Том 1 (1129743), страница 92
Текст из файла (страница 92)
Q4.1. Тринуклеотид из внутренней части одной цепи ДНК (к задаче 4.7).Стрелки на концах нити ДНК указывают на то, что структура продолжается в обоих направлениях.Глава 4. ДНК, хромосомы и геномы 433Рис. Q4.2. Хромосома 3 у орангутанов и человека (к задаче 4.9). Поразному окрашенные блоки указывают сегменты хромосом, которыебыли получены в ходе предшествующих слияний.точности процессов репликации и репарации ДНК случайные ошибки в последовательностях нуклеотидовв геномах происходят настолько редко, что толькоприблизительно один нуклеотид из 1 000 изменяетсякаждый миллион лет в любой отдельно взятой последовательности поколений.Поэтому неудивительно, что сравнение хромосом человека и шимпанзе — которых разделяет примерно 6 миллионов лет эволюции, — показывает оченьнемного изменений. Мало того что наши гены, по существу, одни и те же, нои их порядок на всех хромосомах почти одинаков.
Хотя за минувшие 6 миллионов лет произошло значительное число сегментных дупликаций и сегментныхделеций, но даже позиции подвижных генетических элементов, которые составляют основную долю нашей некодирующей ДНК, в большинстве своем неизменились.При сравнении геномов двух менее родственных организмов — например,человека и мыши, отделенных друг от друга примерно 80 миллионами лет, — обнаружено намного больше изменений. Сегодня результаты работы естественногоотбора заметны невооруженным глазом: проходя горнило очищающего отбора,жизненно важные последовательности нуклеотидов — как в регуляторныхобластях, так и в кодирующих последовательностях (последовательностиэкзонов) — были в высшей степени консервативны. Напротив, не представляющие особого значения последовательности (например, бóльшая часть ДНКв интронах) изменились до такой степени, что точное выравнивание согласнородословной зачастую оказывается невозможным.Благодаря очищающему отбору сравнение последовательностей геномовмножества родственных видов является особенно действенным способом поиска последовательностей ДНК с жизненно важными функциями.
Хотя около5 % генома человека осталось консервативным в результате очищающегоотбора, функции основной массы этой ДНК (десятки тысяч многовидовыхконсервативных последовательностей) продолжают оставаться необъяснимойтайной. Грядущие эксперименты по выяснению их функции должны преподатьнам многое о биологии позвоночных.Сравнение других последовательностейРис.
Q4.3. Анализ «pull-down», призванный определитьспецифичность связывания белков HP1 (к задаче 4.13).После разделения посредством электрофореза в полиакриламидном геле в присутствии додецилсульфата натриякаждый белок слева был обнаружен при помощи иммуноблоттинга с использованием специфических антител. ДляN-концевого пептида каждого гистона обозначены поступивший на анализ белок (I), несвязавшийся (U) и связавшийся c гранулами белок (B). (Переработано из М. Lachneret al., Nature 410: 116–120, 2001. С любезного разрешенияMacmillan Publishers Ltd.)434Часть 2.
Основные генетические механизмыпоказывает, что огромная генетическая сложность современных организмовобусловлена расширением древних семейств генов. Ясно, что главным источником генетической новизны в ходе эволюции была дупликация ДНК, сопровождающаяся дивергенцией последовательностей. Геномы любых двух человекбудут отличаться друг от друга как из-за замен нуклеотидов (полиморфизмовотдельных нуклеотидов, или SNP), так и из-за унаследованных приобретенийДНК и потерь ДНК, которые влекут за собой изменения в числе копий.
Понимание этих различий пойдет на пользу и медицине, и нашему осмыслениюбиологии человека.ЗадачиКакие утверждения являются верными? Обоснуйте свой ответ4.1. У женщин имеется 23 различные хромосомы, а у мужчин — 24.4.2. При сравнении ДНК родственных организмов, таких как человек и мышь,идентификация консервативных последовательностей ДНК облегчает поиск функционально значимых областей.Рис.
Q4.4. Подвижные генетические элементы и гены в областях протяженностью 1 млн. п. н. хромосом2 и 22 (задача 4.14). Линии, которые направлены вверх, показывают экзоны известных генов. Линии,которые направлены вниз, показывают подвижные генетические элементы; они настолько многочисленны (образуя более 40 % генома человека), что сливаются почти в сплошную полосу вне групп Hox.(Переработано на основе E. Lander et al., Nature 409: 860–921, 2001.
С любезного разрешения MacmillanPublishers Ltd.)4.3. Четыре стержневых гистона представляют собой относительно маленькие белки с очень высокой долей положительно заряженных аминокислот; положительный заряд помогает гистонам прочно связывать ДНК – независимо от еенуклеотидной последовательности.4.4. Нуклеосомы связывают ДНК настолько сильно, что не могут сдвинутьсяотносительно позиций, в которых были изначально собраны.4.5. Дупликация и расхождение генов, как думают, сыграло определяющуюроль в эволюции все возрастающей биологической сложности.Обсудите следующие проблемы4.6.
ДНК, выделенная из поражающего бактерии вируса M13, содержит25 % A, 33 % T, 22 % C и 20 % G. Не кажутся ли вам эти результаты необычными?Почему? Как вы могли бы объяснить эти значения?4.7. На рис. Q4.1 показан сегмент ДНК внутренней части одной цепи. Каковаполярность этой ДНК в направлении сверху вниз?4.8. ДНК человека содержит 20 % C по молярности. Каковы молярные долиA, G и T в процентах?Глава 4. ДНК, хромосомы и геномы 4354.9. Хромосома 3 у орангутанов отличается от хромосомы 3 у человека двумясобытиями инверсии (рис. Q4.2).
Нарисуйте промежуточную хромосому, котораяполучилась в результате первой инверсии, и точно обозначьте сегменты, вошедшиев каждую из инверсий.4.10. Исходя из допущения о том, что 30-нм хроматиновое волокно содержитприблизительно 20 нуклеосом (200 пар нуклеотидов на нуклеосому) на 50 нм длины,вычислите степень уплотнения ДНК на этом уровне структуры хроматина. Какаядоля 10 000-кратного уплотнения, которое происходит во время митоза, приходитсяна этот уровень упаковки ДНК?4.11. В отличие от ацетилирования гистонов, которое всегда связано с активацией гена, метилирование гистонов может повлечь за собой как активацию, таки подавление транскрипции. Каким образом, согласно вашим предположениям,одна и та же модификация — метилирование — может опосредствовать различныебиологические функции?4.12.
Почему хромосома с двумя центромерами (дицентрическая хромосома)неустойчива? Разве дублирующая центромера не будет полезна для хромосомы,давая ей две возможности формировать кинетохор и прикрепиться к микротрубочкам во время митоза? Разве это не помогло бы гарантировать, что хромосома небудет оставлена без внимания в процессе митоза?4.13. Белки HP1 (семейство белков, найденных в гетерохроматине) задействованы в заглушении генов и формировании структуры хроматина. Три белка,специфических для человека: HPlα, HPlβ и HPlγ,— делят между собой высококонсервативный хромодомен, который, как думают, определяет локализациюгетерохроматина.
Для того чтобы определить, могут ли эти белки связываться сN-концом гистона H3, вы ковалентно присоединили к гранулам сорбента различныеварианты N-концевого пептида H3: немодифицированного, Lys-9-диметилированного(K9-Me) или Ser-10-фосфорилированного (S10-P), — наряду с немодифицированным хвостом гистона H4. Такая конструкция позволяет вам инкубировать каждыйвид полученных гранул с различными белками, смывать несвязавшиеся белки изатем элюировать связанные с гранулами белки для последующего анализа всехполученных фракций посредством вестерн-блоттинга. Результаты вашего «pulldown» анализа (разновидность аффинной хроматографии, очень похожая на метод соосаждения с антителами, или ко-иммунопреципитацию, но вместо антителв данном случае используется «bait» protein — «белок-наживка».
— Прим. ред.)для белков HP1 представлены на рис. Q4.3, наряду с результатами для несколькихконтрольных белков, в том числе Pax5 (регуляторного белка), принадлежащего ксемейству polycomb белка Pcl, который, как известно, связывается с гистонами, иSuv39hl — гистонметилтрансферазы.На основании этих результатов скажите, которые из проанализированныхбелков связываются с немодифицированными хвостами гистонов? Связывается ликакой-либо из белков HP1 и контрольных белков избирательно с модифицированными N-концевыми пептидами гистонов? Какая модификация гистонов, по вашимпредсказаниям, могла бы быть обнаружена в гетерохроматине?4.14. Подвижные части ДНК — подвижные генетические элементы, — которые встраиваются в хромосомы и накапливаются в ходе эволюции, составляютболее 40 % генома человека.
Подвижные генетические элементы четырех типов:длинные рассеянные элементы (LINEs), короткие рассеянные элементы (SINEs),LTR-ретротранспозоны и ДНК-транспозоны — вставлены более или менее беспоря-436Часть 2. Основные генетические механизмыдочно всюду по геному человека. Эти элементы заметно реже встречаются в четырехгруппах генов гомеобокс: HoxA, HoxB, HoxC и HoxD, как продемонстрированона примере HoxD на рис. Q4.4, наряду с эквивалентной областью хромосомы 22,в которой отсутствует группа Hox. Каждая группа Hox имеет приблизительно100 т. п. н.
в длину и содержит от 9 до 11 генов, дифференциальная экспрессиякоторых вдоль передне-задней оси развивающегося эмбриона утверждает основноеобщее строение организма у людей (и у других животных). Почему, как вы полагаете, подвижные генетические элементы столь редки в группах Hox?ЛитератураОбщаяHartwell L., Hood L., Goldberg M. L. et al. (2006) Genetics: from Genes toGenomes, 3rd ed. Boston: McGraw Hill.Olson M. V. (2002) The Human Genome Project: a player's perspective. J.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
