авторефераты диссертаций БЕСПЛАТНАЯ  БИБЛИОТЕКА

АВТОРЕФЕРАТЫ КАНДИДАТСКИХ, ДОКТОРСКИХ ДИССЕРТАЦИЙ

<< ГЛАВНАЯ
АГРОИНЖЕНЕРИЯ
АСТРОНОМИЯ
БЕЗОПАСНОСТЬ
БИОЛОГИЯ
ЗЕМЛЯ
ИНФОРМАТИКА
ИСКУССТВОВЕДЕНИЕ
ИСТОРИЯ
КУЛЬТУРОЛОГИЯ
МАШИНОСТРОЕНИЕ
МЕДИЦИНА
МЕТАЛЛУРГИЯ
МЕХАНИКА
ПЕДАГОГИКА
ПОЛИТИКА
ПРИБОРОСТРОЕНИЕ
ПРОДОВОЛЬСТВИЕ
ПСИХОЛОГИЯ
РАДИОТЕХНИКА
СЕЛЬСКОЕ ХОЗЯЙСТВО
СОЦИОЛОГИЯ
СТРОИТЕЛЬСТВО
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
ТРАНСПОРТ
ФАРМАЦЕВТИКА
ФИЗИКА
ФИЗИОЛОГИЯ
ФИЛОЛОГИЯ
ФИЛОСОФИЯ
ХИМИЯ
ЭКОНОМИКА
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА
ЭНЕРГЕТИКА
ЮРИСПРУДЕНЦИЯ
ЯЗЫКОЗНАНИЕ
РАЗНОЕ
КОНТАКТЫ

Анна александровна молекулярно-генетическая характеристика мутаций гена trithorax-like и их влияние на оогенез drosophila melanogaster генетика –

На правах рукописи

УДК 575.224:577.21:591.3:595.773.4

ОГИЕНКО АННА АЛЕКСАНДРОВНА

МОЛЕКУЛЯРНО-ГЕНЕТИЧЕСКАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА

МУТАЦИЙ ГЕНА TRITHORAX-LIKE И ИХ ВЛИЯНИЕ НА ООГЕНЕЗ

DROSOPHILA MELANOGASTER

Генетика – 03.00.15

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени

кандидата биологических наук

Новосибирск, 2007

Работа выполнена в лаборатории эволюционной биологии клетки, Института цитологии и генетики СО РАН, г. Новосибирск.

Научный руководитель: кандидат биологических наук Баричева Элина Михайловна, Институт цитологии и генетики СО РАН, г. Новосибирск

Официальные оппоненты: доктор биологических наук, профессор Серов Олег Леонидович, Институт цитологии и генетики СО РАН, г. Новосибирск кандидат биологических наук, Гусаченко Анна Михайловна, Новосибирский государственный университет Ведущее учреждение: Институт физиологии им. И.П. Павлова РАН, г. Санкт-Петербург

Защита диссертации состоится «3» октября 2007 г. на утреннем заседании диссертационного совета Д – 003.011.01 в Институте цитологии и генетики СО РАН в конференц-зале института по адресу: 630090, г. Новосибирск, проспект Лаврентьева, 10, т/ф (383)333-12-78, e-mail: [email protected] C диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Института цитологии и генетики СО РАН.

Автореферат разослан «» августа 2007 г.

Ученый секретарь диссертационного совета, доктор биологических наук А.Д. Груздев

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

.

Актуальность проблемы. Оогенез представляет собой сложный, контролируемый скоординированным действием большого числа генов, многоэтапный процесс, результатом которого является формирование зрелой яйцеклетки. Изучение оогенеза – одна из приоритетных задач современной биологии и медицины. Несмотря на то, что уже известны многие гены, контролирующие этот процесс, в настоящее время ведутся интенсивные поиски новых генов и особенно комплексов взаимодействующих генов, участвующих в его регуляции. Данная работа посвящена изучению роли гена Trithorax-like (Trl) в оогенезе Drosophila melanogaster. Ген Trl кодирует многофункциональный белок GAGA, одной из основных функций которого является регуляция экспрессии генов. Наиболее хорошо изучена роль этого белка в ходе эмбриогенеза. О функциональной значимости белка GAGA в ходе оогенеза дрозофилы ранее можно было судить только на основании косвенных данных.

Было известно, что продукты гена Trl, активно экспрессирующегося в яичниках взрослых мух, накапливаются в растущем ооците и необходимы для развивающегося эмбриона. Однако при анализе ранее известных Trl-мутантов и генетических мозаиков не было выявлено никаких морфологических нарушений в структуре яичников и яйцевых камер. Отсутствие прямых доказательств того, что ген Trl необходим для оогенеза дрозофилы, связано с тем, что в мировых коллекциях отсутствовали мутации, позволяющие проводить подобного рода исследования. В данной работе были получены и охарактеризованы новые гипоморфные мутации гена Trl, которые позволили провести всесторонний анализ влияния гена Trl на оогенез дрозофилы. Белок GAGA требуется для обеспечения экспрессии множества генов дрозофилы, поэтому полученные в работе данные позволяют выявить не только участие самого гена Trl в ходе оогенеза, но и ряд предполагаемых, ранее не описанных в литературе, генов мишеней белка GAGA, участвующих в контроле оогенеза. Результаты исследования оогенеза дрозофилы имеют фундаментальное значение для выяснения причин стерильности насекомых, а данные о формировании актиновых филаментов и миграции клеток могут быть использованы в исследованиях, проводимых на других модельных объектах.

Цели и задачи работы состояли в изучении роли гена Trl и кодируемого им белка GAGA в оогенезе D. melanogaster. В связи с этим были поставлены следующие задачи:

1. Получить новые гипоморфные мутации гена Trl, влияющие на оогенез дрозофилы, и провести их картирование;

2. Провести анализ влияния вновь полученных мутаций на экспрессию гена Trl как на уровне мРНК, так и на уровне белка;

3. Исследовать влияние этих мутаций на оогенез дрозофилы;

4. Изучить изменение фертильности и морфологии яичников мутантов в зависимости от уровня экспрессии гена Trl.

Научная новизна работы.

Получены и охарактеризованы новые гипоморфные мутации гена Trl, в разной степени снижающие экспрессию гена. Полученные мутации явились уникальным инструментом, позволившим впервые провести детальное исследование влияния гена Trl на оогенез дрозофилы.

Впервые показано, что изменение экспрессии гена Trl приводит к изменению структуры яичников мух. Нарушения выявляются как в овариолах, так и в отдельных яйцевых камерах. Установлено, что Trl-мутации вызывают изменение числа половых клеток (питающих и ооцитов) в яйцевых камерах по сравнению с нормой. Впервые у Trl-утантов выявлены дефекты в формировании стадиоспецифических цитоплазматических актиновых филаментов в питающих клетках на поздних стадиях развития яйцевой камеры. В работе впервые описано нарушение в функционировании соматических клеток у Trl мутантов. На поздних стадиях развития яйцевой камеры у мутантов нарушается миграция бордюрных и центрипетальных клеток. Дефекты в формировании цитоплазматических актиновых филаментов и в функционировании соматических клеток приводят к нарушению процесса переноса цитоплазмы питающих клеток в ооцит и, следовательно, к прекращению роста ооцита.

Положения, выносимые на защиту.

В результате проведенного в данной работе исследования было установлено, что нарушение в экспрессии белка GAGA является причиной выявленных дефектов в ходе оогенеза мутантов. Установлено, что все анализируемые Trl мутанты характеризуются однотипными, но проявляющимися в разной степени нарушениями морфологии яичников. Степень проявления нарушений коррелирует с уровнем снижения транскрипции гена Trl в яичниках. Наиболее сильные нарушения зарегистрированы для мутантов Trl362, у которых значительно снижен уровень экспрессии гена Trl в яичниках. У мутантов Trl362(ex) и Trlen82, характеризующихся незначительными изменениями экспрессии гена, степень проявления дефектов значительно меньше. Введение трансгенных конструкций в геном мутантов, обеспечивающих дополнительную экспрессию кДНК гена Trl, приводит к восстановлению фертильности самок и морфологии их яичников, что свидетельствует о том, что именно изменение в экспрессии гена Trl является причиной выявленных нарушений в оогенезе мутантов.

Научно-практическая значимость работы. Результаты данной работы способствуют расширению фундаментальных знаний о процессе оогенеза насекомых. Материалы данной диссертационной работы могут быть использованы в курсах лекций для студентов биологических и медицинских факультетов.

Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, четырех глав (обзор литературы, материалы и методы, результаты, обсуждение), выводов и списка литературы. Работа изложена на 122 страницах печатного текста, содержит 7 таблиц и иллюстрирована 41 рисунком. В списке литературы приведен 201 источник.

МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ.

Линии D. melanogaster описаны в справочнике (Lindsley, Zimm, 1992), базе данные FlyBase (www.Flybase.org), а также в статьях (Федорова и др., 2006;

Огиенко и др., 2006).

Морфологический анализ яичников проводили, как описано в статье (Огиенко и др., 2006).

Иммунохимическое окрашивание органов дрозофилы для детекции на флуоресцентном и лазерном сканирующем микроскопах проводилось согласно (Xue, Cooley, 1993), с некоторыми модификациями. Антитела против белка GAGA были любезно предоставлены профессором В. Пирротта (V. Pirrota) (Женевский Университет, Швейцария) (Poux et al., 2001).

Окрашивание яичников дрозофилы с помощью фаллоидина для детекции на флуоресцентном и лазерном сканирующем микроскопах проводили, как описано в статье (Guild et al., 1997).

Детекция апоптоза проводилась по методике, описанной в статье (Foley, Cooley, 1998).

Нозерн-блот гибридизация проводилась по методике Бурнета (Burnett, 1997).

В качестве зондов для гибридизации использовали (Р32) - меченые фрагменты кДНК гена Trl (экзоны 2, 3 и 4) и гена rpl19.

РЕЗУЛЬТАТЫ И ОБСУЖДЕНИЕ.

1. Новые гипоморфные мутации гена Trithorax-like.

В ходе работы был проведен анализ новых гипоморфных мутаций гена Trithorax-like (Trl) - Trl362, Trl362(ex) и Trlen82. Мутации Trl362, Trl362(ex) были получены автором, а мутация Trlen82 - выделена в Лаборатории молекулярной биологии Института фундаментальных исследований (г. Бомбей, Индия) М.В. Волошиной. Все три мутации затрагивают 5’-регуляторную область гена Trl (рис. 1). Мутация Trl362 связана с внедрением P(lacW)-транспозона в прямой ориентации в 5`- некодирующую область гена (в позицию 2979). Позиции здесь и далее указаны в соответствии с последовательностью GenBank #AJ (Катохин и др., 2001). К транспозону прилегает делеция размером 97 п.н. (2979 3076), удаляющая два первых сайта инициации транскрипции, используемых в яичниках (позиции 3009 и 3065 по Д.А. Карагодину). Мутация Trl362(ex) несет такую же делецию, как и аллель Trl362, однако Р-элемент отсутствует (рис. 1).

Проведенный в Лаборатории эволюционной биологии клетки молекулярный анализ мутации Trlen82 позволил сделать заключение, что мутация Trlen обусловлена внедрением Р-элемента размером 1,4 т.п.н. в 5’-некодирующую область гена Trl, в позицию 2997. В линии, несущей данную мутацию, не обнаружено никаких дополнительных изменений в гене Trl, т.е. в ней сохранены все пять сайтов инициации транскрипции (рис. 1).

Самки, несущие мутации Trl362 и Trl362(ex), стерильны как в гомозиготном состоянии, так и в сочетании с нуль-аллелем гена - мутацией TrlR85. У мутантных самок Trlen82 сильно снижается фертильность гомозиготном состоянии, а в сочетании с нуль-аллелем гена (TrlR85) они являются полностью стерильными.

Все мутантные самки откладывают значительно меньшее, по сравнению с нормой, количество яиц. Яйца значительно меньше по размеру, чем в норме, и имеют укороченные дорзальные выросты хориона. Размер яиц составляет: 320 350 мкм у Trl362-мутантов, 320-400 мкм у Trlen82 и 350-420 мкм у Trl362(ex), что значительно меньше нормы, где размер яйца составляет 500 мкм.

Рис. 1. Мутации, затрагивающие 5’-область гена Trl. Положение мутаций показано относительно сайтов инициации транскрипции гена Trl в яичниках (по Д.А. Карагодину, неопубликованные данные). Треугольниками показаны места встройки Р-элементов, стрелка внутри треугольников указывает ориентацию транспозонов. Скобками указана делеция, пунктирными стрелками – удаляемые мутациями сайты инициации транскрипции.

Несмотря на то, что все мутанты в гомозиготном состоянии доживают до стадии имаго и при этом не имеют заметных фенотипических отклонений, они все же характеризуются пониженной жизнеспособностью. Жизнеспособность трансгетерозигот Trl362/TrlR85 снижается при 25°С на 18%, а при 29°С на 43% по сравнению с контролем TrlR85/Oregon R. Жизнеспособность особей Trl362(ex)/TrlR и Trlen82/TrlR85 снижается на 14% при 25°С и на 20% при 29°С.

2. Анализ экспрессии гена Trl у новых гипоморфных мутаций.

Для выяснения причин стерильности самок исследуемых Trl мутантов был проведен анализ транскрипции гена Trl в яичниках с помощью Нозерн-блот гибридизации. Как показано на рис. 2, в яичниках имаго дикого типа наблюдается высокий уровень транскрипции гена Trl. В РНК, выделенной из гонад взрослых самок дикого типа, выявляется один мажорный транскрипт размером 2.4 т.п.н. и три минорных транскрипта большего размера.

В РНК из яичников самок Trl362 выявляется только один транскрипт размером 3 т.п.н., а суммарное количество мРНК гена Trl снижено как минимум в 10 раз, по сравнению с диким типом (рис. 2). Транскрипция гена Trl в яичниках гомозиготных Trlen82 мутантных самок снижена на треть по сравнению с нормой (рис. 2), тогда как в яичниках Trl362(ex)-мутантов экспрессия гена практически не отличается от нормы. У мутантов Trlen82 и Trl362(ex) в РНК, выделенной из яичников, присутствуют все варианты транскриптов, обнаруживаемые в норме.

Рис. 2. Анализ транскрипции гена Trl у мутантов. Нозерн-блот, содержащий суммарную РНК, выделенную из яичников гомозигот Trlen82, Trl362(ex), Trl362, гетерозигот Trl362/TrlR85 и мух дикого типа (Oregon R). Стрелкой указан единственный транскрипт, выявляемый в яичниках мутантов Trl362. Внизу показана гибридизация этого же блота с зондом rpl19 в качестве контроля нанесения РНК.

У мутантов Trl362, для которых было продемонстрировано значительное снижение уровня транскрипции гена Trl в яичниках, были обнаружены значительные нарушения в распределении белка GAGA в гонадах самок на разных стадиях развития (личинки 3-го возраста, предкуколки и имаго). В норме, в яйцевых камерах, покидающих гермарий, белок GAGA выявляется во всех типах половых (питающие клетки и ооцит) и соматических клеток (фолликулярные, интерфолликулярные, клетки терминального филамента и туники) (рис. 3 А-В). С ростом яйцевой камеры заметного снижения количества белка GAGA ни в половых, ни в соматических клетках не наблюдалось. У Trl362 мутантов в ядрах питающих клеток и ооците белок GAGA или не выявляется вообще, или же выявляется в очень незначительных количествах (рис. 3 Г-Е), при этом данный белок отчетливо детектируется во всех типах соматических клеток (рис. 3 Д, Е). В яичниках гипоморфных мутантов Trl362(ex) и Trlen значительного снижения количества белка GAGA обнаружено не было (рис. 4).

В Рис. 3. Локализация белка GAGA в яичниках имаго дикого типа и мутантов Trl362, выявленная иммунохимическим окрашиванием с применением антител против белка GAGA. A, Б, В - распределение белка GAGA в яичниках мух дикого типа. Г, Д, Е распределение белка GAGA в яичниках мутантных мух. A - локализация белка GAGA в овариоле, состоящей из гермария (гер) и ряда фолликулов. Б - белок GAGA локализуется в питающих клетках (пк) и в клетках фолликулярного эпителия (фк). В локализация белка GAGA в интерфолликулярных клетках (ифк) и в клетках туники (кт). Д, Е - белок GAGA не выявляется в питающих клетках при этом выявляется в клетках фолликулярного эпителия, интерфолликулярных клетках и в клетках туники.

Увеличение х20 (А, Б, Г, Д), х100 (В, Е).

Рис. 4. Распределение GAGA белка у гипоморфных мутантов Trl362(ex) и Trlen82.

А - Trl362(ex), Б - Trlen82. Масштаб – 100 мкм.

3. Влияние мутаций гена Trl на оогенез дрозофилы.

В результате проведенного анализа мутантов было установлено, что самки, несущие различные мутации Trl, характеризуются однотипными, но проявляющимися в разной степени нарушениями морфологии яичников. У них нарушена структура как овариол в целом, так и отдельных яйцевых камер расположенных внутри овариолы. При этом степень проявления нарушений коррелирует с уровнем снижения транскрипции гена Trl в яичниках. Наиболее сильные нарушения зарегистрированы для мутантов Trl362. У мутантов Trl362(ex) и Trlen82, для которых сильного снижения экспрессии показано не было, дефекты в ходе оогенеза выявляются, однако степень их проявления значительно меньше.

3.1. Мутации гена Trl приводят к нарушению структуры овариол.

По числу овариол яичники всех анализируемых мутантных самок не отличаются от яичников самок дикого типа, однако морфология значительной части овариол у мутантов изменена. В яичниках мух дикого типа каждый фолликул отделен от двух соседних интерфолликулярными клетками (рис. 5 А).

Большинство овариол у мутантов Trl362 характеризуются слитными фолликулами, между которыми невозможно выявить интерфолликулярные клетки (рис. 5 Б, В). У Trl362(ex) и Trlen82 количество слитных фолликулов несколько ниже, чем у мутантов Trl362.

Рис. 5. Морфология овариол яичников самок дикого типа и мутантов Trl362. A овариола яичников дикого типа. Стрелками указаны интерфолликулярные клетки. Б, В - овариолы яичников Trl362/TrlR85. Фолликулы неправильно расположены внутри овариолы. Увеличение х40 для (А) и х20 для (Б, В).

Причинами наблюдаемого фенотипа могут быть как дефекты в структуре и формировании интерфолликулярных клеток, как это было показано для Notch- и Delta-мутантов (Grammont, Irvine, 2002), так и нарушения в функционировании туники, которая в норме предохраняет фолликулы от слипания и, благодаря перистальтическим движениям, способствует продвижению растущих яйцевых камер внутри овариолы (Middleton et al., 2006).

3.2. Мутации гена Trl приводят к нарушению числа половых клеток в яйцевых камерах.

В норме одна яйцевая камера содержит 1 ооцит и 15 питающих клеток (рис.

6 А). У Trl мутантов наблюдаются многочисленные яйцевые камеры с отличным от нормы числом питающих клеток (рис. 6 Б, В) и/или ооцитов, в некоторых случаях ооцит характеризуется неправильной локализацией внутри камеры.

Частота яйцевых камер с ненормальным числом ооцитов у мутантов Trl составляет около 2%, в то время как биполярные ооциты встречаются гораздо реже (~0.1%). Каждый из ооцитов в камерах, содержащих больше одного ооцита, обладает четырьмя каналами и кариосомой. В яичниках мух дикого типа не было зафиксировано камер с числом ооцитов больше одного, а также камер с биполярными ооцитами.

В яичниках мутантов Trl362 и Trl362(ex) повышено число камер с отличным от нормы числом питающих клеток. У мутантов Trl362 37% яйцевых камер имеют отличное от 15 число питающих клеток, а у мутантов Trl362(ex) число таких камер составляет 20%. Причем в большинстве случаев камеры с неправильным числом питающих клеток располагаются последовательно друг за другом. У мутантов Trlen82 и Trl13С число питающих клеток практически не отличается от нормы.

Следует отметить, что мутанты Trl362 и Trl362(ex) характеризуются отсутствием двух первых сайтов инициации транскрипции (рис. 1), используемых в яичниках, тогда как у мутантов Trlen82 и Trl13С все пять сайтов присутствуют в неизмененном виде. Два первых сайта инициации транскрипции, по-видимому, являются важными для формирования яйцевых камер с нормальным числом половых клеток.

Рис. 6. Морфология яичников мутантов Trl362. A - яйцевые камеры яичников дикого типа. Каждая яйцевая камера содержит 15 питающих клеток и 1 ооцит. Б, В - яйцевые камеры мутантов Trl362/TrlR85. Б - число питающих клеток меньше 15 и они сильно варьируют по размеру (стрелки). В - увеличено число питающих клеток в яйцевой камере. Увеличение х40.

Нарушение числа питающих клеток в яйцевой камере может быть следствием нарушения числа делений цистобласта в гермарии, в этом случае число питающих клеток в яйцевой камере должно составлять 2n-1 (1, 3, 7, 31…), где n – число делений цистобласта. Однако у Trl-мутантов яйцевые камеры с таким числом питающих клеток не встречаются, следовательно, цистобласт претерпевает четыре цикла деления, как это и должно быть в норме. Тот факт, что в камерах с нарушенным числом питающих клеток ооцит содержит четыре кольцевых канальца, также свидетельствует о том, что яйцевая камера прошла четыре раунда деления. Поэтому предполагается, что причиной нарушения числа питающих клеток у Trl-мутантов является неправильное обволакивание 16-клеточной цисты фолликулярными клетками в гермарии. Это подтверждается тем, что у Trl-мутантов камеры с нарушенным числом питающих клеток часто располагаются друг за другом и сумма питающих клеток в двух соседних яйцевых камерах с нарушенным числом трофоцитов кратна 15.

3.3. Мутации Trl приводят к увеличению числа камер с конденсированным хроматином в ядрах питающих клеток.

Было установлено, что яйцевые камеры с конденсированными ядрами трофоцитов встречаются у Trl362 мутантов значительно чаще (18%), чем в норме (3,8%), у более слабых гипоморфных мутантов такие камеры встречаются несколько реже (Trlen82 - 13.11%;

Trl362(ex) - 5%). В яичниках всех проанализированных мутантов деградирующие камеры, в которых наблюдается конденсация хроматина питающих клеток, выявляются на стадиях 9-11 (рис.

7 Б), тогда как в норме деградация яйцевых камер происходит на более ранней восьмой стадии развития яйцевой камеры (рис. 7 А) (King, 1956). У мутантов Trl аномальная конденсация хроматина часто охватывает сразу несколько соседних яйцевых камер (рис. 7 В). Поскольку конденсация хроматина характерна для апоптирующих клеток, было проведено специфическое окрашивание яйцевых камер мутантов акридином оранжевым. Полученные результаты свидетельствуют в пользу того, что камеры с аномальной конденсацией хроматина действительно подвергаются апоптозу.

3.4. Мутации по гену Trl влияют на формирование цитоплазматических актиновых филаментов в питающих клетках яичников на поздних стадиях развития яйцевой камеры.

Известно, что маленький размер яиц дрозофилы зачастую является следствием нарушения актин-зависимой фазы быстрого транспорта на последних стадиях развития яйцевой камеры. Поскольку для Тrl-мутантов характерно уменьшение размера яиц, то был проведен анализ структуры актиновых филаментов в яйцевых камерах Trl мутантов, используя Alexa конъюгированный фаллоидин.

Было установлено, что до 10-й стадии развития яйцевой камеры актиновые филаменты у всех Тrl-мутантов не отличаются от таковых у дикого типа, однако значительные изменения были выявлены в структуре цитоплазматических Рис. 7. Аномальная конденсация хроматина у Trl-мутантов. А - овариола яичников дикого типа, конденсация хроматина наблюдается в камере на стадии 8 (указана стрелкой). Б - овариола Trl362-мутанта, конденсация хроматина в яйцевой камере, находящейся на 10-11 стадии развития (указана стрелкой). В - аномальная конденсация хроматина в нескольких соседних камерах у Trl мутанта. Масштаб – 100 мкм.

актиновых филаментов, формирующихся на 10-й стадии. Этот тип актиновых филаментов формируется непосредственно перед фазой быстрого транспорта, их функция заключается в удержании ядер питающих клеток вдали от кольцевых канальцев во время фазы быстрого транспорта (рис. 8 В).

Наиболее сильные изменения, по сравнению с нормой (рис. 8 Б), наблюдались у Тrl362-мутантов, у которых значительно уменьшено число цитоплазматических актиновых филаментов, они неравномерно формируются в клетке и образуют пучки, которые выглядят изломанными по сравнению с нормой. В сочетании с Тrl362 приводит нуль-аллелем мутация к полному исчезновению цитоплазматических актиновых филаментов в питающих клетках (рис. 8 Д). В результате этого, во время фазы быстрого транспорта большие полиплоидные ядра питающих клеток не удерживаются в центре клеток, как это наблюдается в норме (рис. 8 В), а под давлением, вызванным сокращением кортикального актинового слоя, попадают в кольцевые каналы и блокируют дальнейший ток цитоплазмы из питающих клеток в ооцит (рис. 8 Г, Е). Это приводит к тому, что содержимое питающих клеток не может быть вовремя и полностью перенесено в растущий ооцит, и в результате он имеет сильно уменьшенный, по сравнению с нормой, размер.

У более слабых гипоморфных мутантов Trlen82 и Тrl362(ex), у которых не наблюдается сильного снижения количества белка GAGA в питающих клетках, Рис. 8. Нарушение формирования цитоплазматических актиновых филаментов в питающих клетках яичников мутантов Trl362 на поздних стадиях развития яйцевой камеры. А, Б, В - часть яйцевой камеры самок дикого типа;

Г, Д, Е -часть яйцевой камеры самок Trl362/TrlR85. А -ядра питающих клеток. Б - внутри питающих клеток хорошо видны сформированные актиновые филаменты. В - сумма А и Б. Г - ядра питающих клеток, измененной формы. Д - цитоплазматические актиновые филаменты полностью отсутствуют в питающих клетках. Е - сумма Г и Д. Ядра питающих клеток проникают в кольцевые канальцы. Масштаб - 25 мкм. Кольцевые канальцы указаны стрелками.

нарушение структуры цитоплазматических актиновых филаментов выражено значительно менее явно. В большинстве питающих клеток актиновые филаменты формируются, однако выглядят они несколько более тонкими, менее организованными и неравномерно распределенными внутри яйцевой камеры по сравнению с диким типом. В отдельных яйцевых камерах слабых гипоморфных мутантов все же наблюдаются случаи полного отсутствия цитоплазматических актиновых филаментов, что также сопровождается блокированием кольцевых канальцев ядрами питающих клеток.

У мутантов Trl13С были выявлены такие же нарушения в структуре и формировании цитоплазматических актиновых филаментов, как и у полученных нами Тrl-мутантов. Наличие сходного фенотипа у независимо полученных мутантов является одним из доказательств того, что нарушение экспрессии именно гена Trl приводит к дефектам в структуре цитоплазматических актиновых филаментов в питающих клетках яичников.

У мутантов Тrl362 полное отсутствие цитоплазматических актиновых филаментов встречается почти в 90% камер, находящихся на 10-11 стадии развития, что приблизительно в 10 раз чаще, чем у мутантов Тrl362(ex), Тrlen82 и Trl13C.

Электронно-микроскопический анализ гомозигот Тrl362, также как и исследование на уровне светового микроскопа, выявили нарушения в структурной организации актинового цитоскелета. Кроме нормальных актиновых пучков, состоящих из параллельно ориентированных актиновых филаментов, в цитоплазме питающих клеток гомозигот Тrl362 часто встречаются увеличенные в диаметре пучки, так же как и пучки, в которых актиновые филаменты расположены под разными углами.

3.5. Мутации по гену Trl влияют на функционирование соматических клеток.

Наряду с нарушениями в числе и структуре половых клеток у Trl-мутантов были выявлены нарушения и в функционировании соматических клеток.

В норме до 6 стадии развития яйцевой камеры фолликулярные клетки (ФК), окружающие цисту со всех сторон, достаточно однородны по размеру и форме, однако впоследствии они претерпевают значительные морфологические изменения в зависимости от их дальнейшей судьбы. Во время 7-8 стадии большинство ФК начинают мигрировать назад в сторону растущего ооцита, они приобретают цилиндрическую форму, тогда как 50 ФК, покрывающие питающие клетки, уплощаются и формируют тонкий однослойный эпителий (Spradling, 1993;

Horne-Badovinac, Bilder, 2005). В течение 9 стадии развития яйцевой камеры 6-8 ФК (2 полярные и прилежащие к ним ФК) отсоединяются от клеток однослойного эпителия в передней части камеры и начинают мигрировать между питающими клетками по направлению к ооциту. Эти клетки получили название бордюрных клеток. В норме к 10-й стадии бордюрные клетки достигают переднего края ооцита и в дальнейшем продолжают свое движение дорзально, уже по его поверхности (рис. 9 А) (Montell et al., 1992;

Montell, 2003).

Следует отметить, что движение немногочисленных бордюрных клеток контролируется продуктами многих генов.

На 10В стадии центрипетальные клетки (клетки цилиндрического эпителия, расположенные на границе между ооцитом и питающими клетками) уплощаются и начинают мигрировать внутрь яйцевой камеры, продвигаясь между питающими клетками и ооцитом (рис. 10 А, Г, Ж). Миграция центрипетальных клеток заканчивается, когда они достигают бордюрных клеток, в результате, передняя часть ооцита также полностью покрывается фолликулярным эпителием (Horne-Badovinac, Bilder, 2005).

У всех анализируемых Trl-мутантов выявлено нарушение миграции бордюрных клеток. Бордюрные клетки у мутантов к 10-й стадии не достигают передней поверхности ооцита, а задерживаются в передней части камеры, между питающими клетками (рис. 9 В, Г).

Рис. 9. Нарушение миграции бордюрных клеток у Trl-мутантов на поздних стадиях развития яйцевой камеры. А - cхематическое изображение овариолы, показана миграция бордюрных клеток в норме (с модификациями из Montell, 2003). Б - яйцевая камера 10-й стадии (норма). Бордюрные клетки лежат на поверхности ооцита (стрелка).

В, Г - яйцевые камеры Trl-мутантов на 11-й стадии развития. Миграция бордюрных клеток нарушена, они не достигли поверхности ооцита и располагаются между питающими клетками (стрелки). Б-Г - яйцевые камеры, окрашенные с помощью X-Gal.

Масштаб 100 мкм.

У всех изученных Trl-мутантов было обнаружено нарушение в движении ценрипетальных клеток (рис. 10), которые в норме формируют границу между ооцитом и питающими клетками. В результате, ФК располагаются зачастую только на заднем конце камеры, не покрывая передней поверхности ооцита (рис.

10). Это приводит к тому, что ооцит внедряется в область, занимаемую питающими клетками, и принимает неправильную форму (рис. 10 Д, Е).

Таким образом, у Trl-мутантов в яйцевых камерах, находящихся на поздних стадиях развития, были выявлены дефекты в движении соматических клеток.

Как отмечалось ранее, изменение числа питающих клеток в пределах одной камеры, вероятно, обусловлено нарушением функционирования ФК в гермарии, т.е. функционирование ФК нарушено также и на более ранних стадиях развития яйцевых камер мутантов.

4. Восстановление фертильности у Тrl-мутантных самок при экспрессии дополнительных копий кДНК гена Trl.

Предполагается, что причиной всех вышеперечисленных дефектов в оогенезе у Trl-мутантов является нарушение в экспрессии гена Trl. Для подтверждения этого предположения были проведены эксперименты по спасению фенотипа мутантных самок. С помощью скрещиваний в геном анализируемых мутантов были введены транспозоны hsp83:GAGA-519 и hsp83:GAGA-581, позволяющие увеличить у мутантов количество различных изоформ белка GAGA (GAGA- и GAGA-581). Линии, несущие транспозоны, были любезно предоставлены профессором П. Шедлом (Greenberg, Sсhedl, 2001).

Рис. 10. Нарушение миграции фолликулярных клеток у мутантов Trlen82 и Trl362(ex) на поздних стадиях развития яйцевой камеры. А, Г, Ж - яйцевая камера дикого типа на стадии 10;

Б, Д, З - яйцевая камера мутанта Trlen82/TrlR85;

В, Е, И – яйцевая камера мутанта Trl362(ex)/TrlR85. Г, Д, Е - яйцевые камеры, окрашенные Alexa-конъюгированным фаллоидином (О – ооцит). Г – в норме ценрипетальные клетки (указаны стрелками) глубоко проникают внутрь камеры между ооцитом и питающими клетками. Д, Е – у мутантов нарушена миграция центрипетальных клеток. Е - ооцит (выделен пунктиром) внедряется в область питающих клеток. Ж, З, И – яйцевые камеры, окрашенные DAPI.

З, И - фолликулярные клетки не покрывают поверхности всего ооцита. Треугольниками указана граница, где кончается миграция фолликулярных клеток. Масштаб 100 мкм.

Было установлено, что добавление одной копии трансгена hsp83:GAGA-519 в геном гомозиготных Тrl362 мух приводит к частичному восстановлению фертильности, в цитоплазме питающих клеток формируются актиновые филаменты, снижается число яйцевых камер с нарушениями. Добавление двух копий трансгена hsp83:GAGA-519 приводит к полному восстановлению фертильности самок Тrl362. При добавлении же двух копий другого трансгена hsp83:GAGA-581 восстановления фертильности не происходло. Полученные в работе данные согласуются с данными Гринберга и Шедла о том, что трансген hsp83:GAGA-519 является более эффективным для спасения фенотипа Trl13С мутантов, чем hsp83:GAGA-581-трансген (Greenberg and Sсhedl, 2001).

Фертильность самок Trlen82 и Trl362(ex) восстанавливается при добавлении одной копии каждого из трансгенов. Восстановление фертильности самок в результате увеличения количества белка GAGA свидетельствует о том, что стерильность была обусловлена недостатком именно этого белка.

ВЫВОДЫ.

1. Получены новые гипоморфные мутации гена Trl, затрагивающие 5’-область, проведено их картирование. Мутация Trl362 обусловлена встройкой Р элемента в 5`-некодирующую область гена (в позицию 2979) и прилегающую к нему делецию размером 97 п.н. (2979-3076). Делеция удаляет два первых сайта инициации транскрипции, используемых в яичниках. Мутация Trl362(ex) содержит такую же делецию в 5’-некодирующей области гена, как и мутация Trl362, но не содержит Р-элемент.

2. Показано, что мутации Trl362, Trl362(ex) и Trlen82 приводят к снижению жизнеспособности и стерильности самок в гомозиготном состоянии и в компаунде с нуль-аллелем.

3. Установлено, что в яичниках самок Trl362 транскрипция гена Trl снижена как минимум в 10 раз, что сопровождается значительным уменьшением количества белка GAGA в половых клетках. Транскрипция гена Trl в яичниках гомозиготных Trlen82-мутантных самок снижена приблизительно на треть, тогда как в яичниках Trl362(ex)-мутантов экспрессия гена практически не отличается от нормы.

4. Выявлено, что у всех анализируемых Trl мутантов в той или иной степени нарушена морфология овариол и яйцевых камер. Яйцевые камеры мутантов характеризуются отличным от нормы числом половых клеток. На поздних стадиях развития яйцевой камеры у мутантов выявлены нарушения в функционировании соматических клеток, а также в формировании стадиоспецифических цитоплазматических актиновых филаментов в питающих клетках.

5. Введение трансгенных конструкций в геном мутантов, обеспечивающих дополнительную экспрессию кДНК гена Trl, приводит к восстановлению фертильности мутантных самок и морфологии их яичников. Это свидетельствует о том, что именно изменение в экспрессии гена Trl является причиной выявленных нарушений в оогенезе мутантов.

СПИСОК ОСНОВНЫХ ПУБЛИКАЦИЙ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ.

1. Е.В. Федорова, А.А. Огиенко, Д.А. Карагодин и др. Получение и анализ новых мутаций по гену Trithorax-like Drosophila melanogaster // Генетика.

2006. Т. 42. N. 2. С. 149-158.

2. А.А. Огиенко, Д.А. Карагодин, С.А. Федорова и др. Анализ новой гипомофной мутации гена Trithorax-like, влияющей на оогенез Drosophila melanogaster // Онтогенез. 2006. Т. 37. N. 3. С. 157–166.

3. А.А. Огиенко. Получение и анализ перестроек во втором интроне гена Trithorax-like Drosophila melanogaster // Материалы XLI Международной научной студенческой конференции "Студент и научно-технический прогресс". 2003. С. 29.

4. А.А. Огиенко, Д.А. Карагодин, С.А. Федорова и др. GAGA фактор, кодируемый геном Trithorax-like, требуется для оогенеза дрозофилы // Тезисы докладов XIV Школы по биологии развития «Актуальные проблемы биологии развития и биотехнологии». Онтогенез. 2005. Т. 36. N. 5. С. 388.

5. А.А. Огиенко, Д.А. Карагодин, С.А. Федорова и др. Анализ механизмов влияния гена Trithorax-like на формирование актиновых филаментов в питающих клетках яичников Drosophila melanogaster // Материалы 10-ой Пущинской Школы-конференции молодых ученых. 2006. С. 37-38.

6. А.А. Огиенко, Д.А. Карагодин, С.А. Федорова и др. Анализ механизмов влияния гена Trithorax-like на нарушение процесса быстрого транспорта в оогенезе Drosophila melanogaster // Материалы Международной конференции “Генетика в России и мире”. 2006. С. 144.



 




 
2013 www.netess.ru - «Бесплатная библиотека авторефератов кандидатских и докторских диссертаций»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.