Синдром гибридного дисгенеза у Drosophila melanogaster (стр. 2 из 3)

Классификация линий в H-E системе гибридного дисгенеза основана на присутствии или отсутствии полноразмерного hobo-элемента. Используя этот критерий, линии классифицируются как: (1) H-линии (Hobo), когда молекулярными методами определяют наличие полноразмерных hobo-элементов; они также содержат элементы с внутренней делецией; (2) DH-линии (Deleted Hobo), когда определяются только делетированные элементы; (3) E-линии (Empty), которые не имеют ни полных, ни делетированных копий элемента hobo. В дополнение, линии могут быть классифицированы по их способности индуцировать гонадную атрофию (Bazin, Higuet, 1996). Дисгенная стерильность зависит не только от H-, но и от E-линий. Для H-E системы гибридного дисгенеза характерно также отсутствие корреляции между различными дисгенными событиями (Bazin, Higuet, 1996).

Механизмы регуляции транспозиций hobo-элементов несколько отличаются от механизмов регуляции активности P-элементов, однако, схожесть строения и функций этих элементов может предполагать изменение функционирования hobo-элементов в H-E системе гибридного дисгенеза в ответ на действие ионизирующего облучения, как это показано для P-M системы. В пользу предположения о респонсивности hobo-элементов на действие внешних факторов свидетельствуют также данные об изменении характеристик в H-E системе гибридного дисгенеза у некоторых длительно селектируемых по адаптивным признакам линий Drosophila melanogaster (Кайданов и др., 1994). Согласно этим данным, низкоактивные линии характеризуются повышенной способностью индуцировать дисгенную стерильность и пониженной способностью репрессировать гибридный дисгенез. Линии с высокими адаптивными показателями не индуцируют дисгенную стерильность, но существенно репрессируют ее. Возможно, что эти различия определяются разным составом фракций hobo-элемента и разной локализацией его копий в геноме. Выявляется достоверная корреляция между половой активностью самцов соответствующих линий и их репрессионным потенциалом. Низкоактивные линии характеризуются исключительно высокой частотой спонтанного мутирования (высокой частотой возникновения рецессивных сцепленных с полом и аутосомных мутаций, поздних эмбриональных леталей). В основе этого явления лежит механизм перемещения по геному мобильных hobo-элементов. Низкоактивная линия содержит полноразмерные копии hobo-элементов, способных к синтезу транспозазы и транспозициям. У этой линии обнаружены закономерные изменения в числе и локализации в геноме ретротранспозонов, которые связаны с приспособленностью линий. Возможно, что мобильные генетические элементы являются составной частью генотипа селектируемых линий, обеспечивающих стратегию вредных последствий отбора и инбридинга. И хотя дестабилизация hobo-элемента сама по себе не вызывает изменения приспособленности линии, выявляется достоверная корреляция между половой активностью самцов соответствующих линий и их репрессионным потенциалом (Кайданов и др., 1994). Это предполагает возможную роль H-E системы гибридного дисгенеза в формировании генетических механизмов связанных с приспособленностью к внешним условиям и уровнем генетической изменчивости.

I-R система гибридного дисгенеза обусловлена активностью I-элемента (Bucheton et al., 1984), который относится к классу ретропозонов или LINE-подобных элементов (Fawcett et al., 1986; Pelisson et al., 1991). Полноразмерный I-элемент имеет длину 5371 п.н. Перемещение I-элемента происходит через образование РНК-посредника с использованием обратной транспозазы, которая кодируется самим элементом (Chaboissier et al., 1990; Fawcett et al., 1986). По отношению к I-R системе гибридного дисгенеза линии Drosophila melanogaster подразделяются на два типа. I-линии (Inducer) или индукторные и R-линии (Reactive) или реактивные. В геноме I-линий содержится 10-15 копий полноразмерных I-факторов, которые распределены по всем хромосомам (Bucheton et al., 1984). Активация I-элемента происходит в скрещиваниях самцов из I-линий, которые имеют I-цитотип с самками из линий с R-цитотипом, в скрещиваниях I-самок с R-самцами I-элемент не активируется (Bucheton et al., 1984). Дисгенные нарушения наблюдаются только в яичниках у гибридных самок, в то время как у гибридных самцов таких нарушений не наблюдается. Регуляция активности I-фактора в клетках зародышевой линии осуществляется на уровне инициации транскрипции или стабильности РНК (Chaboissier et al., 1990). Частота транспозиций I фактора в дисгенных скрещиваниях регулируется уровнем реактивности R-самок (Udomkit et al., 1996). В соответствии с этим критерием различают линии со слабым, средним или сильным уровнем реактивности. Уровень реактивности определяется клеточным состоянием в зрелом ооците R-самки и наследуется преимущественно по материнской линии. Уровень реактивности связан с механизмами репарации и рекомбинации и усиливается при действии ДНК повреждающих факторов. Так показано, что действие ингибиторами синтеза ДНК и гамма лучами усиливает уровень реактивности сходным образом (Bregliano et al., 1995). В то же время, уровень реактивности коррелирует с частотой кроссинговера и эффективностью репарации (Laurençon et al., 1997). Это позволяет предположить, что уровень реактивности является одним из проявлений единой индуцибельной репарационно-рекомбинационной системы (Bregliano et al., 1995). Биологическая роль которой может быть аналогична SOS-ответу у бактерий, и заключаться в модификации уровня изменчивости в ответ на изменение условий окружающей среды (Bregliano et al., 1995). Предложено называть эту систему VAMOS (от англ. variability modulation system, система

модуляции изменчивости) (Laurençon et al., 1997). Молекулярные механизмы, участвующие в формировании этой системы еще не выяснены, однако наиболее вероятным представляется участие генов, которые одновременно контролируют процессы рекомбинации и репарации (Laurençon, Bregliano, 1995). Из известных на сегодняшний день генов в определении уровня реактивности наиболее вероятно участие генов mei-9⁺ и mei-41⁺ (Laurençon, Bregliano, 1995). Дальнейшее исследование роли, которую играет VAMOS в контроле генетической изменчивости при неблагоприятных условиях окружающей среды, может существенно прояснить работу молекулярных механизмов адаптации.

Дисгенные нарушения в рассмотренных системах гибридного дисгенеза в основном обусловлены транспозициями и эксцизиями мобильных элементов в развивающихся зародышевых клетках. Высокая частота хромосомных перестроек и рекомбинации у самцов происходят преимущественно в сайтах инсерции МГЭ (Engels, Preston, 1984; Sved et al., 1990). Повышенный уровень мутаций происходит от инсерционных мутаций и других индуцированных транспозициями МГЭ изменений в геноме.

Явление гонадной атрофии

Активация мобильных элементов в системах гибридного дисгенеза вызывает, среди прочих нарушений, особый вид стерильности гибридов, которая обусловлена недоразвитием гонад (Bregliano et al., 1980). Дисгенная стерильность по-разному проявляется в трех системах гибридного дисгенеза. P-M дисгенез приводит к недоразвитию яичников у гибридных самок и самцов (GD-стерильность) (рис. 1) (Kidwell et al., 1977; Schaeffer et al., 1979), в I-R системе, не происходит изменения морфологии гонад, но увеличивается уровень дефектных яиц и частота гибели эмбрионов (SF-стерильность) (Pelisson, 1979). Активация hobo элементов в H-E системе гибридного дисгенеза приводит как к недоразвитию гонад у самок и самцов первого поколения, так и к высокому уровню доминантных леталей среди отложенных яиц.

Стерильность является следствием потери зародышевых клеток на стадиях раннего эмбриогенеза и личинки (Niki, Chigusa, 1986). Для P-M гибридного дисгенеза гибель зародышевых клеток

значительно усиливается при повышении температуры до 29 °С (Simmons et al., 1987).

Атрофия гонад одно из характерных и интенсивно изучаемых аспектов P-M и H-E систем гибридного дисгенеза. GD-стерильность является следствием вымирания клеток в примордиальной зародышевой линии возможно из-за хромосомных разрывов, опосредованных активностью P-элемента (Niki, Chigusa, 1986). Однако ни кинетика гибели зародышевых клеток, ни число клеток, которые должны быть элиминированы для появления GD-стерильности не известно. Первые признаки стерильности появляются уже у 5-6 часовых эмбрионов. Максимальный уровень гибели клеток наблюдается на личиночной стадии развития, когда зародышевые клетки испытывают экспоненциальный рост, но некоторые умирающие клетки были обнаружены до деления клеток зародышевой линии (Niki, Chigusa, 1986). Механизм гибели клеток может быть обусловлен разрывами хромосом, имеющими летальный эффект. Следствием этого является отсутствие половых клеток в яичниках и семенниках и общее недоразвитие их у взрослых гибридных самок и самцов. Гибриды могут быть полностью стерильны, если редуцированы обе железы и частично фертильны, если атрофирован один семенник или яичник (рис.2) (Kidwell et al., 1977). Не атрофированные гонады у дисгенных гибридов часто отстают в своем развитии и содержат меньшее число яиц или сперматоцитов по сравнению с недисгенными особями (Ashburner, 1989). Степень выраженности гонадной атрофии сильно зависит от температуры, при которой идет развитие гибридов. В отношении Р-М системы атрофия наиболее значительна при 29° С у самок и при 27° С у самцов, а при 24° С и ниже практически отсутствует (Kidwell et al., 1977; Engels, Preston, 1984). Для Н-Е системы характерна наиболее сильная атрофия при 25° С и наименьшая при 29° С (Stamatis et al., 1989). При более низких температурах АГ наблюдается в меньшей степени. Количество и размерность копий Р- и hobo-элементов так же сильно влияют на способность линий индуцировать гибридный дисгенез, в связи с чем, частота гонадной атрофии может изменяться от нескольких до ста процентов (Yannopoulos et al., 1987; Kidwell et al., 1988; Rasmusson et al., 1993).