Льюин (Левин) - Гены - 1987 (947308), страница 129
Текст из файла (страница 129)
Про гены (или другие последовательности), которые обнаруживаются в виде множесгва последовательно расположенных копий, говорят, что они тандемио повторяются. Один из вцдов кластеров тандемно повторяющихся генов кодирует гистоны, другой— рибосомные РНК. В обоих случаях многократная повторяемость генов, по-видимому, свидетельствует о потребности в больших количествах кодируемого ими продукта.
Компактное группирование генов в виде тандема в определенном участке генома, единственное назначение которого-кодирование определенной функции или определенных функций, определяет способ описания организации таких последовательностей. Каждый тандемный кластер может быть описан как повторяющаяся единица. Это основной структурный элемент, многочисленные повторы которого, расположенные конец в конец, н формируют кластер. Копии понт.оряющейся единицы могут быть идентичными нли различаться.
Обычно такая повторяющаяся единица имеет большую длину, чем транскрибирующаяся на ней последовательность; следовательно, ее можно подразделить на две области. Единица транскрипции — это участок между первым и последним основаниями, транскрибирующимися с образованием РНК. Нетраискрнбирующвйся спейсер составляет остальную часть повторяющейся единицы и занимает область, расположенную между соседними транскрнпционными единицами. Такой способ организации генетического материала показан на рис. 23.1. Рестрикционная карта кластера тандемных генов обладает характерной особенностью. Она имеет вид кольца. Когда повторяющиеся единицы идентичны, расположение сайтов рестрикции в них совершенно одинаково.
Соседние повторы имеют обгцие концевые фрагменты. В приведенном на рисунке примере фрагмент А находится по соседству с фрагментом В, соседствующим с фрагментом С, который в свою очередь находится рядом с фрагментом А; таким образом и получается кольцевая кар~а. Такое чередование последовательностей нарушается только на двух концах кластера в пелом, обозначенных на рисунке как фрагменты Х и У, Однако обычно этн фрагменты не обнаруживаются, поскольку каждый из них является уникальным в отличие от множества повторяю- шихся внутренних фрагментов. К примеру, при наличии !00 копий повторяющейся единицы фрагменты Х и Усо- ставят только 1~,' от материала, представленного фрагментами А, В и С.
Нетранскрибирующийся спейсер обычно короче, чем единица транскрипции. Его можно обнаружить по четкости расположения участков внутри кластера тандемных генов. Спейсер — это просто часть повторяющейся единицы, которая не экспрессируется с образованием РНК, но функции которой (если таковые имеются) остаются связанными с единственной функцией кластера; синтезом РНК, кодируемой единицей транскрипции. Такая точка зрения может повлечь за собой следующий вопрос: следует ли рассматривать в таком же сне~с несколько более длинные последовательности, находящиеся между индивидуальными генами, например в кластере глобиновых генов? Однако между этими двумя случаями имеется важное различие. Все межгенные промежутки в кластере генов глобина различаются, тогда как нетранскрибирующиеся спейсеры кластера тандемных генов повторяются вместе с ~снами.
Гены гиетонов образуют повторы Гистоны — основные структурные белки ядра. В хромосомах всех (по-видимому) эукариот имеется пять типов гистонов: гистон Н1, составляющий в молярном выражении половину каждого гистона, и гистоны Н2А, Н2В, НЗ и Н4, присутствующие в эквимолярных количествах (гл. 29). Суммарная масса гистонов примерно равна массе самой ДНК.
В делящихся соматических клетках синтез гистонов происходит одновременно с репликацией ДНК; сразу же после окончания репликации цени ДНК гистоны уже могут связываться с ней. Это означает, что за короз.- кий период синтеза ДНК должно синтезироваться большое количество пистонов. Необходимость синтеза соматическими клетками всей массы гистонов за относительно короткое время, по-видимому, является основной причиной повторяемости гистоновых генов. Между размерами генома и числом гистоновых генов нет определенной зависимости. Следовательно, можно думать, что у разных видов гены гистонов должны экспрессироваться с разной эффект.ивностью, Однако повторяемость гнет.оновых генов — общее свойство„существенное для образования гистонов.
Обычно в геноме имеется одинаковое число копий каждого гистонового гена. В геноме цыпленка частота их повторяемости равна примерно 1О, у млекопитающих — примерно 20. Эта величина возрастает примерно до 40 у Х. 1аевй и примерно до 100 у 1). ше1аподахгег. У нескольких видов морских ежей каждый гистоновый ген имеет 300 — 600 копий.
У этих видов морских ежей первые деления ядер в эмбриогенезе происходят очень быстро. Большое число гистоновых генов у них, по-видимому, необходимо для экспрессии гнстоновых генов де поко, чтобы синтез гистонов происходил с той же скоростью, что и синтез ДНК. У амфибий экспрессия гистоновых генов предшествует последовательностей ДНК Часть УЕ Кластеры сходных 290 Натраискрибиртнщийс криница сцвйсар Лннайнвв ортаииаацнн киастарв Повтор 1 Повтор 4 Повтор 2 повтор 3 брорбрйотбтрым'мобтбтотмтрбрсотбчобжърцбтмоочбтарббц!твржъоботтоцртбсбтбт!рч!рбр!мттртмтбцрврмсот!оърорттрбрюьоброотссбцборсбцбтбтто!рббцбцбсс ТТ Т ТТ Т ТТ Т ТТ х и с д в с 4 в с у в с д Рас рнкцнсннав карта С Разнообразие кластеров тандемных гвенов гистона Рнс.
23.1. Кластер тандемно ловторяющнхся генов может со- стоять нз чередующихся единиц транскрибнрующихся н нстран- скрибярующихся слейссров. Его рестрикционная карта имеет кольцевое строение. началу эмбриогенеза и в ооците накапливается большое количество гистоновой мРНК.
Могут также накапливаться и неко~орые гнстоны. Это исключение из того правила, что экспрессия гистоновых генов происходит только во время фазы синтеза ДНК. На основе имеющихся в настоящее время данных об организации генов гнстонов у охарактеризованных в этом плане видов организмов можно увидеть разницу в способе организации этих генов в геномах с их низкой повторяемостью (менее 50) и геномах с высокой повторяемостью (более 100).
В случае низкой повторяемости ~снов гистонов встречаются различные варианты нх организации. В случае высокой повторяемости они организованы по более жесткому принципу, когда все гистоновые гены расположены по единому типу, в виде кластера тандемных повторов. Во всех этих случаях гены гистонов имеют одинаковую структуру; в настояшее время общим правилом представляется отсутствие интронов у всех функционально активных генов гистонов. Первыми охарактеризованными кластерами гистоновых генов были кластеры морского ежа.
Три вида морских ежей (не являющихся близкими родственниками) — Р. тйатЫ, 5. рнгригагоб и Ь. р(сгиб — имеют одинаковый тип организации. В каждом случае имеются два обширных класса гистоновых генов. Ранние гены кодируют гистоны, интенсивно синтезируюшиеся на ранних стадиях эмбриогенеза; к ним относится большинство пютоновых генов (более 300 копий на геном). Поздние гены кодируют несколько иные варианты гистонов и экспрессируются на более поздних стадиях эмбрионального развития; на геном приходится около 10 копий каждого гена. Все пять ранних гистоновых генов входят в состав одной и той же единицы, в результате повторения которой в геноме образуется один кластер тандемных генов. Каждый ген отделен от следующего за ннм гена нетранскрибируемым спейсером; все пять спейсеров различаются. Многочисленные копии повторяющейся единицы практически идентичны. Все они т ранскрибируются в одном и том же направлении, хотя на каждом из них независимо синтезируется своя собственная мРНК.
В общих чертах организация кластеров гистоновых генов у морских ежей приведена на рис. 23.2, откуда видно, что основные различия между видами заключаются в нетранскрибируюшихся спейсерах. Спейсеры различаются не только по своей длнне,но и по нуклеотидным последовательностям. Между соответствующими друг другу спей- серами различных видон отсутствует перекрестная гибридизация, хотя гены могут обладать значительным сходством. Это парадоксальная ситуация. Предположим, что эти кластеры эволюционировали путем дуплнкации всей повторяющейся единицы, общая организация которой позволяет предположить, что она существовала еше до того, как произошло разделение морских ежей на виды.
Естественный отбор, по-видимому, действовал в направлении сохранения функций этих генов, в то время как спейсеры разных видон дивергировали, сохраняя, однако. свое постоянство внутри каждого вида. Из этого, очевидно, следует, что на кластер генов каждого вида морских ежей должен воздействовать некий механизм коррекции. В действительности же каждый из пяти спейсеров не остается абсолютно неизменным. Выявляются некоторые различия в длинах соответсгвуюших спейсеров отдельных повторяющихся единиц, о чем свидетельствует обнаруженная гетерогенность (небольшая) размеров соответствующих фрагментов рестрикции. Такие различия между повторяющимися единицами называют микрогетерогенностью, Имеются также и различия между нуклеотидными последовательностями генов.
У морских ежей синтезируются разные наборы гистонов в раннем эмбриогенезе (во время фазы быстрого деления ядра) и на более поздних стадиях развития. У одного вида морских ежей быди охарактеризованы два типа повторяющихся единиц, соответствующих ранним эмбриональным генам. Основное различие этих единиц заключается в различиях их спейсеров: они тандемно повторяются и при этом не перемежаются между собой. Эти данные указывают на то, что, какие бы механизмы ни были ответственны за поддержание гомогенности, они лалжны воздействовать на внутренние области кластера, и их действие не должно распространяться по всей его длине Поздние гены гистонов организованы иначе.
Эти гены можно обнаружить в отдельных фрагментах ДНК; иногда встречаются пары тесно сцепленных генов (находящихся на расстоянии ) 10 т. п. н. друг от друга). Постоянной формой организации таких генов не обнаружено. 23. Сходство и различия кластеров тандемных генов 291 Принцип организации всех пяти гистоновых генов в виде целой повторяющейся единицы характерен и для Р. те!алодаз!ег, хотя в этом случае повторяющаяся единица имеет иное строение. Гены располагаются в лругом порядке и транскрибируются в разных направлениях.
Для преобразования кластеров морского ежа в кластер плодовой мушки потребовались бы две транслокации. В кластере Р. те)алодаргег также имеются различные варианты спейсеров. Необычная форма организации кластера гистоновых генов обнаружена у тритона 1'(. и!гй)ерселз, у которого имеется повторяюгцаяся единица единственного 1.ила (отличающаяся от повторяющейся единицы и морского ежа, и плодовой мушки). Однако отдельные повторяющиеся единицы располагаются не рядом друг с другом, а разделены участками высокоповторяютцейся ДНК длиной до 10 — 50 т. п.
н. В некоторых случаях обнаружена менее жесткая форма организации гистоновых генов. Гистоновые гены у Хдаепй обьединены в кластер, но их организация имеет гетерогенный характер, поскольку гены одного типа могут иметь различных соседей. При наличии тандемных повторов, по-видимому, имеется более одного класса повторов с разным порядком расположения генов.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
