Часть 2 (1117911), страница 2
Текст из файла (страница 2)
Крометого, описаны случаи, когда попадание транспозонав интрон создает новый, очень сильный (эффективно используемый) сайт сплайсинга, локализованныйвнутри подвижного элемента. Эти сайты сплайсингаслужат для образования зрелой РНК, кодирующейсинтез транспозазы. Однако при внедрении транспозона в интрон функционирование этих сайтовсплайтсинга приводит к нарушению структуры зрелой РНК и включению в ее состав нуклеотиднойпоследовательности транспозона. Трансляция такой РНК не даст полноценного белка.В случае ретротранспозонов особые возможности для перенесения и приобретения регуляторныхсигналов возникают в том случае, когда элементудаляется за счет перекреста (рекомбинации) междуДКП с идентичными последовательностями, подобно тому, как осуществляется этот перекрест(кроссинговер) между гомологичными хромосомами.
В результате сохраняется лишь один ДКП наместе внедрения ретротранспозона (рис. 2). Это явление широко распространено в клетках дрожжей.Показано, что так называемые одинокие, соло ДКПоказывают существенное влияние на изменчивостьрегуляторных систем дрожжевой клетки. Поэтомуговорят о подвижном промоторе, перемещающемсявместе с элементом, но остающемся на месте встраивания после удаления тела элемента. Наличие такого промотора может перепрограммировать характерзависимости работы гена как от внешних сигналов,так и от внутриклеточных регуляторных систем.Попадание ретротранспозонов рядом с геномможет привести неожиданно к экспрессии гена втой ткани и на той стадии развития организма, когда ген обычно молчит. Так, например, внедрениеретротранспозона рядом с одним из генов амилазычеловека привело к его экспрессии в слюнной железе, тогда как другой вариант гена амилазы работаетв поджелудочной железе.
У растений нуклеотидныеРис. 2. Представление о подвижном промоторе.Обозначения см. на рис. 117последовательности нескольких внедрившихсядруг в друга ретротранспозонов могут составитьпротяженный регуляторный район (около 500 нуклеотидных пар). Например, это показано для гена,определяющего развитие пыльцы.
Ретротранспозоны, как и транспозоны, предпочтительно внедряются в регуляторные области гена: там, где нарушена строгая нуклеосомная структура (см. с. 8–14) игде участки ДНК более доступны для транспозаз иинтеграз, осуществляющих ферментативный процесс перемещения. Это обстоятельство и приводитк тому, что подвижные элементы играют столь большую роль в изменчивости и эволюции регуляторных районов генов. С точки зрения представлений оподвижных элементах как об эгоистичной ДНКвнедрение в регуляторный район может способствовать выживанию элемент-паразита а в геноме:подобная специфичность выбора района встраивания выгодна и элементу, поскольку ген клетки-хозяина может продолжать работать на определенномуровне, достаточном для выживания клетки и организма, несмотря на внедрение элемента.Транскрипция ретротранспозонов может изменяться в ответ на внешние воздействия, напримерусиливаться при понижении температуры.
У растений усиление транскрипции этих элементов можетнаблюдаться при так называемых стрессах [4], вызванных заражением вирусами или грибами. Еслитранскрипция усиливается, то создаются условия дляобразования ДНК-копий ретротранспозонов и ихперемещения. Такие перемещения, стимулированные внешними условиями, могут менять характерработы генов. Подобная изменчивость может оказаться полезной для организма, новые способы регуаляции работы генов сохранятся в геноме в процессеэволюции под давлением естественного отбора.Интересные изменения структуры и функциональных характеристик промотора могут происходить не только при перемещении ретротранспозонов, но и транспозонов. Брешь в ДНК,появляющаяся после вырезания транспозона, может либо залечиваться с помощью гомологичногоотрезка ДНК, как это описано в предыдущей статье(с. 8–14), либо разорванные концы могут сшиваться.
В последнем случае (это особенно характернодля транспозонов растений) могут возникать ошибки – утраты или, напротив, короткие дупликациинуклеотидной последовательности. Таким образом,транспозон оставляет в последовательности ДНКслед своего былого присутствия (рис. 3, а). Обнаружены возникающие таким способом мутации в регуляторной (промоторной) области гена, ответственного за синтез пигмента антоциана в клеткахцветка львиного зева. Интересно, что эти следы меняют характер пространственной экспрессии гена втканях сформировавшегося цветка. Чем это можетбыть вызвано? Вероятно, набор ядерных белков,участвующих в регуляции транскрипции гена, различен в разных клетках, образующих цветок, а результат их воздействия на транскрипцию гена синтезаантоциана зависит от нуклеотидной последовательности промотора, изменчивой в результате вызванных элементом повреждений, меняющих сродствопромотора к регуляторным белкам.
Другими словами, в зависимости от структуры коротких нуклеотидных последовательностей промотор по-разномуинтерпретирует сигналы регуляторных белков,набор которых различается в разных частях цветка:то перестает отвечать на них (бесцветные участкибВнедрениетранспозонаВырезаниетранспозонаВосстановлениеструктурыпромотораНеточное восстановлениеструктуры промотора(дупликация), в результатедостройки комплементарныхнитей ДНК в точке разрываРис.
3. След, оставляемый транспозоном в районе промотора; а – вызванная внедрением и последующим вырезанием транспозона модификация промоторного района гена, определяющего окраску цветков львиного зева;б – варианты окраски цветков, обусловленные следами пребывания транспозона в промоторе18ëéêéëéÇëäàâ éÅêÄáéÇÄíÖãúçõâ ÜìêçÄã, ‹8, 1998цветка), то, напротив, обеспечивает активную экспрессию гена – розовую или яркую красную окраску участков цветка (рис. 3, б ). Отбор таких мутантных вариантов львиного зева по промоторнойобласти позволяет цветоводам выбирать особо интересные, необычные варианты окраски.èéÑÇàÜçõÖ ùãÖåÖçíõ åéÉìí åÖçüíúÉêÄçàñõ, éÅÖêÖÉÄûôàÖ ÉÖçéí ÇéáÑÖâëíÇàü éäêìÜÄûôàïèéëãÖÑéÇÄíÖãúçéëíÖâ ÑçäГены эукариот находятся в составе так называемых доменов, функционирующих относительно независимо друг от друга.
Домены представляют собой связанные с белками петли ДНК, закрепленныена внутренней мембране клеточного ядра. Длинапетель сильно варьирует (от 20 до 200 тысяч нуклеотидных пар). В одной петле могут находиться несколько генов или всего один ген. Например, в одной петле находятся гены, кодирующие образованиеразных вариантов глобинов, образующих послеприсоединения гема и железа разные типы специфических гемоглобинов, избирательно функционирующих на разных стадиях развития позвоночных.Усилители транскрипции в этой петле регулируютпоследовательное включение генов глобинов в развитии. Известно, что усилители транскрипции могут быть расположены достаточно далеко от гена,например на расстоянии нескольких тысяч нуклеотидных пар. В таком случае возникает вопрос, каким образом усилители не путают мишени своеговлияния – гены.
Почему усилитель все-таки действует на определенный ограниченный набор близлежащих генов? Согласно современным представлениям, это определяется положением генов в однойпетле. Петли разграничены друг от друга нуклеотидными последовательностями, получившими название инсуляторов (от англ. insulate – изолировать), с которыми взаимодействуют специфическиебелки, узнающие эти последовательности. Наличиекороткой последовательности ДНК и белков, узнающих эту последовательность, обеспечивает функцию инсулятора.
Гены в составе отдельной петлисвободны от влияния близлежащих регуляторныхпоследовательностей ДНК, если последние находятся в другой петле (рис. 4). Последовательностичужой петли, если они не ограничены инсулятором,могут оказаться вредными для гена, приводя к потереего активности. Это так называемый эффект положения гена, наблюдаемый, например, при искусственном перенесении гена в хромосомы организмареципиента при получении трансгенных организмов. Оказалось, что некоторые подвижные элементы, например, ретротранспозон gypsy (цыган) у дрозофилы могут нести в своем теле как раз те короткиенуклеотидные последовательности, которые работают как инсуляторы.
Последовательность инсулятора повторена в теле gypsy 12 раз. Чем больше повторов, тем больше молекул белка связывается сÉÇéáÑÖÇ Ç. Ä. èéÑÇàÜçÄü Ñçä ùìäÄêàéí ó‡ÒÚ¸ 2231ИнсуляторРис. 4. Нарушение активности гена 3 в результатеизменения границы петли – регуляторного домена. Усилитель (красный квадрат) перестает активировать ген 3 после внедрения ретротранспозона, несущего нуклеотидную последовательностьсо свойствами инсулятораинсулятором и тем сильнее воздействие инсулятора. Если ретротранспозон gypsy внедряется междуусилителем и промотором, то согласованное функционирование этих регуляторных районов будетнарушено, в результате чего ген будет полностьюили частично инактивирован.
Таким образом, перемещения подвижных элементов могут сопровождаться изменением границ петель, каждая из которых включает гены, работающие под управлениемопределенного усилителя. Небольшой фрагмент тела gypsy, включающий вышеупомянутые повторяющиеся последовательности, способен имитироватьэффект инсулятора. Теперь представим себе, чтоэлемент как подвижный дегенерировал, пересталтранскрибироваться и, следовательно, уже не может перемещаться с участием ревертазы. Однако сохранение короткой последовательности инсуляторапозволит сохранить границу между двумя функциональными доменами-петлями, первоначально возникшую в результате внедрения gypsy.Рассмотренные способы влияния подвижныхэлементов на активность генов подкрепляют распространенное представление о том, что эволюцияорганизмов шла в большей степени по пути изменения систем регуляции активности генов, а не по путиизменения структуры гена и кодируемого им белка.êéãú èéÑÇàÜçõï ùãÖåÖçíéÇÇ èÖêÖëíêéâäÄï ïêéåéëéåИзвестно, что хромосомы могут обмениватьсясвоими частями по районам гомологии, происходитперекрест (кроссинговер), или рекомбинация участков хромосом.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
