Кіріспе

Көпжасушалы организмдердегі жағдай Мозаицизм немесе генетикалық мозаицизм – көпжасушалы организмнің генетикалық мутация нәтижесінде бірнен көп генетикалық желіге ие болуы. Бұл бір тоқсандырылған жұмыртқадан бірнеше генетикалық желі пайда болғанын білдіреді. Мозаицизм – химеризмнің мүмкін болатын себептерінің бірі, онда бір организм бірнеше түрлі генотиптерден тұратын жасушалардан құралған. Генетикалық мозаицизм көптеген механизмдерден туындауы мүмкін, оның ішінде хромосомалардың айырылмауы, анафазалық кешігу және эндорепликация. Анафазалық кешігу – имплантацияға дейінгі эмбрионда мозаицизмнің пайда болуының ең көп кездесетін жолы. Соматикалық мозаицизм әдетте мұрагерлік емес, себебі ол көбінесе герм жасушаларына әсер етпейді. Мюллер 1930 жылы Drosophila-дағы мозаицизмнің хромосомалық реттелулермен байланысты екенін көрсетті, ал 1936 жылы Шульц зерттелген барлық жағдайларда осы реттелулердің гетерохроматикалық инерт аймақтармен байланысты екенін көрсетті, сондай-ақ мұндай мозаицизмнің сипаты туралы бірнеше гипотезалар ұсынылды. Бір гипотеза бойынша, мозаицизм хромосома сегменттерінің үзілуі мен жоғалуы нәтижесінде пайда болады. Курт Стерн 1935 жылы хромосомалардың құрылымдық өзгерістерінің соматикалық жасушалардағы мутациялар немесе шағын хромосомалық реттелулер нәтижесінде соматикалық кроссинг нәтижесінде пайда болғанын болжады. Осылайша, инерт аймақ инерт аймақтарға жақын орналасқан белсенді сегменттерде мутация жиілігінің артуына немесе шағын хромосомалық реттелулерге әкеледі. 1930 жылдары Стерн генетикалық рекомбинацияның мейоз кезінде қалыпты жүретінін, митоз кезінде де жүруі мүмкін екенін көрсетті. Ол кезде соматикалық (дене) мозаицизм пайда болады. Бұл организмдерде екі немесе одан көп генетикалық жағынан ерекшеленетін тіндердің түрлері болады. Соматикалық мозаицизм терминін CW Cotterman 1956 жылы антигендік өзгергіштік туралы мақаласында қолданды. 1944 жылы Белговский мозаицизмнің кейбір белгілі бір көріністерін гетерохроматикалық инерт аймақтарына қатысты хромосомалық реттелулермен түсіндіруге болмайтынын ұсынды. Биохимиялық белсенділіктің әлсіреуі оны генетикалық химера деп атауға әкелді. Бұл себебі әдетте гаметалардың барлығын немесе бір бөлігін құраған ерте сая жасушасында болған мутация.

Соматикалық мозаикалық

Соматикалық мозаика (сондай-ақ клоналды мозаика деп те аталады) – организмнің соматикалық жасушалары бірнеше генотипке ие болғанда туындайды. Көпте жайлы мозаикаларда әртүрлі генотиптер бір ғана ұрықтандырылған жұмыртқа жасушасынан митоздық қателердің нәтижесінде, алғашқы немесе кейінгі бөлінулер кезінде пайда болады. Соматикалық мутациялар мозаикаға алып келетін адам өмірінің бастапқы және соңғы кезеңдерінде кең таралған.

Трисомиялар, моносомиялар және ұқсас жағдайлар

Мозаиканың ең көп кездесетін түрі – трисомия. Трисомияның көптеген түрлері мейоздың бұзылуына байланысты және организмнің барлық жасушаларына әсер етеді, бірақ кейбір жағдайларда трисомия тек жасушалардың бір бөлігінде ғана пайда болады. Бұл ерте митоз кезіндегі хромосомалардың бөлшектелуінен (nondisjunction) туындауы мүмкін, нәтижесінде кейбір трисомиялық жасушалардан хромосома жоғалады. Әдетте, мұндай жағдайларда аурудың сол аурумен ауыратын, бірақ мозаикалық емес пациенттерге қарағанда жеңілірек белгілері байқалады. Сирек жағдайларда интерсекс жағдайлары мозаикалық болуы мүмкін, яғни организмдегі кейбір жасушаларда XX, ал басқаларында XY хромосомалары болады (46, XX/XY). Жемеш шыбынында (Drosophila melanogaster), екі X хромосомасы бар шыбын – аналық, ал бір X хромосомасы бар шыбын – сүексіз еркек болады. Эмбриональды дамудың басында X хромосомасының жоғалтылуы жыныстық мозаикалар немесе гинандроморфтардың пайда болуына әкелуі мүмкін. Кері мозаикада митоздық рекомбинация нәтижесінде пайда болған сау тіндер, қан мен эпителий сияқты жиі жаңаруға қабілетті тіндерде бастапқы, айналасындағы мутант жасушалардан басымдық алады. Шын мозаикалықты X-хромосоманың инактивациясымен шатастырмау керек, онда организмнің барлық жасушалары бірдей генотипке ие, бірақ әртүрлі жасушаларда X-хромосоманың әртүрлі көшірмесі экспрессияланады. Соңғысы қалыпты (XX) аналық сүтқоректілерде кездеседі, бірақ ол әрқашан фенотип бойынша көрінбейді (мысалы, үш түсті мысықтарда). Дегенмен, барлық көпжасушалы организмдер белгілі бір дәрежеде соматикалық мозаикалық болуы мүмкін.

Гоносомалық мозаикалық

Гоносомалық мозаицизм – организмнің дамуының өте ерте кезеңінде пайда болатын соматикалық мозаицизмнің бір түрі, сондықтан ол гермдік және соматикалық жасушалардың екеуінде де кездеседі. Соматикалық мозаицизм, әдетте, мұраға берілмейді, себебі ол көбінесе гермдік жасушаларға әсер етпейді. Гоносомалық мозаицизм жағдайында организмдер генетикалық өзгерісті, соның ішінде болашақ ұрпаққа да беру мүмкіндігіне ие, өйткені өзгерген аллель соматикалық және гермдік жасушалардың екеуінде де болады.

Митоздық рекомбинация

Мозаикалық тінді құрудың негізгі механизмдерінің бірі – митоздық рекомбинация немесе соматикалық кроссовер. Оны алғаш рет 1936 жылы Керт Стерн Drosophila-да анықтаған. Мозаикалық тіндің мөлшері жасуша бөліну ағашының қай деңгейінде алмасу жүргеніне байланысты. Drosophila-да байқалатын "қос дақ" деп аталатын фенотиптік белгі – митоздық рекомбинацияның нәтижесі. Дегенмен, бұл рекомбинацияға түскен гендердің аллельдік жағдайына да байланысты. Қос дақ тек гетерозиготалы гендер репульсияда, яғни транс-конфигурацияда байланысқан кезде ғана пайда болады. Рекомбинация жанындағы гендердің центромералары арасында жүруі керек. Бұл Drosophila-да жабайы типті фонда сары дақтардың пайда болуына себеп болады. Митоздық рекомбинацияның тағы бір мысалы – Блум синдромы, ол blm геніндегі мутация нәтижесінде пайда болады. Соның салдарынан BLM белгісі бұзылады. RecQ геликазасының бұзылуы репликация кезінде ДНК-ның дұрыс ажыраспауына әкеледі, демек бұл аурудың пайда болуымен байланысты.

Эксперименталды биологияда қолдану

Генетикалық мозаикалар, әсіресе жиі зерттелетін жеміс шыбынында қолданылғанда, өте қуатты құрал болып табылады, онда арнайы таңдалған штаммдар алғашқы эмбрионалық жасушалардың бірінде Х немесе Y хромосомасын жиі жоғалтады. Бұл мозаикалар кейіннен ұсыну мінез-құлқы сияқты мәселелерді талдау үшін қолданылуы мүмкін. Жақында, Drosophila геномға енгізілген трансгеннің қолданылуы жүйені әлдеқайда икемді етті. Flip рекомбиназасы (немесе FLP) – бұл «flip recombinase target» (FRT) сайттарын танитын және олардың арасында рекомбинацияны тудыратын, кеңінен зерттелген Saccharomyces cerevisiae ашытқысынан алынған ген. FRT сайттары D. melanogaster хромосомаларының әрқайсысының центромеріне жақын трансгендік жолмен енгізілген. FLP генін таңдаулы түрде, әдетте жылулық шок промоторын немесе GAL4/UAS жүйесін пайдалану арқылы индукциялауға болады. Нәтижесінде пайда болған клондарды теріс немесе оң белгілеу арқылы анықтауға болады. Теріс белгіленген клондарда шыбын көрінетін маркерді (әдетте жасыл флуоресцентті ақуызды) кодтайтын ген үшін траншетерозиготалы және зерттелетін геннің аллелі болады (екеуі де FRT сайттарын қамтитын хромосомаларда). FLP экспрессиясын индукциялағаннан кейін рекомбинацияға ұшыраған жасушалар зерттеліп жатқан маркер немесе аллель үшін гомозиготалы ұрпақ береді. Сондықтан маркері жоқ (қара түсті) жасушаларды мутациялы деп анықтауға болады. Теріс белгіленген клондарды пайдалану кейде ыңғайсыз, әсіресе өте кішкентай жасушалардың тобын жасағанда, онда жарық фонға қарағанда қараңғы фондағы жарық дақты көру оңайырақ. Оң белгіленген клондарды жасау Стенфорд университетінің профессоры Ликун Луо және оның докторанты Цумин Ли әзірлеген MARCM («басуға болатын жасуша маркерімен мозаикалық талдау») жүйесін пайдалану арқылы мүмкін. Бұл жүйе белгілі бір жасушаларда GFP экспрессиясын жүзеге асыратын GAL4/UAS жүйесіне негізделген. Алайда, GFP экспрессиясына жол бермейтін GAL4 әрекетін басу үшін жалпы экспрессияланатын GAL80 гені қолданылады. Жоғарыда айтылғандай, GFP-ті жабайы типті хромосоманы белгілеу үшін пайдаланудың орнына GAL80 осы мақсатқа қызмет етеді, сондықтан митоздық рекомбинация арқылы алынғанда GAL4 жұмыс істеуге мүмкіндік алады және GFP қосылады. Бұл қызығушылық тудыратын жасушаларды қараңғы фонға қарсы жарықпен белгілейді.