Биологический каталог




Современная генетика. Том 2

Автор Ф.Айала, Дж.Кайгер

е изменения нуклеотидной последовательности. Многие из этих изменений непосредственно предотвращают экспрессию за счет небольших делеций или вставок, сбивающих рамку считывания и приводящих к обрыву трансляции на возникающих в рамке термина-торных кодонах. Псевдогены можно, вероятно, считать своего рода обломками, которые накапливаются в геноме в результате разного рода эволюционных процессов.

Целый ряд человеческих генетических заболеваний связан с изменениями в экспрессии генов а- и (З-подобных глобиновых кластеров. К таким заболеваниям относится талассемия, при которой наблюдается в той или иной степени выраженное нарушение баланса синтеза ос- и р-глобиновых цепей, приводящее к анемии различной тяжести. Классификация талассемических заболеваний основана на том, какие из генов оказались подвержены изменениям в уровне экспрессии. В случае ос-та-лассемии различают формы а + и а0 в зависимости от того, происходит или вовсе не происходит синтез каких-либо а-глобиновых полипептидов. Аналогичным образом в случае Р-талассемии различают формы Р + и р°. На основании изучения множества случаев талассемии можно утверждать, что мутации, вызывающие это заболевание, могут влиять на экспрессию соответствующих генов на любом уровне, начиная от стадии инициации транскрипции и до сплайсинга трансляции мРНК и образования стабильных глобиновых цепей.

Дополнительные представления о регуляции глобиновых генов в ходе развития организма удалось получить при изучении фенотипических проявлений делеций определенных генов глобиновых кластеров. Такие делеций, удаляющие один или более генов из кластера, влияют на экспрессию в ходе развития организма оставшихся генов в цис-положении. Так, две формы а°-талассемии вызываются делениями генов al и ос2 или al, a2 и (рис. 16.17). Гомозиготность по каждой из форм вызывает синдром, называемый водянкой плода, при котором совершенно не синтезируются a-глобины, и смерть наступает при рождении или вскоре после него. При этом вплоть до самой смерти продолжается экспрессия ^-глобинового гена, который в норме на этих стадиях развития совершенно перестает экспрессироваться (рис. 16.16). В то же время экспрессия Р-подобных глобиновых генов протекает без всяких изменений - вовремя происходит «выключение» Б-глобинового гена и «включение» у-глобиновых генов.

Известен также ряд делеций в кластере р-подобных глобиновых генов (рис. 16.17). Некоторые из них (хотя и не все) обусловливают постоянное присутствие и функционирование в клетке фетальных гемогло-бинов (HPFH-от англ. hereditary persistence of fetal hemoglobin), у взрослых гомозиготных по этому признаку людей клинические симптомы анемии отсутствуют. Фенотип HPFH наблюдается и при гетеро-зиготности, что указывает на i/иодействие таких делеций, предотвращающих нормальную репрессию у-глобиновых генов у взрослого человека. Аномальная экспрессия р-глобиновых генов сопряжена с делениями, отмеченными на рис. 16.17. Поскольку еще одна делеция (су-Ау-8р-талассемия-см. рис. 16.17), удаляющая только гены 5 и р, не связана с фенотипом HPFH, можно полагать, что для нормальной репрессии у-глобиновых генов на определенной стадии развития необходимо наличие регуляторной последовательности, предшествующей 8-глобиновому гену. Влияние на транскрипцию отдаленных последова

тельнрстей проявляется и в случае делеции, показанной в нижней части рис. 16.17 (у-Р-талассемия), при которой неповрежденная р-глобиновая транскрипционная единица оказывается тем не менее неэкспрессируе-мой. Как и в случае кластера а-подобных глобиновых генов, делеции в р-глобиновом кластере не оказывают влияния на нормальную, связанную с развитием регуляцию экспрессии генов другого кластера. Не вызывает сомнения, что существуют особые гены, ответственные за согласованную регуляцию, благодаря которой на определенных стадиях развития организма происходят согласованные изменения в экспрессии генов обоих кластеров.

Контроль экспрессии генов, основанный на перестройках ДНК

В некоторых эукариотических организмах для изменения экспрессии тех или иных генов используются перестройки последовательностей в хромосомных ДНК. Такого рода хромосомные перестройки обнаружены и изучены у таких объектов, как дрожжи S. cerevisiae, трипаносомы (возбудители сонной болезни, переносимые мухой цеце) и В-лимфоциты животных, дифференциация которых приводит к появлению в организме множества разнообразных специфических иммуноглобулинов (так называемых антител). Такая широкая филогенетическая распространенность этого феномена привела к предположению о том, что перестройка ДНК также вовлечена в процессы регуляции экспрессии генов в ходе развития организмов.

Типы спаривания у дрожжей

Для дрожжей характерно проявление двух альтернативных вариантов экспрессии определенной группы генов, которые определяют тип спаривания (а или а) индивидуальных клеток. Гаплоидные а-клетки способны узнавать и сливаться с гаплоидными а-клетками с образованием ди-плоидов (а/а). Диплоидные клетки могут расти в виде диплоидов или при голодании подвергаться мейозу с образованием гаплоидных спор с типами спаривания а или а. При мейозе маркеры а и а расщепляются как аллельные варианты по локусу типа спаривания, который картируется в хромосоме III. Прорастание гаплоидной споры любого типа сопровождается делением клеток за счет почкования. После первого отпочкования клетка приобретает способность к переключению типа спаривания на противоположный как для себя самой, так и для следующей дочерней клетки в ходе второго деления. Таким образом, при каждом последующем делении происходит подобное переключение с частотой около 80%, что приводит к появлению диплоидного потомства гаплоидной споры (рис. 16.18).

Возникает вопрос, каким образом в гаплоидной споре, несущей определенный аллель типа спаривания (а или а), может проявляться генетическая информация, характерная для аллеля альтернативного типа спаривания (а или а соответственно). Детальный генетический анализ этой проблемы позволил сформулировать так называемую кассетную

Первое почкование

Созревание (гаплоид)

Второе почкование (переключение типа спаривания)

почковавшаяся клетка с исходным типом спаривания не может изменить его, прежде чем сама впервые не подвергнется почкованию. В данном случае такая возможность не успевает реализоваться, поскольку происходит слияние и диплоидизация клеток с различным типом спаривания.

Рис. 16. (8. Процесс почкования, связанный с переключением типа спаривания у дрожжей. Показано созревание гаплоидной споры с типом спаривания а. После первого отпочкования материнская а-клетка приобретает способность к переключению своего типа спаривания и типа спаривания дочерней клетки, возникающей при втором отпочковании. Отмодель интерконверсии типов спаривания. Согласно этой модели, в каждой дрожжевой клетке содержатся локусы обоих типов спаривания в виде молчащих копий (а и а), а также локус какого-то одного типа в виде экспрессируемой копии, которая и определяет наблюдаемый тип спаривания (а или а). Считают, что переключение типа спаривания представляет собой перенос (транспозицию) генетической информации от одного из молчащих локусов к локусу, собственно и определяющему проявляемый тип спаривания, который сопровождается удалением той информации, которая до этого содержалась в локусе типа спаривания. Процесс переключения контролируется продуктом гена НО, мутации которого блокируют процесс переключения.

Использование методов работы с рекомбинантными ДНК позволило довольно быстро подтвердить справедливость кассетной модели. В настоящее время известна структурная организация ДНК как в истинном локусе типа спаривания (МАТ), так и в области молчащих копий (HMLcc и HMRa). Все они расположены на хромосоме III (рис. 16.19). Хромосомы двух альтернативных типов спаривания различаются лишь небольшим негомологичным сегментом ДНК, обозначенным Y. Протяженность Ya-642 п.н., а протяженность Ya-747 п. н. Для обоих типов спаривания характерно наличие трех одинаковых участков последовательности -W, X и Z. В соответствующих молчащих копиях, содержащих последовательность Ya или Ya, также содержатся все или по крайней мере некоторые из этих общих участков последовательности (рис. 16.19). Процесс переключения представляет собой замену последовательностей Ya (или Ya), а также общих последовательностей, присутствующих в локусе МАТ, на соответствующие последовательности одного из молчащих локусов.

Реализация различных вариантов экспрессии определенных генов в случае а- или a-клеток обусловлена образованием различных РНК-транскриптов в зависимости от типа последовательности Y, присутствующей в локусе МАТ к содержащей область инициации транскрипции. Характерно, что инициация транскрипции происходит только в области последовательности Y, входящей в состав локуса МАТ, и не происходит на соответствующих последовательностях в локусах HMRa и HMLa, что, вероятно, отражает различия в структуре хроматина в ло

кусе МАТи в локусах HMLn HMR. Для подавления транскрипции с Y-последовательностей, расположенных в локусах HMLu HMR, необходима экспрессия четырех генов SIR. Считают, что продукты этих генов, взаимодействуя с сайтами, расположенными рядом с областями HML и HMR, индуцируют образование компактной хроматиновой структуры, которая в свою очередь препятствует действию РНК-полимеразы. В то же время продукты генов SIR не действуют на локус МАТ, что открывает возможность инициации транскрипции на расположенной в этом локусе последовательности Y.

Направленность переноса информации от HMLили HMR к МАТ, но не в обратном направлении, возможно, также обусловлена меньшей компактностью структуры хроматина в области МАТ. Полагают, что ген НО кодирует эндонуклеазу, вносящую двуцепочечный разрыв между последовательностями Y и Z. Такой разрыв может возникать только в области MAT vi не возникает в идентичных последовательностях, локализованных в рамках HML и HMR. С образования двуцепочечного разрыва, вероятно, начинается собственно процесс переключения, в основе которого может находиться механизм, сходный с механ

страница 50
< К СПИСКУ КНИГ > 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75

Скачать книгу "Современная генетика. Том 2" (5.25Mb)


[каталог]  [статьи]  [доска объявлений]  [обратная связь]

п»ї
Rambler's Top100 Химический каталог

Copyright © 2009
(27.05.2019)