Фогель, Мотульски - Генетика человека - 1 (947311), страница 35
Текст из файла (страница 35)
Волокна, соответствуюшие возрастающим порядкам спнрализации, можно описать следуюшим образом [!0421; Фнбрллла Степень укорочелна: Диаметр по с ДИК сравнению с пред- шествуюшей едпннней 1 10 А !00 А 42 200-300 А ДНК Н уклеосома Нуклеопротенновое волокно !сфероад, бусина, элементарная фнбрнлла) Интерфаэная хромо- нема Метафаэная хроматнда 1б00 ! 000-2000 А 40 8000 5000-б000 А Митатичесвие и мейатические хромосомы.
Как видно из этой таблицы, хромосомы в митозе и в мейозе обнаруживают значительно большую степень спнрализации, чем в интерфазе !разд. 2.1.2). Рисунок их сегментации обсуждался в разд. 2.1.2.3. Число субсегментов, которые можно идентифицировать в составе сегментов, зависит от степени конденсации хромосомы (от митотической профазы до метафазы) и качества окрашивання. Это особенно отчетливо можно продемонстрировать при помощи метода преждевременной конденсации хромосом. Верхний предел задается числом хромомер 30000-100000 нуклеотидных пар в длину !см. ниже !20!а!).
Учитывая„ что число нуклеотидных пар на гаплоидный геном приблизительно равно 3,5 10в, а число се~ментов, видимых даже в лучших препаратах, не превышает = 2000 (разд. 2.!.2.3), можно сделать вывод, что нет даже близкого приближения к такому уровню разрешения. Хромосомные сегменты выявляются и во время ранних фаз мейоза.
Изучение рисунка репликации митотическнх хромосом показало, что ДНК темных О-сегментов (идентичных светлым К- сегментам и, как правило, ярко флуореоци- 120 2. Хромосомы человека руюшим О-сегментам) реплицируется обычно во второй половине Я-фазьь Отдельный сегмент в прометафазной хромосоме является, по-виднмому, единицей репликации (которая сама состоит из многих репликонов), Видимо, репликация начинается в одно и то же время. Предполагалось, что такая организация единицы репликацни может иметь какое-то функциональное значение.
Этн единицы содержат много высокоповторяюшихся и нетранскрибируемых последовательностей ДНК. Количество видимых сегментов зависит от степени конденсации хромосом, как показано на рис. 2.82. В полностью деспирализованной хромосоме каждая функциональная единица, содержащая повторшощиеся, некодирующие участки и Рос.з.кк дзормироваиие паттерна хромосомной сегментации (О-сегменты) путем скручивания хроыатидных нитей, которые состоят из слабоокрашенных (обогащенных зухроыатяном), а также из темных (гетерохроматяяовых) областей. Обратите внимание, что число видимых О-сегментов уменьшается с увеличением плотности спирализации г201а].
уникальные транскрибнруюшиеся участки, в идеальном случае могла бы распознаваться как структура, сосгожцая из О-сегмента влгесте с В-сегментом. Из этого следует, что В-сегменты должны иметь большую плотность генов, чем О-сегменты и яркие О-сегменты. В геноме человека такие районы с выраженными К-сегментами найдены в участках Зр, бр, 11сь 12е), 17п и 19 (р или «)). При изучении сцепления (разд. 3.4.3) действительно именно в этих районах оказалось больше генов, чем должно быть при случайном распределении.
Кроме того, количество диагностируемых абортов, обусловленных трисомией по этим районам, меньше ожидаемого, следовательно, такая аномалия кариотипа приводит к очень ранней и потому невыявляемой гибели плода [14811. Существует представление, согласно которому хромосома в метафазе состоит из чередующихся «областей сжатия)> (вероятно, идентичных темным О-сегментам) и тех областей, в которых при определенньзх условиях могут образоваться петли (5353. Районы хромосомы, называемые в классической цигогенетике эухроматическими и гетерохроматическими, вероятно, по тонкой структуре друг от друга отличаются. 2.3.!.5.
Онтегралвнал моз)елв структуры хромосомы Эти данные вместе с результатами молекулярно-биологических исследований (см, ниже) позволяют сформулировать интегральную модель хромосомы: она состоит из единственной двойной спирали ДНК, объединенной с гистонамн в нуклеосомы. Некоторые районы этой двойной спирали представлены в основном повторяющимися последовательностями, высокоповторяющиеся копии сателлитной ДНК могут быть рассеяны по геному.
Участки, богатые повторяющимися последовательностями (в первую очередь в центромерной области и во вторичных перетяжках), обнаруживают признаки конститутивного гетерохроматина. Заметим, однако, что преобладающими в молекуле ДНК являются все-такн уникальные последовательности длиной в 2 000 (и больше) нуклеотидных пар. Они рассеяны между мало и умеренно повторяю- Второе основание ДНК мРНК ОА01 „ ОАС! "' УАА1 БАС УСУ~ ОСС1 ОСА~ ~' исс иси1 .
1>сс( '"' Осс(рь нас) ООА1 ьеа 1лЗС( УСА ТЕНМ" 'осс Тгр САО1 1(нн САА1 САС(С1а сии~ сис СОА~ СОС сси~ ссс~ ССА~ ССО СОИ ~ ссс ссА ~А'Х ССС Асс( АОС) АСА) Асс(~ а АСС) АСС~ Де АУА АСО~ АСС АСА АСС Первое основание Асс Мес сси1 ОСА~ ССС САУ~ А сАА) САС(С1е сси1 ССС СОА СОО СОО СУС С„А Ч«1 СУС щимися. При исследовании уникальных сегментов методами классической цитогенетики оказывается, что они обнаруживают свойства эухроматина и именно в них при определенных условиях выявляются петли большей или меньшей протяженности. Транскрибирующиеся последовательности ДНК (собственно «гены», см, разд. 2.3.5) локализованы преимушественно в этих уникальных районах, которые соответствуют светлым О-сегментам и темным К-сегментам. Особые последовательности, кодирующие рРНК, локализованы в районах ядрышкового организатора.
Описанные структуры можно изучить детально в подходящих для этого клетках (например, в больших ооцитах амфибий). В этих же клетках можно наблюдать транскрипцию (440, 5351. 2.3.2. Генетический код Одним из важнейших достижений бО-х гг., ознаменовавшим возникновение новой генетики, было открытие генетического кода. Благодаря использованию синтетических тринуклеотидов удалось показать, что каж- Табаева 2.12. Генетический кол ГЕРАТ терминатор (стоп-кодон1 2.
Хромосомы человека 121 дая отдельная тройка детерминирует присоединение в процессе рибосомной «трансляции» только одной определенной аминокислоты. Вскоре были расшифрованы кодоны (3 нукпеотида. кодируюшие аминокислоту) для всех аминокислот (табл. 2.12). Все аминокислоты, кроме триптофана и метионина, имели больше одного кодона, т. е. код оказался вырожденным. Нуклеотид в третьей позиции кодона не столь специфичен, как первые два, поэтому четыре кодона, которые отличаются только по третьему нуклеотиду, синонимичны и кодируют одну и ту же аминокислоту Три кодона определяют сигнал терминации трансляции: в позиции, где стоят эти кодоны, трансляция прекращается. Кодон А13О для метионина определяет инициацию трансляции )ч(-формилметионином и начало полипептидной цепи.
Генетический код универсален и одинаково эффективен у весьма отдаленных друг от друга организмов, таких, как вирус и человек. Это впечатляющее доказательство единства жизни на Земле. Все мутации в гемоглобинах человека (разд. 4.3) подчиняются правилам кодирования, действующим 122 2, Хромосомы человека и у низших организмов. В последние годы обнаружены некоторые исключения, касающиеся ДНК митохондрий, в которых триплет (ЗОА не терминирует трансляцию, а кодирует триптофан. 2.3.3. Гоикаи струвттра генов человека: «Новая генетика» Казалось бы, что на рубеже 70-х гг.
молекулярная биология достигла определенной степени завершенности; были установлены структура [1347] и механизмы репликации ДНК, провозглашена «центральная догма» экспрессии гена (транскрипция, трансляция), выяснены основные аспекты регуляции активности гена.
В этот период главным объектом молекулярно-генетических исследований были микроорганизмы. Переход к эукариотам (включая человека) встретился с дополнительными проблемами и трудностями, и кроме того, существовавшие в то время методы не позволяли рассчитывать на получение принципиально новых результатов. Стремительный прорыв в развитии молекулярной генетики в начале 70-х гг, стал возможен благодаря появлению нового экспериментального инструмента — рестрикционных эндонуклеаз. Был открыт путь для широкомасштабного получения генных продуктов (физиологически значимых белков) и для генетического манипулирования с различными организмами. Наши знания о структуре и функции генетического материала у эукариот, включая человека, заметно пополнились.
Новые, совершенно неожцданные факты, имеющие как теоретическое, так и практическое значение, были открыты в разных областях, таких, как действие гена, популяционная генетика, эволюция н генетическая консультация, включая пренатальную диагностику (разд, 4.3 и 9.1). Достигнутые успехи заставили ученых задуматься об этической стороне манипулирования с человеческим зародышем, об опасности возникновения возбудителей в процессе генно-инженерных исследований. Многие из этих вопросов были подняты самими учеными, активно работающими в данной области.
В настоящее время большинство исследователей считает, что опасения, касающиеся генной инженерии, не имеют достаточны. оснований, но мно~ие этические проблемы остаются нерешенными н продолжают возникать новые. В прошлом генетика человека н медицинская генетика развивались как относительно независимые озрасли науки, теперь многие их разделы оказались вовлеченными в общее русло молекулярно-генетических исследований, н провести между ними грань — трудно.
В рамках учебника невозможно описать в деталях все молекулярно-биологические методы. которые привели к столь внушительному прогрессу генетики человека, поэтому следует обратиться к более специальным источникам [366; 493; 601. Однако принципы новых подходов должны быть понятны всем исследователям, даже тем, кто изучает эволюцию или генетику поведения. В следующем разделе в качестве примера описывается анализ ()-глобинового ~сивого кластера человека (разд. 4.3). Кроме методов, основанных на использовании рестрикционных ферментов, обсуждаются также методы гибридизапни нуклеиновых кислот, секвенирования ДНК и сортировки хромосом при помощи цитофлуоромезрнн.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
