Lecture 7 2006 Part 3

Дифференциальное окрашивание хромосомных территорий, соответствующих шести “большим” хромосомам ципленка и Z хромосомы (ядра фибробластов) Habermann et al. 2001 (Cremer’s group). Гомологи находятся далеко друг от друга; хромосомы “выстроены” по переферии ядра

Богатые генами хромосомы располагаются в центре ядра, а бедные генами хромосомы - на переферии В геноме человека хромосома 18 (зеленый цвет) и хромосома 19 (красный цвет) содержат практически одинаковое количество ДНК (86 и 72 Мв), но резко различаются по содержанию генов. Хромосома 19 наиболее богата генами (1930 генов). Хромосома 18 (зеленый цвет) состоит преимущественно из бедных генами поздне-реплицирующихся хроматиновых доменов

Дифференциальная окраска трех групп хромосом ципленка: зеленый цвет - минихромосомы (наиболее богатые генами) красный цвет - “большие” хромосомы (наиболее бедные генами) сиреневый цвет - средние хромомосомы (промежуточная плотность генов) Наиболее богатые генами минихромосомы располагаются в центре ядра

При оценке положения хромосмных территорий в ядре наиболее удобным параметром является расстояние между центром ядра и центром хромосомной территории (измеряется в % от радиуса ядра. Хромосмома 22 находится ближе к центру ядра, чем хромосома 11. Внутри обоих хромосомных территорий центромеры располагаются на наибольшем удалении от центра ядра.

Внутри хромосомных территорий позиции генов не являются случайными Соотносительные радиальные позиции генов FLI1 (HSA11) и EWSR1 (HSA22) различаются еще в большей степени, чем позиции соответствующих хромосомных территорий

HSA9

1/22

HSA11

Fused ген FLI1/EWSR1 занимает промежуточную радиальную позицию. Таким образом радиальная позиция хромосомной территории определяется совокупностью сигналов, распределенных по всей длине хромосомы

HSA1

HSA22

(FWC11 56,2)

(FWC22 49,4)

Гены, находящиеся в одном и том же ядерном слое чаще учавствуют в реципроктных рекомбинациях, чем гены, находящиеся в различных ядерных слоях. Например, рекомбинации между ABL1 (HSA9) и BCR (HSA22) происходят существенно чаще, чем рекомбинации между FLI1 и EWSR1

Предпочтительные радиальные позиции индивидуальных хромосом могут различаться в клетках, дифференцированных по разным путям

Хромосома 5 мыши занимает: центральную позицию в клетках печени промежуточную позицию в лимфоцитах периферическую позицию в клетках легкого

Хромосомы, часто участвующие в реципроктных транслокациях, находятся рядом друг с другом в интерфазных ядрах нормальных клеток

Транслокации между мышиными хромосомами 12:14 и 14:15 связывают с развитием Т-клеточных лимфом. В геноме нормальных клеток (спленоцитов) хромосомы 12-14-15 часто образуют кластеры

Интерфазные хромосомы занимают относительно компактные неперекрывающиеся области (хромосомные территории) Существуют определенные правила расположения хромосом в ядре. Богатые генами хромосомы располагаются ближе к центру ядра. Центромера располагаются на наиболее удаленной от центра ядра границе хромосомной территории. Индивидуальные гены имеют предпочтительные позиции в границах хромосомных территорий (ближе к центру - ближе к переферии) Хромосомы, предпочтительно участвующие в реципроктных рекомбинациях, часто располагаются в одном слое или образуют сцепленные группы. Таким образом, вероятность транслокаций между отдельными хромосомами определяется на уровне пространственной организации хромосом в ядре

Не существует выраженной корреляциеи между физическими расстояниями в ядре и расстояниями вдоль молекулы ДНК

Interchromatin domain compartment model

“Channels model” не налагает ограничений на позиции активных генов т.е. допускает расположение таких генов как на поверхности хромосомных территорий, так и внутри территорий “«Interchromatin domain compartment model” постулирует размещение активных генов на поверхности хромосомных территорий

transcr

non-transcr

non-transcr lymphoblasts

fibroblasts

Активный ген (RCN) расположен на таком же расстоянии от центра хромосомной территории, как неактивный ген (PAX6) и интергенный спейсер (D11S324). He охарактеризованный маркер из другого хромосомного диска (D11S12) в тех же клетках и при той же системе фиксации детектируется рядом с границей хромосомной территории.

Позиции тканеспецифичных генов по отношению к краю хромосомной территории не изменяются при активации экспрессии этих геннов в соответствующих типах клеток В клетках эпителия хрусталика (CD5A), в которых экспрессируется PAX6 ген, этот ген расположен на таком же расстоянии от края хромосомной территории, как и в клетках Cov434, где PAX6 не экспрессируется

Относительная позиция гена WT1, который экспрессируется в Cov434 и не экспрессируется в CD5A также одинакова в обоих типах клеток

Детальный анализ структуры хромосомных территорий показывает, что внутри территорий могут быть каналы

Уровень компактизации хромосомных территорий может различаться в клетках, дифференцированных по разным путям и клетках, находящихся на разных стадиях дифференцировки Multipotent myeloid precursor

Myeloblast

Macrophage activated with LPS

Proerythroblast две конфокальные секции

красн – куриная хромосома 1 зелен – куриная хромосома 8

В некоторых «крайних» ситуациях активные гены располагаются за видимыми границами хромосомных территорий. При этом четко прослеживается корреляция между экспрессией гена его позицией за пределами территории Локализованные “за пределами” хромосомных территорий гены часто колокализуются с PML

В ходе индуцированной ретиноевой кислотой дифференцировки мышиных ES клеток Hox гены транскрибируются в том порядке, в каком они расположены в геноме. При этом происходит последовательное выпетливание из хромосомной территории соответствующих фрагментов ДНК

После кратковременного включения флуоресцентной метки в ядра делящихся клеток можно пометить отдельные домены хромосом (те домены, которые реплицировались в момент введения метки). Последующее наблюдение за динамикой перемещения таких доменов в живых клетках позволяет утверждать, что перемещения доменов внутри хромосомных территорий являются хаотичными и весьма ограниченными