5.3. Транспозиции

Традиционные представления о стабильности геномов, сложившиеся в рамках классической генетики, были существенно поколеблены после открытия мобильных (мигрирующих) генетических элементов (МГЭ). МГЭ – это структуры, которые могут перемещаться в пределах генома и переходить из генома в геном. Они могут встраиваться в различные области хромосом эукариот, ДНК и плазмид прокариот. Процесс перемещения МГЭ получил название транспозиции.

МГЭ были открыты Б. Мак-Клинток у кукурузы еще в 1940-е гг. (рис. 5.6), однако ее сообщение было встречено с большим недоверием генетиков. Развитие молекулярной генетики подтвердило наличие подобных структур сначала у прокариот, а затем и у эукариотических организмов. Только в 1983 г. за свое выдающееся открытие Б. Мак-Клинток была удостоена Нобелевской премии.

5.3. Транспозиции

— AD —

Рис. 5.6. Впервые мобильные генетические элементы были обнаружены у кукурузы

У прокариот выделяют два вида МГЭ.

Инсерционные последовательности (IS) – небольшие последовательности ДНК (700–2000 п. н.), имеющие на концах короткие (10–40 п. н.) схожие последовательности, расположенные в обратном порядке (инвертированные повторы).

IS несут гены, связанные только с транспозицией. При транспозиции участок ДНК хозяина в сайте-мишени (5–9 п. н.) удваивается и окаймляет IS прямыми повторами, т. е. одинаково ориентированными (рис. 5.7).

5.3. Транспозиции

Рис. 5.7. Схема внедрения IS в ДНК хозяина:

1 – удвоенный сайт-мишень ДНК хозяина; 2 – инвертированные повторы; 3 – центральная область IS; 4 – ДНК клетки-хозяина

Бактериальная клетка обычно имеет множество IS. Наличие идентичных IS в различных бактериальных генетических структурах создает основу для их взаимодействия, интеграции и генетического обмена по принципу сайт-специфической рекомбинации.

Транспозоны (Tn) – более сложные структуры (2000–20 000 п. н.), в средней части имеющие различные гены, не обязательно связанные с транспозицией.

Tn с каждой стороны имеют плечи (или модули), которые являются IS, в прямой или инвертированной ориентации (рис. 5.8). Поскольку IS всегда имеют инвертированные повторы, то и Tn имеют их на своих краях. Большие транспозоны группы TnА плеч не имеют, но инвертированными повторами (38 п. н.) все равно окаймлены.

Вероятно, Tn возникли путем объединения двух первоначально независимых IS и области между ними (Shapiro J., 1983). Многие транспозоны несут гены устойчивости к антибиотикам. Процесс транспозиции у бактерий включает дупликацию транспозона, при этом одна копия остается на старом месте, а другая возникает на новом.

Термин «транспозоны» в настоящее время обычно применяют ко всем МГЭ.

5.3. Транспозиции

Рис. 5.8. Прямая (а) и инвертированная (б) ориентация плеч транспозонов

Структуры, аналогичные транспозонам бактерий, обнаружены у дрожжей, кукурузы, дрозофилы и других эукариотических организмов. Для них характерны типичные признаки транспозонов – инвертированные повторы и дупликация сайт-мишени. У дрожжей структуры Ty (Transposon yeast) встречаются в среднем в количестве 30–35 на клетку. Они имеют типичную структуру бактериального транспозона с плечами по 330 п. н. Такую же структуру имеют и самые первые из открытых МГЭ у кукурузы (около 5000 п. н.), получившие при открытии название «контролирующие элементы». У дрозофилы были обнаружены многочисленные транспозоноподобные структуры – МДГ (мобильные диспергированные гены). Одной из возможных функций МДГ является создание изолирующих барьеров для скрещивания на пути к видообразованию.

Развитие методов молекулярной генетики показало широкое распространение МГЭ в геномах высших животных, в том числе и у человека. Их доля в геномах оказалась значительно выше, чем предполагалось ранее. В своем большинстве они являются эволюционным наследием и обусловлены внедрением вирусного или бактериального генома в клетки эукариот миллионы лет назад. В первую очередь, это относится к ретровирусам, способным строить на своей РНК комплементарную ДНК и таким образом внедряться в чужой геном. Встраиваемая в геном ДНК-копия называется провирусом. Подавляющее большинство провирусов не функционируют (не экспрессируются), но при определенных воздействиях некоторые из них способны активироваться, что может представлять опасность для макроорганизма.

Хотя наличие МГЭ и у прокариот, и у эукариот указывает на их общебиологическое значение, окончательно не решен вопрос об их функциях. Феномен транспозиции представляет большой теоретический интерес, независимо от конкретной функции МГЭ. Их важная роль в эволюции уже не подлежит сомнению. Так, показана близость сайтов внедрения МГЭ и хромосомных перестроек. Поскольку МГЭ могут создавать диффузные области гомологии, их копии в разных местах генома обеспечивают возможность реципрокной сайт-специфической рекомбинации. Такие обмены могут приводить к различным хромосомным перестройкам (делециям, инверсиям, транслокациям), изменять систему регуляции генов. Стимулируя хромосомные перестройки, транспозоны могут изменять экспрессию соседних генов. Такая реорганизация играет существенную роль в эволюции геномов.

Показан резкий рост числа транспозиций в популяциях дрозофилы при стрессовых воздействиях, что можно рассматривать как модель быстрой регуляции активности генома при изменении условий существования (Ратнер В. А., 2002).

В настоящее время наметилась тенденция оставить понятие «мутация» только за генными мутациями, а хромосомные и геномные мутации рассматривать как варианты генетической рекомбинации. Терминологическая проблема возникла из-за традиционного понимания мутации как нерегулярного события, а главное, как отклонения от нормы. Однако дупликации, инверсии, транслокации, центрические слияния, полиплоидия неразрывно связаны с эволюцией геномов. С эволюционной точки зрения хромосома – это непостоянная структура, а лабильность – естественное состояние генома (Хесин Р. Б., 1984).

Все вирусы представляют собой «мобильные гены». Вирусы, плазмиды, транспозоны можно рассматривать в русле единого явления в эволюции генетической системы. Все эти структуры не только сами способны перемещаться по геному, но и могут «перетаскивать» соседние участки генома клетки-хозяина. Такое явление получило название трансдукции. Многообразие мобильных генетических структур послужило основой для гипотезы горизонтального переноса генов в эволюции. Одни генетики, допуская возможность горизонтального переноса в природе, не считают, что он играл заметную роль в эволюции. Другие, наоборот, придают ему решающее значение. Проблема горизонтального переноса генов будет рассмотрена далее.

Похожие книги из библиотеки

Болезни суставов

В данной книге доступно изложены основные болезни суставов - артроз, артрит, отложение солей в суставах, остеохондроз, радикулит. Представлены причины, симптомы, современные методы лечения, профилактики болезней суставов, а также народные средства в лечении. Также Вы узнаете о неотъемлемых составляющих здоровых суставов - питании, физической активности, достаточном потреблении жидкости. Лучше предотвратить болезнь, но если болезнь дала о себе знать, то очень важно приостановить процесс разрушения и вылечиться на ранних стадиях. Внимание! Данная книга не является учебником по медицине. Все рекомендации должны быть согласованы с лечащим врачом.

Тук-тук, сердце! Как подружиться с самым неутомимым органом и что будет, если этого не сделать

Наше сердце – неутомимый труженик. Не останавливаясь ни на секунду, оно стучит и стучит: в среднем за 70 лет набегает без малого 3 миллиарда раз. И все для того, чтобы мы могли жить в свое удовольствие. Взамен же сердце не просит почти ничего, единственное, что от нас требуется, – беречь его. Но как именно? Самый популярный ответ будет выглядеть примерно так: надо правильно питаться, заниматься физкультурой, отказаться от вредных привычек, избегать стресса… Увы, эти общие фразы настолько навязли в зубах, что мы лишь отмахиваемся от них. И потом, ну как любовь к фастфуду или кружка пива может навредить сердцу? Вы правда хотите понять? Тогда прочтите эту книгу. Если подумать, мы крайне мало знаем о сердце, его работе и проблемах. Чтобы исправить это упущение, кардиолог Йоханнес Хинрих фон Борстель и написал свою книгу.

Клиническая эхокардиография

Книга написана американским и отечественным специалистами. Первое ее издание стало самым популярным в России руководством по эхокардиографии. Нынешнее издание отражает изменения, происшедшие в этой области за последние годы: все главы была существенно переработаны или переписаны. Общее число иллюстраций увеличилось в два с половиной раза, добавлены интереснейшие случаи из практики и многое другое. Книга предназначена и для тех кардиологов, которые лишь начинают осваивать эхокардиографию, и для тех, кто уже давно ею занимается. Изучив эту книгу, читатель сможет выполнять эхокардиографические исследования на самом современном уровне — так, как это делают в Лаборатории эхокардиографии Калифорнийского университета в Сан-Франциско.

Детское питание. Рецепты, советы, рекомендации

Трудно переоценить значение правильного питания для ребенка первых лет жизни. Различные компоненты пищи служат строительным материалом для клеток, органов и тканей. От полноценности, сбалансированности рациона малыша и соблюдения оптимального режима питания зависит его здоровье как в настоящий период, так и в будущем. Молодые родители не всегда уверены в том, что они кормят своего ребенка правильно. Ваши сомнения по столь важному вопросу разрешит эта книга, в которой рассмотрены основные аспекты питания детей первых трех лет жизни. А также содержатся полезные советы, рекомендации по грудному и искусственному вскармливанию младенцев до года и введению прикормов, множество рецептов всевозможных блюд, рекомендации по организации лечебного питания детей.