ІНФОРМАЦІЙНА І РЕГУЛЯТОРНА РОЛЬ РОЗЧИНЕНОЇ У МОРСЬКІЙ ВОДІ ОРГАНІЧНОЇ РЕЧОВИНИ
Ключові слова:
РОР, ДНК, РНК, плазміди, трансфекція, сперматозоїди, запліднення, Mytilus galloprovincialis, епігенетична інформаціяАнотація
Запропонована гіпотеза про можливу інформаційну і регуляторну роль високомолекулярних компонентів РОР. У модельних експериментах було показане захоплення екзогенної ДНК сперматозоїдами. Mytilus galloprovincialis Lam. Встановлено факт перенесення цієї ДНК в яйцеклітину при заплідненні з подальшою експресією трансгена в плаваючих личинках. Екзогенна ДНК проникала безпосередньо в яйцеклітини мідій шляхом трансфекції сперматозоїдів, або при обробці їх комплексом ДНК: білок: ліпіди. Відмічено, що у складі комплексу ДНК: білок: ліпіди химерні білки V-GAL4 і в більшій мірі V-GCN4 забезпечують доставку плазміди pCMVgfp (bind) в ядро сперматозоїда мідії, що призводить до експресії GFP-протеїну в личинках після запліднення. Зроблено висновок, що екзогенні ДНК, які входять в склад РОР, здатні специфічним чином блокувати запліднення і втручатися в програму розвитку личинок мідії. Зроблене припущення, що транспорт екзогенної ДНК в процесі запліднення і її стабільне спадкоємство можливі тільки в окремих випадках компетентності як чоловічих, так і жіночих гамет, а також специфічного поєднання їх генотипів i епігенетичних факторів. Можливо, розчинені в морській воді ДНК, РНК, позахромосомні ДНК (плазміди), а також їх фрагменти, будучи своєрідним носієм епігенетичної інформації, виконують інформаційну і регуляторну роль в морських екосистемах. Для обговорення використані відомі факти, одержані при дослідженні прокаріот, нижчих еукаріот і морських безхребетних.
Посилання
Анисимова С. А., Кузнецов А. В., Ерохин В. Е. и др. Опосредованный сперматозоидами перенос комплекса ДНК:белок:липиды в яйцеклетки мидии // Биотехнология в растениеводстве, животноводстве и ветеринарии: Тез. докл. II международн. научн. конф., 18-19 октября 2000. – М., 2000. – С. 43 – 44.
Брода П. Плазмиды. – М.: Мир, 1982. – 220 с.
Грант В. Эволюционный процесс. Критический обзор эволюционной теории. – М.: Мир,1991. – 488 с.
Ерохин В. Е. Растворённые углеводы некоторых биотопов прибрежной зоны моря // Океанология. – 1972. – 12, 2. – С.291 – 298.
Ерохин В. Е. Использование антибиотиков при исследовании питания беспозвоночных экзометаболитами // Гидробиол. журн. – 1978. – 14, №4. – С.89 – 92.
Ерохин В. Е., Кузнецов А. В.. Информационная роль растворённого в морской воде органического вещества // Проблемы биологической океанографии XXI века: тез. докл. международн. научн. конф., посвящённой 135-летию ИнБЮМ (19-21 сентября 2006г., Севастополь, Украина). – Севастополь: ЭКОСИ-Гидрофизика, 2006. – С.144.
Кузнецов А. В., Ерохин В. Е. Проникновение экзогенной ДНК в компетентные cперматозоиды мидии Mytilus galloprovincialis Lam. // Экология моря. – 2000. – Вып. 56. – С. 76 – 79.
Кузнецов А. В., Кузнецова И. В. Подвижный вектор. 1998. – 189 с. http://www.obomon.euro.ru
Кузнецов А. В., Пиркова А. В., Дворянчиков Г.А. и др. Перенос чужеродных генов сперматозоидами в яйцеклетки мидии Mytilus galloprovincialis Lаm // Экология моря. – 1999. – Вып. 49. – С. 96 – 97.
Кузнецов А. В., Пиркова А. В., Дворянчиков Г. А. и др. Перенос чужеродных генов сперматозоидами в яйцеклетки мидии Mytilus galloprovincialis Lam. Компетентность гамет к экзогенной ДНК // Экология моря. – 2000. – Вып. 50. – С. 98 – 102.
Кузнецов А. В., Пиркова А. В., Дворянчиков Г. А. и др. Исследование переноса чужеродных генов сперматозоидами в яйцеклетки мидии Mytilus galloprovincialis Lam. // Онтогенез. – 2001. – 32, №4. – С. 309 – 318.
Кузнецов А. В., Сигаева В. А., Кузнецова И. В., Щит И. Ю. Сперматозоиды кролика способны связывать чужеродную ДНК // Проблемы репродукции. – 1996. – 1. – С. 7 – 10.
Кузнецова И. В., Щит И. Ю., Кузнецов А. В. О ДНКазной активности спермы различных видов животных в связи с особенностями их оплодотворения // Сельскохоз. Биол.. – 1999. – №2. – С. 77 – 79.
Сигаева В. А., Кузнецова И. В., Кузнецов А. В. Связывание экзогенной ДНК сперматозоидами // Проблемы репродукции. – 1996. – 2. – С. 18 – 20.
Тихомирова Л. П., Вельков В. В. Методы введения чужеродной ДНК в клетку и селекции гибридных плазмид // Итоги науки и техники. Сер. Молекулярная биология. – М.: ВИНИТИ, 1980. – 12 (ч. II). – С. 62 – 103.
Хайлов К. М. Экологический метаболизм в море. – Киев: Наук. думка, 1971. – 252с.
Хайлов К. М., Финенко З. З. Взаимодействие детрита с высокомолекулярными компонентами растворённого органического вещества морской воды // Океанология. – 1968. – 8, вып.6. – С. 980 – 986.
Хесин Р. Б. Непостоянство генома. – М.: Наука, 1985. – 472 с.
Шлегель Г. Общая микробиология. – М.: Мир, 1987. – 566 с.
Adams D. H. The problem of cytoplasmic DNA: its extrusion/uptake by cultured cells and its possible role in cell-cell information transfer // Int. J. Biochem. – 1985. – 17. – P. 1130 – 1141.
Andersson J. O. Lateral gene transfer in eukaryotes // Cell Mol. Life Sci. – 2005. – 62 (11). – P. 1182 – 1197. Review.
Arezzo F. Sea urchin sperm as a vector of foreign genetic information // Cell Biol. Int. Rep. – 1989. – 13 (4). – P. 391 – 404.
Atkinson P.W., Hines E.R., Beaton S. et al. Association of exogenous DNA with cattle and insect spermatozoa in vitro // Mol. Reprod. Dev. – 1991. – №29. – P.1 – 5.
Boehme J., Frischer M. E., Jiang S. C. et al. Viruses, bacterioplankton, and phytoplankton in the southeastern Gulf of Mexico: distribution and contribution to oceanic DNA pools // Mar. Ecol. Prog. Ser. – 1993. – №97. – P.1 – 10.
Boucher Y, Douady C. J., Papke R. T. et al. Lateral gene transfer and the origins of prokaryotic groups //Annu. Rev. Genet. – 2003. – 37. – P. 283 – 328. Review.
Bourton N. F., Day M. J., Bull A. T. Distribution of bacterial plasmids in clean and polluted sites in South Wales river // Appl. Environ. Microbiol. – 1982. – 44. – P.1026 – 1029.
Brinster R.L, Sandgren E.P, Behringer R.R, Palmiter R.D. No simple solution for making transgenic mice // Cell. – 1989. – 59 (2). – P.239 – 241.
Dinger M. E., Mercer T. R., Mattick J. S. RNAs as extracellular signaling molecules// J. Mol. Endocrinol. – 2008. – 40 (4). – P.151 – 159.
Fry J. D., Day M. J. Plasmid transfer in the epilithon // Bacterial genetics in natural environments. – J. C. Fry & M. J. Gay, eds. – Chapman & Hall, London, 1990. – P. 55 – 80.
Guerra R., Carballada R., Esponda P. Transfection of spermatozoa in bivalve molluscs using naked DNA // Cell Biol. Internat. – 2005. – 29, № 2. – P. 159 – 164.
Karl D. M., Bailiff M. D. The measurement and distribution of dissolved nucleic acids in aquatic environments. // Limnol. Oceanogr. – 1989. – 34. – P. 543 – 558.
Katz L A. Lateral gene transfers and the evolution of eukaryotes: theories and data // Int. J. Syst. Evol. Microbiol. – 2002. – 52, 5. – P. 1893 – 1900.
Kidwell M. G. Lateral transfer in natural populations of eukaryotes // Annu. Rev. Genet. – 1993. – 27. – P.235 – 256. Review.
Kuznetsov A. V., Pirkova A. V., Dvorianchikov G. A., et al. Study of the transfer of foreign genes into mussel Mytilus galloprovincialis Lam. eggs by spermatozoa // Ontogenez. – 2001. – 32(4). – P. 309 – 318.
Kuznetsov A. V. Evolution by communication: a revision of sperm-mediated gene transfer// Frontiers in the convergence of bioscience and information technologies // Ontogenez – 2007. – P. 322 – 326.
Lavitrano M., Busnelli M., Cerrito M. G. et al. Sperm-mediated gene transfer // Reprod. Fertil. Dev. – 2006. – 18 (1-2). – P.19 – 23. Review.
Lucas C. E. Interrelationships between aquatic organisms mediated by external metabolites // Oceanography, Invited lectures. M. E. Sears [ed.]. – AAAS, Washington, 1961. – P. 449 – 517.
Mori T., Guo M. W., Mori E. et al. Expression of class II major histocompatibility complex antigen on mouse sperm and its roles in fertilization // Am. J. Reprod. Immunol. – 1990. – 24. – P. 9 – 14.
Paul J. H., Jeffrey W. H., DeFlaun M. F. Dynamics of extracellular DNA in the marine environment // Appl. Environ. Microbiol. – 1987. – 53. – P. 170 – 179.
Paul J. H., Jiang S. C., Rose J. B. Concentration of viruses and dissolved DNA from aquatic environments by vortex flow filtration // Appl.Environ. Microbiol. – 1991. – 57. – P. 2197 – 2204.
Pillai T. N. V., Ganguly A. K. Nucleic acid in the dissolved constituents of seawater // J. Mar. Biol. Assoc. India. – 1972. – 14. – P. 384 – 390.
Pütter A. Die Ernährung der Wassertiere und der Stoffhaushalt der Gewässer. – Iena.:Fischer, 1909. – 148 p.
Quan, T. M. Chemical сharacterization of dissolved organic matter (DOM) in seawater: structure, cycling, and the role of biology. Ph.D. Thesis. MIT/WHOI, 2005-05. – 215 р.
Saye D. J., Ogunstein O., Sayer G.C., Miller R.V. Potential for transduction of plasmids in natural freshwater environment: effect of plasmid donor concentration in a natural microbial community on transduction in Pseudomonas aureginosa // Appl. Environ. Microbiol. – 1987. – 53. – P. 987 – 995.
Silver S., Misra T.K. Plasmid-mediated heavy metal resistance // Ann. Rev. Microbiol. – 1988. – 42. – P. 717 – 743.
Smith H. O., Danner D. B., Deich R. A. Genetic transformation // Annual Review of Biochemistry. – 1981. – 50. – P. 41 – 68.
Smith K, Spadafora C. Sperm-mediated gene transfer: applications and implications // Bioessays. – 2005. – 27 (5). – P. 551 – 562.
Spadafora C. Sperm cells and foreign DNA: a controversial relation// Bioessays. – 1998. – 20 (11). – P. 955 – 964. Review.
Spadafora C. Sperm-mediated gene transfer: mechanisms and implications // Soc. Reprod. Fertil. Suppl. – 2007. – 65. – P. 459 – 467. Review.
Spadafora C. Sperm-mediated 'reverse' gene transfer: a role of reverse transcriptase in the generation of new genetic information // Hum Reprod. – 2008.
– 23 (4). – P.735 – 740.
Strickland J. D. H. Production of organic matter in the primary stages of the marine food chain // Chemical Oceanography. – Acad. Press, London – N. Y., 1965. – 1. – P. 477 – 610.
Wangersky P.J . The organic chemistry of sea water // American Scientist. – 1965. – 53, №3. – P.358 – 374.
Webster N. L., Forni M., Bacci M. L. et al. Multitransgenic pigs expressing three fluorescent proteins produced with high efficiency by sperm me diated gene transfer // Mol Reprod Dev. – 2005. – 72 (1). – P. 68 – 76.
Weinbauer M. G., Fuks D., Peduzzi P. Distribution of viruses and dissolved DNA along a coastal trophic gradient in the northern Adriatic Sea // Appl. Environ. Microbiol. – 1993. – 59. – P. 4074 – 4082.
Williams P.M. Sea surface chemistry: organic carbon and organic and inorganic nitrogen and phosphorus in surface films-and subsurface waters // Deep-Sea Res. – 1967. – 14. – P. 791 – 800.
Wu G.M., Nose K., Mori E., Mori T. Binding of foreign DNA to mouse sperm mediated by its MHC class II structure // Am. J. Reprod. Immunology. – 1990. – 24. – P. 120 – 126.
