Льюин (Левин) - Гены - 1987 (947308), страница 123

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 123)

Такое явление называют закреплением в результате кроссвиговера; оно обсуждается при описании эволюции сателлнтной ДНК в гл. 24. Мы можем определить рамки действия описанных механизмов, сравнивая нуклеотидные последовательности дуплицировавшихся генов. Если эти последовательности подвергались сопряженной эволюции, мы не увидим накопления замен в молчащих сайтах (поскольку процесс «гомогенизации» касается их в той же степени, как и сайтов замещения).

Известно, что механизм, обеспечивающий «гомогенизацию» последовательностей, не обязательно распространяется за пределы гена, поскольку в некоторых случаях дуплицировавшиеся гены имеют совершенно разные фланкирующие последовательности. Действительно, можно увидеть, что границы концов «гомогенизированных» последовательностей резко выделяются. Кроме того, необходимо помнить, что наличие таких механизмов может обесценить определение хода эволюции таких генов на основании их диввргенции, поскольку дивергенция свидетельствует только а времени, прошедшем с момента последнего события гомагенизации,'регенерации, а не исходной дупликации генов.

Псевдогены — тупики эволюции Псевдогены называются так потому, что они содержат нуклеотидные последовательности, сходные с последовательностями функционально активных генов, но не могут экспрессироваться с образованием функционально активного белка. Некоторые псевдогены имеют в целом такую же структуру, как и функционально активные гены, с обычным расположением последовательностей, соответствующих экзонам и интронам. Они становятся неактивными в результате мутаций, нарушающих одну или все стадии экспрессии гена.

Эти изменения могут проявляться в виде нарушения инициирования транскрипции, препятствовать осуществлению сплайсинга на границах экзон — ннтрон или приводить к преждевременному терминированию трансляции. Обычно псевдоген несет несколько вредных мутаций, вероятно, потому, что ген, однажды перестав быть активным, стал объектом для дальнейшего накопления мутаций. Такие псевдогены были обнаружены во многих системах генов, включая гены глобинов, иммуноглобулинов, антигенов гистосовместимости и т.д.

Типичный пример псевдогена — псевдоген кролика фб2 с обычной организацией экзонов и интронов, по строению близкий к функционально активному гену Д1. Но в кодоне 20 псевдогена фб2 имеется делеция одной пары нуклеотидных оснований, вызывающая сдвиг рамки считывания, из-за которого трансляция терминируется вскоре после ее начала. В результате точковых мутаций оказались измененными несколько расположенных правее кодонов, кодирующих аминокислоты, имеющиеся во всех (3-глобинах. Ни один из двух интронов псевдогена ф~)2 не сохранил пограничных последовательностей, удовлетворяющих правилу ОТ- — АО.

Поэтому, вероятно, интроны не могут быть удалены при сплайсинге, даже если бы ген и транскрибировался. Однако транскриптов, соответствующих ф(32, не обнаружено, возможно, вследствие изменений в его 5'-фланкнрующей области. Поскольку этот перечень дефектов включает мутации, потенциально препятствующие каждой стадии экспрессии генов, мы не в силах определить, какое именно событие привело к инактивации данного гена. Однако, исходя из степени дивергенции последовательностей псевдогена и функционально активного гена, можно предположительно установить время появления псевдогена и время начала накопления в нем мутаций.

Если псевдоген стал неактивным сразу же после его образования нз гена р) в результате дупликации, можно было бы ожидать, что скорости дивергенции как сайтов замегцения, так и молчащих сайтов будут одинаковы. (Причин для того, чтобы они различались, нет, поскольку ген не транслируется.) Но в действительности в сайтах замещения оказывается меньше замен, чем в молчащих сайтах.

Это указывает на то, что вначале отбор препятствовал заменам в сайтах замещения. Сравнивая число замен в сайтах двух типов, можно подсчитать, что псевдоген ф~)2, дивергировав от гена В! около 55 млн. лет назад, оставался функционально активным геном в течение 22 млн. лет, а в течение последних 33 млн. лет является псевдогеном. Подобные расчеты можно проделать и в отношении других псевдогенов. Некоторые из них, по-видимому, также до тото, как стали псевдогенами, активно функционировали. Другие, вероятно, бьши неактивными с момента своего возникновения.

Общий вывод, который можно сделать, исходя из структуры таких псевдогенов,-это независимый характер эволюционирования каждого нз них в процессе эволюции кластера глобиновых генов каждого вида организмов. Сказанное подтверждает предположение о том, что возникновение новых генов, за которым следует их закрепление в геноме в качестве функциональных копий, их изменение, приводящее к образованию новых функционально активных генов, или инактивация с образованием псевдогенов †процес, происходящие в кластере постоянно.

Ген фа3 мыши имеет интересную особенность: у него полностью отсутствуют оба интрона. Его нуклеотидная последовательность соответствует (с учетом накопленных мутаций) а-глобиновой мРНК. Примерное время его инактивации совпадает с моментом возникновения дупликации. Исходя из этого, можно предположить, что его инактивация, очевидно, связана с потерсй патронов. Ген, лишенный интронов, мог утратить способность к функционированию и сразу начать накапливать мутации. В данном случае основной вопрос заключается в следующем: каким образом утрата интронов произошла столь точно? Поскольку нет оснований считать, что ферментные системы для перестройки ДНК должны узнавать границы экзон — интрон, можно предположить, что в этом сыграло роль участие на определенной стадии самой мРНК, Оно могло бы обеспечивать, например, встраивание в геном обратного транскрипта (возможно.

осуществляемого ретровирусом, для которого такое действие является естественным) или могло бы произойти спаривание мРНК с одной из цепей ДНК на одной из стадий процесса рекомбинации (гл. 38). Псевдогены, ко~орые имеют сходство с РНК-транскриптом, называются нроцессироваииыми псевдогеиами. В пользу предположения об их происхождении путем встраивания (в некоторое случайное положение гена) последовательности, синтезированной на РНК, говорит тот факт, что такие псевдогены могут быть расположены в любом участке генома, не обязательно даже на той же хромосоме, что и активный ген.

21. Структурные гены: организация родственных генов 279 Насколько распространены псевдогены? Они являются членами большей части семейства генов, Обычно псевдогены составляют очень небольшую часть от общего числа ~снов. Однако имеется и исключение: рибосомный белок мыши кодируется одним активным геном, имеющим около 15 сходных с ним процессированных псевдогенов. О возможности существования таких случаев следует помнить, когда мы пытаемся рассчитать число генов, исходя из результатов, полученных в опытах по гибридизации. Если псевдогены — это тупики эволюции, просто нежелательный побочный эффект перестроек функционально активных генов, то почему они до сих пор находятся в геноме? Выполняют ли они какую-нибудь функцию или'совершенно бесполезны и, следовательно, не должны подвергаться воздействию естественного отбора? Необходимо помнить, что мы имеем дело с генами, сохранившимися в современных популяциях.

Ранее могло быть отброшено любое количество других псевдогенов. Удаление псевдогена, возможно, происходит в результате случайной делеции последовательности псевдогена или накопления мутаций до такой степени, что его уже нельзя относить к членам исходного семейства последователъноатей (по-виднмому, это удел любого псевдогена, избежавшего удаления из генома). Даже реликты эволюции могут дуплицироваться. В случае генов )3-глобина козы имеются два взрослых вида генов: В и (3 . Каждый из них имеет свой псевдоген, расположенный на несколько тысяч нуклеотидов левее (псевдогены называются соответственно ф)3 и ф(3 ).

х Псевдогены обладают большим сходством друг с другом, чем со взрослыми генами (3-глобина; в частности, у них имеется несколько одинаковых инактивируюших мутаций. Оба взрослых гена р-глобнна также имеют большее сходство друг с другом, чем с псевдогенами. Это дает основание предположить, что исходно сушествовала структура ф)3-(3, в результате дупликации которой образовались два активных ))чена (далее дивергировавшие вместе с образованием )3" и )3~-генов) и два неактивных гена (дивергнровавшие с образованием ныне сушествуюших псевдогенов). Общее предположение, которое может объяснить это явление, состоит в том, что механизмы, ответственные за дупликацни, делеции и перестройки генов, воздействуют на все последовательности, относящиеся к членам кластера, независимо от того, являются ли онн функционально активными или нет.

Характеристики

Список файлов книги