С.Г. Инге-Вечтомов - Генетика с основами селекции (1117682), страница 77
Текст из файла (страница 77)
Хотя сборка надмолекулярных структур составляет важный этап внутриклеточного морфогенеза, основные механизмы регуляции действия генов у эукарнот работают подругому. 1б.б. Сигналы регуляции транскрипции у эукариот Регуляция транскрипции по типу оперона характерна для прокариот н их вирусов-бактернофагов. Важной особенностью оперонов бактерий и фагов являются последовательности, состоящие из оператора и следующих за ним структурных генов, транскрибируемых как одно целое. У эукариот такие системы не найдены, хотя у них есть промоторные области.
Для генов дрожжей, например, обычна ТАТА — последовательность Хогнесси, необходимая для инициации транскрипции. Терминаторы транскрипции — также обязательные элементы эукариотических генов. Тем не менее координированная регуляция транскрипции даже несцепленных генов известна и у эукариот, Например, в клетках низших эукариот — дрожжей расшифрованы участки ДНК, предшествующие многим генам биосинтеза аминокислот и оснований. Наличие такой последовательности: 5'-ТОАСТС-У (или близкой к ней) необходимо для регулирования биосинтеза аминокислот. Как показали эксперименты с локусом НЮ4 биссЬ.
сегепяие, делецни этого участка, локализованного в некоднрующей области перед началом транскрипции, делают транскрипцию не- регулируемой. 423 По-видимому, присутствие повторов такого рода перед несколькими генами — необходимое условие их координированной регуляции, которая наблюдается у многоклеточных при действии многих гормонов. Известно также, что посредником в регуляторном действии гормонов служит цАМФ. Наряду с обычными нуклеотидными последовательностями промоторной и терминаторной областей транскрипции у зукариот обнаружены такие специфические элементы регуляции, как усилители, или энхансеры (епЬапзетз), и глушители (з|(епсетз). Энхинсеры впервые были найдены в геноме вируса эт' 40.
Это последовательность длиной в 72 п. н., повторенная тандемно. Она повышает эффективность транскрипции с промоторов вируса, находясь на своем обычном месте, вблизи от( — начала репликации вирусного генома, а также при искусственном перенесении в другие участки этого генома, имеющего размер 5243 и. н. Аналогичные энхансеры обнаружены в геноме млекопитающих. У них отсутствует видимая протяженная гомология. Они действуют как усилители транскрипции, находясь на расстоянии нескольких сот и даже тысяч пар нуклеотидов от регулируемого гена. Механизм действия энхансеров может быть связан с изменением нуклеосомной структуры хроматина.
Другой тип сигналов регуляции транскрипционной активности у зукариот — глуп«иге»и — обнаружены у Яасс)ь сегеитае. Это последовательность длиной 2б2 п. н., которая содержит участок, гомологичный АКБ — началу репликации (см. гл. 6). Располагаясь в нескольких сотнях пар нуклеотидов до или после регулируемого гена, она выключает транскрипцию, изменяя структуру хроматина. Показано, что глушитель, функционируя, взаимодействует с продуктами нескольких генов, мутации в которых делают глушитель неактивным и тем самым «разрешают» транскрипцию с промотора регулируемого гена. Наиболее подробно изучена регуляция генов, контролирующих усвоение галактозы и синтеза изозимов кислых 4ос4итаз у засей.
сегег(л(ае. Показано, что эти системы регуляции действуют как на уровне транскрипции, так и на посттранскрипционном уровне. При этом осуществляется многоступенчатая, или каскидная, регуллци», в которой участвуют элементы позитивного и негативного контроля, последовательно регулирующие активность друг друга.
Целостная схема регуляции действия гена у эукариот пока не построена ни для одной системы. !б.7. Детерминация и дифференцировка Различные регуляторные сигналы, обеспечивающие включение и выключение генов, по-видимому, представляют собой важную составную часть механизма дифференцировки клеток. Ди44еренцировки клеток, или их онтогенетическа» дивергенци», происходит на основе детерминации определенного клеточного типа.
Детермннаци» вЂ” это установление 4ункционильного состояния„ 424 ведущего к определенному процессу ра.звитил, к диффергнцировкг в определенном направлении. Состояние детерминации, наследуемое при митотическнх делениях клетки, изучено у 1). п)е1аподаб!ег. После оплодотворения ядро знготы у дрозофнлы делится несколько раз, и только после 12 делений ядра обособляются на периферии яйца в самостоятельные клетки, формирующие бластодерму. Эти клетки уже детерминированы к развитию различными путями, н личинка дрозофилы, появляющаяся из яйца, уже содержит не только личиночные клетки, но н клетки имаго — взрослого насекомого. Эти клетки по мере роста личинки (и последовательных лннек) делятся и образуют так называемые имагинальные диски. Судьба клеток этих дисков уже предопределена (рнс.
1б.1!). В том, что состояние детерминации наследуется при митотических делениях, можно убедиться, пересаживая имагннальные диски в брюшко взрослой мухи. При этом днфференцировка имагинальных дисков не происходит. Если после серии таких последовательных трансплантаций имагинальный диск пересадить в полость тела личинки, готовой к окукливанию, то взрослая муха будет иметь дополнительный орган: глаз, крыло„ногу н т. д. в соответствии с тем, какой имагинальный диск был взят исходно.
Состояния детерминации, устанавливаемые еще на стадии бластодермы у дрозофилы, нарушают так называемые гомеозисные мутации. К их числу относятся: ап(еппаред!а — превращение антенн в ноги (рис. 1б.12); орй())а!шоргега — развитие крыла 'нз Рис. |б.|!. Имагинальные диски личинки Гу. гле!ологоз)гг и образуемые имн в период окукливания органы взрослого насекомою (нмаю).
(Ногюбег, !972, по Р. Ауа|а. 3. К|бег, 1980); ! — верхня» губ», 2- наличник, 3 — глаз н антенна. Š— иле ю. 3 — крыло н грудь, б — аереая нога. 7 егора» нога, 8 третья нога. р — жужжалыге (гальтер), !Π— брюшко, )! -- ыннталнн 425 .,ф,ф Рис. 1б.!2. Мутация Ап|еппареб)а у 3Х теилогез)ег п|ювран|ает часть антенны в структуры, характерные для ноги имагинального диска глаза; ргоЬозсзрес!за — развитии ноги или части антенны 1в зависимости от температуры) вмесго хоботка; у мутантов шшогоиз Леала ткани головы замещаются другими типами тканей, включая структуры, характерные для гениталий, и т.
д. У гомеозисных мутантов нарушен сам процесс детерминации дисков, что и приводит в дальнейшем к ошибкам дифференцировки. Гомеозисные мутанты дрозофилы — удобная модель для изучения детерминации. Благодаря клонированию гомеозисных генов и гибридизации ДНК-ДНК из разных источников показано, что все исследованные гомеозисные гены дрозофилы содержат участок одинаковой нуклеотидной последовательности, названной гомеододтенолг. Гомологичные последовательности найдены в ДНК амфибий, мышей, че- Гениталии Антенны Ноги Губы Гальтеры Торакс Рис. 16.13, Типы трансдетсрминапии имагинальных дисков зрго- зорьггн (из Е.
Надогп, !96В, по О. Возню ег, а1, !981). Красным вмтом показаны структуры, развивающиеся у взрослых м>х из трансллантнрусмого двскв. Стрелки — изорвал«ввя трансдстсрмн- на лил ловека и в локусе типов спаривания у дрожжей. Продуктом их является белок или пептид, связывающийся с ДНК и выполняющий регуляторные функции.
Другой пример нарушения детерминации, обнаруженный у дрозофилы, заключаетси в том„что иногда в процессе трансплантации через брюшко взрослых мух клетки имагинального диска трансдетерминируются. Трансдегерминация выражается в том, что, например, имагинальный диск гениталий после превращения в окукливающейся личинке дифференцируется не в половой аппарат, а в ногу. Трансдетерминация не происходит случайно, а следует определенным закономерностям. Например, имагинальный диск гениталий может превратиться в диск ноги, но никогда не превращается непосредственно в диск глаза (рис. 1б,13). Механизм этого явления еще не выяснен, однако уже показано, что трансдетерминация осуществляется в тех же направлениях, что и гомеозисные мутации, т.
е. трансдетерминации — это феноколии гомеозисных мутаций. $б.8. Позиционная информация и картированне блас годе рмы у дрозофилы Судьба клеток бластодермы, образующихся в результате первых делений дробления в яйце дрозофилы, т. е. детерминация, зависит от их положения по отношению к длинной оси яйца. В то же время дифференцировка пола у дрозофилы автономна и в каждой клетке определяется соотношением половых хромосом и аутосом (см. гл. 5). Как уже известно (гл.
5), зиготы ХХ, из которых должны развиться самки, могут потерять Х-хромосому при первом делении ядра, и тогда развиваются билатеральные гинандроморфы, ф ПЕВЕСТ)уОЙКИ Х-Х!ЭОМОСОМ ПО женские час~и тела (окраюсииыс! образуют клетки ХХ. Мужски» (саетлые) — ХО (си. вышают частоту потерь одно- 427 у которых одна половина тела женская (ХХ), а другая— мужская (ХО). Если исходная зигота была гетерозиготна по нескольким генам Х- хромосомы (Ус! Вг(Ут с(* В (), то две половины тела будут различатся по ряду признаков: окраске тела — у, форме крыльев су, форме глаз — В и т. д. Некоторые мутации или Рис. !б.(4. Различные гииаидроморфы (мозаики! (у. оы(ииогимег (по у . Нона, 3. Вепсег (97З(, рис.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
