Молекулярная и цитогенетическая организация четвертой хромосомы Drosophila melanogaster тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 03.01.07, кандидат наук Сидоренко Дарья Сергеевна

• Сидоренко Дарья Сергеевна
• кандидат наук
• 2019

Оглавление диссертации кандидат наук Сидоренко Дарья Сергеевна

ВВЕДЕНИЕ

ГЛАВА 1. ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ

1.1 Организация политенных хромосом (общая информация)

1.1.1 Явление политении

1.1.2 История открытия политенных хромосом

1.1.3 Постоянство дискового рисунка политенных хромосом

1.1.4 Генетическая организация морфологических структур политенных хромосом

1.2 Создание функциональных карт интерфазных хромосом Drosophila melanogaster

1.2.1 Модели, фракционирующие хроматин Drosophila melanogaster на отдельные состояния

1.2.2 Молекулярная организация дисков политенных хромосом и определение их геномных координат

1.2.3 Молекулярная организация междисков политенных хромосом

1.2.4 Модель четырёх типов хроматина, позволяющая осуществлять тонкое картирование дисков и междисков на молекулярной карте генома

Drosophila melanogaster

1.3 Четвёртая хромосома - особый домен хроматина Drosophila melanogaster

1.3.1 Цитологические карты политенной четвёртой хромосомы

Drosophila melanogaster

1.3.2 F элемент в роду Drosophila

1.3.3 Молекулярные свойства хроматина четвёртой хромосомы

Drosophila melanogaster

1.3.4 Состав хроматина четвёртой хромосомы в контексте компьютерных моделей состояний хроматина

1.3.5 Уникальный белковый состав хроматина четвёртой хромосомы

Drosophila melanogaster

1.4 Заключение по обзору литературы

ГЛАВА 2. МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ

2.1 Основные шаги при сопоставлении цитологической и геномной карт четвёртой хромосомы D. melanogaster

2.2 Линия мух и её ведение

2.3 Изготовление препаратов для гибридизации in situ

2.4 Флуоресцентная ДНК/ДНК in situ гибридизация (FISH) на политенных хромосомах

2.5 Выделение геномной ДНК из целых мух для полимеразной цепной реакции (ПЦР)

2.6 Амплификация последовательностей ДНК

2.7 Мечение ДНК

2.8 Электрофорез ДНК в агарозном геле

2.9 Очистка ДНК из раствора переосаждением

2.10 Приготовление препаратов для иммуноокрашивания политенных хромосом

2.11 Иммуноокрашивание политенных хромосом

2.12 Анализ препаратов

2.13 Анализ генетической организации дисков и междисков четвёртой хромосомы

2.14 Анализ распределения белков в хроматине четвёртой хромосомы

2.15 Анализ распределения повторённых последовательностей ДНК в четвёртой хромосоме

2.16 Анализ распределения сайтов гиперчувствительности к ДНКазе I в четвёртой хромосоме

ГЛАВА 3. РЕЗУЛЬТАТЫ

3.1 Особенности картирования политенной четвёртой хромосомы

3.2 Сопоставление цитологической и молекулярной карт четвёртой хромосомы Drosophila melanogaster

3.2.1 FISH-локализация зондов на политенной четвёртой хромосоме

3.3 Картирование состояний хроматина в морфологических структурах четвёртой хромосомы

3.3.1 Молекулярная организация участка четвёртой хромосомы 102В3-4 - 102В5-678

3.3.2 Функциональная карта четвёртой хромосомы Drosophila melanogaster

3.3.3 Хроматиновый состав дисков и междисков хромосомы

3.3.4 Исключения в хроматиновом составе дисков и междисков

3.4 Генетическое содержание дисков и междисков четвёртой хромосомы

3.5 Белковый состав четвёртой хромосомы

3.5.1 Сравнение с остальной частью генома

3.5.2 Распределение белков ORC2, HP1a, POF, CHRIZ и H3K27me3

3.6 Специфика распределения мобильных элементов в хроматине четвёртой хромосомы

3.6.1. Обогащение различными типами повторённых последовательностей ДНК

четвёртой хромосомы и больших плеч хромосом дрозофилы

3.6.2 Распределение Р-элементов в четвёртой хромосоме D. melanogaster

3.6.3 Распределение элемента 1360 в четвёртой хромосоме D. melanogaster

3.7 Распределение сайтов гиперчувствительности к ДНКазе I

ГЛАВА 4. ОБСУЖДЕНИЕ

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

ВЫВОДЫ

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ СОКРАЩЕНИЙ

ГМТ - гистонметилтрансфераза ИГХ - интеркалярный гетерохроматин м.п.н. - миллион пар нуклеотидов п.н. - пара нуклеотидов ПХ - политенные хромосомы СЖ - слюнные железы т.п.н. - тысяча пар нуклеотидов ЭМ - электронная микроскопия

ChIP-on-chip - иммунопреципитация хроматина на чипах

ChIP-seq - иммунопреципитация хроматина с последующим секвенированием

DABCO - 1,4-диазобицикло[2.2.2]-октан

DAPI - 4',6-диамидин-2-фенилиндол

EDTA - этилендиаминтетрауксусная кислота

FISH - флуоресцентная in situ гибридизация

Flu (Fluorescein) - Флуоресцеин-5(6)-карбоксиамидокапроил-[5-(3-аминоаллил)-2'-дезоксиуридин 5'-трифосфат] (FLu-12-dUTP)

PBS - Натрий-фосфатный буфер SSC - Раствор цитрата и хлорида натрия TAE - Трис-ацетатный-ЭДТА буфер

TAMRA - Тетраметилродамин-5(6)-[5-(3-карбоксиаминоаллил)-2'-дезоксиуридин-5'-трифосфат] (Tamra-5-dUTP)

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Молекулярная и цитогенетическая организация четвертой хромосомы Drosophila melanogaster»

ВВЕДЕНИЕ

Актуальность исследования. Экспрессия генов в период интерфазы определяет многие биологические процессы, происходящие в эукариотических клетках. Известно, что генетическая активность хромосом связана с их структурной организацией. Для более чёткого понимания этой взаимосвязи необходимо сопоставить структуры интерфазных хромосом с генами, и, соответственно, геномными координатами. Классические политенные хромосомы Drosophila на протяжении многих лет широко использовались в качестве модели для исследования интерфазных хромосом, поскольку это единственный тип хромосом, которые можно визуализировать по всей их длине в интерфазном ядре. Эти гигантские хромосомы возникают в специализированных клетках (слюнные железы, питающие клетки ооцитов) благодаря многочисленным раундам репликации без последующего расхождения дочерних хроматид, которые, напротив, остаются тесно связанными друг с другом. Благодаря этому, хромомерный рисунок интерфазных хромосом становится контрастно выраженным в виде чередующихся тёмных и светлых поперечных полос. Плотно упакованный хроматин в политенных хромосомах образует чёрные диски, умеренно конденсированные районы формируют рыхлые серые диски, а деконденсированные области являются светлыми междисками.

В настоящее время накоплено большое количество полногеномных данных по организации интерфазного хроматина культур клеток, делящихся митозом, в частности, в рамках проекта modENCODE (model organism Encyclopedia of DNA Elements) [The modENCODE Consortium et al., 2010]. Прорывом в систематизации таких данных является создание компьютерных моделей, разделяющих хроматин Drosophila melanogaster на отдельные состояния. На основании распределения 53 различных белков хроматина, прокартированных методом DamID, было выделено пять типов хроматина, три из которых относятся к репрессированному, а два - к активному хроматину [Filion et al., 2010]. Две более подробных классификации состояний хроматина с выделением девяти и 30 типов хроматина были получены при исследовании локализации 18 модификаций гистонов, определённой методом ChIP-on-chip (chromatin immunoprecipitation on chip) [Kharchenko et al., 2011]. Ещё одна группа исследователей применила альтернативный подход. Они определяли чувствительность

хроматина к обработке ДНКазой1 и, в результате, разделили хроматин на «открытый», «закрытый» и «нейтральный» [МПоп et а1., 2014]. Все эти модели позволяют делать некоторые выводы и обобщения о структуре интерфазного хроматина D. melanogaster, и каждая из них успешно применяется при анализе конкретных районов хромосом, однако они оказались неприменимы для точного соотнесения дисков и междисков политенных хромосом с геномными координатами [Zhimulev et а1., 2014].

Для решения этой задачи в нашей лаборатории на основании распределения белков «открытого» хроматина, обогащенных в ранее привязанных к геномной карте междисках, была разработана модель четырех состояний хроматина [Vatolina et а1., 2011а,Ь; Demakov et а1., 2011; Zhimulev et а1., 2014; Boldyreva et а1., 2017; Zykova et а1.,

2018]. Преимуществом данной модели является хорошее соответствие полученных типов хроматина дискам и междискам с ранее установленными молекулярными координатами. В настоящее время данная модель успешно применяется для сопоставления большого количества дисков и междисков политенных хромосом с молекулярной картой генома D. melanogaster [Zhimulev et а1., 2014; Khoroshko et а1., 2016; Zhimulev et а1., 2016; Kolesnikova, Goncharov, Zhimulev, 2018; Khoroshko et а1.,

2019].

Сопоставление молекулярной карты генома дрозофилы и имеющегося большого массива полногеномных данных о локализации генов, модификаций гистонов, белков хроматина и различных регуляторных сайтов с подробными цитологическими картами политенных хромосом, отражающими структурную организацию генома в интерфазном ядре клетки, позволит понять закономерности функционирования генома и их взаимосвязь с морфологией хромосом. Данная работа посвящена такому исследованию четвертой хромосомы дрозофилы.

Детальной общепризнанной цитологической карты четвертой хромосомы на данный момент не существует. Это связано со сложностями работы с данной хромосомой на цитологическом уровне, обусловленными маленькими размерами хромосомы, большим количеством рыхлых серых дисков и загибанием ее дистального конца с образованием эктопических контактов с хромоцентром. Четвертая хромосома была выбрана объектом изучения, поскольку обладает рядом уникальных свойств. С одной стороны, плотность генов политенизированной части данной хромосомы соответствует эухроматину. В то же время, она обладает свойствами гетерохроматина,

такими как отсутствие рекомбинации и, как следствие, высокая плотность повторённых последовательностей ДНК, и наличие белка гетерохроматина HP1a [Riddle, Shaffer, Elgin, 2009]. Кроме того, хроматин четвёртой хромосомы содержит уникальный в геноме дрозофилы усиливающий экспрессию генов четвёртой хромосмы белок POF (painting of fourth) [Larsson et al., 2001] и специфичную для данной хромосомы гистонметилтрансферазу dSETDB1 [Seum et al., 2007].

Цель и задачи исследования. Целью данной работы является исследование молекулярной и цитогенетической организации четвёртой политенной хромосомы Drosophila melanogaster.

Для достижения данной цели были поставлены следующие задачи:

1. Сопоставить цитологическую и молекулярно-генетическую карты политенизированной части четвёртой хромосомы.

2. Построить функциональную карту четвёртой хромосомы, сочетающую в себе локализацию дисков и междисков, генов, белков, мобильных элементов и регуляторных элементов генома.

3. Исследовать распределение молекулярных и генетических свойств дисков и междисков четвёртой хромосомы.

Научная новизна. В ходе данной работы с помощью впервые применённого комбинированного метода картирования целых секций политенных хромосом была построена подробная цитологическая карта четвёртой политенной хромосомы D. melanogaster, приближающаяся по уровню разрешения к электронно-микроскопической карте. Впервые было проведено тонкое картирование всех дисков и междисков целой хромосомы на молекулярной карте генома дрозофилы с использованием модели четырёх состояний хроматина [Zhimulev et al., 2014] и метода флуоресцентной in situ гибридизации. Благодаря анализу полногеномных данных, в пределах структур четвёртой хромосомы были получены новые данные о молекулярной и цитогенетической организации исследуемой хромосомы. А именно, было определено генетическое содержание дисков и междисков, а также оценена частота встраивания транспозонов, исследовано распределение сайтов гиперчувствительности к ДНКазе I,

сайтов связывания белка репликативного комплекса ORC2, модифицированного гистона H3K27me3 и белков, обеспечивающих уникальное эпигенетическое состояние четвёртой хромосомы - HP1a и POF. Были выявлены отличия в обогащении белками различных типов хроматина четвёртой хромосомы и целого генома дрозофилы. С использованием модели четырёх состояний хроматина [Zhimulev et al., 2014] было показано, что четвёртая хромосома в культурах клеток, делящихся митозом, представлена чередованием структур, соответствующих дискам и междискам данной хромосомы. Полученные данные позволяют сделать вывод о том, что несмотря на явные отличия в организации хроматина четвёртой хромосомы, такие как сочетание свойств эу- и гетерохроматина и наличие уникальных белков POF и dSETDBl, генетическое содержание и некоторые особенности молекулярной организации её цитологических структур (распределение Р-элементов, сайтов гиперчувствительности к ДНКазе I, белка репликативного комплекса ORC2) соответствуют организации дисков и междисков больших плеч политенных хромосом D. melanogaster.

Теоретическая и практическая значимость. В данной работе по тонкому картированию дисков и междисков определены геномные координаты морфологических структур целой четвёртой хромосомы D. melanogaster. Для картирования границ индивидуальных дисков и междисков и целых секций политенных хромосом (ПХ) показана эффективность применения модели четырёх состояний хроматина [Zhimulev et al., 2014] в сочетании с флуоресцентной in situ гибридизацией (FISH) на ПХ личинок дрозофилы, одновременно несущих мутации в генах SuUR и Su(var)3-9 для подавления недорепликации и лучшего расправления ПХ на цитологических препаратах. С использованием данных полногеномных проектов в пределах установленных координат исследована молекулярно-генетическая организация дисков и междисков четвёртой хромосомы D. melanogaster, которая долгое время оставалась малоизученной ввиду её необычной организации и сложностей с микроскопическим анализом. Полученные данные могут представлять интерес для учёных, исследующих функции генов четвёртой хромосомы дрозофилы. Результаты данной работы расширяют теоретическую базу знаний об организации интерфазных хромосом и могут быть в дальнейшем

использованы для педагогического процесса (дополнить лекционный материал для студентов, изучающих биологию).

Положения, выносимые на защиту:

Впервые предложен комбинированный метод картирования интерфазных политенных хромосом D. melanogaster, сочетающий использование модели четырёх типов хроматина, FISH на политенных хромосомах, метод иммунофлуоресценции, мутации в генах SuUR и Su(var)3-9 для значительного улучшения качества хромосом на препаратах. С использованием данного метода и 38 FISH-зондов была построена подробная цитологическая карта и определены геномные координаты дисков и междисков четвёртой хромосомы D. melanogaster.

Исследован хроматиновый состав и генетическая организация каждой цитологической структуры политенной четвёртой хромосомы.

Построена функциональная карта четвёртой хромосомы, сочетающая в себе локализацию дисков и междисков, генов, белков, мобильных элементов и регуляторных элементов генома.

Структура и объём работы. Диссертация состоит из оглавления, введения, обзора литературы, описания материалов и методов, результатов, обсуждения, заключения, списка использованных сокращений, и списка цитируемой литературы, в который входит 158 ссылок. Работа изложена на 149 страницах текста, содержит пять таблиц и 37 рисунков.

Публикации. По материалам работы опубликованы следующие статьи в рецензируемых журналах:

1. Демидова Д. С., Демаков С. А., Похолкова Г. В., Зыкова Т. Ю., Жимулёв И. Ф. Комбинированный метод картирования политенных хромосом на примере 4-й микрохромосомы Drosophila melanogaster // ЦИТОЛОГИЯ. - 2016. - Т. 58. - №. 4. - С. 253-257.

2. Sidorenko D. S., Zykova T. Yu., Khoroshko V. A., Pokholkova G. V., Demakov S. A., Larsson J., Belyaeva E. S., Zhimulev I. F. Polytene chromosomes reflect functional organization of the Drosophila genome // Vavilovskij zurnal genetiki i selekcii. - 2019. - V. 23. - №. 2. - P. 148-153.

3. Sidorenko D. S., Sidorenko I. A., Zykova T. Yu., Goncharov F. P., Zhimulev I. F. Molecular and genetic organization of bands and interbands in the dot chromosome of Drosophila melanogaster // CHROMOSOMA. - 2019. - V. 128. - №. 2. - P. 97-117.

Апробация работы. Результаты данной работы обсуждались на научных конференциях и опубликованы в тезисах:

1. Zhimulev I. F., Zykova T. Yu., Goncharov F. P., Khoroshko V. A., Demakova O. V., Semeshin V. F., Pokholkova G. V., Boldyreva L. V., Demidova D. S., Levitsky V. G., Belyaeva E. S. Genetic organization of interphase chromosome bands and interbands in Drosophila melanogaster // 20th International Chromosome Conference (ICC) Univ Kent, Canterbury, ENGLAND. // Chromosome Research. - 2015 - V. 23. - №. 2. - P. 409-410.

2. Zykova (Vatolina) T. Yu., Demidova D. S., Levitsky V. G., Khoroshko V. A., Elena Belyaeva E. S., Zhimulev I. F. Molecular and genetic structure of polytene chromosome banding pattern in Drosophila melanogaster. // Annual International Conference on Biology, Athens, Greece, 22-25 June 2015.

3. Zykova T. Yu, Demidova D. S., Sidorenko I. A., Levitsky V. G., Zhimulev I. F. P-elements insert in 5'ends of genes located in polytene chromosome interbands in D. melanogaster. // International Conference "Chromosome 2015", Novosibirsk, Russia, 24-28 August 2015.

4. Демидова Д. С., Сидоренко И. А., Зыкова Т. Ю. Молекулярно-генетическая организация доменов активного и репрессированного хроматина четвёртой хромосомы Drosophila melanogaster. // International Conference "Chromosome 2015", Novosibirsk, Russia, 24-28 August 2015.

5. Zykova T. Yu, Levitsky V. G., Demidova D. S., Sidorenko I. A., Khoroshko V. A., Zhimulev I. F. Structural and genetic domains of interphase chromosomes in Drosophila

melanogaster. // 6th Annual World Congress of Molecular & Cell Biology (CMCB-2016), Dalian, China, 25-28 April 2016.

6. Сидоренко (Демидова) Д. С., Сидоренко И. А., Зыкова Т. Ю., Жимулёв И. Ф. Организация доменов активного и репрессированного хроматина четвёртой хромосомы D. melanogaster. // Седьмая Международная школа молодых учёных по молекулярной генетике «Геномика и биология живых систем», Звенигород, Россия, 2016.

7. Sidorenko (Demidova) D. S., Sidorenko I. A., Goncharov F. P., Zykova T. Yu., Zhimulev I. F. A combined method for mapping polythene chromosome binding pattern in the fourth microchromosome of Drosophila melanogaster. // 13th International Conference on Drosophila Heterochromatin. Cagliari, Italy, 4-10 June 2017.

8. Zykova T. Yu., Khoroshko V. A., Levitsky V. G., Sidorenko D. S., Zhimulev I. F. Molecular and genetic organization of chromatin in the composition of Drosophila interphase chromosomes. // 13th International Conference on Drosophila Heterochromatin. Cagliari, Italy, 4-10 June 2017.

9. Sidorenko D. S., Sidorenko I. A., Zykova T. Yu, Kolesnikova T. D., Goncharov F. P., Zhimulev I. F.. Molecular and genetic organization of bands and interbands in the dot chromosome of Drosophila melanogaster. // International Conference "Chromosome 2018", Novosibirsk, Russia, 20-24 August 2018.

Вклад автора. Основная часть работы была выполнена автором самостоятельно, в частности, проведён анализ препаратов ПХ для FISH (флуоресцентной in situ гибридизации) и иммунодетекции, на новых принципах построена цитологическая карта четвёртой хромосомы D. melanogaster, определены геномные координаты её дисков и междисков с использованием модели четырёх состояний хроматина в сочетании с FISH, определено генетическое содержание и исследовано распределение различных свойств хроматина в морфологических структурах четвёртой хромосомы. Компьютерный алгоритм, разделяющий хроматин на четыре типа, создан Ф. П. Гончаровым (Программа для ЭВМ HMM4Band, свидетельство №2014618888). Привязка дисков и междисков четвёртой хромосомы к молекулярной карте генома D. melanogaster проводилась совместно с академиком РАН, д.б.н., проф. И.Ф. Жимулёвым. Анализ различий в

обогащении белками четырёх типов хроматина в составе четвёртой хромосомы и полного генома D. melanogaster выполнен совместно с Ф.П. Гончаровым. Компьютерная программа для подсчёта плотности распределения различных элементов генома в указанных геномных координатах написана И. А. Сидоренко.

Благодарности. Автор выражает глубокую благодарность своему научному руководителю, академику РАН, д.б.н., проф. Игорю Фёдоровичу Жимулёву за помощь на всех этапах выполнения диссертации, д.б.н. Сергею Анатольевичу Демакову, к.б.н. Татьяне Дмитриевне Колесниковой, к.б.н. Татьяне Юрьевне Зыковой за помощь в работе и обсуждение результатов, Фёдору Павловичу Гончарову и Ивану Алексеевичу Сидоренко за помощь в биоинформатическом анализе данных, PhD, проф. Яну Ларссону за обсуждение работы и любезно предоставленные антитела к белку POF, а также всем сотрудникам Лаборатории хромосомной инженерии и Лаборатории молекулярной цитогенетики ИМКБ СО РАН за постоянную поддержку.

ГЛАВА 1. ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ

1.1 Организация политенных хромосом (общая информация)

1.1.1 Явление политении

В специализированных дифференцированных не делящихся клетках, постоянно пребывающих в состоянии интерфазы, таких как клетки слюнных желёз (СЖ) двукрылых насекомых, с целью усиленной наработки белка возникает особый тип интерфазных хромосом - политенные хромосомы (ПХ). Жизненный цикл таких клеток -это эндоцикл, в котором происходит удвоение наследственного материала (эндорепликация ДНК) без последующего деления клетки и, соответственно, без расхождения хромосом в дочерние клетки. Из-за многочисленных раундов эндорепликации ПХ имеют гигантские размеры в сравнении с хромосомами митотически делящихся клеток (Рисунок 1.1). Таким образом, клетки не тратят энергию на деление и могут максимально эффективно нарабатывать в больших количествах со всех нитей ДНК необходимый в данной ткани продукт.

Рисунок 1.1. Изображение политенных хромосом Drosophila melanogaster [Painter, 1934]. Хромосомы расправлены путем давления на микроскопическом предметном стекле. Каждая родительская хромосома тесно связана со своим гомологом (соматический синапсис). Видны области, в которых две гомологичные хромосомы

разделены (находятся в состоянии асинапсиса). Все хромосомы связаны между собой прицентромерными областями с образованием единого хромоцентра. В левом нижнем углу при том же увеличени показаны митотические хромосомы из диплоидных клеток.

Явление политении встречается у разных организмов, которые далеко разошлись в процессе эволюции. Например, ПХ находятся в макронуклеусе инфузорий, в слюнных железах, кишечнике и жировом теле личинок двукрылых насекомых, в клетках трофобласта и раковых клетках млекопитающих, в антиподах, синергидах, эндосперме и гаустории растений. При максимальной конъюгации хроматид формируются классические ПХ в виде толстых шнуров, как у Chironomus tentans и Drosophila melanogaster. В случае минимальной конъюгации образуется полиплоидное ядро с ретикулярной структурой хромосом (скрытая политения), как у растений (Рисунок 1.2). В некоторых случаях скрытая политения может переходить в классическую, например, при низкой темпеатуре - у растений, при некоторых мутациях - в питающих клетках ооцитов дрозофилы. В типичных диплоидных клетках, делящихся митозом, в период интерфазы хромосомы активны и значительная часть их хроматина находится в разрыхленном состоянии. На цитологических препаратах такие ядра выглядят заполненными мелкозернистой субстанцией разной степени окрашенности, индивидуальные хромосомы в таких клетках различить при помощи рутинных методов невозможно. Классические ПХ являются единственным примером интерфазных хромосом, которые можно визуализировать от одного конца хромосомы до другого [2Ыши1еу, Когуакоу, 2009].

А

Рисунок 1.2. Расположение и степень конъюгации хроматид: А - в классических политенных хромосомах, Б - при скрытой политении и В - в помпоноподобных хромосомах. А - Отдельные хроматиды с хромомерами (показаны прямоугольниками) плотно контактируют друг с другом, хромомеры образуют полосы. Б - Хроматиды контактируют друг с другом только в некоторых хромомерах, образуя структуру, похожую на метлу. В - Конъюгация хроматид полностью нарушена, образуется «помпон». Кружки обозначают центромерную область [2Ыши1еу, Когуакоу, 2009].

1.1.2 История открытия политенных хромосом

Впервые ПХ были открыты Бальбиани в клетках слюнных желёз личинок Chironomus plumosus в 1881 году [Ба1Ыаш, 1881, цит. по: Жимулёв, 1992]. Бальбиани сравнил ПХ со шнуром и назвал «спиремой». Во все времена с момента открытия ПХ исследователей интересовала природа этих ядерных структур. Высказывались

различные предположения о структурной морфологии этих тел [цит. по: Жимулёв, 1992]:

• поперечная исчерченность формируется из дисков окрашиваемого материала, погружённых в слабоокрашенное вещество;

• полосы расположены на периферии «шнура»;

• поперечная исчерченность - видимая сторона спирали, которая проходит по внутренней стенке полого прозрачного цилиндра;

• гигантские хромосомы представлены плотной спиралью, витки которой и образуют диски.

В начале 1930-х гг. ядра с ПХ были найдены у двух видов дрозофил - Drosophila melanogaster и Drosophila virilis [Kostoff, 1930, цит. по: Жимулёв, 1992; Kaufmann, 1931, цит. по: Жимулёв, 1992]. Костов и Кауфман, нашедшие ПХ у дрозофил, прямо называли «спирему» хромосомой. Костов предположил, что поперечные полосы - это не витки спирали, а диски, представляющие «пакеты», в которых наследственные признаки передаются следующим поколениям.

Когда «спиремные» ядра впервые исследовали при помощи метода давленых препаратов с окраской ацетоорсеином, было обнаружено, что ядерная оболочка разрушается и «спирема» расправляется. Оказалось, что «спирема» в ядрах клеток СЖ личинок дрозофилы не непрерывна, а состоит из отдельных элементов, количество которых соответствует гаплоидному набору митотических хромосом. Каждый элемент состоит из двух гомологов (материнского и отцовского), относительные размеры ПХ соответствуют относительным размерам митотических хромосом. Каждая хромосома имеет постоянную морфологию и уникальный исчерченный рисунок, что позволяет отличать между собой хромосомы и их отдельные районы [Painter, 1933, цит. по: Жимулёв, 1992]. Пэйнтер получил решающие доказательства хромосомной природы «спиремы». Использовав серию хромосомных перестроек, точки разрывов которых легко определить в ПХ, Пэйнтер определил локализацию двадцати двух генов на Х хромосоме и показал абсолютное линейное соответствие их порядка на генетической карте, митотических и «спиремных» хромосомах. Таким образом он получил

цитогенетические карты высокого разрешения [Painter, 1933, 1934, 1935, цит. по: Жимулёв, 1992]

Было неясно, почему «спиремные» хромосомы, содержащие те же гены в той же последовательности, что и хромосомы обычных диплоидных клеток дрозофилы, имеют гигантские размеры. По данным К. Бриджеса, они в 70—110 раз длиннее метафазных хромосом [Bridges, 1935, цит. по: Жимулёв, 1992]. В результате подсчёта объёмов ядер пришли к выводу, что гигантские хромосомы СЖ личинок дрозофилы третьего возраста содержат 256 - 512 нитей. Поэтому, Коллер предложил новое название - политенные (многонитчатые) хромосомы [Koller, 1935, цит. по: Жимулёв, 1992].

Кольцов предположил, что политенные хромосомы произошли в результате многократных удвоений обычных хромосом без последующего разделения [Koltzoff, 1934, цит. по: Жимулёв, 1992]. Мёллер считал, что хромонемы того же типа, что и в этих гигантских хромосомах, существуют в других ядрах, и что каждая хромонема ПХ не толще, чем в хромосомах клеток, делящихся митозом [Müller, 1935, цит. по: Жимулёв, 1992]. С. Л. Фролова полагала, что полиплоидные ядра с политенными хромосомами произошли из обычных ядер, которые перестали делиться, и их можно сравнивать с хромосомами обыкновенных соматических клеток [Frolova, 1938, цит. по: Жимулёв, 1992].

В настоящее время причина возникновения визуального эффекта поперечной исчерченности ПХ уже известна. Хроматин - комплекс ДНК, РНК и белков - упакован в клеточном ядре неоднородно. Участки плотной компактизации - хромомеры -чередуются с более рыхлыми межхромомерами. В клетках слюнных желёз личинок D. melanogaster нити хроматина в ПХ плотно конъюгируют, благодаря чему такие хромосомы удобно визуализировать на препаратах. В местах скопления хромомеров образуются тёмные полосы компактного материала - диски. Межхромомеры составляют рыхлые светлые междиски. В зависимости от размера и плотности, диски подразделяются на компактно упакованные чёрные, среди которых в особую группу выделяются очень большие чёрные диски интеркалярного гетерохроматина (ИГХ) [Belyakin et al., 2005, 2010; Belyaeva et al., 2012], и более рыхло упакованные меньшего размера серые диски. Транскрипционно активные диски разрыхляются и переходят в состояние пуфов - вздутых участков ПХ. В результате такая поперечная исчерченность

ПХ образует дисковый рисунок, уникальный для каждой хромосомы, который наглядно демонстрирует хромомерную организацию интерфазного хроматина.

1.1.3 Постоянство дискового рисунка политенных хромосом

Важным свершением в исследовании ПХ было создание принципа построения цитологических карт политенных хромосом К. Бриджесом [Bridges, 1935, 1938, цит. по: Жимулёв, 1992], который выполнил детальные рисунки хромосом и сопроводил их простой символикой. Это было возможным благодаря уникальности рисунка дисков. Этими картами пользуются и в настоящее время. Каждое большое плечо хромосом СЖ личинок Drosophila melanogaster третьего возраста он поделил на 20 секций примерно одинакового размера, начинающихся обычно с крупного хорошо заметного чёрного диска (X - 1-20, 2L - 21-40, 2R - 41-60, 3L - 61-80, 3R - 81-100). Каждая секция содержит по 6 буквенных подсекций A - F. Внутри подсекции каждый диск имеет свой номер. Таким образом, можно точно описать расположение любого диска ПХ. Благодаря этому прорыву исследователи политенных хромосом всех стран говорят на одном языке.

Тщательный анализ дискового рисунка хромосом четырёх органов C. tentans, проведённый Беерманом в 1950-1970 гг., привел его к выводу, что картина дисков в значительной степени одинакова, и "все видимые различия обусловлены техническими трудностями, такими как кажущееся или реальное слияние соседних дисков" [Beermann, 1950, цит. по: Жимулёв, 1992; 1952, цит. по: Жимулёв, 1992; 1961, цит. по: Жимулёв, 1992; 1972]. В некоторых исследованиях отмечены значительные различия в дисковом рисунке хромосом клеток нормально функционирующих органов. При сравнении дисковых паттернов политенных хромосом трихогенных клеток и питающих клеток ооцитов Calliphora erythrocephala не было выявлено четкой гомологии рисунка дисков, несмотря на их стабильность в каждой отдельной ткани [Ribbert, 1979]. Явление сезонных изменений в длине политенных хромосом, описанное Ильинской в 1977-1980 гг. для некоторых видов Chironomus является ещё одним примером вариации в структуре дисков ПХ [Ильинская, Максимова, 1978]. Перед наступлением холодного сезона хромосомы укорачиваются, сокращается количество пуфов, соседние диски сливаются и формируют блоки хроматина. В январе-феврале хромосомы начинают

удлиняться, и в марте количество дисков уже в 3-4 раза превышает количество дисков в сентябре.

Особым свойством ПХ является соматический синапсис. Соматический синапсис возникает при слиянии двух гомологичных классических политенных хромосом. Хромосомы объединяются с высокой точностью, создавая впечатление одной хромосомы. Как следствие, число политенных хромосом Drosophila или Chironomus соответствует гаплоидному (Рисунок 1.1 и 1.2). Соматический синапсис не является обязательной особенностью политенных хромосом. Гомологичные хромосомы у двукрылых насекомых конъюгируют в разной степени, а у растений и у коллембол синапсис обычно отсутствует. Не совсем ясно, находятся ли гомологи в состоянии синапсиса у инфузорий и млекопитающих, поскольку имеющиеся данные противоречивы. Синапсис часто бывает неполным, например, у Simuliidae гомологичные хромосомы находятся в физическом контакте друг с другом, но контакт ограничен только некоторыми областями, а в других участках гомологи частично отделены друг от друга. По данным разных авторов, частота встречаемости ядер клеток слюнных желез с нарушенным синапсисом (Рисунок 1.1) в любой из хромосом во время нормального развития D. melanogaster составляет от 6,5% до 45%. Усиление асинапса происходит у гибридов от скрещивания представителей разных подвидов. В то время как в некоторых межвидовых гибридах, например, у дрозофил из группы guarani, спаривание хромосом такое же полное, как и у родительских видов, синапсис у гибридов между Drosophila insularis и Drosophila tropicalis сохраняется только в хромоцентре. Кроме того, на степень асинапсиса влияют модификаторы эффекта положения (температура, количество гетерохроматина Y-хромосомы).

Список литературы диссертационного исследования кандидат наук Сидоренко Дарья Сергеевна, 2019 год

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Жимулёв И. Ф. Политенные хромосомы: морфология и структура. - Наука. Сиб. отд-ние, 1992. - 479 с.

2. Зыкова Т. Ю. Характеристика ДНК и белкового состава междисковых районов хромосом Drosophila melanogaster: дис. канд. биол. наук: 03.01.07. 2011. - 152 с.

3. Ильинская Н. Б., Максимова Ф. Л. Изменение рисунка и числа дисков в политенных хромосомах личинок Chironomus plumosus в разные сезоны года // Цитология. - 1978. - Т. 20. - С. 291-297.

4. Маниатис Т., Фрич Э., Сэмбрук Дж. Методы генетической инженерии. Молекулярное клонирование // Москва: Мир. 1984. - 479 с.

5. Прокофьева-Бельговская А. А., Хвостова В. В. Распределение разрывов в Х-хромосоме Drosophila melanogaster // Доклады АН СССР. - 1939. - Т. 23. - № 3. -С. 269-271.

6. Aasland R., Stewart A. F. The chromo shadow domain, a second chromo domain in heterochromatin-binding protein 1, HP1 // Nucleic Acids Research. - 1995. - Vol. 23. -№16. - P. 3168-3173.

7. Andreyenkov O. V., Volkova E. I., Demakov S. A. et al. The decompact state of interchromomeric chromatin from the 3C6/C7 region of Drosophila melanogaster is determined by short DNA sequence // Dokl Biochem Biophys. - 2010. - Vol. 431. - P. 57-9.

8. Andreyeva E. N., Kolesnikova T. D., Belyaeva E. S. et al. Local DNA underreplication correlates with accumulation of phosphorylated H2Av in the Drosophila melanogaster polytene chromosomes // Chromosome Res. - 2008. - Vol. 16. - №6. - P. 851-62.

9. Andreyeva E. N., Kolesnikova T. D., Demakova O. V. et al. High-resolution analysis of Drosophila heterochromatin organization using SuUR Su(var)3-9 double mutants // Proc Natl Acad Sci U S A. - 2007. - Vol. 104. - №31. - P. 12819-24.

10. Ashburner M. Patterns of puffing activity in the salivary gland chromosomes of Drosophila // Chromosoma. - 1970. - Vol. 31. - №3. - P. 356-376.

11. Auth T., Kunkel E., Grummt F. Interaction between HPlalpha and replication proteins in mammalian cells // Experimental Cell Research. - 2006. - Vol. 312. - №17. - P. 3349-3359.

12. Bannister A. J., Zegerman P., Partridge J. F. et al. Selective recognition of methylated lysine 9 on histone H3 by the HP1 chromo domain // Nature. - 2001. - Vol. 410. -№6824. - P. 120-4.

13. Beermann W. Chromomeres and genes // Results Probl Cell Differ. - 1972. - Vol. 4. - P. 1-33.

14. Belyaeva E. S., Goncharov F. P., Demakova O. V. et al. Late replication domains in polytene and non-polytene cells of Drosophila melanogaster // PLoS One. - 2012. -Vol. 7. - №1. - P. e30035.

15. Belyakin S. N., Babenko V. N., Maksimov D. A. et al. Gene density profile reveals the marking of late replicated domains in the Drosophila melanogaster genome // Chromosoma. - 2010. - Vol. 119. - №6. - P. 589-600.

16. Belyakin S. N., Christophides G. K., Alekseyenko A. A. et al. Genomic analysis of Drosophila chromosome underreplication reveals a link between replication control and transcriptional territories // Proc Natl Acad Sci U S A. - 2005. - Vol. 102. - №23. - P. 8269-74.

17. Boldyreva L. V., Goncharov F. P., Demakova O. V. et al. Protein and genetic composition of four chromatin types in Drosophila melanogaster cell lines // Current genomics. - 2017. - Vol. 18. - №2. - P. 214-226.

18. Braunschweig U., Hogan G. J., Pagie L. et al. Histone H1 binding is inhibited by histone variant H3.3 // EMBO J. - 2009. - Vol. 28. - №23. - P. 3635-45.

19. Bridges C. B. Salivary chromosome maps with a key to the banding of the chromosomes of Drosophila melanogaster // J Hered - 1935. - Vol. 26. - P. 60-64.

20. Bridges C. B. A revised map of the salivary gland X-chromosome of Drosophila melanogaster // J. Hered. - 1938. - Vol. 29. - P. 11-13.

21. Brower-Toland B., Findley S. D., Jiang L. et al. Drosophila PIWI associates with chromatin and interacts directly with HP1a // Genes & Development. - 2007. - Vol. 21. - №18. - P. 2300-2311.

22. Brower-Toland B., Riddle N. C., Jiang H. et al. Multiple SET methyltransferases are required to maintain normal heterochromatin domains in the genome of Drosophila melanogaster // Genetics. - 2009. - Vol. 181. - №4. - P. 1303-19.

23. Chintapalli V. R., Wang J., Dow J. A. Using FlyAtlas to identify better Drosophila melanogaster models of human disease // Nature genetics. - 2007. - Vol. 39. - №6. - P. 715.

24. Clough E., Moon W., Wang S. et al. Histone methylation is required for oogenesis in Drosophila // Development. - 2007. - Vol. 134. - №1. - P. 157-65.

25. Corona D. F., Siriaco G., Armstrong J. A. et al. ISWI regulates higher-order chromatin structure and histone H1 assembly in vivo // PLoS Biol. - 2007. - Vol. 5. - №9. - P. e232.

26. Cox D. N., Chao A., Lin H. Piwi encodes a nucleoplasmic factor whose activity modulates the number and division rate of germline stem cells // Development (Cambridge, England). - 2000. - Vol. 127. - №3. - P. 503-514.

27. Crick F. General model for the chromosomes of higher organisms // Nature. - 1971. -Vol. 234. - №5323. - P. 25-7.

28. Cryderman D. E., Grade S. K., Li Y. et al. Role of Drosophila HP1 in euchromatic gene expression // Developmental Dynamics: An Official Publication of the American Association of Anatomists. - 2005. - Vol. 232. - №3. - P. 767-774.

29. Cryderman D. E., Vitalini M. W., Wallrath L. L. Heterochromatin protein 1a is required for an open chromatin structure // Transcription. - 2011. - Vol. 2. - №2. - P. 95-99.

30. Davidson E. H., Britten R. J. Organization, transcription, and regulation in the animal genome // Q Rev Biol. - 1973. - Vol. 48. - №4. - P. 565-613.

31. De Lucia F., Ni J.-Q., Vaillant C. et al. HP1 modulates the transcription of cell-cycle regulators in Drosophila melanogaster // Nucleic Acids Research. - 2005. - Vol. 33. -№9. - P. 2852-2858.

32. Demakov S. A., Gorchakov A. A., Shvarts I. et al. Analysis of DNA interband regions 3A5/A6, 3C5-6/c7 and 60E8-9/E10 of Drosophila melanogaster polytene chromosomes // Genetika. - 2001. - Vol. 37. - №11. - P. 1486-1496.

33. Demakov S. A., Semeshin V. F., Zhimulev I. F. Cloning and molecular genetic analysis of Drosophila melanogaster interband DNA // Mol Gen Genet. - 1993. - Vol. 238. -№3. - P. 437-43.

34. Demakov S. A., Vatolina T. Y., Babenko V. N. et al. Protein composition of interband regions in polytene and cell line chromosomes of Drosophila melanogaster // BMC Genomics. - 2011. - Vol. 12. - P. 566.

35. Demakov S., Gortchakov A., Schwartz Y. et al. Molecular and genetic organization of Drosophila melanogaster polytene chromosomes: evidence for two types of interband regions // Genetica. - 2004. - Vol. 122. - №3. - P. 311-324.

36. Demakova O. V., Pokholkova G. V., Kolesnikova T. D. et al. The SU(VAR)3-9/HP1 complex differentially regulates the compaction state and degree of underreplication of X chromosome pericentric heterochromatin in Drosophila melanogaster // Genetics. -2007. - Vol. 175. - №2. - P. 609-20.

37. Deuring R., Fanti L., Armstrong J. A. et al. The ISWI chromatin-remodeling protein is required for gene expression and the maintenance of higher order chromatin structure in vivo // Mol Cell. - 2000. - Vol. 5. - №2. - P. 355-65.

38. Dialynas G. K., Makatsori D., Kourmouli N. et al. Methylation-independent binding to histone H3 and cell cycle-dependent incorporation of HP1beta into heterochromatin // The Journal of Biological Chemistry. - 2006. - Vol. 281. - №20. - P. 14350-14360.

39. Eaton M. L., Prinz J. A., MacAlpine H. K. et al. Chromatin signatures of the Drosophila replication program // Genome Res. - 2011. - Vol. 21. - №2. - P. 164-74.

40. Eissenberg J. C., Morris G. D., Reuter G. et al. The heterochromatin-associated protein HP-1 is an essential protein in Drosophila with dosage-dependent effects on position-effect variegation // Genetics. - 1992. - Vol. 131. - №2. - P. 345-352.

41. Fanti L., Berloco M., Piacentini L. et al. Chromosomal distribution of heterochromatin protein 1 (HP1) in Drosophila: a cytological map of euchromatic HP1 binding sites // Genetica. - 2003. - Vol. 117. - №2-3. - P. 135-147.

42. Fanti L., Giovinazzo G., Berloco M. et al. The heterochromatin protein 1 prevents telomere fusions in Drosophila // Molecular Cell. - 1998. - Vol. 2. - №5. - P. 527-538.

43. Figueiredo M. L., Philip P., Stenberg P. et al. HP1a recruitment to promoters is independent of H3K9 methylation in Drosophila melanogaster // PLoS Genet. - 2012. -Vol. 8. - №11. - P. e1003061.

44. Filion G. J., van Bemmel J. G., Braunschweig U. et al. Systematic protein location mapping reveals five principal chromatin types in Drosophila cells // Cell. - 2010. -Vol. 143. - №2. - P. 212-24.

45. Frolova S. L. Development of the giant salivary gland nuclei of Drosophila // Nature. -1938. - Vol. 141. - №3579. - P. 1014.

46. Fujita S. Chromosomal organization as a genetic basis of cytodifferentiation in multicellular organisms // Nature. - 1965. - Vol. 206. - №985. - P. 742-4.

47. Gersh E. S. Sites of gene activity and of inactive genes in polytene chromosomes of diptera // J Theor Biol. - 1975. - Vol. 50. - №2. - P. 413-28.

48. Gortchakov A. A., Eggert H., Gan M. et al. Chriz, a chromodomain protein specific for the interbands of Drosophila melanogaster polytene chromosomes // Chromosoma. -2005. - Vol. 114. - №1. - P. 54-66.

49. Greil F., van der Kraan I., Delrow J. et al. Distinct HP1 and Su(var)3-9 complexes bind to sets of developmentally coexpressed genes depending on chromosomal location // Genes & Development. - 2003. - Vol. 17. - №22. - P. 2825-2838.

50. Grell R. F. Heat-induced exchange in the fourth chromosome of diploid females of Drosophila melanogaster // Genetics. - 1971. - Vol. 69. - №4. - P. 523.

51. Gross D. S., Garrard W. T. Nuclease hypersensitive sites in chromatin // Annu Rev Biochem. - 1988. - Vol. 57. - P. 159-97.

52. Haynes K. A., Caudy A. A., Collins L. et al. Element 1360 and RNAi components contribute to HP1-dependent silencing of a pericentric reporter // Curr Biol. - 2006. -Vol. 16. - №22. - P. 2222-7.

53. Haynes K. A., Gracheva E., Elgin S. C. A Distinct type of heterochromatin within Drosophila melanogaster chromosome 4 // Genetics. - 2007. - Vol. 175. - №3. - P. 1539-42.

54. Hoskins R. A., Landolin J. M., Brown J. B. et al. Genome-wide analysis of promoter architecture in Drosophila melanogaster // Genome Res. - 2011. - Vol. 21. - №2. - P. 182-92.

55. Hou C., Li L., Qin Z. S. et al. Gene density, transcription, and insulators contribute to the partition of the Drosophila genome into physical domains // Molecular cell. - 2012. - Vol. 48. - №3. - P. 471-484.

56. Jacobs S. A., Taverna S. D., Zhang Y. et al. Specificity of the HP1 chromo domain for the methylated N-terminus of histone H3 // EMBO J. - 2001. - Vol. 20. - №18. - P. 5232-41.

57. James T. C., Eissenberg J. C., Craig C. et al. Distribution patterns of HP1, a heterochromatin-associated nonhistone chromosomal protein of Drosophila // Eur J Cell Biol. - 1989. - Vol. 50. - №1. - P. 170-80.

58. James T. C., Elgin S. C. Identification of a nonhistone chromosomal protein associated with heterochromatin in Drosophila melanogaster and its gene // Mol Cell Biol. - 1986.

- Vol. 6. - №11. - P. 3862-72.

59. Jensen M. A., Charlesworth B., Kreitman M. Patterns of genetic variation at a chromosome 4 locus of Drosophila melanogaster and D. simulans // Genetics. - 2002. -Vol. 160. - №2. - P. 493-507.

60. Johansson A. M., Larsson J. Genome-wide mapping of Painting of fourth on Drosophila melanogaster salivary gland polytene chromosomes // Genom Data. - 2014.

- Vol. 2. - P. 63-5.

61. Johansson A. M., Stenberg P., Allgardsson A. et al. POF regulates the expression of genes on the fourth chromosome in Drosophila melanogaster by binding to nascent RNA // Mol Cell Biol. - 2012. - Vol. 32. - №11. - P. 2121-34.

62. Johansson A. M., Stenberg P., Bernhardsson C. et al. Painting of fourth and chromosome-wide regulation of the 4th chromosome in Drosophila melanogaster // EMBO J. - 2007a. - Vol. 26. - №9. - P. 2307-16.

63. Johansson A. M., Stenberg P., Pettersson F. et al. POF and HP1 bind expressed exons, suggesting a balancing mechanism for gene regulation // PLoS Genet. - 2007b. - Vol. 3.

- №11. - P. e209.

64. Kaufmann B. P. Distribution of induced breaks along the X-chromosome of Drosophila melanogaster // Proc Natl Acad Sci U S A. - 1939. - Vol. 25. - №11. - P. 571-7.

65. Kaufmann B. P. Chromosome structure in Drosophila // The American Naturalist. -1931. - Vol. 65. - №701. - P. 555-558.

66. Kharchenko P. V., Alekseyenko A. A., Schwartz Y. B. et al. Comprehensive analysis of the chromatin landscape in Drosophila melanogaster // Nature. - 2011. - Vol. 471. -№7339. - P. 480-5.

67. Kholodilov N. G., Bolshakov V. N., Blinov V. M. et al. Intercalary heterochromatin in Drosophila. III. Homology between DNA sequences from the Y chromosome, bases of polytene chromosome limbs, and chromosome 4 of D. melanogaster // Chromosoma. -1988. - Vol. 97. - №3. - P. 247-53.

68. Khoroshko V. A., Levitsky V. G., Zykova T. Y. et al. Chromatin heterogeneity and distribution of regulatory elements in the late-replicating intercalary heterochromatin domains of Drosophila melanogaster chromosomes // PLoS One. - 2016. - Vol. 11. -№6. - P. e0157147.

69. Khoroshko V. A., Pokholkova G. V., Zykova T. Yu. et al. Gene dunce localization in the polytene chromosome of Drosophila melanogaster long span batch of adjacent chromosomal structures // Doklady Biochemistry and Biophysics. - 2019. - Vol. 484. -№1. - P. 55-58.

70. Khoroshko V. A., Zykova T. Y., Popova O. O. et al. Border structure of intercalary heterochromatin bands of Drosophila melanogaster polytene chromosomes // Dokl Biochem Biophys. - 2018. - Vol. 479. - №1. - P. 114-117.

71. Kim M., Ekhteraei-Tousi S., Lewerentz J. et al. The X-linked 1.688 satellite in Drosophila melanogaster promotes specific targeting by Painting of fourth // Genetics. -2018. - Vol. 208. - №2. - P. 623-632.

72. King R. C. (1975) Drosophila melanogaster: an introduction // In: King R. C. (ed) Handbook of genetics, vol 3. Invertebrates of genetic interest. Plenum Press, New York, P. 625-652.

73. Kolesnikova T. D. Banding pattern of polytene chromosomes as a representation of universal principles of chromatin organization into topological domains // Biochemistry (Moscow). - 2018. - Vol. 83. - №4. - P. 338-349.

74. Kolesnikova T. D., Goncharov F. P., Zhimulev I. F. Similarity in replication timing between polytene and diploid cells is associated with the organization of the Drosophila genome // PLoS One. - 2018. - Vol. 13. - №4. - P. e0195207.

75. Koller P. C. The internal mechanics of the chromosomes-IV—Pairing and coiling in salivary gland nuclei of Drosophila // Proceedings of the Royal Society of London. Series B-Biological Sciences. - 1935. - Vol. 118. - №810. - P. 371-397.

76. Koltzoff N. The structure of the chromosomes in the salivary glands of Drosophila // Science. - 1934. - Vol. 80. - №2075. - P. 312-313.

77. Kosswig C., Shengun A. Intraindividual variability of chromosome IV of Chironomus // J Hered. - 1947. - Vol. 38. - №8. - P. 235-9.

78. Kostoff D. Discoid structure of the spireme: and irregular cell division in Drosophilla melanogaster // Journal of Heredity. - 1930. - Vol. 21. - №7. - P. 323-324.

79. Kurenova E. V., Leibovich B. A., Bass I. A. et al. Hoppel-family of mobile elements of Drosophila melanogaster, flanked by short inverted repeats and having preferential localization in the heterochromatin regions of the genome // Genetika. - 1990. - Vol. 26. - №10. - P. 1701-1712.

80. Lachner M., O'Carroll D., Rea S. et al. Methylation of histone H3 lysine 9 creates a binding site for HP1 proteins // Nature. - 2001. - Vol. 410. - №6824. - P. 116-120.

81. Lanctot C., Cheutin T., Cremer M. et al. Dynamic genome architecture in the nuclear space: regulation of gene expression in three dimensions // Nat Rev Genet. - 2007. -Vol. 8. - №2. - P. 104-15.

82. Larsson J., Chen J. D., Rasheva V. et al. Painting of fourth, a chromosome-specific protein in Drosophila // Proc Natl Acad Sci U S A. - 2001. - Vol. 98. - №11. - P. 62738.

83. Larsson J., Svensson M. J., Stenberg P. et al. Painting of fourth in genus Drosophila suggests autosome-specific gene regulation // Proc Natl Acad Sci U S A. - 2004. - Vol. 101. - №26. - P. 9728-33.

84. Lavigne M., Eskeland R., Azebi S. et al. Interaction of HP1 and Brg1/Brm with the globular domain of histone H3 is required for HP1-mediated repression // PLoS genetics. - 2009. - Vol. 5. - №12. - P. e1000769.

85. Lawrence M., Gentleman R., Carey V. rtracklayer: an R package for interfacing with genome browsers // Bioinformatics. - 2009 - Vol. 25. - P. 1841-1842.

86. Lawrence M, Huber W, Pages H, et al. Software for computing and annotating genomic ranges // PLoS Comput Biol. - 2013 - Vol. 9. - P. e1003118.

87. Lefevre G. Salivary chromosome bands and the frequency of crossing over in Drosophila melanogaster // Genetics. - 1971. - Vol. 67. - №4. - P. 497-513.

88. Leung W., Shaffer C. D., Reed L. K. et al. Drosophila Muller F elements maintain a distinct set of genomic properties over 40 million years of evolution // G3: Genes, Genomes, Genetics. - 2015. - Vol. 5. - №5. - P. 719-740.

89. Leydig F. Untersuchungen zur anatomie und Histologie der Thiere. // Emil Strauss -1883.

90. Li Y., Danzer J. R., Alvarez P. et al. Effects of tethering HP1 to euchromatic regions of the Drosophila genome // Development (Cambridge, England). - 2003. - Vol. 130. -№9. - P. 1817-1824.

91. Locke J., Howard L. T., Aippersbach N. et al. The characterization of DINE-1, a short, interspersed repetitive element present on chromosome and in the centric heterochromatin of Drosophila melanogaster // Chromosoma. - 1999. - Vol. 108. - №6.

- P. 356-66.

92. Locke J., McDermid H. E. Analysis of Drosophila chromosome 4 using pulsed field gel electrophoresis // Chromosoma. - 1993. - Vol. 102. - №10. - P. 718-23.

93. Lundberg L. E., Kim M., Johansson A. M. et al. Targeting of Painting of fourth to roX1 and roX2 proximal sites suggests evolutionary links between dosage compensation and the regulation of the fourth chromosome in Drosophila melanogaster // G3 (Bethesda).

- 2013. - Vol. 3. - №8. - P. 1325-34.

94. Lundberg L. E., Stenberg P., Larsson J. HP1a, Su(var)3-9, SETDB1 and POF stimulate or repress gene expression depending on genomic position, gene length and expression pattern in Drosophila melanogaster // Nucleic Acids Res. - 2013. - Vol. 41. - №8. - P. 4481-94.

95. Madigan J. P., Chotkowski H. L., Glaser R. L. DNA double-strand break-induced phosphorylation of Drosophila histone variant H2Av helps prevent radiation-induced apoptosis // Nucleic Acids Res. - 2002. - Vol. 30. - №17. - P. 3698-705.

96. Makunin I. V., Volkova E. I., Belyaeva E. S. et al. The Drosophila Suppressor of Underreplication protein binds to late-replicating regions of polytene chromosomes // Genetics. - 2002. - Vol. 160. - №3. - P. 1023-34.

97. Mendez D. L., Kim D., Chruszcz M. et al. The HP1a disordered C terminus and chromo shadow domain cooperate to select target peptide partners // Chembiochem: A European Journal of Chemical Biology. - 2011. - Vol. 12. - №7. - P. 1084-1096.

98. Milon B., Sun Y., Chang W. et al. Map of open and closed chromatin domains in Drosophila genome // BMC Genomics. - 2014. - Vol. 15. - №1. - P. 988.

99. Morgan T. H., Bridges C. B., Schultz J. Constitution of the germinal material in relation to heredity // Yearbook Carnegie Inst Wash. - 1934. - Vol. 33. - P. 274-280.

100. Müller H. J. On the dimensions of chromosomes and genes in Dipteran salivary glands // The American Naturalist. - 1935. - Vol. 69. - №. 724. - P. 405-411.

101. Müller H. J. Bearings of the Drosophila work on systematics // 1940 - in The New Systematics, ed. by J. S. Huxley, Clarendon Press, Oxford. - P. 185-268.

102. Painter T. S. A new method for the study of chromosome rearrangements and plotting of chromosome maps // Science. - 1933. - P. 161.

103. Painter T. S. A new method for the study of chromosome aberrations and the plotting of chromosome maps in Drosophila melanogaster // Genetics. - 1934. - Vol. 19. - №3. - P. 175-188.

104. Painter T. S. The morphology of the third chromosome in the salivary gland of Drosophila melanogaster and a new cytological map of this element // Genetics. - 1935. - Vol. 20. - №4. - P. 301.

105. Pak D. T., Pflumm M., Chesnokov I. et al. Association of the origin recognition complex with heterochromatin and HP1 in higher eukaryotes // Cell. - 1997. - Vol. 91. -№3. - P. 311-323.

106. Paro R., Hogness D. S. The Polycomb protein shares a homologous domain with a heterochromatin-associated protein of Drosophila. // Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. - 1991. - Vol. 88. - №1. - P. 263-267.

107. Paul J. General theory of chromosome structure and gene activation in eukaryotes // Nature. - 1972. - Vol. 238. - №5365. - P. 444-6.

108. Piacentini L., Fanti L., Berloco M. et al. Heterochromatin protein 1 (HP1) is associated with induced gene expression in Drosophila euchromatin // The Journal of Cell Biology. - 2003. - Vol. 161. - №4. - P. 707-714.

109. Piacentini L., Fanti L., Negri R. et al. Heterochromatin protein 1 (HP1a) positively regulates euchromatic gene expression through RNA transcript association and interaction with hnRNPs in Drosophila // PLoS genetics. - 2009. - Vol. 5. - №10. -P. e1000670.

110. Prasanth S. G., Shen Z., Prasanth K. V. et al. Human origin recognition complex is essential for HP1 binding to chromatin and heterochromatin organization // Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. -2010. - Vol. 107. - №34. - P. 15093-15098.

111. R Core Team (2017) R: a language and environment for statistical computing. https://www.R-project. org/

112. Raveh-Sadka T., Levo M., Shabi U. et al. Manipulating nucleosome disfavoring sequences allows fine-tune regulation of gene expression in yeast // Nature Genetics. -2012. - Vol. 44. - №7. - P. 743-750.

113. Reiss D., Quesneville H., Nouaud D. et al. Hoppel, a P-like element without introns: a P-element ancestral structure or a retrotranscription derivative? // Molecular biology and evolution. - 2003. - Vol. 20. - №6. - P. 869-879.

114. Ribbert D. Chromomeres and puffing in experimentally induced polytene chromosomes of Calliphora erythrocephala // Chromosoma. - 1979. - Vol. 74. - №3. -P. 269-298.

115. Riddle N. C., Elgin S. C. The dot chromosome of Drosophila: insights into chromatin states and their change over evolutionary time // Chromosome Res. - 2006. -Vol. 14. - №4. - P. 405-16.

116. Riddle N. C., Jung Y. L., Gu T. et al. Enrichment of HP1a on Drosophila chromosome 4 genes creates an alternate chromatin structure critical for regulation in this heterochromatic domain // PLoS Genet. - 2012. - Vol. 8. - №9. - P. e1002954.

117. Riddle N. C., Minoda A., Kharchenko P. V. et al. Plasticity in patterns of histone modifications and chromosomal proteins in Drosophila heterochromatin // Genome Research. - 2011. - Vol. 21. - №2. - P. 147-163.

118. Riddle N. C., Shaffer C. D., Elgin S. C. A lot about a little dot - lessons learned from Drosophila melanogaster chromosome 4 // Biochem Cell Biol. - 2009. - Vol. 87. -№1. - P. 229-41.

119. Sandler L., Novitski E. Evidence for genetic homology between chromosomes I and IV in Drosophila melanogaster, with a proposed explanation for the crowding effect in triploids // Genetics. - 1956. - Vol. 41. - №2. - P. 189.

120. Sandler L., Szauter P. The effect of recombination-defective meiotic mutants on fourth-chromosome crossing over in Drosophila melanogaster // Genetics. - 1978. -Vol. 90. - №4. - P. 699-712.

121. Sarot E., Payen-Groschêne G., Bucheton A. et al. Evidence for a piwi-dependent RNA silencing of the gypsy endogenous retrovirus by the Drosophila melanogaster flamenco gene // Genetics. - 2004. - Vol. 166. - №3. - P. 1313-1321.

122. Saura A. O., Cuenca J. B., Heino T. I. et al. The polytene dot chromosome of Drosophila: D. melanogaster and D. subobscura // Chromosoma. - 2002. - Vol. 111. -№4. - P. 273-83.

123. Schotta G., Ebert A., Krauss V. et al. Central role of Drosophila SU(VAR)3-9 in histone H3-K9 methylation and heterochromatic gene silencing // EMBO J. - 2002. -Vol. 21. - №5. - P. 1121-31.

124. Schwaiger M., Kohler H., Oakeley E. J. et al. Heterochromatin protein 1 (HP1) modulates replication timing of the Drosophila genome // Genome Research. - 2010. -Vol. 20. - №6. - P. 771-780.

125. Schwartz Y. B., Demakov S. A., Zhimulev I. F. Polytene chromosome interband DNA is organized into nucleosomes // Mol Genet Genomics. - 2001. - Vol. 265. - №2. -P. 311-5.

126. Segal E., Widom J. Poly(dA:dT) tracts: major determinants of nucleosome organization // Current Opinion in Structural Biology. - 2009. - Vol. 19. - №1. - P. 6571.

127. Semeshin V. F., Belyaeva E. S., Zhimulev I. F. et al. Electron microscopical analysis of Drosophila polytene chromosomes // Chromosoma. - 1986. - Vol. 93. - №6. - P. 461-468.

128. Semeshin V. F., Demakov S. A., Perez Alonso M. et al. Electron microscopical analysis of Drosophila polytene chromosomes. V. Characteristics of structures formed by transposed DNA segments of mobile elements // Chromosoma. - 1989. - Vol. 97. -№5. - P. 396-412.

129. Semeshin V. F., Demakov S. A., Shloma V. V. et al. Interbands behave as decompacted autonomous units in Drosophila melanogaster polytene chromosomes // Genetica. - 2008. - Vol. 132. - №3. - P. 267-79.

130. Seum C., Reo E., Peng H. et al. Drosophila SETDB1 is required for chromosome 4 silencing // PLoS Genet. - 2007. - Vol. 3. - №5. - P. e76.

131. Sheldahl L. A., Weinreich D. M., Rand D. M. Recombination, dominance and selection on amino acid polymorphism in the Drosophila genome: contrasting patterns on the X and fourth chromosomes // Genetics. - 2003. - Vol. 165. - №3. - P. 1195-1208.

132. Sher N., Bell G. W., Li S. et al. Developmental control of gene copy number by repression of replication initiation and fork progression // Genome Res. - 2012. - Vol. 22. - №1. - P. 64-75.

133. Singh P. B., Miller J. R., Pearce J. et al. A sequence motif found in a Drosophila heterochromatin protein is conserved in animals and plants // Nucleic Acids Research. -1991. - Vol. 19. - №4. - P. 789-794.

134. Slawson E. E., Shaffer C. D., Malone C. D. et al. Comparison of dot chromosome sequences from D. melanogaster and D. virilis reveals an enrichment of DNA transposon sequences in heterochromatic domains // Genome Biol. - 2006. - Vol. 7. - №2. - P. R15.

135. Slizynski B. M. A revised map of salivary gland chromosome 4 of Drosophila melanogaster // Journal of Heredity. - 1944. - Vol. 35. - №11. - P. 323-324.

136. Sorsa V. A hypothesis for the origin and evolution of chromomere DNA // Hereditas. - 1975. - Vol. 81. - №1. - P. 77-84.

137. Sorsa V. Chromosome maps of Drosophila. Volume II. // CRC Press Inc. - 1988. - 168 pp.

138. Spradling A. C., Bellen H. J., Hoskins R. A. Drosophila P elements preferentially transpose to replication origins // Proc Natl Acad Sci U S A. - 2011. -Vol. 108. - №38. - P. 15948-53.

139. Stabell M., Bj0rkmo M., Aalen R. B. et al. The Drosophila SET domain encoding gene dEset is essential for proper development // Hereditas. - 2006. - Vol. 143. - №2006. - P. 177-188.

140. Stadler M. R., Haines J. E., Eisen M. B. Convergence of topological domain boundaries, insulators, and polytene interbands revealed by high-resolution mapping of chromatin contacts in the early Drosophila melanogaster embryo // Elife. - 2017. - Vol. 6. - P. e29550.

141. Stephens G. E., Slawson E. E., Craig C. A. et al. Interaction of heterochromatin protein 2 with HP1 defines a novel HP1-binding domain // Biochemistry. - 2005. - Vol. 44. - №40. - P. 13394-13403.

142. Sturtevant A. H. A map of the fourth chromosome of Drosophila melanogaster, based on crossing over in triploid females // Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. - 1951. - Vol. 37. - №7. - P. 405.

143. Sun F. L., Cuaycong M. H., Craig C. A. et al. The fourth chromosome of Drosophila melanogaster: interspersed euchromatic and heterochromatic domains // Proc Natl Acad Sci U S A. - 2000. - Vol. 97. - №10. - P. 5340-5.

144. The modENCODE Consortium et al. Identification of functional elements and regulatory circuits by Drosophila modENCODE // Science. - 2010. - Vol. 330. -№6012. - P. 1787-97.

145. Tzeng T. Y., Lee C. H., Chan L. W. et al. Epigenetic regulation of the Drosophila chromosome 4 by the histone H3K9 methyltransferase dSETDB1 // Proc Natl Acad Sci U S A. - 2007. - Vol. 104. - №31. - P. 12691-6.

146. Vagin V. V., Sigova A., Li C. et al. A distinct small RNA pathway silences selfish genetic elements in the germline // Science (New York, N.Y.). - 2006. - Vol. 313. - №5785. - P. 320-324.

147. Vatolina T. Yu., Demakov S. A., Semeshin V. F. et al. Identification and molecular genetic characterization of the polytene chromosome interbands in Drosophila melanogaster // Genetika. - 2011a. - Vol. 47. - №5. - P. 597-609.

148. Vatolina T. Y., Boldyreva L. V., Demakova O. V. et al. Identical functional organization of nonpolytene and polytene chromosomes in Drosophila melanogaster // PLoS One. - 2011b. - Vol. 6. - №10. - P. e25960.

149. Wallrath L. L., Elgin S. C. Position effect variegation in Drosophila is associated with an altered chromatin structure. // Genes & development. - 1995. - Vol. 9. - №10. -P. 1263-1277.

150. Wallrath L. L., Guntur V. P., Rosman L. E. et al. DNA representation of variegating heterochromatic P-element inserts in diploid and polytene tissues of Drosophila melanogaster // Chromosoma. - 1996. - Vol. 104. - №7. - P. 519-527.

151. Xi H., Shulha H. P., Lin J. M. et al. Identification and characterization of cell type-specific and ubiquitous chromatin regulatory structures in the human genome // PLoS Genet. - 2007. - Vol. 3. - №8. - P. e136.

152. Zhao T., Heyduk T., Allis C. D. et al. Heterochromatin protein 1 binds to nucleosomes and DNA in vitro // The Journal of Biological Chemistry. - 2000. - Vol. 275. - №36. - P. 28332-28338.

153. Zhimulev I. F., Belyaeva E. S. Proposals to the problem of structural and functional organization of polytene chromosomes // Theor Appl Genet. - 1974. - Vol. 45. - №8. - P. 335-40.

154. Zhimulev I. F., Belyaeva E. S., Makunin I. V. et al. Influence of the SuUR gene on intercalary heterochromatin in Drosophila melanogaster polytene chromosomes // Chromosoma. - 2003. - Vol. 111. - №6. - P. 377-98.

155. Zhimulev I. F., Boldyreva L. V., Demakova O. V. et al. Drosophila polytene chromosome bands formed by gene introns // Dokl Biochem Biophys. - 2016. - Vol. 466. - P. 57-60.

156. Zhimulev I. F., Koryakov D. E. Polytene Chromosomes // in: John Wiley & Sons, Ltd (ed.): Encyclopedia of Life Sciences, Chichester, UK. - 2009 - P. a0001183.pub2.

157. Zhimulev I. F., Zykova T. Y., Goncharov F. P. et al. Genetic organization of interphase chromosome bands and interbands in Drosophila melanogaster // PLoS One. - 2014. - Vol. 9. - №7. - P. e101631.

158. Zykova T. Yu., Levitsky V. G., Belyaeva E. S. et al. Polytene Chromosomes-A Portrait of Functional Organization of the Drosophila Genome // Current genomics. -2018. - Vol. 19. - №3. - P. 179-191.