Льюин (Левин) - Гены - 1987 (947308), страница 116
Текст из файла (страница 116)
н., который, встраиваясь в какое-то другое место (в противоположной ориентации) приводит к возникновению мутаций СЬх'. Если этот участок несет информацию, определяющую специфическое развитие соответствующего участка тела (третий, т.е. задний, грудной сегмент), то его утрата у рЬх-мутантов может привести к тому, что этот сегмент станет походить на предыдущий сегмент (второй грудной сегмент). В то же время встраивание рассматриваемого участка в сайт, расположенный на расстоянии 44 т.п.н. левее, скажется на развитии второго грудного сегмента, приводя к образованию на его месте структуры„характерной для третьего грудного сегмента. Мутации типа (7Ьх проявляются так, как будто имеют место сразу три мутации, Ьх, ЬхА и рЬх.
Д,пя большей части аллелей (ГЬх обнаруживаются цитологически выявляемые перестройки хромосомы, которые на молекулярном уровне соответствуют делециям, приводящим к удалению генетического материала разной длины в левой половине кластера. Некоторым другим мутациям 1(Ьх соответствуют делеции небольших участков в пределах данного кластера.
Нам до сих пор не ясна природа (7Ьх-мутаций, но, по-видимому, они указывают на то, что для проявления генотипа (ГЬх ' необходимо наличие всей левой половины локуса. Расположение мутаций на генетической карте, по всей вероятности, коррелирует с их воздействием на фенотип, Перемещению мутаций вдоль генного локуса слева направо, как правило, соответствуют изменения тела мухи в направлении сверху вниз. Каждый сегмент мухи отличается от предшествующего синтезом дополнительного белка, кодируемого следующим на генетической карте геном.
К сожалению, имеющаяся у нас информация относится в основном лишь к трем «грудным» покусам, тогда как большинство функций, связанных с брюшными участками, изучены плохо. Сложность покуса Ь(1Ьогах в целом можно объяснить, если предположить наличие взаимосвязи между процессами экспрессии относящихся к нему индивидуальных генов или функциями их продуктов. Хотелось бы знать, происходит ли транскрипция этих генов незавцсимо, или она каким-то образом скоординирована? Существует ли какая-нибудь регуляция функционирования локуса в целом? Какова география распределения продуктов покуса в эмбрионе? ХогсЬ (М) — дру~ой сложный локус,мутации в котором приводят к ряду явно не похожих между собой фенотипических проявлений. Х-мутанты обладают доминантным фенотипом — укороченными крыльями — в случае гетерозигот Х/+; рецессивный генотип летален, поскольку приводит к гибели гомозигот Ь(/гч'.
Х-мутации не комплементируют друг друга. В пределах покуса имеется несколько групп рецес- снвных мутаций, по-разному влияющих на фенотип. Некоторые из них нарушают формирование крыльев, другие приводят к изменениям глаз и щетинок. Все такие мутации по признаку их неспособности комплементировать М-мутации относятся к типу ХогсЬ, однако в пределах самой этой группы имеется по меньшей мере четыре группы комплементации. Локус ХогсЬ содержит единицу транскрипции, занимающую участок ДНК размером 37 т.п.н. и включающую 9 экзонов, длина которых варьирует от 130 п.н. до 7250 п.н.
Длина соответствующей РНК составляет около 11,7 т.п.н. Большинство Ж-мутаций локализуется в экзонах; некоторые рецесснвные мутации представляют собой вставки в ннтроны. Когда мы сможем охарактеризовать мутации, выяснив их действие на последовательность ДНК данного локуса, станет понятно, чем обусловлена сложная природа мутаций ХогсЬ. Сложный локус Апгеаларейа включает по меньшей мере три гомеозисных гена: ргоЬозс()хя(и (рЬ) (вместо хоботков развиваются ноги), бах соглЬз гег(исеЫ (5хг) (редуцированные половые щетинки) и Аагеааарег(кз (Аагр) (вместо антенн развиваются ноги). У некоторых таких мутантов имеются аллели, приводящие к тому, что вместо антенн развивается вторая пара ног или вместо второй и третьей пары-первая пара ног.
И опять-таки этот покус на молекулярном уровне оказывается весьма протяженным; как показано с помощью мутационного картирования этого участка, мутации охватывают область размером > 100 т.п.н. Данный покус обладает свойствами прерывисто~о гена, поскольку довольно далекие друг от друга участки представлены в непрерывных молекулах РНК существенно меньшего размера ( < 5,0 т. п.н.). Такие транскрипты все еще изучены недостаточно полно. Различия между сложными локусамн и обычными генами )3, гае)алодакгег весьма существенны.
Исследованные гены плодовой мушки в большинстве своем имеют довольно небольшие размеры; они либо не содержат интронов, либо входящие в их состав интроны невелики. Напротив, сложные покусы имеют огромные размеры, и цри сплайсинге их первичного транскрипта образуются молекулы РНК, длина которых на порядок меньше длины покуса. Почему локусы, ответственные за регуляцию процесса развития взрослого насекомого из личинки (эмбриональная стадия), отличаются от генов, кодирующих обычные белки7 Одно из возможных объяснений состоит в том, что разные способы экспрессии генов сложно~о покуса приводят к образованию неодинаковых продуктов.
Различия между этими продуктами могли бы быть обусловлены перестройками ДНК (что в настоящее время кажется маловероятным, поскольку каких-либо изменений в геноме обнаружено не было) или наличием разных способов протекания сплайсинга. Такие модели способны дать объяснение перекрывающимся, но близким способам комплементации, при которых мутации иногда затрагивают независимые гены, расположенные в пределах покуса, а иногда — гены, входящие в состав одного сложного покуса. ,экспрессию таких покусов исследовать сложно. Крайне трудно выделить молекулы РНК длиной 100 т.п.н. и, в любом случае, если сплайсинг начинается до завершения транскрипции, интактного первичного продукта транскрипции существовать не может. Молекулы РНК, в разной степени подвергнувшиеся сплайсингу, могут 264 Часть У.
Строение генома эукарнот присутствовать в клетке в довольно низких концентрациях, что затрудняет выявление индивидуальных РНК. Возможность существования связи между функциями гомеозисных генов была обнаружена в результате выявления гомологии между последовательностями гомеознсных покусов Иггаб(глогах, Апгенпарейа и влияющим на развитие сегментов покусом айза(гагаги ((Гг), мутации в котором приводят к уменьшению числа сегментов наполовину.
Каждый из таких генов экспресснруется в пределах ограниченного участка тела насекомого в процессе эмбрионального развития. Например, ()г необходим для развития каждого второго сегмента из соответствующего зачатка. Во всех таких покусах имеется участок размером 180 п.н., расположенный около бьконца транскрипционной единицы. При попарном сравнении соответствующих посдедовательностей каждого покуса степень гомологии их нуклеотидных последовательностей составляет 80;,.
Такой «гомео-бокс» представляет собой часть открытой рамки считывания, в которой изменения оснований во многих случаях происходят в третьем положении кодонов. Егце более удивительно, что ДНК-зонд гомео-бокса гибридизуется с ДНК лягушки, мыши и человека. Был клонирован ген Х. 1аепи, включающий гомео-бокс, который кодирует 55 из 60 аминокислот, кодируемых гомеобоксом покуса Ашр. Данный ген экспрессируется на ранних стадиях развития, и на нем синтезируются три транскрипта. Гены мыши и человека также содержат высококонсервативные гомео-боксы.
Какие сходные функции могут кодировать гены, участвующие в регуляции развития плодовых мушек. лягушек и млекопитающих? Возможно, продукты генов служат универсальными «инструкциями», давая приказы клетке прекратить деление, делиться быстрее нли остановиться на определенной стадии развцтия. Считают, что гомеозисные гены регулируют переключение функций в процессе развития, действуя в пределах определенных участков тела особи, возможно, кодируя белки, взаимодействующие с определенной батареей генов, продукты которых придают клеткам каждого такого участка их неповторимую индивидуальность.
Существуют ли сходные механизмы регуляции у позвоночных и бесиа" воночных, несмотря на весьма существенные различия в их организации? Удалось лн нам обнаружить универсальный механизм регуляции эмбрионального развития? Как появились прерывистые гены? Какова была исходная организация генов, имеющих в настоящее время прерывистое строение? Представляли лн собой исходные, кодируюшне белок единицы непрерывные последовательности ДНК, в которые впоследствии, в процессе их эволюционирования с образованием современной структуры, были встроены интроны? Или эти гены исходно возникли как прерывистые структуры, которые так и сохранили свое строение? В другой форме этот вопрос сводится к следующему: обусловлены ли различия между зукариотическими и прокариотическими генами приобретением интронов эукариотами или потерей интронов прокариотами? Может ли мозаичное строение гена быть отголоском происходивших ранее перестроек генов, обеспечивших создание новых белков? Предположим, что вначале в клетке присутствовал ряд отдельных последовательностей, кодируюших белки.
Один из аспектов эволюции клетки, по-видимому, состоял в изменении ор~анизации и взаимного расположения разных полипептидных единиц с целью создания новых белков. Если кодирующая белок единица представляет собой непрерывный ряд кодонов, каждая такая перестройка потребует точной рекомбинации ДНК, чтобы две единицы, кодирующие белок, располагались рядом, конец в конец, в пределах одной и той же рамки считывания.
Кроме того, неудачные комбинации приводили бы к гибели клетки вследствие утраты исходных, кодирующих белок единиц. Но если два участка ДНК, кодирующие белок, в результате неточной рекомбинации оказались бы внутри одной транскрипционной единицы, то в результате нескольких вариантов сплайсинга могло бы стать возможным объединение двух белков в единую полипептидную цепь. И если такие комбинации белков окажутся неудачными, исходные белок-кодирующие единицы сохраняются для дальнейших поисков. По существу, это позволяет клетке осуществлять регуляцию отбора делеций на уровне РНК, не подвергаясь угрозе разрушающей нестабильности, как в том случае, если бы такие преобразования происходили с ДНК.
Если существующие в настоящее время белки появились в результате создания комбинаций исходно различающихся белков, то это, по-видимому, происходило постепенно, в течение определенного периода времени, путем добавления экзонов по одному к генам, кодирующим уже существующие белки. В случае соответствия этой модели действительности возникает вопрос: можно ли в существующих в настоящее время генах выявить структуры, ранее коднровавшие различные функции, из которых сформировались современные гены? Иными словами, можно ли считать, что специфические функции существующих белков кодируются индивидуальными экзонами? В некоторых случаях действительно имеется четкая связь между структурой гена и белка.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
