Льюин (Левин) - Гены - 1987 (947308), страница 221
Текст из файла (страница 221)
Мог ли этот процесс осуществляться с помощью ретровирусов? Происходило ли это с участием клеточной системы? Не исключено, что концы транспозируемых последовательностей случайно напоминади последовательности концов транспозона. Происходит ли в этих генах транспозиция в настоящее время, или мы видим последствия давно прошедших событий? Тканеснецифичные вариации В ГЕНОМЕ ДРОЗОфИНЫ Состав генома в большинстве соматических клеток сохраняет постоянство. Однако теперь мы знаем о некоюрых ситуациях, при которых происходят изменения в соотношении отдельных последовательностей.
Наиболее известны изменения во время развитии личинок у насекомых. Регуляция ведет к образованию недореплицировавшихся или избыточно реплицировавшихся специфических послеловательиостей. Недорепликация встречается при формировании политеиных тканей мухи. В таких тканях образуются гигантские' хромосомы (гл.
28); их возникновение обусловлено множественными последовательными дупликациями исходного (синаптированного) диплоидного набора хромосом. Примерно четверть генома В. те(аяодажег приходится на гетерохроматиновую область хромосом, которые агрегируют с образованием хромоцентра (большая его часть состоит из последовательностей сателлитной ДНК). Относительное количество гетерохроматина в политеиных клетках значительно меньше, чем в клетках днплоидов. Это объясняется тем, что часть генома не способна дуплицироваться во время политенизации последовательностей ДНК эухроматина. Измерение содержания сателлитной ДНК показывае~, что эти последовательности не дуплицируются нли дуплицируются лишь несколько раз по сравнению с девятью дупликациями эухроматиновой ДНК в слюнной железе.
Гены рРНК также относятся к недореплицнрованным в политенных тканях. Область рДНК дуплицируется только 6-7 раз (достигая одного и того же конечного уровня независимо от того, присутствует голько один ялрышковый организатор или оба). Такой тип дозового контроля специфичен для рДНК. Соответственно контролю репликации в политенных тканях геном (Э. те(алодатег может быть раздслсн на трн типа областей. Естественно предположить, что точки начала репликации в каждом типе контролируют число инициационных событий.
Точки начала рспликаций в сателлитной ДНК могут не узнаваться; точки начала репдикации в рДНК прекращают функпионировать в ответ на действие некоторых конечных продуктов ряда генов рРНК; в то же время инициапия в общих точках начала репликации эухроматина продолжается вплоть до самого конца. У насекомых также наблюдается дифференциальная амплификация определенных последовательностей, кодирующих белок.
В слюнных железах йЬуисояс(ага и других сциарид образуются пуфы ДНК. Внешне они напоминают пуфы, которые представляют активные области политенных хромосом дрозофил, однако пуфы сциарцд содер- жат локально амплифицированную ДНК, а также РНК. Амплифицнрованные последовательности могли четыре раза подвергаться дополнительным инициационным событиям реплнкации, в резулътате чего число копий увеличивалось в !б раз. Пониманию возможных механизмов дифференциальной амплификации способствует состояние генов хориона при развитии )3. те(аподакгег. Белки, составляющие хорион (оболочку яйца), синтезируются и секретируются полиплоидными клетками яйцевого фолликула. Гены хориона насекомых имеют тенденцию к группировке; у )).
те(алодагнег идентифицированы две группы таких генов. До экспрессии в клетках фолликула гены хорнона в Х-хромосоме амплифицируются шестнадцатикратно (четыре дополнительных удвоения), тогда как гены в хромосоме )П амплифицируются до 60 раз (шесть дополнительных удвоений). Амплификация всегда распространяется иа расстояние, равное примерно 45 — 50 т.п.н. с каждой стороны от генов хориона. Уровень максимальной амплификации представляет плато, образованное примерно 20 т.п.н., окружающими гены хориона. Степень амплификации показывает градиент уменьшения с каждой стороны от плато. Чем обусловлена амплификация? Градиент уменьшения показывает, что концевые точки амплифицируемых областей в отдельных молекулах гетерогениы.
Для объяснения происходящих событий предложена модель, представленная на рис. 38.7. В соответствии с ней в точке начала репликации в центре области происходят множественные инициационные события, ведущие к двунаправленной репликации. Репликационные вилки продвигаются вперед на расстояния от 10 до 50 т,п.н. Эта модель рассматривает всю амплифицируемую обдасть как репликон, представленный множеством только частично реплицировавшнхся копий. (Взаимосвязь между частично реплицировавшимися и многократно реплицировавшимися областями в хромосомах слюнных желез могла бы быть объяснена подобной моделью, в которой месга соединения между областями представлены неподвижными репликационными вилками.) Содержит ли амплифицированная область точку, ответственную за начало репликации и активную в Чяс-положении? Если да, то амплификация не происходила бы в хромосоме с мутировавшей точкой начала репликации.
В гетерозиготе такая дефектность па репликации должна проявляться только в мутантной хромосоме. В случае транслокации точки начала репликации в другую область она должна была бы обеспечивать амплификацию любого репликона, в котором она оказалась. Свойства мутанта с дефектным строением глазных фасеток (осе(Иеьх) подтверждают такое предсказание.
Эта мутация вызывает сложные изменения в фенотипе; она представляет собой инверсию примерно трех дисков, содержащих область генов хориона в Х-хромосоме. Гены хориона локализуются в пределах 3 т.п.н. левого конца инверсии. Инверсия определяет основное изменение, проявляющееся в характере амплификации. На рис. 38.8 сравниваются области, амплифицированные в клетках мух дикого и мутантного типов.
Область длиной 40 т.п.н. слева от точки разрыва инверсии вообще не способна амплифипироваться. 50 т. п. и., находящихся с другой стороны, амплифицированы, хотя уровень амплификации уменьшен и составляет примерно половину от обычного макси- Точка ивчалв репликвции ДЯЯ '. ()ьхЯбМ~ гХХЯбЖЖХчЯОООЖЮЯЯи ця, ( УХ7ЯЯЯОХЗЯ. ( гфЯЯЯбТ!бт7ЖЯХ ) ' ьгЯЖв ) ( сь ) бс)бХХЮМьчрхчЯОХ7ОХ)в 'гбббзубк)гвбЯЖЯогбв ( ) (()ЯЯЯЯРОЯЯЯЯЯ~ ) 7 к 6 о 5 ж 8 1' 2 12 Число копий 6 иа геном 0 10 20 20 40 50 60 70 60 90 г.п.н. Дикий гил Гены хориоив Гены хорнонв Оынквж 16 12 Число калий 6 иа генам Рис. 387.
Амгглифггкация локальной области могла происходить путем множественных событий инициации в пределах одного репликона. Каждая реплицированная область соединена с фланкирующими нерелдицированными участками неподвижиымн репликациоиными вилками. Ес- Рис. 38.8 Инверсия, вызывающая нарушение строения глаз у дрозофнлы (осе)(((сх) (отсутствие глазков), изменяет область ДИК, которая амплифицируется. Левый конец инверсии нахолится на расстоянии.
ие превышающем ли вилки прекращают дви'кение в случайных точках, они образуют постепенный градиент (вввая часть рисунка). Если отдельные видкп прекращают лвижение координнрованно в фиксированном свите, они вызывают одновременное уменьшение в уровне амнянфикацин (яровая часть рисунка) 3 г.п.н, от левой пограничной области генов хориона; положение права- го конца неизвестно, однако на рисунке ллина инверсии равна примерно 85т.п.н. 38. Элементы, способные к перемещению 497 мального уровня. (Причина уменьшения уровня амплификации неизвестна.) Более того, амплификация теперь распространяется в новые области, что видно по увеличению числа копий последовательностей справа; эти последовательности не амплифицировались в клетках дикого типа.
Полученные результаты показывают, что точка начала репликации, способная обеспечить двунаправленную амплификацию, находится по соседству от генов хориона. Протяженность амплифицированной области остается одинаковой независимо от того, находится ли точка начала в обычном месте в штамме дикого типа или перемещена в новое положение в результате инверсии у мух линии осеййехд характеризующейся нарушением строения глаз.
Классический тип эффектна, вызываемого инверсией,— феномен эффекта положения. Под этим термином понимают зависимость экспрессии гена от его положения в геноме. Хорошо известно, например, что при транслокации гена из эухроматинового района в гетерохроматиновый активность утрачивается. Хотя ген сам по себе остается неизменным, его активность под влиянием окружения меняется.
В случае мутации осе!И)еха инверсия определяет неспособность некоторых генов амплифицироваться, в то время как другие гены начинают амплифицироваться вместо ннх. Дозовые эффекты вызывают сложные изменения в фенотипе без какого-либо изменения самих генов.
Селекция амплифицированных последовательностей генома Геном эукариот обладает способностью накапливать дополнительные последовательности экзогенного или эндогенного происхождения. Такие последовательности независимо от того, добавлены ли они извне нли имеют хромосомное происхождение, могут давать начало множественным копиям, которые существуют в виде тандемных последовательностей либо вне хромосомы, либо в составе хромосом. Находясь вне хромосом, дополнительный материал наследуется неравномерно (он не сегрегирует поровну при делении, как это свойственно истинным плазмидам).
Материал, включенный в геном хозяина, является его компонентом. Способ введения экзогенной донорной ДНК в клетки реципиента получи,т название трансфекпии (см. следующий раздел). Селекция клеток на устойчивость к определенным агентам приводит к амплификации эндогенных последовательностей. Механизмы, обеспечивающие способность приспосабливаться при трансфекции и при амплификации, по-видимому, сходны. Нам ничего не известно о ферментативных активностях, участвующих в этом процессе, однако вероятно, что они выполняют родственные функции в обычном процессе воспроизведения ДНК.
Наиболее изучена амплификация генов при добавлении мего грексата (шгх) к какой-либо культивируемой клеточной линии. Реагент блокирует метаболизм фолята. Устойчивость к нему может обеспечиваться мутациями, которые изменяют активность фермента дигидрофолятредуктазы (ПНРВ). Наряду с изменением самого фермента может возрастать его количество в клетке. Причиной такого увеличения служит амплификация структурных генов ~й(г. Хотя амплнфикация относительно редко используется для приобретения резистентности к токсическому реаген- ту, она не уникальна для генов й~)г.
Резистентность к ннгибитору фермента аспартат-карбоилтрансферазы также приобретается благодаря амплификадии соответствующего структурного генома. Клетки, устойчивые к тяжелому металлу кадмию, содержат увеличенное число копий гена, который кодирует белок металлотионеин, осуществляющий обезвреживание яда. Общей чертой всех трех систем является не единовременное (одноступенчатое) возникновение высокоустойчивых клеток, а постепенное в процессе адаптации к возрастающим дозам токсического реагента. Следовательно, амплификация генов может происходить в несколъко стадий. Число генов Л))г в линии клеток, устойчивых к метотрексату, варьирует от 40 до 400 в зависимости от строгости селекции и индивидуальной клеточной линии.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
