Айала, Кайгер - Современная генетика - т.2 (947305), страница 54
Текст из файла (страница 54)
Гаплоидные а-клетки способны узнавать и сливаться с гаплоидными а-клетками с образованием диплоидов (а7а). Диплоидные клетки могут расти в виде диплоидов или при голодании подвергаться мейозу с образованием гаплоидных спор с типами спаривания а нлн ю. Прн мейозе маркеры а и и расщепляются как аллельные варианты по локусу типа спаривания, который картируется в хромосоме 111. Прорастание гаплоидной споры любого типа сопровождается делением клеток за счет почкования. После первого отпочкования клетка приобретает способность к переключению типа спаривания на противоположный как для себя самой, так и для следующей дочерней клетки в ходе второго деления.
Таким образом, при каждом последующем делении происходит подобное переключение с частотой около 80;м что приводит к появлению диплоидного потомства гаплоидной споры (рис. 1б.!8). Возникает вопрос, каким образом в гаплоидной споре, несущей определенный аллель типа спаривания (а или а), может проявляться генетическая информация, характерная для аллеля альтернативного типа спаривания (а или а соответственно). Детальный генетический анализ эхей проблемы позволил сформулировать так называемую кассетпую 235 1б. Регуляция экспрессии генов у эукириот клинике клер (днллелдюлнае) елерннеюел) Рис.
(6Л8. Процесс почколания, сля- почкодавшаяся клетка с исходным заниый с переключением типа спари- типом спаривания ие может измелания у дрожжей. Показано созрела- нить его, прежде чем сама впервые ние гаплоидной споры с типом спа- ие подвергнется почкованию. В данридания а. После первого отпочкола- иом случае такая возможность ие усния материнская а-клетка приобре- делает реализоваться, поскольку протает способность к переключению исходит слияние и диплоидизапия своего типа спаривания и типа спа- клеток с различным типом слариварилания дочерней клетки, возникаю- иид.
шей при втором отпочковании. От- Слерененле Первое Варне леекннаще Слнлнне (еаюенд) ллекенеющ (юреклщеала «щщ клещи модель интерконверсии типов спаривания. Согласно этой модели, в каждой дрожжевой клетке содержатся локусы обоих типов спаривания в виде молчащих копий (а и а), а также локус какого-то одного типа в виде экспрессируемой копии, которая и определяет наблюдаемый тип спаривания (и или а).
Считают, что переключение типа спаривания представляет собой перенос (транспозицию) генетической информации от одного из молчащих покусов к локусу, собственно и определяющему проявляемый тип спаривания, который сопровождается удалением той информации, которая до этого содержалась в локусе типа спаривания. Процесс переключения контролируется продуктом гена НО, мутации которого блокируют процесс переключения. Использование методов работы с рекомбинантными ДНК позволило довольно быстро подтвердить справедливость кассетной модели. В настоящее время известна структурная организация ДНК как в истинном локусе типа спаривания (МАТ), так и в области молчащих копий (НМ1гх и ИМКа). Все они расположены на хромосоме П1 (рис.
!6.19). Хромосомы двух альтернативных типов спаривания различаются лишь небольшим негомологичным сегментом ДНК, обозначенным г'. Протяженность ха-642 п.н., а протяженность Уи-747 п.н. Для обоих типов спаривания характерно наличие трех одинаковых участков последовательности-%, Х и г.. В соответствующих молчащих копиях, содержащих последовательность т'а или т'е, также содержатся все или по крайней мере некоторые из этих общих участков последовательности (рис. 16.19).
Процесс переключения представляет собой замену последовательностей х'а (или Уи), а также общих последовательностей, присутствующих в локусе МАТ, на соответствующие последовательности одного из молчащих локусов. Реализация различных вариантов экспрессии определенных генов в случае а- или а-клеток обусловлена образованием различных РНК- транскриптов в зависимости от типа последовательности т', присутствующей в локусе МАТ и содержащей область инициации транскрипции.
Характерно, что инициация транскрипции происходит только в области последовательности У, входящей в состав локуса МАТ, и не происходит на соответствующих последовательностях в локусах НМКа н НМ).и, что, вероятно, отражает различия в структуре хроматина в ло- Экспрессия генетического материала 256 а2 а1 ямс МЛ Га ини а, , 'нмк 2,5 там. 180 та.н 2,5 тл.н.
150 тл.н. 1А тли Рнс. 16.19. Организация ДНК в лакунах НМ1.«, НМйа и МАТ на хромосоме 111 5. сегена!ае. Тип спаривания определяется генами, транскрипция которых инициируется в локусе МАТ с последовательностью Уа нян Уи, В яокусах НМ1л и НМДа транскрипция этих генов подавляется продуктами генов 51Я. (По тчшнтуг)т К, Аа 1982. Аппо. Кеи Оеве1а 16, 439.) кусе МАТИ в покусах НМТ.И НМН. Для подавления транскрипции с У- последовательностей, расположенных в покусах НМ1.и НМК необходима экспрессия четырех генов 51Я, Считают, что продукты этих генов, взаимодействуя с сайтами, расположенными рядом с областями НМС и НМН, индуцируют образование компактной хроматиновой структуры, которая в свою очередь препятствует действию РНК-полимеразы. В то же время продукты генов ЯЯ не действуют на покус МАТ, что открывает возможность инициации транскрипции на расположенной в этом локусе последовательности У.
Направленность переноса информации от НМЕ.или НМ(( к МАТ, но не в обратном направлении, возможно, также обусловлена меньшей компахтностью структуры хроматина в области МАТ. Полагают, что ген НО кодирует эндонуклеазу, вносящую двуцепочечный разрыв между последовательностями У и У. Такой разрыв может возникать только в области МАТ и не возникает в идентичных последовательностях, локализованных в рамках НМ( и НМН. С образования двуцепочечного разрыва, вероятно, начинается собственно процесс переключения, в основе которого может находиться механизм, сходный с механизмом мейотической рекомбинации в рамках модели «двуцепочечный разрыв— репарация» (см.
гл. 14). При деграцации участка У в области МАТ может возникать брешь, репарируемая за счет генной конверсии при участии последовательностей НМЬ или НМЯ. Белки клеточной понеркности у трипаносомы В клетках трипаносомы могут происходить перестройки ДНК, которые обеспечивают альтернативную экспрессию индивидуальных представителей большого семейства генов, кодируюшнх различные варианты поверхностных гликопротеинов (ЧЯтэ).
Любая клетка трипаносомы в каждый данный момент времени продуцирует только один из вариантов ЧВО. Поверхность клетки покрывают от 5 до !0 миллионов молекул ЧВО, которые предотвращают контакт иммунной системы организ- 237 16. Регуляция экспрессии генов у эукариот ма хозяина со всеми остальными белками трипаносомы, которые были бы расценены ею как чужеродные. Прежде чем хозяйский организм успевает выработать эффективный иммунный ответ против данного варианта ЧБС-антитела, экспрессированного на поверхности потомства инфицирующей клетки трипаносомы, в индивидуальной клетке происходит переключение на продукцию нового варианта ЧЗСт.
Таким образом, в ходе инфекции реализуется переключение на все новые отличные варианты ЧЯО с частотой, достаточной, чтобы противостоять очередным попыткам хозяина выработать эффективный иммунный ответ. Исход этой конкурентной борьбы для организма-хозяина часто оказывается фатальным. С помощью методов работы с рекомбинантными ДНК удалось установить, что в геноме трнпаносомы содержится более 100 генов, кодирующих различные варианты ЧЬСх Экспрессия данного гена е'56 достигается за счет его дупликации и транспозицин копии гена а область экспресснонного центра, расположенного на другом участке генома. Переключение на экспрессию нового гена $'50 сопровождается удалением из области экспрессионного центра прежде находившейся там копии гена $'5б.
Считают, что в экспрессионном центре находится промотор, способный направлять транскрипцию встроившейся очередной копии гена 1сво. Такой способ организации существенно отличае~ экспрессионный центр трипаносомы от локуса МАТ дрожжей. В случае переключения типа спаривания у дрожжей промоторные участки содержатся непосредственно в рамках перемещающихся последовательностей Уа и Усе В то же время, как и в случае дрожжевого локуса МАТ, экспрессионный центр трипаносомы располагается в области хроматина, более чувствительной к ДНКазе 1, чем участки хроматиновой структуры, содержащие неэкспрессируемые гены е'ЯСл.
Интересно, что выработавшаяся у трипаносом система преодоления иммунного ответа хозяина, как будет видно из дальнейшего, механистически очень напоминает саму систему иммунного ответа. Иммуноглобулиновые гены Третий и наиболее сложный пример процессов перестройки ДНК связан с организацией иммунной системы млекопитающих и других высших позвоночных. Направленность эволюционного развития иммунной системы определялась необходимостью противостоять инфекции и удалять из организма собственные дефектные клетки, которые могут оказаться раковыми. Иммунная система млекопитающих обладает способностью продуцировать по крайней мере 10в антител с различной специфичностью.
Такое разнообразие антител вполне достаточно для того, чтобы обеспечить специфический иммунный ответ по отношению к любой чужеродной молекуле (антигену). Характерно, что антитела к синтетическим антигенам, которые никак не могли фигурировать в эволюционной истории организма, вырабатываются им столь же эффективно, что и антитела к обычным природным антигенам. Антитела продуцируются в крови клетками В-лимфоцитов. Каждый из миллионов покоящихся В-лимфоцитов способен специфически распознавать одну определенную антигенную детерминанту, которая может быть представлена в составе чужеродной молекулы. Присутствие чужеродного 23с) Экспрессия генетического материала Таблица 16.5.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
