Айала, Кайгер - Современная генетика - т.2 (947305), страница 53
Текст из файла (страница 53)
ДНК каждого клонированного гена нз обоих кластеров транскрибируется РНК-полимеразой Н в системе транскрипции )п И1го на основе экстракта культуры опухолевых клеток человека. Это свидетельствует о том, что каждый ген представляет собой индивидуальную транскрипцнонную единицу. Более того, транскрипция ш Игго всех зародышевых, эмбриональных и зрелых генов, за исключением б-глобинового гена, происходит с сопоставимой эффективностью.
Таким образом, регуляция транскрипции глобнновых генов в ходе развития, вероятно, определяет- тлп гемоглобина и-Подобцые цепи Р-Подобные цепи Стадия развития 1т а, ча аа аа аа ца ат Эмбрвоцальвая Ы О2 Р! Р Г А А А2 еа аа уа т2 А„, йа ба ба Фетальная Взрослый организм Таблица 16.4. Субъедянцчлый состав гемоглобянов, образующихся на разлцч- ных стадиях онтогенеза у человека Б Д ю е ю 12 !а 24 30 36 42 46 Постньюньнма аоьрест !юдй\и) 6 !2 !а 24 30 36 '! 6 Дюпанмюсть пнттрнутробпого ретюпюг (юмепн! исходит наработка глобиновых цепей. и-По- добные глобиновые цепи — цветные линии; ()- подобные цепи-черные линии. (По Вгогн) И! 6., (1976).
Вг. Мет). Вп!1. 32, 282.) Кптсюр а подобают гкобн опы генов Ф! ра! а! и 2О тлл. 30 5' — ЬЗ' «чбм ! рве~ а 46|1 1 Стает Кпестер б.подобнмк пюбнновмк генон е с! дт 601 6 40 зо ю ю о, л„ од нррн тиррп к" '--- .."..". ° . 1: "с. ьмь ". э т нррн сюж тгт™тег з"-ььотл' г. н ь' '.*' тлл. 60 50 е' — + 3' ,бнин цевых участков ряда делений. Справа приве- дены данные о процентном содержании НЬГ, наблюдаемом при гетерозиготности по соответствующим делециям.
Звездочка озна- чает, что образующийся НЬГ (фетальный ге- моглобин) содержит из ().подобных цепей только цепи типа Оу, (По Мопра!и !. е! а1., !980. Аппо. Кет. Селе!о 14, !45) Рис. 16,16. Изменения в синтезе глобиновых полипептидов в ходе развития человеческого организма. Наверху указаны типы клеток и соответствующих органов, в которых про- Рис.
16Л7, Органиэация ДНК в кластерах и- подобных и б-подобных глобиновых генов. Черные сегменты-экзоны; белые †интро. Показаны также неэкспрессируемые псевдо- гены (т)г). Приведены данные о величине н локализации делеций, наблюдаемых при различных вариантах талассемии (см. в тек- сте). Заштрихованные сегменты по краям от- ражают неоднозначность в определении кон- 5 — 15 Ю -30 ю-зо 5 — 1О" !о- !з* 232 Экспрессия генетического мавериали ся дифференцированной репрессией определенных генов кластера. Если бы для транскрипции определенных глобиновых генов требовалось наличие специфических активаторов, то пришлось бы считать, что все они присутствуют в культуре опухолевых клеток.
В то же время в этой культуре клеток не наблюдается экспрессии нормальных копий генов. Отсутствие активности глобиновых генов в большинстве клеточных линий и избирательная активность лишь некоторых генов на определенных стадиях развития указывают на их репрессию, которая может достигаться, например, за счет маскирования генов в неактивных компактных участках хроматиновой структуры. Некоторые общие особенности регуляции экспрессии эукариотических генов, рассмотренные в предшествующих разделах, распространяются и на процессы регуляции гемоглобиновых генов, которые зависят от стадии развития организма.
С этой точки зрения наиболее подробно изучались кластеры куриных глобиновых генов, что связано в первую очередь с доступностью соответствующих гемоглобии-продуцирующих клеток на любой стадии развития. Установлено, что каждый из кластеров располагается в хроматиновом домене, который у гемоглобин-продуцирующих клеток более чувствителен к действию ДНКазы 1, чем у клеток других тканей. Более того, в хроматине гемоглобин-продуцирующих клеток обнаружены участки, гиперчувствительные к ДНКазе 1, расположенные перед сайтами инициации транскрипции активно транскрнбируемых глобиновых генов. В хроматине клеток тканей иного типа аналогичные участки не обнаруживаются. В гемоглобинпродуцирующих клетках взрослой особи инактивация эмбриональных глобиновых генов коррелирует с исчезновением гиперчувствительных участков, предшествуюгцих сайтам инициации транскрипции этих генов.
Наблюдается также пониженный уровень метилирования сайтов СО внутри и вблизи активно транскрибируемых последовательностей. Инактивапия эмбриональных генов, напротив, сопровождается повышением уровня метилирования соответствующих сайтов. Таким образом, имеются характерные различия в структуре хроматиновых доменов, содержащих кластеры и- и ))-подобных глобиновых генов, в клетках эмбриона и взрослого организма. Поскольку на различных стадиях развития продукция гемоглобина обеспечивается клетками определенного типа, можно полагать, что связанная с развитием регуляция глобиновых генов сопровождается поэтапным установлением в этих клетках альтернативных вариантов структуры соответствующих областей хроматина.
Безусловно, многое еще предстоит узнать о природе регуляторных молекул, ответственных за установление различных вариантов хроматнновой структуры, а также о том, на какие последовательности ДНК действуют эти регуляторные молекулы. Прн изучении кластеров глобиновых генов была обнаружена их еше одна удивительная особенность.
Оказалось, что в каждом кластере содержатся последовательности, которые гибридизуются с клонированными и- и В-глобиновыми зондами и в то же время не направляют синтеза каких-либо полипептидов. Подобные последовательности, названные псевдогенами (фа, фб-рис. 16.17), были обнаружены в ДНК целого ряда млекопитающих, как в кластерах и- и б-подобных глобиновых генов, так и в других областях генома. Псевдогены были обнаружены и при изучении других семейств эукариотических генов. У псевдогенов при сравнении с истинными (активными) генами обнаруживаются разноо- 1б.
Регуляция экспрессии генов у эукариоэп бразные небольшие изменения нуклеотидной последовательности. Многие из этих изменений непосредственно предотвращают экспрессию за счет небольших делеций или вставок, сбивающих рамку считывания и приводящих к обрыву трансляции на возникающих в рамке термина- торных кодонах. Псевдогены можно, вероятно, считать своего рода обломками, которые накапливаются в геноме в результате разного рода эволюционных процессов.
Целый ряд человеческих генетических заболеваний связан с изменениями в экспрессии генов и- и (3-подобных глобиновых кластеров. К таким заболеваниям относится талассемия, при которой наблюдается в той или иной степени выраженное нарушение баланса синтеза а- и (3- глобиновых цепеэь приводящее к анемии различной тяжести. Классификация талассемнческих заболеваний основана на том, какие из генов оказались подвержены изменениям в уровне экспрессии. В случае а-талассемии различают формы а~ и ав в зависимости от того, происходит или вовсе не происходит синтез каких-либо а-глобнновых полипептидов. Аналогичным образом в случае В-талассемии различают формы (3' и (3«.
На основании изучения множества случаев талассемии можно утверждать, что мутации, вызывающие это заболевание, могут влиять на экспрессию соответствующих генов на любом уровне, начиная от стадии инициации транскрипции и до сплайсинга трансляции мРНК и образования стабильных глобиновых цепей. Дополнительные представления о регуляции глобиновых генов в ходе развития организма удалось получить при изучении фенотипических проявлений делеций определенных генов глобиновых кластеров. Такие делецин, удаляюшие один или более генов из кластера, влияют на экспрессию в ходе разви~ия организма оставшихся генов в цис-положении. Так, две формы ав-талассемии вызываются делециями генов а! и а2 или а1, а2 и фЦ (рнс. 16.17). Гомозиготность по каждой из форм вызывает синдром, называемый водянкой плода, при котором совершенно не синтезируются а-слабины, и смерть наступает при рождении или вскоре после него.
При этом вплоть до самой смерти продолжается экспрессия Ц-глобинового гена, который в норме на этих стадиях развития совершенно перестает экспрессироваться (рис. 16.16). В то же время экспрессия (3-подобных глобиновых генов протекает без всяких изменений — вовремя происходит «выключение» е-глобинового гена и «включение» у-глобиновых генов. Известен также ряд делеций в кластере б-подобных глобиновых генов (рис. 16.!7).
Некоторые из них (хотя и не все) обусловливают постоянное присутствие и функционирование в клетке фетальных гемоглобинов (НРГН вЂ” от англ. Ьегей(агу регэйсепсе оу' ~ега( Ьетоц!оЬ(п), у взрослых гомозиготных по этому признаку людей клинические симптомы анемии отсутствуют. Фенотип НРЕН наблюдается и при гетерозиготности, что указывает на цис-действие таких делеций, предотвращающих нормальную репрессию 7-глобиновых генов у взрослого человека.
Аномальная экспрессия б-глобиновых генов сопряжена с делециями, отмеченными на рис. 16.17. Поскольку еще одна делеция (оу-~7-5(3-тапассемия-см. рис. 16.17), удаляющая только гены 5 и (3, не связана с фенотипом НРЕН, можно полагать, что для нормальной репрессии 7-глобиновых генов на определенной стадии развития необходимо наличие регуляторной последовательности, предшествующей 6- глобиновому гену. Влияние на транскрипцию отдаленных последова- Экспрессия геиетического материала тельностей проявляется и в случае делеции, показанной в нижней части рис.
1б.17 (у-)3-талассемия), при которой неповрежденная б-глобиновая транскрипционная единица оказывается тем не менее неэкспрессируемой. Как и в случае кластера а-подобных глобиновых генов, делении в ()-глобиновом кластере не оказывают влияния на нормальную, связанную с развитием регуляцию экспрессии генов друго~о кластера. Не вызывает сомнения, что существуют особые гены, ответственные за согласованную регуляцию, благодаря которой на определенных стадиях развития организма происходят согласованные изменения в экспрессии генов обоих кластеров.
Контроль экспрессии генов, основанный на перестройках ДНК В некоторых эукариотических организмах для изменения экспрессии тех или иных генов используются перестройки последовательностей в хромосомных ДНК. Такого рода хромосомные перестройки обнаружены и изучены у таких объектов, как дрожжи 5. сегеси1ае, трипаносомы (возбудители сонной болезни, переносимые мухой цеце) и В-лимфоциты животных, дифференциация которых приводит к появлению в организме множества разнообразных специфических иммуноглобулинов (так называемых антител). Такая широкая филогенетическая распространенность этого феномена привела к предположению о том, что перестройка ДНК также вовлечена в процессы регуляции экспрессии генов в ходе развития организмов. 7ипы спаривания у дрожжей Для дрожжей характерно проявление двух альтернативных вариантов экспрессии определенной группы генов, которые определяют тип спаривания (а или а) индивидуальных клеток.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
