В.И. Иванов - Генетика (1117686), страница 14
Текст из файла (страница 14)
ЭУКАРИОТИЧЕСКИЙ ГЕНОМ Геном эукариот значитслыю болыне ~ ю своим размерам чем геном прокариот (табл. 4.2). Так максимальный размер генома прокариот не превышает 8 1Оь и. н., в то время как у дрожжей он равен 1,35 1Ог, у шелкопряда 5 10», у шпорцевой лягушки, мыши и человека — 3 10з. У некоторых растений и амфибий геном достигает!О" п.н. Из приведенных примеров вндно, что размер генома не прямо зависит от систематического положения организма. Считается, что геномы высших организмов содержат большой избыток ДНК.
Так геном млекопитающих содержит не менее 3 1Оз п.н., что достаточно для кодирования 3 млн. белков средних размеров. Однако по расчетам, количество белков у млекопитающих составляет несколько десятков тысяч. Геном человека насчитывает около 3,3 млрд нуклеотидных пар (гаплоидный набор), что соответствует примерно 3,5 пикограммам ДНК, при этом на долю кодирующих областей приходится не более 3% Повторы. Последовательности, присутствующие в геноме в виде нескольких ко- ~ ~ ий называют повторяющимися, или повторамя, а количество копий в геноме — частопгй ~ ювторяемости. Наличие повторов — отличительная особенность эукариотических гш юмов, которая выявляется в экспериментах по денатурации — ренатурации ДНК. Если ДНК денатури ровать (разделить на фрагменты) а затем создать условия для ре~ ~лурации, или реассоциации, то скорость реассоциации будет зависеть от количеспм копий, или концентрации соответствующих фрагментов.
Чем больше в геноме высокоповторяющихся последовательностей, тем менее сложно устроена его струкзура и тем быстрее идет ренатурация. В отличие от прокариот, геном которых представлен практически только уникальными последовательностями ДНК, в составе эукариот обнаруживаются фракции ДНК, которые реассоциируют значительно быстрее остальных (высокоповторяющиеся участки). Кроме того, имекпся и средне~ ювторяющиеся фрагменты с более медленной кинетикой реассоциации, но более высокой, чем у уникальных последовательностей ДН К.
Более детальный анализ поз~юляет выявить и слабоповторяюшиеся фрагменты (последовательности, представленные в виде нескольких десятков копий). У человека высокоповторяюшаяся ДНК составляет примерно 15% всей ДНК, срсднеповторяюшаяся — 8% генома, слабоповторяюшиеся фрагменты (десятки и сотни копий) — около 4,4% генетического материала человека (эти цифры не совпалают у разных авторов и по мере дальнейших исследований могут быть изменены) . Все повторы можно подразделить на тандем но повторяющиеся, т е. расположенные друг за другом «голова к хвосту», и дис перги рованные по ге ному. Тандемные повторы встречаются между генами и в интронах, но больше всего их в центромерных и теломерных районах хромосом. При денатурации суммарной геномной ДН К и последующей реассоциации длинные тандемные повторы составляют фракцию быстро ренатурируюшей ДНК.
При равновесном центрифугировании в градиенте плотпосги СзС1 эти повторяющиеся элементы образуют зоны разной плотности (рис. 4.7). Минорный компонент ДНК, отделяющийся от основной ДНК при равновесном центрифугировании в градиенте плотности хлористого цезия, принято называть еателлятяой ДНК.
Последовательности повторяющихся единиц сателлитной ДНК (сатДНК) видоспецифичны. Так у ггпиор7г11а гие1аиояагггг имеются четыре ос- Глава 4. 7«уногоуровневав органиэация генома Плавучая плогносгь,г7смэ эыноэ ионных типа сателлитных последовательпосэсй, состояшие из 5, 7, 10 и большего числа пуклеотидов, 1,701(основная зона) вместе составляюших !буо геномной ДНК. ДНК !)гоюр67!а и!г!!!э имеет три основных сателлита, каждый из которых состоит из 7 и, н., незначительно различаюшихся между собой по составу азотистых ос- 5 нований (табл. 4.3). И У млекопитаюших, например, у грызунов, небольшую часть копий составляют идентичные после- оьво довательности, остальные отличаются множеством !Во ф замен оснований, делеций и вставок.
Помимо видос- ЬВ75 пецифичности и отличий повторов сателлитной ДНК по составу оснований, для некоторых вариантов тандемных повторов характерна специфичность их локализации в хромосомах. Так, декамерные по Рис. 4Л. Сателлитнан ДНК. втоРы второго сателлита !7«озорно!!а гне!алояаэгеглока- (Нж Сингер и БеРг, 1998) лизованы в Х и У-хромосомах, а первый сателлит при равновесном центрифуги- встречается в Х, у и 4-й хромосомах.
у дрозофилы рова"" ' 'Родив"тв пло'"ости СвС1 повторяющиеся элементы фракция, осаждаюшаяся в зоне 1,679 г7см~, включа- оорввуют овтеллитныв воны ет гены РРНК. Однако гены рибосомной РНК, уме- разной плотности рснно повторены в геноме и транскрибируются с образованием различных фракций РРНК, в то время как сателлитная ДНК состоит из пысокогювторяюшихся последовательностей, которые, как правило, не транскрибиРуюгся. В хромосомах человека в центромерной области располагается а-сателлитная (альфоидная) ДНК, состоящая из следующих один за другим мономеров длиной 170 — 171 п н. Существуют различные семейства этого типа ДНК.
Одни из них специфич1пн для определенных хромосом, другие выявляются в нескольких хромосомах, третьи представлены несколькими субсемействами в одной хромосоме. Основная часть перицентромерного района также относится к группе сателлит~ ~ых ДНК. Сателлитные ДНК человека разделяются на две группы. Представители первой группы — это простые последовательности небольших размеров. Сателлиты этого типа называют «классическими«, они расположены в прицентромерных районах хромосом.
К ним относятся сателлиты 1, 2, 3. Сателлит 1 — это отрезок из 42 п.н., он обнаружен в метацентрических хромосомах 3 и 4, а также в акроцентриках (гл. 19 и 20). Сателлит 2 — малоконсервативный пентамерный повтор. Массивы сателлита этого типа присутствуют в хромосомах 2,! О, и 16. Сателлит 3 человека — пентамерный повтор, чередующийся с декамером. Ко второй группе относятся блоки сатДНК, состоящие из отрезков 100 — 200 п.н.
Они встраиваются в области формирования кинетохора — в центромерном районе хромосом или вплотную прилешют к нему. Выявлены белки, взаимодействующие с сателлитной ДНК. К таковым относятся белки типа Н Р! и взаимодействующие с ними белки. Предполагается, что эти белки участвуют в регуляции активности эухроматиновых генов, особенно тех из них, которые в результате хромосомных перестроек, попали в зону влияния гетерохро- матина. Чпгпп Ь ГЛ1щнн гспсьппла ьь 7аапипа 4..1.
Салсрмп пас цсп ~ рпмсрпых сп сапам гпы и Д11 К у 1)спапрала пьсlаппяаггсг м !)пиарйгуа ИсИЬ (па М. Сппгср и 1!. 1лсрг, 1998 и Б. Лыаипу, 1987) Всагпаяла гпс)аппяаасг Про~ьс~~т Повторяюшаяся единица геном~ юй ДНК 2 5'-(ААТАТ] ААТАТ ААТАТ и т 1 5'-(ААТАТАТ! ААТАТАТААТ 3 5'- ААТААСАТАО ААТААСА Сызсллит (плавучая Степень цов плотность а г/смз) торясмости 1,2х 10ь 3,2 х!О' аь АТАТ и т.д. ( ] ТАС ААТААСАТАО и т.д. 5 Повторяюшисся единицы длиной 254 и 359 п.н. 4 5'-(ААОАО] ААОАС ААОАО и тд. 0,5 5'-(ААОАОАО) ААСАОАС ААОАОАО и т,д. Огаьарлла Ыг!(ц Процент Повторяющаяся единица геномной ДНК 25 5'-(АСАААСТ] АСАААСТ АСАААСТ и тл. 1 (1,672) П (1,686) 11! (1,688) 1Ч (1,705) 1,8 х!О' Сателлит (плавучая Степень пов плотность в г/смз) торяемости 1,1 х 1Ог 3,6 х 10ь 3,6 х 10ь 1 (1,692) 11 (1,688) П! (1,671) 8 5'-(АЯАААСТ) АТАААСТАТАААСТ и тл.
8 5'-(ААТАТАС] ААТАТАС ААТАТАО и тд. Тандемно повторяющиеся последовательности размером 1 — 4 п.н. относят к микросателлитвым повторам. Наиболее часто в геноме человека встречается СА-повтор. Блоки из этих повторов можно обнаружить, примерно через каждые 30 тыс. п.н. Микросателлитные повторы используются в медицинской генетике для картирования генов различных заболеваний (гл. ! 9). Мииисателлитиые повторы характеризукпся большей длиной повторяющегося элемента (более 4 — 5 п.н.).
К минисателлитным повторам формально можно отнести и тсломерные повторы, однако они, в отличие от остальных, диспергированных по ~оному, расположены кластером и, очевидно, играют определенную структурную роль. Обычно количество теломерных повторов составляет от 250 до !500 — общей ~~линой примерно 9 т.п.н.
Повторы строго одинаковые, но могут различаться для раз~ ~ых видов. Так, у человека основной элемент теломерных повторов представлен ьсксамером ТТАССС. Существует несколько семейств широко распространенных Лиспергированных повторов. Короткое даспергираваппые повторы ЯМЕ (от англ. у/гагу /пгеггаегуед пас(еаг/Ие е(стелл) длиной ! 00 — 500 п.н. имеют по краям короткие прямые повторы и ро!у(А)-последовательность на 3'-конце. Наиболее известный ~ ювтор этого типа — А1ц-повтор. Его длина — 300 и и., он состоит из двух мономеров и имеет ро!у(А)-хвост на 3'-конце. У человека на гаплоидный геном приходится 10ь — 10ь копий А1ц-последовательностей. Эти повторы встречаются между генами, в интронах, в сателлитной ДНК и в любой ориентации относительно друг друга.
Наряду с различными Я1!л)Е-семействами повторов геномы млекопитающих содержат семейство 7.!МЕ-паагпараа (от англ. (ап8 /пгегуреоед пас(еаг/Ие е(егпепг). ЕПл) Е-повтор 67 глана 4. яунагоурнтгаоя органнгация ггнама представляет собой один из варианпюв рстрозрапспозонов, в структуре которого ~ ~рисугствует ген обратной транскриптвзы, но ~ ют ~шинных концевых повторов ) ТВ по фланшм от кодирующей области. Единицы повтора у разных членов семейства имеют размер не более 6 — 7 т.п.нз они отличаются по нуклеотидной последователь~ юсти. Частота копий различных членов семейства Е1)х)Е-1 у человека измеряется от тысяч до сотен тысяч копий на геном.
Повторы в геноме человека встречаются не только в некодирующих, но и кодирующих участках некоторых генов. Интересны в этом плане а2 (1)-цепи коллагеиовых пептидов первого типа. Этот тип колл агена находится в коже, сухожилиях, костях, строме внутренних органов. Коллаген состоит из трех а-цепей, закрученных одна вокруг другой. В основе строения а2 (!)-цепей коллагена лежит повтор из зрсх аминокислот: пролина, оксипролина и глицина, способствующий плотной упаковке полипептидных цепей в фибриллах.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
