Білки сімейства mutl, muts і cdk в розвитку ооцитів. Мутації

Процеси виявлення і виправлення помилок ДНК білками сімейств MutL і MutS збереглися незмінними в ряду організмів від дріжджових грибів до людини. Вважають, що гетеродімерние протеїнові комплекси MutL і MutS активують репарацію молекул ДНК. Хоча гомологи MutL і MutS у хребетних (Mlh і Mls відповідно) відомі в основному як фактори, що підтримують стабільність генома і захист організму від утворення пухлин, дослідження щодо спрямованого мутагенезу генів у мишей показали, що Mlhl, Mlh3, Msh4 і Msh5 необхідні для здійснення процесів мейозу у особин як чоловічого, так і жіночої статі.

Гомозиготні по мутацій Mlhl і Mlh3 самки характеризувалися одним і тим же фенотипом безпліддя, при якому яєчники новонародженої самки виглядали цілком нормальними, з достатньою кількістю фолікулів на різних стадіях розвитку. Проте було суттєво знижено кількість ооцитів, здатних завершити перше і друге ділення мейозу і почати розвиток двоклітинного ембріонів. І Mlhl, і Mlh3 спільно розташовані з хромосомами в пахітене і вкрай важливі для мейотической рекомбінації, що підтверджується зниженням кількості хіазм, утворених в ооцитах цих мутованих мишей.

Незважаючи на те що ооцити доходять до діплотени, хромосома кон`югуються і не можуть стабільно приєднатися до біполярного веретену поділу, що призводить до порушень формування веретена, аномалій або незавершеного першого поділу мейозу і неможливості запліднення. Більш того, в ооцитах на стадії пахітени і у мишей, і у людини MLH1 і MLH3 служать молекулярними маркерами вузликів рекомбінації, що з`являються на стадії діплотени і необхідних для кросинговеру.

Аналогічно Msh4 і Msh5 також виконують найважливіші функції в стадії пахітени профази I. При цьому зміни фенотипу при їх мутації навіть більш виражені: особини жіночої статі з нокаутував генами Msh4 і Msh5 характеризуються істотним зниженням числа ооцитів до 2-4-му днях після народження. Їх ооцити входять в лептотене і формують сінаптонемние комплекси, але не здатні здійснити повноцінну кон`югацію в зиготене і увійти в стадію діплотени. Такі ооцити піддаються апоптозу, що призводить до атрезії фолікулів, зниження оваріального резерву та передчасної яєчникової недостатності (Пян).

І Msh4, і Msh5 пов`язані з хромосомами, здатні утворювати гетеродімери in vitro і здійснюють свої функції в один і той же час в процесі кон`югації хромосом. Правомочність екстраполяції результатів цих досліджень на людську модель підтверджується тим фактом, що MSH4 і MSH5 експрессируются яєчками і яєчниками людини.

До сих пір невідомі як механізми дії білків Mlh і Msh, так і механізми їх зв`язування з хромосомами. Вважається, що картина апоптозу ооцитів характеризується патологією кон`югації хромосом або освіти синапсів. Однак нещодавно проведені дослідження, в результаті яких проводилося подвійне нокуатірованіе генів Spo11 / Msh або Spo11 / Mlh, показали, що апоптоз ооцитів є наслідком неможливості репарації дволанцюжкових розривів ДНК.

Spoil ініціює розриви обох ланцюгів, необхідні для рекомбінації. За відсутності мутації Spoil патологічний фенотип при мутації Mshl- і Mlh5 був менш виражений і нагадував такий при мутації Spoil. Аналогічно Dmcl ще один білок, залучений в процеси рекомбінації, і Atm-протеїн (від англ. Ataxia-teleangiectasia mutated - мутуючий при атаксії-телеангіектазії) з групи білків детекції пошкоджень ДНК також необхідні для репарації розривів подвійний ланцюги-при їх недостатності зберігаються розриви призводять до апоптотзу ооцита.

функції того чи іншого протеїну якнайкраще вивчити, знаючи, з якими іншими білками він пов`язаний, і уточнити природу їх взаємодії. Колокалізація протеїнів Mlhl, Scp3 і циклінзалежної кінази-2 (Cdk2) передбачає їх взаємодію або спільність функцій, особливо якщо врахувати той факт, що Scp3 і Cdk2 також необхідні для мейозу. Scp3 - ключова білкова субодиниця сінаптонемного комплексу, що утримує гомологічні хромосоми в парі і полегшують кон`югаціію.

Самки мишей, у яких відсутній Scp3, субфертильна, так як багато їх ооцити містять уніваленти (неспарені) хромосоми, у них відзначають патологію розбіжності хромосом, і вони дають лише невеликий відсоток життєздатного потомства. Плодючість таких мишей з віком знижується, що обумовлює інтерес до цієї моделі як до інструменту вивчення залежною від віку субфертильна і анеуплоїдії, що представляють собою серйозну проблему репродукції людини.

Сімейство білків Cdk. Cdk2 належить до сімейства білків Cdk, що вважаються головними регуляторами клітинного циклу. Однак несподівано виявилося, що особини з нокаутованим геном по Cdk2 життєздатні, тобто Cdk2 не є необхідною для мітозу в процесі розвитку живого організму, але вкрай необхідна в профазі I мейозу в ооцитах. У таких мишей в перші ж дні після народження відзначають втрату ооцитів і Пян. При різних молекулярних дефекти у мишей з нокаутував генами Dmcl, Msh4, Msh5 і Atm виявляють подібний фенотип, ймовірно, внаслідок того, що їх ооцити не можуть увійти в пахітене або завершити її і слідують загальним механізмам апоптозу.

На противагу цьому до 5-го дня після народження все ооцити немутантів мишей переходять в стадію діплотени, де і залишаються заблокованими до періовуляторние періоду у статевозрілих особин, після чого відновлюють і завершують мейотическое розподіл.