Льюин (Левин) - Гены - 1987 (947308), страница 120
Текст из файла (страница 120)
Во всех случаях колебания в числе а-генов обнаруживаются довольно часто. Это подтвержлает тот факт, что неравный кроссинговер в а-кластере может быль весьма распространенным явлением. Создается впечатление, что в а-кластере неравный кроссинговер происходит чаще, чем в (3-кластере. Одна из возможных причин этого состоит в том, что интроны а-генов гораздо короче и поэтому меньше препятствуют неправильному спариванию негомологичных ~снов. Новые гены, образующиеся при р-формах талассемии р-Формы талассемии интересны во многих отношениях, в особенности тем, что многие из них могут быть обусловлены дефектами регуляции. Это дает редкую возможность исследовать экспрессию семейства генов.
Известно много тинов (34-талассемии. При некоторых формах (34-талассемии делеций не обнаруживается. Следовательно, полное отсутствие (3-цепей, может быть, повидимому, обусловлено мутациями, влияющими на транскрипцию или трансляцию. В одном случае мутация приводит к образованию нонсенс-кодона в положении 17, так что дефект проявляется на уровне трансляции. В другом случае нарушение затрагивает более раннюю стадию экспрессии гена; ядерная РНК синтезируется, но мРНК в цитоплазме отсутствует.
Причина этого-.мутация, нарушающая сплайсинг мРНК (гл. 26). Делеции, приводящие к возникновению (3а-форм талассемии, суммированы на рис. 21.5. В некоторых (редких) случаях затрагивается только ген (3-глобина. Тогда делеция охватывает участок размером бОО п.н., начиная со второго интрона и кончая 3'-фланкирующими участкамн. В других случаях деления затрагивает несколько ~снов.
Гемоглобин вшпп тероге — классический пример делеции, возникающей в результате неравного кроссинговера между генами одного'кластера. Нуклеотидные последовательности генов (3- и б-глобинов различаются только на 7%. Неравная рекомбинация приводит к делеции части ДНК, находящейся между генами; в результате гены соединяются (см. рис. 21.3). Объединенный ген обусловливает синтез одной (3-подобной цепи глобнна, состоящей 21. Структурные гены: организация родственных генов 273 6у А РРУ г ж ро ~ля~ ~ НЬ |ерохе Ъ* д-'"' Я =' 6уАуНРРН ах 6уАу НРРН 6у НРРН НЬ Кенуя ' я я 6у — г)у-!яа! урн ля~ н оюг рнс.
2Ь5 делецнн в кластере генов ~3-глобнна приводят к возникновению нескольких унион талассемии. иэ Х-концевой последовательности б-цепи и С-концевой последовательности ()-цепи. В настоящее время известно несколько типов гемоглобинов хгроге, различаюшихся тем, в какой точке последовательность б-цепи переходит в последовательность ))-цепи. Поэтому при спаривании б- и ))-генов в случае неравного кроссинговера точка ' рекомбинации точно определяет место в аминокислотной цепи, где произойдет смена б-последовательности на ))-последовательность. Явление, обратное описанному, было обнаружено в случае гемоглобина анти-х ерохе; его ген обусловливает синтез белка с )х)-концевым участком б-цепи и С-концевым участком В-епии. Такой ислившнйсял ген должен располагаться между нормальными б- и ()-генами.
В пользу предположения, что неравный кроссинговер может происходить между генами, имеюгцими меньшее сходство, свидетельствует обнаружение гемоглобина ухенуа--гемоглобина друго~о типа, образуюшегося при слиянии генов. Этот гемоглобин содержит Х-концевую последовательность Ау-гена н С-концевую последовательность ()-гена. Образование ислнвшегосяя гемоглобина, по-видимому, произошло в результате неравно~о кроссинговера между "у- и )З-генами, нуклеотидные последовательности которых различаются на 20",;;. Отсутствие и бэ и ))-цепей проявляется в двух фенотипических формах. В случае НПФГ' клинические симптомы отсутствуют; болезнь возникает, поскольку синтез гемоглобина плода (ахуу) продолжается н после стадии развития организма, когда он в норме прекращается.
В случае б)3-талассемии имеются симптомы анемии. Объясняется это следуюшими причинами: несмотря на то что экспрессия у-гена может продолжаться и во взрослом состоянии, она пронсхолит с меньшей эффективностью, чем в случае НПФГ. Обнаружено много делеций, приводящих к нарушению синтеза б- и ()-цеууей глобина. Эти делеции и соответствующие фенотипнческие проявления приведены на рис. 21.5.
Одно нз предположений, касающихся причин различий между талассемиями НПФГ и бб, состоит в том, что делеции, вызываюшие гсмоглобинопатню НПФГ, могут приводить к удалению некоторого регуляторного сайта, расположенного между у- и б-генамн, в норме отвечающего за прекращение экспрессии у-генов. НПФГ-наследстяенняя нерснстенцня фетального гемоглобина:- Прим. ряд. Аналогичное выключение может также существовать и в а-кластере. Объясняется это следующими причинами.
Если в норме экспрессия ~-гена у взрослого организма выключена, то при делецин двух н-генов выключения ~-гена не происходит. Кластеры Генов подвержены постоянным перестройкам На основе различий, существующих между кластерами генов глобина у разных млекопитающих, можно сделать вывод о том, что дупликацни, за которыми следуют (иногда) изменения генов, играли важную роль в эволюции каждого кластера. Наличие делеций при различных формах талассемии человека свидетельствует о том, что неравный кроссинговер продолжает осуществляться в обоих кластерах глобиновых генов, В результа~е каждого такого события возникают как дупликация, так и делеция. Попытаемся проследить за судьбой двух рекомбинантных покусов в популяции.
Делеции в принципе могут возникать в результате рекомбинадии между гомо- логичными последовательностями, расположенными в одной и той мое хромосоме. Это не влечет за собой соответствующей дуплнкации. Определить действительную частоту таких собьпий трудно, поскольку в результате отбора уровни содержания кластеров в популяции быстро выравниваются. Возможно, существует грубая корреляция между вероятностью осуществления неравного кроссннговера н степенью сходства генов: чем больше сходство (включая и экзоны, и интроны), тем больше вероятность неправильного спаривания. (Однако иногда неравная рекомбинация происходит не между самими генами, а между расположенными рядом повторяющимися последовательностями.) Обычно уменьшение числа генов, по-видимому, оказывается вредным и отбрасывается в процессе отбора.
Однако в некоторых популяпиях формы с делециями могут иметь некоторое преимущество; в результате частота встречаемостп этих форм будет поддерживаться на некотором невысоком уровне. Что происходит при увеличении числа копий генов? Единственные охарактеризованные примеры такого рода †поку с тремя генами а-глобина и НЬ анти-Еероге. У индивидуумов с пятью генами н-глобина (одним нормальным покусом и одним — с тремя н-генами) не про- Часть Ч1. Кластеры сходных последовательностей ДНК 274 Раалельные и- и «1 «2 . + б-кпастцзы (млекопитающие и птицы( ((1 ((2 в Щ (г ш Л ° хх:йхй Л" Г Г ° о Глобиновый Дуппикацип Транспоаицил ген-предок ыщ Единый кластер о- и Гъгенов (Хааараг ( Одна гпобиновап цепь(миноги и миксиныг щ Миоглобин (млекопитающие( Дополнительные лулликации ООО 700 000 боо 400 ЗОО 200 100 О Амфибии Млекопитающие Млекопитающие и птицы Миллионы пет Эволюционное древо ГЛОбИНОВВ1Х ГЕНОВ рпс.
21,0 Все глобнновыс (сны произошли от единого гена- предка в результате ряда дуллнквднй, транспозяцнй н мутвднй. является каких-либо изменений в синтез гемоглобина. Однако возможно, что дальнейшее увеличение числа генов (до гомозиготы по локусу с тремя генами) может оказаться вредным, поскольку буде~ приводить к нарушению баланса синтеза глобина в результате образования избыточных а-цепей. Индивидуумы с гемоглобнном анти-1.ероге помимо нормальных генов )3- и Б-глобинов имеют слившийся ген Вб.
Возможно, что дополнительная гюлипептицная цепь оказывается вредной, поскольку она препятствует сборке нормадьного гемоглобина. Таким образом, описанные изменения в числе генов, видимо, не дают таких преимуществ при отборе, которые способствовали бы их распространению в популяции. Однако в сушествуюших в настояшее время кластерах глобиновых генов у человека обнаруживается несколько дупликаций, что свидетельствует о важности этих механизмов. К функционально акшивным генам относятся два а-гена, коцируюшие один н тот же белок, довольно близкие по структуре )3- и 8-гены и два практически идентичных у-гена.
Эти сравнительно недавно возникшие независимые дупликацни сохранилнсь в популяции, не говоря уже о более давних дупликациях, которые привели к образованию различных типов генов. Другие дупликации, возможно, привели к возникновению псевцогенов или были утеряны. Известны два поразительных примера, когда попытки размножить кластеры генов путем клонирования их в клетках Е.
сой привели к повышению частоты возникновения делеций. Олин из четырех г.енов )3-глобинового кластера цыпленка было трудно выделить, поскольку при клонировании он, как правило, утрачивался, по-видимому, в результате рекомбинаций, в которых участвовали гомологичные последовательности по обе стороны от гена. В случае а-кластера человека два типа делеций, наблюдаемые при клонировании в клетках Е. сей, точно соответствуют цвум типам делеции а-()га1-2, приведенным на рис. 21.4.
Тот факт, что в бактериальной клетке происходят перестройки генома, приводящие к таким же результатам, которые наблюдаются и в природной человеческой популяции, указывает на то, что такие события— неизбежное следствие механизмов, участвующих в ре- комбинации ДИК. Таким образом, можно предполагать, что постоянно происходящие дупликации и делеции-ха- рактерное свойство всех генных кластеров.
Зная строение глобиноных ~снов у представителей различных видов, можно, наконец, проследить за эволюцией сушествуюших в настоящее время глобиновых генов от одного гена-предка. Современное представление об эволюционном происхождении генов глобина проиллюстрировано на рис. 21.6. Поскольку и у птиц, и у млекопитающих имеются раздельные кластеры генов а- и (3-глобинов, а- и )3-гены, должно быть, были физически разобщены в геноме и до цивергенции млекопитающих и птиц от их общего предка, которая, вероятно, произошла около 270 млн, лет назад. Предшествуюшая этому стадия эволюции глобииовых генов представлена их организацией у лягушки Хенорит 1аерй, где а- н )3-тень( сцеплены, располагаясь на расстоянии только около 8 т.п.н. друг от друга.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
