Прикладной аспект

Рис. 7.Фрагмент синаптонемного комплекса, несущего гетерозиготную хромосомную перестройку — инверсию, которая проявляется как типичная инверсионная петля. Фото Ю. С. Федотовой. Изображение: «Природа»

Все рассказанное — красивая фундаментальная наука, а можно ли использовать эти знания в практических целях? Можно. Еще в середине 80-х годов британские исследователи и наша лаборатория на разных экспериментальных моделях доказали, что, используя микроспреды синаптонемных комплексов, можно выявить в два раза больше хромосомных перестроек (делеций, транслокаций, инверсий) по сравнению с традиционным методом анализа хромосом на стадии метафазы (рис. 7). Дело в том, что синаптонемный комплекс — скелетная структура мейотических хромосом в профазе. В это время хромосомы примерно в 10 раз длиннее, что значительно повышает разрешающую способность анализа. Однако исследовать запутанные в клубок профазные хромосомы практически невозможно, а жесткие скелетные структуры си-наптонемного комплекса не боятся распластывания, и, кроме того, электронный микроскоп способен различать миниаберрации, недоступные световому микроскопу.

Мы задались вопросом: можно ли установить причину стерильности потомства облученных мышей, изучая не хромосомы, а синаптонемный комплекс? Оказалось, что у стерильных мышей, унаследовавших от родителей хромосомные транслокации, эти перестройки выявляются с помощью комплекса в 100% исследуемых клеток, а при обычных методах «метафазного» анализа — лишь в 50% клеток [13]. Группа испанских исследователей обследовала более 1 тыс. мужчин, страдающих бесплодием. У трети из них причину бесплодия ранее не удавалось установить, а изучение синаптонемного комплекса из клеток семенников этих пациентов позволило половине из них поставить диагноз: причина бесплодия в отсутствии синаптонемного комплекса, из-за чего сперматоциты (клетки-предшественники сперматозоидов) не развиваются, т. е. наблюдался «арест» процесса мейоза и всего сперматогенеза [14]. Аналогичные результаты получены О. Л. Коломиец совместно с врачами из Харькова. Исследование синаптонемного комплекса в сочетании с другими методами анализа повышает процент выявления причин бесплодия у обследованных пациентов-мужчин с 17 до 30% [15]. Некоторые английские клиники уже в 90-х годах XX в. активно использовали подобные методы. Такая диагностика, конечно, требует высокой теоретической и практической квалификации врачей и использования электронных микроскопов. Российские лаборатории еще не достигли такого уровня, за исключением Института общей генетики им. Н. И. Вавилова РАН (Москва) и Института цитологии и генетики СО РАН (Новосибирск).

Можно думать, что интенсивные исследования механизмов мейоза неизбежно приведут к применению полученных знаний в тех областях биологии и медицины, которые связаны с фертильностью живых организмов, включая человека. Однако закон применения научных достижений на практике неизменен: «внедрять» что-либо силой — бесполезно. Практики сами должны следить за достижениями науки и использовать их. Именно такой подход применяют передовые фармакологические и биотехнологические фирмы.

От открытия мейоза (1885) до открытия синаптонемного комплекса (1956) прошло примерно 70 лет, а с 1956 г. до открытия белков синаптонемного комплекса (1986) — еще 30. За последующие 20 лет мы узнали структуру этих белков, кодирующие их гены, взаимодействие белков при построении и работе синаптонемных комплексов, в частности, их взаимодействие с белками-ферментами рекомбинации ДНК и т. д., т. е. больше, чем за предшествующий 30-летний период описательных цитологических исследований. Возможно, для расшифровки основных молекулярных механизмов мейоза потребуется не более двух десятков лет. История науки, как и всей цивилизации, характеризуется «сжатием времени», нарастающим уплотнением событий и открытий.

Литература:

1. Page S.L., Hawley R.S. // Annu. Rev. Cell Develop. Biol. 2004. V. 20. P. 525–558.
2. Moses M.J. //Chromosoma. 2006. V. 115. P. 152–154.
3. Bogdanov Yu.F. // Chromosoma. 1977. V. 61. P. 1–21.
4. OllingerR. et al. //Moll. Biol. Cell. 2005. V. 16. P. 212–217.
5. Fedotova Y.S. et al. // Genome. 1989. V. 32. P. 816–823; Коломиец О.Л. и др. // Биологические мембраны. 2001. Т. 18. С. 230–239.
6. Bogdanov Yu.F. et al. // Int. Review. Cytol. 2007. V. 257. P. 83–142.
7. Богданов Ю.Ф. // Онтогенез. 2004. T. 35. №6. C. 415–423.
8. Grishaeva T.M. et al. // Drosophila Inform. Serv. 2001. V. 84. P. 84–89.
9. Page S.L., Hawley R.S. // Genes Develop. 2001. V. 15. P. 3130–3143.
10. Bogdanov Yu.F. et al. // In Silico Biol. 2003. V. 3. P. 173–185.
11. Osman K. et al. // Chromosoma. 2006. V. 115. P. 212–219.
12. Hamant O., Golubovskaya I. et al. // Curr. Biol. 2005. V. 15. P. 948–954.
13. Kalikinskaya E.I. et al. // Mut. Res. 1986. V. 174. P. 59–65.
14. Egozcue J. et al. // Hum. Genet. 1983. V. 65. P. 185–188; Carrara R. et al. // Genet. Mol. Biol. 2004. V. 27. P. 477–482.
15. Богданов Ю.Ф., Коломиец О.Л. Синаптонемный комплекс. Индикатор динамики мейоза и изменчивости хромосом. М., 2007.