Все гены многоклеточного организма можно разделить на две группы: 1) гены, от которых зависят некоторые универсальные функции , и которые актив-ными во всех клетках,? "Гены домашнего хозяйства" (housekeeping genes) 2) гены, специфически активируются в клетках определенного типа,? "Гены роскоши" (luxury genes). Достаточно общим признаком генов первой группы является расположение в их регуляторных зонах так называемых CpG-островков? участков с повышенным содержанием динуклеотид CpG (имеется в виду последовательность нуклеотидов вдоль двойной спирали).

Всего содержание этих динуклетидив в эукариотических геномах примерно в пять раз меньше ожидаемого вследствие метилирования цитозина в составе CpG-контакта: 5mC (5-метилцитозин) спонтанно превращается в тимин, что является одним из источников возникновения мутаций. Метилирования цитозина в регуляторных участках является одним из механизмов репрессии генов (см. ниже). Соответственно, гены, которые сохраняют свою активность в большинстве клеток, содержащих неметильовани динуклеотид CpG, содержание которых сохраняется на высоком уровне.

Общее количество белковых генов в геномах высших эукариот варьирует примерно от 20 до 30 тыс. (см. табл. 1.1). Среди эукариотических генов 25?? 50% являются уникальными (представлены в геноме единственной копией), остальные принадлежат к семьям генов, состоящих из нескольких копий, как правило, не идентичных. Соответствующие (гомологичные но не идентичны) белки составляют семейство белков. Несколько семей (протеинкиназы, транскрипционные факторы типа, иммуноглобулины) содержат сотни белков, большинство семей состоит из нескольких (до 30) белков. Гены такой семьи часто объединены в геноме в кластеры? находятся рядом в определенной хромосоме (кластеры генов теплового шока, глобина гены). Следует заметить, что такой кластер не является опероном? каждый ген поддается регуляции как отдельная единица транскрипции. Например, кластер генов ?-субъединицы гемоглобина содержит гомологичные гены, которые активируются на определенных стадиях индивидуального развития (рис. 6.2).

Однако все гены кластера имеют также общий регуляторную зону, которая отвечает за общий потенциально активное состояние кластера в клетках, которые в принципе должны осуществлять синтез гемоглобина. 1. Тандемные повторы. К таким относят многократные повторы коротких последовательностей по 6? 8 пар оснований в теломерах и повторы так называемой ?-сателлитной ДНК у центромера (длина повтора варьирует от 7 пар оснований у дрозофилы до 100? 200 пар оснований у млекопитающих, у человека? 171 пар оснований). По всему геному распределены также так называемые простые повторы (SSR, simple sequence repeats). Обычно выделяют микросателлиты? 1?? 15 пар оснований, которые повторяются от 10 до нескольких тысяч раз, и минисателлиты? 15?? 500 пар оснований, которые повторяются до 100 раз. Количество мини-и микросателлитных локусов составляет десятки и сотни тысяч. Распределение локусов по количеству повторов является специфической индивидуальной признаку? вроде отпечатков пальцев.

2. Сегментные дупликации? крупные блоки длиной 1? 200 тыс. пар оснований, которые характеризуются высокой степенью гомологии. Вероятно, сегментные дупликации является продуктом прежних нарушений хромосом. Чаще встречаются в перицентромерних и субтеломерних зонах.

3. Интерсперсни (мобильные) элементы, способные к перемещению и размножения в пределах генома, составляющих основное количество ДНК, повторяется. Часть таких последовательностей является результатом прежней активности мобильных элементов (таких, утративших способность к перемещению). Основные типы эукариотических мобильных элементов:

• ДНК-транспозонов? перемещение осуществляется путем вырезания участка ДНК с последующим встраиванием ее в другое место? вполне аналогично соответствующим элементам в прокариот. Транспозоны содержат один или два гена (у разных видов), кодирующих транспозазы? фермент, который обеспечивает транспозицию элемента? его вырезания из донорного сайта и встраивания в сайт-мишень. Гены транспозазы могут быть повреждены? тогда транспозиция данного элемента происходит с использованием транспозазы, закодированной другим ДНК-транспозонов. Кодирующая часть транспозона фланкованой небольшими инвертированными повторами, которые узнает транспозазы, вырезая фрагмент ДНК. Сайт-мишень? небольшая специфическая последовательность ДНК, которая тоже узнается транспозазы и тоже разрезается, после чего транспозазы катализирует встраивание транспозона к сайту-мишени (рис. 6.3). Процесс транспозиции оставляет двухцепной разрез в месте, где находился транспозон. В случае независимой от репликации транспозиции (нерепликативна транспозиция), этот разрез поддается репарации по механизму негомологичной соединения концов (см. раздел 1). То транспозон просто "прыгает" в другое место.

• LTR-ретропозонов? элементы последовательности, содержащие длинные концевые повторы? Long Terminal Repeats? и несколько генов, в частности ген обратной транскриптазы и интегразы (аналог транспозазы). Как и для следующих двух типов мобильных элементов, перемещение происходит через промежуточную молекулу РНК. Процесс перемещения копии LTR-ретропозонов напоминает жизненный цикл ретровирусов (см. рис. 5.9). Первым этапом является транскрипция ретропозонов, после чего синтезированная мРНК транспортируется цитоплазмы, где подвергается трансляции. Обратная транскриптаза, как является продуктом этой трансляции, осуществляет синтез ДНК: мРНК используется как матрица, 3'-конец молекулы тРНК? как праймер. Комплекс синтезированной ДНК-копии ретропозонов с интегразой возвращается к ядру, где эта ДНК встраивается в геном.

• Интерсперсни элементы LINE (Long INterspersed Elements) содержат несколько генов, включая ген обратной транскриптазы. После транскрипции и последующей трансляции мРНК в цитоплазме синтезированные белки связываются с мРНК, этот комплекс возвращается к ядру, где и происходит обратная транскрипция и встраивание элемента в геном. Синтез мРНК при транскрипции элемента LINE, как и для большинства других эукариотических мРНК, заканчивается на polyA-сигнале (см. раздел 2). Этот сигнал слабый, позволяющий элемента встраиваться в интроны обычных генов без особых препятствий для экспрессии этих генов: система процессинга часто не замечает слабый polyA-сигнал. Элементы LINE является, соответственно, чрезвычайно распространенными мобильными элементами в геноме высших эукариот.

Иногда они не просто участками "эгоистической ДНК", автономно размножаются в геноме, а выполняют определенные конкретные биологические функции. Например, у дрозофилы отсутствует теломеразна система, и элементы LINE типа выполняют функцию продления концов хромосом после репликации: обратная транскриптаза выступает как теломераза, мРНК мобильного элемента как теломеразна матричная РНК (см. главу 1). Интересно, что последовательности ДНК гена теломеразы и элементов LINE характеризуются высокой гомологией: вполне возможно, что теломеразна система происходит от мобильных элементов LINE.

• Интерсперсни элементы SINE (Short INterspersed Elements)? короткие (100? 400 пар оснований) бессодержательные элементы, используемые для перемещения ферменты системы LINE. К этому классу относится, в частности, так называемый Alu-повтор (название происходит от названия соответствующей рестриктазы, которая способна специфически гидролизовать этот элемент последовательности).

Мобильные элементы распределены в геноме неравномерно: есть длинные участки, на 90% представлены мобильными элементами, и такие зоны, где интерсперсни элементы отсутствуют. Всего наблюдается отрицательная корреляция между плотностью генов и мобильных элементов. Исключением из этой закономерности является положительная корреляция между плотностью генов и элементов типа SINE.


Загрузка...
Яндекс.Метрика Google+