загрузка...
загрузка...
На головну

Послідовності нуклеотидів еукаріотичного генома

  1. Аналіз спектру імпульсної послідовності
  2. Тимчасові послідовності Фібоначчі
  3. Геноміка - вивчення всього геному
  4. Глава 12. Картування І ВИЗНАЧЕННЯ ПЕРВИННОЇ СТРУКТУРИ ГЕНОМУ ЛЮДИНИ
  5. Глава XI. Про геологічної послідовності органічних істот
  6. Завдання 37. Проаналізуйте тексти з точки зору логіки і послідовності викладу. Відредагуйте їх.
  7. Криптографічно безпечні псевдовипадкові послідовності

Геном еукаріотів складають унікальні і повторювані послідовності нуклеотидів. Зміст унікальних послідовностей в геномі, певне на підставі кінетики реассоціаціі фрагментованою ДНК, варіює у різних організмів, і їх частка становить 15-98% від всієї ДНК. Незважаючи на те, що до фракції унікальних послідовностей потрапляють багато структурні гени, велика частина унікальних послідовностей є некодирующей і зазвичай не містить в собі генетичної інформації в загальноприйнятому значенні цього терміна: чи не кодує функціонально значущі поліпептидні ланцюга або РНК. Добре відомим прикладом таких унікальних послідовностей є інтрони, загальний розмір яких, як правило, на порядок і більше перевищує сумарний розмір екзонів містять їх генів.

Еволюційний виникнення мозаїчної (інтрон-екзон) структури генів еукаріот, так само як і консервативний характер успадкування розмірів і взаємного розташування інтронів в генах, не знаходить в даний час вичерпного пояснення через удаваного відсутності фактора тиску природного відбору на послідовності нуклеотидів без чітких біологічних функцій . Найбільшого поширення набула концепція В. Гілберта (1977 р), згідно з якою поява интронов, мабуть, збіглося за часом з еволюційним виникненням багатоклітинних організмів, забезпечило можливість обміну екзонами між несумісними генами (exon shuffling). Такий обмін повинен супроводжуватися утворенням нових білків музичного будови, складених з готових поліпептидних функціонально значущих модулів (доменів), що раніше належали іншим білкам. Наслідком цього, на думку прихильників даної концепції, було різке прискорення утворення білків і ферментів з новими функціями, а також глибокі еволюційні перетворення самих організмів, що реалізують такі молекулярні механізми. Ця точка зору отримала назву "Гіпотези пізнього виникнення интронов" (intron late). Відповідно до іншої гіпотези Дж. Е. Дарнелла і В. Ф. Дулиттла (1978 г.) сучасні інтрони є "еволюційні релікти". Колись інтрони були частиною гігантських генів.

Не менш загадковим з еволюційної точки зору залишається і феномен появи в геномі багатоклітинних організмів великої кількості некодуючих повторюванихпослідовностей. Такі повтори представлені в гаплоидном геномі еукаріотів множинними копіями. У сучасній класифікації повторів прийнято розрізняти часто повторювані послідовності, число яких перевищує 105 на гаплоїдний геном, і помірно повторювані, представлені 10-104 копіями. Добре вивченим представником перших є сателітна ДНК, Яка складається з коротких тандемних повторів довжиною 1-20 п.о., організованих в довгі блоки. Одними з перших серед повторюваних послідовностей ДНК еукаріот були відкриті сателітні ДНКтімуса телят. Свою назву вони отримали на підставі того, що при аналізі сумарної еукаріотичної ДНК центрифугуванням в градієнті щільності хлористого цезію вони супроводжували основний пік оптичної щільності у вигляді плеча (супутника, сателіта). Саме гомогенний нуклеотідний складу фракції сателітних ДНК, який визначається наявністю в ній численних коротких повторів, змінював її плавучу щільність, що легко виявлялося при центрифугуванні. У своєму класичному визначенні сателітних ДНК Р. Д. Бріттен і співавт. (1974 г.) відзначали, що сателіти - це мінорний компонент ДНК, що відділяється від основної ДНК при рівноважному ультрацентріфугірованіі в градієнті щільності CsCl. Для сателітів характерний ряд властивостей, серед яких найбільш важливі: а) швидка і точна реассоціаціі в процесі ренатурації ДНК; б) безліч копій; в) проста первинна структура; г) гомогенний склад (протяжні кластери одних і тих же послідовності блоків послідовні); д) пурин-піримідинових асиметрія в розподілі нуклеотидів по ланцюгах ДНК; е) концентрування в пріцентромерних гетерохроматин; ж) обмежена реплікація (недоріплікація) при політенізаціі хромосом; з) перебування в складі хромосом у вигляді тандемно (один за одним) розташованих кластерів. Зміст сателітної ДНК в геномі еукаріотів може досягати 5-50% від сумарної кількості ДНК. мікро- (Від 1 до 4 п.о. в основному повторюється блоці) і мінісателлітние (З бoльшим числом п.о. в індивідуальному повторі) ДНК характеризуються високою варіабельністю за кількістю копій в геномах організмів навіть одного виду і в ряді випадків мають генетичної нестабільністю як в нормі, так і при деяких патологічних станах організмів. Завдяки цій властивості міні- і мікросателіти часто називають тандемними повторами із змінним числом копій VNTR (variable number of tandem repeats).

Інший тип повторів - дисперговані повторювані послідовності ДНК, Що не організовані у великі блоки, а розсіяні по геному. Повтори цього типу, інакше звані помірно, що повторюються (medium reiterated frequency repeats - MERs), поділяють на два великих класи: SINE (Short interspersed elements) - короткі і LINE(Long interspersed elements) - довгі дисперговані елементи. Довжина SINE-елементів становить 90-400 п.о., тоді як довжина LINE-послідовностей може досягати 7 т.п.о. Добре вивченими повторами класу SINE в геномі людини і деяких приматів є так звані Alu-повтори, Довжина повторюваної одиниці яких становить ~ 300 п.о. Alu-повтори представлені в геномі людини ~ 106 копіями і в середньому зустрічаються через кожні 4 т.п.о., складаючи ~ 5% від сумарної кількості ДНК. Аналогічні в структурному відношенні повтори, названі B1, виявлені в геномі мишей і під іншими назвами описані у багатьох ссавців.

хоча LINE-послідовності укладають в собі гени зворотної транскриптази, що є ознакою ретротранспозонов (мобільних генетичних елементів тварин, що володіють структурним схожістю з геномом ретровірусів), для них характерна відсутність послідовностей довгих кінцевих повторів (long terminal repeats - LTR), типових для ретротранспозонов (докладніше про геномі ретровірусів см. розділ 7.2.7). Як приклад LINE-послідовності можна згадати LINE-1-повтор, широко поширений в геномі тварин. LINE-1-елемент мишей містить дві відкриті рамки зчитування ORF-1 і ORF-2, друга з яких кодує білок, гомологічний зворотного транскриптазе. ORF фланковані короткими нетрансльовані послідовностями, а самі LINE-1 - короткими прямими повторами (SDR). 5'-Кінцеві послідовності повтору функціонують як промоторів транскрипції. Ця ділянка LINE-1 гризунів (але не людини) побудований з коротких тандемних повторів двох типів A і F, які називаються мономерами. Довжина мономерів у щурів становить 600 п.о. При цьому A- (але не F) мономери мають активність промоторів.

Так само як і сателітні ДНК, SINE- і LINE-повтори характеризуються генетичною нестабільністю. Їх загальними рисами є транскрібіруемих і здатність до транспозиція. Послідовності РНК, транскрибоване з помірних повторів, виявляють серед гетерогенних ядерних РНК, де їх частка досягає 20-30%. Є експериментальні дані про те, що нові копії повторюваних елементів обох типів виникають в геномі в результаті функціонування механізму, названого ретротранспозіціей, або ретропозіціей. За участю подібного механізму під дією зворотної транскриптази спочатку утворюється кДНК на матриці РНК-транскрипту відповідного повтору, яка далі інтегрується в новий локус генома, як це має місце у ретровірусів. Такий механізм дає можливість локально змінювати число копій певних послідовностей нуклеотидів в еукаріотичних геномі. Проте, велика частина LINE-послідовностей нездатна до транспозиція, і їх ORF, мабуть, можуть бути віднесені до псевдогенамі - Неекспрессірующімся послідовностям, гомологічним послідовностям справжніх генів. Крім вищезазначених повторюванихпослідовностей геном людини містить більше 100 000 копій MaLR-повторів довжиною в 2-3 т.п.о., що містять LTR, і кілька тисяч послідовностей генома ретровірусів.

Незважаючи на широку поширеність повторюваних і унікальних некодуючих послідовностей в геномі еукаріотів і їх очевидну активність під час життєвого циклу організмів, біологічне значення цих та інших не кодують елементів геному залишається незрозумілим. Викликає сумнів правильність активно обговорюваної в літературі гіпотези про "егоїстичності" надлишкової геномної ДНК, відповідно до якої вся надлишкова ДНК є геномних паразитом і поширюється в геномі в результаті транспозиція точних копій нечисленних вихідних послідовностей. Дійсно, дуже великі були б енергетичні витрати на біосинтез попередників ДНК і самої ДНК в клітинах, в яких вміст "паразитичної" ДНК в геномі на 2-3 порядки перевищує кількість функціонально значущою ДНК, що вбирає в себе послідовності нуклеотидів генів. Клітини з геномом, "зараженим" егоїстичної ДНК, не змогли б витримувати конкуренції з клітинами, що не містять "паразита", через значне зростання енергетичних витрат на редуплікацію генома. Крім того, концепція егоїстичної ДНК, відповідно до якої передбачається відсутність еволюційного тиску відбору на "паразитичні" послідовності нуклеотидів, не пояснює високу консервативність місць локалізації та розмірів интронов в гомологічних генах філогенетично близьких організмів, а також не вказує на механізм, що підтримує число копій повторів на відносно сталому рівні в ряду поколінь організмів. Такого роду концепції не можуть відповісти на питання: де ж межа, до якого може мимоволі збільшуватися розмір генома клітини-господаря в філогенезі?

Функціональну значимість надлишкової ДНК лише частково пояснюють концепції, що приписують їй структурну роль в просторової організації генома і участь в кон'югації гомологічних хромосом в мейозі або реплікації теломерна ділянок хромосом. Таким чином, основні положення знаменитого парадоксу C, що вказують на незрозуміле присутність в геномі еукаріотичних організмів великої кількості надлишкової ДНК, як і раніше залишаються загадковими і парадоксальними. Спроба нового пояснення основної функціональної ролі "надлишкової" ДНК в геномі еукаріотів зроблена в розділі 5.3.




ЧАСТИНА I. МЕХАНІЗМИ ЗБЕРІГАННЯ ТА РЕАЛІЗАЦІЇ генетичної інформації | Глава 1. ГЕНОМ | Середній розмір гаплоидного генома у деяких груп організмів | Гени і хромосоми | геном прокаріотів | геном вірусів | Нуклеоїд бактеріальної клітини | геном архей | Мінімальний розмір генома одноклітинних організмів | Властивості гістонів тварин |

загрузка...
© um.co.ua - учбові матеріали та реферати