CBRR4293 (677223), страница 23

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 23)

и однонитевой петлей, длина которой соответствует расстоянию

между парой обращенных повторов. Вследствие этого оказыва-

ются приблеженными достаточно удаленные друг от друга участ-

ки ДНК, что важно для работы ряда ферментов, обеспечивающих

процессы репликации и транскрипции. Важно отметить и то, что

однонитевой участок ДНК, образующий петлю, становится

доступным для действя нуклеазы S1, специфически разрушающей

однонитевую ДНК.

Группа умеренно повторяющихся последовательностей очень

гетерогенна по длине и числу копий и составляет около 20%

генома человека. Как правило, они распределены дисперсно по

всем хромосомам, причем относительно короткие последователь-

ности ДНК до 500 п.о., так называемые короткие диспергиро-

ванные повторы - Sine, повторяются более 100 000 раз, в

среднем, через каждые 2.2 кб. Число копий более длинных

диспергированных последовательностей - Line, не превышает 10

000. Умеренные повторы найдены во всех структурных компонен-

тах генома за исключением кодирующих областей генов. Два

главных семейства умеренных повторов, Alu и Kpn1, занимают,

по крайней мере, 10% генома и практически столько же занято

несколькими сотнями других семейств повторов этого класса.

Основной единицей Alu семейства является короткая

последовательность из 300 п.о., повторенная в геноме челове-

ка несколько сот тысяч раз, в среднем, через каждые 5 кб или

через каждые 2 - 3 диспергированных повтора, принадлежащих

другим семействам (Kao, 1985; Льюин, 1987). При этом,

кластеры Alu-повторов, как правило, лежат внутри R-дисков

метафазных хромосом - Гимза отрицательных (G- дисков). Расп-

ределение Alu-повторов по геному весьма неравномерно как

между хромосомами, так и по их длине. Так, в хромосомах 14,

16, 21 Alu-последовательности концентрируются в области

центромеры, а в хромосомах 4, 19, 20, Х и У выраженные

кластеры Alu повторов не найдены. Члены Alu семейства не

полностью идентичны друг другу. Однако, все они содержат

сайт рестрикции для фермента AluI и имеют димерную структу-

ру, то есть состоят из двух прямых повторов длиной около 130

п.о. с богатой аденином вставкой из 31 нуклеотида во втором

мономере. Каждая Alu последовательность фланкирована прямыми

повторами длиной от 7 до 20 п.о., различными для разных чле-

нов семейства и имеющими большую степень гомологии с

транспозоноподобными элементами про- и эукариот. Некоторые

члены Alu семейства могут транскрибироваться с помощью фер-

мента РНК-полимеразы 111. Предпологается, что при определен-

ных условиях образующиеся при этом молекулы РНК могут обрат-

но транскрибироваться, что в свою очередь, может привести к

появлению в клетках Alu-содержащих кДНК, обладающих

свойствами ретропазонов, то есть способных инсертироваться в

геномную ДНК. В литературе описаны случаи инсерционного му-

тагенеза Alu повторов, приводящие к гемофилии В и нейрофиб-

роматозу типа 1. Однако, частота таких событий, по-видимому,

невелика. Предполагается, что короткие умеренные повторы,

подобные Alu семейству, участвуют в регуляции транскрипции,

в процессинге РНК и в инициации репликации ДНК. Кроме того,

обнаружена высокая степень гомологии Alu последовательностей

с одним из видов низкомолекулярной РНК (7 S РНК), участвую-

щей в секреции белков.

К числу Line повторов относится Kpn1 семейство, которое

состоит из более длинных и значительно более гетерогенных

последовательностей, рассеянных по всему геному. В ряде слу-

чаев члены Kpn1 семейства группирются в кластеры, образуя

более длинные структуры, повторяющиеся несколько тысяч раз.

Для некоторых членов этого семейства также доказана возмож-

ность инсерции кДНК-овых копий Kpn1- РНК-транскриптов в ге-

номную ДНК и возникновение мутаций. Такое явление было обна-

ружено в одном случае гемофилии А. Некоторые Kpn1- последо-

вательности не только транскрибируются, но и способны

транслироваться (Charlesworth et al.,1994).

Раздел 2.3 Мультигенные семейства, псевдогены, онкоге-

ны.

Многие гены человека повторены в геноме от нескольких

единиц до нескольких сотен раз и образуют мультигенные се-

мейства (Газарян, Тарантул, 1983; Босток, Самнер, 1981; Kao,

1985; Льюин, 1987). Эти гены обычно сгруппированы в кластеры

в определенных районах одной, либо нескольких хромосом. Во

многих мультигенных семействах наряду с функционально актив-

ными генами содержатся псевдогены - мутационно измененные

последовательности, не способные транскрибироваться или про-

дуцирующие функционально неактивный генный продукт. Примера-

ми мультигенных семейств могут служить гены рибосомальных,

транспортных и ядерных РНК, гены альфа- и бета-глобинов, ту-

булинов, миоглобина, актина, интерферона и многих других. В

ряде случаев, возможна избирательная амплификация некоторых

семейств генов в процессе их экспрессии, как, например, ге-

нов рибосомальных РНК. При этом число способных транскриби-

роваться копий генов увеличивается за счет их избирательной

амплификации в сотни и даже тысячи раз, что сопровождается

лавинообразным нарастанием доли соответствующего генопродук-

та в клетках. Особое место среди мультигенных семейств зани-

мают супергены - очень большие кластеры из сотен функцио-

нально и структурно родственных генов, расположенных в сег-

ментах отдельных хромосом. Классическим примером супергена

может служить HLA комплекс, контролируюший главные антигены

гистосовместимости. Он занимает район более 6000 кб на ко-

ротком плече хромосомы 6р21 и состоит из серии тесно сцеп-

ленных генов, ответственных за синтез множества белков,

включающих клеточные поверхностные антигены, молекулы иммун-

ного ответа и некоторые компоненты комплемента. К суперген-

ным семействам относятся три комлекса расположенных на раз-

ных хромосомах мультигенов, контролирующих синтез тяжелых и

легких цепей иммуноглобулинов. Интересно, что в процессе

диффиренцировки B лимфоцитов, продуцирующих иммуноглобулины,

происходит структурная перестройка этих семейств. При этом

отдельные последовательности ДНК элиминируются, тогда как

другие сливаются, так что структура генов иммуноглобулинов в

зрелых B лимфоцитах значительно отличается от исходной, то

есть от той, которая наблюдается в зародышевых клетках.

Одной из важных структурных особенностей генома челове-

ка является наличие так называемых псевдогенов, уникальных

последовательностей, очень сходных по своей структуре с оп-

ределенными нормальными генами, но в силу присутствия в ко-

дирующих последовательностях целого ряда мутаций не способ-

ных транскрибироваться или правильно транслироваться с обра-

зованием структурно и функционально активного продукта.

Псевдогены обнаружены для многих генов. Их количество варь-

ирует от одной до нескольких десятков копий на геном и в

этом случае они, как правило расположены тандемно. Иногда

псевдогены тесно сцеплены с нормальными генами, во многих

случаях псевдогены и гены локализованы в разных хромосомах.

Для некоторых моногенных заболеваний идентифицированы му-

тантные аллели, сходные с мутациями в соответствующих псев-

догенах. В этих случаях обсуждаеся возможная роль псевдоге-

нов в спнтанном мутационном процессе.

В геноме человека присутствуют также нуклеотидные

последовательности, гомологичные генам некоторых вирусов.

Впервые эти последовательности были идентифицированы в гено-

ме вирусов, индуцирующих развитие опухолей у животных и че-

ловека, и потому они были названы онкогенами. Гомологичные

последовательностям в геноме человека носят название прото-

онкогенов. В настоящее время уже идентифицировано более 100

протоонкогенов. Белковые продукты протоонкогенов, по-видимо-

му, играют важную роль в нормальной пролиферации клеток осо-

бенно на ранних стадиях эмбрионального развития, контролируя

клеточный цикл и выбор геномной программы развития клетки.

При возникновении специфических мутаций в протоонкогенах, а

также при нарушениях регуляции их работы, выражающихся в ги-

перпродукции или в зкспрессии в нетипичномном месте или в

несвойственный момент жизнедеятельности клетки, они начинают

вести себя как онкогены, стимулируя неконтролируемое размно-

жение и пролиферацию определенных клеточных клонов, что и

может, в конечном счете, привести к формированию опухоли.

Раздел 2.4 Современное определение понятия "ген",

транскрипция, регуляторные элементы генов.

Около 10-15% генома человека представлено уникальными

транскрибируемыми последовательностями, составляющими основу

структурных генов (Льюин, 1987). В настоящее время в понятие

"ген" включается не только его транскрибируемая область -

экзоны + интроны, но также фланкирующие последовательности -

лидерная, предшествующая началу гена, и хвостовая нетрансли-

руемая область, раположенная на 3' конце гена (Рис.2.1 ). В

отличие от генов прокариот гены человека редко представлены

одной непрерывной последовательностью и в подавляющем боль-

шинстве имеют прерывистую структуру. Относительно короткие

кодирующие участки - зкзоны, чередуются с длинными интрона-

ми, которые транскрибируются и входят в состав первичного

РНК-продукта, но затем при процессинге первичного РНК

-транскрипта они вырезаются и не участвуют в трансляции.

Процесс вырезания интронов из первичных транскриптов получил

название сплайсинга. Таким образом, в зрелой мРНК интронные

области отсутствуют, а экзоны составляют непрерывную кодиру-

ющую последовательность. Размеры зрелых мРНК нередко в

десятки раз меньше первичных РНК-транскрипов и, соот-

ветственно, размеров самого гена.

Согласно классическим представлениям ген - это локус,

на хромосоме, мутации в котором реализуются на уровне фено-

типа. В молекулярной биологии ген трактуется как ассоцииро-

ванный с регуляторными последовательностями фрагмент ДНК,

соответствующий определенной единице транскрипции. Следова-

тельно, представления о гене формальных генетиков далеко не

полностью тождественны его физической единице и соотношения

между этими двумя понятиями достаточно запутанные. Отметим

некоторые причины этих противоречий. Известно, что мутации

одного гена могут приводить к совершенно разным и даже в ря-

де случаев к комплементарным фенотипам. Результаты прямого

секвенирования генома свидетельствуют о присутствии в нем

значительного большего числа генов, чем можно ожидать от ре-

зультатов мутационного анализа. Одна и та же последователь-

ность ДНК в геноме может кодировать несколько различных бел-

ков, что достигается за счет так называемого альтернативного

сплайсинга (образование разных мРНК из одного первичного

РНК-транскрипта). В крупных интронах ряда генов обнаружены

смысловые последовательности других генов ("ген в гене"),

считываемые в противоположном направлении. Транскрипционные

единицы генома могут перекрываться за счет наличия разных

промоторов. Наконец, благодаря соматической рекомбинации

структура транскрибируемых последовательнстей некоторых ге-

нов может быть различной в разных клонах клеток одного орга-

низма (Т-клеточные рецепторы). Ситуация с определением поня-

тия "ген" еще больше осложняется, если в это понятие вклю-

чать многочисленные регуляторные последовательности. Возни-

кает вопрос: "Как далеко от гена могут располагаться эти

последовательности, чтобы их можно было включать в структуру

гена?". Для многих целей оказывается удобным введенное в

последнее время понятие "считаемый ген"- counting gene.

Последний рассматривается как отдельная транскрибируемая

единица ДНК или её часть, которая может транслироваться в

одну или несколько взаимосвязанных аминокислотных последова-

тельностей. Поэтому последовательность, дающая две

транскрипционные единицы за счет альтернативного сплайсинга

и, как следствие, два разных белка учитывается как один ген.

Характеристики

Список файлов реферата