Это самая маленькая хромосома, составляющая 1.6—1.8% всего генома человека. Несмотря на свои небольшие размеры, ее патология установлена при некоторых генетических и онкологических заболеваниях. Так, трисомия хромосомы 22 вызывает синдром "кошачьего глаза" (колобома радужной оболочки), атрезию ануса, другие пороки развития и умственную отсталость. Выпадение (делеция) района длинного плеча 22q11.2 приводит либо к синдрому Ди Джорджи, который сопровождается аплазией тимуса, пороками сердца и аномалиями развития, несовместимыми с жизнью; либо, если делеция меньших размеров, к вело-кардио-фациальному синдрому с характерными пороками сердца и крупных сосудов. При лейкозах и лимфомах выявлены анеусомии — трисомии и моносомии, обмены участками (транслокации) различных хромосом и хромосомы 22. Самый известный пример — филадельфийская хромосома, образованная в результате транслокации хромосом 9 и 22. В солидных опухолях достаточно часто обнаруживают различные транслокации с вовлечением хромосомы 22.
В результате проделанной работы удалось определить последовательность 33 464 тыс. пар нуклеотидов (п.н.). Это не полная последовательность, а только 97%, так как 11 фрагментов ДНК прочитать не удалось. Качество секвенирования достаточно высокое и предполагает в среднем наличие только одного ошибочно определенного нуклеотида на протяжении более 50 тыс. нуклеотидов.
Каково же содержание этих 33.5 млн пар нуклеотидов? С помощью компьютерных программ, которые могут предсказывать кодирующие последовательности генов, мотивы и районы, характерные для генов и их белковых продуктов (правда, с некоторыми ошибками), предположительно определено 679 генов. Среди них 247 известных генов; 150 гомологичных уже клонированным генам человека и других организмов; 148 содержащих клонированные ранее фрагменты, называемые экспрессирующимися секвенированными районами; 134 псевдогена, т.е. по нуклеотидной последовательности похожих на ген, но не кодирующих белок, так как имеют поврежденную стоп-кодонами открытую рамку считывания.
Все эти генные последовательности вместе с внутригенными некодирующими районами (интронами) составляют всего 13 млн п.н., или 39% всей хромосомы. Среди известных генов удалось определить несколько генных семейств, представленных как генами, так и псевдогенами: иммуноглобулины, глютатион-S-трансферазы, форболины, BCR-подобные гены, аполипопротеины, g-глютамилтрансферазы и b-кристаллины. Средний размер гена — 19.2 тыс. п.н., хотя самый маленький состоит лишь из 1 тыс. п.н, а самый большой — из 583 тыс. п.н. Несколько генов представлены только одним экзоном — кодирующей областью гена, а один имеет 54 экзона. Величина экзонов варьирует от 8 до 7.6 тыс. п.н. Установлено, что два известных гена локализованы в протяженных интронах двух других генов. Предсказано всего 482 белковые последовательности с функционально важными районами (доменами), т.е. это скорее всего белки с определенной функцией.
На долю псевдогенов приходится всего 204 тыс. п.н. (19% всей хромосомы), причем большинство — это процессированные псевдогены, т.е. у них отсутствуют интроны. Установлено, что псевдогены в основном относятся к семействам иммуноглобулинов, кристаллинов, цитохромов и др. Произошли такие семейства в результате внутрихромосомных удвоений (дупликаций) и достаточно равномерно распределены по хромосоме. Обнаружен только один кластер, состоящий из 26 псевдогенов рядом с центромерной областью хромосомы.
Однако математическая обработка полученных данных показала, что определены не все гены и псевдогены. Видимо, в хромосоме 22 имеется еще около 300 генов, не обнаруженных компьютерными программами.
В то же время некодирующие последовательности, которые повторяются часто или редко, составляют 41.9% хромосомы. Среди часто встречающихся последовательностей основное место занимают так называемые Alu-повторы, которые обычно располагаются в участках, обедненных цитозином и гуанином. Но в хромосоме 22 Alu-повторы формируют блоки в районе центромеры и почти в центре длинного плеча. В распределении низкокопийных рассеянных повторов в 22 хромосоме ничего необычного не обнаружено.
Итак, помимо почти полной нуклеотидной последовательности ДНК хромосомы 22 известна и предположительная локализация генов, псевдогенов и повторяющихся последовательностей. Эта достаточно ценная информация (она представлена в Интернете: сайты www.sanger.ac.uk/HGP/Chr22 и www.genome.ou.edu/Chr22.html) необходима молекулярным биологам, которые занимаются картированием и клонированием генов, в том числе и ответственных за наследственные заболевания человека. По-своему, это большое достижение, равнозначное детальной физической географической карте для мореплавателя, геолога, путешественника, военного и др. Безусловно, знание нуклеотидной последовательности всех хромосом равноценно созданию глобуса и облегчит работу в области биомедицины. Однако не все так просто. Можно расшифровать нуклеотидную последовательность конкретного гена, его экзон-интронную структуру и даже определить в нем мутации, которые вызывают то или иное заболевание. Но основная задача — понять закономерности работы этого гена, его роль в геноме человека и взаимосвязи с другими генами — дело ближайшего будущего.
Молекулярно-генетические исследования последних лет показывают, что один ген не всегда определяет один признак. Молекулярная патология нескольких генов фенотипически может выражаться как одно заболевание. Обусловлено это не генетической гетерогенностью заболевания, а тем, что гены взаимосвязаны, регулируют экспрессию друг друга и определяют некий порядок биохимических реакций. Мутация любого из них приводит к фенотипически однотипной патологии. В то же время изменения одного гена могут давать фенотипически разные проявления, так как мутации в различных его районах приводят к аномальным белкам и, соответственно, к сбою в биохимических цепочках.
В последнее время показано, что экспрессия гена регулируется на разных уровнях. Отсутствие белкового продукта не всегда обусловлено мутацией. Ген может выключаться в результате аномального метилирования его промоторной области, без структурной мутации. Механизмы метилирования в настоящее время только начинают изучать. Ген отказывается работать, если изменена структура хроматина в месте его локализации. Показано, что компактизация хроматина, или гетерохроматинизация, определенного района инактивирует все гены, расположенные в нем. Изучение закономерностей и молекулярных механизмов конденсации—деконденсации хроматина находится на начальных этапах.
Экспрессия гена может регулироваться и на уровне РНК. Хорошо известно, что один и тот же ген в разных тканях организма кодирует различные по величине белки. Однако механизмы регуляции этого процесса не всегда ясны. В последнее время установлено, что некоторые гены транскрибируются, т.е. дают мРНК, но она не транслируется в белок. Возможно, эти мРНК играют регуляторную роль. Установлено также, что некоторые гены считываются не только со смысловой цепи ДНК, но и с антисмысловой цепи. В этом случае образуются антисмысловые мРНК, которые не транслируются, а скорее всего выполняют неизвестные пока регуляторные функции.
Таким образом, информация о нуклеотидной последовательности какой-либо хромосомы достаточно важна и полезна, но она не отвечает на вопросы о закономерностях работы генома того или иного организма. Изучить эти механизмы в норме и при патологии — задача ближайших десятилетий, которую призвана решать функциональная геномика.
Д.В.Залетаев,
доктор биологических наук,
Медико-генетический научный центр РАМН
Начало Человек Крионика Генетика Клонирование Эликсир Жизни Нанотехника
