Часть 1 (1117910), страница 2
Текст из файла (страница 2)
Бактериальный транспозонкроме гена транспозазы может содержать ген, обеспечивающий устойчивость бактерии к тому илииному антибиотику – пенициллину, тетрациклинуи др. Поэтому большой практический интерес представляют исследования закономерностей распространения подобных бактериальных транспозонов.Транспозоны активно исследуют у растений, насекомых, и, наконец, недавно они были обнаруженыв хромосомах человека. Эти подвижные элементыможно рассматривать как вездесущие.Другой большой класс также вездесущих подвижных элементов – это ретротранспозоны, онине умеют вырезаться из хромосомы, как это делаюттранспозоны. Механизм их перемещения основанна существовании открытой в 1970 году Г. Темиными Д.
Балтимором реакции обратной транскрипции –синтеза нити ДНК на РНК. Химическая реакцияпротекает так же, как при образовании нити комплементарной ДНК на ДНК-матрице при репликации двухнитевой молекулы ДНК [1]. Обратнаятранскрипция была обнаружена при изучении ретровирусов, содержащих РНК, которвя служит матрицей при образовании ДНК-копии РНК вируса[6]. Фермент, осуществляющий эту реакцию синтеза ДНК на РНК (вспомним, что транскрипция –это синтез РНК на ДНК), называют обратнойтранскриптазой или (в русской литературе) ревертазой. Ревертаза не только ведет синтез нити ДНКна РНК, но и осуществляет синтез второй комплементарной нити ДНК, а РНК-матрица распадаетсяи удаляется. Двухнитевая ДНК синтезируется в цитоплазме, а затем перемещается в ядро и можетвстроиться в геном, образуя провирус (рис.
2). Находясь в хромосоме, провирус стабильно наследуется в ряду поколений как обычный ген. В хромосомах млекопитающих содержатся так называемыеэндогенные провирусы, которые безвредны, а может быть, даже несут какие-нибудь биологическиефункции. Провирус ограничен так называемымидлинными концевыми повторами (ДКП), содержащими обычно по 250–700 нуклеотидных пар. Онинеобходимы для транскрипции провируса и егорепликации (воспроизведения) (см. рис. 2). Левыйповтор содержит промотор, с которым взаимодействует РНК-полимераза, начинающая синтез РНК(см. [2] о промоторах и РНК-полимеразе). Синтезированная молекула РНК, равно как и РНК из вирусной частицы, заразившей клетку, транслируется собразованием белков-ферментов, необходимых длясинтеза ДНК провируса и его внедрения в геном, атакже белков самой вирусной частицы. В некоторых случаях может образоваться зрелый вирус, содержащий РНК, упакованную в белковую оболочку.Вирусная частица может выйти из одной клетки изаразить другие.
Для встраивания (интеграции)ДНК провируса необходим фермент интеграза,ëéêéëéÇëäàâ éÅêÄáéÇÄíÖãúçõâ ÜìêçÄã, ‹8, 1998ДКП (стрелки) обеспечивают начало и конец транскрипции,а также репликациюПровирусТранскрипцияРетротранспозон без ДКП(узнавание места встраивания и обратнаятранскрипция сопряжены)РетротранспозонРНКРНКРНКТрансляцияВирусная частица,способнаяк заражению,или вирусоподобная,дефектнаяДНКРНКТрансляция с образованиембелков, включая ревертазуТрансляция,образованиебелков вируснойчастицы, а такжеревертазы/интегразыБелокМишеньОбратнаятранскрипцияРНКДНКДНКДНКУдаление РНК,достройка двухнитевой ДНКвстраиваниеВстраивание,интегразаРис. 2.
Перемещения ретротранспозоновразрезающий ДНК-мишень и сходный по механизму своего действия с транспозазой. Наличие ДКПне только обеспечивает транскрипцию, но и полноценную репликацию провируса с двумя ДКП (этотсложный механизм здесь не рассматривается). Может случиться, что в процессе обратной транскрипции и репликации ДНК в состав будущего провируса случайно попадет материал других клеточныхгенов, если, например, ревертаза будет копироватькакие-либо клеточные РНК. Ревертаза работает неточно, она может вносить ошибки в нуклеотиднуюпоследовательность ДНК, образующуюся на РНК,в отличие от ДНК-полимеразы, работающей почтибезошибочно при воспроизведении всех хромосом[1].
Если такая ошибочно скопированная последовательность, соответствующая некоторым важнымгенам, управляющим размножением клеток, попадет в состав провируса и, следовательно, в геномклетки, то это событие может привести к злокачественному перерождению клетки, поскольку клеткатеперь будет нести ген, кодирующий измененныйбелок, отвечающий за рост и размножение клеток.Поэтому ретровирусы, несущие протоонкогены [2],опасны для клетки и организма.Структуру провирусов практически повторяютподвижные элементы, получившие название ретротранспозонов. Ретротранспозоны широко распространены у эукариот, населяя геномы дрожжей, растений, насекомых и позвоночных, включая человека.По-видимому у растений они могут занимать значительную часть межгенных пространств.
ПроцессÉÇéáÑÖÇ Ç.Ä. èéÑÇàÜçÄü Ñçä ùìäÄêàéí ó‡ÒÚ¸ 1синтеза ДНК при размножении ретротранспозона сучастием ревертазы происходит в вирусоподобныхчастицах (см. рис. 2), белковые компоненты которых также кодируются генами ретротранспозона.Однако такие частицы неинфекционны, посколькубольшая часть ретротранспозонов в отличие от ретровирусов не содержит гена, который мог бы кодировать белок оболочки вирусной частицы, обеспечивающей ее выход из клетки и способность кзаражению других клеток. Правда, резкой границымежду ретротранспозонами и ретровирусами провести нельзя.
Так, один из ретротранспозонов плодовой мушки дрозофилы (gypsy – цыган) можноназвать как недавно оказалось, настоящим ретровирусом: путем инъекции или скармливанием вирусных частиц удается заразить мух, не несущих ретротранспозона. В то же время этот ретротранспозон водной определенной линии мух является лишь внутригеномным наследуемым в ряду поколений элементом, локализация нескольких его копий неизменна в одной линии мух, но различается в разныхлиниях. Подавляющая часть ретротранспозоновлибо потеряла ген оболочки, либо еще не приобрелаего и, следовательно, представляет собой исключительно внутригеномные, неинфекционные элементы, способные лишь к самовоспроизведению и“подзаражению” того же генома.
Остается открытым один из излюбленных дискуссионных вопросов: произошли ли ретровирусы из ретротранспозонов или же, напротив, ретротранспозоны возникли11РНК. Затем РНК удаляется и образуется втораякомплементарная нить ДНК.из вирусов в результате потери способности к заражению?Другой большой класс ретротранспозонов ненесет длинных концевых повторов.
Механизм внедрения таких ретротранспозонов в ДНК иной, хотяон также осуществляется с помощью обратнойтранскрипции. К числу таких ретротранспозоновотносятся представители так называемого семейства L1, населяющие геном человека. Если репликация ретротранспозонов с ДКП не зависит от точкибудущей инсерции, то репликация элемента бездлинных концевых повторов непосредственно сопряжена с районом будущего внедрения ретротранспозона (см.
рис. 2). РНК, образовавшаяся притранскрипции ретротранспозона, перемещается кдостаточно случайному месту разрыва ДНК-мишени, причем в ряде случаев показано, что она дажесшивается с одной из нитей ДНК. Сюда же устремляются и необходимые для интеграции белки – ревертаза и интеграза.
Другая, комплементарная нитьДНК служит затравкой для копирования РНК-копии элемента с участием ревертазы (см. рис. 2).Сначала ревертаза копирует небольшой участокДНК-мишени, а затем меняет матрицу и копируетФункция теломеразыëíêìäíìêçé-îìçäñàéçÄãúçÄü êéãúêÖíêéíêÄçëèéáéçéÇ Ç ÉÖçéåÖ ùìäÄêàéíêÂÚÓÚ‡ÌÒÔÓÁÓÌ˚ Ë ÔÓ·ÎÂχ ÒÓı‡ÌÂÌËflÍÓ̈ӂ ıÓÏÓÒÓÏ ‚ fl‰Û ÔÓÍÓÎÂÌËÈДля того чтобы лучше разобраться в этой проблеме, желательно прочитать статью О.О.
Фаворовой[1]. При воспроизведении ДНК перед клеточнымделением синтез ДНК начинается с образования затравки РНК, поскольку фермент ДНК-полимеразаспособен только добавлять дезоксирибонуклеотидные звенья к 3'-концу полинуклеотидной цепи, нонеспособен начинать синтез цепи ДНК. Затравказатем удаляется, и бреши застраиваются. Однако наодном из концов реплицирующихся молекул останется брешь, которую не удается заделать с помощью ДНК-полимеразы, работающей в 5'-3' направлении (рис. 3).
Возникает опасность, что одиноковыступающий однонитевый конец ДНК будет уничтожен каким-либо ферментом, в результате чего молекула укоротится с конца. Если не принять соответствующих мер, то при каждом акте репликацииМеханизм удлинения3'-концаT GGG AT TДНКTAДНК5'РепликацияACC CU A AUA3'G G G A T T GGG AT T5'AC C C U A AUA5'3'3'3'Функция ретротранспозонов без ДКПБрешь5'3'5'Ретротранспозон3'РНКТеломераза Удлинениеудлиняет3'-конецСинтез ДНКДНК5'5'Повторение процессаУдаление РНК,застройка бреши5'Конец хромосомыРис. 3.
Сохранение концов хромосомы в процессе повторных актов репликации, РНК-затравка изображена волнистой линией, см. также рис. 5 в статье [1]12ëéêéëéÇëäàâ éÅêÄáéÇÄíÖãúçõâ ÜìêçÄã, ‹8, 1998ДНК хромосома будет укорачиваться с концов. Вконечном итоге могут быть утрачены важные гены иклетка погибнет. Обычно для сохранения концаДНК (концы хромосом называют теломерами, отгреч.
телос – конец) используется фермент теломераза, состоящий из двух компонентов: белка иРНК-матрицы, с помощью которой удлиняется конец ДНК (см. рис. 3). Такое удлинение возможно,потому что концы хромосом содержат повторы изнескольких нуклеотидов (например, у человекаТТАGGG), которым комплементарен участокРНК – компонента теломеразы.
Таким образом, теломераза узнает выступающий 3'-конец и удлиняетего. В таком случае удается, снова с использованиемДНК-затравки и РНК-матрицы, достроить конецДНК (см. рис. 3). Теломеразная машина устроенатаким образом, что конец хромосомы может нетолько сохраняться, но и удлиняться в ряду поколений. Действительно, последнее нетрудно себе представить, если достраиваемый 3'-конец будет достаточно длинным. Одна из причин старения видитсяв том, что при отсутствии теломеразы в некоторыхтканях происходит укорачивание хромосомы с потерей важных генов.
Наоборот, бессмертие рядаклеток в культуре вне организма, свойственное, какправило, клеткам из опухолей, объясняется реактивацией теломеразы. Мы кратко рассмотрели этуинтересную проблему, связанную с активностьютеломеразы и вечными проблемами биологического старения и опухолевого роста, поскольку оказалось, что иногда в борьбу с укорочением концовхромосом вступают мобильные элементы. У плодовой мушки дрозофилы отсутствует теломеразнаямашина, но концы ДНК удлиняются за счет перемещений ретротранспозонов. На этом примеревпервые показана важная структурная и функциональная роль ретротранспозонов.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
