Синдром гибридного дисгенеза

Механизм регуляции транспозиций P-элемента в дисгенных скрещиваниях еще не понят полностью. На непродолжительный срок (несколько поколений) эта регуляция наследуется по материнской линии, но на более длительный срок определяется хромосомно, самими P-элементами. Такой тип регуляции в клетках зародышевой линии именуется P-цитотипом, ее отсутствие обозначается как M-цитотип. Модель, предложенная для объяснения принципов детерминации и наследования P-цитотипа, основана на альтернативном сплайсинге пре-мРНК P-элемента на уровне 2-3 интрона. Этот альтернативный сплайсинг определяет продукцию транспозазы или репрессора. Сплайсинг зависит от концентрации пре-мРНК P-элемента, будучи менее эффективен, когда концентрация низкая (O'Hare et al., 1992). В P-цитотипе промотор P-элемента репрессирован, что ведет к низкой концентрации пре-мРНК и к синтезу репрессорного белка. Наоборот, в дисгенных условиях P-промотор не репрессирован, что ведет к высокой концентрации пре-мРНК и к синтезу транспозазы. Эта модель была первоначально подтверждена генетическими методами (Lemaitre et al., 1993) и затем данными молекулярного анализа (Roche et al., 1995). Репрессионная способность P-элемента зависит также от структуры и положения в геноме (Ronsseray et al., 1997).

Высокий уровень регуляции перемещений P-элемента предполагает высокую чувствительность P-M системы гибридного дисгенеза к действию ДНК-повреждающих факторов и к нарушениям в процессах репарации. Действительно, это подтверждается многочисленными экспериментальными факторами. Показано, что облучение влияет на эффекты транспозиций P-элемента в условиях гибридного дисгенеза, что повышает выход рецессивных и доминантных летальных мутаций (Margulies et al., 1986, 1987). Наблюдаемый при этом эффект синергичного действия облучения и активности транспозона, вероятнее всего, связан с индукцией этими двумя факторами однотипных повреждений ДНК, а именно, двунитевых разрывов. Способность P-элемента вызывать такие серьезные повреждения ДНК, а также активность на премейотических стадиях развития яйцеклеток, обусловливает повышенный интерес к вопросу о функционировании P-M системы гибридного дисгенеза в условиях нарушения репарации. Особое значение могут иметь мутации в генах mei-9+ и mei-41+, контролирующих одновременно мейотическую рекомбинацию и репарацию (Sekelsky et al., 1998). При исследовании системы транспозиций в условиях гибридного дисгенеза у линий с мутациями генов репарации mei-9+, mei-41+ и mus101+ не наблюдали видимого эффекта на уровень рекомбинации у самцов и инсерционный мутагенез (Slatko et al., 1984). Мутации mei-41 и mus101 имели продленный эффект на нерасхождение хромосом и эмбриональную смертность, усиливая их, присутствие мутации mei-41 значительно снижало появление хромосом с P-элементами. Эти эффекты наблюдали только у мух с M-цитотипом, что демонстрирует их обусловленность синдромом гибридного дисгенеза. На основании этих результатов сделан вывод, что дефекты в процессе пострепликативной репарации (мутация mei-41) усиливают те из проявлений гибридного дисгенеза, которым сопутствуют события клеточной гибели и доминантной летальности (Slatko et al., 1984). Однако, ни пострепликативная репарация (мутация mei-41) ни эксцизионная репарация (мутация mei-9) не влияют на уровень рекомбинации у самцов и частоту инсерций. В то же время показано, что в присутствии мутаций mei-9 и mei-41 резко повышается уровень индуцированных гибридным дисгенезом видимых мутаций, в том числе, в локусе singed (Eeken, Sobels, 1981). Важность путей пострепликативной и эксцизионной репарации для репарации повреждений, индуцируемых при транспозициях P-элемента, подтверждается исследованием уровня стерильности в скрещиваниях с использованием линий mei-9 и mei-41 (Margulies, 1990). Показано, что при скрещивании мух, имеющих нарушение системы репарации, с мухами, имеющими активные P-элементы в геноме, наблюдается высокий уровень термочувствительной стерильности, низкая плодовитость и преждевременное старение клеток зародышевой линии самцов (Margulies, 1990).

Следующая из рассматриваемых систем гибридного дисгенеза связана с активностью hobo-элемента (Yannopoulos et al., 1987). Hobo-элемент перемещается через образование ДНК-посредника и принадлежит к семейству hobo-Ac-Tam3 (hAT) (Calvi et al., 1991). Полный hobo-элемент имеет длину 2959 п.н. (Blackman et al., 1989). Он несет два инвертированных концевых повтора по 12 п.н. и образует дупликацию в сайте инсерции размером 8 п.н. (McGinnis, 1983). Транспозиции hobo-элемента в H-E системе гибридного дисгенеза специфичны для клеток зародышевого пути, хотя может наблюдаться слабая активность hobo в соматических тканях эмбрионов (Calvi, Gelbart, 1994; Handler, Gomez 1995). Подобно P-элементу, активность hobo ограничена зародышевыми клетками из-за отсутствия транспозазы в соматических тканях. Однако, в отличие от P-элемента, тканеспецифическая транспозиция hobo регулируется выработкой транспозазы на уровне транскрипции (Calvi, Gelbart, 1994).