Активность ядрышкообразующих районов хромосом в популяции жителей Курской обл

Эволюция органического мира связана с зарождением белковых молекул и формированием рибосом, как белоксинтезирующего аппарата. Постепенно эволюционировал и сам белоксинтезирующий аппарат, что привело к формированию различных уровней организации живого. С точки зрения эволюции образование рибосом имеет огромное значение, т.к. от возможностей этого аппарата зависит адаптивный ответ клетки [5]. Рибосомы образуются при помощи рРНК и белка. В свою очередь рРНК образуется в ядрышкообразующих районах (ЯОР) акроцентрических хромосом у человека (13−15 и 21−22). ЯОР акроцентрических хромосом (АХ) объединяются в период интерфазы в одно или несколько ядрышек [87, 88, 122, 129] где происходит синтез рРНК.

В последние годы структура и полиморфизм ЯОР сталипредметом интенсивного изучения, поскольку кластеры генов этих районов оказались удобной моделью для выяснения механизмов «согласованной» эволюции повторяющихся элементов генома [48].

С введением метода дифференциального окрашивания ЯОР серебром (Ag-окраска) [141] было установлено, что серебрению подвержены только те ЯОР, которые были активны в предшествующей данному митозу интерфазе [167]. Было предложено суммарный размер 10AgЯOP, выраженный в условных единицах (у.е.), рассматривать как критерий активности ЯОР [62−67].

С разработкой в 70-е г. г. метода селективной окраски серебром ядрышкообразующих районов (ЯОР) хромосом впервые появилась возможность на цитологическом уровне изучать транскрипционную активность ядрышкообразующих районов [142]. Благодаря этому был открыт новый тип полиморфизма хромосом человека — Ag-полиморфизм, который стал предметом активного изучения. В результате целого ряда проведенных исследований [21, 26, 51, 62−67, 74], выполненных преимущественно на хромосомах лимфоцитов периферической крови у человека, был изучен межхромосомный, межиндивидуальный и межпопуляционный полиморфизм ЯОР, показана его специфичность и наследуемость для индивидуальных хромосом [41].

Однако, несмотря на это, в литературе не получила должного освещения проблема изучения суммарной транскрипционной активности ЯОР на клеточном уровне организации у человека. В частности, отсутствуют работы по изучению суммарной транскрипционной активности ЯОР в оценке показателей количественной представительности белков (в том числе белков мембран).

Представлялось интересным изучение суммарной транскрипционной активности ЯОР (10AgЯOP) через биохимические продукты — белки, так как она может оказывать модифицирующее влияние на процессы развития организма. Активность белоксинтезирующего аппарата связана с его востребованностью и количеством lOAg^IOP в клетке индивида [48, 54]. Наиболее интересным является изучение структурных белков, не зависящих от состояния организма, как, например, белки мембран эритроцитов (БМЭ). БМЭ изучены довольно хорошо, но в доступной отечественной и зарубежной литературе нет работ, отражающих сопряженность 10AgЯOP и биохимических продуктов — белков, в том числе БМЭ.

В научной литературе встречаются работы по изучению транскрипционной активности ЯОР при хромосомных аномалиях [72, 74]. Имеются также некоторые сведения о величине ЯОР отдельных хромосом при действии вредных факторов производства [22], но эти сведения не позволяют говорить о значении транскрипционной активности ЯОР в процессах, предшествующих образованию хромосомных аберраций (ХА).

В популяционных исследованиях представляется очень перспективной работа с маркерами, вследствие их высокой межиндивидуальной изменчивости и широкого популяционного полиморфизма. В качестве такого маркера может выступать суммарная активность ЯОР (способность кислых белков этих районов окрашиваться серебром — доминантный менделирующий признак, который может накапливаться в популяции, если она изолирована).

Несмотря на множество работ, посвященных изучению Ag-полиморфизма, мы не встретили работ, освещающих комплексную оценку проявления транскрипционной активности ЯОР на молекулярном и клеточном уровнях организации у человека, выраженную через количественные признаки.

Таким образом, выяснение причин Ag-полиморфизма и его фенотипических проявлений на различных уровнях организации является одной из актуальных задач современной цитологии, что послужило побудительной причиной проведения настоящего исследования.

Цель исследования:

Изучение связей транскрипционной активности ядрышкообразующих районов хромосом в популяции жителей Курской области с количественными показателями белков в мембранах эритроцитов и уровнем хромосомных аберраций.

Задачи исследования:

1. Количественно оценить и выявить особенности активности ядрышкообразующих районов хромосом в популяции жителей Курской области.

2. Выяснить закономерности проявления транскрипционной активности ядрышкообразующих районов хромосом на уровне основных белков мембран эритроцитов.

3. Определить закономерности корреляционных взаимосвязей между белками мембран эритроцитов у человека в зависимости от Ag-полиморфизма хромосом.

4. Выявить закономерности проявления транскрипционной активности ядрышкообразующих районов хромосом на субклеточном уровне через образование хромосомных аберраций у человека.

5. Изучить закономерности корреляционных взаимосвязей образования хромосомных аберраций у человека в зависимости от Ag-полиморфизма хромосом.

Научная новизна:

Впервые была предпринята попытка оценки активности ядрышкообразующих районов хромосом на клеточном уровне через количественные характеристики белков в мембранах эритроцитов. Получены популяционные характеристики Ag-полиморфизма среди жителей Курской области. Выявлена закономерность повышения транскрипционной активности ядрышкообразующих районов хромосом в условиях изоляции расстоянием, которая выражается в незначительном присутствии AgЯOP с 0 у.е.

Выявлена тенденция к повышению количества белков мембран эритроцитов с повышением транскрипционной активности, ядрышкообразующих районов хромосом, а также влияние суммарного количества 10AgЯOP на вариабельность количественного содержания белков клеточных мембран эритроцитов и их интеграцию между собой.

Впервые доказано влияние активности ядрышкообразующих районов хромосом на образование хромосомных аберраций у человека. Впервые было показано, что в группе лиц с высокой транскрипционной активностью ядрышкообразующих районов хромосом самый низкий уровень хромосомных аберраций, что объяснимо высокой пролиферативной активностью этой группы, а также более интенсивным белковым синтезом (в том числе ферментов репарации). Впервые было доказано, что в группе лиц со средней транскрипционной активностью ядрышкообразующих районов хромосом (адаптивная норма) самый высокий уровень хромосомных аберраций, что имеет логическое объяснение, поскольку имеются данные о том, что хромосомные аберрации — адаптивный ответ клетки в ответ на неблагоприятные факторы среды. Получены подтверждения сведениям об адаптивном значении хроматидных поломок хромосом, так как они преобладали в группе со средним значением активности ядрышкообразующих районов хромосом (адаптивная норма) и незначительно представлены в других группах.

Практическая значимость:

Получены новые данные о проявлении Ag-полиморфизма через количественные характеристики белков в мембранах эритроцитов и уровень хромосомных аберраций, которые могут использоваться в прогностических целях практической медицины, а также для обоснования различных теоретических направлений в цитологии и генетике. Полученные результаты расширяют методологическую основу для объяснения механизмов адаптации к действию неблагоприятных факторов у человека. Метод Ag-окрашивания был внедрен в практику медико-генетического консультирования для прогнозирования рождаемости, поскольку выявлено повышение транскрипционной активности ядрышкообразующих районов хромосом в условиях изоляции расстоянием (данные районы обладали высоким процентом рождения детей с врожденными пороками развития, определенным в предыдущем исследовании). Метод Ag-окрашивания был также внедрен в офтальмологическую практику для прогнозирования глаукомы, поскольку, обнаружено, что у данной группы лиц наблюдается высокая транскрипционная активность ядрышкообразующих районов хромосом.

Изучена транскрипционная активность ядрышкообразующих районов в популяции жителей Курской области и ее проявления через количественные показатели белков в мембранах эритроцитов, а также уровень хромосомных аберраций.

Положения, выносимые на защиту:

1. Ag-полиморфизм имеет свои особенности в распространенности среди жителей Курской области, заключающиеся в незначительном присутствии ядрышкообразующих районов с размерами 0 и 4 у .е.

2. Транскрипционная активность ядрышкообразующих районов оказывает влияние на количественное содержание основных белков клеточных мембран эритроцитов и их интеграцию у человека.

3. Уровень хромосомных аберраций у человека и его качественные особенности зависят от суммарной транскрипционной активности ядрышкообразующих районов в клетке.

Апробации и публикации.

Материалы диссертации доложены на второй Российской научно-практической конференции (Орел, 2001), конференциях молодых ученых КГМУ (Курск, 1999 — 2002), заседании регионального общества медицинских генетиков (Курск, 2001), межкафедральном заседании сотрудников КГПУ и КГМУ. По материалам диссертации опубликовано в 25 работ в научных сборниках сессий КГМУ, II (IV) Всероссийского съезда генетиков и межрегиональной сессиии Центрально-Черноземного района.

Объем и структура диссертации Работа изложена на 152 страницах машинописного текста, иллюстрирована 32 таблицами, 18 рисунками и 4 фотографиями. Состоит из введения, 3 глав, заключения, выводов и приложения. Список использованной литературы включает 219 источников, из них 100 отечественных и 119 иностранных.

ВЫВОДЫ:

1. Функциональный Ag-полиморфизм среди жителей Курской области в среднем составил 19.46 у.е. При этом группа с низким количеством lOAgilOP составила 29%, со средним — 41%, а с высоким — 30%. Особенности Ag-полиморфизма у жителей Курской области в условиях изоляции расстоянием заключаются в преобладании у хромосом группы Dядрышкообразующих районов с 1 у.е., а у хромосом группы G — с 3 у.е., а также малым количеством ядрышкообразующих районов размерами с 0 и 4 у.е.

2. Суммарная транскрипционная активность ядрышкообразующих районов хромосом оказывает влияние на количественную представительность основных белков клеточных мембран. Наибольший фенотипический эффект активности ядрышкообразующих районов проявился в количественном содержании белков спектринов и белка полосы 5.

3. Показатели суммарной транскрипционной активности ядрышкообразующих районов сопряжены с количественнными характеристиками практически всех фракций белков в мембранах эритроцитов в общей выборке, кроме белков полос 4.2, 8 и гемоглобина. При этом отсутствуют линейные зависимости между количественным содержанием белков в мембранах эритроцитов и активностью ядрышкообразующих районов.

4. Установлена взаимосвязь функционального Ag-полиморфизма с уровнем хромосомных аберраций у человека. При этом самый низкий уровень хромосомных аберраций наблюдался в группе с высоким количеством lOAg^OP, а самый высокий — в группе со средним количеством.

5. Выявлен высокий уровень сопряженности между активностью ядрышкообразующих районов и показателями хромосомных аберраций в группе со средним количеством 10AgЯOP. Качественные характеристики хромосомных аберраций также зависят от количества lOAg^OP, при этом между этими показателями отсутствуют линейные зависимости.