НИИ медицинской генетики СО РАМН, г. Томск
Лаборатория цитогенетики
Эта работа опубликована в сборнике статей по материалам Международной 69-й научной итоговой студенческой конференции, посвященной 200-летию со дня рождения Н.И. Пирогова (г.Томск, 11-13 мая, 2010 год); под реакцией академика РАМН В.В. Новицкого, член. корр. РАМН Л.М. Огородовой
Посмотреть титульный лист сборника
Скачать сборник целиком (1,4 мб)
В ходе естественного отбора происходит элиминация части эмбрионов на ранней стадии развития. Около 50-60% из них обусловлены хромосомными мутациями, однако причины гибели остальной части эмбрионов остаются не известными. Возможно, что в основе этих причин лежат аномалии эпигенетической регуляции активности генов, не связанные с изменениями их нуклеотидной последовательности. Одним из феноменов, играющим важную роль в эмбриональном развитии, является геномный импринтинг (англ. imprint – отпечаток) - зависимое от пола обратимое изменение характера активности определенных (импринтированных) генов, которое наследуется в ряду поколений и обусловливает функциональную некомплементарность материнского и отцовского геномов. Основой геномного импринтинга является метилирование ДНК. Известно, что у человека в структуре ДНК наряду с четырьмя азотистыми основаниями (аденин (A), тимин (T), гуанин (G) и цитозин (C)) имеются метилированные основания: 5-метилцитозин (m5C). Цитозиновые основания ДНК метилируются в основном в симметричных CpG-динуклеотидах, которые составляют около 1% всей геномной ДНК и около 80% всех CpG-динуклеотидов. Специфические метки метилирования стираются в примордиальных половых клетках, в ходе их созревания происходит восстановление рисунков метилирования импринтированных генов в соответствии с половой принадлежностью организма.
Роль импринтинга в эмбриональном развитии показывают экспериментальные работы с партеногенетическими эмбрионами мышей, сформированных только из двух женских (гиногенетические) или двух мужских (андрогенетические) пронуклеусов [1]. Было показано, что отцовский геном в большей степени стимулирует развитие экстраэмбриональных тканей, тогда как материнский геном, напротив, обеспечивает больший вклад в дифференцировку собственно зародыша. В геноме человека известно примерно 100 импринтированных локусов. Нарушение импринтинга в раннем эмбриогенезе на уровне отдельных хромосом может обнаруживаться через феномен однородительского наследования или однородительскую дисомию (ОРД) хромосом – ошибочное наследование потомком двух гомологичных хромосом от одного родителя. Однако проведение серии работ по исследованию спонтанных абортусов не продемонстрировало заметного вклада ОРД в развитие ранней остановки эбрионального развития [2].
В настоящее время в группе 87 спонтанных абортусов первого триместра беременности проведено исследование нарушений эпигенетического статуса импринтированного гена MEG3 хромосомы 14 (14q32), в норме экспрессирующего на материнском гомологе. В качестве контрольной группы были изучены 30 образцов медицинских абортусов первого триместра беременности, полученных от здоровых женщин, не пожелавших сохранить нормально протекавшую беременность по социальным показаниям. Анализ статуса метилирования импринтированного гена проводили в образцах геномной ДНК, выделенных из некультивированных тканей цитотрофобласта хориона (ЦХ) и экстраэмбриональной мезодермы (ЭМ), как производных зародышевых листков, отличающихся по характеру эпигенетического репрограммирования генома на ранних этапах эмбриогенеза [3]. Выделение ДНК проводили по стандартной методике с использованием протеиназы К с последующей очисткой фенол/хлороформом. Далее образцы подвергали обработке бисульфитом натрия и проводили метил-специфичную ПЦР. После амплификации фрагменты ДНК фракционировали в 2%-ном агарозном геле и визуализировали в проходящем УФ свете на установке GelDoc («Bio-Rad»,США).
Характер метилирования MEG3 у всех обследованных спонтанных абортусов соответствовал норме. Ранее нами было установлено, что эпимутации, а именно гипометилирование гена PLAGL1 на материнском гомологе значимо чаще регистрируется при патологии внутриутробного развития человека. При использовании вспомогательных репродуктивных технологий эпимутации были выявлены у всех детей с синдромами Видемана – Беквита и Ангельмана, а также при биродительском полном пузырном заносе [4,5]. Во всех случаях причиной патологии стало гипометилирование на материнских гомологах. В случае синдрома Видемана – Беквита обнаруживалось гипометилирование гена KCNQ1OT1 на материнском гомологе хромосомы 11, при синдроме Ангельмана – гипометилирование SNURF-SNRPN на материнском гомологе хромосомы 15, при биродительском полном пузырном заносе происходит гипометилирование всех генов, в норме метилированных на материнских хромосомах. Можно предположить, что в ходе эмбрионального развития не происходит нарушения метилирования на отцовском гомологе.
Таким образом, изучение эпимутаций других импринтированных генов является актуальной проблемой для дальнейших исследований причин ранней эмбриональной гибели у человека.
Список литературы:
1. Surani, M. A. Barton, S. C. Norris, M. L. Development of reconstituted mouse eggs suggests imprinting of the genome during gametogenesis / M. A. Surani, S. C. Barton, M. L. Norris // Nature. – 1984. – V. 308. –P. 548-550.
2. Tsukishiro, S. Li, Q.Y. Tanemura, M. Sugiura-Qgasawara, M. Suzumori, K. Sonta, S. Paternal uniparental disomy of chromosome 14 and unique exchange of chromosome 7 in cases of spontaneous abortion / S. Tsukishiro, Q. Y. Li, M. Tanemura, M. Sugiura-Qgasawara, K. Suzumori, S. Sonta // Hum. Genet. – 2005. – V. 50. – P. 112–117.
3. Li, E. Chromatin modification and epigenetic reprogramming in mammalian development / E. Li // Nat. Rev. Genet. – 2002. – V. 3. – P. 662-673.
4. Lim, D. Clinical and molecular genetic features of Beckwith – Wiedemann syndrome associated with assisted reproductive technologies / D. Lim // Hum. Reprod. – 2009. – V.1 – №.1 – P. 1–7.
5. Hayward, B. E. Genetic and epigenetic analysis of recurrent hydatiform mole / B. E. Hayward // Human Mutation. – 2009. – V.1062 – P. 629–639.
