomes within the nuclei of normal and emerin-mutant cells // Hum. Mol. Genet. 2001. V. 10. P. 211-219.
8. Brown K.E., Baxter J., Graf D. et al. Dynamic repositioning of genes in the nucleus of lymphocytes preparing for cell division // Mol. Cell. 1999. V. 3. P. 207-217.
9. Brown K.E., Guest S.S., Smale S.T. et al. Association of transcriptionally silent genes with Ikaros complexes at cen-tromeric heterochromatin // Cell. 1997. V. 91. P. 845-854.
10. Carroll S.B. Endless forms: the evolution of gene regulation and morphological diversity // Cell. 2000. V. 101. P. 577-580.
11. Chubb J.R., Boyle S., Perry P., Bickmore W.A. Chromatin motion is constrained by association with nuclear com-partments in human cell // Curr. Biol. 2002. V. 12. P. 439-445.
12. Cobb B.S., Morales-Alcelay S., Kleiger G. et al. Targeting of Ikaros to pericentromeric heterochromatin by direct DNA binding // Genes Dev. 2000. V. 14. P. 2146-2160.
13. Cockell M., Gasser S.M. Nuclear compartments and gene regulation // Curr. Opin. Genet. Develop. 1999. V. 9. P. 199-205.
14. Cremer M., von Hase J., Volm T. et al. Non-random radial higher-order chromatin arrangements in nuclei of diploid human cells // Chromosome Res. 2001. V. 9. P. 541-567.
15. Croft J.A., Bridger J.M., Boyle S. et al. Differences in the localization and morphology of chromosomes in the hu-man nucleus // J. Cell Biol. 1999. V. 45. P. 1119-1131.
16. Dillon N., Trimborn T., Strouboulis J. et al. The effect of distance on long-range chromatin interactions // Mol. Cell. 1998. V. 1. P. 1311-1339.
17. Dobie K.W., Lee M., Fantes J.A. et al. Variegated transgene expression in mouse mammary gland is determined by the transgene integration locus // Proc. Natl Acad. Sci. USA. 1996. V. 93. P. 6659-6664.
18. Dorer D.R., Henikoff S. Expansions of transgene repeats cause heterochromatin formation and gene silencing in Drosophila // Cell. 1994. V. 77. P. 1-20.
19. Edelman P., Bornfleth H., Zink D. et al. Morphology and dynamics of chromosome territories in living cells // Bio-chem. Biophys. Acta. 2001. V. 1551. P. M29-M40.
20. Festenstein R., Tolaini M., Corbella P. et al. Locus control region function and heterochromatin-induced position effect variegation // Science. 1996. V. 271. P. 1123-1125.
21. Garrick D., Fiering S., Martin D.I.K., Whitelaw E. Repeat-induced gene silencing in mammals // Nature Genet. 1998. V. 18. P. 56-59.
22. Gasser S.M. Visualizing chromatin dynamics in interphase nuclei // Science. 2002. V. 296. P. 1412-1416.
23. Gilbert S.F. Developmental Biology, 3rd Ed. Sinauer Associates, Inc. Sunderland, Massachusetts. 1991. 562 p.
24. Grunstein M. Yeast heterochromatin: regulation of its assembly and inheritance by histones // Cell. 1998. V. 93. P. 325-328.
25. Gurdon J.B. Nuclear transplantation in eggs and oocytes // J. Cell Sci. (Suppl.). 1986. V. 4. P. 287-318.
26. Gurdon J.B. Genetic reprogramming following nuclear transplantation in Amphibia // Semin. Cell Dev. Biol. 1999. V. 10. P. 239-243.
27. Gurdon J.B., Laskey R.A., De Robertis E.M., Partington G.A. Reprogramming of transplanted nuclei in amphibia // Int. Rev. Cytol. (Suppl.), 1979. V. 9. P. 161-178.
28. Guss K.A., Nelson C.E., Hudson A. et al. Control of a genetic regulatory network by a selector gene // Science. 2001. V. 292. P. 1164-1167.
29. International Human Genome Sequencing Consortium. Initial sequencing and analysis of the human genome // Na-ture. 2001. V. 49. P. 860-921.
30. Hogan B.L.M. Morphogenesis // Cell. 1999. V. 96. P. 225-233.
31. Jackson J.D., Petrykowska H., Philipsen S. et al. Role of DNA sequences outside the cores of DNase hypersensitive sites (HSs) in functions of the *-globin locus control region // J. Biol. Chem. 1996. V. 271. P. 11871-11878.
32. Kikyo N, Wolffe A.P. Reprogramming nuclei: insights from cloning, nuclear transfer and heterokaryons // J. Cell Sci. 2000. V. 113. P. 11-20.
33. Kioussis D., Festenstein R. Locus control regions: overcoming heterochromatin-induced gene inactivation in mam-mals // Curr. Opin. Genet. Dev. 1997. V. 7. P. 614-619.
34. Latham K.E. Mechanisms and control of embryonic genome activation in mammalian embryos // Int. Rev. Cytol. 1999. V. 193. P. 71-124.
35. Lewin B. Genes V. NY, Tokyo: Oxford Univ. Press, 1994. P. 1272.
36. Lyko F., Paro R. Chromosomal elements conferring epigenetic inheritance // BioEssays. 1999. V. 21. P. 824-832.
37. Meyerowitz E.M. Plants compared to animals: the broadest comparative study of development // Science. 2002. V. 295. P. 1482-1485.
38. Misteli T. Proteins dynamics: implication for nuclear architecture and gene expression // Science. 2001. V. 291. P. 843-847.
39. Miyashita N., Shiga K., Tonai M. et al. Remarkable differences in telomere lengths among cloned cattle derived from different cell types // Biol. Reprod. 2002. V. 66. P. 1649-1655.
40. Morley S.D., O`Donohoe E.A., Hughes K.E. et al. Mosaic patch patterns in chimaeric and transgenic mice suggest that directional growth in the adrenal cortex begins in the perinatal period // Endocr. Res. 2002. 28: 657-662.
41. O'Brien S.J., Menotti-Raymond M., Murphy W.J. et al. The promise of comparative genomics in mammals // Sci-ence. 1999a. V. 286. P. 458-462.
42. O'Brien S.J, Menotti-Raymond M., Murphy W.J. et al. Genome maps 10. Comparative genomics. Mammalian radia-tions. Wall chart // Science. 1999b. V. 286. P. 463-478.
43. Ogura A., Inoue K., Ogonuki N. et al. Production of male cloned mice from fresh, cultured, and cryopreserved imma-ture Sertoli cells // Biol. Reprod. 2000. V. 62. P. 1579-1584.
44. Palmiter R.D., Brinster R.L. Germ-line transformation of mice // Ann. Rev. Genet. 1986. V. 20. P. 465-499.
45. Parada L.A., Misteli T. Chromosome positioning in the interphase nucleus // Trends in Cell Biol. 2002. V. 12. P. 425-432.
46. Porter S.D., Meyer C.J. A distal tyrosinase upstream element stimulates gene expression in neural-crest-derived melanocytes of transgenic mice: position-independent and mosaic expression // Development. 1994. V. 120. P. 2103-2111.
47. Ramirez A., Milot E., Ponsa I. et al. Sequence and chromosomal context effects on variegated expression of keratin 5/lacZ constructs in stratified epithelia of transgenic mice // Genetics. 2001. V. 158. P. 341-350.
48. Rideout W.M., Eggan W., Jaenisch R. Nuclear cloning and epigenetic reprogramming of the genome // Science. 2001. V. 293. P. 1093-1098.
49. Robertson G., Garrick D., Wu W. et al. Position-dependent variegation of globin transgene expression in mice // Proc. Natl Acad. Sci. USA. 1995. V. 92. P. 5371-5375.