Помощь в учёбе, очень быстро...
Работаем вместе до победы

Пространственная организация хромосомных территорий в ядрах нормальных и анеуплоидных клеток

Диссертация: Пространственная организация хромосомных территорий в ядрах нормальных и анеуплоидных клеток
ДиссертацияПомощь в написанииУзнать стоимостьмоей работы

Продемонстрировано, что при полисомии ХХХХУ изменяются предпочтительные ядерные позиции активной копии X хромосомы и представленной нормальным числом копий хромосомы 1 по сравнению с позициями этих хромосом в нормальных клетках. Установлено, что РНК, присутствующая в составе ядерного матрикса, не оказывает существенного влияния на поддержание специфических позиций хромосом 1 и 19 внутри ядра… Читать ещё >

Содержание

  • ГЛАВА I. ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ Понятие о хромосомных территориях
  • Позиционирование и границы хромосомных территорий
  • Механизмы формирования хромосомных территорий
  • Позиционирование генов внутри XT
  • Компьютерное моделирование XT
  • Общая картина функциональной архитектуры ядра

Пространственная организация хромосомных территорий в ядрах нормальных и анеуплоидных клеток (реферат, курсовая, диплом, контрольная)

В последнее время фокус исследований, посвященных принципам регуляции экспрессии генов, смещается от детального анализа молекулярных механизмов, контролирующих активность отдельных генов, к глобальному изучению общей картины структурно-функциональной организации генома в пространственном и временном отношении. Становится все более и более очевидным, что слаженное и оперативное функционирование генома не может обеспечиваться только регуляторными элементами, присутствующими в линейной ДНК. Огромную роль в регуляции экспрессии генов и реализации генетических программ играют эпигенетические механизмы (метилирование ДНК, модификации гистонов. замещение нормальных гистонов на их вариантные формы) и пространственная организация клеточного ядра. Активное развитие микроскопии и усовершенствование экспериментальных подходов позволили установить, что внутреннее пространство ядра — это не беспорядочная смесь различных составляющих, а четко структурированная система, отдельные компоненты которой связаны друг с другом сложными иерархическими взаимоотношениями.

Хромосомы на любой стадии клеточного цикла представляют собой более или менее компактные структуры, занимающие отдельные не перекрывающиеся друг с другом области ядерного пространства, получившие название хромосомных территорий (ХТ). Хромосомные территории — не просто способ компактной упаковки больших объемов хроматина в ограниченном ядерном пространстве, но и, главным образом, аппарат, наилучшим образом приспособленный для обеспечения слаженного функционирования генома. Динамичная структура хромосомных территорий обеспечивает доставку нужных генов к системам транскрипции, репарации и сплайсинга, в то время как неактивные гены остаются компактно упакованными во внутреннем пространстве хромосомной территории. Локализация генов внутри хромосомной территории, взаимное расположение хромосомных территорий и позиционирование их относительно центра ядра имеют важное значения для проявления активности тех или иных генов.

Хотя последние в последние 15 лет принципы организации хромосомных территорий очень активно изучались, многое еще остается непонятным. Так, согласно многочисленным наблюдениям локализация ХТ внутри ядра определенным образом связана с генной плотностью. Но общие закономерности, определяющие позицию каждой ХТ, пока остаются мало понятными. Да и сами структуры и механизмы, обеспечивающие целостность и надлежащую организацию хромосомных территорий, неизвестны до сих пор.

Настоящая работа посвящена исследованию роли ядерного матрикса в поддержании упорядоченной пространственной организации хромосом в интерфазе клеточного цикла, а также изучению нарушений этой организации, возникающих при появлении дополнительных копий Х-хромосомы.

выводы.

1. Продемонстрировано, что специфическая пространственная организация хромосом в ядрах первичных фибробластов человека поддерживается ядерным матриксом.

2. Установлено, что РНК, присутствующая в составе ядерного матрикса, не оказывает существенного влияния на поддержание специфических позиций хромосом 1 и 19 внутри ядра.

3. Показано, что дополнительные копии Х-хромосомы в ядрах первичных фибробластов человека с полисомией 49, ХХХХУ инактивируются и локализуются на периферии ядра, тогда как активная копия Х-хромосомы располагается существенно ближе к центру ядра.

4. Продемонстрировано, что при полисомии ХХХХУ изменяются предпочтительные ядерные позиции активной копии X хромосомы и представленной нормальным числом копий хромосомы 1 по сравнению с позициями этих хромосом в нормальных клетках.

Показать весь текст

Список литературы

  1. Abranches R., Beven A.F., Aragon-Alcaide L., Shaw P.J. (1998) Transcription sites are not correlated with chromosome territories in wheat nuclei. J Cell Biol. 143(1):5−12.
  2. Barboro P., C. D’Arrigo, M. Mormino, R. Coradeghini, S. Parodi, E. Patrone, C. Balbi (2003) An intranuclear frame for chromatin compartmentalization and higherorder folding. J. Cell. Biochem. 88: 113−120.
  3. Barr M.L. and BertramE.G. (1949) A morphological distinction between neurons of the male and female behavior of the nucleolar satellite during accelerated nucleoprotein synthesis. Nature 163: 676−677.
  4. Belgrader P., A.J. Siegel, R. Berezney, (1991)A comprehensive study on the isolation and characterization of the HeLa S3 nuclear matrix. J. Cell. Sci. 98, Pt 3: 281−291.
  5. Belmont A.S., Bignone F., Ts’o P.O. (1986). The relative intranuclear positions of Barr bodies in XXX non-transformed human fibroblasts. Exp Cell Res. 165(1): 165 179.
  6. Berezney R & Coffey DS (1974) Identification of a nuclear protein matrix. Biochem. Biophys. Res. Commun. 60: 1410−1417.
  7. Berezney R & Coffey DS (1977) Nuclear matrix. Isolation and characterization of a framework structure from rat liver nuclei. J Cell Biol. 73(3):616−637.
  8. Berezney R, Mortillaro MJ, Ma H, Wei X, Samarabandu J. (1995). The nuclear matrix: A structural milieu for genomic function. Int Rev Cytol 162A: l-65
  9. Berrios M., N. Osheroff, P.A. Fischer (1985) In situ localization of DNA topoisomerase II, a major polypeptide component of the Drosophila nuclear matrix fraction. Proc. Natl. Acad. Sei. USA 82 4142−4146.
  10. W.A. & Chubb J.R. (2003). Chromosome position: now, where was I? CurrBiol. 13(9):R357−9.
  11. Bolzer A, Kreth G, Solovei I, Koehler D, Saracoglu K, Fauth C, Muller S, Eils R, Cremer C, Speicher MR, Cremer T. 2005. Three-dimensional maps of all chromosomes in human male fibroblast nuclei and prometaphase rosettes. PLoS Biol 3(5):el57.
  12. , J. & Manuelidis, L. (1988). Movement of the X chromosome in epilepsy. Science 242, 1687−1691.
  13. Bornfleth, H., Edelmann, P., Zink, D., Cremer, T. & Cremer, C. (1999). Quantitative motion analysis of subchromosomal foci in living cells using four-dimensional microscopy. Biophys. J. 77,2871−2886.
  14. Bourque G, Pevzner PA. 2002. Genome-scale evolution: reconstructing gene orders in the ancestral species. Genome Res 12(l):26−36.
  15. T. (1909) Die Blastomerenkerne von Ascaris megalocephala und die Theorie der Chromosomenindividualita’t Arch Zellforsch, 3:181−268.
  16. Boyle S, Gilchrist S, Bridger JM, Mahy NL, Ellis J A, Bickmore WA. 2001. The spatial organization of human chromosomes within the nuclei of normal and emerin-mutant cells. Human Mol Genet 10:211−219.
  17. Brown CJ, Hendrich BD, Rupert JL, Lafreniere RG, Xing Y, Lawrence J, Willard HF. 1992. The human XIST gene: analysis of a 17 kb inactive X-specific RNA that contains conserved repeats and is highly localized within the nucleus. Cell 71(3):527−542.
  18. K.E., Guest S.S., Smale S.T., Hahm K., Merkenschlager M., Fisher A.G. (1997). Association of transcriptionally silent genes with Ikaros complexes at centromeric heterochromatin. Cell. 91(6):845−854.
  19. Carvalho C., Pereira H.M., Ferreira J et al. (2001). Chromosomal G-dark bands determine the spatial organization of centromeric geterochromatin in the nucleus. Mol Biol Cell 12: 3563−3572.
  20. N., Little J.E., Brown D.L. (1985) Localization of nuclear antigens during preparation of nuclear matrices in situ. Can. J. Biochem. Cell Biol. 63,644−653.
  21. Cockerill P. N., W.T. Garrard (1986) Chromosomal loop anchorage of the kappa immunoglobulin gene occurs next to the nenhancer in a region containing topoisomerase II sites Cell 44: 273−282.
  22. Cockerill P.N., M.-H. Yuen, W.T. Garrard (1987) The enhancer of the immunoglobulin heavy chain locus is flanked by presumptive chromosomal loop anchorage elements. J.Biol. Chem. 262: 5394−5397.
  23. Cremer M., von Hase J., Volm T., Brero A., Kreth G., Walter J., Fischer C., Solovei I., Cremer C., Cremer T. (2001). Non-random radial higher-order chromatin arrangements in nuclei of diploid human cells. Chromosome Res. 9(7):541−67.
  24. Cremer T, Cremer C. 2001. Chromosome territories, nuclear architecture and gene regulation in mammalian cells. Nat Rev Genet 2(4):292−301.
  25. t., Dietzel S., Eils R.L., Cremer C. (1995). Chromosome territories, nuclear matrix filaments and nuclear architecture and function. Paper presented at: Kew Chromosome Conference (The Royal Botanical Gardens, Kew, Richmond, Surrey, UK).
  26. Croft JA, Bridger JM, Boyle S, Perry P, Teague P, Bickmore WA. 1999. Differences in the localization and morphology of chromosomes in the human nucleus. J Cell Biol 145(6): 1119−1131.
  27. , A.K. & Henikoff, S. (1998). Large-scale chromosomal movements during interphase progression in Drosophila. J. Cell Biol. 143, 13−22.
  28. De Boni, U. (1994). The interphase nucleus as a dynamic structure. Int. Rev. Cytol. 150, 149−171.
  29. A.F., Broman K.W., Fung J.C., Marshall W.F., Philips J., Agard D.A., Sedat J.W. (1996). Perturbation of nuclear architecture by long-distance chromosome interactions. Cell. 85(5):745−59.
  30. S., Schiebel K., Little G., Edelmann P., Rappold G.A., Eils R., Cremer C., Cremer T. (1999). The 3D positioning of ANT2 and ANT3 genes within female X chromosome territories correlates with gene activity. Exp Cell Res. 252(2):363−75.
  31. Earnshaw, W.C., B. Halligan, C.A. Cooke, M.M.S. Heck, L.F. Liu (1985) Topoisomerase II is a structural component of mitotic chromosome scaffolds. J. Cell. Biol. 100: 1706−1715
  32. Edelmann P., Bornfleth H., Zink D., Cremer T and Cremer C. (2001). Morphology and dynamics of chromosome territories in living cells. Biochim et Biophys Acta 1551, M29-M40.
  33. Ferreira, J., Paolella, G., Ramos, C. & Lamond, A. I. (1997). Spatial organization of large-scale chromatin domains in the nucleus: a magnified view of single chromosome territories. J. Cell Biol 139, 1597−1610.
  34. Fryns JP, Kleczkowska A, Kubien E, Van den Berghe H. 1995. XYY syndrome and other Y chromosome polysomies. Mental status and psychosocial functioning. Genet Corns 6(3): 197−206.
  35. D., Beaudouin J., Kalbfuss B., Daigle N. Eils R., Ellenberg J. (2003). Global chromosome positions are transmitted through mitosis in mammalian cells. Cell. 112(6):751−64.
  36. Gilbert N., Boyle S., Fiegler H" Woodfine K., Carter N.P., Bickmore W.A. (2004). Chromatin architecture of the human genome: gene-rich domains are enriched in open chromatin fibers. Cell. 118(5):555−66.
  37. Habermann FA, Cremer M, Walter J, Kreth G, von Hase J, Bauer K, Wienberg J, Cremer C, Cremer T, Solovei I. 2001. Arrangements of macro- and microchromosomes in chicken cells. Chromosome Res 9(7):569−584.
  38. Hassold TJ, Jacobs PA. 1984. Trisomy in man. Annu Rev Genet 18:69−97.
  39. S. (1997). Nuclear organization and gene expression: homologous pairing and long-range interactions. Curr Opin Cell Biol. 9(3):388−95.
  40. Hentzel, M.J., Decluve, G.P., Davie, J.R. 1991. Histone deacetylase is a component of the internal nuclear matrix. J. Biol. Chem. 266: 21 936−21 942
  41. Hentzel, M.J., Sun, J.M., Chen, H.Y., Rattner, J.B., Davie, J.R. 1994. Hystone acetyltransferase is associated with the nuclear matrix. J. Biol. Chem. 269: 2 289 422 901.
  42. M., Mathog D., Gruenbaum Y., Saumweber H., Sedat J.W. (1986). Spatial organization of chromosomes in the salivary gland nuclei of Drosophila melanogaster. J Cell Biol. 102(1): 112−23.
  43. Iarovaia OV, Bystritskiy A, Ravcheev D, Hancock R, Razin SV. (2004) Visualization of individual DNA loops and a map of loop-domains in the human dystrophin gene. Nucl Acids Res 32:2079−2086.
  44. Jackson, D.A., McCready, S, J. and Cook, P.R. (1984). Replication and transcription depend on attachment of DNA to the nuclear cage. J. Cell. Sci. Suppl. 1. 59−79.
  45. Kanda T, Sullivan KF, Wahl GM. (1998). Histone-GFP fusion protein enables sensitive analysis of chromosome dynamics in living mammalian cells. Curr Biol. 26, 8(7):377−85.
  46. Kim HJ, Kim D, Shin JM, Chung HK, Lee G. 2006. 49, XXXXY syndrome with diabetes mellitus. Horm Res 65(1): 14−17.
  47. S.T. & Groudine M. (2002). The undiscovered country: chromosome territories and the organization of transcription. Dev Cell 2(6):690−2.
  48. Kuroda M, Tanabe H, Yoshida K, Oikawa K, Saito A, Kiyuna T, Mizusawa H, Mukai K. (2004). Alteration of chromosome positioning during adipocyte differentiation. J Cell Sci\l (?X 24):5897−5903.
  49. LaSalle J.M., Lalande M. (1996). Homologous association of oppositely imprinted chromosomal domains. Science. 272(5262):725−8.
  50. Lemaitre J.M., Geraud G., and Mechali M. (1998). Dynamics of the genome during early Xenopus laevis development: karyomeres as independent units of replication. J Cell Biol 142,1159−116.
  51. Lukacs G.L., Haggie P., Seksek 0., Lechardeur D., Freedman N., Verkman A.S. (2000). Size-dependent DNA mobility in cytoplasm and nucleus. J Biol Chem. 275(3): 1625−9.
  52. Lukasova E, S. Kozubek, M. Kozubek, M. Falk, J. Amrichova, The 3D structure of human chromosomes in cell nuclei, Chromosome Res. 10 (2002) 535−548.
  53. M., Chow C.M., Sabbattini P., Georgiou A., Minaee S., Dillon N. (2000). Transcription factor dosage affects changes in higher order chromatin structure associated with activation of a heterochromatic gene. Cell. 103(5):733−43.
  54. MF. (1989). X-chromosome inactivation as a system of gene dosage compensation to regulate gene expression. Prog Nucleic Acid Res Mol Biol 36:119 130.
  55. MF. (1999). X-chromosome inactivation. Curr Biol 9(7):R235−237.
  56. Ma H., Siegel A.J., Berezney R. (1999). Association of chromosome territories with the nuclear matrix. Disruption of human chromosome territories correlates with the release of a subset of nuclear matrix proteins. J Cell Biol. 146(3):531−42.
  57. N.L., Perry P.E., Bickmore W.A. (2002b). Gene density and transcription influence the localization of chromatin outside of chromosome territories detectable by FISH. J Cell Biol. 159(5):753−63.
  58. Mahy N.L., Perry P.E., Gilchrist S" Baldock R.A., Bickmore W.A. (2002a). Spatial organization of active and inactive genes and noncoding DNA within chromosome territories. J Cell Biol. 157(4):579−89.
  59. Manders, E.M., Kimura, H. & Cook, P.R. (1999). Direct imaging of DNA in living cells reveals the dynamics of chromosome formation. J. Cell Biol. 144, 813−821.
  60. , L. (1990). A view of interphase chromosomes. Science 250, 15 331 540.
  61. Mayer R, Brero A, von Hase J, Schroeder T, Cremer T, Dietzel S. (2005). Common themes and cell type specific variations of higher order chromatin arrangements in the mouse. BMC Cell Biol 6:44.
  62. McCready SJ, Akrigg A, Cook PR (1979) Electron-microscopy of intact nuclear DNA from human cells. J Cell Sci 39: 53−62
  63. Mirkovitch J., M.-E. Mirault, U.K. Laemmli, (1984) Organization of the higherorder chromatin loop: specific DNA attachement sites on nuclear scaffold. Cell 39 223−232.
  64. T. (2001). Protein dynamics implications for nuclear architechture and gene expression. Science 291, 813−817.
  65. Mongelard F., Vourc’h C., Robert-Nicoud M. and Usson Y. (1999). Quantitative assessment of the alteration of chromatin during the course of FISH procedures. Cytometry 36:96−101.
  66. Murphy WJ, Stanyon R, O’Brien SJ. (2001). Evolution of mammalian genome organization inferred from comparative gene mapping. Genome Biol 2(6):237−242.
  67. Nagele RG, Freeman T, Fazekas J, Lee KM, Thomson Z, et al. (1998) Chromosome spatial order in human cells: Evidence for early origin and faithful propagation. Chromosoma 107: 330−338.
  68. Nagele RG, Freeman T, McMorrow L, Lee HY (1995) Precise spatial positioning of chromosomes during prometaphase: Evidence for chromosomal order. Science 270: 1831−1835.
  69. Newberger DS, Blyth SA. (2003). Hypothermia and phenytoin toxicity. Clin Neuropharmacol 26(4): 172−173.
  70. J. (2001) Experimental observations of a nuclear matrix, J. Cell. Sci. 114 463−474.
  71. Nickerson J., G. Krochmalnic, K.M. Wan, S. Penman (1989) Chromatin architecture and nuclear RNA, Proc. Natl. Acad. Sei. USA 86: 177−181.
  72. Parada LA, Roix JJ, Misteli T (2003) An uncertainty principle in chromosome positioning. Trends Cell Biol 13: 393−396.
  73. C. (1885). Uber Zellteilung. In Morphologisches Jahrbuch, G. C., ed., pp. 214 258.
  74. S. (1994) X chromosome inactivation and the Xist gene. Curr Opin Genet Dev 4(2):292−297.
  75. S.V., Petrov A., Hair A., Vassetzky Y.S. (2004). Chromatin domains and territories: flexibly rigid. Crit Rev Eukaryot Gene Expr. 14(l-2):79−88
  76. Razin, S.V. and Yarovaya, O.V. (1985). Initiated complexes of RNA polymerase II are concentrated in the nuclear skeleton associated DNA. Exp. Cell Res. 158: 273 275.
  77. , S.V., Gromova I.I. (1995) The channels model of the nuclear matrix structure. Bioessays 17:443−450.
  78. Rzeszowska-Wolny J, Razin S, Puvion E, Moreau J, Scherrer K (1988) Isolation and characterization of stable nuclear matrix preparations and associated DNA from avian erythroblasts. Biol. Cell. 64: 13−22.
  79. Schardin M., T. Cremer, H.D. Hager, M. Lang (1985) Specific staining of human chromosomes in Chinese hamster x man hybrid cell lines demonstrates interphase chromosome territories. Hum. Genet. 71: 281−287.
  80. R.H. & Green M.R. (1997). Compartmentalization of eukaryotic gene expression: causes and effects. Cell. 91(3):291−4.
  81. Stack, S.M., Brown, D.B. & Dewey. W.C. (1977). Visualization of interphase chromosomes. J. Cell Sei. 26, 281−299.
  82. Stadler S, Schnapp V, Mayer R, Stein S, Cremer C, Bonifer C, Cremer T, Dietzel S. (2004). The architecture of chicken chromosome territories changes during differentiation. BMC Cell Biol 5(1):44.
  83. M., Deppert W. (1984) Preparation of nuclear matrices from cultured cells: subfractionation of nuclei in situ. J. Cell. Biol. 98, 1886−1894.
  84. Sun H.B., Shen J., Yokota H. (2000). Size-dependent positioning of human chromosomes in interphase nuclei. Biophys J. 79(1): 184−90.
  85. Swerdlow AJ, Hermon C, Jacobs PA, Alberman E, Beral V, Daker M, Fordyce A, Youings S. (2001). Mortality and cancer incidence in persons with numerical sex chromosome abnormalities: a cohort study. Ann Hum Genet 65(Pt 2): 177−188.
  86. Tajbakhsh J., Luz H., Bornfleth H., Lampel S., Cremer C., Lichter P. (2000). Spatial distribution of GC- and AT-rich DNA sequences within human chromosome territories. Exp Cell Res. 255(2):229−37.
  87. Tanabe H, Habermann F.A., Solovei I., Cremer M., Cremer T. (2002). Non-random radial arrangements of interphase chromosome territories: evolutionary considerations and functional implications. Mutat Res. 25−504(l-2):37−45. ???
  88. Verheijen R, Kuijpers H, Vooijs P, van Venrooij W, Ramaekers F (1986) Protein composition of nuclear matrix preparations from HeLa cells: an immunochemical approach. J Cell Sci. 80: 103−22.
  89. Verheijen R, van Venrooij W, Ramaekers F (1988) The nuclear matrix: structure and composition. J Cell Sci. 90:11 -36.
  90. A.E., Jaunin F., Fakan S., Aten J.A. (2000). High resolution analysis of interphase chromosome domains. J Cell Sci. 113 (Pt 14):2585−93.
  91. J., Schermelleh L., Cremer M., Tashiro S., Cremer T. (2003). Chromosome order in HeLa cells changes during mitosis and early Gl, but is stably maintained during subsequent interphase stages. J Cell Biol. 160(5):685−97.
  92. Wattendorf DJ, Muenke M. (2005) Klinefelter syndrome. Am Fam Physician 72(11): 2259−2262.
  93. Weierich C., Brero A., Stein S., von Hase J., Cremer C., Cremer T. & Solovei I. (2003). Three-dimensional arrangements of centromeres and telomeres in nuclei of human and murine lymphocytes. Chromosome Res. 11: 485−502.
  94. H.F. (1985). Chromosome-specific organization of human alpha satellite DNA. Am J Hum Genet. 37(3):524−32.
  95. R.R., Broad S., Sheer D., Ragoussis J. (2002). Subchromosomal positioning of the epidermal differentiation complex (EDC) in keratinocyte and lymphoblast interphase nuclei. Exp Cell Res. 272(2): 163−75.
  96. Zink, D. et al. (1998).Structure and dynamics of human interphase chromosome territories in vivo. Hum. Genet. 102, 241−251.
  97. Zink, D., Bornfleth, H., Visser, A., Cremer, C. & Cremer, T. (1999). Organization of early and late replicating DNA in human chromosome territories. Exp. Cell Res. 247,176−188.
  98. R.M., Mathieu U.R., Kurz A., Cremer T., Lichter P. (1993). Evidence for a nuclear compartment of transcription and splicing located at chromosome domain boundaries. Chromosome Res. 1(2):93−106.
  99. Zirbel R.M., U.R. Mathieu, A. Kurz, T. Cremer, P. Lichter (1993) Evidence for a nuclear compartment of transcription and splicing located at chromosome domain boundaries, Chromosome Res. 1: 93−106.
  100. Zorn, C., Cremer, C., Cremer, T. & Zimmer, J. (1979). Unscheduled DNA synthesis after partial UV irradiation of the cell nucleus. Distribution in interphase and metaphase. Exp. Cell Res. 124: 111−119.
Заполнить форму текущей работой

Пора сдавать?