Льюин (Левин) - Гены - 1987 (947308), страница 14
Текст из файла (страница 14)
Этот метод был использован во многих из тех опытов, которые будут рассматриваться в последующих разделах. Обычно к фильтрам добавляют радиоактивно меченные препараты РНК. Эффективность гибридизации измеряют по метке, оставшейся на фильтре. Этот метод очень полезен, так как, за исключением некоторых вирусных геномов, состоящих из РНК, все РНК в клетке образуются в результате копирования ДНК. Техника гибридизации дает в руки исследователя эффективный инструмент, позволяющий выяснить, с какого участка синтезируется данная РНК. Молекулярная основа мутаций Выделение мутантов имело огромное значение для изучения гена. До недавнего времени гены можно было идентифипировать только гю мутациям, которые оказывались летальными или же блокировали развитие некоторого вилимого или измеримого фенотипического признака. В результате картирования мутаций возникло предположение, что группа мутаций, нарушающих один и тот же признак, может быть тесно сцеплена, а использование теста на комплементацию показало, что каждая такая группа составляет функциональную генетическую единицу.
Какова же природа этих мугаций? Открытие генетической роли ДНК естественным образом породило прелставление о том, что мутации возникают в результате изменений в последовательности нуклеотидов. Мы скоро увидим, что последовательность нуклеотидов в гене отвечает за образование определенной последовательности аминокислот соответствующего белка. Изменение нуклеотидной последовательности ведет к изменению последовательности аминокислот н далее к изменению или нарушению акгивности белка. Некоторые мутации возникают в результате нормальных процессов в клетке илн при взаимодействии с окружающей средой. Такие мутации называют спонтаниьами мутациями: они с определенной частотой встречаются у любого организма. Частоту мутаций можно увеличить, воздействуя некоторыми соединениями.
Наследственные изменения, возникшие под действием таких соединений, называют индуцированнымн мутациями, а сами соединения — мутагеиами. Большинство мутагенов действует, прямо реагируя с определенными азотистыми основаниями или включаясь в нукленновую кислоту.
Об эффективности мутагена судят по его способности увеличивать спонтанную («фоновую») скорость мутирования. Любая пара оснований в ДНК может мутнровать. Изменение, которое затрагивает только одну пару основаниаь называют точновой мутацией. Точковые мутации могут быть двух типов. Замены одного пурина на другой пурин или одного пиримидина на другой пиримидин называют транзициями. Нагаример, пара Π— С может быть заменена на А — Т пли наоборот.
Это наиболее часто встречающийся класс точковых мутаций. К грансверсиям относят замены пурина пиримидином и наоборот, т.е. пара А — Т превращается в Т вЂ” А или С- — О. Одной из причин транзиций служит химическое превращение одного основания в другое. К обычному классу мутагенов относят соединения, взаимодействующие с одним или более основаниями и изменяющие их тип спаривания. Например, основной эффект азотистой кислоты за- Часть 1. Природа генетической информации ключается в окислительном дезаминировании цитозина. превращающегося в урацил. Как показано на рис. 2.17, в следующем цикле репликации Б спаривается с А вместо О, с которым соединился бы исходный С. Таким образом, пара С -О замегцается парой А — Т (поскольку в следующем цикле реплнкацни в пару с А становится Т).
Азотистая кислота может также дезаминировать аденин, вызывая обратную трацзицию А — Т в Π— С. Другой путь возникновения транзиций — это случаи ошибочного спаривания, приводящие к возникновению неканонических пар и, следовательно, к дефектам в уотсонкриковской спирали. В нормальном цикле репликации такая ошибка может случайно произой~и вследствие включения неправильного основания. Спонтанная частота ошибок определяется прежде всего точностью фермента ДНК-полимеразы, отвечающей за репликацию (см. а гл. 32). Существует также более ограниченный «репаративный» синтез ДНК, который активируется в результате генетической рекомбинации или повреждения ДНК (см.
гл. 34). Различные системы репарации характеризуются разной частотой ошибок. Например, одна из репаративных систем Е. сой особенно часто делает ошибки, и, следовательно, ее активация может стимулировать образование мутаций. Мы не располагаем достаточной информацией о частоте возникновения мутаций такого рода. Некоторые мутагсны являются аналогами обычных оснований, но способны к неканоническому спариванию. н ) С М~ЪЪ~~ЪЪ%Ъ'М~ХЮЖЖ Цнгезнн о А ЛМЕЛЛЛ КИСЛО Л Урец л ЮЮ6ЮМ~ЪЯЬЪУЖЯ~Я А с ЬЯ6ЪЖЮЮМЯМЪЯ~М Рнс.
2.~7. Мутации можно нидуцнровлзь с помощью химической модификации основания. Азотистая кислота оянелнзельно дезлмнннрует цнтпзнн и преяряюаег его е уряцнл Прн реплнхяцнн дНК один дочерний дуплеяе получяез негодную пару С вЂ” Г, я у другого образуется пара Ц вЂ” А, хпзоряя н послелуюшнх циклах реплнхяцнн пренрягнзея я А - т-леры. Они могут включаться в ДНК при репликацин. Из-за ошибочного спаривания при их включении или при последующей репликации они могуч вызвать целую серию транзиций. Схема такого мутагенного действия рассматривается на примере бромурацила (Вуги) на рис. 2.18).
Это соединение включается в ДНК вместо тимина. Но из-за того что ВгхП3 достаточно эффективно спаривается с гуанином (вместо аденина), его присутствие ведет к образованию замен пар А- -Т на Π— С. В каждом цикле репликации этн замены возникают с определенной вероятностью, поэтому Вгхи), однажды включенный в ДНК вместо тимина, продолжает индуцировать транзиции в последующих циклах репликации. К другому классу мутагенов относятся акридиновые соединения. Их связывание с ДНК деформирует структуру двойной спирали так, что это приводит к вставке дополнительных оснований или к выпадению оснований при репликацин.
В результате каждого мутагенного события, индуцированного акриднном, исчезает или прибавляется одна пара оснований. Мутации такого типа называкут мутациями сдвига рамки в отличие от точковых мутаций, т.е. замены одного основания на другое (см. гл. 4). Довольно долго считали, что основным типом мутаций в индивидуальных генах являются точковые мутации. Однако теперь мы знаем, что по крайней мере у бактерий достаточно часто происходят вставки (включения, внсерции) дополнительного материала.
Источником этих вставок служат мобильные элементы -- последовательности ДНК, способные перемещаться из одного места в другое (см. гл. 36]. Аналогичные события происходят и у эукариот. Так, оказалось, что самая первая обнаруженная мутация (белые гдаэи у дрозофилы) возникла в результате вставки участка чужеродной ДНК в локус, контролирующий образование глазного пигмента. В местах включения таких вставок часто наблюдается выпадение (делеция) части нли целиком всей вставки, а иногда и соседних участков ДНК. Точковые мутации н мутации типа вставок (или делеций) различаются по их реакции на обработку мутагенами.
Под действием мутагенов увеличивается частота точковых мутаций,но эти соединения обычно не влияют на изменения, вызванные мобильными элементами. Однако вставки и делеции могут возникать и по другим причинам — например, в результате ошибок во время репликации и рекомбинации, хотя и с меньшей вероятностью. Самые маленькие вставки и делеции индуцируют акридины. (Для описания изменений, затрагивающих только одну пару оснований, пользуются той же терминологией, что и при описании вставок (и делеций) длинных отрезков ДНК.) Мутации концентрируются в горячих точках До сих пор мы говорили о мутациях как об отдельных изменениях в последовательности ДНК, влияющих на активность той генетической единицы, в которой они возникают.
Если рассматривать мутации как способ ннактивации генов, то у большинства генов и спонтанная, и индуцированная частота мутирования примерно одинакова. Точнее, частота мутирования есть функция размера гена, т.е. мишени для мутаций. Но когда мы рассматриваем мутационные сайты внутри определенной последовательности ДНК, следует задать вопрос: все ли пары 2.
Что такое ген? Биохимическая точка зрении 39 Г'еппикецип е приеугегакк Вгаи вг о. н, н н о ~ ~ ) Сех Спеопее» е (кеес~агап — д Вг вг 1 Реппикаипк ! о. Н ПЕРЕХаД «ЕгОп -Е Еиап Н о н н ' ..л,~ .) Й Спиел Сех в ни — Т- — — — -- — — — -д ! Реплккеиип ! Спариееиие (еноп! ага и — П вм ЬЪЮМЖ%ЮЮЮЪМхЯЮ т ~РМЮЖУХ%ЯЮЪМРМЪМ ! ~яюхжж%ъ9мъ~му7м~ьЯ ~%ЖМЯ~ММЯЮ~Я~М С Рис.
2ЛК Мутации могут возникать в результате включении в ЛНК ана:илов оснований. В молекуле броьгурггцгьта мегильнаа группа гимина тамегпсна атомом брома В речультаге такой замены уаеличииается частота кето-енольиых оснований чувствительны в одинаковой степени нли некоторые из них мутируют с большей вероятностью, чем другие? Ответ на этот вопрос можно получить, выделив большое число независимых мутаций в одном гене. Это означает, что каждый полученный мутант возник в результате отдельного мугационного события.
Затем определяют сайт каждой мутации (обычно методом генетического каргирования, но теперь часто и прямым анализом последовательности ДНК). Большинство мутаций распределяется по разным сайтам, но некоторые попадают в один и тот же сайт. Две независимо отобранные мутации могут возникнуть в результате одинаковых или различных изменений. В первом случае одно и то же мутационное переходов и Вгдн спарнеастсл то с гуанином, то с адсивном Таким обратом, если агбц включен а ДНК емесчо тимина, он может аыаыаагь замены Л на О а ка:кдой генерации с определенной частотой.
Это приводиг к замене пар А — Т на Г цп событие происходит более одного раза. во втором — три разные точковые мутации могут произойти в результате изменения одной пары оснований. Статистическая вероятность возникновения в отдельном сайте более чем одной мутации (здесь «сайт» †од пара оснований) описывается одноударной кривой согласно распределению Пуассона. При этом в некоторых сайтах могут возникнуть одна, две илн трн мутации, а в других - ни одной. Все зависит от общего числа проанализированных мутаций. Но в некоторых сайтах оказывается намного больше мутаций, чем ожидается при случайном распределении. Их количество может быть в )О и даже в !ОО раз выпге случайного.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
