Льюин (Левин) - Гены - 1987 (947308), страница 197
Текст из файла (страница 197)
Другая мутация инактивирует протеазную активность. Ни та, ни другая мутация не влияют на способность КесА-белка взаимодействовать с ДНК. При выяснении прямого и непрямого эффектов КесА-белка в путях репарации были бы полезны мутации, инактивирующие рекомбинационную функцию, но оставляющие интактной способность индуцировать ВОЯ-ответ. 442 Часть 1Х. Сохранение ДНК в ряду поколений Рнс. 34.10 Белок 1.ехА репресснрует многие гены, включая те, которые кодируют функции гесА н 1ехА.
Активация йесА-про- Репарапионные системы млекопитающих Биохимическая характеристика репарационных систем клеток эукариот находится на начальном этапе и в основном ограничена выделением случайных ферментных препаратов, свойства которых гп чйго позволяют предполагать, что они могут быть частью репарационной системы. Существование путей эксцизионной репарации установлено в культивируемых клетках благодаря замещению сегментов ДНК в ответ на повреждаюшие обработки. Один из метолов связан с регистрацией незапланированного синтеза ДНК в синхронизированной культуре вне 8-фазьь Его наличие может быть полностью приписано работе репарационных систем. Клетки млекопитающих гетерогенны в отношении количества ДНК, включенной после повреждения.
Однако самые длинные сегменты, обнаруживаемые в клетках млекопитающих, сравнимы по длине с короткими последовательностями, репарйруемыми бактериальной системой. Такой путь репарации эффективен в отношении повреждений, нндуцируемых ультрафиолетовым облучением или действием других агентов, вызывающих в ДНК родственные эффекты. Другой путь репарации способен вводить только 3 — 4 основания в сайты повреждений, индуцированных Х-лучами или обработкой алкилирующнми соединениями.
О существовании репарационных систем в клетках млекопитающих свидетельствует и анализ причин определенных наследственных болезней человека. Так, показано, что причиной заболевания Хетаг(егта р(ртепгохит (гиперчувствительность к солнечным лучам, в особенности к ультрафиолету) является неспособность клеток осуществлять эксцизионную репарацию, а точнее, вырезать теязы ведет к разрезанию белка Еехл н индукции всех репресси- руемых генов. тиминовые димеры и другие дефектные сегменты.
Были идентифицированы семь генетических групп комплементации, большинство из которых характеризовались нарушением в стадии, связанной с введением разреза при репарации. Некоторые непрямые данные позволяют предположить, что клетки млекопитающих имеют и системы рекомбинационной репарации. Вероятно, и в клетках эукариот эти системы могут быть связаны с процессом генетической рекомбинации. Например, в случае рецессивной болезни человека, синдрома Блума, возросшая частота хромосомных аберраций, включая обмены между сестринскими хроматидами, может быть связана с нарушением рекомбинационньзх систем. Рекомендуемая литература Следует обратиться к обзору Модриха (Модг(с)г, Оцаг1.
К'еч. В(ор)зуя., 3, 315-369, 1979), в котором рассматриваются отдельные активности рестрикции и модификации (ферменты типа 11). Ценные сведения о мультифункциональных ферментах (типа 1 и типа П1) приведены в обзоре Юана (гйап, Апп. Кеч. В(ос)зеш., 50, 285-315, 1981), разработавшего модель транслокации фермента типа 1 (Уиап, Сей, 20, 237-244, 1980). Функции АР-эцдонуклеаз рассмотрены Линдэлом (ЕлЫа)г(, Ргой. )ч(цс!е)с АсЫ цея., 22, 135-192, 1979). Подробный обзор систем и механизмов репарации ДНК у прокариот и эукариот представлен Ханаволтом (Напагга(г, Апп.
цеч. ВюсЬеш., 48, 783 — 836, !979). Систему БОЯ-контроля у Е. сой проанализировал Готтесман (боггезтап, Се!1, 23, 1 — 2, 1981) и всесторонне обсудили Литл и Маунт ()дгг!е, Моин!, Се!1, 29, 11 — 22, 1982). 443 рекомбицация ДНК 35. Восстановление и Глава 35 ВОССТАНОВЛЕНИЕ И РЕКОМБИНАЦИЯ ДНК В отсутствие рекомбинации генетический материал каждой хромосомы был бы фиксирован в ее аллелях. Единственным источником изменчивости в этом случае служили бы мутации. Протяженность мишени для мутационных повреждений увеличилась бы от одного гена до целой хромосомы.
Накопление вредных изменений в отдельной хромосоме приводило бы к ее элиминации вместе с присутствующими в ней полезными мутациями. Однако рекомбинации существует, в результате чего в хромосомах происходит перераспределение генов, полезные мутации отделяются от вредных и проверяются в новых сочетаниях. Таким образом, генетическая рекомбинация способствует спасению и распространению полезных и элиминации вредных аллелей. С эволюционной точки зрения хромосома-это непостоянная структура, образуемая временно связанными определенными аллелями.
Такое непостоянство обусловлено рекомбинацией. Тип рекомбинации, включающий взаимодействие между гомологичными последовательностями ДНК, получил название общей рекомбинации. Ферменты, ответственные за ее осуществление, могут использовать в качестве субстратов любую пару гомологичных последовательностей (хотя возможность предпочтительного использования определенных последовательностей существует всегда). Данные о поведении кластеров генов (гл.
21) свидетельствуют о том, что гомология может быть неполной; родственные неаллельные гены способны рекомбинировать с частотой, которая тем меньше, чем больше степень дивергенции между последовательностями этих генов (неравная рекомбинация). Для генома в целом частота рекомбинаций не является постоянной. На нее может влиять структура хромосомы; например, близость гетерохроматина подавляет кроссинговер. Рекомбинации между специфическими парами последовательностей способствует другой тип событий. Такая сайтсиецифическая рекомбинации обусловливает интеграцию фаговых геномов в бактериальную хромосому.
В рекомбинационное событие вовлекаются специфичные последовательности фаговой и бактериальной ДНК; в пределах этих последовательностей имеется короткая область гомологии, присутствие которой хотя и необходимо,но недостаточно для осуществления рекомбинации. Ферменты, участвующие в этом процессе, действуют на определенной паре фаговой и бактериальной последовательностей и не способны вести рекомбинацию между другими парами.
Такой тип рекомбинации также называется консервативной рекомбниацией, так как он всецело определяется реакцией двух предсуществующих молекул ДНК. Третий тип рекомбинации дает возможность одной последовательности ДНК встраиваться в другую независимо от гомоло1ии между ними. Репликативиая реномбииация обусловливает способность определенных элементов перемещаться в геноме. Подвижный элемент копи- руется, и затем реплика переносится в какой-то другой сайт. Детально такой тип рекомбинации рассматривается в гл. 36. Для осуществления рекомбинации необходим синапсис гомологичных молекул ДНК Давно известно, что для рекомбинации между генами необходим физический обмен частей хромосомы (см.
рнс. 1.! О). Образуемую в результате такого обмена структуру (хиазму) можно визуально наблюдать в мейозе (см. рнс. 1.9). Она формируется в результате разрыва и воссоединения двух несестринских хроматид (каждая из которых содержит двухцепочечную ДНК). Разрез и последующее соединение происходят между точно соответствующими последовательностями, в результате чего нн одна пара оснований из рекомбинантных хромосом не теряется и ни одна пара к ним не добавляется.
Первая решающая стадия рекомбинации заключается в том, что две гомологичные двухцепочечные молекулы ДНК входят в тесный контакт; благодаря этому становится возможным обмен соответствующими последовательностями. У эукариот и прокариот этот процесс может в какой-то мере отличаться. В прокариотических системах мы имеем дело главным образом с самой ДНК (хотя и в составе нуклеоида). Механизм узнавания гомологичных участков пока не выявлен. Можно полагать, что в этих событиях участвуют только те области, которые действительно вовлекаются в рекомбинационный обмен.
По-видимому, узнавание является неотьемлемой частью рекомбинационного механизма. Оно может основываться на сравнении отдельных цепей ДНК с целью идентификации комплементарных последовательностей (см, ниже). В клетках эукариот ДНК упакована в дискретные структуры-хромосомы. Каким образом молекулы ДНК приходят в непосредственное соприкосновение? Контакт между парами родительских хромосом осуществляется в раннем мейозе. Процесс назван синапсисом или спариваиием хромосом. Гомологичные хромосомы (каждая из которых состоит из двух сестринских хроматид, образуемых предшествующей репликацией) приближаются друг к другу. Они оказываются латерально связанными в форме синаптонемалыюго комплекса, который у каждого вида имеет характерную сгруктуру.
Детали этой структуры могут существенно отличаться. Пример синаптонемального комплекса представлен на рис. 35.1. Каждая хромосома на этой стадии состоит из хроматина, связанного латеральиыми элементами (которые в данном случае имеют исчерченную структуру). Два латеральных элемента отделены друг от друга центральным элементом. Три параллельные плотные цепи ле- Часть 1Х. Сохранение ДНК в ряду поколений 444 Спаренные лвухцелохех ые дик Т1.ьстПШ~ ЗП)))БШГаа В гамопогихных цепях сделаны разрезы кОнцы спсаобн еремещап,с ПГ'ЛБ)'БШШШШГ Благолвр вращению суру уры мажах бразоеагьа плоски молекула Цепи перекрешиезюгс, тобы апзриг сл с «омппеме тарной цепью из вругои молекулы Разрезы зашиеаюгаа щ 1 1 Гонке перенрзсга перемвщаегся в резульгаке м грац ветви жат в одной плоскости, извиваясь и закручиваясь вдоль своей оси.
Гомологичные хромосомы значительно удалены друг от друга: расстояние между ними достигает более 200 нм (диаметр кольцевой ДНК 2 ггм). Образование синаптонемального комплекса совпадает с предполагаемым временем кроссинговера, хотя прямых доказательств, что рекомбинационное событие происходит именно на с~алии синапсиса, нет. Основная проблема заключается в том, что на этой стадии осуществляется контакт между гомологичными хромосомами, а не гомо- логичными молекулами ДНК. Только у грибов и насекомых компоненты синаптонемального комплекса связаны между собой сферическими или цилиндрическими структурами. Они лежат поперек комплекса и носят на- 1'ис Эб '„Структура снпаптонемадьиого комплекса гтгпгей1п свидегсльстиуег о том, что спариппиие хромосом нс вызывасг их ~аложепия друг ~и друга. Хр хромагии.
ЛЭ -лагсральиыс злсмсигы, имеющие примерно 50 ич в лиамсгрс: ЦЭ вЂ” центральный зламсиг диамсгром около 1В ич. Расс гояиис между лагсральиьгми злсчаигами равно яримсрио 100 ич. рапгография любах~го прсдосгавлсиа д-роч М. щсмсгбавм и д-ром В уоп Ъсгюсщ,) звание узелков или рекомбинационных утолщений; их частота и распределение соответствуют частоте и распределению хиазм.
Название этих узлов отражает предположение, что именно они представляют собой сайты рекомбинации. На следующей стадии мейоза хромосомы теряют синаптонемальный комплекс; хиазмы становятся видимыми как точки, в которых связаны хромосомы. Вероятно, их наличие указывае~ на осуществление генетического обмена. На более поздних стадиях мейоза хиазмы могут перемещаться к концам хромосом.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
