В.И. Иванов - Генетика (1117686), страница 46
Текст из файла (страница 46)
В процессе встраивания генерируются все~дан оли ~ ~аконые, липкие концы (не инвертированные повторы), по которым и происходит нсзрнивание. Интегрированный в результате рекомбинации профагфланкировн~ ллумя последовательностями: левая имеет структуру ВОР', а правая — РОВ'. Таким м образом, механизм сайт-специфической рекомбинации значительно отличается ~п механизма гомологичной рекомбинации. 11.3. НЕЗАКОННАЯ РЕКОМБИНАЦИЯ Одиночная сайт-специфическая рекомбинация (незаконная) связана с мобильными генетическими элементами (МГЭ), рассмотренными в гл.
4. Напомним только, что к ~~им относятся 1$ (от англ. гяяегг!оя яедиелсея) элементы, или вставочные последоваюльности, и транспозоны — мобильные элементы, которые могут самостоятельно ~ юрсмещаться из одного места генома в другое без использования промежуточной, независимой формы (такой, как плазмида). Их перемещение не связано с гомологисй последовательностей. Оба типа мобильных элементов: 1В-последовательности и цхн ю ~ юзоны обнаруживаются в гено ме прокариот и могут присутствовать в плазм идах. Длина !Б-элементов составляет примерно 1 000 п.н., на концах находятся короткие инвертированные повторы.
!Б-элемент встраивается в геном, и сайт встраивания !обы ив несколько нуклеотидов, в среднем — 9) удваивается, фланкируя вставку в качестве прямого повтора. Обычно все пространство !Б между повторами кодирует ~ранспозазу — фермент, осуществляющий транспозицию. Частота транспозиции сола~влетт 1О-' — 10-4 на элемент на поколение, вырезание происходит в 100 раз реже, ~ем инсерция. Существуют два механизма транспозиции: ° репликативная транспозиция — увеличивает количество транспозонов, т.к. исходный родительский транспозон остается на своем месте; нуждается в транспо- !лава уу.
Молекулярные механизмы еенемичеехоб Реломпннацяа 197 Донорная ДНК 3' 3' Реципиентная ДНК Соединениедвух молекул ДНК: кончики стрелок соответствуют 3'- ОН концам, в которых происходитсинтез ДНК ПродуктысинтезаДНК Рекомбинация: ДН К - донор содержит трап оп озон, реципиентная ДНК имеет прямые повторы на концах транспозона Рис. т т .9. Незаконная рекомбинация. Модель Шапиро.
(Из: Фогель и Мотульски, 1990) зазе (взаимодействует с концами родительского транспозона) и резольвазе (взаимодействует с дочерней копией); ° нерепликативнаятранспозиция (транспозон физически перемещается); Согласно модели, предложенной в 1979 г. Дж. Шапиро (рис. 11.9) репликативная транспозиция осуществляется следующим образом: а) на двух концах транспозонаттБ-элемента (темные сегменты в верхней молекуле ДНК) двухцепочечная донорная ДНК разрезается рестриктазой; б) таким же способом «открывается» с противоположного конца реципиентнан ДН К.
В области разрывов концы транспозона соединяются с выступающими концами разрыва ре ципиентной ДН К. При этом образуются две «вилки» со свободными 3'-ОН- труппами, способными осуществлять функцию затравок репликации; в) затем в обеих вилках начинается полуконсервативная репликация МГЭ, продолжающаяся до момента встречи двух вилок и двух копий транспозона; одной — в исходном положении, другой — встроенной в структуру реципиентной ДН К. Репликация сопровождается дуплицироаанием небольшого участка реципиентной ДНК, копии которого оказываются расположенными по обе стороны встроенного МГЭ; г) после этого происходит сайт-специфическая реципрокная рекомбинация (по внутреннему сайту разрешения — ! РЯ). В итоге ДНК-донор содержит транспозон, а Чаещь!. Общая яянатаяа ДОНОР Тп ьис.
11.10.Нерепликативная (консервативная) транспозиция (По: Вгоъп, 2002). ~ополнительное разрезание молекулы ДНКдонора приводит к вырезанию транспозона и щремешению его вДНКреципиента еципиентная ДНК вЂ” транспозон и фланкирующие последовательности, состоящие з прямых повторов. Таким образом, при внедрении мобильного элемента встраивается не он сам, а п1 копия.
Транспозиция проходит через образование коинтеграта, которое привоит к слиянию двух репликонов, содержащих по одной копии транспозона на кажем из стыков, и завершается разделением коинтеграта при участии резольвазы. лапы консервативной транспозиции представлены на рис. 11.10. Строго говоря, >анспозиция — это не тип рекомбинации, а процесс, в ходе которого сегменты Д НК ереносятся из одной хромосомы в другую с помощью рекомбинации. И.4. ЗНАЧЕНИЕ РЕКОМБИНАЦИИ 1ожно выделить два наиболее важных процесса, где рекомбинация итрает значигльную роль.
Во-первых, это рекомбинационная репарация ДНК, которая особен- Влили 1 1. Мнлекулн1ниле мелини анм еенеинеин жив Лен имвинн чин но важна и тех случаях, когда возможна ишери информации за счет новрсжлсния обеих цепей ДНК. Примером такого роли н шястси обрвювание одноцсночсчноИ бреши во время репликации направи ~~срс~гарировинпого ~ювреждения.
11одобная ситуация не может быть исправлена безошибочно без привлечения другой молекулы ДН К. Исследование рекомбинации у бактерий и одноклеточных эукариот позво1шет предположить, что основное значение этого процесса — обеспечение репарации в тех случаях, когда повреждены обе цепи ДНК. Во-вторых, как одна из составляющих комбинативной изменчивости, рекомбинация вносит существенный вклад в увеличение генетического разнообразия. В частности, процессы незаконной рекомбинации сопряжены с транспознцией МГЭ и вирусов, а также могут способствовать внедрению чужеродной ДНК. Кроме того, известен ряд заболеваний, возникающих у человека вследствие некорректной гомологичной рекомбинации.
В геноме человека встречаются области протяженной гомологии, особенно часто возникающие вследствие дупликации (удвоения) относительно крупных фрагментов ДНК. Один из примеров такого рода — дупликация фрагмента ДНК, содержащего гены СУР21 и ген комплемента. В ходе эволюции одна из копий, СУР21А, накопила наследуемые изменения (мутации) и става неактивной (образовался, так называемый, псевдоген).
В результате высокой степени гомологии псевдогена СУР2 1А и активного СГР21В гена рекомбинация в гомологичных хромосомах может пойти по пути конверсии с перемещением участка гена СУР2 1В на СУР2 1А. Либо может возникнуть делеция гена СУР2 1В. Отсутствие активного гена в геноме приводит к адреногенитальному синдрому с гиперплазией коры надпочечников, вызванной недостаточностью 21-пщроксилазы.
Во многих случаях причиной недостаточности 21-гидроксилазы являются мутации, произошедшие в результате генной конверсии Доказательством служит то, что практически все точковые мутации в этом гене соответствукп нормальной последовательности псевдогена. Другим примером может служить дупликация гена миелинового белка РМР22, которая происходит в результате гомологичной рекомбинации между крупными повторамии (КЕР), которые фланкируют область 1.5 млн.п.н., содержащую ген.
Эта дупликация — наиболее частая причина невральной амиотрофии Шарко — Мари — Тус. Делеция гена миелинового белка РМР22 приводит к менее тяжелому заболеванию— наследственной нейропатии. Более подробно эти заболевания рассмотрены в части 11. Медицинская генетика.
глава РЕГУЛЯЦИЯ ГЕННОЙ АКТИВНОСТИ Геном эукариот — это сложно организованная система, в которой чередуются кодируюгцие и некодирующие нуклеотидные последовательности ДНК. Главную функ~ цию — передачу наследственных признаков от одного поколения к следующему выиол~ ~яют кодирующие участки генов — экзоиы. Число генов у различных видов пока сию точно не определено. У человека по последним оценкам оно равно примерно 35 000. Последовательности генов, кодирующих белки, составляют всего 3% от суммарной ДН К генома. К не кодирующим последовательностям относятся китроны, регуляториые участки в 5'- и 3'-концах генов, эихансеры (усилители транскрипции) и саилсиссры (участки, ослабляющие транскрипцию).
Кроме того, некодирующими югляюгся различные варианты повтороввсателлитнойДНК,расположенныевпри- ~ гс~ и ромер~ ~ ых и теломерных районах хромосом. Согласованное действие всех перенюлсииых элементов генома, определение времени активации/репрессии генов на рп и пах э ганах онтогенеза, участие регуляторных последовательностей в определе- ~ ~пи акти блюсти не только конкретного гена, но и других генов — все это предполапк ~ слож~~ую систему регуляции экспрессии генетического материала.
Сугцсствуют различные варианты контроля генной активности. Так, постоянным гром юм экспрессии генов обеспечивается конститутивный синтез белка у прокарии и эукариот. В случае другого — индуцибельного варианта, белок синтезируется по чсрс ~ ~еобходи мости за счет механизма индукции/репрессии транскрипции соответ:тиующих генов. Для осуществления регуляторных функций в клетке используются л~сциальные регуляторные белки, кодируемые генами, которые также называются зе|уляторными. 12Л, РЕГУЛЯЦИЯ ГЕННОЙ АКТИВНОСТИ НА УРОВНЕ ТРАНСКРИПЦИИ ранскрипция — передача генетической информации с ДНК на РНК вЂ” достаточно ~олробно описана в различных учебниках биохимии.
Остановимся только на осювных особенностях этого процесса, осуществляемого с помощью ферментов и елковых факторов. Ферменты к белковые факторы транскрипции. Ключевой фермент транскрипциив 'НК-полимераза. У прокариот она состоит из пяти субъединиц, одна из которых 2в! Глава Я Ривулниив винной активнвети (о-субъединица) предназначена лля ин1и!иш!ии ~!х1нскрипции, а другие — для се :ни1нгш!ии. У эукариот обнаружено три Р11К-иолимсразы, их локализация и клетке и функции различны.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
