Что такое сателлитная днк
Научная электронная библиотека
Юров И. Ю., Ворсанова С. Г., Воинова В. Ю., Чурносов М. И., Юров Ю. Б.,
3.3. Типы хромосомной ДНК
Вся нуклеотидная последовательность ДНК в геноме человека полностью установлена. Однако это утверждение относится лишь к эухроматиновым районам хромосом (около 90 % генома), в то время как определить полностью последовательности ДНК гетерохроматина пока не удалось. В состав генома человека входят уникальные последовательности ДНК, кодирующие отдельные гены, и многочисленные семейства повторяющихся последовательностей ДНК, которые являются транскрипционно неактивными. Повторяющиеся ДНК имеют два основных типа организации в хромосомной ДНК: тандемно повторяющиеся (или сателлитные) и диспергированные по геному последовательности.
К тандемно повторяющимся последовательностям относятся три основных типа ДНК: сателлитные, минисателлитные и микросателлитные ДНК. Сателлитная ДНК человека образована большими участками тандемно повторяющихся последовательностей различной сложности. Повторы ДНК этого типа не транскрибируются и расположены преимущественно в участках гетерохроматина генома – в центромерных участках всех хромосом и районах вторичных перетяжек.
Минисателлитные ДНК состоят из среднего размера (20–70 пн) тандемно повторяющихся единиц ДНК (до 1000 повторов длиной до 20 тысяч пн), диспергированных среди различных участков геномной ДНК. Минисателлиты обычно не транскрибируются. К этим повторам относятся так называемые гипервариабельные (высокополиморфные) минисателлитные ДНК, находящие применение при генетической идентификации личности (ДНК фингерпринт).
Микросателлитые ДНК представлены короткими тандемными повторами (1–4 пн), диспергированными по геному. Распространенные мононуклеотидные повторы (А или Т) образуют до 0,3 % генома человека. Динуклеотидные повторы формируют до 0,5 % генома. Тринуклеотидные или четырехнуклеотидные повторы относительно редки, но очень часто высокополиморфны и находят применение в разработке полиморфных маркеров для молекулярно-генетических исследований и диагностики.
Существует два основных класса диспергированных ДНК повторов, которые различаются по длине: короткие и длинные ДНК повторы. Короткие диспергированные ДНК повторы (SINEs) относятся к так называемому семейству Alu повторов. Длина Alu повторов составляет около 280 пн. Эти повторы встречаются примерно через каждые 3 тысячи пн, число которых составляет до одного миллиона на геном. Длинные диспергированные ДНК повторы (LINEs) относятся к так называемому семейству L1 или Kpn повторов. Усреднённая последовательность L1 повтора имеет длину 6,1 тысяч пн. Число этих повторов составляет более 100000 на геном.
Распределение уникальных и повторяющихся последовательностей ДНК в хромосомах человека неравномерно. Эухроматиновые районы хромосом содержат перемежающиеся участки, обогащённые короткими или длинными диспергированными повторами (Alu и L1). Гетерохроматиновые районы хромосом содержат, в основном, сателлитные ДНК повторы.
Что такое сателлитная днк
Области генома с аналогичными характеристиками или организацией, репликацией и экспрессией не размещаются произвольно, а имеют тенденцию объединяться. Функциональная организация генома в высшей степени согласована со структурной организацией, что обнаруживают лабораторными методами хромосомного анализа.
Общее значение функциональной организации — то, что хромосомы не просто случайный набор различных типов генов и других последовательностей ДНК. Некоторые хромосомные участки и даже целые хромосомы «богаты» генами, в то время как другие — относительно «бедны». Определенные типы нуклеотидных последовательностей характерны для различных структурных характеристик хромосом человека.
Клинические последствия аномалий структуры генома отражают специфическую природу вовлеченных генов и последовательностей. Так, аномалии хромосом или хромосомных участков, содержащих много генов, имеют более серьезные клинические последствия, чем аналогичные по размеру дефекты, включающие «бедные» генами части генома.
В ходе реализации проекта «Геном человека» стало ясно, что организация ДНК в человеческом геноме значительно более изменчива, чем считалось раньше. Из 3 млрд пар оснований ДНК в геноме менее чем 1,5% действительно кодируют белки и только около 5% потенциально содержат регу-ляторные элементы, которые могут как-то влиять или определять спектр экспрессии генов в ходе развития или в различных тканях.
Только около половины общей протяженности генома состоит из так называемой однокопийной, или уникальной, ДНК, т.е. ДНК, нуклеотидная последовательность которой представлена однократно (или только несколько раз). Остальная часть генома состоит из нескольких классов повторяющейся ДНК и включает ДНК, нуклеотидная последовательность которой повторяется или полностью, или с некоторыми вариациями, от сотен до миллионов раз в геноме.
Поскольку большинство (хотя и не все) из предполагаемых 25 000 генов в геноме представлены единственной копией, повторяющиеся части ДНК способствуют поддержанию хромосомной структуры и в значительной мере обеспечивают вариабельность между различными индивидуумами. Некоторые из таких вариантов могут предрасполагать к патологическим событиям в геноме.
Уникальные ДНК-последовательности генома человека
Хотя уникальные ДНК-последовательности занимают по крайней мере половину генома, большинство их функций остается загадкой, поскольку, как уже сказано, последовательности, действительно кодирующие белки (т.е. кодирующие части генов), составляют только небольшую часть всей уникальной ДНК. Большинство уникальной ДНК обнаруживают в виде коротких участков (несколько килобаз и даже короче), перемежающихся с участками повторяющейся ДНК различных типов.
Повторяющиеся ДНК-последовательности генома человека
Найдено несколько различных категорий повторяющейся ДНК. Одно из отличий — то, что они («повторы») либо объединяются в одном или нескольких блоках (кластерах), либо распределены по геному, перемежаясь на хромосоме с уникальными последовательностями. Кластерные повторы составляют ориентировочно от 10 до 15% генома и состоят из большого числа различных тандемных повторов, последовательно стоящих в ДНК.
Различные типы тандемных повторов объединяют в так называемую сателлитную (спутниковую) ДНК, поскольку многие семейства таких повторов могут быть выделены из общего генома биохимическими методами как специфические (спутниковые) фракции ДНК.
Семейства тандемных повторов различаются своим положением в геноме, протяженностью всего массива и длиной отдельных повторов, входящих в массив. Часто такие массивы могут занимать несколько миллионов пар оснований и более и составлять вплоть до нескольких процентов ДНК отдельной хромосомы. Многие тандемные повторы важны как молекулярные инструменты, революционно изменившие клинический цитогенетический анализ, вследствие их относительно удобного обнаружения.
Некоторые тандемные повторы образованы короткими последовательностями, например пятью нуклеотидами. Длинные массивы таких повторов обнаруживают в больших генетически инертных регионах в хромосомах 1, 9 и 16, а также они составляют более половины Y-хромосомы. Другие фракции тандемных повторов состоят из более длинных повторяющихся участков. Например, а-сателлитная фракция ДНК, состоящая из повторяющихся последовательностей длиной около 171 пары оснований, обнаружена в околоцентромерных участках хромосом, ответственных за присоединение хромосом к нитям веретена деления.
Полагают, что это семейство повторов играет роль в функционировании центромеры, гарантируя расхождение хромосом в митозе и мейозе.
Помимо тандемной, в геноме существует другой крупный класс повторяющейся ДНК, состоящий из родственных последовательностей, рассеянных по всему геному без четкой локализации. Хотя многие небольшие фракции ДНК соответствуют этому определению, мы обсудим только две из них, поскольку они занимают значимую часть генома и именно они вовлечены в развитие генетических болезней. Одно из наиболее изученных семейств диспергированных повторов — так называемое семейство Alu.
Члены данного семейства имеют около 300 пар оснований в длину и значимо родственны между собой, хотя не полностью идентичны по нуклеотидному составу. В геноме обнаружено более миллиона повторов Alu-семейства, создающих по крайней мере 10% человеческой ДНК. В то же время в некоторых участках генома они занимают значительно более высокий процент ДНК.
Второе семейство этого класса ДНК — длинные диспергированные повторы (сокращенно LINE — от Long Interspersed Nuclear Element или LI) — имеют размеры до 6 килобаз и обнаружены в количестве примерно 850 000 копий, занимая около 20% генома. Они, так же как Alu-повторы, часто концентрируются в определенных участках генома и относительно редко—в других.
Редактор: Искандер Милевски. Дата обновления публикации: 18.3.2021
Генетика, 2020, T. 56, № 1, стр. 47-54
Роль сателлитной ДНК в возникновении структурных перестроек в кариотипе человека
1 Национальный медицинский исследовательский центр им. В.А. Алмазова
197341 Санкт-Петербург, Россия
2 Военно-медицинская академия им. С.М. Кирова
194044 Санкт-Петербург, Россия
3 Акционерное общество “Международный центр репродуктивной медицины”
197350 Санкт-Петербург, Россия
4 Российский государственный педагогический университет им. А.И. Герцена
191186 Санкт-Петербург, Россия
Поступила в редакцию 08.02.2019
После доработки 05.03.2019
Принята к публикации 19.03.2019
Сателлитная ДНК, мономеры которой образуют тандемно-повторяющиеся длинные массивы от сотен или тысяч копий до нескольких миллионов пар нуклеотидов, составляет не менее 10% в геноме человека. Использование новых методов секвенирования и биоинформатического анализа данных открывает дорогу для исследований организации и функционирования сателлитной ДНК человека и способствует пересмотру бытовавшего долгое время представления о “мусорном” характере этой части генома. Одной из важных особенностей сателлитной ДНК является участие в возникновении структурных перестроек в кариотипе человека. В обзоре рассматриваются механизмы участия сателлитной ДНК в образовании структурных перестроек, а также характер транскрипции тандемных повторов при структурных перестройках в кариотипе нормальных и опухолевых клеток.
Повторяющиеся последовательности ДНК составляют значительную часть генома эукариот, обусловливая феномен С-парадокса: когда количество транскрибируемых последовательностей структурных и регуляторных генов не совпадает с количеством ДНК гаплоидного набора [1]. В геноме человека на долю повторяющихся элементов приходится более двух третей от общего количества ДНК [2]. Одним из примеров такого типа ДНК является сателлитная ДНК (сатДНК), мономеры которой образуют тандемно-повторяющиеся длинные массивы от сотен или тысяч копий до нескольких миллионов пар нуклеотидов (пн) в геномах. Доля сатДНК в геноме человека составляет не менее 10% [3].
СатДНК человека представлена различными классами тандемных повторов, различающихся как длиной мономеров, так и их обогащенностью АТ- и CG-парами оснований. Так, например, α‑сатДНК и сатДНК I класса являются АТ-богатой фракцией генома, в то время как β-сатДНК – преимущественно CG-богатая [4]. Классические сателлиты II и III классов включают АТ- и CG-пары оснований ДНК [5]. СатДНК I, II и III классов имеют длину повторяющейся последовательности 5–20 пн, сатДНК α-, β- и γ-типа – 171, 68 и 220 пн соответственно [5, 6].
СатДНК имеет специфическое расположение в кариотипе человека. Так, центромерные районы состоят из тандемных повторов α-сатДНК с длиной мономеров около 171 пн, которые сгруппированы в повторы (или массивы) более высокого порядка [5, 6]. Отдельные мономеры сатДНК в составе повтора более высокого порядка негомологичных хромосом могут различаться, однако в пределах центромеры отдельной хромосомы имеют очень высокий уровень гомологии, который составляет 95–98% [7]. Они формируют протяженные области в районах конститутивного гетерохроматина. Протяженность повторов высокого порядка α-сатДНК может варьировать от 0.5 до 5 млн пн, причем размер центромерного блока сатДНК отдельных хромосом набора может отличаться у различных индивидов на порядок [5].
Перицентромерные районы хромосом, фланкирующие центромеры, характеризуются снижением уровня гомогенности повторяющихся элементов высокого порядка. Мономеры α-сатДНК в них перемежаются другими последовательностями и повторяющимися элементами [8]. Помимо мобильных элементов генома из семейств LINE и SINE, перицентромерные районы отдельных хромосом характеризуются присутствием в них классических сателлитов, а также β- и γ-сатДНК [1, 6, 9].
Хроматин перицентромерных районов большинства типов клеток имеет типичные черты конститутивного гетерохроматина с высокой степенью метилирования ДНК и триметилированием гистона Н3 по лизину в 9-м положении [10], а также взаимодействием с негистоновым белком HP-1 (heterochromatin protein 1) – маркером репрессированного хроматина [11].
Центромерный хроматин имеет уникальный эпигенетический статус. Помимо присутствия характерных для формирования кинетохора белков, таких как CENP-A, ДНК собственно центромерного района гипометилирована [12]. В нуклеосомах, содержащих CENP-A, гистон H4 подвергается монометилированию по лизину в 4-м положении [13], а в нуклеосомах, несущих гистон H3, он дополнительно подвергается диметилированию по остаткам лизина в 9-м и 27-м положениях [14]. Кроме того, в кариотипе человека α-сатДНК центромер всех хромосом, за исключением Y-хромосомы, содержит CENP-B бокс: мотив из 17 пар оснований, связывающий белок CENP-B и участвующий в неслучайном фазировании нуклеосом в центромерных районах [9, 15].
СатДНК участвует в возникновении структурных перестроек как во время мейоза при формировании наследственной информации гамет, так и в передаче в ряду соматических клеток организма [5, 16]. Структурные перестройки в кариотипе человека можно разделить на категории: сбалансированные и несбалансированные. В сбалансированных перестройках, в отличие от несбалансированных, не наблюдается потери или приобретения генетического материала [17]. Несмотря на то что сатДНК представляет собой тандемные повторы и не содержит генов, структура которых могла бы быть изменена в результате структурной перестройки, она имеет важные структурные и функциональные характеристики, нарушение которых может иметь фенотипическое проявление.
Так, сатДНК принимает участие в образовании кинетохора и правильной сегрегации хромосом [9], кодирует регуляторные молекулы [11, 18], определяет топологию ядра [19], обеспечивает сохранение положения центромер на хромосомах [20], участвует в эволюции кариотипов [21, 22]. Помимо этого перемещение в результате перестройки локуса хромосом в область сатДНК может привести к изменению активности генов, расположенных в нем, в связи с феноменом “эффекта положения” [23]. Нарушение топологии на уровне укладки хроматина в ядре также может оказывать влияние на дифференциальную активность генов за счет изменения положения относительно регуляторных элементов [24]. Кроме того, ввиду гомологии нуклеотидных последовательностей сатДНК ряда хромосом может происходить нарушение синапсиса и сегрегации негомологичных хромосом, а также возникновение нереципрокных обменов в мейотическом делении [25].
МЕХАНИЗМЫ ВОЗНИКНОВЕНИЯ СТРУКТУРНЫХ ХРОМОСОМНЫХ ПЕРЕСТРОЕК С УЧАСТИЕМ САТЕЛЛИТНОЙ ДНК
В настоящее время известно, что физические разрывы хромосом часто происходят именно в сатДНК центромерных и перицентромерных районов хромосом [15]. Отчасти это обусловлено природой образующих ее единиц: повторяющиеся последовательности ДНК способствуют замедлению или остановке вилки репликации, что может вызывать образование двуцепочечных разрывов в этих местах [26]. Было показано, что в норме во время репликации в клетках происходит до 40 двунитевых разрывов [27], которые восстанавливаются путем гомологичной рекомбинации в синтетический и постсинтетический периоды клеточного цикла [28]. Такая рекомбинация может поставить под угрозу стабильность генома, поскольку она “позволяет” генетический обмен между гомологичными повторяющимися последовательностями, распределенными по геному, что будет провоцировать возникновение структурных хромосомных перестроек [29].
К примеру, одна из наиболее часто встречающихся несбалансированных транслокаций без фенотипического проявления (цитогенетически определяемых вариаций числа копий ДНК) – перестройка между сатДНК III дистального бэнда гетерохроматина Y-хромосомы и коротких плеч акроцентрических хромосом, преимущественно хромосом 15 и 22 [6, 30]. Ввиду гомологии последовательности сатДНК III, составляющей эти районы, происходит ассоциация полового бивалента с короткими плечами акроцентрических хромосом и его перемещение с периферии в центральную часть ядра на стадии пахитены профазы первого деления мейоза, что нарушает синапсис и дальнейшую сегрегацию хромосом [6, 25, 31]. Следствием такой ассоциации может являться возникновение двуцепочечных разрывов сатДНК с последующим образованием дериватной аутосомы, содержащей материал сатДНК Y-хромосомы.
Другим примером перестроек с вовлечением сатДНК являются сбалансированные Робертсоновские транслокации, вовлекающие длинные плечи негомологичных или (реже) гомологичных акроцентрических хромосом, с двуцепочечными разрывами и их восстановлениями в центромерных или перицентромерных районах [21, 29, 32, 33].
Двуцепочечные разрывы, приводящие к аномальному (поперечному) разделению центромеры, могут вызвать одновременно редупликацию одного из плеч хромосом и образование изохромосомы [29, 32]. Воссоединение двуцепочечных разрывов перицентромерных районов сестринских хроматид (изохроматидный разрыв) по U-типу может привести к образованию дицентрической изохромосомы [29, 32].
В то же время было установлено, что само появление блоков высокоповторяющихся районов сатДНК происходит благодаря процессам рекомбинации и репарации двунитевых разрывов [34]. Причем особенности организации перицентромерных районов разных хромосом свидетельствуют о том, что в формировании гетерохроматиновых блоков преобладают межхромосомные обмены [35]. Замедление вилки репликации может также приводить к проскальзыванию полимеразы и повторной репликации отдельных участков ДНК [36]. В норме в клетках существуют несколько параллельных систем, препятствующих проскальзыванию полимеразы, однако при возникновении спонтанных нарушений клеточного цикла такие события имеют место [37]. Это приводит к увеличению копийности мономеров сатДНК, которое может не иметь фенотипического проявления и не подвергаться элиминации.
Увеличение копийности повторяющихся элементов α-сатДНК способствует повышению надежности связывания центромеры с веретеном деления в ходе делений мейоза [38]. Важная роль в поддержании стабильности α-сатДНК принадлежит белку CENP-A, который не только отвечает за правильное формирование кинетохора и прикрепление микротрубочек веретена деления [39], но и подавляет рекомбинацию в центромерных районах сатДНК в пролиферирующих клетках человека [20]. Это позволяет отодвинуть горячие точки рекомбинации от центромер и предотвратить нежелательные обмены в ходе клеточных делений [20, 40].
Вместе с тем одним из факторов, повышающих нестабильность центромерных районов хромосом, является особенность пространственной организации ДНК этих районов, которая характеризуется образованием сложной вторичной и третичной укладки и присутствием участков с неканонической спиралью ДНК и шпильками [26, 41]. Помимо увеличения торсионного напряжения, провоцирующего активное внесение двунитевых разрывов с последующей необходимостью их репарации, плавление дуплекса ДНК в таких районах требует больших затрат энергии, что затрудняет прохождение вилки репликации и приводит к ее остановке и накоплению в центромерных районах факторов репликативного стресса [26, 42, 43]. Таким образом, с одной стороны, повторяющиеся блоки сатДНК перицентромерных районов хромосом стабилизируют центромеры, а с другой стороны, увеличивают нестабильность генома и способствуют эволюции кариотипов [21, 22].
Увеличение массивов сатДНК требует поддержания их эпигенетического статуса, а его нарушения приводят к ломкости хромосом [44, 45]. Так, нарушение метилирования перицентромерного классического сателлита II на хромосомах 1 и 16 человека и сателлита III хромосомы 9 [46] приводит к ломкости этих хромосом и развитию тяжелого синдрома, получившего название ICF (от англ. Immunodeficiency, Centromeric Instability, Facial Anomalies: иммунодефицит, нестабильность центромерных районов, аномалии лица), который характеризуется также тяжелой умственной отсталостью [47]. Цитогенетически синдром ICF проявляется деконденсацией районов перицентромерного гетерохроматина этих хромосом, ассоциациями в прицентромерных областях на препаратах метафазных хромосом лимфоцитов с образованием радиальных структур, а также делециями с точками разрыва в сатДНК перицентромерных районов [48]. Установлено, что развитие синдрома может быть спровоцировано мутациями в разных генах, однако все они прямо или опосредованно связаны с поддержанием уровня метилирования ДНК [49–51]. Точный механизм, приводящий к ломкости хромосом в районах сатДНК при нарушении метилирования, не до конца изучен. Однако косвенно он может быть вызван нарушением регуляции транскрипции в этих районах или активацией мобильных элементов, присутствующих в блоках перицентромерного хроматина, что приведет к дестабилизации центромер [52, 53]. Кроме того, обогащение мобильными элементами с расположением мономеров во встречном направлении также может провоцировать хромосомные перестройки [54].
ТРАНСКРИПЦИОННАЯ АКТИВНОСТЬ САТЕЛЛИТНОЙ ДНК ПРИ СТРУКТУРНЫХ ПЕРЕСТРОЙКАХ КАРИОТИПА
Основываясь на том, что центромерные и перицентромерные районы хромосом лишены белок-кодирующих генов, исторически считалось, что эти области транскрипционно инертны [15]. Однако в настоящее время транскрипция сатДНК показана для многих организмов и клеточных линий [3, 55–57].
Большое количество хромосомных перестроек, детектируемых в кариотипах гематологических и солидных опухолей [16, 58], сбалансированных и несбалансированных перестроек без фенотипического проявления [6, 17, 59] и вариантов хромосом [6] затрагивает сатДНК центромерных и прицентромерных районов хромосом, вследствие чего транскрипционный статус сатДНК этих районов хромосом может быть нарушен [60].
Так, активация транскрипции сатДНК II класса и α-сатДНК наблюдается при ряде опухолей, причем оверэкспрессия сателлита II специфична именно для опухолевых клеток [61]. Следует отметить, что последовательность сатДНК II хромосомы 1 (район 1q12) является одной из частых точек разрыва при перестройках в гематологических опухолях [16]. Кроме того, такие перестройки могут способствовать эффекту гетерохроматинизации генов, которые в норме должны транскрибироваться, или, напротив, способствовать транскрипции генов, которые в результате перестройки находятся далеко от конститутивного гетерохроматина [58].
В целом следует отметить, что аберрантная транскрипция классических сателлитов I, II и III классов, а также α-сатДНК наблюдается при многих видах опухолей [60, 62, 63] вне зависимости от вовлеченности районов сатДНК в перестройку, что, по-видимому, связано с глобальными генетическими и эпигенетическими нарушениями генома этих клеток [60, 64].
Так, мутации или нокауты генов супрессоров опухолевого роста KDM2A и BRCA1 приводят к нарушению эпигенетических модификаций гистонов центромерных и перицентромерных районов хромосом и взаимодействию их с негистоновым белком HP-1, что способствует аберрантной активации транскрипции сатДНК и приводит к нестабильности генома [60, 64].
Кроме того, предполагается, что гиперактивация транскрипции α-сатДНК центромерных повторов может привести к уменьшению содержания или делокализации белка CENP-A [15, 20], что, в свою очередь, может способствовать увеличению хромосомных перестроек и анеуплоидий вследствие нарушения прикрепления веретена деления.
Гипометилирование сатДНК и особенно классического сателлита II класса также является одним из характерных эпигенетических признаков центромерных и прицентромерных районов хромосом в клетках опухолей [63]. Однако, известно, что транскрипция сатДНК происходит вне зависимости от статуса метилирования [65]. Так, например, в отличие от большинства опухолей аберрантной транскрипции сатДНК II не обнаружено в лимфоцитах клеток больных синдромом ICF [66], в которых этот сателлит также гипометилирован.
Особое место среди хромосомных перестроек занимают упомянутые выше транслокации между сатДНК III Y-хромосомы и аутосомами, которые встречаются с частотой 1 : 2000 в популяции [59]. Носители таких перестроек фенотипически нормальны, но могут иметь репродуктивные проблемы, связанные с нарушением формирования синаптонемного комплекса и сегрегации хромосом, а также возможным риском развития болезней геномного импринтинга [6, 17, 25, 30]. Высказано предположение о том, что наследование женщинами вместе с гаметой отца дериватной аутосомы, содержащей сатДНК III класса, транслоцированную с Y-хромосомы, может быть связано с повышенным риском малигнизации яичников [67, 68]. Поскольку гетерохроматиновые области не содержат генов, патологический эффект такой перестройки не совсем ясен. Может ли это быть связано с транскрипцией сатДНК, активация которой происходит во многих опухолях, или ее аберрантным уровнем – остается открытым вопросом. Однако в пользу последнего свидетельствует обнаружение транскрипции сатДНК перицентромерных районов ряда хромосом и сатДНК III бэнда Yq12, в частности, в развивающихся тканях семенников человека, происходящих при нормальной дифференцировке [62, 69].
Понимание всех аспектов транскрипции сатДНК – ее стадиоспецифичности и направления, набора транскрибирующихся классов сатДНК, изменения их уровня транскрипции, роли образующихся некодирующих РНК – представляет интерес и с точки зрения значимости полиморфных вариантов гетерохроматиновых блоков хромосом, самым частым из которых является структурное изменение хромосомы 9 – инверсия перицентромерного гетерохроматина [6]. Многочисленные исследования не дают однозначных ответов на вопросы о связи полиморфных вариантов хромосом, включающих изменение копийности и расположения сатДНК гетерохроматиновых блоков, с нарушением репродуктивной функции, клиническими или фенотипическими проявлениями [32]. Несмотря на данные о транскрипционной активности сатДНК в клетках человека [55, 56], в том числе в эмбриональных и экстраэмбриональных тканях [3, 70, 71], транскрипционный статус или изменение уровня транскрипции сатДНК в группе носителей полиморфных вариантов остаются неисследованными.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
Структурные перестройки представляют собой изменения в строении хромосом, которые приводят к нарушению положения локусов на хромосомах с потерей или без потери генетического материала. Огромное количество комбинаций хромосом, участвующих в образовании того или иного типа перестройки, а также точек разрывов на коротких или длинных плечах этих хромосом определяет уникальность каждой хромосомной перестройки [17].
Ввиду структурной и функциональной значимости сатДНК структурные перестройки, в формирование которых вовлечены районы конститутивного гетерохроматина хромосом, заслуживают особого внимания. Понимание механизмов возникновения структурных хромосомных перестроек с участием сатДНК долгое время затруднялось недостатком информации об их организации и функционировании. Несмотря на то что в 2003 г. международный проект “Геном человека” аннотировал завершение сборки референсного генома человека [72], на самом деле в него не вошло более 10% генома человека [15]. Отсутствующие в сборке последовательности составляли главным образом тандемные повторы, включая районы ядрышковых организаторов, а также сатДНК конститутивного гетерохроматина [73]. Использование новых методов секвенирования и биоинформатического анализа позволило воссоздать линейную структуру повторяющихся элементов для некоторых хромосом, например сатДНК центромерного района Y-хромосомы человека [5, 74, 75]. Транскрипция сатДНК в настоящее время является доказанным фактом как для нормальных, так и для опухолевых клеток человека. Изменение статуса транскрипции сатДНК, и сатДНК II в частности, является прогностическим признаком ряда опухолей [60, 64].
Данные современных исследований свидетельствуют о функциональной значимости сатДНК, которая в норме играет важную роль в поддержании структурной и функциональной целостности кариотипа. Развитие методов исследования генома и транскриптома открывает дорогу для дальнейшего изучения организации и функционирования сатДНК человека, а также способствует пересмотру бытовавшего долгое время представления о “мусорном” характере этой части генома.
Работа выполнена при финансовой поддержке Российского фонда фундаментальных исследований (№ 18-34-00279).
Все процедуры, выполненные в исследовании с участием людей, соответствуют этическим стандартам институционального и/или национального комитета по исследовательской этике и Хельсинской декларации 1964 г. и ее последующим изменениям или сопоставимым нормам этики.
От каждого из включенных в исследование участников было получено информированное добровольное согласие.
Авторы заявляют, что у них нет конфликта интересов.