Часть 1 (1117910)

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла

TRANSPOSABLE(MOBILE)EUKARYOTIC DNAPart 1. Molecularstructures, modesof transpositionand maintenanceof chromosome integrityV. A. GVOZDEVThe structures and modesof transposition of mobile(transposable) elementsare considered. Attentionis called to possible beneficial role of the mobileelements in maintenanceof chromosomal integrity.© É‚ÓÁ‰Â‚ Ç.Ä., 1998ê‡ÒÒÏÓÚÂÌ˚ ÒÚÛÍÚÛ‡Ë ÏÂı‡ÌËÁÏ˚ ÔÂÂÏ¢ÂÌËÈ ÔÓ‰‚ËÊÌ˚ı ˝ÎÂÏÂÌÚÓ‚ Ñçä ˝Û͇ËÓÚ. éÒÓ·Ó ‚ÌËχÌË ۉÂÎÂÌÓËı ‚ÓÁÏÓÊÌÓÈ ÔÓÎÂÁÌÓÈÓÎË ‚ ÔÓ‰‰ÂʇÌËË ˆÂÎÓÒÚÌÓÒÚË ıÓÏÓÒÓÏ.8ПОДВИЖНАЯ ДНК ЭУКАРИОТЧасть 1.

Структура, механизмыперемещения и роль подвижныхэлементов в поддержаниицелостности хромосомÇ. Ä. ÉÇéáÑÖÇåÓÒÍÓ‚ÒÍËÈ „ÓÒÛ‰‡ÒÚ‚ÂÌÌ˚È ÛÌË‚ÂÒËÚÂÚËÏ. å.Ç. ãÓÏÓÌÓÒÓ‚‡ÇÇÖÑÖçàÖВ 70-х годах в области молекулярной генетикибыли сделаны существенные открытия: оказалось,что отдельные фрагменты ДНК, имеющие специальную структурную организацию, могут перемещатьсяв геноме как в пределах одной хромосомы, так имежду хромосомами. Они были названы подвижными элементами. Подвижные элементы включаютпримерно от тысячи до десятков тысяч нуклеотидных пар ДНК.

Размеры подвижных элементов сопоставимы с сильно изменчивыми длинами настоящихгенов, локализация которых в геноме стабильна. Почему эти фрагменты ДНК могут перемещаться в геноме? Как мы увидим, способность к перемещениям определяется особенностями их структуры иналичием белков-ферментов, обеспечивающих этиперемещения (транспозиции). Перемещения осуществляются либо путем вырезания элемента из одного места и встраивания его в другое, либо путемобразования копии подвижного элемента, внедряющейся в новое место, тогда как родительская копия остается на прежнем месте. В последнем случаебудет происходить размножение подвижных элементов, увеличение их числа в геноме.

В некоторыхслучаях подвижный элемент, покидая хромосому,оставляет след своего былого присутствия, локально изменяя нуклеотидную последовательность ДНК.Открытие подвижных (мобильных) элементов показало, что последовательность нуклеотидов ДНКпо длине хромосомы не неизменна, она может изменяться благодаря перемещению этих элементов.Оказалось, что подвижные элементы, встраиваясь вгены или окрестности генов, вызывают мутации.Так, например, у плодовой мушки дрозофилы подавляющая часть (более 80%) мутаций, возникающих спонтанно (то есть не вызванных облучениемили химическими агентами), обусловлены внедрением подвижных элементов.

Достаточно неожиданной оказалась способность подвижных элементов изменять и даже повышать уровень активностиблизлежащих генов. Эти открытия позволили поновому взглянуть на природу мутационных процес-ëéêéëéÇëäàâ éÅêÄáéÇÄíÖãúçõâ ÜìêçÄã, ‹8, 1998сов и молекулярных механизмов эволюции генома.Изменчивость генной активности и эволюция генома с участием подвижных элементов рассмотреныво второй статье (см. с. 15–21).Подвижные элементы часто получают названия,отражающие их способность к перемещению (Улисс,Магеллан, “Бигль”, hobo – бродяга, gypsy – цыган,flea – блоха, турист и др.) или, например, подвижность в прошлом, сменившуюся “заякориванием” вопределенной точке хромосомы (подвижный в прошлом элемент “аврора”, описанный российскимавтором). Коротко рассмотрим сведения о структуреподвижных элементов и способах их перемещения,а также недавно полученные интересные результаты, позволяющие считать, что подвижные элементыиграют важную функциональную роль в поддержании целостности генома.

Понимание изложенногоматериала будет сильно облегчено, если читательобратится к статьям, ранее опубликованным в “Соросовском Образовательном Журнале” [1–3].Подвижные элементы долгое время рассматривались как представители так называемой эгоистичной ДНК, которая ставит перед собой единственнуюцель – размножиться в геноме и паразитировать нанем. Эта точка зрения предполагает, что геном вынужден бороться с эгоистичной ДНК и ограничивать ее размножение. В то же время не лишены основания представления о том, что естественномуотбору подвергаются не только хозяйские гены, нои эгоистичная ДНК.

Нельзя исключить, что в результате естественного отбора представители паразитической ДНК будут использованы для нужд генома,если появятся полезные функции этих эгоистичныхкусочков ДНК. Такое предположение начинает получать подтверждения.Следует отметить, что в основу представлений омеханизмах перемещений по крайней мере некоторых подвижных элементов, а также об их роли вэволюции генома легли исследования подвижныхэлементов у бактерий. Однако из-за недостатка места ограничимся рассмотрением подвижных элементов, населяющих геном эукариотической клетки.Подвижные элементы эукариот представленыотдельными семействами, сходными по своейструктуре и поведению. Внутри семейства различают подсемейства идентичных или очень сходныхподвижных элементов, число которых колеблетсяот нескольких копий до нескольких тысяч копий нагеном.

В целом подвижные элементы обычно составляют 10–30% всей массы ДНК. У растений, какнедавно выяснилось, подвижные элементы составляют более половины ДНК по весу. Подвижныеэлементы обычно рассеяны по геному, но в отдельных участках хромосом они могут концентрироваться.Открытие подвижных элементов нисколько непосягает на классические представления хромосомной теории наследственности о стабильном распо-ÉÇéáÑÖÇ Ç.Ä.

èéÑÇàÜçÄü Ñçä ùìäÄêàéí ó‡ÒÚ¸ 1ложении генов по длине хромосом. Перемещенияподвижных элементов – это достаточно редкие события: у бактерий один акт перемещения обычноудается зарегистрировать примерно на десять тысяч – один миллион клеток (частоты перемещенийсильно варьируют). Частоты транспозиций у дрозофилы настолько малы, что их трудно заметить иоценить. Только в особых ситуациях, вызванныхвнешними воздействиями или мутациями генов хозяина или самих подвижных элементов, частоты перемещений могут резко (на два-три порядка) увеличиваться, достигая, например, у дрозофилы одногособытия на 10–100 особей за поколение.äãÄëëàîàäÄñàü èéÑÇàÜçõï ùãÖåÖçíéÇ,àï ëíêìäíìêÄ à ëèéëéÅõ èÖêÖåÖôÖçàüРазличают два основных класса подвижных элементов: транспозоны и ретротранспозоны.

Такаяклассификация основана на молекулярных механизмах, с помощью которых перемещаются подвижные элементы. Транспозоны перемещаются сучастием комплекса белков, обеспечивающего активность фермента транспозазы, которая узнаетэлемент и обеспечивает его перенос на новое место.Транспозоны ограничены с двух сторон так называемыми инвертированными повторами, то есть последовательностями, направленными навстречудруг другу (рис. 1). Инвертированные повторы необходимы для перемещения элемента, которое осуществляется благодаря их сближению друг с другоми узнаванию транспозазами. Инвертированные повторы сближаются и точно отрезаются от соседнихучастков ДНК хозяина (см. рис. 1). Вопросы, касающиеся проблемы узнавания ДНК белками, основанной на специфичном нековалентном взаимодействии аминокислотных остатков с нуклеотидами,были рассмотрены ранее [2]. Успешному вырезанию элемента способствует дополнительная сверхспирализация двухнитевой спирали ДНК, обеспечивающая изгибы двойной спирали и сближениеотдельных ее участков.

Роль сверхспирализации вфункционировании генетического аппарата рассмотрена в книге М.Д. Франк-Каменецкого [4], атакже автором статьи [2]. Вырезанный транспозонвнедряется в район вносимого транспозазой разрыва в молекуле-мишени и сшивается с ДНК хозяинав новом месте (см. рис. 1). Разрыв и зашивание осуществляются транспозазой и вспомогательнымибелками. Транспозаза может кодироваться как самим подвижным элементом, который будет перемещаться, так и другой копией элемента, локализованной в том же геноме в отдалении.Итак, подвижность элементов становится возможной благодаря активности ферментов, которыеспособны точно вырезать элемент из хромосомыдля того, чтобы затем вставить его в какое-то другоеместо генома.

Брешь в ДНК, оставляемая после вырезания транспозона, может залечиваться – застра-9ТранспозонTTGCAAACGTГен транспозазыTGCAAACGTTИнвертированные повторыДНК хозяинаРепликацияДНКБрешьсан онТр озпДНК-мишеньВстраиваниеЗалечивание брешиРайон транспозонаРис. 1. Перемещение транспозона. Концы транспозона (инвертированные повторы) показаны направленными навстречу стрелками. Дочерние нити ДНК после репликации изображены разнымицветами. Внизу на схеме направленные навстречустрелки указывают положение транспозона в районе “красной” двойной спирали. Синими стрелками изображен синтез комплементарных нитейиваться с участием гомологичного участка, например сестринской, только что редуплицированноймолекулы ДНК.

Этот процесс схематически и в упрощенном виде представлен на рис. 1. Осуществляются комплементарные взаимодействия нитей(красная с желтой) в гомологичных участках ДНК,соседствующих с транспозоном, затем происходитдостройка – синтез комплементарных нитей (синиепунктирные стрелки), после чего образовавшаясяструктура разрезается (волнистые стрелки), а “синие” участки новосинтезированной ДНК, содержащие материал ДНК транспозона, сшиваются с“желтыми” или “красными” флангами.

В итоге залечивается дырка на месте вырезанного транспозона, а число копий транспозона увеличивается на одну копию. Обратим внимание на то, что клеткаспособна залечивать любой двухнитевой разрыв,образовавшийся, например, при облучении, с помощью механизма, изображенного на рис. 1. Можетли клетка справиться с такой важной задачей, еслиэти механизмы восстановления целостности хромосомы будут нарушены? Как мы увидим, в такомслучае на помощь могут прийти ретротранспозоны.10Здесь не рассматриваются транспозоны бактерий. Однако необходимо упомянуть, что они оченьхорошо изучены [5].

Характеристики

Тип файла PDF

PDF-формат наиболее широко используется для просмотра любого типа файлов на любом устройстве. В него можно сохранить документ, таблицы, презентацию, текст, чертежи, вычисления, графики и всё остальное, что можно показать на экране любого устройства. Именно его лучше всего использовать для печати.

Например, если Вам нужно распечатать чертёж из автокада, Вы сохраните чертёж на флешку, но будет ли автокад в пункте печати? А если будет, то нужная версия с нужными библиотеками? Именно для этого и нужен формат PDF - в нём точно будет показано верно вне зависимости от того, в какой программе создали PDF-файл и есть ли нужная программа для его просмотра.

Список файлов учебной работы