Льюин (Левин) - Гены - 1987 (947308), страница 118
Текст из файла (страница 118)
К примерам такого рода относятся гены рРНК или гистонов 1гл. 23). Иногда для образования слегка различающихся белков, необходимых при определенных обстоятельствах, требуется меньшая степень повторяемости, Например, в эмбриональных и взрослых клетках красной крови синтезируются разные глобины, а в мышечных и немышечных клетках функционируют различные актины. Иногда смысл повторяемости неясен; например, нет видимых различий в экспрессии или функционировании дуплицированных генов инсулина у грызунов (и мы знаем, что у других млекопитающих вполне достаточно одного инсулинового тена). Множество типов глобинов Транспорт кислорода по кровяному руслу †основн жизненная функция в царстве животных †кодирует древним семейством генов.
Основной компонент эритроцита клетки †бел-тетрамер глобин, который при связывании с (железосодержащим) гемом образует гемоглобин. Для ряда организмов были исследованы гены, кодирующие полипептидные цепи глобина. Все функционально активные гены глобина имеют сходную в общих чертах структуру и включают три экзона, как было показано ранее на рис. 20.16. Мы пришли к выводу о том, что все гены глобина произошли от общего гена-предка (гл. 20).
Поэтому, проследив за развитием индивидуальных генов глобина в пределах одного вида и у представителей разных видов, можно многое узнать об общих механизмах эволюции систем генов, В клетках взрослого животного глобиновый тетрамер состоит из двух идентичных и-цепей и двух идентичных ))-цепей. Гены и- и б-глобинов кодируются независимыми генетическими покусами, экспрессия которых должна быть скоординирована таким образом, чтобы обеспечить продуцирование одинаковых количеств каждого из двух полипептидов. Таким образом, эта система представляет собой пример того, когда для поддержания определенного фенотипа клетки необходимо осуществление одновременной регуляции работы генов, расположенных в разных участках генома.
Эмбриональные эритроциты содержат тетрамеры гемоглобина, отличающиеся от гемоглобина клеток взрослого организма. Такие эмбриональные тетрамеры состоят из двух идентичных а-подобных цепей и двух идентичных 1)-подобных цепей, каждая из которых сходна с полипеппщной цепью взрослого организма и позднее заменяется на нее. Это пример генетического контроля развития, когда для обеспечения клетки разными продуктами, выполняющими одну и ту же функцию в разные его периоды, последовательно включаются и выключаются разные гены. В деталях взаимоотношения между эмбриональными и взрослыми гемоглобинами различаются у разных организмов. У человека путь к образованию взрослого гемоглобина включает три стадии (которые до сих пор до 21. Структурные гены: организация родственных генов 269 40 н 30 20 Нт ат 02 б я 0-Глабиновый кластер человека Г2 0 О тбее вг а.Гласи овыи клеатер слове в Ве прерывиать втвн (склоны ж Ген снеиввестн ~м строением обоенвтеиы темным светом) конца не изучены).
На разных стадиях развития обнаруживаются следующие типы гемоглобннов: Эмбриональные гемоглобнны (ло 8 нел развития) «2Я2 н ьтт2 н 0202 Гемоглобин плода 02т2 Гемоглобнны взрослого 0202 н 02)32 т"; и и-цепи — две се-подобнгяе цепи. а-, у-, б- и В-цепи — (3-подобные цепи. Применительно к этапам развития организма человека можно предположить наличие самого простого пути образования взрослого гемоглобина: первой синтезируется и-подобная ~-цепгн которая вскоре заменяется на саму н-цепбн Что касается пути преобразования (3-подобных цепей, то первыми синтезируются ни у-епии, которые позднее заменяются на б- и (3-цепи.
У взрослого человека 9У% все~о гемоглобина составляет гемоглобин нб(32; на долю гемоглобина и262 приходится около 2%, и примерно !",; представлен гемоглобином плода нтут. Гены глобинов организованы в виде кластеров Деление глобшювых цепей на бг- и (3-подобные обусловлено структурой глобина и организацией соответствующих генов. Все семейство (3-подобных полипептидных цепей характеризуется способностью непосредственно взаимодействовать с и-цепями.
~-Цепь относят к а-подобным на основе ее способности взаимодействовать с эмбриональными (3-подобными цепями. Оказалось, что каждый тип глобина кодируется генами, организованными в виде единого кластера. У человека и-кластер располагается в 11-й хромосоме, а (3-кластер — в 1б-й. Каждый кластер был обнаружен по способности соответствующих фрагментов генома гибридизоваться с глобиновой мРНК взрослого организма. Использование этого метода для анализа других участков ДНК позволило обнаружить новые гены; некоторые из них кодировали известные или неизвестные эмбриональные глобины, другие представляли собой нефункцнонирующне псевдогены. Строение двух кластеров глобиновых генов в геноме человека приведено на рнс.
21.1. Гены глобннов у других высших приматов по своей организации очень похожи на рассмотренные. Например, кластеры (3-глобиновых генов гориллы и павиана практически не отличаются от соответствующих кластеров человека. Все гены транскрнбируются слева направо и располагаются в порядке их экс- Рнс. 2!.). Семейства о- к р-подобных глобн- новых генов человека организованы в виде кластеров, включающих в себя функциональ- но активные гены н нсевлогены (ф). прессии в процессе развития организма: 5ьконец — гены эмбриональных гемоглобинов — гены гемоглобина плода (в р-кластере) — гены гемоглобина взросло~о — Зчконец.
Занимая участок ДНК размером более .'Ю т.п.нс )3- кластер включает в себя пять функционально активных генов-ген б, два гена у, ген б, ген р и один псевдоген. О сугдествовании функционально активных генов было известно ранее. Продукты, кодируемые двумя генами углобина, различаются только на одну аминокислоту; в глобине О в положении 136 находится глицнн, а в глобине А-алании. Более компактно организованный и-кластер занимает участок ДНК размером более 28 т.п. н. и включает в себя один активный ген им один псевдоген с„два гена а и один псевдоген и.
О существовании двух генов и, кодирующих идентичные белки, ранее предполагали на осноне генетического анализа. Два (нли более) идентичных гена, присутствующие в одной хромосоме, называются неаллельнымн копиями, Похожая в целом организация кластеров глобиновых генов обнаружена и у других позвоночных, но детали их строения и число ~снов могут различаться. Примеры организации некоторых (3-глобиновгях кластеров приведены на рис. 212. У кролика были обнаружены четыре )3-подобных гена; два гена эмбрионального гемоглобина, один псевдоген и один ген гемоглобина взрослого.
И снова функционально активные гены располагаются в порядке их экспрессии, от 5чконца к 3'-концу, У козы имеется семь ()-подобных генов глобина (не показанных на рисунке): два гена эмбриональных гемоглобинов, один ген гемоглобина плода, два гена гемоглобинов взрослых н два псевдогена. У мыши, по-видимому, имеется по меньшей мере девять (3-подобных генов глобина. К настоящему времени обнаружены семь генов. К ним относятся два ()-гена гемоглобина взрослых, причем уровень экспрессии гена (3юы"' выше, чем уровень экспрессии гена )3л™~. Нуклеотидные последовательности генов р)21 и )3)20 обладают большим сходством с последовательностями известных генов взрослых и эмбриональных гемоглобинов, так что, возможно, они эквивалентны )3-подобнгям глобиновым генам плода человека (хотя их белковые продукты до сих пор не обнаружены).
Структура гена буЗ хорошо соответствует известным эмбриональным белкам; похоже, что он может кодировать неизвестную )3-подобную эмбриональную полипептидную цепь, Для двух эмбриональных р-подобных глобинов, ау2 н аб, гены пока не обнаружены. 270 Часть з)1. Кластеры сходных последовательностей ДНК зл. и. зо 40 Псеелоге нельныи Фз гйхг Взрослый Эыйрионвльный Ве Кролли Неизвесгные еуз Вьо Вм ХВВ Мышь Взрослый В ые!Сг Взрослый Флйлог Псевлоген Вьз Курнвв Помимо пяти обнаруженных н двух необнаруженных функционально активных генов имеются два других гена, (3)гЗ и В)22, нуклеотидные последовательности которых, по-видимому, не соответствуют известным глобинам мыши и которые, возможно, представляют собой псевдо- гены.
Кластеры генов глобина могут иметь меньшпе размеры н не содержать псевдогенов. Кластер )3-глобиновых генов цыпленка имеет в длину менее !4 т. п, и. и, по-видимому, включает только четыре функционально активных !3-подобных гена. Два эмбриональных гена располагаются снаружи, а два взрослых-внутри, так что между порядком экспрессии гена и его расположением корреляции нет. В результате анализа таких кластеров генов был сделан важный вывод общего характера. В семейство генов может входить большее число членов (как функционально активных, так и неактивных), чем можно предположить на основе анализа соответствующих белков. Дополнительные функционирующие гены могут либо представлять собой дуплнкации, кодирующие идентичные белки, либо быть сходными с генами для известных белков, хотя и отличаясь от них. Возможно, что эти гены экспрессируются в течение короткого времени или уровень нх экспрессии низок.
Для псевдогенов характерна различная степень родства с функционально активными генами, н их можно изучать только на уровне нуклеотидной последовательности ДНК. Принимая это во внимание, нельзя считать, что обнаружены все члены кластера, пока не будут тщательно исследованы фланкирующце области, прилегающие к крайним членам кластера. Все яи гены глобина входят в состав кластеров? В каждом геноме все активные гены глобина относятся к пи (3-кластерам, иногда вместе с псевдогенами.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
