Льюин (Левин) - Гены - 1987 (947308), страница 111
Текст из файла (страница 111)
Промежуточные последовательности должны быть удалены до трансляции (или до того, как прерывистые предшественники рРНК нли тРНК смогут осуществить свои функции). Они присутствуют в первичном транскрипте, но отсутствуют в зрелом РНК-продукте. Процесс удаления промежуточных последовательное~ей носит название сплайсинга РНК. Суть сплайсинга состоит в постепенном удалении всех промежуточных последовательностей из первичного продукта транскрипции со сшиванием концов участков РНК, находящихся по обе стороны от интрона, с образованием ковалентно-непрерывной РНК. Это показано на рис, 20.15.
Механизм сплайсинга РНК будет обсужден в гл. 26. Некоторые прерывистые гены имеют только один или все~о несколько интронов. Пример хорошо изученного строения прерывистых генов — строение глобиновых генов (гл. 21). Два основных вида глобиновых генов, а и (3, имеют общий тип структуры, при котором два интрона занимают постоянные положения относительно кодирующей последовательности. Для )3-глобнновых генов млекопитающих характерно постоянство их строения, проиллюстрированное на рис. 20.16.
В полипептидной цепи )3-глобина мыши, состоящей из 146 аминокислот, ннтроны расположены между кодонами, занимающими положения 30)31 и 105/106. Для всех известных активных генов глобина, включая гены ряда млекопитающих, птиц и лягушки, интроны занимают одни и те же положения. Первый инт.рон всегда довольно короткий, второй обычно имеет большую длину, но абсолютные длины нн1ронов могут различаться. Большая часть различий в общей длине разных глобиновых генов обусловлена различиями в длине второго ннтрона. У мыши длина второго интрона и-глобинового Зкмл 1 Нитрон! Зкзон2 Длина, п.
н. 142-145 116-130 222 Соотее меум бонмранслируемай области + +ам нокислатам 1-50 Рис. 20.15. Все фУнкциониРующие глобиновые гены имеют прерывистое строение я содержат трв экзонб. Размеры участков го- Зизак Н эран Экэан Рнс. 2045, Нрорынястый гон состоит из чередующихся экзонов и интронов.
Интровы удаляются прн салайсянге РНК-тран- скрвпта, в результате чего образуется мРНК, состоящая только из последовательностей, комвлементарных экзонам. гена составляет только 150 и. но поэтому общая длина гена равняется 850 п.н. по сравнению с 1382 п.н. )3-глобинового гена. Таким образом, различия в длинах генов превышают различия в длинах мРНК (длина а-глобииовой мРНК вЂ” 585 нуклеотидов, (3-глобиновой мРНК-620 нуклеотидов). Центральный экзон каждого из этих генов имеет постоянную длину, поэтому различия в длинах мРНК-следствие различий в длинах первого и третьего экзонов. Это вызвано главным образом различиями в длинах нетранслируемых участков (лидерных и концевых).
Другие гены могут иметь большее количество интронов. Два примера приведены на рис. 20.17. Гены овальбумина и ко>шльбумина курицы содержат соответственно 8 и 17 экзоиов. В результате суммарные длины этих генов составляют 7500 н 10000 п.н. по сравнению с длинами соответствующих им мРНК, равными 1859 и 2500 нуклеотидных оснований. (В этом и в других случаях мы определяем размер структурного гена как расстояние в геноме между точками, соответствующими 5'- и 3'-концевым основаниям мРНК. Известно, что транскрипция, по всей вероятности, начинается с места расположения 5'-конца мРНК; однако окончательно не установлено, заканчивается ли она в месте, соответствующем 3'-концу, мРНК, или этот конец образуется прн расщеплснии более длинного предше- на, указанные на рвсунке, относятся к 13-глобиновым генам млекопитающих.
1 Часть Ч. Строение генома эукариот Сурукуурный уе 1500 л.н б ыкщнод: общин длина 1559 -.и ш" ь Оиллибуынн Конлллбуыин 1ПЮ л Н роны Экло ы 1?дклонои; общин донни 95190 структурный лн10000 лн ственника. В последнем случае ген будет иметь больший размер и включать дополнительные последовательности правее 3'-конца мРНК.) Существуют гены, имеющие как большую длину, так и большую степень мозаичности по сравненшо с приведенными примерами. В соответствии с имеющимися в настоящее время даннымн эти параметры достигают предельных значений в случае зенов дигидрофолят-редуктазы (ДГФР) мыши л и-коллагена цыпленка.
Ген ДГФР мыши включает б экзонов, соответствующих мРНК длиной 2000 нуклеотцдных оснований. Но весь ген занимает участок ДНК размером более 31 000 п. н. ДНК. В данном случае интроны имеют чрезвычайно больпзую длину. Ген проых2-коллагена цыпленка разделен более чем на 50 экзонов, каждый из которых довольно короткий. Размеры охарактеризованных экзонов колеблются от 45 до 249 п.н. Одни интроны имеют небольшую длину, сравнимую с длиной экзонов, но другие существенно длиннее. В результате общая длина экзонов — около 5000 п.н.-рассеяна в пределах участка генома размером 40000 и. н.
Таким образом, для некоторых эукариотических структурных генов экзоны составляют лишь небольшую часть их общей длины. Эти данные в сочетании с данными о небольших размерах экзонов дают представление о гене как о группе коротких экзонов, разбросанных по большому участку генома, который (возможно) выполняет всего лишь функцию поддержания целостности структурно~о гена. На карте таких генов их экзоны выгляцят как прерывающие интроны участки, а не наоборот. Это ясно из рис. 20.17.
Мно~ие гены должны быть как бы старательно собраны путем соединения множества коротких экзонов, расположенных на значительных расстояниях друг от друга. Из имеющихся в настоящее время данных нельзя сделать четкого заключения о том, что составляет ббльшую часть генома (экзоны или интроны), но ясно, что мозаичное строение гена позволяет приблизиться к объяснению того факта, что в мРНК представлена небольшая часть ДНК. Насколько приблизиться — покажет время. Мы уже высказывали сомнение в том, что эти данные позволят решить проблему выяснения всех функций, осуществляемых ДНК. Интроны генов, кодирующих рРНК и ТРНК В ряде случаев в составе генов, кодирующих высокомолекулярные РНК, имеются интроны. Прерванные рибосомные гены были впервые обнаружены у Р.
те(аподабгег, у которой около двух третей ~снов, кодирующих 28о-рРНК, прерываются последовательностью длиной 5000 п.н. (Гены, кодирующие рРНК, все~да при- Рнс. 20.! 7. Масштабные карты двух генов курицы показывают, что экзоны в основном представляют собой участки сравнительно небольшого размера (порядка 100 и. и.), связанные существенно более длинными ннтронамн (хотя некоторые экзоны также имеют довольно болыпую длину).
сутствуют во множестве копий, обычно идентичных; см. гл. 24.) Но поскольку осз.авшаяся треть не имеет прерывистого строения и поскольку, по-видимому, прерывистые гены не используются для синтеза рРНК, сохраняется возможность того, что это поврежденные нефункционирующие гены. Действительно, их интрон может представлять собой вставку в генах, имевших ранее непрерывное строение (гл. 37). Однако для некоторых низших эукариот все копии генов, кодирующих высокомолекулярную рРНК, являются прерванными. К ним относятся гены Тетайутепа р)дтеп)оба (жгутиковые водоросли) и РЬузагшп ро!усер)за!пт (слизистые грибы). Таким образом, строение этих генов аналогично строению неповторяющихся ядерных генов, когда для получения активного продукта гена при сплайсинге должен быть удален интрон.
Однако в клетках других низших эукариот, таких, как С. Сегеозб)ае (дрожжи) и О. 5Ъсой(сит (слизистые грибы), гены рРНК не прерываются. В митохондриях 5. серее!51ае, )у? срама (грибы) и в хлоропластах С. ге!п)шгб)!1 (водоросли) опять- таки ген высокомолекулярной рРНК прерывается, но он не прерывается в геноме митохондрий и хлоропластов другггх видов организмов. По-видимому, не существует определенных правил распределения в геноме прерывистых и непрерывистых генов рРНК. Однако почти во всех случаях, кроме одного, у них имеется только один интрон.
Он всегда расположен на расстоянии, составляющем около двух третей длины гена от его начала. (Длина молекулы рРНК колеблется от 3000 до 4000 нуклеотндных оснований.) Может ли такое расположение совпадать для столь сильно различающихся организмов? Гены, кодирующие низкомолекулярные рРНК, не прерываются. Имеется два случая полиморфизма в плане наличия интрона; некоторые штаммы организма имеют прерывистый ген для рРНК; в других штаммах ген не прерывается.
Это наблюдается для ядерных генов Т. рудтептоба и митохондриальных генов 5. сегеляае, Ни в одном случае не наблюдается различий в функционировании гена. Сосуществование двух форм гена позволяет предположить, что цитрон не является ни необходимым, ни вредным для работы гена. Интроны были обнаружены в ядерных генах тРНК дрожжей. Интересная особенность в этом случае состоит в том, что интрон всегда занимает одно и то же относительное положение, располагаясь в начале петли антикодона. Это позволяет содержащим интрон предшественникам тРНК принимать конформацию, при которой антикодон спарен с частью интрона.
Это может иметь отношение к механизму снлайсинга (см. рис, 26.1). Длина интронов разных генов тРНК колеблется в широких пределах: от такой небольшой величины. как 14 п.нн до 4б п.н. И все-таки наличие интронов не является основной чертой генов дрожжевой ядерной 255 20. Структурные гены: внутренняя организация Ее ан ~ее :йасг сйяа Ета Последовательность мРНК Геномнал лоследоваеельносгь наемом медам н тРНК, поскольку некоторые гены тРНК не относятся к числу прерывистых. Ряд членов семейства генов тРНК могут иметь прерывистое строение, в то время как дру- гие, родственные им гены являются непрерывными.
Интроны — неповторяющиеся и быстро эволюционирующие компоненты генома Используя фрагменты рестрикции, соответствующие определенным участкам структурно~о гена, можно определить, имеют ли они сходство с другими нуклеотндными последовательностями генома. Клоннрованный рестрикт может быть использован в качестве зонда црн гибридизации со всей ДНК генома для определения частоты его повторяемости или для обнаружения соответствующей последовательности в наборе рестриктов. Для этого можно использовать фрагменты, представляющие как экзоны, так и интроны. Часто оказывается, что экзоны одного гена сходны с экзонами друго~о, н при использовании данного экзона в качестве зонда обнаруживаются фрагменты, входящие в состав другого гена или генов.
На основе этих данных возникает предположение о том, что такие гены возникли в результате дупликации общего гена-предка, в копиях которого затем произошло накопление мутаций. Обычно интроны не имеют сходства с другими последовательностями. А когда два гена имеют сходные экзоны, их интроны, по-видимому, обладают меньшим сходством„чем экзоны.
Это означает, что, в то время как экзоны осуществляют жесткую функцию кодирования определенной аминокислотной последовательности, интроны ее не кодируют и поэтому в них может накапливаться больше мутаций. Таким образом, в рамках первоначального представления о неповторяющейся ДНК как состоящей из уникальных последовательностей генома это свойство более всего связано с наличием интронов. Задаваясь вопросом, являются лн структурные гены нецовторяющимися, мы, следовательно, видим, что ответ неоднозначен: геи как таковой в целом может быть уникальным, но его экзоны иногда имеют сходе~во с экзонамн других генов.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
