авторефераты диссертаций БЕСПЛАТНАЯ БИБЛИОТЕКА РОССИИ

КОНФЕРЕНЦИИ, КНИГИ, ПОСОБИЯ, НАУЧНЫЕ ИЗДАНИЯ

<< 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


Pages:   || 2 | 3 | 4 | 5 |   ...   | 22 |
-- [ Страница 1 ] --

МИНОБРНАУКИ РОССИИ

Федеральное государственное автономное образовательное

учреждение высшего профессионального образования

«ЮЖНЫЙ ФЕДЕРАЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ»

НАУЧНО-ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ИНСТИТУТ БИОЛОГИИ ЮФУ

АКТУАЛЬНЫЕ ПРОБЛЕМЫ БИОЛОГИИ,

НАНОТЕХНОЛОГИЙ И МЕДИЦИНЫ

Материалы V Международной научно-практической конференции

г. Ростов-на-Дону, 3–5 октября 2013 г.

Ростов-на-Дону Издательство Южного федерального университета 2013 УДК 577 ББК 28 А 43 Главный редактор:

доктор биологических наук, профессор Т.П. Шкурат доктор технических наук, профессор А.Е. Панич Редакционная коллегия:

кандидат биологических наук, профессор Е.К. Айдаркин доктор биологических наук, профессор М.М. Асланян доктор биологических наук, профессор В.В. Внуков доктор биологических наук, профессор А.С. Бояджян доктор биологических наук, профессор В.Н. Кирой доктор физико-математических наук, профессор А.В. Солдатов доктор медицинских наук, профессор А.В. Шестопалов доктор биологических наук, профессор А.В. Усатов доктор биологических наук, профессор С.И. Колесников доктор биологических наук, профессор Э.З. Эмирбеков доктор биологических наук, профессор И.В. Корниенко доктор технических наук, профессор Б.Я. Штейнберг доктор биологических наук В.А. Чистяков доктор медицинских наук С.С. Амелина доктор биологических наук А.М. Ермаков кандидат биологических наук А.А. Александрова кандидат биологических наук Е.В. Машкина кандидат биологических наук М.А. Сазыкина кандидат биологических наук И.С. Сазыкин Актуальные проблемы биологии, нанотехнологий и медицины:

А Материалы V Междунар. науч.-практ. конф., г. Ростов-на-Дону, 3–5 октября 2013 г.

Издательство Южного федерального университета, 2013. – 478 с.

ISBN 978-5-9275-1144- Настоящий сборник включает в себя научные труды более чем тысячи авторов всех регионов России, а также ученых Белоруссии, Украины, Армении, Германии, Великобритании, Турции. В нем представлены результаты исследований по биотехнологии, биоинформатике, биомедицине, экспериментальной биологии растений и животных, рассматриваются современные проблемы на нотехнологий, молекулярной и медицинской генетики, геномных и постгеномных технологий.

ISBN 978-5-9275-1144-0 УДК ББК © НИИ биологии ЮФУ, © Издательство ЮФУ, ПЛЕНАРНЫЕ ДОКЛАДЫ MOLECULAR MECHANISMS OF MULTIFACTORIAL DISEASES WITH POLYGENIC INHERITANCE A.





S. Boyajyan Institute of Molecular Biology of the National Academy of Sciences of the Republic of Armenia, 7 Hasratyan St., 0014, Yerevan, Armenia E-mail: aboyajyan@sci.am Multifactorial diseases are those developed under influence of both environmental and genetic factors (Fig.). Among these diseases are cardio-vascular, cerebral-vascular, mental, and oncological disorders. The genes and environmental factors causing a particular multifactorial trait may vary from person to person, and from population to population. Opposite to monogenic diseases caused by mutations in one gene, mul tifactorial disorders develop when a complex of mutant genes and multiple changes/variations in the DNA sequence are present in the genome. Thus, genetic predisposition to a particular multifactorial disease is due to a particular combination of genes. These changes may be acquired due to the influence of environmental factors mostly during prenatal or postnatal development or they may be inherited. Among a large number of genetic factors, each makes only a small contribution to the final disease-related phenotype [1–3].

Among a most common types of genomic changes associated with polygenic disorders are copy number variation, point mutations, and single nucleotide polymorphisms. Recent discoveries have revealed that large segments of DNA, ranging in size from thousands to millions of DNA bases, can vary in copy-number. Genes that were thought to always occur in two copies per genome have now been found to sometimes be present in one, three, or more than three copies, or are missing altogether. Such copy number variants (CNVs) can encompass genes leading to dosage imbalances and development of diseased-condition [4]. Point mutations are defined as an alteration in DNA sequence caused by a single nucleotide base change, insertion, or deletion. Point mutations that occur in Fig. Gene-environment interrelation in non-coding sequences are most often without consequences, although development of multifactorial disorders there are exceptions. If the mutated base pair is in the promoter sequence of a gene, then the expression of the gene may change. Also, if the mutation occurs in the splicing seat of an intron, then this may interfere with correct splicing of the transcribed pre-mRNA.

Insertions or deletions have more of an adverse effect on the synthesized protein, because the nucleotides are still being read in triplets, but in different frames [5]. Single nucleotide polymorphisms (SNPs) are the most common type of genetic variation among human and reflect individual, ethnic, and population differences between individuals. SNPs are single-nucleotide substitutions of one base for another that occur in more than one percent of the general population. Linked SNPs (also called indicative SNPs) do not reside within genes and do not affect protein function. Nevertheless, they do correspond to a particular drug response or to the risk for getting a certain disease. Causative SNPs affect the way a protein functions, correlating with a disease or influencing a person’s response to medication. Causative SNPs come in two forms: coding SNPs, located within the coding region of a gene, change the amino acid sequence of the gene’s protein product;

non-coding SNPs, located within the gene’s regulatory sequences, change the level of gene expression and, therefore, how much RNA and protein is produced. Therefore, SNPs-related studies based upon population genomics and pathogenomics approaches enable to predict an individual response to certain drugs, susceptibility to environmental factors, and risk for particular disease, as well as to clear molecular pathomechanisms of diseased condition [6].

Материалы v Международной научно-практической конференции Our research interest are focused on investigation of molecular and cellular pathomechanisms responsible for development of such multifactorial disorders as schizophrenia and posttraumatic stress disorders, which belong to severe chronic psychiatric disorders, and ischemic stroke, which is acute neurological disorder. A common for all 3 diseases is that they are characterized by cognitive dysfunction, which is a result of defects in synaptic plasticity, apoptosis, and immunity. All three diseases represent a major public health concern. While epidemiologic studies indicate high impact of genetic component to schizophrenia, PTSD and stroke, very little is known about candidate genes for these disorder and associated mutations. That is why there are problems in identification of relevant therapeutic targets and development of efficient therapeutic agents for these disorders. In our studies we evaluated possible association of the functional SNPs of genes involved in immune response, apoptosis, and synaptic plasticity with schizophrenia, posttraumatic stress disorder, and ischemic stroke. For each of these diseases we revealed allelic variants of relevant genes and their combination representing disease-associated risk factors [7–11].

REFERENCES 1. Petkova R., Chakarov S., Ganev V. Genetic bases for predisposition to common multifactorial disease in man.

Part I. // Biotechnol. & Biotechnol. Eq. 2007. Vol. 21. P. 286–293.

2. Ramos R.G., Olden K. Gene-environment interactions in the development of complex disease phenotypes // Int.

J. Environ. Res. Public Health. 2008. Vol. 5. P. 4–11.

3. Janssens A.C., van Duijn C.M. Genome-based prediction of common diseases: advances and prospects // Hum.

Mol. Genet. 2008. Vol. 17. P. R166–R173.

4. Valsesia A., Mac A., Jacquemont S. et al. The growing importance of CNVs: new insights for detection and clinical interpretation // Front.Genet. 2013. Vol. 4. P. 92. doi: 10.3389/fgene.2013. 5. Logie C. Point Mutation. Croatia: InTech. 2013. 352 p.

6. Vignal A., Milan D., Sancristobal M. et al. A review on SNP and other types of molecular markers and their use in animal genetics // Genet. Sel. Evol. 2002. Vol. 34. P. 275–305.

7. Di Napoli M., Arakelyan A., Boyajyan A. et al. Chapter 3 in: Progress in Inflammation Research USA: Nova Science Publishers Inc., 2005. P. 95–145.

8. Boyajyan A., Zakharyan R., Khoyetsyan A. Chapter 11 in: Schizophrenia Research: Recent Advances, USA: Nova Science Publishers Inc., 2012. P. 183–240.

9. Boyajyan A., Mkrtchyan G., Hovhannisyan L. et al. Chapter 5 in: New Insights Into Anxiety Disorders, Croatia:

InTech, 2013. P. 105–133.

10. Stepanyan A., Zakharyan R., Boyajyan A. A review on SNP and other types of molecular markers and their use in animal genetics // Neuroscience Letters. 2013. Vol. 549. P. 74–77.

11. Martirosyan G., Arakelyan A., Sargisova Y. et al. Adenosine deaminase 1 rs73598374 genetic polymorphism and activity in patients with ischemic stroke // Research in Neurology: аn International Journal. 2013. ID 333458.

doi: 10.5171/2013. GENETIC DIVERGENCE OF SPECIES AND OTHER TAXA.

GEOGRAPHIC SPECIATION AND GENETIC PARADIGM OF NEO-DARWINISM IN THE ACTION Yuri Ph. Kartavtsev A.V. Zhirmunsky Institute of Marine Biology of the Far Eastern Branch of the Russian Academy of Sciences, Vladivostok, 690059, Russia;

Far Eastern Federal University, Vladivostok 690095, Russia E-mail: yuri.kartavtsev48@hotmail.com Nucleotide diversity estimates for Cyt-b and Co-1 genes sequences are analyzed. Genetic divergence on 5 hierarchical levels from intraspecies and up to orders have been compared using a database of p-distances and similar measures. Data for up 22,266 sequences of vertebrate and invertebrate populations and animal species reveal various and increasing levels of genetic divergence of the sequences. P-distances 4 АКТУАЛЬНЫЕ ПРОБЛЕМЫ БИОЛОГИИ, НАНОТЕХНОЛОГИЙ И МЕДИЦИНЫ for five comparison groups are analyzed: (1) among individuals of populations within single species, (2) among individuals of subspecies, semispecies, and sibling species, (3) among individuals of morphologically distinct species within genus, (4) among individuals of genera within the family, (5) among individuals of families within the order. Mean unweighted scores of p-distances ( %) for five mentioned comparison groups are: Cyt-b (1) 1.38±0.30, (2) 5.10±0.91, (3) 10.31±0.93, (4) 17.86±1.36, (5) 26.36±3.88 and Co- (1) 0.89±0.16, (2) 3.78±1.18, (3) 11.06±0.53, (4) 16.60±0.69, (5) 20.57±0.40. The estimates show good correspondence with other analyses. This testifies to the applicability of p-distance for most intraspecies and interspecies comparisons of genetic divergence up to the order level in animals for the two genes compared. One more generalization from the extensive literature survey made from an order of magnitude difference in diversity scores at intraspecies and intrageneric levels. In other words, vast data reviewed provide theoretical and empirical background for further molecular phylogenetics development and DNA barcoding, i.e. the reviewed data scientifically substantiate the global-wide initiatives, like CBOL, iBOL, and Tree of Life (http://www.barcoding.si.edu/, http://www.DNAbarcoding.org , http://tolweb.org/tree/ ).

Results suggest that Darvin’s phyletic evolution in animals is likely to prevail at the molecular level, and speciation mainly corresponds to the geographic or divergence mode, D1. The prevalence of the D speciation mode does not means that other modes are absent. The approach suggested that allows recognize different speciation modes formally with the operational criteria that based on genetic descriptors, e.g.

distance score, heterozygosity vs. diversity estimates, etc. Such approach may help to solve a key problem of the biological species concept, i.e. the usual lack of ability to monitor the reproductive isolation barriers between species.

ГЕНЕТИЧЕСКАЯ ДИВЕРГЕНЦИЯ ВИДОВ И ДРУГИХ ТАКСОНОВ.

ГЕОГРАФИЧЕСКОЕ ВИДООБРАЗОВАНИЕ И ГЕНЕТИЧЕСКАЯ ПАРАДИГМА НЕОДАРВИНИЗМА В ДЕЙСТВИИ Ю.Ф. Картавцев Институт биологии моря им. А.В. Жирмунского РАН,690059, Россия, г. Владивосток, ул. Пальчевского, Дальневосточный федеральный университет, 690095, Россия, г. Владивосток, ул. Суханова, E-mail: yuri.kartavtsev48@hotmail.com Проанализированы алгоритмы мер нуклеотидного разнообразия и другие меры генетической дивергенции на молекулярном уровне. На основе базы данных по р-расстояниям для двух генов митохондриальной ДНК, Cyt-b и Co-1, проведено сопоставление генетической дивергенции внутри видов между популяциями (1) и в таксонах различного ранга: подвиды, полувиды и близнецовые виды (2), морфологически отличающиеся виды одного рода (3), виды различных родов одного семейства (4), семейства одного отряда (5). Средние, не взвешенные значения p-расстояний ( %) для пяти групп составили:

– Cyt-b (1) 1,38±0,30, (2) 5,10±0,91, (3) 10,31±0,93, (4) 17,86±1,36, (5) 26,36±3,88;

– Co-1 (1) 0,89±0,16, (2) 3,78±1,18, (3) 11,06±0,53, (4) 16,60±0,69, (5) 20,57±0,40. Проанализиро ванные материалы для 22 266 нуклеотидных последовательностей популяций и видов убеждают в реалистичности и интерпретируемости полученных рядов данных для р-расстояний или дериватов по двум генам мтДНК, Cyt-b и Co-1, и являются теоретической и эмпирической основой успеш ной реализации глобальных проектов по штрихкодированию видов на основе ДНК и молекуляр ной филогенетике. Кроме того, полученные данные указывают на применимость различных мер для большинства внутривидовых и межвидовых сравнений генетической дивергенции до уровня отряда. Данные по р-расстоянию сопоставленных генов Cyt-b и Co-1 выявляют также различия темпов замен нуклеотидов между самими генами, что согласуется с многочисленными данными о разной скорости эволюции этих и других генов и их различных участков.

Материалы v Международной научно-практической конференции Результаты проведенного анализа нуклеотидной дивергенции в пределах видов и в таксонах животных разного ранга хорошо согласуются с другими данными этого рода, включая и белковые маркеры генов, и позволяют сделать обобщение о преобладании в животном мире на молекулярном уровне Дарвиновской филетической эволюции. Видообразование происходит, в большинстве случаев, на основе географической или дивергентной модели (D1). Преобладание типа видообразования D не означает отсутствия других типов. Их имеется не менее семи. Распознавание различных спосо бов видообразования – это задача, на пути решения которой видится построение количественной генетической модели (теории) видообразования. Предлагаемое введение генетических дескрипто ров для опознавания различных типов видообразования в виде интегрированной схемы позволит разрешить одну из главных слабостей биологической концепции вида – трудность доказательства наличия репродуктивной изоляции между изучаемыми видами. Полученные сведения и представ ленное обобщение составляют теоретическое обоснование для успешного осуществления глобаль ных проектов: CBOL, iBOL и Tree of Life (http://www.barcoding.si.edu/, http://www.DNAbarcoding.org , http://tolweb.org/tree/ ).

NRF2-OME – A NOVEL RESOURCE FOR THE ANTI-OXIDANT RESPONSE FIELD TO FACILITATE SYSTEMS-LEVEL ANALYSIS AND EXPERIMENT DESIGN L. Fldvri-Nagy1, D. Trei1,2, D. Papp1, D. Fazekas1, D. Mdos1,2,3, P. Csermely2, T. Korcsmaros1,2, K. Lenti Department of Genetics, Etvs Lornd University, Pzmny P. s. 1C, H-1117, Budapest, Hungary Department of Medical Chemistry, Faculty of Medicine, Semmelweis University, Tzolt u. 37–47, H-1094, Budapest, Hungary Department of Morphology and Physiology, Faculty of Health Sciences, Semmelweis University, Vas u. 17, H-1088, Budapest, Hungary E-mail: foldvari-nagy@netbiol.elte.hu NRF2 is the master transcriptional regulator of oxidative and xenobiotic stress responses. NRF has important roles in carcinogenesis, inflammation, and neurodegenerative diseases. We developed an online resource, NRF2-ome ( http://nrf2.elte.hu ) [1], to provide an integrated and systems-level database for NRF2. The NRF2-ome resource contains a manually curated core interactome [2], which was extended with further predicted protein-protein interactions based on domain-domain and domain-motif interactions of NRF2, as well as data from external interaction databases. We integrated NRF2 interactome with NRF2 target genes, NRF2 regulating TFs, and miRNAs regulating NRF2. Finally, we used SignaLink 2, a signaling network resource we recently developed [3], to connect all of the already included proteins to signaling pathways to allow mapping upstream NRF2 regulatory components that could directly or indirectly influence NRF2 activity. The protocol which was applied during the manual curation and the details of the predictions, data import and compilation process of the NRF2-ome resource can be found in Papp et al. and Trei et al.

The user-friendly NRF2-ome website allows researchers without computational background to search, browse, and download the database. The database can be downloaded in SQL, CSV, BioPAX, SBML, PSI MI, and in a Cytoscape CYS file formats. Altogether, the NRF2-ome database contains 7,777 proteins and 35,967 interactions. From the 7,777 proteins, 227 are directly interacting with NRF2, 45 are TFs directly regulating NRF2, while 165 TFs are regulating miRNAs capable to downregulate NRF2. 7,252 proteins in the NRF2-ome database are encoded by genes regulated by NRF2. Interestingly, there are only proteins that are both interactors and target genes of NRF2.

As systems-level examples of NRF2-related signaling we identified regulatory loops of NRF interacting proteins (e.g., MAFG, JNK1) and a fine-tuned regulatory system, where 35 TFs regulated by NRF2 influence 63 miRNAs that down-regulate NRF2.

6 АКТУАЛЬНЫЕ ПРОБЛЕМЫ БИОЛОГИИ, НАНОТЕХНОЛОГИЙ И МЕДИЦИНЫ The MAFG transcription factor was predicted to regulate the expression of two NRF2 regulating miRNAs (miR-93 and miR-144), and there is experimental evidence that NRF2 positively regulates the expression of MAFG. MAFG and NRF2 proteins form heterodimers to promote gene expression of ARE dependent genes. However, MAFG homodimers and heterodimers with other small MAF proteins can repress NRF2 transcriptional activity by competing with NRF2 at ARE binding sites. Based on the two regulatory loops involving MAFG and miR-93 or miR-144, we suggested an indirect, posttranscriptional negative feedback, where MAFG could downregulate the expression of NRF2. Other examples can be found in Turei, D. et al.

The NRF-ome network and the uncovered regulatory loops can help the detailed understanding of the complexity of NRF2 interactome and regulome that may facilitate the development of efficient, NRF2 based therapeutic agents. NRF2-ome can also be used as an evaluation tool to help researchers and drug developers to understand the hidden regulatory mechanisms in the complex network of NRF2. NRF2-ome is able to provide interesting predictions to be tested experimentally as well as to help researchers to evaluate experimental data or drug treatment outcomes.

REFERENCES 1. Trei D., Papp D., Fazekas D. et al. NRF2-ome: An Integrated Web Resource to Discover Protein Interaction and Regulatory Networks of NRF2 // Oxid. Med. Cell Longev. Vol. 2013, Article ID 737591, 9 p.

2. Papp D., Lenti K., Modos D.et al. The NRF2-related interactome and regulome contain multifunctional proteins and finetuned autoregulatory loops // FEBS Letters. 2012. Vol. 586. P. 1795–1802, 3. Fazekas D., Koltai M., Trei D. et al. SignaLink 2 – a signaling pathway resource with multi-layered regulatory networks // BMC Systems Biology. 2013. Vol. 7. P.7.

Acknowledgments The authors thank the discussions of members of the NetBiol group and the LINK-Group. This work was supported by the European Union and the European Social Fund (TAMOP-4.2.2/B-10/1–2010–0013 and TAMOP-4.2.1/B-09/1/ KMR-2010–0003), the Hungarian Scientific Research Fund (OTKA K83314), and a Janos Bolyai Scholarship to Korcsmaros, T.

ЭКОЛОГИЧЕСКАЯ ГЕНЕТИКА ЧЕЛОВЕКА И СРЕДЫ ЕГО ОБИТАНИЯ В АРМЕНИИ Р.М. Арутюнян Ереванский государственный университет, кафедра генетики и цитологии, лаборатория общей биологии биологического факультета, 0025, Армения, г. Ереван, ул. А. Манукяна, E-mail: genetik@ysu.am Эколого-генетические исследования в Армении включают оценку действия экологических и со циальных факторов на генетическую структуру популяции. На протяжении последних десятилетий нами проводятся исследования структуры и интенсивности мутационного процесса в армянских популяциях:

– с нашим участием проведен анализ полиморфизма генов HLA в крупнейшей выборке ар мян (более 4 000) из различных регионов мира;

получены оценки генетических расстояний между армянской популяцией и другими народами;

– изучены группы генетического риска, включающие работников вредных производств;

– проведен молекулярно-цитогенетический анализ больших контингентов новорожденных, лиц с хромосомными болезнями и гематологических больных;

– изучена корреляционная связь между показателями онкологических заболеваний у детей и уровнями загрязнения воздушного бассейна и почв, в том числе тяжелыми металлами, на тер ритории Еревана;

– на основе анализа контингента детей-олигофренов, обучающихся во вспомогательных школах, изучена корреляция между частотой их рождения и контактированием родителей с про Материалы v Международной научно-практической конференции фессиональными вредностями или наличием у них вредных привычек. Эти данные сопоставлены с уровнями загрязнения территории города Еревана.

Оценка генотоксичности химических веществ и продуктов их распада, поступающих в окру жающую среду, является важнейшей экогенетической проблемой. Поэтому нами проводится ге нетический мониторинг с применением чувствительных растительных и животных тест-систем для оценки суммарной генотоксичности загрязни телей среды:

– проведена оценка генотоксичности почв вокруг Армянской атомной электростанции и вод ряда рек Армении с применением растительной тест-системы традесканции;

– проведена оценка генотоксичности вод ряда водоемов Армении на основе оценки уровней повреждений ДНК в эритроцитах рыб и раков методом ДНК-комет;

изучена корреляция уровней повреждений ДНК с содержанием различных химических соединений в образцах вод.

Генетики Армении готовы к научному сотрудничеству по всем представленным направлениям исследований.

АППОПТОЗ – ГЕНЕТИЧЕСКИЙ КОНТРОЛЬ ПРОГРАММИРУЕМОЙ ГИБЕЛИ КЛЕТОК МНОГОКЛЕТОЧНЫХ ОРГАНИЗМОВ М.М. Асланян, О.П. Солдатова, Е.А. Радион Московский государственный университет им. М.В. Ломоносова, 119991, Россия, г. Москва, Ленинские горы,1, стр. E-mail: marlen32@mail.ru Эволюционно выработанная у многоклеточных организмов система программируемой гибели клеток функционирует на основе строгого генетического контроля процессов роста и развития, в которых участвуют сотни генов.

Апоптоз – энергетически зависимый процесс запрограммированной клеточной смерти, кон тролируемый сложной генной сетью. Это высококонсервативный процесс, реализующийся у всех изучаемых многоклеточных животных и растительных организмов. Апоптоз участвует в формиро вании органов в процессе эмбрионального развития, позволяет многоклеточным организмам под держивать тканевый гомеостаз, уничтожать цитотоксические Т-клетки в конце иммунного ответа, удалять В-лимфоциты, специфичные к белкам хозяйского организма. Помимо апоптоза клетки мо гут уничтожаться и другими механизмами, включающими некроз или аутофагию, однако апоптоз имеет характерные морфологические особенности, отличающие его от других форм гибели клет ки – это сжатие клетки, компактизация ядра, фрагментация ДНК на отдельные куски размером 180–200 пар нуклеотидов, пузырение мембраны и отпочкование так называемых апоптотических телец – фрагментов гибнущей клетки. Далее апоптотические тельца быстро поглощаются соседни ми клетками или макрофагами – это не позволяет развиться воспалительной реакции. Выявление апоптоза и его детекция достаточно сложная и кропотливая процедура, однако современные методы позволяют получать детальную картину этого процесса.

Апоптоз представляет собой каскадный процесс, реализуемый в несколько стадий: сигналь ный этап – получение клеткой сигнала, поступающего извне или возникающего внутри клетки;

эффекторный этап – каскад реакций, передающих сигнал от мембраны в цитоплазму и ядро;

апоптозный сигнал запускает экспрессию генов, кодирующих ферменты, разрушающие клеточные субстраты;

этап деградации клетки – при этом происходит разрушение клеточных субстратов и формирование фрагментов – «апоптозные тельца», которые поглощаются макрофагами. Методы детекции апоптоза включают в себя световую и трансмиссионную микроскопию;

методики детекции разрывов ДНК на разных стадиях апоптоза;

иммунодетекции белков, регулирующих апоптоз и др.

Существуют два основных пути реализаци апоптоза – рецепторный и митохондриальный.

Рецепторный начинается с рецепторов клеточной гибели, например, с CD95 и TNFR1(tumor necrosis 8 АКТУАЛЬНЫЕ ПРОБЛЕМЫ БИОЛОГИИ, НАНОТЕХНОЛОГИЙ И МЕДИЦИНЫ factor receptor). Рецептор связывает соответствующие сигнальные молекулы (лиганды) и кластеризу ется, формируя сигнальный комплекс, индуцирующий апоптоз. Митохондрмальный путь запускается при внутриклеточных повреждениях. В случае повреждения ДНК активируется ген Р53, кодирую щий белок супрессора опухолей. Белок Р53 является транскрипционным фактором, активирующим транскрипцию генов, кодирующих проапоптические белки семейства Bcl-2, Основными игроками процесса запрограммированной клеточной гибели явля ются цистеиновые протеазы – каспазы, которые эволюционно высоко консервативны и обнаружены как у животных, так и у растений. Рецепторный и митохондриальный пути апоптоза отличаются лишь на этапе индукции, а на эффекторной стадии сливаются на уровне активации каспазы-3.

Современный этап исследований молекулярно-генетических механизмов апоптоза, начатый в семидесятых годах прошлого века на нематоде (Caenorhabditis elegans), связан с открытием в ла боратории Сиднея Бреннера группы генов, контролирующих реализацию запрограммированной клеточной смерти – nuc-1, ced-3, ced-4, egl-1и ced-9. В 2002 г.

С. Бреннер, Дж. Салстон и Р. Горвиц были удостоены Нобелевской премии за достижения в области физиологии и медицины.

Как модельный объект, C. elegans, чрезвычайно удобен – он имеет очень маленькие размеры (около миллиметра) и строго определенное количество клеток, совершенно прозрачен и отличается коротким циклом генерации. Было обнаружено, что из 1090 образующихся клеток нематоды клетка гибнет. Они предположили, что смерть клеток генетически запрограммирована. С помо щью химического мутагена были получены серии мутантов остановкой развития на определенной онтогенетической стадии. Первый ген, контролирующий запрограммированную гибель клеток, был назван nuc1(nuclease 1). Были получены мутанты-гиганты, имевшие 1090 клеток вместо 959, или мутанты, у которых гибло больше клеток, чем положено в норме. Такие мутанты, наоборот, имели слишком малые размеры по сравнению с диким типом. Анализ мутантов позволил выявить два гена, контролирующих механизмы запрограммированной клеточной смерти – ced-3 и ced-4(cell death). Было показано, что ген ced-3 кодирует фермент, необходимый для реализации апоптозной программы, а ген ced-4 кодирует фактор, активирующий продукт гена ced 3. Позднее были откры ты еще несколько генов, контролирующих апоптоз – ced 9 и egl 1 (egg laying), так как у мутантов был нарушен процесс кладки яиц. Для гена ced 9 была показана антиапоптозная функция, а для egl 1 – функция триггера, запускающего процесс апоптоза у нематоды. Впоследствии были идентифи цированы гомологи всех изученных на нематоде про- и антиапоптозных генов у млекопитающих.

Оказалось, что гомологом гена ced-3 у млекопитающих является целое семейство генов – семейство каспаз – цистеиновых протеаз, реализующих программы апоптоза. Гомологом гена ced-4 является ген, кодирующий активатор для каспазы 9 – Apaf 1, гомологом гена ced-9 – семейство генов Bcl (B cell lymphoma), включающих как проапоптозные, так и антиапоптозные гены. Что касается гена egl 1, то его гомологом у человека является BH-only белок, входящий в семейство Bcl 2.

Процесс реализации и регуляции апоптоза у нематоды проходит ряд этапов. В нормальной клетке белок CED-9, находящийся на митохондриальной мембране, связывает CED-4, который присоединяется к нему. При получении апоптозного сигнала экспрессируется ген Egl-1, и его про дукт – белок EGL-1 связывается с CED-9, вытесняя CED-4. Белок EGL-1 имеет гораздо большее сродство к CED-9, чем CED-4, именно поэтому EGL-1 обладает способностью вытеснять CED-4.

Далее CED-4 переходит в цитоплазму, где формирует димеры, выступающие в роли платформ для активации каспазы CED-3, после чего к димерам CED-4 присоединяются предшественники каспазы CED-3 и активируются, благодаря отщеплению от них продоменов. Активированный белок CED-3 расщепляет клеточные субстраты, что приводит к характерным морфологическим особен ностям клетки и ее гибели.

В процессе дальнейшего изучения проблемы апоптоза на культурах клеток человека и млеко питающих было обнаружено еще одно семейство генов, кодирующих рецепторы – суперсемейство TNF (tumor necrosis factor), однако генов-гомологов этого генного семейства у нематоды обнаружено не было. Рецепторы этого семейства характеризуются наличием внеклеточного цистеин-богатого домена и имеют внутриклеточный домен с низкой гомологией, названный доменом смерти (death domain – DD), необходимый для передачи апоптозного сигнала внутрь клетки.

Материалы v Международной научно-практической конференции Заболевания как последствия нарушенной регуляции процессов апоптоза. В основе множества заболеваний лежат нарушения механизмов регуляции апоптоза. В некоторых случаях (нейродегенеративные заболевания, СПИД) слишком много клеток гибнет при апоптозе, в других же случаях (раковые опухоли) нарушаются процессы подавления гибели клеток, и те клетки, ко торые должны были погибнуть, остаются жить.

Раковые заболевания. Опухолеобразование – сложный многостадийный процесс, заключаю щийся в приобретении клеткой мутаций, позволяющих ей осуществлять неограниченное количестко делений. Мутации, переводящие клетку в статус опухолевой, могут возникать в следующих группах генов: генах, кодирующих ростовые факторы;

генах, обусловливающих чувствительность клеток к игнибирующим рост сигналам;

про- и антиапоптозных генах;

генах, регулирующих клеточный цикл;

генах, контролирующих ангиогенез;

генах, осуществляющих контроль клеточной инвазии и метастазирования.

Приобретение клетками устойчисости к апоптозным сигналам может происходить при оверэк спрессии антиапоптозных генов, принадлежащих семейству Bcl-2 или семейству IAPs или при эпи стазировании и рецессивных мутациях проапоптозных генов. Например, одной из характерных мутаций В-клеточных лимфом является хромосомная транслокация t(14;

18), благодаря которой ген Bcl-2 оказывается рядом с геном иммуноглобулина тяжелой цепи, что приводит к увеличенной экспрессии антиапоптозного гена Bcl-2 и репрессии апоптоза.

Еще один механизм приобретения клетками устойчивости к апоптозным сигналам и перерож дению в опухолевые – возникновение мутаций в гене, кодирующем р53. Мутантный р53 становится неспособен активировать транскрипцию проапоптозных генов, что приводит к злокачественному новообразованию – около 50 % всех человеческих опухолей имеет мутации в р53.

Нейродегенеративные заболевания. В нормальных условиях продолжительность жизни нейронов и целого организма сопоставимы, в то время как клетки других тканей сменяют друг друга. Однако в условиях метаболических стрессов, при наличии большого количества активных форм кислорода, отсутствии необходимых нейротрофических факторов нейроны гибнут апоптозом, что приводит к необратимым дефектам строения и функций нервной системы (болезнь Альцгей мера и болезнь Паркинсона).

Как и в случаях развития апоптоза в других тканях, активация апоптоза в нейронах может происходить двумя путями – наружным ( через рецепторы) и внутренним (через митохондрии).

Гибель каждого типа нейронов контролируется определенными генами.

Аутоимунные заболевания. Существует много данных о том, что в основе аутоиммунных заболеваний лежат нарушения регуляции процессов апоптоза. Эффективное удаление апоптоти ческих телец зависит от специфических рецепторов на поверхности фагоцитов, и мутации в этих рецепторах, а также в маркерах апоптоза на поверхности гибнущих клеток приводят к нарушениям механизмов элиминации погибших апоптозом клеток. Было показано, что при нарушениях струк туры специфических рецепторов фагоцитов, обусловливающих поглощение апоптотических телец, повышается риск аутоиммунных заболеваний. Более того, при введении фрагментов гибнущих апоптозом клеток здоровым животным у них развивается временный аутоиммунный ответ.

Гибнущие апоптозом клетки выставляют на своей повехности сигналы “eat me”, среди которых MFG-E8 является критичным для поглощения апоптотических телец макрофагами. Показано, что у мышей с отсутсвием MGF-E8 к концу жизни развиваются аутоиммуные заболевания. Развитие аутоиммуных заболеваний может быть последствием того, что непоглощенные апоптотические тельца претерпевают вторичный некроз, а некротизированные клетки, в отличие от апоптозных клеток, вызывают воспалительную реакцию.

Заключение. Апоптоз является естественным природным процессом, необходимым для эм брионального развития, поддержания постоянства клеточного состава моногоклеточных организмов во взрослом возрасте, осуществления нормальной иммунной функции. Если естественный отбор – универсальный регулятор развития жизни и биоразнообразия на планете земля, то апоптоз является универсальным механизмом поддержания клеточного гомеостаза в ходе индивидуального развития и регулирования численности определенных генотипов в популяциях.

10 АКТУАЛЬНЫЕ ПРОБЛЕМЫ БИОЛОГИИ, НАНОТЕХНОЛОГИЙ И МЕДИЦИНЫ ОБЩАЯ КАРТИНА ГЕНОМА И ТРАНСКРИПТОМА В ОПУХОЛЯХ ЧЕЛОВЕКА А.В. Баранова Медико-генетический научный центр РАМН, Россия, 11547, 8г. Москва, ул. Москворечье, School of Systems Biology, College of Science, George Mason University, Fairfax, VA USA Процесс трансформации нормальной клетки в опухолевую происходит отнюдь не мгновенно.

Общеизвестно, что опухоль проходит в своем развитии ряд стадий, каждой из которых предшеству ет определенное генетичесое событие, изменяющее либо последовательность какого-либо гена, либо структуру/число хромосом. В последнее десятилетие к генетическим событиям, способствующим развитию опухолей были добавлены эпигенетические, в том числе изменения паттернов метили рования ДНК и различные модификации гистонов. В результате микроэволюционных процессов, происходящих в клональных популяцях опухолевых клеток, эти клетки накапливают генетические и эпигентические события, которые сочетанным образом способствуют постепенному усилению злокачественного потенциала клетки, которое соответсвует постепенной трансформации участка ткани в доброкачесвтенную, а затем и в злокачественную опухоль. Конкуренция клеток за кислород или другие ресурсы приводит к увеличению размера популяции наиболее быстро растущих клеток, таким образом увеличивая число возможных мишеней для следующего по степени злокачествен ности мутационного события.

Еще одним важным фактором, способствующим опухолевой прогрессии, является нестабиль ность генома опухолевой клетки, также нарастающая пропорционально степени злокачесвенности.

Главными компонентами нестабильности генома являются мутации генов, отвественных за репара цию ДНК и поддержание целостности хромосом, а также глобальное снижение степени метилиро вания генома, приводящее к эктопической экспрессии тысяч гетерологичных РНК. Каждая из таких РНК обладает слабым регуляторным эффектом, но в сумме они серьезно нарушают функциони рование стандартного набора транскриптов, поддерживающих дифференцировку конкретного типа клеток. В дополнение к эктопическим РНК опухоли экспрессируют транскрипты, не представленные ни в одной из нормальных тканях, поскольку они, в сущности, не являются генами, а представляют собой фрагменты геномных последовательностей, расположенных по соседству со слабыми промо торами, полностью ингибированными в нормально функционирующих клетках. Такие эволюционно новые последовательности могут быть использованы в качестве биомаркеров опухолей;

более того, большинство хорошо известных биомаркеров опухолей, применяющихся в клинической практике, являются именно такими эволюционно новыми генами, получившими свой шанс послужить ма трицей для РНК-синтеза в результате дестабилизации генома.

Поддержание состояния дифференцировки нормальной клетки является результатом соче танного действия многих клеточных генов, состояние активности которых определяет клеточный фенотип. Каждую клетку можно представить как динимаческую систему, занимающую конкретную позицию в многомерном пространстве, где каждая из множества осей представляет собой относи тельную функциональность какой-либо разновидности биомолекул в составе клетки (например, уро вень экспрессии гена). В физике такая позиция носит название аттрактора, или устойчивой позиции.

Каждый из аттракторов, описывающих какой-либо из типов клеточной дифференцировки, можно охарактеризовать путем описания специфического паттерна генной экспрессии, поддерживающего эту дифференцировку. Когда геном клетки дестабилизирован, такая клетка покидает устойчивое состояние дифференцировки и случайным образом «блуждает» в многомерном пространстве вокруг аттактора. Эти «блуждания» часто приводят клетку в новую «устойчивую» точку, соотвествую щую опухолевому фенотипу. Переход клетки в окрестность нового аттрактора может быть ускорен в результате селективного давления внутри участка ткани, подвергающегося озлокачествлению, напрмер, конкуренцией в условиях гипоксии. Теория «аттракторов» освещает процесс канцеро генеза под новым углом, отличающимся от традиционных теорий о роли мастер-генов, активно способствуюших процессу трансформации. Немаловажно, что конценпция аттакторов может быть использована для создания диагностических и прогностических тестов нового типа, опирающихся на полнотранскриптомные профили экспрессии.

Материалы v Международной научно-практической конференции МИКРОЯДЕРНЫЙ ТЕСТ – ИСТОРИЧЕСКИЙ ЗАДЕЛ И СОВРЕМЕННЫЕ ВОЗМОЖНОСТИ Н.Н. Ильинских Сибирский государственный медицинский университет, 634050, Россия, г. Томск, Московский тракт, E-mail: nauka-tomsk@yandex.ru Хроматинпозитивные тельца в эритроцитах крови были впервые обнаружены еще в 1899 г.

немецким ученым Schmauch. В дальнейшем они были подробно изучены Jolly и Howell и на про тяжении длительного периода в гематологии эти образования называли тельцами Жолли или Хау элла-Жолли. Толчком к появлению многочисленных работ по использованию микроядерного анализа послужила работа [1]. Первый обзор по микроядерному тесту в нашей стране был опубликован в 1988 г. [2]. В 1992 г. вышла в свет монография [3], где к этому моменту времени были подведены результаты использования микроядерного теста в скрининге и мониторинге мутагенов химической, физической и биологической природы.

В настоящее время микроядерный тест включен как обязательный при токсикологических исследованиях в странах Евросоюза, Японии и США. Широко используют микроядерный тест и в других странах.

Прогресс в методических приемах изучения микроядер привел к появлению новых способов регистрации этих аномалий в клетках. Фенеком и Морли был разработан широко распространен ный в настоящее время метод оценки частоты микроядер в цитокинез-блокированных клетках [4]. Анализ лимфоцитов ex vivo и in vitro в присутствии цитохалазина В (ингибитора актина), добавляемого после начала культивирования, позволяет различить одноядерные клетки, которые не делятся, и двухъядерные клетки, которые за оставшееся время культивирования завершают одно деление. Первые эксперименты по различению микроядер, образованных в результате разрывов хромосом, от являющихся следствием хромосомного отставания были основаны на предположении, что микроядра, содержащие целые хромосомы, превышают по размеру микроядра с фрагментами хромосом [5, 6]. Другой предложенный метод классификации микроядер был основан на исполь зовании С-бэндинга для визуализации районов конститутивного гетерохроматина на хромосомах человека [7–9].

В середине 80-х годов XX в. было успешно осуществлено использование антител, полученных из сыворотки пациентов с аутоиммунным заболеванием склеродермой с синдромом CREST (OMIM 181750), для обнаружения присутствия центромерного кинетохорного белка в [10]. Другим методом дифференциальной оценки микроядер является комбинация подсчета микроядер и флуоресцент ной гибридизации in situ (FISH) с панцентромерными ДНК-зондами, которая позволяет различать микроядра, содержащие целые хромосомы (центромеропозитивные микроядра) и ацентрические фрагменты хромосом (центромеронегативные микроядра). В методе FISH на цитокинез-блокиро ванных двухъядерных клеток в основном используются два типа ДНК-зондов: панцентромерные и хромосомоспецифичные. При этом возможно проводить одновременный анализ частоты микроядер и анеуплоидии на одних и тех же двухъядерных клетках.

Учитывая очевидные преимущества данного метода для анализа как анеугенного, так и кла стогенного действия мутагенных факторов, наиболее удобной является комбинация двух вариантов процедуры FISH на цитокинез-блокированных двухъядерных лимфоцитах периферической крови человека с хромосомоспецифичными и панцентромерными ДНК-зондами.

Хромосомный дисбаланс, вызванный микронуклеогенезом, приводит к аномальной экспрес сии генов репарации ДНК, регуляторных и структурных генов клеточного цикла, а также генов, кодирующих белки, участвующие в сегрегации хромосом [11].

Одна из наиболее масштабных попыток в решении вопроса об использовании частоты микро ядер в качестве биомаркера повышенного риска развития рака была предпринята в рамках между народного исследовательского проекта HUMN [12]. В этом проекте был произведен мета-анализ данных по частоте микроядер у 6718 индивидов, полученных за период с 1980 по 2002 гг. Было обнаружено значимое повышение риска развития всех типов рака у индивидов из групп со средней 12 АКТУАЛЬНЫЕ ПРОБЛЕМЫ БИОЛОГИИ, НАНОТЕХНОЛОГИЙ И МЕДИЦИНЫ и высокой частотой микроядер. Кроме того, в дальнейшем эти данные были подтверждены уже в исследовании на одной когорте из 150 индивидов, для которых анализ частоты микроядер произ водился в одной и той же лаборатории [13]. Было обнаружено, что для индивидов с более высокой частотой микроядер значимо выше риск возникновения онкологической патологии, чем для группы индивидов с низкой частотой микроядер.

Таким образом, частота микроядер может рассматриваться также в качестве биомаркера повы шенного риска развития онкологической патологии у индивидов, здоровых на момент обследования.

ЛИТЕРАТУРА 1. Schmid W. The micronucleus test // Mutat. Res. 1975. Vol. 31. № 1. P. 9–16.

2. Ильинских Н.Н., Ильинских И.Н., Некрасов В.Н. Использование микроядерного теста в скрининге и мони торинге мутагенов // Цитология и генетика. 1988. Т. 22. № 1. С. 67–72.

3. Ильинских Н.Н., Новицкий В.В., Ванчугова Н.Н., Ильинских И.Н. Микроядерный анализ и цитогенетическая нестабильность. Томск: Изд-во Томского ун-та, 1992. 272 с.

4. Fenech M., Morley A.A. Measurement of micronuclei in lymphocytes // Mutat. Res. 1985. Vol. 147. № 1–2. – P.

29–36.

5. Yamamoto K.I., Kikuchi Y. A comparison of diameters of micronuclei induced by clastogens and by spindle poisons // Mutat. Res. 1980. Vol. 71. № 1. P. 127–131.

6. Hogstedt В., Kalsson A. The sire of micronuclei in human lymphocytes varies accoding to inducing agent used // Mutat. Res. 1985. Vol. 156. № 3. P. 229–232.

7. Banduhn N., Obe G. Mutagenicity of methyl 2-benzimidazole-carbamate, diethylstilbestrol and estradiol: struc tural chromosomal aberrations, sister-chromatid exchanges, C-mitosis, polyploidies and micronuclei // Mutat. Res.

1985. Vol. 156. P. 199–218.

8. Verschaeve L., Vanderkerken K., Kirsch-Vders M. C-banding as a simple tool to discriminate between micronuclei induced by clastogens and aneugens // Stain. Technol. 1988. Vol. 63. № 6. P. 351–354.

9. Vanderkerken K., Vanparys P., Verschaeve L. et al. The mouse bone marrow micronucleus assay can be used to distinguish aneugens from clastogens // Mutagenesis. 1989. Vol. 4. № 1. P. 6–11.

10. Vig B.K., Swearngin S.E. Sequence of centromere separation kinetochore formation in induced laggards and micronuclei // Mutagenesis. 1986. Vol. 1. P. 461–465.

11. Bannon J.H., McGee M.M. Understanding the role of aneuploidy in tumorigenesis // Biochemical society trans actions. 2009. Vol. 37. P. 910–913.

12. Bonassi S., Znaor A., Ceppi M. et al. An increased micronucleus frequency in peripheral blood lymphocytes predicts the risk of cancer in humans // Carcinogenesis. 2007. Vol. 28. № 3. P. 625–631.

13. Murgia E., Ballardin M., Bonassi S. et al. Validation of micronuclei frequency in peripheral blood lymphocytes as early cancer risk biomarker in a nested case-control study // Mutat. Res. 2008. Vol. 639. № 1–2. P. 27–34.

РОЛЬ 5-ГИДРОКСИМЕТИЛЦИТОЗИНА В ЭПИГЕНЕТИЧЕСКОМ РЕПРОГРАММИРОВАНИИ В РАННИХ ЭМБРИОНАХ МЫШИ К.А. Лепихов Институт генетики и эпигенетики, Университет земли Саарланд, Саарбрюкен, Германия k.lepikhov@mx.uni-saarland.de Мужские и женские зрелые гаметы млекопитающих значительно различаются как морфоло гически, так и на молекулярном уровне. Зрелая яйцеклетка несёт в себе достаточный запас белков и матричных РНК, способный обеспечить развивающийся эмбрион всем необходимым до того, как активируется его собственный геном. Сперматозоид несёт лишь весьма ограниченный набор собственных РНК (не более 5000 молекул) и его главная составляющая – это гаплоидный геном, который плотно упакован в виде комплекса ДНК и протаминов. Сразу после оплодотворения геном сперматозоида претерпевает значительные изменения: прежде всего, протамины замещаются гисто нами, которые присутствуют в цитоплазме яйцеклетки, одновременно с этим яйцеклетка заканчи вает мейоз и формируются материнский и отцовский пронуклеусы. ДНК сперматозоида, в отличие Материалы v Международной научно-практической конференции от ДНК зрелой яйцеклетки, достаточно интенсивно метилирована и в течении первого клеточного цикла развития эмбриона (18–20 часов у мышей) уровень метилирования значительно снижается.

В нашей лаборатории было показано, что деметилирование отцовской ДНК сопряжено с ак тивацией репарации ДНК и накоплением 5-гидроксиметилцитозина (5hmC). Накопление 5hmC вызвано активностью фермента Tet3 диоксигеназы, который активно экспрессирутся во время со зревания яйцеклетки. Активность фермента в основном направлена на конвертацию метилцитозина (5mC) в отцовской ДНК, но при этом и материнская ДНК до некоторой степени тоже подвержена гидроксиметилированию. Мы проанализировали профили ДНК метилирования в ранних эмбрио нах мыши и показали, что деметилирование отцовской ДНК зависит от репликации и, вероятно, связано с локальной потерей активности ДНК метилтрансферазы Dnmt1. Также мы обнаружили, что присутствие 5hmC активирует процессы репарации ДНК. Таким образом, процесс конверсии 5mC в 5hmC является необходимым этапом в процессе эпигенетического репрограммирования в раннем эмбриогенезе млекопитающих. Сходные механизмы действуют в процессе формирования эбриональных стволовых клеток и их дифференциации, а также в формировании и развитии ство ловых половых клеток.

НЕКОДИРУЮЩАЯ ДНК – РОЛЬ В ЭВОЛЮЦИИ И АДАПТАЦИИ Т.П. Шкурат Академия биологии и биотехнологии Южного федерального университета, 344090, Россия, г. Ростов-на-Дону, пр. Стачки, 194/ E-mail: tshkurat@yandex.ru Некодирующие последовательности ДНК представляют собой новый рубеж в области моле кулярной генетики, геномики, транскриптомики и протеомики. Они имеют огромный потенциал для продвижения нашего полного понимания биологических процессов при нормальном развитии человека и при различных заболеваниях, в процессах адаптации и эволюции.

О растущем стремительными темпами интересе, к изучению некодирующей белок ДНК свиде тельствует анализ активности публикаций в международных журналах [1]. Интегрированный между народный проект ENCODE в сентябре 2012 г. опубликовал одновременно около 40 работ, в которых показано, что более 80 % генома выполняют различные биохимические функции. Некодирующие белок ДНК представлены различными типами РНК, регионами, ответственными за модификацию гистонов, регионами, открывающими хроматин, сайтами связывания транскрипционных факторов (The ENCODE Project Consortium, 2012).

В докладе планируется рассмотреть следующие вопросы:


– физическая и функциональная аннотация некодирующей белок ДНК;

– некодирующая ДНК и эволюция;

– некодирующая ДНК и адаптация;

– взаимодействие некодирующей ДНК с кодирующими элементами генома.

Представлены собственные данные об изучении роли некодирющей ДНК, в том числе экспе риментальный подход в условиях окислительного стресса и эволюционный, или филогенетический, на примере некоторых генов и их окружения у плацентарных животных. А также результаты по исков сценариев взаимодействия кодирующей и некодирующей белок ДНК на примере организации межгенного пространства генов титина, соматотропина и гистона H1.

ЛИТЕРАТУРА 1. PubMed [Электронный ресурс]. URL: http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed 14 АКТУАЛЬНЫЕ ПРОБЛЕМЫ БИОЛОГИИ, НАНОТЕХНОЛОГИЙ И МЕДИЦИНЫ БИОИНФОРМАТИКА MULTILEVEL COLLECTIVE SELF-ORGANIZATION OF BIOLOGICAL PARTICLES I.A. Denisov, A.A. Zimin, P.I. Belobrov MOLPIT, Siberian Federal University, Institute of Fundamental Biology and Biotechnology, Institute of Biophysics SB RAS: Svobodny, 79, Krasnoyarsk, 660041, Russia E-mail: d.ivan.krsk@gmail.com, reyenka@gmail.com, peter.belobrov@gmail.com In order to understand hierarchical organization of complex biomolecules in condensed phases new approaches able to treat collective effects arising from many-body interactions in cells have to be developed, e.g. blot and droplet terms are introduced in [1] to consider bioparticle interactions. We present three-level collective self-organization model based on introduction of five distinct interaction potentials.

This model is realized in the “Multilevel organization model” GPL-licensed application [2]. The most essential difference between the proposed model and traditional hybrid potentials lies into treatment of pairwise potentials between organization levels, which includes interaction of given bioparticle with more complex “higher” and more primitive “lower” levels of bioparticles [3].

Our approach could be formulated in Hamilton formalism if we introduce the following Hamiltonian using simplified multi-index (bold-emphasized) notation:

H = p2/2m + LUL + L+1\DUL+1 + L–1\PUL–1 + P UP + DUD, (1) where p is the quasimomentum, U is the interaction potential between current level particles and: UL – themselves, UL+1 – particles at higher level, UL–1 — particles at lower level, UP – “parent” particles at lower level, UD – “child” particles at higher level;

P – denotes group of “parents”, D — of “children”, L – group of particles at current level, L–1 – group of particles at lower level, L+1 — group of particles at higher level.

Various combinations of these five potentials give explosive number of collective dynamics and lead to different patterns of self-organization in a multilevel space (Figs. 1 and 2). Introduction of higher-level particles allow taking into account new properties arising from collective interactions.

Fig. 1. Multilevel self-organized systems with (a) repulsion from upper level L+1, (b) recursive inheritance of radius with radius increment Материалы v Международной научно-практической конференции Fig. 2. Three-level system and five potentials for the description multilevel collective self-organization of biological particles. Defined potentials correspond to the formula (1) The proposed model is ready to handle physical description of multi-level organization of bioparticles, e.g.organization of histones in chromatin, where biologists have already introduced multi index-like notations (H3.3, H2A.Bbd) for variable histone forms [4].

REFERENCES 1. Denisov I.A., Belobrov P.I. Collective excitation at nanodiamond-protein interaction // Nanobiophysics. Kiev, 2011.

Abstract

book. P.v46 & 60. URL: http://molpit.com/?page= 2. Denisov I.A. Multilevel organization model, URL: http://molpit.com/?page= 3. Bachega J.F.R. et al. GTKDynamo: A PyMOL plug-in for QC/MM hybrid potential simulations // J. Com.p Chem., Online publ. 19 JUN 2013. DOI: 10.1002/jcc.23346.

4. Razin S.V., Bystritskiy A.A. Chromatin packed genome. Moscow: BINOM, 2013 (in Russian).

The research was supported by the Program of the RF Government “Measures to attract leading scientists to Russian educational institutions” (grant no. 11.G34.31.058) and government contract no.

14.A18.21.1911.

ПАРАЛЛЕЛЬНЫЙ БЛОЧНЫЙ АЛГОРИТМ ГЛОБАЛЬНОГО ВЫРАВНИВАНИЯ НУКЛЕОТИДНЫХ ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНОСТЕЙ С ОПТИМАЛЬНЫМ ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ПАМЯТИ Ж.М. Абу-Халил Южный федеральный университет, факультет математики, механики и компьютерных наук, 344090, Россия, г. Ростов-на-Дону, ул. Мильчакова, 8а E-mail: jumana.abukhalil@gmail.com Разработан и запрограммирован параллельный блочный алгоритм глобального выравнивания нуклеотидных последовательностей с оптимальным использованием памяти. В основе данного ал горитма лежит алгоритм [1]. Для нахождения оптимального глобального выравнивания строится бинарное дерево. Каждому узлу дерева ставится в соответствие подзадача, заключающаяся в вы равнивании подпоследовательностей меньшей длины. В данном алгоритме изменен метод решения 16 АКТУАЛЬНЫЕ ПРОБЛЕМЫ БИОЛОГИИ, НАНОТЕХНОЛОГИЙ И МЕДИЦИНЫ задачи, соответствующей корневому узлу бинарного дерева. Для ее решения использован блочный алгоритм построения таблицы динамического программирования. Блочный алгоритм позволяет эффективно использовать кэш-память. К нему также применен метод гиперплоскостей [2], что по зволяет рассчитывать блоки параллельно.

Написана программа, основанная на данном алгоритме, с использованием распараллеливающих конструкций OpenMP [3] на языке С. В программе оптимизирована работа с памятью компьюте ра. Для выполнения глобального выравнивания двух последовательностей нуклеотидов программа получает на вход файл в формате FASTA, содержащий исходные последовательности. Для оценки выравнивания используется матрица сравнения и штраф за разрыв, записанные в заданном поль зователем файле. Полученные нуклеотидные последовательности со вставленными разрывами за писываются в новый файл в формате FASTA, путь к которому определяет пользователь.

Результаты проведенных численных экспериментов показывают, что представленный в данной работе алгоритм является более быстрым по сравнению с классическими алгоритмами глобального выравнивания (алгоритмом Нидлмана-Вунша на 50 % [4] и алгоритмом Хиршберга [5] на 80 %).

При этом он требует значительно меньше памяти, чем алгоритм Нидлмана-Вунша, что увеличивает диапазон выравниваемых последовательностей. Таким образом, параллельный блочный алгоритм с оптимальным использованием памяти сочетает в себе быстродействие и оптимальность исполь зования памяти.

Структура данного алгоритма позволяет эффективно решать задачу глобального выравнивания нуклеотидных последовательностей на процессорах MultiCore. Ожидается, что данный алгоритм получит большую выгоду в производительности при использовании графического процессора с ар хитектурой CUDA [6].

ЛИТЕРАТУРА 1. Абу-Халил Ж.М., Морылев Р.И., Штейнберг Б.Я. Параллельный алгоритм глобального выравнивания с оп тимальным использованием памяти // Современные проблемы науки и образования. 2013. № 1. [Электронный ресурс]. URL: www.science-education.ru/107–8139 (дата обращения: 07.08.2013).

2. Leslie Lamport. The Parallel Execution of DO Loops // Communications of the ACM. 1974. Vol. 17. P. 83–93.

3. OpenMP.org [Электронный ресурс]. URL: http://openmp.org/ (дата обращения 07.08.2013).

4. Kun-Mao Chao, Ross C. Hardison, Webb Miller. Recent Developments in Linear-Space Alignment Methods: A Survey // Journal of Computational Biology. 1994. Vol. 1. № 4. P. 271–292.

5. Hirschberg, D.S. A linear space algorithm for computing maximal common subsequences // Communications of the ACM. 1975. Vol. 18. P. 341–343.

6. Биоинформатика и биомедицина // nVidia. Официальный сайт. [Электронный ресурс]. URL: http://www.

nvidia.ru/object/bio_info_life_sciences_ru.html (дата обращения 07.08.2013).

АНАЛИЗ РАСПРЕДЕЛЕНИЯ ТРИПЛЕТОВ 'GGG’ В ДНК М.Г. Адигеев1, В.А. Чистяков2, И.Б. Чистякова2, Н.И. Абраменко Южный федеральный университет, 344006, г. Ростов-на-Дону, ул. Б. Садовая, 105/ Научно-исследовательский институт биологии Южного федерального университета, 344090, Россия, г. Ростов-на-Дону, пр. Стачки, 194/ E-mail: madi@math.sfedu.ru, vladimirchi@yandex.ru Анализируя последовательности ДНК методами биоинформатики, нельзя забывать о том, что молекулы ДНК – это химические соединения, свойства которых определяются интегральной реакционноспособностью составных частей. Многие особенности генетических текстов могут быть связаны не со свойствами кодируемых ими биополимеров и не с особенностями управления гено мом, а с устойчивостью комбинаций нуклеотидов к действию факторов среды. Гуанин является наиболее подверженным окислению нуклеотидом. При объединении гуаниновых остатков в дуплеты и триплеты чувствительность к окислению последовательно увеличивается. В частности, в работе Материалы v Международной научно-практической конференции [1] сравнивали чувствительность к перекиси водорода в присутствии ионов меди последователь ностей теломер, содержащих 'GGG’, и последовательностей с идентичным нуклеотидным составом в которых гуаниновые остатки перемежались с другими нуклеотидами. Было показано, что после довательности, содержащие GGG, разрушаются в данных условиях в несколько раз интенсивнее.

Известно также, что триплеты GGG могут быть своеобразными ловушками энергии, поглощаемой молекулой ДНК на расстояниях в десятки нуклеотидов от триплета [2].

Задачей данной работы была оценка характера распределения триплетов GGG в кодирующей и некодирующей ДНК. Было проведено исследование распределения триплетов ‘GGG’ в ядерных и митохондриальных ДНК. В качестве исходных данных были взяты последовательности ДНК, загруженные с сайта USCS: http://genome.ucsc.edu/ и NCBI: ftp://ftp.ncbi.nlm.nih.gov/refseq/release/ mitochondrion/.


По каждому биологическому виду загружались 8 наборов последовательностей: области и 100 п.н. перед генами, экзоны из 5’ и 3' нетранслируемых областей, транслируемые экзоны, ин троны, области 100 п.н. после генов и митохондриальные ДНК.

Для расчетов составлена программа на Python (с применением библиотеки BioPython). Рас считаны частоты вхождений ‘G’ и триплетов ‘GGG’. Для триплетов рассчитаны два показателя:

расчетная частота (рассчитывалась по частоте вхождения одиночных ‘G’) и фактическая частота (частота вхождения триплета в последовательность). Вхождения триплетов считались все, в том чис ле перекрывающиеся, т. е. фрагмент ‘GGGGG’ содержит 3 вхождения триплета ‘GGG’.

В результате расчетов обнаружено, что для всех проанализированных видов профиль рас пределения фактических частот имеет одну и ту же форму (рис.). Но при этом в областях перед геном фактическая частота триплета ‘GGG’ значительно выше расчётной – то есть, триплеты и более длинные фрагменты из идущих подряд гуанинов встречаются чаще, чем должны были бы при случайном распределении.

Для митохондриальной ДНК выполнено сравнение распределения триплетов в Д-петлях и в полной ДНК. Анализ показал, что, хотя одиночные 'G’ распределены примерно одинаково, частота триплетов ‘GGG’ в Д-петле в 2–4 раза превышает частоту этого триплета в целом в митохондри альной ДНК.

Рис. Обобщённый профиль распределения триплетов ‘GGG’ Таким образом, распределение триплета ‘GGG’ (и более длинных цепочек гуанина) в ядерной и в митохондриальной ДНК подчиняется статистически значимым закономерностям.

ЛИТЕРАТУРА 1. Oikawa S., Kawanishi S. Site-specific DNA damage at GGG sequence by oxidative stress may accelerate telomere shortening // FEBS Lett. 1999. Vol. 453. № 3. P. 365–368.

2. Delaney S., Barton J.K. Long-range DNA charge transport // J. Org. Chem. 2003. Vol.68. № 17. P. 6475–6483.

18 АКТУАЛЬНЫЕ ПРОБЛЕМЫ БИОЛОГИИ, НАНОТЕХНОЛОГИЙ И МЕДИЦИНЫ РАЗРАБОТКА БИОИНФОРМАТИЧЕСКОГО ВЕБ-ПАКЕТА Ж.М. Абу-Халил, С.В. Авдяков, М.Г. Адигеев, А.А. Бут, Г.В. Раманчаускайте, Б.Я. Штейнберг Южный федеральный университет, 344006, г. Ростов-на-Дону, ул. Большая Садовая, 105/ E-mail: jumana.abukhalil@gmail.com, sergeyavdyakov@gmail.com, madi@math.sfedu.ru, a-bout@yandex.ru, galinkavr@gmail.com,borsteinb@mail.ru В Южном федеральном университете стартовал проект по разработке биоинформатического пакета, доступного через веб-интерфейс. Пакет разрабатывается студентами и сотрудниками кафе дры алгебры и дискретной математики факультета математики, механики и компьютерных наук и в настоящее время включает следующие программы:

1. Расчет статистики вхождений отдельных нуклеотидов и их комбинаций в заданной по следовательности.

Программа предназначена для автоматического расчета статистик вхождений символов и ко ротких подстрок (олигомеров) в геномные последовательности. На вход получает файл в формате FASTA, содержащий одну или несколько последовательностей. На выходе – текстовый файл со ста тистикой, которой может быть открыт в Excel для дальнейшей обработки. Программа содержит опции для нахождения «накопительной» статистики и статистики вхождения символов в «окнах»

заданного размера.

2. Глобальное парное выравнивание.

Классическая задача биоинформатики. В веб-пакет включена программная реализация алго ритма, оптимизированного по скорости работы и использованию памяти компьютера.

3. Поиск палиндромов.

Палиндромом называется фрагмент последовательности ДНК, который совпадает со своим об ратным комплементарным фрагментом. Программа для заданной нуклеотидной последовательности находит все все палиндромы указанной (в заданном интервале) длины с точностью до указанного количества замен нуклеотидов.

4.Поиск вхождений паттернов.

Для заданного набора входных последовательностей (файл в формате FASTA) и набора пат тернов (также файл в формате FASTA) программа находит все вхождения всех паттернов в каждую из последовательностей. При определении вхождения паттерна допускается некоторое (не превы шающее указанного предела) количество замен симвовлов.

5.Обнаружение мотивов.

Программа находит мотивы –короткие подпоследовательности, входящие в заданный набор нуклеотидных последовательностей. В качестве параметров указывается доля последовательностей, в которых обязательно должны быть вхождения мотива, ограничения на ширину мотива и на ко личество допустимых замен во вхождениях мотива.

6. Выбор праймеров.

В ряде молекулярно-биологических задач возникает необходимость иметь много одинаковых молекул ДНК. Их можно получить за счет полимеразной цепной реакции (ПЦР), важным компонен том которой являются праймеры. Программа выбора праймеров в большей степени ориентирована на поиск вырожденных праймеров для генов бактерий, имеющих низкую гомологию, а также под ходит для дизайна праймеров, надежно работающих в условиях ПЦР на группе близкородствен ных, неидентичных последовательностей и обеспечивающих высокую специфичность получаемого продукта.

Перечисленные программы и алгоритмы ранее были описаны авторами в [1–3]. Пакет про грамм будет расширяться за счет добавления новых программ и расширения функциональности имеющихся.

В настоящее время пакет доступен по адресу http://mmcs.sfedu.ru/bio/ .

Материалы v Международной научно-практической конференции ЛИТЕРАТУРА 1. Абу-Халил Ж.М., Морылев Р.И., Штейнберг Б.Я. Параллельный алгоритм глобального выравнивания с оп тимальным использованием памяти. // Современные проблемы науки и образования. 2012. № 6. [Электронный ресурс]. URL: http://www.science-education.ru/107–8139 (дата обращения: 31.08.2013).

2. Адигеев М.Г., Бут А.А. Анализ эффективности суффиксных деревьев для решения некоторых задач био информатики // Там же.

3. Бут А.А., Адигеев М.Г. Программный модуль решения задач биоинформатики с помощью обобщенных суффиксных деревьев. // Актуальные проблемы биологии, нанотехнологий и медицины: Мат-лы IV Между нар. науч.-практ. конф., г. Ростов-на-Дону, 22–25 сентября 2011. Ростов н/Д, 2011. С. 46.

ВОЗМОЖНОСТИ ПРИМЕНЕНИЯ МОЛЕКУЛЯРНО-ГЕНЕТИЧЕСКИХ МЕТОДОВ ПРИ ИССЛЕДОВАНИИ СЛОЖНЫХ ВИДОВЫХ КОМПЛЕКСОВ Г.Б. Бахтадзе Южный федеральный университет, факультет биологических наук, 3440907, Россия, г. Ростов-на Дону, ул. Б. Садовая, E-mail: g-bakhtadze@sfedu.ru В настоящее время молекулярно-генетические методы исследования широко используются в практической работе зоологов и ботаников. Эти методы позволяют получать актуальную инфор мацию, необходимую для решения разнообразных общих и специальных вопросов.

К сожалению, нередко значимость упомянутых методов явно переоценивается. Некоторые биологи ошибочно полагают, что информации о геноме вполне достаточно для объективной оценки характера эволюционных преобразований живых организмов, выявления родственных связей между ними и определения их таксономического статуса. Несостоятельность подобных воззрений подробно обсуждалась в фундаментальных обзорах, подготовленных Н.И. Абрамсон. В этих обзорах было показано, что возможности молекулярно-генетических методов не безграничны и объективные ре зультаты, в частности, в зоологических исследованиях могут быть получены лишь при комплексном применении как «традиционных», так и «современных» методических приемов. Фактически инфор мацию о последовательности нуклеотидов в том или ином локусе следует воспринимать как особый признак, заслуживающий, наряду с другими признаками, взвешенной биологической оценки.

Особое значение упомянутый комплексный подход приобретает при определении видового статуса разных форм. Все попытки использовать в качестве универсального видового критерия сведения об уровне генетической дивергенции близких форм без учета их морфологических, эко логических и этологических особенностей оказались неудачными.

Применение молекулярно-генетических методов представляется наиболее оправданным при ис следовании «хорошо» изученных групп животных, о морфологических и биологических особен ностях которых накоплена соответствующая информация. К числу наиболее изученных наземных позвоночных относятся многие представители воробьинообразных. У части из них выявлены раз нообразные варианты популяционной структуры (области первичной и вторичной интерградации, изоляты, клинальная изменчивость и т.п.), которые, как правило, отражаются в характере вариаций окрасочных и некоторых других признаков. Интерпретация этой изменчивости нередко оказывается достаточно проблематичной, однако молекулярно-генетические подходы позволяют устанавливать причины появления особей с определенными фенотипами, что в свою очередь способствует при нятию взвешенных таксономических решений и создает предпосылки для объективной оценки темпов и путей микроэволюционных преобразований.

Например, на юге европейской части России существует несколько сложных видовых ком плексов воробьиных. К их числу относятся представители комплексов желтая трясогузка («Motacilla flava»), черноголовый чекан («Saxicola torquata») и тростниковая овсянка («Emberiza schoeniclus»).

20 АКТУАЛЬНЫЕ ПРОБЛЕМЫ БИОЛОГИИ, НАНОТЕХНОЛОГИЙ И МЕДИЦИНЫ Желтая трясогузка отличается наиболее широким размахом изменчивости, которая отчетливо заметна в брачном наряде самцов. Встречаются особи с зеленой, желтой, темно-серой, светло-серой, белой и черной окраской темени. Разные типы окраски могут быть выражены у птиц, обитающих в пределах одной территории. Нередко симпатричные формы желтых трясогузок населяют разные места обитания, что способствует их репродуктивному разобщению и в значительной мере предот вращает гибридизацию между ними. О природе проявления одних и тех же типов и вариантов окраски существуют противоречивые представления. Так, развитие определенных оттенков окра ски темени может рассматриваться и как следствие возрастной изменчивости, и как свидетельство гибридизации разных форм.

Черноголовый чекан в южных областях европейской части России и на Кавказе представлен несколькими формами, родственные отношения между которыми окончательно не выяснены. Вы сказывались разные мнения о таксономическом статусе птиц с разными типами окраски. В насто ящее время происходит интенсивное расселение европейского чернохвостого чекана (S. t.rubicola) в восточном, а белохвостого (S. t. variegata) – в западном направлении. В результате упомянутого встречного расселения на юге Ростовской области образовалась зона вторичного контакта этих птиц, в которой они демонстрируют разные экологические особенности, способствующие их разоб щению. В настоящее время не удается объективно оценить процессы, происходящие в популяциях названных форм черноголового чекана.

Тростниковая овсянка встречается в широком спектре околоводных мест обитания. Птицы, населяющие тростниковые плавни, имеют крупный и мощный клюв с изогнутым коньком над клювья. Овсянки, гнездящиеся на травянистых пойменных лугах, отличаются более миниатюрным клювом. Тростниковые овсянки, обитающие на юге европейской части России, по размерам клюва и некоторым особенностям окраски оперения могут быть отнесены к трем разным формам. Иногда заметные различия в строении клюва удается обнаружить у птиц, гнездящихся в пределах отно сительно небольшой территории (низовья Дона). Такие различия могут быть связаны как с широ ким размахом внутрипопуляционной (индивидуальной) изменчивости, так и с пространственным контактом разных обособленных популяций. В данном случае классические методы исследования не всегда позволяют точно выявить популяционную принадлежность отличающихся экземпляров и объективно установить их таксономический статус.

Молекулярно-генетические методы исследования, в частности «ДНК-штрихкодирование» (bar coding), предоставляют уникальную возможность точного определения таксономической принад лежности мигрирующих и зимующих экземпляров. У некоторых птиц существуют разнообразные, отличающиеся друг от друга, возрастные и сезонные наряды. Поэтому идентификация негнездовых особей часто оказывается проблематичной. Без использования молекулярных маркеров информация о нарядах, свойственных, например, зимующим птицам, может быть получена лишь при наблю дении за сменой оперения в неволе или при обнаружении в местах зимовок конкретных особей, окольцованных ранее в местах их гнездования.

ПРИМЕНЕНИЕ ИНСТРУМЕНТОВ GOOGLE ПРИ ИЗУЧЕНИИ ЭПИГЕНЕТИКИ СТВОЛОВЫХ КЛЕТОК И.В. Белянина Институт фундаментальной биологии и биотехнологии Сибирского федерального университета, 660041, Россия, г. Красноярск, пр. Свободный, E-mail: irina.belyanina2208@gmail.com При изучении современной биологии возникает проблема, которая касается каждого, кто чита ет и хочет понимать новые статьи и хорошие книги. Эта проблема особенно острая для тех студен тов, кто получает образование одновременно по нескольким предметам. Как при чтении и анализе новейшей литературы и учебных пособий найти подходящий метод изучения биологии и получения ответов на все возникающие вопросы? На стенде будет представлена информация, рассказывающая Материалы v Международной научно-практической конференции о методе использовании инструментов «Google in Education» для изучения эпигенетики стволовых клеток.

Первоначально была поставлена цель – создать сайт и определиться с выбором темы науч ной работы. Были решены конкретные задачи: найти, прочитать и сделать анализ статей и книг по теме «Стволовые клетки»;

вести конспекты на сайте;

формулировать свои вопросы и искать на них ответы;

письменно обсуждать все с руководителем.

Сейчас немного сайтов с достоверной информацией, на собственном же сайте всегда можно разместить только проверенные суждения, мысли и выводы с точными ссылками.

Чтение каждой статьи или книги сопровождалось конспектом на сайте. Метод ведения кон спектов заключается в формулировке и выписывании смысловых предложений, в постановке вопро сов и формулировке предварительных, пусть и наивных, собственных ответов. Так, при изучении статей [1, 2] возникли вопросы: «Как из одной клетки образуется множество других, различных по своим функциям?» и «Где располагаются стволовые клетки?». Вопрос, «Чем различаются клет ки?» привел к работе [3], где более подробно рассматрены кластеры дифференцировки. Очень необходимым стал словарь-глоссарий из [3], он был размещен на сайте с собственным переводом каждого термина. Книги [3–5] помогли понять, что проблема стволовых клеток важна не только для клеток иммунной системы, где эффективно работают кластеры дифференцировки.

Книга [4] увлекла эпигенетикой и проблемой перепрограммирования клеток. Это подтол кнуло на глубокое изучение эпигенетических проблем по книге [5], где подробнее объяснены эпи генетические механизмы, например, ацетилирование, фосфорилирование, особенности стволовых клеток, их дифференцировка. При чтении возникало множество вопросов, касающихся непонима ния и незнания многих слов. Для их толкования создана страница на сайте – словарь терминов.

Для сложных терминов или ключевых слов текста, например, «Цитокины» или «Кластеры диф ференцировки», созданы отдельные страницы для более подробного анализа. Это помогло понять, освоить и осмысленно применять глубокие современные понятия эпигенетики к развитию клеток.

Для вновь возникающих вопросов также создавались страницы, где давались ответы по мере из учения каждого вопроса. Такая методика помогла выйти на новый уровень понимания стволовых клеток, процесса их дифференцировки и механизмов эпигенетического наследования.

Созданный сайт – не только архив для дистанционного общения. По сайту можно просле дить всю работу, степень собственной образованности, ход мысли, источники, из которых была заимствована информация. Собственный сайт – это место, где можно сделать анализ, обсуждать интересующие и не понятые моменты с коллегами. Он помогает упорядочить информацию, срав нить мысли.

В результате работы на сайте заметно возросло понимание роли эпигенетики в развитии стволовых клеток. Точнее, именно при этой работе сформировалось понимание такой науки как эпигенетика, со многими ее тонкостями. Например, однояйцевые близнецы – это генетически идентичные индивидуумы, но уже на уровне внутриутробного развития они начинают различаться эпигенетически («голодная голландская зима» [4]). Поэтому говорят, что эпигеном отражает влияние окружающей среды при помощи процессов метилирования, ацетилирования и фосфорилирования, которые постоянно происходят в клетках. Удалось понять образование меток в клетке в ходе развития, их удаление (деметилирование) и стирание почти всех родительских метильных и аце тильных меток при первом зиготическом делении [5]. Появилось понимание того, что не все фак торы, влияющие на рост и развитие клетки, находятся в ядре, они присутствуют и в цитоплазме, к тому же архитектура ядра наследуется. Эти знания появились при работе на сайте, при ведении конспектов, при поиске информации инструментами Google. Итак, сайт – лучший метод освоения современной биологии. Так, глубокое изучение образца краткости и насыщенности [6] без пред ставления биологической информации на собственном сайте представить трудно.

Автор выражает благодарность П.И. Белоброву за научное руководство и редактирование текста тезисов.

ЛИТЕРАТУРА 1. Чугунов А. Была клетка простая, стала стволовая // Биомолекула. Взгляд изнутри [Электронный ресурс].

URL: http://biomolecula.ru/content/491/ 2. Глаголев С.М. Ствол и ветки: стволовые клетки // Биомолекула. Взгляд изнутри [Электронный ресурс].

URL: http://biomolecula.ru/content/966/ 22 АКТУАЛЬНЫЕ ПРОБЛЕМЫ БИОЛОГИИ, НАНОТЕХНОЛОГИЙ И МЕДИЦИНЫ 3. Abbas A.K., Lichtman A.H., Pillai S. Cellular and Molecular Immunologyю 7th ed. Elsevier, 2012. 554 p.

4. Кэрри Н. Эпигенетика: как современная биология переписывает наши представления о генетике, заболе ваниях и наследственности. Ростов н/Д: Феникс, 2012. 352 с.

5. Эпигенетика / Отв. ред. С.М Закиян, В.В. Власов, Е.В. Дементьева. Новосибирск: Изд-во СО РАН, 2012.

592 с.

6. Разин С.В., Быстрицкий А.А. Хроматин: упакованный геном. 3-е изд. М.: Бином: Лаборатория знаний, 2013. 172 с.

ПОИСК ЗАВИСИМОСТЕЙ МЕЖДУ НЕКОТОРЫМИ КОЛИЧЕСТВЕННЫМИ ПРИЗНАКАМИ МЛЕКОПИТАЮЩИХ И ХАРАКТЕРИСТИКАМИ НЕКОДИРУЮЩЕЙ ДНК ВОКРУГ ГЕНОВ, ОТВЕЧАЮЩИХ ЗА ИХ ФОРМИРОВАНИЕ А.И. Бутенко1, М.Г. Адигеев2, Г.Б. Бахтадзе1, Б.Я. Штейнберг2, Д. Романов1, Н.Н. Касаткина1, Е.Ф. Шелухина1, Т.П. Шкурат Академия биологии и биотехнологии Южного федерального университета, 344090, Россия, г. Ростов-на-Дону, пр. Стачки, 194/ Южный федеральный университет, факультет математики, механики и компьютерных наук, 344090, Россия, г. Ростов-на-Дону, ул. Мильчакова, 8а E-mail: rolando24@yandex.ru В последние годы наметился прогресс в отношении методов изучения последовательностей некодирующих ДНК, однако многие закономерности функционирования и распределения у эука риот еще не найдены. Ведется активная работа по получению информации о том, как дискретные регуляторные элементы взаимодействуют, чтобы создать паттерн экспрессии конкретного гена.

В отличие от прокариот, у эукариот нет четкой связи между размером генома или количеством белок-кодирующих генов и сложностью организма. Интегрированный международный проект ENCODE в сентябре этого года опубликовал одновременно около 40 работ, в которых показано, что более 80 % генома выполняют биохимические функции [1]. Эти исследования, выполненные на 140 типах клеток человека и животных, показали что более 80 % некодирующей ДНК представ лены различными типами РНК, регионами, ответственными за модификацию гистонов, регионами, открывающими хроматин, транскрипционными сайтами факторов связывания. Однако сегодня еще не хватает понимания того, как регуляторная информация закодирована в ДНК и где расположены дистантно-действующие регуляторные элементы.



Pages:   || 2 | 3 | 4 | 5 |   ...   | 22 |
 



Похожие работы:





 
© 2013 www.libed.ru - «Бесплатная библиотека научно-практических конференций»

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.