Биологический каталог




Биология развития

Автор М.Зуссман

ой клетки.

В трансформированных клетках обезьяны имеется, по-видимому, от 5 до 50 копий ДНК вируса SV40, которые, вероятно, собраны в одном месте.

Итак, о вирусе SV40 многое известно. Известны его строение и состав, генетика, характер заражения, развитие внутри клетки. Остается выяснить совсем немного: как он вызывает рак.

Следует отметить также, что из группы ДНК-содержащих вирусов только вирусы полиомы вызывают опухоли у широкого круга животных.

А, Хромосомы бактерии и фага соединяются гомологичными участками {имеющими одинаковую последовательность нуклеотидов). Б. В гомологичных участках обеих хромосом образуются разрывы и концы бактериальной ДНК соединяются с концами фаговой ДНК. В. Резуль-. тат: геном фага встраивается в бактериальную хромосому.

Модификация генома хозяина вирусом

Новая ДНК из старой РНК — обратная транскриптаза. Догмой молекулярной генетики было то, что па ДНК синтезируется РНК, а на РНК — белок. Предыдущие разделы книги показали, что эта догма оказалась, весьма плодотворной. Об этом же говорят и материалы, изложенные в гл. 15. Но это не означает, по крайней мере в принципе, что поток 1шформации никогда не может быть обратным, то есть что геном клетки не может быть модифицирован с помощью информации, содержащейся в молекулах РНК или даже .белка.

Действительно, за последние два года было показано, что по крайней мере РНК может служить матрицей для синтеза ДНК. Это явилось одним из самых выдающихся достижений в области изучения биологии рака человека.

Многие вирусы животных и некоторые бактериофаги вместо ДНК содержат РНК. К этой группе относятся вирусы, которые вызывают полиомиелит, оспу, корь, грипп и многие другие заболевания. У некоторых из них РНК одноцепочечная, у других — двух-цепочечная. После проникновения вирусов в клетку их РНК должна "выполнить две функции.

1. Как мРНК она должна объединяясь с рибосомами, обеспечивать синтез вирусных белков.

2. Она должна служить матрицей для синтеза новых вирусных РНК. Когда появились копии РНК и синтезированы белки, происходит сборка вирусных частиц, и они высвобождаются из клетки.

У всех перечисленных выше вирусов процесс копирования РНК осуществляется с помощью фермента, который движется вдоль матричной РНК, синтезируя новую РНК без участия ДНК. Таким образом, догма уже видоизменена, т. е. РНК производит РНК, а РНК-белок.

Некоторые РНК-содержащие вирусы животных вызывают опухоли. К ним относится вирус саркомы Рауса и группа вирусов, вызывающих лейкемию у мь!шей. Последние для нас очень ипте-ресны, поскольку и у людей, больных лейкемией, обнаруживают вирусные частицы, так называемые С-частицы, очень напоминающие вирусы лейкемии мыши. Поведение этих РНК-содержащих опухолеродных вирусов, и вирусов, содержащих ДНК, например вируса полиомы, практически одинаково. Попав в клетку, они либо производят многочисленное потомство и вызывают гибель клетки, либо трансформируют нормальную клетку в раковую.

В течение нескольких лет предполагали, что в трансформации каким-то образом участвует синтез ДНК. Было показано, что клетки, обработанные специфическими ингибиторами синтеза ДИК и зараженные вирусами лейкемии, могут обеспечивать про

изводство нормального количества вирусных частиц, но никогда не трансформируются.

Загадка была решена несколько лет назад, когда сразу в трех лабораториях в вирусных частицах саркомы Рауса и лейкемии мышей было обнаружено небольшое количество белка, который как фермент катализирует следующие реакции:

Вирусная PIIK +

' дА — ФФФ ДТ — ФФФ ФЕРМУ

дГ — ФФФ дЦ — ФФФ

> Вирусная РНК + Двухцепочечная ДНК 4- Пирофосфат

Следовательно, на матрице РНК с помощью этого фермента из четырех дезоксириботрифосфатов синтезируется ДНК. Поскольку фермент катализирует реакцию, обратную обычной, он получил название «обратная транскриптаза». Он присутствует только в трансформированных раковых клетках и отсутствует в нормальной ткани. Обнаружение этого фермента позволяет предполагать, что перед трансформацией РНК вирусного генома транскрибируется с образованием двухцепочечной "ДНК, которая входит в ядро клетки и встраивается в геном, возможно, так же, как это делает ДНК вируса SV40. Недавно было показано, что лейкемические клетки человека содержат обратную транскриптазу.

РЕКОМЕНДУЕМАЯ ЛИТЕРАТУРА

Rosenthal М. D., Wishnow R. М., Sato G. IL, Journal of the National Cancer Institute, 44, 1001 (1970).

Pierce G. В., in: Current Topics in Developmental Biology, II, A. Monroy and A. Moscona, eds., New York, Academic Press, 1967.

Davis B. D., et al., Microbiology,. New York, Harper and Row, 1968.

Watson J. D., Molecular Biology of the Gene, 2nd ed., New York, W. A. Benjamin, Inc., 1970. (Имеется перевод 1-го изд. Дж. Уотсон, Молекулярная биология гепа, изд-во «Мир», М., 1967.)

Burnet F. М., British Medical Journal, 1, 779 (1957).

Burger M. M., Goldberg Л. R.; Proceedings National Academy Sciences, 57, 359 (1967).

Mizutami S., Temin H. M.% Nature, 226, 1211 (1970). Baltimore D., Nature, 226, 1209 (1970).

Глава 15

ДИФФЕРЕНЦИАЛЬНАЯ АКТИВНОСТЬ ГЕНОВ В ПРОЦЕССЕ РАЗВИТИЯ

Сейчас мы немало знаем о закономерностях выражения генов у бактерий в процессе индукции и репрессии ферментов, при заражении их фагами и т. д. Но мы очень мало знаем и еще меньше понимаем, как осуществляется выражение генов у эукариот. Однако уже сейчас есть основания предполагать, что оно происходит иначе, чем у бактерий. В этой главе собраны экспериментальные данные, которые представляются мне интереспыми, поскольку они открывают подходы к решению этой проблемы.

Геномы клеток эукариот

Слишком много генов. Возьмем суспензию Е. coli, сосчитаем число клеток и измерим содержание ДНК. Мы получим, что одна грамм-молекула Е. coli (6-Ю23 клеток) содержит 3-109 г ДНК.

Допустим, что вся ДНК в клетке Е. coli сосредоточена в одном месте (на самом деле большая часть ее находится в хромосоме, а очень небольшая —в эписомах). Это дает нам 6 • 1023 идентичных кусочков ДНК, т. е. одну грамм-молекулу весом в 3-109 г.

Какое же количество пар нуклеотидов должен содержать каждый кусочек ДНК, чтобы одна грамм-молекула их весила 3• 109 г? Молекулярный вес одного нуклеотида в среднем составляет около 330 г. Тогда 6-1023 нар нуклеотидов будут весить около 660 г. Следовательно, один кусочек ДНК Е. coli должен состоять из 3-10э/660 или 4,5-106 пар нуклеотидов.

В табл. 15-1 приведены подобные измерения и расчеты для других организмов.

Скольким генам может соответствовать такое количество ДНК? Мы знаем (гл. 2), что участок ДНК, насчитывающий 1000 пар нуклеотидов, может кодировать полинентид, состоящий из 1000/3 или около 330 аминокислот, т. е. полипентид с мол. весом около 40 000. Это средний молекулярный вес одиночных полинептидных цепей, обнаруживаемых в клетке. Таким образом, ДНК Е. coli может содержать около 4500 генов такого размера. Является ли это число разумным для Е. coli? Я бы сказал, да. Даже если принять, что в среднем каждый белок Е. coli состоит из двух разпых полинептидных субъединиц, 4500 генов было бы достаточно для обеспечения синтеза 2200 различных ферментов, регуляторных белков, структурных компонентов, транспортных белков и т. д. На основаТаблица 15-1 Размеры генома у различных организмов

Организм

Содержание ДНК на клетку

(общее число нуклеотид-ных пар)

Приблизительное число генов

Бактериофаг, Т4 Бактерия, Е. coli Миксомицет, D. disco2 • 10& 4,5 • 10е 5,5 • 107

200 4500 55000!

ideum Плодовая мушка,

Drosoph.Ua Корова Человек

8 • 108

3 ? 109 8 • 10s

800.000!

3 000000! 8 000 0001

жии того, что мы знаем о строении и метаболизме Е. coli, нам будет довольно трудно составить список белков, для которых требовалось бы существование более 1000 генов.

Прекрасно, а как быть с D. discoideum, у которого ДНК достаточно для 55 000 генов, а у человека — для 8000 000? Это одна из самых интересных проблем современной биологик; в настоящее время пет и намека на ее решение. Однако можно думать о трех возможных объяснениях.

\. У Е. coli 4500 генов, поскольку опа содержит 4500 различных полипептидов; у человека 8 000 000 генов, поскольку у него есть 8000000 различных полипептидов. Попробуйте суммировать все различные виды полипептидов, синтезируемые мышечными клетками, нейронами, эритроцитами, с бесчисленными антителами, которые могут синтезировать плазматические клетки, и вы, вероятно, получите число, близкое к 8000000.

1 И у одноклеточных, и у многоклеточных организмов существуют, как известно, гепы, не кодирующие белки. Это гены рибосомной и транспортной РНК.

2. В многоклеточных организмах клетки могут дифференцироваться в разных направлениях; каждое направление обеспечивается отдельным блоком гепов. Так, например, когда у зародыша человека одна клетка под влиянием окружающих условий начинает дифференцироваться в мышечную, а другая — в хрящевую, то в первой функционируют гены одного блока, а во второй — другого. Если два типа клеток содержат идентичный белок, то в клетке каждого типа должно быть два одинаковых гена — по одному в каждом блоке.

3. В многочисленных организмах большая часть ДНК вовсе не кодирует белки !. Зато эта ДНК регулирует активность тех участков, которые их кодируют, т. е. она определяет, сколько белков будет сентизироваться, с какой скоростью и в каких условиях.

Каждая из этих гипотез в настоящее время имеет своих нри-верженцов. Кроме того, есть еще и другие гипотезы, которые я не рассматривал. Можно надеяться, что благодаря большому числу исследований, посвященных этому вопросу, в ближайшие несколько лет картина прояснится.

Повторяющиеся нуклеотидные последовательности ДНК

Слишком много генов. Если у Е. coli около 4500 генов и каждый ген кодирует свой белок, тогда не должно быть ни одного похожего гена, т. е. все гены должны иметь различную последовательность нуклеотидов. Предположим, что мы взяли геном Е. coli, состоящий из 4,5-106 пар нуклеотидов и делим его приблизительно на 11000 фрагментов, содержащих около 400 пар,нуклеотидов (меньше, чем размер среднего гена). Затем мы нагреваем эти ф

страница 43
< 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

Скачать книгу "Биология развития" (6.86Mb)


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

п»ї
Rambler's Top100 Химический каталог

Copyright © 2009
(29.06.2017)