В настоящее время накапливаются данные о "пространственном" контроле транскрипции в индивидуальных хромосомах у разных видов эукариот: дрожжей, дрозофилы и млекопитающих (Cockell, Gasser, 1999; Lyko, Paro, 1999). В дрожжевых клетках инсерция генов в теломерные районы сопровождается репрессией их активности - феномен, напоминающий "эффект положения" у дрозофилы (Grunstein, 1998). В ядре дрожжевой клетки теломерная ДНК формирует компартмент вблизи ядерной оболочки, и там же наблюдается высокая концентрация Sir-белков ("silent information regulator"). При инсерции активного гена вблизи теломеры Sir-белки, образуя комплекс с ДНК, полностью репрессируют его активность. Однако, если нарушается перинуклеарное позиционирование теломеры в результате действия мутаций (генов HDF1 или HDF2 из семейства Ku), то теломеры утрачивают свою репрессирующую активность (феномен "telomeric position effect"). Таким образом, репрессирующее действие теломерного гетерохроматина у дрожжей осуществляется только при условии локализации теломеры вблизи ядерной оболочки. В изящных экспериментах по направленному "заякориванию" трансгена (слитого с геном-репортером) на ядерной оболочке дрожжевой клетки наблюдалась полная репрессия гена-репортера (Andrulis et al., 1998). Авторы заключили, что близость ядерной оболочки способствует репрессии генов у дрожжей, но происходит это при участии Sir-белков, создающих центры нуклеации.

В настоящее время накоплен значительный экспериментальный материал о трехмерной организации интерфазного ядра эукариот, в основе которой лежит дифференциальное позиционирование различных районов хромосом как относительно друг друга, так и ядерной оболочки, что предположительно оказывает существенное влияние на экспрессию генов (Cockell, Gasser, 1999; Misteli, 2001; Gasser, 2002; Parada, Misteli, 2002). В архитектуре ядра ключевым моментом является разделение его на территории, соответствующие индивидуальным хромосомам (Zink, Cremer, 1998; Zink et al., 1998; Edelman et al., 2001). В свою очередь хромосомные территории разбиты на субхромосомные домены (размером примерно 1 Мб) (Zink, Cremer, 1998; Zink et al., 1998). По данным Sadoni et al. (1999), хромосомные территории поляризованы так, что в одних компартментах находятся ранореплицирующиеся (ближе к центру ядра), а в других - позднереплицирующиеся районы хромосом (по периферии ядра, в перинуклеолярной зоне), которые соответствуют R- и G/C-сегментам митотических хромосом (подробнее о R- и G/C-сегментах рассмотрим ниже). Согласно данным Croft et al. (1999) и Cremer et al. (2001), хромосомы с низкой плотностью генов (хромосома 18) предпочтительно локализуются по периферии ядра, а с высокой (хромосома 19) - во внутренних районах интерфазных ядер. Позднее было показано, что расположение хромосом с высокой и низкой плотностью в разных компартментах интерфазного ядра характерно для всех хромосом человека (Boyle et al., 2001). Интересно отметить, что локализация хромосом 18 и 19 в разных компартментах наблюдается у всех приматов Старого Света (Tanabe et al., 2002). По мнению авторов, такой эволюционный консерватизм в пространственной организации хромосом в интерфазном ядре предполагает, что эта форма организации может играть важную роль в функционировании генома. Ранее Стегний (1993) высказал идею, что изменения в архитектонике интерфазного ядра путем изменения позиции хромосом могут играть важную роль в видообразовании. К этому следует добавить, что согласно данным Sun et al. (2000), теломеры больших хромосом локализованы на периферии ядра, тогда как теломеры более мелких хромосом находятся ближе к центру. Таким образом, есть все основания утверждать, что хромосомы неслучайным образом организованы в интерфазном ядре. Более того, хромосомные территории устойчивы и воспроизводятся в дочерних клетках после митоза, а хромосомные компартменты закреплены структурно посредством связей с различными элементами интерфазного ядра (Chubb et al., 2002; Parada, Misteli, 2002).

Данные о пространственной организации хромосом в интерфазных ядрах рассматриваются некоторыми авторами как фактор в регуляции отдельных генов и генома в целом (Cockell, Gasser, 1999; Lyko, Paro, 1999; Parada, Misteli, 2002). Выше были приведены примеры "пространственного" контроля в регуляции генов у дрожжей и генов бета-глобинового кластера у млекопитающих. Важно также отметить, что такой контроль имеет место и при клеточной дифференцировке. Так, согласно данным Brown et al. (1997), при дифференцировке В-лимфоцитов гены CD2, CD4, CD8 alpha, CD19, CD45 lambda5 перемещаются в ядре в места скопления гетерохроматина ("heterochromatin-containing foci"), в результате чего их экспрессия подавляется. Связь неактивных генов с гетерохроматином осуществляется с помощью белка Ikaros, который специфически связывается с промоторами генов и тем самым "рекрутирует" их в состав гетерохроматина (Brown et al., 1997; 1999; Cobb et al., 2000). Эти данные свидетельствуют, что хромосомный контекст (близость гетерохроматина) и пространственные перемещения отдельных районов хромосом в интерфазном ядре действительно могут играть важную роль в контроле экспрессии генов.

В свете приведенных выше данных уместно рассмотреть последствия изменений в позиции генов в хромосомах на их экспрессию. Действительно, имеется экспериментальный материал о влиянии хромосомных перестроек на генную активность. Например, анализ экспрессии гена Pgd (6-фосфоглюконат-дегидрогеназа), вовлеченного в 21-ю хромосомную перестройку, показал, что в 2 случаях она была полностью утрачена, в 10 - заметно снижена, в 3 - наблюдалось повышение активности и в 6 - не отмечено эффектов перестройки (Slobodyanyuk, Serov, 1983). Несомненно, наиболее ярким примером эффекта хромосомных перестроек является ставший хрестоматийным феномен "эффекта положения гена", при котором прилежащий в новой позиции гена гетерохроматин вызывает полную его инактивацию или сайленсинг либо во всех соматических клетках, либо только в части клеток (эффект положения мозаичного типа). Этому феномену посвящен ряд исчерпывающих обзоров, в которых суммированы многолетние исследования по влиянию гетерохроматина на экспрессию близлежащих генов (Tarlof et al., 1984; Жимулев, 1993; Weiler, Wakimoto, 1995; Zhimulev, 1998).

Следует отметить, что долгое время считалось, что феномен "эффект положения" свойственен только семейству Drosophilidae. Однако с развитием технологии получения трансгенных животных и растений стало очевидным, что сходные явления наблюдаются у других животных и даже растений. Основным способом получения трансгенных животных является инъекция рекомбинантной ДНК в пронуклеус зигот. При таком способе чужеродная ДНК интегрируется в реципиентный геном случайным образом, и, таким образом, каждое трансгенное животное независимого происхождения является уникальным относительно хромосомной локализации трансгена (Palmiter, Brinster, 1986).

Уже в ранних работах по трансгенезу была отмечена необычайно широкая вариабельность в экспрессии трансгенов: от полного ее отсутствия до уровня, сходного с эндогенным геном (Palmiter, Brinster, 1986). В большинстве случаев уровень транскрипции трансгенов не зависит от числа копий в геноме трансгенных животных. С учетом случайного характера интеграции трансгенов было предположено, что вариабельность экспрессии определяется хромосомным контекстом в месте локализации трансгена. Долгое время считалось, что эта вариабельность определяется исключительно уровнем транскрипции трансгена (Palmiter, Brinster, 1986; Transgenic animals, 1992). Однако позднее было показано, что в основе этой вариабельности чаще всего лежит мозаицизм, и экспрессия зависит от соотношения клеток с активным и неактивным трансгеном (Porter, Meyer, 1994; Robertson et al., 1995; Dobie et al., 1996; Festenstein et al., 1996). Эти данные были получены на трансгенных животных и растениях с использованием генов-репортеров бета-галактозидазы E. coli или "зеленого" белка (GFP) под контролем конститутивных или тканеспецифических промоторов (Ramirez et al., 2001).