Изменение архитектуры ядер при развитии трофоцитов яичникову видов Drosophila подгруппы Melanogaster | Вестн. Том. гос. ун-та. 2007. № 301.

Изменение архитектуры ядер при развитии трофоцитов яичникову видов Drosophila подгруппы Melanogaster

Выявлены изменения морфологии хромосом и архитектуры ядер трофоцитов, связанные с ростом ядрышка при развитии трофоцитов яичников у видов D. mauritiana, D. melanogaster, D. simulans, D. orenа и межвидовых гибридов D. simulans х D. mauritiana. Видоспецифичность взаиморасположения хромосом в ядрах трофоцитов у изученных видов выявляется на определенной стадии развития трофоцита (стадия удлиненных политенных хромосом). Несмотря на изменение морфологии первичных политенных хромосом в процессе развития трофоцита, сохраняются общие принципы их взаиморасположения у всех видов подгруппы melanogaster.

Changing in nuclear architecture during ovarian nurse cells developmentof Drosophila Melanogaster subgroup species .pdf В процессе изучения архитектуры интерфазного ядра рядом исследователей [1-3] было показано, что ядро не является "жесткой" и статичной структурой, напротив, подвержено определенной хромосомной динамике. Было выявлено, что в некоторых случаях перемещение хрома-тиновых доменов может быть связано с функционированием ядрышка [3]. Известно, что нутриментарный тип оогенеза, имеющий место у Diptera, характеризуется тем, что функцию синтеза основной массы рибосомальной РНК, необходимой для развития зародыша, берут на себя трофоциты (тогда как ооциты неактивны в этом отношении), поэтому в них активно функционирует ядрышко [4]. В связи с этим объектом нашего исследования являлась организация ядер трофоцитов Drosophila, а именно: изменения морфологии первичных политенных хромосом и архитектуры ядер трофоцитов яичников, связанные с ростом ядрышка, у некоторых видов подгруппы melano-gaster, а также у межвидовых гибридов.МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫВ работе были использованы следующие виды подгруппы Drosophila melanogaster комплекса melanogaster: D. melanogaster (лабораторная линия Canton S), D. si-mulans, D. mauritiana; подгруппы D. melanogaster комплекса yakuba: D. orena, любезно предоставленная F. Le-meunier (Laboratoire Populations, Geґneґtique et Evolution, UPR CNRS, Gif-sur-Yvette, Франция).Цитологические препараты. Яичники 1-1,5-су-точных самок Drosophila выделяли в 0,7% физрастворе NaCl и фиксировали в этанол-уксусной смеси (3:1). Воздушно-сухие давленые препараты готовили по стандартной методике [5], в которую были внесены некоторые изменения, подобранные для используемого объекта экспериментально.Ag-окраска. Применялся упрощенный метод Ag-окрашивания с использованием только инкубации в растворе азотно-кислого серебра [5]. Для анализа окрашенных препаратов и регистрации результатов использовали микроскоп Laboval (увеличение 10х100), фотонасадку и фотокамеру Olympus.Получение межвидовых гибридов. Было поставлено скрещивание внутри подгруппы melanogaster, ♀ D. simulans x ♂ D. mauritiana.Мухи содержались на стандартной агаро-дрожжевой среде. Для скрещивания использовалась схема 10♀ x 10♂.РЕЗУЛЬТАТЫ Архитектура ядер трофоцитов D. melanogasterРанее было установлено, что хромосомы в ядрах трофоцитов D. melanogaster (и ее линии Canton S) не имеют общего хромоцентра и полярной ориентации, все плечи хромосом прицентромерными районами связаны с оболочкой ядра [6].С помощью Ag-окрашивания было обнаружено, что наряду со связью плеч первичных политенных хромосом с ядерной мембраной выявляются тяжи, связывающие их с ядрышковым материалом (рис. 1). Несмотря на то что у всех видов подгруппы D. melanogaster ядрышкообразую-щей является Х-хромосома [7], были выявлены хромати-новые тяжи, связывающие прицентромерные районы плеч хромосом 2 и 3 с ядрышком (рис. 1, б-е).На протяжении эндоцикла было выявлено, что на более ранних стадиях (стадия тонких первичных политен-ных хромосом), когда ядрышко относительно небольшого размера, контактов хромосом 2 и 3 с ядрышком не обнаруживается, с ним связана только Х-хромосома (рис. 1, а). На более поздних стадиях все хромосомы контактируют с ядрышком (рис. 1, б-е), однако часть хроматиновых тяжей по-прежнему связана с мембраной ядра (рис. 1, б).Таким образом, на всех стадиях функционирования ядер трофоцитов D. melanogaster хромосомы сохраняют связь с оболочкой ядра. Однако на определенных стадиях эндоредупликации можно наблюдать возникновение контактов плеч хромосом 2 и 3, не являющихся ядрышкообразующими, с ядрышковым материалом.Архитектура ядер трофоцитов D. mauritianaПоказано, что видоспецифичность ядер трофоцитов у D. mauritiana выявляется на определенной стадии эндоцикла, на последующих стадиях наблюдается определенная динамика хромосомных плеч в пространстве ядра. На стадии удлиненных хромосом хромосома 3 имеет объединенные в центромерном районе плечи, которые в прицентромерном районе расконъюгирова-ны, и гомологи в прицентромерном районе содержат яркие гетерохроматические блоки. В отличие от других видов этого комплекса, у D. maurutiana хромосома 4 не входит в центромерную область хромосомы 3. Плечи хромосомы 2 не рассредоточены и имеют перетяжку в прицентромерном районе [6] (рис. 2, а).222Затем происходят следующие изменения морфологии хромосом: декомпактизация прицентромерного гетерохроматинового блока хромосомы 3 (рис. 2, б), декомпактизуется второй блок, и плечи хромосом разобщаются в прицентромерном районе (рис. 2, в). Далее незначительной деконденсации подвергается при-центромерный блок гетерохроматина хромосомы 2. На этой стадии на месте блоков визуализируются тонкие хроматиновые тяжи, отходящие от хромосомных плеч (рис. 2, г). Все хромосомные плечи затем разобщаются (рис. 2, д`), что особенно хорошо заметно на стадии компактных хромосом (рис. 2, е`).Рис. 1. Первичные политенные хромосомы ядер трофоцитов яичников Drosophila melanogaster (линия Canton S). Окрашивание азотно-кислым серебром: N - ядрышко, Х-ХL - плечо; стрелками показаны прикрепления к оболочке ядраРис. 2. Первичные политенные хромосомы D. Mauritiana: а-е - лактоацетоорсеиновое окрашивание;а`-е` - Ag-окрашивание; стрелками указаны гетерохроматиновые блоки и разрывы плеч;N - ядрышко, Х-ХL - плечо; цифрами обозначены соответствующие хромосомы223Архитектура ядер трофоцитов D. simulansПри анализе окрашенных серебром препаратов было обнаружено, что подобные изменения морфологии хромосом связаны с формированием связи хромосом с ядрышком. На ранних стадиях с ядрышком связана только Х-хромосома (рис. 2, а`). Деконденсация гетерохроматиновых блоков, наблюдаемая далее, происходит одновременно с появлением ядрышкового материала между плечами хромосом (сначала 3, затем 2) (рис. 2, б`, в`). Плечи хромосом разобщаются, хромати-новые тяжи связывают хромосомы с материалом яд-рышка (рис. 2, г`, д`). На стадии компактных хромосом все хромосомные плечи прицентромерными районами контактируют с ядрышком (рис. 2, е`).У D. simulans плечи хромосом рассредоточены в пространстве ядра (рис. 3, а), прицентромерные районы не образуют локальный хромоцентр, а объединены между собой тонким хроматиновым тяжем (рис. 3, б). Хромосома 4 связана с центромерной областью хромосомы 3 [6].При анализе окрашенных серебром препаратов оказалось, что ядрышко контактирует либо с отдельными хромосомами (рис. 3, а`), либо с хроматиновым тяжем, связывающим между собой все хромосомы (рис. 3, б`).Рис. 3. Первичные политенные хромосомы ядер трофоцитов D. simulans: а, б - лактоацетоорсеиновое окрашивание; а`, б`- Ag-окрашивание; стрелкой указан гетерохроматиновый тяж,объединяющий хромосомные плечиАрхитектура ядер трофоцитов межвидовых гибридов D. simulans х D. mauritianaУ межвидовых гибридов D. simulans х D. mauritiana наблюдается полное или частичное асинаптирование хромосомных плеч. На лактооцетоорсеиновых препаратах на более ранней стадии эндоцикла (тонкие удлиненные хромосомы) гомеологи имеют незначительный асинапсис, который чаще наблюдается в прицентро-мерных районах (рис. 4, а). На более поздних стадиях хромосомы часто асинаптируют по всей длине хромо-сомных плеч или даже разобщены в пространстве ядра (рис. 4, б-г).С помощью Ag-окрашивания было обнаружено, что на стадии тонких хромосом ядрышко цельное (рис. 4, а`). Затем, при увеличении асинапсиса гомео-логов, ядрышко приобретает неправильную форму, позднее происходит разрыв (фрагментация) материала ядрышка (рис. 4, б`, в`). На стадии компактных хромосом гомеологи разобщены в пространстве ядра, прослеживается связь отдельных фрагментов ядрышка с неспаренными гомеологами (рис. 4, г`).224Рис. 4. Архитектура ядер у гибридов D. simulans x D. mauritiana в процессе развития трофоцита:ранние стадии; а-г - лактоацетоорсеиновое окрашивание; а`-г` - Ag-окрашивание;стрелками обозначены асинапсисы хромосомных плеч; N - ядрышкоАрхитектура ядер трофоцитов D. orenaD. orena - единственный вид из подгруппы melanogaster, который имеет хромоцентральную организацию хромосом в ядрах трофоцитов, подобную организациии хромосом в ядрах слюнных желез, - с большим гетерохроматиновым блоком в центре [8]. На всех стадиях цикла отчетливо выявляется гетерохроматиновый блок, который часто является двойным (рис. 5, а-в).После распада всех хромосом блок по-прежнему остается (ретикулярная структура ядра), распадаясь либо самым последним, либо не распадаясь вообще (все ядра с ретикулярной структурой, проанализированные у данного вида, имели гетерохроматиновый блок, одинарный или двойной) (рис. 5, в).При анализе окрашенных азотно-кислым серебром препаратов, было обнаружено, что ядрышко вплотную прилегает к хромоцентру, как бы подвешено на нем, контактов плеч с ядрышком не было выявлено (рис. 5, г-е).Рис. 5. Стадии развития первичных политенных хромосом в ядрах трофоцитов яичников D. orena:а-в - лактоацетоорсеиновое окрашивание; а`-в` - окрашивание азотно-кислым серебром;стрелкой обозначен гетерохроматический блок, N - ядрышкоОБСУЖДЕНИЕОбобщая полученный экспериментальный материал по всем изученным видам подгруппы D. melanogaster, следует отметить, что несмотря на то, что ядрышкообразующей у всех видов является Х-хромосома (у D. melanogaster ядрышковый организатор (ЯО) находится в проксимальном гетерохроматическом районе Х-хромосомы) [9], выявляются связи между прицентромерными районами плеч других хромосом и ядрышком. Формирование этих связей в процессе развития трофоцита сопровождается изменением морфологии хромосом в прицентромер-ных гетерохроматиновых районах и, следовательно, архитектуры ядер. Таким образом, архитектура ядра трофоци-тов яичников у видов рода Drosophila может служить таксономическим критерием для определения близких (в том числе и гомосеквентных) видов только на определенной стадии развития трофоцита, чаще всего на стадии удлиненных первичных политенных хромосом.Однако, несмотря на изменение морфологии первичных политенных хромосом в процессе развития трофоци-та, у всех видов подгруппы D. melanogaster сохраняются общие принципы их территориальности в пространстве ядра. Так, прицентромерные районы ХL-хромосомы и хромосомы 3 близко ассоциированы по отношению друг к другу, а хромосома 2 в пространстве ядра располагается напротив этих хромосом.Объяснить феномен формирования хромосомами, не являющимися ядрышкообразующими, связи с яд-рышком при помощи хроматиновых тяжей, а также связанных с ними изменений архитектуры ядра в процессе развития трофоцита, можно следующими фактами:1. Многочисленные наблюдения на политенных хромосомах D. melanogaster контактов материала ядрышка с гетерохроматиновыми районами, не содержащими рибосомных цистронов, объясняются, возможно, тем, что здесь содержатся фрагменты ЯО [9], или предположением о наличии в районах интеркалярного гетерохроматина гнезд полигенов (в том числе и генов рРНК) [10].Показано, что последовательности рДНК имеются и в других районах хромосом, т.е. могут быть не встроены в ЯО, а располагаться в каких-то других участках генома, которые в определенных условиях могут участвовать в синтезе рРНК [9, 11]. У дрозофилы большая часть генов 28S рРНК содержит инсерции, которые расположены и за пределами ЯО, например в прицентромерном гетерохроматине Х-хромосом, длинных аутосом у некоторых видов подгруппы, которые могут способствовать формированию связи с ядрышком на основе гомологии последовательностей [11]. Известно, что у многих многоклеточных эукариот локусы рибосомальной ДНК располагаются в гетеро-хроматине, что свидетельствует о его важной роли в обеспечении функции рДНК и/или для ее поддержания. Также известно, что гетерохроматин играет одну из ключевых ролей в образовании архитектуры интерфаз-225ного ядра. Архитектура ядер зависит не только от распределения гетерохроматиновых районов на хромосомах и в пространстве ядра, но и от степени деконденсации гете-рохроматина, которая тесно связана с активностью генов, находящихся в гетерохроматине, в том числе и с активностью генов рРНК. Так, при активизации генов рРНК в процессе развития трофоцита у Drosophila происходит изменение ядерной архитектуры, наблюдается определенная динамика хромосом внутри ядра [10, 11].Несмотря на то что согласно литературным данным в политенных хромосомах политенизируются гены рРНК преимущественно одного из ЯО (явление ядрышкового доминирования) [11], у изученных межвидовых гибридов при разобщении гомеологов в пространстве ядра прослеживается связь отдельных фрагментов ядрышкового материала с гомеологами обоих видов.Существуют данные, что видообразование может происходить за счет изменения количества гетерохрома-тина и перераспределения его в геноме. М.Б. Евгеньев и Л.И. Корочкин предположили, что такого рода события происходят благодаря подвижным генетическим элементам, как бы растаскивающим кусочки гетерохроматиновой ДНК по разным ячейкам генома [12].В ядрах трофоцитов яичников D. orena содержится большое количество гетерохроматина, основная часть которого сосредоточена в хромоцентре. Интерес к изучению этого вида вызван тем, что, возможно, он является филогенетически исходным для остальных видов подгруппы melanogaster [8]. В процессе эволюционных преобразований, возможно, происходили либо перераспределения гетерохроматина по остальным хромосомам, либо его элиминация.

Ключевые слова

Авторы

ФИООрганизацияДополнительноE-mail
Всего: 3

Ссылки

Csink A.K., Henikoff S. Large-scale chromosomal movements during interphase progression in Drosophila // J. Cell. Biol. 1998. Vol. 143, № 1. P. 13- 22.
Marshall W.F. et al. Interphase chromosomes undergo constrained diffusional motion in living cells // Current Biology. 1997. № 7. Р. 930-939.
De Boni U., Mintz A.H. Curvilinear, three-dimensional motion of chromatin domains and nucleoli in neuronal interphase nuclei // Science. 1986. № 234. P. 863-866.
Грузова М.Н. Функциональная морфология ядерных структур в связи с различными типами овогенеза // Успехи современной генетики. 1971. № 3.
Макгрегор Г., Варли Дж. Методы работы с хромосомами животных. М.: Мир, 1986. С. 104.
Cтегний В.Н., Вассерлауф И.Э. Особенности взаимного расположения политенных хромосом в генеративной ткани у Drosophila melanogaster // Генетика. 1991. Т. 27, № 7. С. 1163-1168.
Ritossa F.M., Spiegelman S. Localization of DNA complementary to ribosomal RNA in the nucleolus organizer region of D. melanogaster // Proc. Nat. Acad. Sci. USA. 1965. T. 53. P. 737-745.
Cтегний В.Н., Вассерлауф И.Э. Видовая архитектоника хромосом генеративной ткани и проблемы филогенетических отношений в подгруппе melanogaster рода Drosophila (Sophophora) // Генетика. 1994. Т. 30, № 4. С. 478-483.
Прокофьева-Бельговская А.А. Гетерохроматические районы хромосом. М.: Наука, 1986. 430 с.
Михайлова П.В., Семенов Г.К., Генова Г.К., Константинов Г.Х. Дополнительные ядрышки и их связь с политенными хромосомами в клетках слюнных желез Drosophila melanogaster // Цитология. 1982. Т. 24, № 3. С. 248-251.
Жимулев И.Ф. Хромомерная организация политенных хромосом. Новосибирск: Наука, 1994. 565 с.
Корочкин Л.И. Гены, онтогенез и проблемы эволюционного развития. Томск: ТГУ, 2001. С. 37-49.
 Изменение архитектуры ядер при развитии трофоцитов яичникову видов Drosophila подгруппы Melanogaster             | Вестн. Том. гос. ун-та. 2007. № 301.

Изменение архитектуры ядер при развитии трофоцитов яичникову видов Drosophila подгруппы Melanogaster | Вестн. Том. гос. ун-та. 2007. № 301.

Полнотекстовая версия