Молекулярні основи еволюції диференціювання розвитку та старіння

[ виправити ] текст може містити помилки, будь ласка перевіряйте перш ніж використовувати.

скачати

Молекулярні основи еволюції, диференціювання розвитку та старіння
Відомо, що деякі фрагменти ДНК можуть переміщатися з одного місця на інше в межах однієї хромосоми або вбудовуватися в іншу хромосому.
Існування стрибаючих генів вперше було показано Б. Мак-Клінток при вивченні генетики кукурудзи. Вона з'ясувала, що елементи регуляторного гена переміщуються в геномі з одного місця на інше і впливають на експресію генів, приводячи до появи фенотипічних варіацій. Ця робота не привертала уваги протягом 30 років, доки дослідження на E. Coli не підтвердили здатність генів до пересування і впровадженню в інше місце в геномі, а Б. Мак-Клінток була присуджена Нобелівська премія.
Здатні до переміщення послідовності ДНК отримали назву транспозони (Tn-елементи) або стрибають гени.
Зміна положення якогось сегменту ДНК відносно оточуючих його послідовностей відбуваються повсюдно в різних варіантах, однак більшість з них спостерігається відносно рідко. Багато геномні перебудови відбуваються в результаті гомологічної рекомбінації між алельними послідовностями і не зачіпають сусідніх сегментів ДНК. Взагалі ж кажучи, структура геному цілком стабільна. Це й не може бути інакше, оскільки необхідно підтримувати життєздатність особин і видів.
Багато геномні перебудови не запрограмовані, вони не пов'язані з якимось специфічним впливом на експресію генів і в них є елемент випадковості. Випадковими можуть бути частота таких подій, самі сегменти ДНК або те й інше. Прикладами таких досить рідкісних подій служить транспозиція послідовностей ДНК з одного геномного локусу в інший або дуплікація і подальша ампліфікація сегментів ДНК. Однак подібні транспозиції та ампліфікації можуть бути пов'язані також з невипадковими, запрограмованими змінами. Такі запрограмовані події відіграють ключову роль у регуляції експресії деяких генів під час диференціювання і розвитку певних типів клітин.
Типи мобільних елементів
Розрізняють декілька типів мобільних ДНК-елементів, але всі вони володіють такими загальними властивостями:
- Несуть ген (або декілька генів), необхідний для транспозиції (ген транспозази - ферменту бере участь у переміщенні);
- По-друге, на кінцях містять специфічні взаємно інвертовані повторювані послідовності, також необхідні для транспозиції
- Самі транспозірующіеся елементи не кодують жодних суттєвих для організму функцій, однак часто містять специфічні гени, наприклад ген стійкості до антибіотиків. Транспозиція цих елементів, як правило, супроводжується сильними мутагенними ефектами.
- До транспозірующімся елементам відносять ті, транспозиція яких протікає без участі зворотної транскрипції
Транспозірующіеся елементи прокаріот
1. Інсерційного послідовності (IS - insertion sequences - послідовності вставки).
- Це сегменти, здатні як ціле переміщатися з однієї ділянки локалізації в іншій (рис 73 Конічев).
- Іп містять лише ті гени, які необхідні для їх власного переміщення - транспозиції.
- На обох кінцях кожного з них завжди є інвертовані повтори (рис. 10.4), які також необхідні для транспозиції. Нуклеотидні послідовності цих повторів різні для різних IS і варіюють по довжині від 10 до 40 п. н.
- Їх переміщення в нові геномні локуси часто призводять до мутацій, що полягає в перериванні регуляторних і кодують ділянок, а промоторні елементи всередині самих IS можуть впливати на експресію прилеглих генів.
- Частота транспозицій у різних елементів неоднакова і становить 10-5-10-7 у покоління.
- При транспозиції IS в нове положення вихідний IS - елемент залишається на колишньому місці; тобто, інсерцій супроводжується точним синтезом другої копії і залежить від реплікативних функцій господаря.
2. Транспозони.
- Т. називають сегменти ДНК, що володіють тими ж властивостями, що та ВП, але містять також гени, що не мають відношення безпосередньо до транспозиції
а) складні транспозони
- Часто IS - елементи довжиною приблизно 1 т. п. н. входять до складу більш складних транспозонов (прозрачка 1).
- Їх довжина може досягати тисяч пар основ, а центральні області можуть містити різноманітні гени, (наприклад, гени стійкості до антибіотиків, гени токсинів або гени додаткових ферментів клітинного метаболізму)
- З обох сторін ця центральна область фланкируются однаковими IS-елементами (від IS 1 до IS 10) - IS - L і IS - R з лівого і правого боків відповідно.
- Вся інформація, необхідна для переміщення складного транспозона, міститься в його IS - частини; це та сама інформація, яка використовується IS-елементом як таким.
б) Прості транспозони.
- Це транспозони не пов'язані ні з якими IS - елементами:
- Інформація, необхідна для транспозиції, закодована в них самих.
- Як приклад можна навести транспозон ТnЗ (прозрачка 3), який містить інвертовані кінцеві повтори довжиною 38 п. н., I RL і I RR, необхідні для транспозиції.
- Між цими повторами знаходяться три гени: два з них кодують білки транспозиційні, третій - β-лактамазу (ген атр, не пов'язаний з транспозицією).
- Крім того, є некодуючих ділянку довжиною 170 пар основ, що містить промотори генів транспозиційних білків, а також специфічний ділянку, званий res і теж необхідний для транспозиції.
Сайти-мішені
Це сегменти ДНК, в які вбудовуються Ме
- Одні транспозірующіеся елементи досить розбірливі і більш охоче вбудовуються в короткі геномні сегменти, гомологічні кінців самого мобільного елемента.
- Інші менш примхливі і не віддають явної переваги ніяким сайтам-мішенях, хоча спостерігається деяка тенденція до вбудовуванню їх в АТ-багаті ділянки.
- Незалежно від типу Ме. його вбудовування в новий генетичний локус зазвичай супроводжується дуплікацією короткого ділянки ДНК в у сайті-мішені.
- Ці дуплицировать сегменти потім фланкують вбудовані елементи.
- Майже обов'язкова дуплікація сайтів-мішеней вказує на те, що при відмінностях у механізмі більшість вставок відбувається з освітою в потенційних сайтах-мішенях зміщених одноланцюгових розривів, як це показано на рис. 10.1. Сайт-мішень у геномі, що містить мобільний елемент, умовно називають «заповненим», а не містить такого - «вільним».
Типи транспозицій:
Для простоти розглянемо транспозицію з одного геному в інший (наприклад, з плазміди в бактеріальний геном або назад). Внутрішньомолекулярний транспозиція протікає більш складно.
1. Коінтеграціонная або репликативная транспозиція (оскільки відбувається повна дуплікація елемента.)
- Донорний геном, який несе транспозірующійся елемент, зливається з реципієнтного молекулою ДНК (прозрачка 4).
- Утворився коінтеграт містить всю донорних і реципієнтного ДНК, а також по одній копії транспозірующегося елемента в місцях зчленування цих ДНК.
- Коінтеграція включає розрив вихідних фосфодіефірних зв'язків і утворення нових, дуплікацію всього елемента і дуплікацію сайту-мішені.
- Коінтеграт може потім вирішуватися з утворенням двох вихідних ДНК, кожна з яких несе копію транспозірованного елемента. Для розділення коінтеграа необходімодействіе продукту гена tnp R, званого резолвазой (від англ. Resolution - дозвіл), яка розрізає коінтеграт на вихідні реплікатори.
- При транспозиції шляхом коінтеграціі використовується не тільки інформація, закодована в самому елементі, а й реплікативні функції клітини.
2. Просте вбудовування або консервативне (або нереплікативної, оскільки дуплікації як такої не відбувається)
- Транспозірующійся елемент переміщається в новий геномний локус, при цьому жодних інших перебудов, крім дуплікації сайту-мішені, не відбувається (прозрачка 4).
- Деякі транспозірующіеся елементи, наприклад ДНК фага Мu, беруть участь як в коінтеграціі, так і в простому вбудовування.
3. Існує ще одна досить приваблива модель, згідно з якою:
- На основі загальної проміжної структури здійснюється транспозиція будь-якого з двох типів (рис. 10.9).
- Відповідно до цієї моделі може відбуватися транспозиція ДНК фага Мu та інших мобільних елементів.
- На малюнку, ілюструє модель, і ДНК донора, і ДНК реципієнта представлені в кільцевій формі, оскільки в експериментах in vitro, поставлених для перевірки справедливості даної моделі, використовувалася кільцева плазмідна ДНК;
- Мобільним елементом у донорной ДНК служила модифіковану ДНК фага Мu. In vivo донори і реципієнти, наприклад плазміди і хромосоми Е.соli, також знаходяться в кільцевій формі.
- Відповідно до даної моделі, транспозиція починається з утворення одноланцюгових розривів у кільцевих донорної та реципієнтного ДНК.
- У донора такі розриви відбуваються з обох З "-кінців елемента, в реципієнта - в сайті-мішені з утворенням 5'-виступів.
- Потім розрізані кінці мобільного елемента з'єднуються з кінцями реципієнта, і утворюється загальний проміжний продукт.
- Якщо в ланцюгах, протилежних по відношенню до розрізаним спочатку, ніяких додаткових розривів не відбувається, то має місце просте вбудовування.
- У результаті заповнення проломи та лігування відбувається дуплікація сайту-мішені.
- Таким способом може здійснюватися нереплікативної транспозиція Тn 10.
- Цю реакцію каталізує транспозаза Тn 10, яка прискорює розрізання на кінцях Тn 10, а також, мабуть, возз'єднання розірваних кінців.
- При реплікативної транспозиції загальний проміжний продукт зазнає зовсім інші перетворення.
- Інтермедіату за своєю структурою аналогічний кільцевої ДНК з двома реплікативними виделками.
- Якщо реплікація починається в кожній вилці, то кінцевий продукт являє собою коінтеграт-кільце, що містить і донорно, і реципієнтного ДНК, а також копії транспозірующегося елемента, повторний напівконсервативним шляхом.
- При вирішенні коінтеграта врешті-решт здійснюється транспозиція нової копії мобільного елемента в інший сайт-мішень. Дозвіл може відбуватися шляхом гомологічної рекомбінації між двома копіями транспозірующегося елемента за участю рекомбінаційну апарату Е.соli. (Прозрачка 6).
Генетична мінливість бактерій при транспозиції
Мобільні елементи викликають генетичну нестабільність поблизу від ділянки своєї локалізації, особливо в процесі реплікативного механізму транспозицій.
У залежності від того, як внесені розриви в ДНК-мішень, вийде або делеція (Випадання ділянки хромосоми з її внутрішньої області), або інверсія (перестановка) генетичного матеріалу між місцем розташування транспозона і мішенню його переміщення. У зв'язку з цим цікаво відзначити, що хромосоми споріднених видів бактерій відрізняються один від одного численними перебудовами саме цього типу. Мабуть, мобільні елементи відіграли істотну роль у дивергенції і видоутворенні бактерій.
1) Вбудовування IS-елементів поблизу від мовчазного гена може приводити до його активації за рахунок транскрипції з промотора IS - елемента, тобто змінюється регуляція бактеріального гена (пр. 8а).
2) Дуже важливо, що мобільні елементи служать рухомими ділянками гомології, гомологічної рекомбінації між якими може призводити до дуплікація генів (рис. 76 Конічев). Вважається, що дуплікація - один з основних шляхів еволюційного виникнення нових функцій. Дійсно, «зайва» копія гена виходить з-під тиску природного добору, і отримує можливість накопичувати зміни. Найчастіше це призведе до втрати будь-якої було функції, але іноді може вийти ген з новими функціями.
3) Не можна забувати і той факт, що клітина може отримати селективну перевагу за рахунок придбання у складі транспозона гена, який сам по собі здатний виявитися вигідним для бактерії в певних умовах. Дійсно, на транспозона «подорожують» гени стійкості до різних бактеріальним отрут, в тому числі до важких металів і антибіотиків, гени додаткових метаболічних шляхів, що дозволяють використовувати незвичайне джерело вуглецю, нарешті, гени деяких токсинів, що роблять бактерії патогенними і дозволяють їм тим самим істотно змінити спосіб життя. Сказане рівною мірою відноситься і до плазміда, оскільки більшість корисних для клітини-хазяїна плазмідних генів знаходиться у складі транспозонов.
4) Якщо елемент вбудований в один з генів Поліцистронна оперона, то вбудований елемент може впливати на експресію наступних генів, або зупиняючи транскрипцію в сайті термінації, що знаходиться всередині його самого (прозрачка 8,6), або придушуючи трансляцію дистальних кодують послідовностей мРНК (прозрачка 8 , в)
5) Коли один і той же геном служить і донором, і реципієнтом при утворенні коінтеграта (внутрішньомолекулярний транспозиція), здатність мобільних елементів викликати перебудови в сусідніх ділянках ДНК призводить до інших мутаційним ефектів. Всі відбуваються при цьому події, включаючи делеції та інверсії, пов'язані з з'єднанням одного або двох кінців мобільного елемента з новими послідовностями ДНК (рис. 10.13); деталі цих процесів до кінця не встановлені.
Рухливі генетичні елементи у еукаріотів
Істотну частину геному еукаріот (10-30%) складають повторюваних послідовностей, що мають певну структурну організацію і здатні переміщатися в геномі як в межах однієї хромосоми, так і між хромосомами. Вони отримали назву рухомих генетичних елементів. Елементи включають до свого складу від тисячі до десятків тисяч нуклеотидних пар.
Найбільша кількість рухомих елементів виявлено в геномі рослин (до 50%). Рухливі генетичні елементи зазвичай розсіяні по геному, але можуть концентруватися в окремих ділянках хромосом.
Види мобільних елементів еукаріот
Розрізняють два (за ознакою молекулярних механізмів переміщення) основних класу рухомих генетичних елементів:
1. Транспозони
Ці елементи обмежені інвертованими повторами (послідовностями, спрямованими назустріч один одному), як і деякі транспозони прокаріотів. Прикладами їх можуть служити Р-елемент дрозофіли та Ас-елемент кукурудзи (рис. 92 Конічев). У геномах цих організмів налічується по 30 - 50 копій таких елементів. Повні копії (частина копій дефектна, так як має внутрішні делеції) містять відкриті рамки зчитування, що кодують транспозазу (рис. 92).
Схема переміщення транспозона показана на рис. 93. Інвертовані повтори необхідні для переміщення елемента, що здійснюється завдяки їхньому зближенню один з одним і пізнанню транспозазамі. Інвертовані повтори зближуються і точно відрізаються від сусідніх ділянок ДНК хазяїна. Вирізаний транспозон впроваджується в район внесеного транспозазой розриву в молекулі-мішені і зшивається з ДНК хазяїна в новому місці. Розрив і зашивання здійснюються транспозазой і допоміжними білками. Транспозаза може кодуватися як самим рухомим елементом, який буде переміщатися, так і іншою копією елемента, локалізованої в тому ж геномі на віддалі. Р-елементи звичайно вбудовуються в певні сайти, консенсусна послідовність яких така: 5'-ГГЦЦАГАГ При вбудовуванні Р-елемента цей сайт-мішень дупліціруется.


Вбудовування
Рис. 93 Переміщення транспозона
Пролом у ДНК після вирізання транспозона може кріпитися або за допомогою гомологічного відрізка ДНК, або за рахунок зшивання розірваних кінців (це особливо характерно для транспозонов рослин).
Ефект від переміщення транспозона еукаріот
Р-елемент міститься тільки в деяких лініях D. melanogaster. Схрещування самок без Р-елемента з самцями, що несуть Р-елементи, призводить у гібридів до транспозиції Р-елемента, які спостерігаються тільки в клітинах зародкового шляху. Сукупність спостережуваних ефектів називають гібридним дисгенезія. Дісгенние мухи часто виявляються стерильними, а якщо вони фертильності, то у їхніх нащадків виявляється безліч мутацій і ці ознаки передаються наступним поколінням. Тому лінії з Р-елементом і без нього виглядають як репродуктивно ізольовані, принаймні частково. Біологічна ізоляція відіграє величезну роль у процесі еволюції. Ізоляція ліній викликана активацією транспозицій Р-елемента, присутнього в одній з них. Причина, чому транспозиції Р-елемента обмежені зародковими клітинами, пояснюється тим, що тільки в клітинах-попередниках гамет здійснюється такий тип сплайсингу, який призводить до утворення безперервної відкритої рамки трансляції, що кодує транспозазу (див. рис. 92). Обмеження транспозиції зародковими клітинами має певний сенс, оскільки забезпечує виживання особин, несучих гамети, в яких відбулися геномні перебудови внаслідок транспозиції Р-елементу. Подібний «геномний шок», що супроводжується високою частотою мутагенезу, може забезпечити велику ступінь геномної мінливості, яка послужить матеріалом для відбору в процесі еволюції.
Переміщення Ас-елемента відбуваються і в соматичних клітинах кукурудзи. За ними можна стежити за розподілом мутантних ділянок тканини, наприклад позбавлених пігменту внаслідок інактивації гена, що визначає пігментацію. Потомство клітини, що містить тільки інактивовані гени, також буде позбавлено пігменту. Вирізання мобільного елемента призводить до реактивації гена. У зв'язку з цим було зроблено висновок про регуляторну функції переміщаються елементів і вони були названі контролюючими (Б. Мак-Клінток).
У цілому рухливі елементи еукаріот представляють собою надзвичайно різнорідну популяцію. Існує думка про те, що вони не впливають на фенотип організму і розмножуються в геномі лише завдяки особливостям своєї структури, в результаті чого поступово заселяють геном. Передбачається, що вони складають частину так званої егоїстичної (див. с. 156) ДНК, розмноження якої обмежується природним відбором. Відбір усуває ті випадки, коли впровадження егоїстичною ДНК супроводжується шкідливими наслідками. На певних стадних еволюції ці елементи можуть використовуватися для цілей, які в подальшому забезпечать селективні переваги організму.
2. Ретротранспозон.
А) з довгими кінцевими повторами
- Збігаються за своєю структурою з проретровіруси, які впроваджуються в геном, використовуючи механізми зворотного транскрипції.
- Ці елементи містять «тіло» розміром 5-8 тис. н.п., обмежене прямими довгими кінцевими повторами (ДКП, або LTR - від англ. 1опg terminal repeats), зазвичай містять по 300-400 н. п. (рис. 94).
- Кількість копій цих елементів, що належать до одного сімейства, досить постійно про людське око, але варіює від декількох копій до сотень тисяч копій в залежності від типу ретротранспозону.
- У складі «тіла» елемента виявляються відкриті рамки зчитування для зворотної транскриптази і нуклеази (інтегрази).
- Різні копії одного сімейства можуть мати вставки і делеції як у ДКП, так і в самому елементі.
- За флангах ДКП знаходяться короткі прямі повтори.
Спосіб переміщення ретротранспозонів з довгими кінцевими повторами
- Припускає його транскрипцію за допомогою РНК-полімерази П.
- У складі ДКП є сайти ініціації транскрипції і сигнали Поліаденілювання. ДКП можуть служити активними промоторами.
- Транскрипція починається в одному ДКП (умовно лівому, 5'-ДКП), а закінчується в іншому (правом, 3'-ДКП).
- Молекули, що синтезується РНК транслюється з утворенням ферментів, необхідних для синтезу ДНК і впровадження її в геном.
Ця схема повністю повторює схему освіти та інтеграції провірусу (рис. 95). Залишається відкритим питання: чи відбулися ретровіруси з ретротранспозонів або, навпаки, ретротранспозону виникли з вірусів в результаті втрати здатності до зараження? Переважна частина ретротранспозонів (при порівнянні їх з ретровірусами) або втратила ген оболонки вірусу, або ще не придбала його. Таким чином, ретротранспозону представляють собою внутрігеномние, неінфекційні елементи, здатні лише до самовідтворення і «подзараженію» того ж геному.
Впровадження ретротранспозону всередину гена або близько гена викликає різні ефекти:
- Відбувається інактивація гена (рис. 96 а).
- При інтеграції в район промотора на 5'-фланзі гена Ретротранспозон може різко активувати експресію гена, забезпечуючи транскрипцію з власного промотора (рис. 96 б1). Якщо в цьому випадку рухливий елемент опинився біля протоонкогена, то результатом може бути сверхпродукція білка і злоякісне переродження клітини.
- Це ж можливо при впливі енхансери, привнесених мобільним елементом (рис. 96 б2).
- Особливі можливості для перенесення та придбання регуляторних сигналів виникають тоді, коли елемент (Ретротранспозон) віддаляється за рахунок гомологічною комбінації між ДКП з ідентичними повторами (див. (рис. 96 в). У результаті зберігається лише один ДКП на місці впровадження ретротранспозону.
Представлені випадки впровадження елемента супроводжуються мутаціями з самими різними фенотипическими проявами зумовленими придушенням освіти чи, навпаки, гіперпродукцією білка.
Переміщення елементів по геному сприяє
- Поширенню регуляторних сигналів (сайтів ініціації транскрипції, сигналів Поліаденілювання, або енхансери), що робить значною роль мобільних елементів в еволюції систем регуляції.
Б) Ретротранспозон, які не несуть довгих кінцевих повторів. Механізм впровадження їх
- Дещо інший,
- Але також здійснюється за допомогою зворотної транскрипції.
- До них відносяться представники сімейства L1 населяють геном людини.
- Реплікація елемента без ДКП пов'язана безпосередньо з районом майбутнього впровадження ретротранспозону (рис. 97).
- РНК, що утворилася при транскрипції елемента, переміщається до досить випадковим місцем розриву ДНК-мішені,
- Часто зшивається з однієї з ниток ДНК.
- Сюди спрямовуються і необхідні для інтеграції білки - зворотна транскриптаза і інтегрази.
- Інша, комплементарна нитка ДНК служить запалом для копіювання РНК-копії елемента за участю зворотної транскриптази.
- Фермент копіює спочатку невелику ділянку ДНК-мішені, а потім міняє матрицю і копіює РНК,
- Після чого РНК віддаляється і утворюється другий комплементарна нитка ДНК.
Ретротранспозон без ДКП беруть участь у збереженні кінців хромосом у ряду поколінь.
Подібну функцію у багатьох організмів виконує теломераза. У ряду комах, в тому числі і у дрозофіли, відсутня теломеразной активність. Кінці ДНК у них подовжуються за рахунок переміщень ретротранспозонів і в цьому випадку виступають як компоненти генома, які рятують хромосому від укорочування. Ретротранспозон переміщуються, утворюючи повторювану структуру, в якій елементи з'єднані один з одним за типом «голова до хвоста». Спочатку на РНК-транскриптів як на матриці за допомогою зворотної транскрипції будується комплементарна нитка ДНК, а потім після видалення РНК-матриці добудовується інша. Таким чином, геном господаря пристосував ці елементи для збереження кінцевих ділянок хромосом, для порятунку хромосоми від втрати генів.
3. Ретропозонів
У геномі ссавців, птахів, амфібій і комах виявляються ретропозонів - упровадилися в геном ДНК-копії, синтезовані на різних типах клітинних РНК, як на матрицях. Структура ретропозонів дозволяє з упевненістю говорити про участь зворотної транскрипції в процесі їх утворення. Таким чином, поряд з перенесенням інформації від ДНК до РНК здійснюється і зворотний процес - повернення її в геном у вигляді ретропозонів. У ссавців ретропозонів складають більше 10% ДНК, отже, потужність зустрічного потоку інформації від РНК до ДНК може бути істотною, принаймні при оцінці його у тимчасовому еволюційному масштабі.
Розрізняють різні типи ретропозонів, серед них:
А) псевдогени. Це копії генів, позбавлені інтронів і які мають послідовністю полі-да-полі-ДП на 3'-фланзі. Матрицею при їх копіюванні послужила «процессірованная» поліаденільованим мРНК. Рамки трансляції таких «генів» часто «зіпсовані» стоп-кодони і ділок. Вони, як і проретровіруси, обмежені короткими прямими повторами, що представляють собою дуплікацію геномної послідовності в області сайту впровадження ДНК-копії, утвореної на мРНК.
Б) Ретрогени. Якщо ретропозонів правильно процессірован, ДНК-копія містить відкриту рамку зчитування і можлива його експресія, то такі ретропозонів називають ретрогенамі.
Велику масу повторюваних елементів хребетних представляють ДНК-копії клітинних РНК, які кодують білки невідомої природи, а також аномально процессірованних клітинних транскриптів тРНК, 7S РНК і UPНК. Вони являють собою довгі і короткі повтори. Родини повторюваних послідовностей часто отримують свої назви по расщепляющим їх рестриктаз (наприклад, короткі Alu-повтори або довгі Крn-повтори в геномі людини).
Кожен вид ссавців володіє власним головним сімейством довгих повторів, що відрізняють його від інших видів. Припускають, що різні сімейства довгих повторів виникли порівняно недавно, вже після еволюційної дивергенції видів ссавців.
Короткі повтори, наприклад повтори Alu - сімейства у людини, складають 3 • 105, що відповідає 5 - 6% маси ДНК клітини. Їх нуклеотидна послідовність гомологічна послідовності окремих ділянок 7S РНК. Такі повтори розсіяні по геному, їх виявляють у інтрони, на 5'-флангах генів, у складі З "-нетрансльовані ділянок гена. Між особинами одного виду іноді спостерігаються відмінності (поліморфізм) у структурі генів і їх найближчого оточення, зумовлені запровадженням коротких або довгих повторів. У геномі існує безліч неактивних дефектних копій цих елементів, вони не здатні кодувати транспозазу або зворотну транскриптазу. З іншого боку, вони зберігають здатність до переміщень, якщо у випадку транспозонов є інвертовані повтори, впізнавані транспозазой, а в разі ретротранспозонів збережені промотор і можливість транскрипції елемента. Безліч таких дефектних копій почнуть переміщатися, якщо ферменти, відповідальні за переміщення, будуть кодуватися іншими повноцінними елементами. У геномі людини джерелом активного зворотного транскриптази є Ретротранспозон L1, число копій якого досягає 100 тис. З них активно переміщуються 30 - 60 тис., решта, пошкоджені, переміщатися не можуть.
Мобільні генетичні елементи можуть брати участь у перебудовах хромосом. Наявність в хромосомах декількох однакових по нуклеотидної послідовності копій рухомого елемента дозволяє в окремих випадках здійснити рекомбінацію по районах їх локалізації. В результаті нерівного кросинговеру виникають делеції окремих ділянок або, навпаки, дуплікації (рис. 98).
Нерівний кросинговер по районах локалізації транспозона mariner (моряк) у людини призводить до делеції ділянки в короткому плечі 17-ї хромосоми. Якщо ця подія відбувається в зародковій клітці при дозріванні гамет, то хромосома з делецій буде передана нащадкам. Це призводить до спадкових захворювань нервової системи - невропатії і паралічів. Внутріхромосомная рекомбінація між двома елементами приводить до інверсії - повороту ділянки хромосоми на 180 °. Інверсія може бути шкідлива для організму, а може сприяти еволюції геному, оскільки допомагає передати нащадкам випадково склалося сприятливе поєднання генів, перешкоджаючи кросинговеру.
Ретротранспозон з ДКП беруть участь у ліквідації двунітевих розривів ДНК. Зазвичай такий розрив заліковується за допомогою гомологічною молекули ДНК, наприклад сестринської, тільки що регошцірованной нитки. Участь реплікується ДНК ретро-транспозонов з ДКП у процесі загоєння двунітевих розривів виявлено у дріжджів (рис. 99). Пролом у двунітевой спіралі, забита ретротранспозонів, зберігає цілісність хромосоми, але змінює її нуклеотидну послідовність. Якщо район хромосоми, де була пролом, не містить істотного гена, то клітина залишається життєздатною.
Рухливі елементи не варто розглядати лише як «егоїстичну» ДНК, паразитуючу на ДНК клітини-господаря. Вони пристосовані і для потреб геному клітини: сприяють збереженню структурної цілісності хромосомної ДНК; проникаючи в гени, не тільки інактивують, викликаючи мутації, але і змінюють характер їх експресії. У зв'язку з цим рухливі генетичні елементи, будучи важливими чинниками мінливості генів і беручи участь у перебудовах структури хромосом, мають величезне значення в процесах еволюції геномів.
Додати в блог або на сайт

Цей текст може містити помилки.

Біологія | Лекція
53.4кб. | скачати


Схожі роботи:
Молекулярні основи спадковості
Молекулярні основи канцерогенезу Онкоген
Етапи еволюції і розвитку організаційних структур управління
Основні етапи розвитку та конструктивної еволюції техніки в галузі літакобудування
Історія вивчення північнокавказького мусульманського міста системний аналіз джерел та еволюції розвитку
Диференціювання Інтегрування
Молекулярні спектри
Основні правила диференціювання
Молекулярні механізми сплайсингу
© Усі права захищені
написати до нас