Айала, Кайгер - Современная генетика - т.2 (947305), страница 36
Текст из файла (страница 36)
ТпЗ несет еще две функции, потеря которых может быть скомпенсирована за счет комплементации, что позволяет отнести эти функции к действию определенных белков, кодируемых ТпЗ. Один из этих белков, продукт гена гпрА, необходим для осуществления всех транспозиционных процессов. Другой, кодируемый геном гцрй, дей- Е рпс. 14.!6. Виды хромосомных перестроек, связанных с перемещением внедряюшихся 1Б-элементов и транспозоиов.
Считается, что процесс точного вырезаняя пе связан непосредственно с транспозпцисй, однако для полноты хартины оп включен в общий список. Экспрессия генетического материал~ 160 38 1000 зооо ЗО0О 4000 Зв !я — „~о) тр й (400 п.нф что сопровождается репре< сией транскрипции генов трА и трй, а также может участвова и. в сайт-спецнфической рекомбинации между двумя областями !88.
Нумерация — в нуклеотидных парах, начиная с левого конца транспозова. Рнс. 14.17. Генетическая организация транспозона Тп3. На концах поме- чены инвертированные повторы про- тяженностью по 38 п.н. Тп3 коди- рует три белка; показано направле- ние транскрипции соответствующих генов. Белок, продукт гена спрй, связывается с областью 188 ствует как репрессор гена спрА и своего собственного гена и играет со ответственно важную роль в регуляции транспозиции. Регуляторна роль белка спрй подтверждается тем, что мутации в соответствующе! гене приводят к повышению частоты транспозиции (приблизительн~ в 1000 раз) благодаря дерепрессии гена спрА.
Ферментативная функци белка спрК заключается в разрешении промежуточных структур, возни кающих в ходе транспозиции. Возникновение коинтегратов является не обходимым промежуточньсм этапом во всех трацспозиционпых процес сах, характерных для ТпЗ и 78 (см. рис. 14.16). Продукт гена спрК, ил~ резолваза (от англ. со гесо(ие — разрешать), как у ТпЗ, так и у 78 направ ляет сайт-специфическую рекомбипацию между двумя копиями транс позона по «внутреннему центру разрешениян (1КБ — спсегпа1 геьа1ибо ейе), расположенному между генами спрА и спрК (рис.
14.17). В облает 1КБ содержатся также сайты связывания резолвазы, как репрессорс подавляющего транскрипцию генов спрА и спрК. Перемещающийся элемент 78 по структурно-функциональной орга ннзации очень схож с Тп3 и несет точно такой же ген спрК, что указы вает на близкое родство этих элементов. Предполагаемый механизм транспозиции ТпЗ, учитывающий рол промежуточного коинтеграта, представлен на рис.
!4.18. Предполагает ся, что одноцепочечные разрывы возникают в комплементарных цепя ДНК на обоих концах транспозона. В комплементарных цепях ДНК мишени также образуются разрывы, отделенные друг от друга опредс ленным числом нуклеотидных пар, которые по окончании транспозици окажутся дуплицированными и расположенными по обе стороны о встроившегося транспозона (см.
табл. 8.! и 8.2). В области разрыва концы транспозона соединяются с выступающими концами разрыв ДНК-мишени. При этом образуются две «вилкип со свободными 3'-ОН группами, которые могут выступать в роли затравок для репликацис Образовавшиеся структуры очень напоминают обычные репликативны вилки, участвующие в полуконсервативной репликации бактериально хромосомы. В обеих вилках начинается репликация транспозона, прс должающаяся вплоть до момента во~речи двух вилок н завершения рс пликации ДНК встраиваемого элемента.
При этом, как уже упомина лось, образуются две копии транспозона; одна-в исходном положенис другая — встроенная в структуру ДНК-мишени. Эта репликаци сопровождается дупликацией небольшого участка ДНК-мишени, копи которого в результате оказываются расположенными по обе сторонс от встроенного транспозона, Транспознцня проходит через стадис Ссецнненве вышушюшнх концов 14.
Рекомбинации Рис. 14.18. Модель транспозиции Тп3 и других подвижных элементов, обладаю- щих системой сайт-спе- цифической рекомбина- ции. Транспозиция с одного репликона на другой происходит че- рез образование коин- теграта и слияние ре- пликонов. Заметьте, что происходит дупли- кация участка ДНК- мишени, две копии ко- торого оказываются расположенными по обе стороны от встроившегося транс- позона. (По Яар1го Ут 1979. Ргос. 1чза~.
Асаб, Ясй 1)БА, 76, 1933.) Обрззовэнне ошюцеююных разрывов с «зжюто конца тпэ 1У Он.концы показаны острнлмн стрелокз Образованнс апноцелочечлых разрывов с обонх коююз мишени (у он.конам показаны острнпмн стрелок ) юшииебйб~йя тпз Сарюопышфнческае рекомбннэцвв в обл зсты! Кя Пслтконсерватнвнэв реплвкацнл с нсполазовавнем в качестве вагранок 3:Он-концов прпвопнт к обраюванню коннтетрата Экспрессия генетического материало образования коинтеграта. Если точка начала репликации и сайт инте грации находятся на различных репликонах, то образование коинтегра та приводит к слиянию двух репликонов, содержащих по одной копн| перемещающегося элемента на каждом из стыков. В дальнейшем проис ходит разрешение коинтеграта за счет сайт-специфической рекомбина цин между двумя копиями транспозона по области 1КБ.
Процесс сайт-специфнческого внесения одноцепочечного разрыв, и соединения одного из концов этого разрыва с другой нуклеотидно~ цепью, постулируемый в рамках модели на рис. 14.18, удавалось дей ствительно наблюдать на примере репликации одноцепочечного фаг фХ174. Показано, что белок сЬА, ковалентно связанный с 5'-фосфатно1 группой специфически надрезанного участка оН, направляет реакция взаимодействия этой группы с Законцом соответствующего участка на вообразованной цепи. Таким образом, возникает ковалентно замкнуто одноцепочечное кольцо (см, гл. !3). В рамках рассмотренной модел удается удовлетворительно интерпретировать структурные изменени~ связанные с транспозицией Тп3, уб и других перемещающихся элемен тов, вызывающих образование 5-нуклеотидных повторов в ДНК-мв шени и обладающих 1КБ-рекомбинационной системой разрешени коннтегратов.
В то же время реальный механизм транспозиции, в чаат ности порядок осуществления этапов, показанных на рис. 14.!8, еше н установлен. Подвижные элементы другого типа, и в первую очеред элементы, транспозиция которых сопровождается возникновением 9-ну клеотидных повторов в ДНК-мишени, аналогичной системой рекоь бинации 1КБ-последовательностей не обладают и могут перемещатьс без образования коинтегратов.
Еще одно характерное свойство перемещающихся генетических элг ментов заключается в их способности к точному вырезанию и удалг нию из хромосомы, с восстановлением в ней исходной нуклеотидно последовательности. Считают, что точное вырезание происходит нез висимо от каких бы то ни было функций, связанных с механизма~ транспозиции. Этот процесс также не зависит от гена гееА Е. сод, одн' ко, безусловно, связан с определенными генетическими функциями хг зяйской клетки. Мутации в генах гесС, тигН, тигЕ и тигЯ Е, аой (сь гл. 13) увеличивают частоту вырезания, а мутации в гене л!тА препя ствуют вырезанию. Процесс точного вырезания, вероятно, связан с о! меном между последовательностями прямых или инвертированных пг атаров, расположенных на концах перемещающихся генетических эл~ ментов.
Общая картина метаболизма ДНК Первоначальные взгляды на структуру ДНК были главным образом о~ нованы на представлении о доататочно жесткой двойной спирали, в кг торой система водородных связей между комплементарными основ пнями прочно связывает между собой спирализованные сахарофо~ фатные остовы обеих цепей. Дополнительную прочность молекула ДНК придают взаимодействия гидрофобной природы, так называемь 14.
Рекозгбинация стэкинг-взаимодействия, между соседними парами оснований. Жесткость структуры ДНК гарантирует надежность хранения наследственной информации, закодированной в последовательности оснований. Однако открытие Х-формы ДНК, а также установление способности определенных участков ДНК легко переходить из В-формы в Х-форму продемонстрировали ограниченность представлений о совершенно монотонной жесткой структуре ДНК. Следует признать, что ДНК скорее присуща мобильность структуры, способность к спонтанному изменению конформации в довольно широких пределах.
Изучение метаболизма ДНК, поначалу направленное в основном на уточнение деталей механизма полуконсервативной репликации, позволило обнаружить необычайное множество ферментов и других белков, придающих молекулам ДНК 1п качо еще большую структурно-функциональную мобильность. На сегодняшний день ясно, что сохранность закодированной в ДНК информации, предназначенной для передачи последующим поколениям, обеспечивается скорее за счет активного метаболизма, нежели просто за счет стабильности, присущей самой структуре ДНК.
В этом метаболизме активную роль играют комплементарные взаимодействия между основаниями. Феномен комплементарности обеспечивает такие процессы, как полуконсервативная репликация, контроль точности считывания, исправление ошибок и репарация повреждений структуры, возникающих под действием различных факторов окружающей среды. Комплементарные взаимодействия играют также важнейшую роль в процессах обшей и сайт-специфической рекомбинации. И в то же время их влияние на различные аспекты метаболизма ДНК не является абсолютным. Так, в случае особенно сильных повреждений ДНК действие репарационной БОБ-системы может направляться по пути поддержания общей целостности хромосомы, даже в ущерб требованиям принципа комплементарности, и таким образом приводить к закреплению некоторых мутационных изменений.
Участие белка КесА Е.сой как в общей рекомбинации, так и в активации репарационного действия БОБ-системы является поистине удивительным примером эволюционного «нововведения». связующего воедино два различных аспекта метаболизма ДНК. С другой стороны, подвижные генетические элементы, ретровирусы и другие молекулярные системы, функционирование которых основано на незаконной рекомбинации, располагают ферментативным аппаратом, который позволяет им действовать как бы независимо от принципа комплементарности, обычно играющего ключевую роль в процессах метаболизма ДНК. Функциональные особенности этих элементов дают им возможность направлять рекомбинацию между негомологичными последовательностями. Подвижные элементы широко распространены как у прокариот, так и у эукариот, что указывает на определенные эволюционные преимушества, вероятно связанные именно со способностью к такого рода рекомбинационным процессам, которую эти элементы придают содержащим их последовательностям ДНК.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
