В.И. Иванов - Генетика, страница 13

Наконец, трансацетилаза защишает клетку от токсичных неметаболизируюшихся 13-галактозидов при отсутствии глюкозы и лактозы. У эукариот функционально связанные гены не организованы в опероны, поэтому процессы активации и репрессии генов требуют участия значительно большего числа регуляторных белков и, соответственно, генов, их кодирующих. У прокариот при небольших размерах генома наличие одного регуляторного гена для нескольких структурных генов, видимо, упроШает систему регуляции их экспрессии. Плазмяды. Наряду с основной, хромосомной, ДНК, бактерии могут иметь в своем составе внехромосомные ДНК-элементы, — плазмиды, обусловливающие различные свойства, например, устойчивость к антибиотикам, сульфаниламидам, способность синтезировать бактериоцин, гемолизин и т.д.

При этом часть плазмид передается от одной бактериальной клетки к другой при конъюгации (так называемые коньюгитивные плазмиды). Плазмиды другой группы (неконьюгативные) неспособны к конъюгативному переносу. Именно к конъюгативным относятся наиболее известные Г- и К-плазмиды ЕдсЬегсс/иа сод. Глава 4.

Мнаюуравневал организация генома Мобильные элементы Транспозоны Ретротранспозоны Транспозоны бактерий )В-элементы овктерий Р-элементдрозофилы Ас-элемент кукурузы Вирусного происхождения (с Пй) Невирусното происхождения (без ьТЯ) Без обратной С обратной транскрипции транскрипцией Ту-элементдрожжей Сор)а-элемент дроэофилы Семейства ТНЕ-! и НЕНН/ЯТьН человека В)МЕ ВМЕ (например, Айц) Рис. 4.1. Классификация мобильных элементов Мигрируюшие (мобильные) генетические элементы.

К ним относятся ретротранспозоны и транспозоны, включающие и инсерционные последовательности бактерий (рис. 4.1). Инсерцнонные паследавательнастн (т5) — наиболее простые мобильные элементы. Частота их встраивания (1О з — 1О т) сравнима с частотой спонтанных мутаций. Размеры 18-элементов относительно невелики — не более 1500 п.н. Они содержат ген транспозазы и фланкирующие его короткие инвертированные повторы (1ТК— (пиегтед тепп(па( гереам). При перемещении!8 исходный элемент остается на прежнем месте, а реплицированная копия встраивается в новый покус. Инсерции при внедрении инактивируют кодирующие и регуляторные последовательности как в локусемишени, так и в соседних генах.

В 18-элементах есть кодоны-инициаторы, терминаторы, а также промоторные участки, которые могут влиять на экспрессию не вэлько своих, но и рядом расположенных генов. Простые транспазаны. Транспозоны этого типа в центральной части имеют для репликативной транспозиции: ген транспозазы (гпр А) и ген резольвазы (тр )Т) (рис.

4 2, и). В качестве примера мобильного элемента такого типа можно привести транспозон Тп3 у Е. саИ. Длина его центральной части составляет =5 т.п.н., концевые повторы насчитывают всего 38 п.н. Сложные транспазаны. Такого типа мобильные элементы, помимо генов, отвечающих за транспозицию, несут дополнительные гены (резистентности к антибиотикам, сульфамидам, тяжелым металлам) (рис. 4.2, б).

Размер их генома варьирует в пределах от 2500 и и. (в Тп9) до 9300 и и. (в Тп! 0). На концах сложных транспозонов имеются 18-элементы с различной ориентацией: прямой — у Тп9 и обратной — у Тп!О. Длина дуплицированной мишени — сегмента ДНК, в который встраиваются транспозоны, невелика: 5 — 12 п.н.

Чистиь П Общил генгчпихб гпрЯ П1РЯ вар Я-плечо О плечо ио. 4.2. Структура транспозона простой транспозон Тп 3. Тп 3 содержит около 5 т п н. и включает три гена: 1прд, 1пр и, атр' иноним. Гяа), которые кодируют ферменты транспозазу, резольвазу и лактамазу, соответст~нно. По обоим концам транспоэон имеет инвертированные повторы размером 38 п.н. каж~й; б — сложный транспозон Тп!О. Центральная част~ Тп!О, имеющая в своем составе ген ус~йчивости к тетрациклину 1е1', фпанкирована 18-элементами: (181оЦ [левое плечо) и (181ОН) рлвое плечо).

Длинные стрелки указывают ориентацию плеч, каждое из которых, в свою очеудь, содержит инвертированные повторы Меканизн гпрансиизиции. Согласно одной из моделей, вначале в реципиентной и опорной ДНК происходят одноцепочечные разрывы (1) и их воссоединение с оба копанием коинтеграта (2) при участии транспозазы. Затем следует репликация и скомбинация, (3), в результате чего происходит обмен участками ДНК и диссоциция коинтеграта (4), катализируемые резольвазой (рис.

4.3 и 11.9). ДОНОР РЕЦИПИЕНТ Рис. 4.3. Репликативная транспозиция. (По: Вготуп, 2002) Глина 4. ЧногтАурснигиии иргинииииия геиими ь1 Инверсия с йтппнкацней ннн вставки Рис. 4.4. Мобильные элементы вызыва- ют перестройки в молекуле ДНК. (Из Сингер и Берг, 1998) Трлнспозицин другого тини — простое встраивание — происхолит без реплика- элемент Мобильный ции. При этом фермент производит хромосоме-реципиенте и в мобильном элементе, а затем концы мобильного элементаприсоединяются кконцамхромосомы. В этом случае по краям транс- СВА позона образуются одноцепочечные фланкирующие последовательности, по матрицам которых синтезируется ДНК Лелецнн для заполнения бреши.

Это приводит к дупликации сайта-мишени размером от 3 до 12 нуклеотидов. А Перемещение транспозонов по геному обеспечивается ферментом транспозазой, а их вырезание происходит в результате гомологичной рекомбинации между дуплицированными сайтами-мишенями.

Транспозоны могут встраивать- ' илн ся в плазмиды и фаги и вместе с ними перемещаться не только между клетками внутри вида, но и между отдаленными видами бактерий. В бактериальной клетке самостоятельно реплицируются хромосомная, фаговая и плазмидная ДНК, каждая из этих молекул представляет собой единицу ре ил и кации — реил и кон со своим участком инициации (оп' — опнтп). Как оказалось, в обьединении репликонов участвует транспозаза (ТпрА-белок), а их разделение осуществляет резолваза — продукт гена гири.

В половом факторе Е и в хромосомах бактерий есть копии 1Б-элементов (до 6 и копий 1Б3 и12 — 1Б2), которые, как считают, способствуют интеграции Г-фактора в бактериальную хромосому. Встраивание и вырезание 1Я- и Тп-элементов вызываютразличные типы перестроек в бактериальной хромосоме — делеции, инверсии, транслокации, дупликации. Так, неточное вырезание транспозона может привести хделеции соседних последовательностей. Для образования инверсий две колин мобильного элемента должны располагаться в обратной ориентации. При коньюгэции этих повторов и рекомбинации между ними может произойти переворот участка хромосомы, расположенного между мобильными элементами, на 180 градусов.

При неравной рекомбинации между идентичными гомологичными элементами могут образоваться дупликации и делеции в рекомбинантных хромосомах (рис. 4 4). Чагщь l Ибщггч. пггникд 4Л.2. ГЕНОВОЙ РНК-ВИРУСОВ У некоторых вирусов позвоночных, насекомых и растений геном представлен молекулой рибонуклеиновой кислоты. РНК-вирусы вызывают у человека различные заболевания: полиомиелит, острую респираторную инфекцию, паротит, корь, грипп, гепатит С, краснуху, гастроэнтериты и др. Формы РНК.

Геномная РНК-вирусов может быть двухцепочечной и одноцепочечной, кольцевой и линейной, сегментированной и несегментированной. Наиболее полно РНК-вирусы изучены у птиц и млекопитающих. Их вирусная частица (вириои) состоит из молекулы РНК и внешней белковой оболочки (капсида). Олцако не все вирусы имеют эту оболочку (пикорна- и реовирусы). Вирусный геном мал и кодирует белки капсида и один или несколько белков, необходимых для собственного воспроизведения. Типичную для РНК-вирусов структуру имеют одноце~ючсчные ретровирусы птиц. Наиболее изученные из них, лимфолейкозный (1.(.Ч) вирус и вирус саркомы Рауса (ГкБЧ), способны к размножению благодаря наличию в их гс~юме генов: дар, ро( и епч и длинных концевых повторов(ТГт Ген дар кодирует кщ ~сид ~ый белок, ро( — обратную транскриптазу, елч — гликопротеин оболочки (рис.

4.5). (сном ГкБЧ содержит также ген згс, обусловливающий опухолевую трансформацию клеток хозяина. Геномы ретровирусов (АЗЧ-саркомных и А1Ч вЂ” лейкемических) весьма вариабельны. Многие из них утеряли гены, необходимые для самовос~ цхтизведения, но зато имеют в своем составе гены, вызывающие опухолевую трансформацию клеткок хозяина (онкогены) (см. гл. 24). Дефектные РНК-содержащие о1~когепные вирусы в некоторых случаяхлишены более 50% генома. Для их репролукции требуется вирус-помощник ()ге!рог).

В результате экспрессии генома вируса- Я, 0з дад ро( епч 0з" Вирус дикого типа Вирус саркомы Рауса у-опс представлен геном згс дад ро( епч опс опс Вирус мышиноголейкозадбельсона ч-олс представлен геном аз( чд чрг н(у- ( гвт геч гвт геч пе Рис. 4.5. РНК-вирусный геном. (По: Сингер и Берг, 1998) Вирус саркомы Рвуса (ПВН) способен к самовоспроизведению благодаря наличию в его гено- ме генов, дад, ро( и епч, а также длинных концевых повторлющнхсл последовательностей ьтй Вопд тегпипа( гереат) 63 улана 4, Многоуроннгнан организация генома Вирион Прикрепление к клетке, проникновение, освобождение нуклеоида от оболочки Родительская(ч)РНК(однонитевая) н Синтез (-) нити ДНК на (+) РНК РНК-зввисимой ДНК-полимераэой («обратной трвнскриптазой») (-)ДНК-(+)РНК-гибрид Синтез (+) нити ДНК обратной транскриптазой на (-) нити ДНК ДНК-РЙК вЂ” гибрида, разрушение (ч)РНК Линейная двунитевая (в)ДНК Замыкание в кольцо Кольцевая двунитевая ДНК Интеграция в клеточную ДНК Интегрированная провирусная ДНК Транскрипция (+)РНК вирусного Вирусные(+)мРНК генома Трансляция,посттрансляционное «созревание>(расщепление) полипептидов Рис.

4.6. Обратная транскрипция. (По: Хесин, 1984) РНК-вирусы могут встроиться е молекулу ДНК хозяина только с помощью фермента, получившего название обратной трвнскриптвзы. ка, отпочковывание еточной поверхности Вариан помощника синтезируются белки, необходимые для сборки дефектных вирусных частиц. К таким дефектным вирусам относятся вирусы саркомы птиц РКС П, РВЧ, вирусы саркомы мышей, крыс, кошек, лейкозные вирусы птиц. Обратная транскрипция. В 1946 г. была опубликована работа Л.А. Зильбера «Вирусная теория происхождения злокачественных опухолей». В 1954 г. Гросс вылвинул гипотезу, согласно которой вирусы — возбудители лейкоза передаются через половые клетки от одного поколения к другому.

РНК-вирусы могут встроиться в молекулу ДНК хозяина только с помощью фермента, получившего название обратной транскрнптазы (рис. 4.6). После проникновения вируса в клетку, обратная транскриптаза осуществляет синтез сначала одноцепочечной комплементарной Д Н К, а затем по ее матрице — двухцепочечной ДНК-копии. Затем ДНК-копия вирусного РНК-генома встраивается в хромосомную ДНК клетки хозяина, вместе с ней транскрибируется, а затем транслируется с образованием вирусных белков. 64 Чистиь /. Мгииаи и»иииииа 4.1.3.