Известно, что мужской пронуклеус несколько крупнее женского, а метафазные хромосомы из спермия, как правило, менее спирализо- ваны, чем женские, что позволяет говорить о гетероцикличности родительских наборов хромосом в 1-м делении дробления (см. главу 1). На стадии двух бластомеров гетероцикличность гомологов мужского и женского пронуклеусов уже исчезает. При этом, как показано в эксперименте, на единичных метафазных пластинках 1-го деления дробления отмечается парное расположение гомологов, то есть вытянутые деспирализованные хромосомы мужского пронуклеуса прилежат непосредственно к более спирализованным (коротким) гомологам женского пронуклеуса [144, 190]. Представить случайный вариант такого парного расположения всех гомологов вряд ли возможно. Интересно, что число гетерохроматиновых С-блоков в интерфазных ядрах мышиных зародышей на стадии двух бластомеров примерно соответствует диплоидному (2n = 40), тогда как на стадии четырех бластомеров их число уменьшается почти вдвое и становится таким, как в дефинитивном интерфазном ядре [144]. Высказано предположение, что данный феномен, напоминающий спаривание гомологов в 1-й метафазе мейо- за, свидетельствует о неслучайном расположении гомологичных хромосом на начальных этапах формирования архитектоники ядра и, по- видимому, имеет важное значение для нормальной функции хромосом на последующих стадиях развития [11]. Отметим, однако, что парное расположение гомологов в зиготе пока было зарегистрировано только у лабораторных мышей. Исследование поведения хромосом в 1-м делении дробления у зародышей человека не проводилось. Поэтому неизвестно, в какой мере данный феномен имеет универсальный характер. Эти наблюдения позволяют предполагать, что у млекопитающих и, возможно, у человека основные события, связанные с формированием дефинитивного клеточного ядра, определяющие все дальнейшее развитие зародыша происходят в течение первых двух делений дробления.
Мы вернемся к этому феномену при рассмотрении проблемы феногенетики хромосомных аномалий (см. раздел 11.5).
В настоящее время методом многоцветной гибридизации in situ с использованием цельнохромосомных проб проводится изучение 3-мерного положения хромосом в интерфазном ядре [562]. Установлено, что хромосомы расположены в ядре не случайно, а занимают характерные для каждой пары территории. Такое взаиморасположение хромосом в ядре получило название функциональной компартментализации [490]. Координаты хромосомных территорий в интерфазном ядре зависят от длины хромосомы, ее структуры, времени репликации и функциональной активности [680]. Так, хромосомы с высокой концентрацией генов (например, хромосома 19) обычно занимают центральное положение, а хромосомы примерно того же размера с низкой концентрацией генов (хромосома 18) располагаются по периферии интерфазного ядра [702]. Пока такие исследования ограничены только клетками взрослого организма. Архитектоника ядра у эмбрионов остается практически неизученной. Отсутствует информация и о том, как меняется взаиморасположение хромосом в ядрах зародыша человека в разных зачатках, тканях и на разных стадиях развития. Между тем, нет сомнения в том, что такая динамика, безусловно, существует, и она важна для обеспечения нормальной функции генома, то есть для транскрипции генов. Связь хроматина с внутренней ядерной мембраной, формирование петель ДНК транскрипционно активного хроматина, их взаимодействие с ядерным матриксом привлекает внимание многих исследователей и позволяет приблизиться к пониманию функции генома с позиции молекулярной цитогенетики [323, 348, 436].
Таким образом, комплексное изучение динамики микроархитектоники клеточного ядра в процессе онтогенеза, начиная с самых ранних стадий развития, с использованием методов молекулярной цитогенетики, электронной микроскопии, биохимии и иммуногистохимии имеет принципиально важное значение для понимания функций генома, экспрессии генов и проблем феногенетики в процессах нормального и патологического развития зародышей человека.
Основным цитологически определяемым признаком начала функциональной активности хромосом в эмбриогенезе является появление ядрышек, которые хорошо визуализируются в интерфазных ядрах и на метафазных хромосомах после окраски азотнокислым серебром (см. главу 10 и Приложение). Опыты на лабораторных мышах доказывают, что кластеры рибосомных генов становятся функционально активными на стадии поздних 2 бластомеров и выявляются на всех стадиях клеточного цикла, начиная со стадии 4 бластомеров [171]. Важные сведения об асинхронности транскрипции главных рибосомных генов в норме и у партеногенетических зародышей были получены в экспериментах на мышах и крысах с использованием окадаевой кислоты, вызывающей преждевременную конденсацию хромосом [59]. Точные данные о стадии эмбриогенеза человека, на которой включается транскрипция рибосомных генов, пока отсутствуют. Наши предварительные результаты свидетельствуют о том, что на хромосомах доимплантационных зародышей человека аргентофильные ядрышкообразующие районы не определяются. Гранулы азотнокислого серебра фиксировались по длине хромосом, иногда концентрировались в теломерных районах, но не выявляли аргентофильные белки в типичных районах локализации кластеров рибосомных генов. Необходимы дальнейшие исследования для выяснения качественных и количественных особенностей экспрессии рибосомных генов у нормальных и патологических зародышей человека ранних стадий развития.
Применение окадаевой кислоты, как было показано в экспериментах, с успехом может быть использовано и для выявления анеупло- идных зародышей и выяснения их происхождения [55, 59]. Благодаря возможности визуализации хромосом на стадии G1 в мужском и женском пронуклеусах и во 2-м полярном тельце впервые оказались доступными не только точная регистрация числа хромосом, но и определение родительского происхождения анеуплоидии, а также оценка частоты пресегрегации хромосом, то есть возникновения в первом делении мейоза непарных хроматид. Такие исследования, к сожалению, пока не были проведены на зародышах человека. Поэтому информацию о частоте анеуплоидии у ранних зародышей человека и вкладе отцовского и материнского геномов в возникновение структурных и численных хромосомных аномалий пока следует рассматривать только как ориентировочную.
Возможно, применение этого цитогенетического приема (окадаевая кислота) позволит прояснить проблему, связанную с необычно высокой (38-46 %) частотой мозаиков с трисомией или моносомией хромосом среди зародышей человека 4-го дня развития [388] и высокую частоту мозаичной моносомии у ранних спонтанных абортов [100, 139]. Данный подход может найти применение и для проверки интересной гипотезы М. Голубовского о постзиготической диплоидизации у триплоид- ных зигот как источнике необычных вариантов анеуплоидии, включая мозаицизм, химеризм и близнецовость у эмбрионов человека [445].
Важные результаты о структурно-функциональной организации хромосом на ранних стадиях развития были получены и в серии экспериментов с использованием различных рестрикционных эндонуклеаз. В частности, таких, которые выявляют Alu-повторы, либо метилированные участки хромосом (см. раздел 11.2) [143]. Весьма примечательным в этой серии исследований явилось и установление такого любопытного факта, что частота сестринских хроматидных обменов в хромосомах дробящихся зародышей в несколько раз выше, чем в клетках зародышей постимплантационных стадий или в клетках взрослых животных. Высказано интересное предположение о связи частоты СХО с уровнем метилирования ДНК в эмбриогенезе [143].
Таким образом, результаты экспериментов на дробящихся мышиных зародышах свидетельствуют о том, что структура хромосом закономерно меняется в ходе дробления и отличается от таковой в дефинитивных соматических клетках. Естественно, эта информация важна для выяснения надмолекулярных (хромосомных) механизмов контроля ранних стадий развития, а потому представляет большой интерес для цитогенетики (цитогеномики) эмбриогенеза человека.