В.И. Иванов - Генетика (1117686), страница 37
Текст из файла (страница 37)
3 14921-922 9933 7)гйлица 9 3. Гены человека, вовлеченные в элонгацню цепей ДНК 161 Г мио 9, РомикоиилДНКихдомосом тиоиини 9.3 (окончание) 9.4. ПОЛИРЕПЛИКОННОСТЬ И ДВУНАПРАВЛЕННОСТЬ РЕПЛИКАЦИИ. АСИНХРОННОСТЬ Высокая скорость репликации гигантских геномов эукариот обеспечивается за счет одновременной инициации большого числа репликонов.
При сопоставлении скорости деления клеток дрозофилы в течение первых часов эмбрионального развития и скорости синтеза ДНК, было установлено, что в ядре должно инициироваться более 20 000 репликонов. В других тканях и при других условиях число репликонов может быть иным в зависимости от продолжительности Б-фазы клеточного цикла. Размеры репликонов у эукариотических организмов намного меньше, чем у бактерий и различны у разных организмов.
В табл. 9,4 приведеныы данные о числе и средних размерах репликоноп у разных видов. В каждой точке начала репликации формируются две репликационные вилки, которые движутся в противоположных направлениях. Продвижение вилки прекращается, когда она столкнется с репликационной вилкой соседнего репликона. В разных условиях может инициироваться разное число точек начала репликации. Данные о числе точек начала репликации в клетках эмбриона дрозофилы и в культуре клеток приведены в разд.
9.2.5. Репликоны инициируются группами по 1Π— 100 репликопов; гак происходит до тех пор, пока не будет реплицирована вся ДН К. В культуре клеток млекопитающих продолжительносп 8-фазы клеточного цикла составляет 6 — 8 ч, а время завершения синтеза ДНК в одном репликоне равно 45 — 60 мин.
Это означает, что не все репликоны инициирукпся одновременно, существует определенная очередность инициации. Известно, что в различные периоды 5-фазы активны разные группы репликонов. В ранней 8-фазе преимущественно активируклся репликоны, ассоциированные с й-дисками метафазных хромосом.
Затем синтез происходит в хроматине су-дисков и центромер, и а поздней Б-фазе удваивается Д Н К гетерохро мати на. н -мот 162 Чаиив /. Ийщии,и исглика Уивлииа 9.4. Число и размеры рсвликвиов у рв иилк видов (иж И.Ф. Жимулев, 2002) 9.5. РЕПЛИКАЦИЯ ХРОМОСОМ БЕЗ ДЕЛЕНИЯ ЯДРА Если репликация ДНК в В-фазе, не сопровождается делением ядра, клетки ста- ~ ювятся полиплоидными, Яркий пример последствия многократной репликации в педелящихся клетках это — гигантские политеииые хромосомы, выявляемые у дрозофилы и других представителей отряда двукрылых, Так, в клетках слюнных желез плодовой мухи степень плоидности составляет 1024 — 2048. Это означает, что в них проходит 10 — 11 циклов репликации хромосом без деления ядра.
Сестри вские хроматиды не отделяются друг от друга, но остаются прилегающими по всей длине. В результате образуются гигантские, или политенные хромосомы. Для этих клеток характерно еще одно явление, связанное с репликацией — неполная политенизация, или недорепликация гетерохроматина.
Эухроматиновые районы проходят все циклы репликации, гетерохроматиновые реплицируются частично. Одни районы гетерохроматина практически не политенизируются, их размер равен размерам соответствующих участков митотических хромосом. Другие участки гетерохроматина политенизируются в значительно меньшей степе- ~ ~и, чем эухроматические. В результате неполной репликации гетерохроматина соотношение размеров гетерохроматиновых и эухроматиновых районов в митотических и политенных хромосомах одного и того же вида различно. Так, удрозофилы в политенной Х-хромосоме клеток слюнных желез гетерохроматин сосппгляет всего несколько процентов длины, а в митотической — более 40% 9.6 АМПЛИФИКАЦИЯ ГЕНОВ В некоторых случаях происходит многократная репликация отдельных групп генов — вмплификвция. Амплификация служит одним из механизмов регуляции шиной активности.
В результате амплификации в специфических клетках на определенных этапах развития образуется огромное число копий генов, которые затем транскрибируются. Таким образом, за сравнительно короткое время создается большое количество важного генного продукта. 1ьз раааа й депливацив дйК и хромосом 9,6Л АМПЛИФИКАЦИЯ ГЕНОВ, КОДИРУЮЩИХ БЕЛКИ ХОРИОНА У ДРОЗОФИЛЫ В щпоме дрозофилы гены, кодирукнцие белки хориона, сгруппированы в два кластера. Один кластер включает шесть тандемно расположенных генов и локализоюп в Х-хромосоме.
Другой кластер, из четырех генов, находится в хромосоме 3, Примерно за 18 ч до начала синтезахорионических белков начинается амплификация. Затем в течение 5 ч происходит акпгвная транскрипция образовавшихся копий генов. Число копий генов белков хориона, локализованных в Х-хромосоме, увеличивается примерно в 16 раз, а генов хромосомы 3 — в 60 раз. Соседние области амплифицированы в меньшей степени, причем, чем дальше расположены участки от генов хориона, тем меньше число копий.
Амплификация хорионических генов продолжается даже после прекращения нормального синтеза ДН К в фолликулярных клетках вследствие ослабления нормального контроля репликации, запрещающего многократную инициацию репликации в одной точке. Вблизи кластера генов расположено два типа коротких элементов, взаимодействие которых необходимо и достаточно для инициации амплификации. В точке начала репликации начинается двунаправленнъгй синтез ДН К Затем через некоторое время в этой точке начинается второй цикл репликации, затем — третий и тд. (рис.
9.11). В ре- Рис. 9.11. Схема амплификации генов белков хориона у дрозофилы. (По: Сингер и Берг, 1998) зультате образуется множество копий данной области, и поскольку каждая последующая вилка короче предыдущей, создается градиент числа копий. Все вновь образовавшиеся копии остаются компонентами хромосом. 9,6,2, АМПЛИФИКАЦИЯ ГЕНОВ РИБОСОМНОЙ РНК ХЕМОР03 Для увеличения числа копий генов рРНК в ооцитах Хепорщ используется совершенно иной механизм амплификации. В гаплоидном геноме этой лягушки содержится 600 копий генов рРНК, В результате избирательной репликации этих ~ег|ов число копий увеличивается в тысячи раз. В первичных половых клетках образуется небольшое число экстрахромосомных кольцевых молекул, содержащих ло 20 тандемно расположенных кластеров рРНК-генов Во время мейоза проис- холит мпогократ~ ил репликация этих молекул по типу катящегося кольца, После оплолотнорения яйцеклетки амплификация прекращается, глава РЕПАРАЦИЯ ДНК Структура материального носителя наследственной информации — ДНК может нарушаться в результате действия как экзогенных (химических, физических и других апштов среды), так и эндогенных факторов (ошибки матричных процессов, действие ряда метаболитов и т.д.).
В устранении этих повреждений важную роль играет липлоидпость генома. Ошибки на уровне ДНК в одной хромосоме часто не имеют фс~~огипического проявления из-за того, что в гомологичной хромосоме аналогич~ ны участок ДНК их не содержит. Тем не менее, клетки всех живых организмов налслс~ ~ы еще и специальной системой защиты, направленной на восстановление повреждений, возникших в ДНК в результате воздействия мугагенных факторов раз~ юй ~природы. Ился о физиологичности мутационного процесса впервые была высказана еще в 1947 г М.
Е, Лобашевым. Впоследствии несколько исследователей независимо друг <и Лруш предположили участие ферментных систем в восстановлении потенциальных пов(хжлспий. Так, изучая механизмы восстановления хромосомных разрывов, вывгап~ ~ ых радиацией, Н.В. Лучник (1951 г), С. Вольф и К. Атвуд (1954 г) впервые уках ш и ~ ~а существование в клетке специальной системы восстановления потенциальных повреждений. В 1958 г. В.И.
Корогодин в экспериментах надиплоидных дрожжах открьш Феномен восстановления клеточной жизнеспособности после воздействия рентш1 кмюких и гамма-лучей и совместно с Н.В. Лучником предложил гипотезу, согласно которой непосредственным следствием облучения являются только потенциальные ~ ил|реждения хромосом, т.е. лредмутации. Процесс восстановления исходной нативной структуры ДНК называют репарацией ДН К, или генетической репарацией, а системы, участвующие в нем — реларациаиимми. Репарация ДНК вЂ” один из важнейших генетических процессов в клетке, обеспечивающих ее жизнеспособность и сохранение вцда в целом. Внастоящее время известно несколько механизмов генетической репарации. Одни из них более прос~ ы и «включаются» сразу же после повреждения ДНК, другие требунп индукции Гиви шого числа ферментов, и их действие растяную во времени.
Существуют системы, работающие как до, так и после фазы клеточного деления. 10Л. НАРУШЕНИЯ ПЕРВИЧНОЙ СТРУКТУРЫ ДНК Пьзвпый «поставщик» ошибок в нуклеотидной последовательности — репликация Цн к. Длина ее молекулы у человека составляет более 3 млрд. нуклеотидов. нарушелия в ~ первичной структуре ДНК могут быть обусловлены: Раева lй Ре«врачи«ДИК 165 ° ошибками спаривания (основаиие н мшри пюй испи ДНК в течение короткого времени может находиться в другой таун|мер| юй форме, позволяющей присоединить в комплементарной цепи неверное осип|хи|ис: наиболее частая ошибка такого ти| |а — встраивание аденина вместо цитози па с образованием пары АО; ° сион санным отщеплением основания от цепи ДНК (например, депуриыизация— отщепление пуринов); ° дезаминированием цитозина(и, как результат — превращением его в урацил); ° присоединением метильных или этильных групп к основаниям (это приводит к изменению свойств основания и, как результат, к образованию неверной пары).
Наиболее распространенный тип спонтанных повреждений ДНК вЂ” алкилирование ими ногруппы гуанина (см. гл, 13). Образовавшийся при этом метилгуанин может связываться с тимином вместо цитозина, что приводит в следующем цикле репликации к транзиции — замене ОС на АТ. Другой часто встречающийся вариант поврежления — дезаминирование 5-метилцитозина — также ведет к транзиции — замене ОС на АТ.
Кроме метильных или этильных групп, к основаниям способны присоединяться и более крупные химические группы, так называемые моноаддукты. Они могут препятствовать нормальному протеканию таких генетических процессов, как реяли кация и транскрипция. Повреждения ДН К могут индуцироваться внешними воздействиями: ультрафиолетом, рентгеновскими лучами, химическими соединениями и тд, Например, УФ- облучение вызывает сшивку соседних тиминовых оснований в цепи ДНК.
Образующиеся при этом тиминовые димсры препятствуют нормальной репликации. Митом ицин С, некоторые иприты и псоралены приводят к сшивке двух цепей ДНК. Воздействие рентгеновского излучения, может вызывать одноцепочечные разрывы. Более жесткое излучение, такое как, а-частицы, приводит к образованию лвухцепочечных разрывов ДН К Многие из этих повреждений как у эу-, так и у прокариот исправляются особыми механизмами клетки — системами гсиетяческой репарация, имеющими для жизни организма и вида в целом чрезвычайно важное значение. В результате жесткого контроля и давления отбора они не менее сложны и совершенны, чем системы репликации и транскрипции.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
