1625913344-8903f4a71ad640872a209e228a3a0bd4 (531148), страница 25
Текст из файла (страница 25)
Это, в частности, гены, кодирующие структуру гистонов и рибосомной РНК (рРНК), которые располагаются в виде тандемных повторов. Большинство умеренно повторяющихся последовательностей не функционирует в качестве матриц, т. е. не транскрибируется.У дрозофилы и мыши повторяющиеся последовательности очень частопредставлены короткими участками около 10 п. н. Большая часть повторов, по-видимому, играет структурную или регуляторную роль. Они локализованы преимущественно в прицентромерном гетерохроматине.130 ФЧасть I. НаследственностьТаблица 5.4Уникальные и повторяющиеся последовательности (доля) в геноме некоторыхживотных (по F.
Ayala, J. Kiger, 1980)ОрганизмЧастота последовательностейуникальныхумеренно повторяющихся*часто повторяющихся**очень часто повторяющихся***Nassaria obsolete(улитка)0,38>0,12>0,150,18Bos taurus(корова)0,550,380,05Xenopus laevis(лягушка)0,540,060,310,09Strongilocentrotuspurpuratus(морской еж)0,380,250,270,10Drosophila(плодовая муха)0,75—0,150,10Примечание. * — 20-50 копий, ** — 250-6000 копий, *** — до 106 копий.5.6. Молекулярная структура основных элементовхромосомыВ настоящее время многое известно о молекулярной организацииосновных элементов хромосом эукариот.Центромера. Впервые нуклеотидная последовательность центромер была расшифрована у дрожжей S.
cerevisiae. Они представленыпоследовательностями около 1000 нуклеотидов, содержащими триконсервативных (для данного вида) участка: CDEI, CDEII, CDEIII(Conserved DNA Elements). См. рисунок 5.17.Этот район хромосомы ассоциирован со специфическими белками кинетохора (CBF3A, В, С). Представленная на рисунке 5.17нуклеотидная последовательность существенна для стабильностихромосом, а также для взаимодействия с белками, как показываетизучение взаимодействия остатков гуанина с диметилсульфатом.Это соединение модифицирует только остатки, не экранированныебелками, — метод т. н. «отпечатка ступни» (foot-printing).
УчастокCDEI не очень важен для стабильности хромосом. Он даже можетбыть утрачен. Кроме того, он встречается и в других участках хромосом, а не только в центромере. CDEIII весьма существен: именно онвзаимодействует с белками кинетохора. CDEII представляет собойАТ-богатый спейсер. Центромеры разных хромосом у почкующихсяГлава 5. Молекулярные основы наследственности1315’ -------------------------------------------------------------------------------------------------------- >УCDEICDEUCDE1I18 Ьр78 - 86 Ьр25 ЬрААТ ТТСАС ТС<-------------- >TGT Т TG a t TTCCGAACGAA a NNN а АААGG> 90% А+ТА АIТ(1ХИН= норма)*ТТ (1 X1СН)4Т (2 X 1(H)*CDE (I, II, III)- Conserved DNA ElementsРис. 5.17. Последовательность нуклеотидов в ДНК центромер дрожжей S. cerevisiaeЗаглавные буквы соответствуют последовательностям одинаковым в 10, строчные —в 6-9 из 12 исследованных хромосом.
N — любое основание.* — мутационные замены в ДНК центромеры 3 хромосомы. В скобках указана частота потерь 3 хромосомы у соответствующих мутантов. Клетки дикого типа теряютхромосомы с частотой около 1 * 10-5 на клетку на клеточное делениедрожжей S. cerevisiae взаимозаменяемы, однако они видоспецифичны и не работают у других дрожжей — Schizosaccharomyces pombe,Kluyveromyces lactis, у плесени Neurospora crassa и в культивируемых клетках животных.Теломера.
Учитывая механизм репликации ДНК и организациюреплисомы (см. раздел 5.3), А. М. Оловников предположил в 1971 г.,что хромосома не может быть вся реплицирована одной ферментнойсистемой. Теломеры на концах хромосом должны реплицироватьсяиначе, чем все остальные части хромосомы. Действительно, в дальнейшем оказалось, что теломеры имеют специфическую структуруи их реплицирует специальный фермент — теломераза.Теломеры у различных видов организмов имеют сходную структуру, включающую тандемные повторы в основном из 5-8 нуклеотидов (табл.
5.5). Они, как правило, богаты G (гуанином) и замкнутына себя, образуя шпилечную структуру. ДНК при этом находится влевозакрученной форме — Z-форме. Основания G необычно спарены между собой и образуют четырехнитчатую структуру. Эти последовательности реплицирует специальный фермент— теломе-132 $Часть 1. НаследственностьТаблица 5.5Последовательность нуклеотидов, повторяющаяся в теломерах некоторых объектовПоследовательностьОбъектМлекопитающие (человек)AGGGTTСлизевики (Physarum)Низшие грибы (Neurospora)GGGGTTGGGGTTTTЦилиаты (Tetrahymena,Oxytrycha)AGGGTTTРастения {Arabidopsis)TTTTAGGGВодоросли (Chlamidomonas)(A)G2-5TTACДелящиеся дрожжи (Szchizosaccharomyces)G|_3TПочкующиеся дрожжи (Saccharomyces)раза, состоящий из белка и РНК — матрицы для воспроизведениятеломерных повторов.
Мутации, введенные в эту РНК, копируютсяв структуре теломеры. Мутации по гену, кодирующему белковуючасть фермента дрожжей Kluyveromyces lactis, могут приводить к100-кратному увеличению числа теломерных повторов, обычно составляющих в сумме 25 оснований. У некоторых мутантов умножение числа повторов происходит в первом же клеточном делении,у других же — только через сотни делений, т.
е. они работают, какбомба замедленного действия.Известно, что клетки человека в искусственной культуре проходят ограниченное число делений (несколько десятков). Известен случай, когда активность теломеразы отсутствовала в культуре клетокчеловека, страдающего наследственным заболеванием — преждевременным старением. У этого больного хромосомы укорачивалисьв течение онтогенеза, что позволило высказать предположение, чтоконечное число клеточных делений в культуре ограничено длинойих теломер. Это согласуется с данными о том, что в раковых клеткахактивность теломеразы выше, чем в нормальных.Теломеры часто ассоциируются друг с другом в ранней профаземейоза (см. гл. 4), а также с ядерной оболочкой, определяя на этойстадии пространственный кариотип.Вторичная перетяжка.
Представляет собой участок ядрышкового организатора, в котором располагаются последовательностинуклеотидов, кодирующие рибосомные РНК: 18S рРНК, 28S рРНК,5,8 рРНК. Последовательность, кодирующая РНК — общий предшественник всех этих молекул, повторена несколько сот раз. Например,Глава 5. Молекулярные основы наследственностиФ133у дрожжей-сахаромицетов она повторена 200 раз в одной хромосоме,а у шпорцевой лягушки — 600 раз также в одной хромосоме. У человека ядрышко образуют 5 разных хромосом (13, 14, 15, 21, 22),каждая из которых содержит около 200 повторов рДНК во вторичной перетяжке. Эти участки ДНК активно считываются и видны какламповые щетки в районе ядрышка (в интерфазе), где происходитбиогенез рибосом.
Ядрышко не имеет мембраны, но тем не менееоно выглядит как интегрированная структура внутри ядра.Репликаторы. Важные элементы хромосом, не различимые всветовой микроскоп, — специфические нуклеотидные последовательности, отвечающие за способность хромосом к репликации.У бактерий этот участок (он один) носит название репликатора,или «ориджина» (от англ.
origin). У дрожжей эти участки, которыхнесколько в каждой хромосоме, а всего их около 400 на 16 хромосом (17,5 х 106 п. н.), обозначаются как ARS (от англ. AutonomouslyReplicating Sequence).Структура последовательностей ARS, или репликаторов дрожжейS. cerevisiae, имеет усредненную структуру (консенсус):5'-АТТТАТАТТТА-3'.Представлена только одна цепочка ДНК.
Слева и справа от ARSчасто располагаются последовательности, стимулирующие его активность как репликатора. Особенностью ARS, или репликатора, является то, что он срабатывает только один раз — обычно в начале S-фазыклеточного цикла, далеко не всегда с вероятностью 100%. Это непрепятствует надежной репликации хромосом, поскольку соседниерепликоны могут объединяться. Для объяснения того, почему репликатор срабатывает, как правило, не больше одного раза за клеточныйцикл, предложена гипотеза «лицензирующего фактора», проникающего в ядро, препятствующего повторному проникновению в негоэтого фактора и запрещающего повторную репликацию.5.7. Искусственные хромосомыОсновные элементы хромосом, центромеры, теломеры и репликаторы, не до конца расшифрованы у высших эукариот — растенийи животных, включая млекопитающих. Это объясняется их большейсложностью, а также и существованием некоторых механизмов, которые принято называть эпигенетическими, т.
е. лишь косвенно определяемыми нуклеотидными последовательностями ДНК (см. гл. 18).Организация этих элементов часто определяется ферментативными134 «Часть 1. Наследственностьмодификациями ДНК (чаще всего — метилирование) и гистонов(ацетилирование, метилирование и др.).Тем не менее с помощью методов генной инженерии (см. гл. 12)уже созданы искусственные хромосомы, правда, только для низшего эукариота — дрожжей. В эти хромосомы включают следующиенеобходимые компоненты, перечисленные ранее: репликатор (ARS),нуклеотидную последовательность одной из центромер, нуклеотидную последовательность теломеры.В искусственные хромосомы, имеющие эти три необходимыхкомпонента, обычно включают ген (нормальную, или доминантнуюаллель), контролирующий какой-нибудь этап метаболизма. Этот генслужит маркером при трансформации штамма дрожжей, мутантногопо этому же гену. Подобные искусственные хромосомы, введенныев клетку при помощи трансформации, судя по данным гибридологического анализа, содержатся в ней в основном в виде одной копии,имеют линейную структуру, реплицируются и распределяются в митозе и мейозе преимущественно подобно обычным хромосомам, еслиони представляют собой молекулы ДНК длиной около 50000 п.
н.Стабильность таких искусственных мини-хромосом все же значительно уступает стабильности естественных хромосом. Синтетические мини-хромосомы теряются с частотой 1 х Ю~\ в то время какхромосомы дрожжей утрачиваются с частотой около 1 х Ю-5. Применьших, чем 50000 п. н., размерах искусственные хромосомы теряются с частотой 1 х Ю-2 и чаще.Таким образом, присутствие репликатора, центромеры и теломеры при определенном минимальном размере молекулы ДНК — необходимое и достаточное условие возникновения стабильной хромосомы, по крайней мере у дрожжей.Вопросы к главе 51.
Каковы доказательства генетической роли нуклеиновых кислот?2. Схематически изобразите матрицу и затравку при синтезе ДНК вреакции А. Корнберга.3. Что служит затравкой при репликации ДНК в клетке?4. Сформулируйте правило Чаргаффа. Что такое коэффициент нуклеотидной (или видовой) специфичности?5. Сколько типов ДНК-полимераз кишечной палочки (.Escherichiacoli) вам известны?6.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
