Принимая во внимание количественную и качественную вариабельность ЯОР хромосом, а также значимость работы /gt;-генов для жизнедеятельности любой клетки, их ключевую роль в клеточной сигнализации и участие в процессах дифференцировки, несомненный интерес представляет выяснение варьирования активности ЯОР в клетках плодов при хромосомном дисбалансе. Особый интерес в этом отношении представляют синдромы, обусловленные трисоми- ями хромосом 21 (синдром Дауна) и 13 (синдром Патау) — наиболее
частые хромосомные болезни человека. Поскольку в анеуплоидии при этих синдромах принимают участие ядрышкообразующие хромосомы, это неизбежно должно отразиться на работе системы генов рибосом- ного биогенеза, в частности, генов рРНК. Основное внимание в нашем исследовании было уделено анализу влияния дополнительной ЯО-хро- мосомы на функциональный статус ЯОР других хромосом в кариотипе эмбрионов.
Анализ структурно-функционального состояния ЯОР хромосом был проведен в 14 полных семьях, т. е. в клетках цитотрофобласта или лимфоцитах пуповинной крови от 7 эмбрионов с трисомией 21 и 7 эмбрионов с трисомией 13, а также в лимфоцитах периферической крови их родителей. При анализе были использованы методические приемы, аналогичные ранее описанным.
Дополнительная хромосома у всех плодов с трисомией 21, а также у 4 плодов с трисомией 13 имела материнское происхождение в результате нерасхождения в первом делении мейоза. Три случая трисомии 13 были обусловлены аномальной сегрегацией хромосом в сперматогенезе (в одном случае в первом делении, в двух — во втором делении мейоза).
Сравнительный анализ 154 (по 77 для каждого типа трисомии) индивидуальных ЯОР хромосом у плодов и их родителей показал, что в 68 % случаев функциональный статус ЯОР сохранялся при наследовании. Хромосомы с вариабельными ЯОР составили 32 %, что оказалось на 5 % больше, чем при анализе плодов с нормальным кариотипом (см. раздел 10.1.3). У плодов с трисомиями 21 и 13 отмечена также тенденция к увеличению числа вариабельных ЯОР хромосом (2-6 на клетку по сравнению с 1-4 при нормальном кариотипе у плода). Интересно также отметить, что у плодов с трисомиями 21 и 13, несмотря на участие в анеуплоидии хромосом разных групп, доли хромосом групп D и G с измененной активностью ЯОР были сопоставимы (табл. 10.2). При этом в случае трисомии 21 каждый ЯОР вносил равный вклад в общую изменчивость транскрипционной активности, а при трисомии 13 чаще других менялась активность ЯОР именно на хромосомах 13 (рис. 10.5). Попытки установить влияние родительской принадлежности хромосомы на изменения активности ее ЯОР оказались безуспешными — ни для одной акроцентрической хромосомы у плодов с трисомией 21 или 13 такой зависимости выявлено не было.
Таблица 10.2. Характер наследования активности ЯОР хромосом у эмбрионов с нормальным кариотипом и трисомией по хромосомам 13 и 21 (собственные данные)


Кариотип эмбрионов


Нормальный
Трисомия 21
Трисомия 13

Число эмбрионов
14
7
7

Общее число исследованных ЯОР хромосом
140
77
77

Число хромосом с измененной активностью ЯОР по сравнению с таковой у родителей в том числе:
36
(26 %)
22
(29 %)
25
(32 %)

группы D (из всех хромосом группы D)
17 из 84 (20 %)
12 из 42 (29 %)
15 из 49 (31 %)

группы G (из всех хромосом группы G)
19 из 37 (33 %)
10 из 35 (29 %)
10 из 25 (35 %)

с увеличенной активностью ЯОР
17* (47 %)
1* (5 %)
2* (8 %)

со сниженной активностью ЯОР
19* (53 %)
21* (95 %)
23* (92 %)

* Достоверные различия между группами эмбрионов в норме и патологии

При анализе характера изменения активности ЯОР установлено, что у эмбрионов с трисомиями активность ЯОР, как правило, снижена по сравнению с исходной родительской (табл. 10.2). При этом только у двух эмбрионов с трисомией 21 это снижение явилось следствием де- леции кластеров рибосомных генов на отцовских хромосомах 21 и 15.
Сравнение интенсивности Ag-окраски отдельных акроцентричес- ких хромосом в цитотрофобласте между эмбрионами с нормальным кариотипом и трисомиями показало, что в присутствии любой дополнительной ЯО-хромосомы активность всех ЯОР увеличивается. Достоверная разница в интенсивности Ag-окраски наблюдалась по ЯОР всех хромосом группы D (хромосомы 13 и 15 при трисомии 13 и хромосомы 14 при трисомии 21) и хромосомы 22 только при трисомии 13. При анализе суммарной активности ЯОР хромосом у плодов с нормальным и анеуплоидным кариотипом обнаружены различия как по средней активности ЯОР на геном, так и по характеру распределения (рис. 10.5).
Полученные данные хорошо согласуются с результатами исследования активности ЯОР у спонтанных абортусов [117] и свидетельствуют, что при любом анеуплоидном кариотипе, особенно при трисомиях

Рис. 10.5. Распределение суммарной активности ЯОР хромосом в клетках цитотрофоблас- та хориона, плаценты и ФГА-стимулированных лимфоцитах из пуповинной крови плодов человека с нормальным кариотипом (n = 15), трисомией 21 (n =16), и трисомией 13 (n = 7). По оси абсцисс — средняя суммарная активность ЯОР на клетку (в баллах), по оси ординат — число плодов


по ЯО-хромосомам, общий уровень экспрессии р-генов возрастает. Это увеличение особенно демонстративно у пациентов с синдромом Дауна и у лиц с дополнительными маркерными ЯО-хромосомами [107, 657, 705, 904]. Повышение суммарной активности р-генов в таких клетках происходит за счет активации дополнительных ЯОР. При этом аргентофильные характеристики других хромосом либо сохраняются, как это отмечено при исследовании мозаичных кариотипов [705, 904], либо уменьшаются, как это обнаружено у эмбрионов с трисомией 21 и 13 (см. выше). В случаях утраты ЯОР, например, в результате Робертсоновской транслокации по ЯО-хромосомам, общий уровень активности, как правило, снижается при относительном увеличении активности других индивидуальных ЯОР [669]. Несмотря на то, что изменения активности могут оказаться недостаточными для достижения оптимального уровня, характерного для нормального кариотипа, эти данные могут служить косвенным доказательством существования компенсаторного механизма дозы р-генов в клетке. Компенсация дозы может осуществляться путем модификации активности ЯОР родительских хромосом на стадии зиготы. При этом жизнеспособными оказы-
ваются только клетки с числом активных ЯОР, не выходящим за рамки нормального диапазона изменчивости [107, 669].
Жесткий отбор по числу аргентофильных ЯОP справедлив только при допущении, что активность ЯОР индивидуальной хромосомы неизменна. Между тем, в норме активно транскрибируется не более половины всех _р-генов [652], при этом активность некоторых ЯОР может изменяться как в сторону увеличения, так и уменьшения в зависимости от их сочетания в конкретном кариотипе для «настройки» оптимального числа активных генов рРНК в клетке. Эти изменения могут иметь стадиоспецифичный характер. Поэтому логично предположить, что и при нормальном кариотипе, и при частичной анеуплоидии по ЯОР, уже на самых ранних стадиях развития определяется число копий _р-генов, диапазон их активности, а также оптимальный уровень транскрипции. При наличии в кариотипе целой дополнительной ЯО-хромосомы многие параметры функционирования индивидуальных ЯОР, характерные для нормального кариотипа, нарушаются. Так, согласно нашим данным, при трисомиях 21 и 13 заметно возрастает по сравнению с нормальным кариотипом доля хромосом группы D с вариабельными ЯОР. Любопытно, что несмотря на общую тенденцию к снижению активности ЯОР родительских хромосом, общий уровень транскрипции /gt;-генов не только заметно выше нормального, но и в значительной степени обусловлен высокой активностью ЯОР хромосом группы D, преимущественно хромосомы 13. Наконец, при трисомиях ни для одной из хромосом не установлено зависимости функционирования ее ЯОР от родительской принадлежности. Этот факт, возможно, указывает на то, что в условиях хромосомного дисбаланса регуляция работы всей системы генов рРНК, если и осуществляется, то иначе, чем в норме.
Следует отметить, что при таких сублетальных трисомиях как три- сомии 13 и 21 вклад дополнительной дозы активных _р-генов на фоне дисбаланса генетического материала целой хромосомы дискриминировать достаточно трудно. Поэтому вопросы о влиянии добавочных ЯОР на работу системы /-генов, а также всего генома по-прежнему остаются открытыми.
Особый интерес вызывают механизмы взаимодействия, регуляции и контроля дифференциальной транскрипции генов, в том числе и генов рРНК, специфичных для каждого родительского ЯОР [84]. Одним из таких универсальных механизмов является уже упоминавшееся
метилирование ДНК, которому отводят ключевую роль в регуляции транскрипции на уровне всего генома. Учитывая важную роль метилирования в реализации генетической программы эмбрионального развития человека, представляется целесообразным подробно рассмотреть существующие на эту тему данные.