Синаптонемный комплекс как индикатор хромосомной изменчивости

• Автор: Коломией, Оксана Леонидовна
• Шифр специальности: 03.00.15
• Научная степень: Докторская
• Год защиты: 1998
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 62 с. : ил.; 20х15 см

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ
Актуальность проблемы. Синапсис гомологичных хромосом — ключевое событие профазы I мейоза, обеспечивающее кроссинговср и формирование хиазм. Не менее важным событием профазы 1 мейоза явля-
РТО ст ТТРРТтОПР ТЯГ Г» ГТППТТРРР ПиЛАаТТТТШ DVTTQTT О 1ЛАЛПТ1/>иТО>
VXV/l /ljL/VJ.WV»Wa»i JlJ ALt/J, JJ I'VV/V i M-
цию, сегрегацию гомологов и последующее сбалансированное распределение генетического материала в гаметах.
Синапсис, рекомбинация и десинапсис хромосом — процессы, связанные с функционированием синаптонемного комплекса (СК) — специфической структуры, располагающейся между двумя гомологичными хромосомами в профазе I мейоза.
СК был открыт Moses (1956). Первоначально методом исследования С К был электронно-микроскопический анализ и реконструкция ульт-ратснккх срезов, выявивший больше сходства, чем различий, в структуре СК у представителей весьма отдаленных систематических групп. СК обнаружены у представителей всех царств эукариот: животных, растений и грибов (Moses, 1958; von Weitstem et al., 1984). Эволюционная консервативность CK подтверждена данными биохимических и им-муноцитохимических исследований (Moens, 1992; Sato et. al., 1995).
В совокупности накопленные сведения позволяют рассматривать СК как древнейшее прогрессивное морфофизиологическое приобретение, возникшее на заре эволюции эукариот и сохранившее свое значение во всех систематических группах эукариот от простейших, появившихся в протерозое, до современных форм млекопитающих, появившихся в кайнозое.
В 1973 г. Counce & Meyer предложили новый метод анализа мейоти-ческих хромосом в профазе I мейоза, заключающийся в распластывании мейотических хромосом на поверхности гипотонического раствора -с последующим контрастированием и анализом поведения осевых элементов хромосом и СК. С К является своеобразным скелетом мейоти-ческого бивалента, поэтому конфигурация осевых элементов, приобретающих роль боковых элементов в структуре СК, служит парадигмой поведения гомологов''на стадии профазы I мейоза. На основе метода, л.-йдложенного Counce & Meyer, удается проследить все детали фор- Дарования осевых элементов, начало их физического сближения и си-|псиса на стадии зизготекы, синапсис и его коррекцию у гетерозигот Ф хромосомным перестройкам на стадии пахитены и динамику деси-цсиса хромосом на стадии диплотены.
Структурные изменения хромосом играют важную роль в мейоти-
хихи постмейотических процессах. Многочисленные данные свиде- лзуют о том, что события, определяющие эволюцию кариотипа, .ты с презиготической селекцией (Демин и др., 1978). На основе за СК в распластанных препаратах были сделаны фундаменталь- пкрытия современной цитогенетики: открыто явление синапти-

ческой пригонки у гетерозигот по инверсиям и дупликациям (Moses & Роогтап,1984) и явление ареста и селекции клеток на стадии пахите-ны (Forejt et al.,1981), вскрыты причины нарушения гаметогенеза на стадии профазы I у анеуплоидов и отдаленных гибридов. Получены данные, позволяющие прогнозировать влияние гетерозиготности по хромосомным перестройкам на фертильность человека, животных и растений (Navarro et ai.,1981; Chandiey, 1982; Федотова и др., 1991), доказана зависимость интерференции кроссинговера от непрерывности СК в биваленте (Моем, 1985; Бородин. 1992; Горлов. 1993; Maguire. 1996).
Формирование СК находится под контролем генов мейоза. Анализ СК растений позволил во многих случаях точно идентифицировать истинную природу мутаций, имеющих одинаковый или близкий фенотипический эффект (Федотова, 1988; Гребенникова, Голубовская, 1991 и др.).
В последние годы возрос интерес к биохимии и молекулярной организации С К (Rose eta!., 1990; Dobson et a!., 1994; Moens,!994; Heyting,1996). Однако при всем обилии данных о молекулярной организации С К вопрос о закономерностях реорганизации и роли отдельных структурных компонентов СК в процессе синапсиеа хромосом остается неясным, а судьба осевых элементов хромосом на стадии поздней диплотены практически не обсуждалась: признанным оставалось представление об их деструкции (Holm, 1986).
Успехи, достигнутые цитогенетикой на основе анализа СК, свидетельствуют о перспективности использования этого метода для изучения хромосомной изменчивости, механизмов дифференциального воспроизведения генотипов и эволюции кариотипов. Этот метод нашел применение для решения актуальных проблем генетической безопасности (Allen et al.,1982).
Описанный круг проблем определил цели и задачи настоящей работы.
Цели и задачи исследования. Основной целью настоящей работы было исследование закономерностей синапсиеа хромосом в профазе 1 мейоза и выявление таких деталей структуры и поведения осевых элементов хромосом и СК, которые могут служить маркерами хромосомной изменчивости и свидетельствовать о презиготической селекции и нарушений фертильности. Кроме того, были проведены иммуноцито-химические исследования, целью которых было выяснение вопросов о структурной организации СК, динамике изменения структурных компонентов СК в течение профазы I мейоза и эволюционной консервативности структурных компонентов С К.
Конкретные задачи исследования состояли в следующем.
1. Исследовать закономерности синапсиеа хромосом у гетерозигот по хромосомным тран с локациям, в том числе у гетерозигот по микроаберрациям.

мосомы выявляются в 94,8%, а на стадиях диакинеза-Ml в 55% клеток.
Только на электронно-микроскопическом уровне удалось идентифицировать инверсионные петли и гетероморфные биваленты. Возможность определения характера транслокации и ее роли в снижении плодовитости самцов также являются преимуществом метода анализа СК.
У семи самцов крыс, перенесших семидневный полет на биоспуг-нике “ Космос-1667"' не выявлено никаких аномалий структуры С К, что совпадает с отсутствием нарушения в весе, структуре семенников
XX ПА17ПЛттгь,гт'тжт>и/-т1 РЯЛЛТТГМ? /1 1
~ гVllrvУ ™ ~
IV. ПАТОЛОГИЯ СПЕРМАТОГЕНЕЗА И СНИЖЕНИЕ
ФЕРТИЛЬНОСТИ У МУЖЧИН С НОРМАЛЬНЫМ КАРИОТИПОМ {40, XY) /17, 30, 42, 44, 48, 49
Выяснение причин нарушения сперматогенеза у лиц с нормальным кариотипом, как правило, является сложной задачей. Более чем у 50% лиц с мужским бесплодием причина нарушения сперматогенеза либо не установлена, либо определена частично (Hudson et а}., 1986; Тер-Аванесов и др., 1988; Курило, 1989, 1996). Патология сперматогенеза вплоть до полного блока на уровне сперматогониев может быть обусловлена нарушениями эндокринной, нервной и иммунной систем, являться следствием травмы, инфекции, стресса, анатомических нарушений в яичках (Pepperel! et al., 1986; Chrstie, 1986). Известно, что воздействие ряда химических факторов, в том числе ряда медикаментозных средств, может приводить к нарушению синапсиса хромосом (Allen et al., 1988).
Значительную роль в патологии сперматогенеза играют хромосомные перестройки. Использование методов дифференциального окрашивания хромосом лимфоцитов периферической крови позволяет выявить нарушения кариотипа у 2,2—20% пациентов, обратившихся по поводу бесплодия (Templado et ai., 1980; Kumar et al., 1986). Аналогичное исследование мейотических клеток позволяет обнаружить хромосомные нарушения еще у 2% больных, у которых хромосомные нарушения затрагивают линию половых клеток (Борджадзе, Прокофьева- Бельговская, 1971; Templado et al., 1980; Jagiello & Fang, 1982; Курило, 1993, 1995).
Среди мужчин с азооспермией 1/8 часть составляют пациенты со сформированной de novo делецией (500 kb) Y хромосомы, в районе Yq, в котором идентифицирован ген DAS (Delected in Azoospermia). У мужчин нуль-мутация гена DAS выражается в разной степени поражения сперматогенеза: в просвете канальцев семенника обнаруживаются только клетки Сертоли, а иногда сперматотнии и сперматоциты I на стадии профазы I мейоза (Eberhart et al., 1996).
Сложнейшими для установления причин бесплодия являются случаи нарушения сперхматогенеза у лиц с нормальным (46, ХУ) кариотипом как соматических, так и генеративных клеток. По данным Vidal et al. (1982),