5. Эпигенетическая память

Известно, что в развитии позвоночных имеют место два рода эпигенетических модификаций генома. Это метилированный цитоцин во многих участках ДНК, где имеется CpG, и разнообразные модификации «хвостов» гистонов. Эти изменения приобретаются в ходе гаметогенеза и раннего развития и тесно связаны с активностью или неактивностью генов. Поэтому можно было ожидать, что эти эпигенетические модификации подвергнутся реверсии в результате пересадки ядра, а если нет, то могут помочь объяснить некоторые дефекты развития эмбрионов, полученных в результате трансплантации ядер.

У амфибий некоторое понимание деметилирования ДНК было достигнуто в экспериментах, где ядра соматических клеток млекопитающих были инъецированы в ооциты Xenopus (Simonsson and Gurdon, 2004). Промотор Oct-4 мышей метилирован в клетках взрослого тимуса, где Oct-4 не экспрессируется. Однако, когда ядра тимуса были инъецированы в ооциты, этот промоторный район, но не энхансерный район регуляторной части этого гена, был деметилирован. Этот результат показывает избирательный характер процесса деметилирования. Когда были инъецированы целые ядра, деметилирование ДНК, по-видимому, предшествовало индуцированной транскрипции Oct-4. Весьма вероятно, что активность ДНК-деметилазы является специальным свойством ооцитов (см. выше) и что деметилирование промоторной ДНК репрессированных в развитии генов может также быть важным и необходимым этапом, когда ядра соматических клеток репрограммируются в экспериментах с пересадкой ядер в яйцеклетки. Изменения в модификациях гистонов пока еще не были исследованы в экспериментах по пересадкам ядер у амфибий.

Эксперимент по пересадкам ядер у амфибий, поставленный по другой схеме, показал, что реверсия эпигенетического состояния соматических клеток никоим образом не наблюдается всегда. Ввиду невозможности получить ядерных трансплантантов у R. pipiens, даже от клеток-доноров с ранней стадии хвостовой почки (см выше), Бриггс и Кинг (Briggs and King, 1957) задались вопросом, не отражает ли морфология аномальных эмбрионов их происхождение; они описали предпочтительное выживание эндодермальных тканей у эмбрионов эндодермального ядерного происхождения и назвали это «эндодермальным синдромом». Указывалось, однако, что эндодерма дифференцируется позже, чем другие зародышевые листки, и что этим можно было бы объяснить ее лучшее выживание (Gurdon, 1963). Действительно, Симнет (Simnet, 1964) сообщил, что эмбрионы-трансплантаты нейрального происхождения также обнаруживали такое же предпочтительное выживание их эндодермы. Тот же вопрос недавно был снова исследован с использованием специфичных для клеточного типа маркерных генов. В этих опытах (Ng and Gurdon, 2005) ядра из клеток нейроэктодермы или эндодермы, уже экспрессирующих специфичные для клеточного типа маркеры Sox2 или эндодермин, соответственно, трансплантировали в денуклеированные яйцеклетки; получившиеся в результате эмбрионы-трансплантанты были разделены на нейроэктодермальную или эндодермальную части, и эти части были протестированы на те же маркеры, Sox2 или эндодермин (рис. 22.8 и табл. 22.4). Оказалось, что оба гена преимущественно экспрессировались в клетках «не своего» типа. Например, более половины эмбрионов нейроэктодермального происхождения обнаружили суперэкспрессию нейрального маркера Sox2 в своих эктодермальных клетках. У некоторых клонированных эмбрионов не было снижения уровня экспрессии гена Sox2 по сравнению с уровнем донорских клеток. Трансплантированные ядра, как и ядра нормальных эмбрионов, были совершенно неактивными в отношении транскрипции вплоть до стадии бластулы. Следовательно, как это ни удивительно, активное состояние генной транскрипции, установившееся в ходе клеточной дифференцировки, может поддерживаться в клонированных эмбрионах при полном отсутствии условий, которые индуцировали этот ген на протяжении более 12 митотических клеточных делений (от яйцеклетки до бластулы). Этот поразительный пример эпигенетической памяти наблюдается лишь у некоторых эмбрионов-трансплантатов, но полностью отсутствует у других, у которых экспрессия гена была успешно репрограммирована.

^{Рис. 22.8. Схема эксперимента по тестированию эпигенетической памяти об экспрессии генов, специфичной для данного клеточного типа}

^{Донорские ядра берутся из клеток эндодермы (стадия 21) или нейроэктодермы (стадия 26). Получающиеся в результате пересадки ядер эмбрионы обычно формируют частичную бластулу, нормально дробившиеся части которой разделяют на будущие нейроэктодермальные или эндодермальные участки и анализируют по экспрессии генов. См. табл. 22.4 (перепечатано, с любезного разрешения, из Ng and Gurdon, 2005)}

^{Табл. 22.4. Эпигенетическая память о клеточно-специфичной экспрессии генов}

^{В процентах представлена доля эмбрионов, полученных путем трансплантации ядер (каждый тестировался методом RT-PCR индивидуально), экспрессирующих гены Edd и Sox2 в два и более раза интенсивней нормального (или фонового) уровня (данные из NG and Gurdon, 2005)}