Эпигенетическая регуляция наследования хроматина: вводное резюме
Удвоение и передача генетической информации выполняются двумя типами клеточного деления, митозом и мейозом, которые оба являются фундаментальными для жизни и эволюции. Митоз - это ядерное деление, происходящее в соматических клетках, включающее идентичное разделение в дочерние клетки дуплицированного генетического материала в форме хромосом. Мейоз - это редукционное ядерное деление, происходящее только в зародышевых клетках многоклеточных организмов или на определенных стадиях жизненного цикла одноклеточных, чтобы произвести клетки с гаплоидным геномом перед оплодотворением (или конъюгацией у некоторых эукариот). Аномальная репликация или репарация ДНК приводит к мутациям и хромосомным перестройкам. Вероятно, более важно, что неправильная сегрегация хромосом в ходе ядерного деления вызывает утерю или приобретение целых хромосом ( анеуплоидия ). Эти типы "геномной нестабильности" влияют на жизнеспособность клеток и фертильность эукариот. Более того, они играют ключевую роль в этиологии врожденных дефектов и рака у человека.
Ранние исследования позволяли предполагать, что нуклеотидная последовательность ДНК играет преобладающую роль в определении сайтов и функций хромосомных элементов, необходимых для собственно митоза и мейоза, таких как "ориджины" репликации ДНК, сайты прикрепления веретена ( центромеры и кинетохоры ), концы хромосом ( теломеры ) и сайты мейотического спаривания. Однако в последнее десятилетие XX столетия мы пришли к пониманию того, что эпигенетические механизмы могут регулировать многие ключевые функции, необходимые для стабильности генома наследования хромосом. К ним относятся роли в инициации репликации ДНК, репарации и рекомбинации ДНК, защиты концов хромосом (теломеры), движения хромосом (центромеры) и сегрегации гомологичных хромосом в мейозе. На первый взгляд, эпигенетическая регуляция оказывается в противоречии с тем фактом, что эти хромосомные функции существенны для изменчивости клеток и организмов, что означает, что они должны быть "зашиты" в нуклеотидной последовательности ДНК. Однако при взгляде сквозь "очки эволюции" эпигенетическая "пластичность" хромосом в ходе митоза и мейоза оказывается важной для компенсации тех типов изменений нуклеотидной последовательности и хромосомных перестроек, которые связаны с видообразованием. Понимание молекулярных основ эпигенетического регулирования наследственности является фундаментальным для выяснения этих основных биологических процессов и для диагностики и лечения болезней человека.
