Б. Альбертс, А. Джонсон, Д. Льюис и др. - Молекулярная биология клетки (djvu) (1129766), страница 98
Текст из файла (страница 98)
Кроме того, если две цепи, из которых состоит гетеро- дуплексная область, не содержат идентичных последовательностей нуклеотидов, то появятся неправильно спаренные основания. Эти ошибки могут быть исправлены имеющейся у клетки системой исправления ошибок спаривания, описанной ранее (см. рис. 5.20). Однако когда система «коррекции» используется во время рекомбинации, она не делает никакого различия между отцовской и материнской нитями н будет случайным образом выбирать, какую из цепей ей репарировать. Следствием такого ремонта будет один утраченный аллель, зато второй будет представлен двумя экземплярами (рис.
5.66), что приведет к фактическому «преобразованию» (конверсии) одного аллеля в другой. Таким образом, конверсию генов, поначалу расцениваемую как мистическое отклонение от правил генетики, можно считать прямым следствием работы механизмов гомологичной рекомбина ции и репарации ДНК. 5.5.11. Система исправления ошибок спаривания предотвращает беспорядочную рекомбинацию между двумя мало соответствующими друг другу последовательностями ДНК Итак, мы узнали, что гомологичная рекомбинация полагается на спаривание комплементарных (или почти комплементарных) цепей ДНК, которые изначально 484 Часть 2.
Основные генетические механизмы 5.6. Транспозиция и консервативная сайт-специфическая рекомбинация Мы познакомились с тем, как посредством гомологичной рекомбинации между участками ДНК происходят перестройки, которые могут закончиться обменом последовательностей ДНК между хромосомами. Однако порядок генов на взаимодействующей хромосоме, как правило, остается неизменным в ходе гомологичной рекомбинации, поскольку условием протекания этого процесса является высокая степень подобия участвующих в атом процессе последовательностей.
В данном параграфе мы описываем рекомбинацию двух совершенно иных типов: транспозицию (называемую также транспозииионной рекомбинацией) и консервативную сайтспецифическую рекомбинацию (сопвегга6че Ые-зрес)г(с гесошЬ1па6оп), которым не требуется протяженных областей гомологии ДНК. События рекомбинации этих двух типов могут видоизменить порядок генов на хромосоме и обусловить необычные типы мутаций, которые привносят новую информацию в геномы. Транспозицня и консервативная сайт-специфическая рекомбинация главным образом нацелены на перемещение широкого разнообразия специализированных сегментов ДНК, собирательно нареченных подвижны хи, илимобильными, генетическими элементами (тоЬг!е депе!(с е!етеп!з), из одной позиции генома в другую.
Мы увидим, что подвижные генетические элементы могут варьировать по размеру: от нескольких сотен до десятков тысяч пар нуклеотидов — и каждый из них обычно несет уникальный набор генов. Нередко один из таких генов кодирует специализированный фермент, который катализирует перемещение только этого элемента и таким образом делает рекомбинацию этого типа возможной. Практически все клетки содержат мобильные генетические элементы (именуемые на сленге уппр1пд депе, то есть «прыгающие гены»). Как объясняется в главе 4, в эволюционных масштабах онн оказали глубокое воздействие на оформление современных геномов. Например, почти половина генома человека ведет свое начало от таких элементов (см. рис, 4.17).
С течением времени случайные мутации видоизменили их нуклеотидные последовательности, и в результате лишь немногие из многочисленных копий этих элементов в нашей ДНК все еще активны и способны совершать «прыжки». Остальные суть не что иное, как «молекулярные ископаемые», существование которых открывает перед нами поразительную картину истории нашей собственной эволюции. Мобильные генетические элементы часто рассматривают как молекулярных паразитов (их называют также «эгоистичной ДНК»), которые продолжают существовать, потому что клетки не могут избавиться от них; они, несомненно, близки к тому, чтобы превысить по объему наш собственный геном.
Однако подвижные элементы ДНК могут давать клетке и определенные преимущества. Например, гены, которые они несут, иногда полезны, как, скажем, в случае устойчивости к антибиотикам в клетках бактерий, о чем мы побеседуем чуть позже. Перемещение подвижных генетических элементов создает также многие из генетических вариантов, от которых зависит эволюция, потому что вдобавок к собственному «передвижничеству» мобильные генетические элементы эпизодически перестраивают соседствующие с ними последовательности генома хозяина.
Так, спонтанные мутации, наблюдаемые у дрозофилы, человека и прочих организмов, нередко происходят из-за переместившихся генетических элементов. Тогда как подавляющее большинство таких мутаций будет губительно для организма, некоторые приведут 5.6. Траиспоэиция и консервативная сайт-специфическая рекомбинации 485 к повышенной приспособляемости и определенно будут распространяться по всей популяции.
Почти наверняка многое из того разнообразия жизни, которое нас окружает, берет начало от перемещения подвижных генетических элементов. В этом разделе мы представляем на суд читателей подвижные генетические элементы и описываем механизмы, которые позволяют им передвигаться по геному. Мы увидим, что некоторые из таких элементов перемешаются, используя механизмы транспозиции, а иные — путем консервативной сайт-специфической рекомбинации. Мы начнем с транспозиции, так как известно намного больше примеров передвижения такого рода. 5.6.1.
Посредством транспозиции мобильные генетические элементы могут быть встроены в любую последовательность ДНК Подвижные элементы, которые перемещаются посредством транспозиции, называют транепозонами (ггапзрозопз) или транспоняруемыми элементами (ггапзрозаЫе е!ешепсз). При транспозиции специальный фермент, обычно кодируемый самим транспозоном и именуемый транспозазой, действует на специфичную последовательность ДНК на обоих концах транспозона, побуждая его к встраиванию в новый целевой участок ДНК. В большинстве своем транспозоны лишь умеренно избирательны в выборе целевого участка и могут поэтому самовстраиваться во многие разные позиции генома. В частности, нет никакого общего требования наличия гомологии между концами мобильного элемента и целевой последовательностью.
Большинство транспозонов перемещается лишь изредка. У бактерий, где возможно точно измерить частоту, транспозоны обычно передвигаются один раз на 10з клеточных генераций. В большинстве случаев транспозиция представляет собой редкий стохастический процесс, за исключением одного момента, часто связанного с прохождением репликационной вилки. На основе своей структуры и механизма транспозиции транспозоны могут быть разбиты на три больших класса: ДНК-транспозоны (ОНА-оп! у гтапзрозопз), ретровирус-подобные ретротранспозоны (ге!гагата!-!!не тегтоггапзрозопз) и неретроеирусные ретротранспозоны (попгеггопгга! ге(го(гапзрозопз).
Каждый класс будет рассмотрен подробно ниже. Общие сведения о различиях между ними при желании можно найти в таблице 5.3. 5.6.2. ДНК-транспозоны для перемещения используют как механизм вырезания-вставки, так и механизм репликации ДНК-транспозоны преобладают в геномах бактерий и отвечают главным обра зом за развитие устойчивости к антибиотикам в штаммах бактерий. Когда антибиотики, например пенициллин и стрептомицин, стали общедоступными в 1950-е гг., большинство болезнетворных для человека бактерий было восприимчиво к ним. Пятьдесят лет спустя ситуация совершенно изменилась — антибиотики наподобие пенициллина (и его современных производных) более не действуют на многие современные штаммы бактерий, в том числе и вызывающие гонорею и бактериальную пневмонию.
За развитие устойчивости к антибиотикам главным образом ответственны гены, которые кодируют инактивирующие антибиотик ферменты, — а их несут транспозоны (рис. 5.68). Хотя эти подвижные элементы могут перемещаться только в пределах клеток, которые и так уже их содержат, они могут быть перенесены из одной клетки в другую посредством иных механизмов, известных под общим 3 Ф';:;~й~и))ГВМЕР)вг)))Г)а)Г)З))()4~ф~в)ВЦВ)ГРВ)З~ФВВВ."Рв)нййбзи!а)ВЕЗ: т)()В Рис. 5 70. Структура главного промежуточною продунта, образуемого транспозазой к вырезания и вставки я.
а) Схематичное представление общей структуры. 6) Детальная струюура тра нспозавы, удерживающей два конца ДНК, 3'-ОН-группы которой подготовлены для взаимодействия с целевой хромосомой. Один домен транспозазы распознаетпоследовательностьДНКнаконцетранспозона,тогда какдругойдомен «руководит всей химической кухней» разрыва и воссоединения ДНК (изображение б заимствовано из О. а. Оанез ет а!., 5сгелсе 285т 77-85, 2000.
С любезного разрешения издательства ААА5 ) цируется в ходе транспозиции: одна копия остается на первоначальном участке, тогда как другая встраивается в новую позицию в хромосоме. Хотя используемый в этом случае механизм более сложен, он тесно связан с только что описанным механизмом вырезания и вставки; на самом деле, некоторые транспозоны могут передвигаться обоими способами. 5.6.3.
Некоторые вирусы используют механизм транспозиции длл переноса своего генетического материала в хромосомы клетки-КОзяина Некоторые вирусы относят к мобильным генетическим элементам, потому что они используют механизмы транспозиции для интегрирования своих геномов в ге ном клетки хозяина. Однако, в отличие от транспозонов, такие вирусы кодируют и белки, упаковывающие их генетическую информацию в вирусные частицы, кото рые могут инфицировать другие клетки. Многие из вирусов, которые встраиваются в хромосому хозяина, делают это, используя один из первых двух механизмов, приведенных в таблице 5.3.
Действительно, большая часть наших знаний об этих механизмах получена в ходе исследований конкретных вирусов. Вирус, который заражает бактерию, известен как бактериофаг (Ьас1еПорЬа)(е). Бактериофаг Мю (Ьас(епор)гада Ми) для интеграции своего генома в геном клетки хозяина использует не только основанную на 11НК транспозицию, но также и репли кативную транспозицию для реплицирования своего генома.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
