Хромосомные перестройки изменяют регуляцию генов

Каждая хромосома в интерфазном ядре эукариот занимает определенную территорию. Пространственное расположение хромосом, их взаимодействие и регуляция экспрессии генов зависит от структуры хромосом. Группа ученых из Испании выяснила, что хромосомные перестройки могут влиять на архитектуру ядра и на рекомбинацию, а также снижать фертильность самцов мышей.

Эксперимент проводился на живущих в природе домашних мышах (Mus musculus domesticus), клетки которых имели робертсоновскую транслокацию (Rb). В ходе Rb транслокации происходит перемещение целого плеча с одной акроцентрической хромосомы на другую с образованием метацентрической хромосомы (с равными плечами). В результате изменяется как структура самой хромосомы, так и пространственная организация хромосом в ядре.

При образовании гамет в ходе мейоза происходит кроссинговер, который дает новые сочетания аллелей. В кроссинговере обычно участвуют гомологичные хромосомы, поэтому при наличии Rb транслокации количество перекрестов (кроссоверов) уменьшается. Эксперимент подтвердил, что у мышей с Rb транслокацией количество кроссоверов значительно снизилось.

Rb транслокация влияет на число кроссоверов на плечах хромосом и в гомо-, и в гетерозиготном состоянии. Неожиданно, у гомозиготных Rb-хромосом по сравнению с гетерозиготными на одно плечо приходится меньше перекрестов, при этом кроссоверы происходят на большем расстоянии от центромеры. Ученые предположили, что архитектура хромосом играет ключевую роль в распределении перекрестов.

Также у мышей с Rb транслокацией значительно увеличилось количество неподвижных сперматозоидов и общая смертность сперматозоидов.

Наличие Rb транслокации влияет на фолдинг хромосом, особенно в профазе мейоза I. В постмейотических клетках при Rb транслокации увеличивается число взаимодействий между хромосомами на небольших расстояниях, так как происходит пространственное изменение хромосом рядом с хромоцентром и образование физических преград, которые препятствуют межхромосомным взаимодействиям.

Наличие Rb транслокации в сперматоцитах также увеличивает количество взаимодействий между гетерологичными хромосомами. Интересно, что у мышей это привело к изменению регуляции генов обонятельных и вомероназальных рецепторов.

Таким образом, слияние хромосом и изменение их пространственной структуры в гаметах приводит к уменьшению числа рекомбинаций, изменению расположения хромосом в ядре и снижению фертильности самцов. Помимо этого, наличие Rb транслокации у мышей изменило регуляцию генов, отвечающих за обоняние.