Фогель, Мотульски - Генетика человека - 1 (947311), страница 41

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 41)

6.1.2). Анализ полиморфизма ДНК проливает свет на историю популяции. Он важен также для понимания генетических механизмов зволюпии, например для решения постоянно обсуждаемого вопроса о том, какая доля генетических различий между видами и между популяционнымн группами в пределах вида определяется естественным отбором, а какая-случай- 140 2. Хромосомы человека Рве. 2.93. Разновидности гибридной кукурузы (По 8кв!1«оо, Е!епзепгагу Оепепсз, Рппсегоп е1с.

Чап 1«озггапд, 1962.) ным дрейфом (разд. 7.2.3). Кроме того, анализ рестрикционного полиморфизма необходим для понимания молекулярных механизмов мутаций (разд. 5.1.4); важен он и для выяснения роли некодирующей ДНК в регуляции активности гена (разд. 4.7). По предварительным данным полиморфизм ДНК Х-хромосомы отмечается реже, чем для ДНК аутосом г3283. Это соответствует выводу Оно (1563 о том, что Х-хромосома намного более консервативна в эволюции. Возможно, что функциональные озраничения, касающиеся структуры Х-хромосомы, приложимы пе только к кодирующим генам, но и ко всему генетическому материалу этой хромосомы.

Данные о рестрикционном полиморфизме оказались очень важными и для картирования генома человека. Количество генов, которые уже локализованы в специфических районах хромосом человека на основе их тесного сцепления с полиморфными сайтами ДНК, быстро увеличивается. Такое стремительное развитие открывает возможности в отношении генетического консультирования и пренатальной диагностики (разд. 9.1, о других применениях см.

разд. 6.1.3). Полное картирование генома человека, когда каждую вновь выявленную мутацию можно немедленно локализовать в определенном хромосомном сегменте на основании сцепления с известным полиморфным сайтом, в настояшее время является уже вполне реальной задачей (разд. 3.4). 2.3.4. «Тинамичносгь генома Методы новой генетики расширили наши знания о структуре генетического материала. Представление о хромосоме как о нитке с бусинами-генами соответствует реальным фактам теперь еше в меньшей степени, чем раньше. Неясно даже.

что, собственно, мы должны называть «геном» (см. ниже). Очень важно также, что по современным данным генетический материал намного менее сгатичен, чем представлялось раньше. И хотя эти новые данные трудно пока как-либо использовать в биологии и патологии человека, мы считаем нужным сделать несколько кратких замечаний относительно динамичности генома.

Мобильные эле,иенгны и транслозоньь Известно, что початки кукурузы могут иметь мозаичную окраску (рис. 2.93). Генетика этого явления была изучена Барбарой МакКлинток 14333. Она пришла к выводу, что в геноме кукурузы сушествуют некие «контролирующие элементы», которые могут перемешаться с одного гена на другой, увеличивая их нестабильность. Мозаичная окраска початков у кукурузы обусловлена соматическими мутациями, связанными с присутствием контролирующих элементов. Их характерные особенности были проанализированы в большой серии изяшных экспериментов.

В течение длительного времени контролирующие элементы у кукурузы казались уникальным исключением. Так продолжалось до 1963 г., когда Тэйлор (5243 описал «индуцированные фагом мутации у Е, сой» Этот фаг теперь называется Мп (от 2. Хромосомы человека 141 англ. ппцасог-мутатор).

Вскоре после это- го Старлиигер и Сэдлер 1520) описали 1Я- элементы у бактерий. Мобильные элементы у бактерий Г520; 358). Эти элементы теперь определяют как специфические последовательности ДНК, которые могут неоднократно внедряться в разные сайты генома. У прокариот различают три класса таких элементов: 1) 1в-элемвнты или простые инсерционные последовательности не содержат никаких генов, кроме тех, которые связаны с инсерцнонной функцией. Длина 1з-элементов обычно меньше 2 т, п.н. 2) Тн-элементы (транспозоны). Помимо генов, участвуюших в транспознции, они несут дополнительные гены, например устойчивости к антибиотику.

Длина транспозонов обычно больше 2 т.п.н. 3) Эписалсы. Они представляют собой сложные самореплицнруюшиеся структуры, часто содержащие 1з- и Тп-элементы. С помощью секвенирования ДНК и других методов было показано, что мобильные элементы обладают следующими свойствами: 1з-последовательности несут на концах полные или почти полные инвертированные повторы длиной в 20 — 40 п.нб большинство Тп-элементов оканчивается длинными (800-1 500 п. н.) 1в-подобными последовательностями. Когда элементы встраиваются в хозяйский геном, они фланкируются короткими повторами (4-12 п.

н.) ДНК хозяина (рис. 2.94). Мобильные элементы могут встраиваться во многие сайты генома хозяина с помощью механизма негомологичной рекомбинации, но иногда внедрение бывает строго специфичным, Показано, что при внедрении мобильного элемента встраивается не он сам, а его копия, в то время как исходный элемент остается на своем месте (рис.

2.95). Когда мобильный элемент встраивается в структурный ген, целостность последнего нарушается, что приводит к генной мутации. Кроме того, инсерция мобильного элемента может привести к возникновению хромосомных аберраций, таких, как делеции, дупликации, инверсии и транслокацин.

Мобильные элементы у эукариот. Как уже указывалось, мобильные элементы впервые были обнаружены у кукурузы. Впоследствии их нашли и у других зукариот, например у дрозофилы (365). У этого организма инсерционные мутанты возникают с высокой частотой и несут вставки в определенных специфических локусах. Существует три источника мобильных элементов у дрозофилы; а) они могут происходить из генных последовательностей, рассеянных по всему геному.

Показано, что некоторые элементы из этих генных последовательностей действительно способны перемешаться; б) вторым возможным источником мобильной ДНК могут быть повторяющиеся последовательности конститутивного гетерохроматина прицентромерных районов хромосом; в) в качестве источника мобильных элементов могут выступать и РНК-вирусы, паразитирующие на дрозофиле. В этом случае с помощью обратной транскрипгазы (разд. 2.3.2.2) вирусная РНК транскрибируется в ДНК, а последняя способна встраиваться в геном. Мобильные элементы дрозофилы наряду с индивидуальными особенностями в структурной организации, такими, как наличие инвертированных повторов на концах, обладают общими свойствами с транспозонами бактерий. Онн способны с высокой частотой индуцировать генные мутации, причем мутации эти нестабильны и часто ревертнруют; их репликация независима; частота возникновения хромосомных аберраций у линий, несущих мобильные элементы, повышена.

Описаны также мобильные элементы у дрожжей (358). Значение мобильных элементов в эволюции. Высказываются предположения, что перенос генон мобильными элементами может служить одним из факторов эволюции. Если помимо классических путей передачи наследственной информации от родителей к потомкам существует еще горизонтальный перенос (даже между отдаленными видами), разнообразие генетических изменений должно резко возрасти. Заметим, что, например, перенос генов от одной бактерии к другой с помощью фага (трансдукция) известен давно, а теперь используется и в ебсца ацст)е Ген Кщ 1500 и.н. ' 1500 п.н.1 5700 п.н.

Идентичные короткие последовательности хозяина Рис. 2.94. Пример одного транспозона (Тп 5) Е. сой На концах транспозона имеются инвертированные повторм длиной в 1500 и. н. Они практически идентичны. Единственное различие состои~ в том, что девый повтор имеет лару А — Т в том месте, где правый повтор имеет пару Ст — С. Именно отсюда начинается транскрипция гена Донорная ДНК 3' Реципиентная ДНК Соединение двух молекул ДНК: кончики стрелок соответствуют Зс ОН концам, в которых происходит синтез ДНК Продукты синтеза ДНК Рекомбинация: ДНК - донор содержит транспозон, реципиентная ДНК имеет прямые повторы на концах транспозона Рис. 2.95 Схема, поясняющая механизм транс- позиции. На двух концах транспозона (или 1з-элементов; темные сегменты в молекуле ДНК сверху) двухцепочная ДНК разрезается ресгриктазой (А).

Таким же способом открывается с противоположного конца реципиеитная ДНК (5); затем репдикадия ДНК приводит к удвое- 142 2. Хромосомы человека канамицин-устойчивости (Клт). Инвертированные повторы кодируют два белка, необходимых для транспозиции Тл. Поскольку левый повтор включает в себя стоп-кодон, функциональный генный продукт образуется только правым повтором. нию транспозона и фланкирующих последовательностей реципиентной модскулы (В)1 наконец, происходит рекомбинация, (Г) ДЫК-донор содержит транспозон; реципиентная ДНК имеет транаюзон и фданкирующне последовательности, состоящие из прямых повторов.

(По Бйар(го, ргос. Ноте Асад. Вс(, ()ЯА, 76, 1933, 1979.) 2, Хромосомы человека 143 генетической инженерии эукариот (включая клетки млекопнтаюших). Возможно, что такие процессы могут происходить и в природе. Более того, последовательности ДНК, гомологнчные глобиновому гену человека, были обнаружены у бобовых растений 13!23. Функция такого гена у растений может состоять в том, чтобы «обеспечить кислородом клубеньковые бактерии в тканив. Наличие этого гена может быть объяснено переносом его от насекомых илн млекопитающих.

Существуют ли мобильные элементы в геноме человекау До сих пор подобные элементы в геноме человека еще не выявлены. Однако, также как и у дрозофилы, у человека имеются рассеянные по геному повторяющиеся фрагменты ДНК (разд. 2.3.1.1), иногда содержащие даже палиндромные последовательности, которые по аналогии могли бы рассматриваться в качестве мобильных элементов, Например, онкогены имеют структурную гомологию с клеточными РНК-внрусами (ретровирусами, разд. 5.1.6); сходные с ретровирусами повторяющиеся элементы идентифицированы в ДНК человека !4293; показано, что вирусная ДНК мутагенна для клеток млекопитающих [14633.

В геноме человека обнаружена особая группа диспергироаанных повторяющихся последовательностей, так называемые А!н-последовательностн. Уже указывалось, что ядерная ДНК человека организована по типу ДНК Хелорил, т.е. состоит нз уникальных последовательностей длиной 1 — 2 т.п.н., перемежающихся повторяющимися последовательностями длиной 0,1 — 0,3 т.п.н. Мы говорили .также, что некоторые из этих последовательностей представляют собой палиндромы, т.е, состоят нз комплементарных инвертированных повторов (разд. 23.1.1). Однако если в геноме Хелорив эти повторяющиеся последовательности формируют много разных семейств, то у млекопитающих, таких, как грызуны нли приматы, они обнаруживают сильную гомологию !5053. У человека 3-6'Ь всей геномной ДНК приходится на повторяюшнеся последовательности длиной 300 п.н. н ж 60;4 таких повторов, как показано рестрикционным анализом, ока- зываются гомологичными.

Общее число копий А!п-последовательностей оценивается в настоящее время в 500000 на гаплондный геном, т. е. в среднем одна такая последовательность приходится на каждые 5000 пар оснований, но распределены они неравномерно. Другими словами, примерно одна А)п-последовательность встречается через каждые 2,5 рассеянных по геному ДНК-повторов различного типа, включая инвертированные повторы и палиндромы (рис. 2.96). С обеих сторон они фланкированы обычно короткими прямыми повторами длиной от 7 до 20 пар оснований.

Характеристики

Список файлов книги