|
Начиная с 50-х годов стали накапливаться данные о существо-
вании большого числа мобильных генетических элементов,
присутствие которых в геноме не является обязательным, а их
топография и количество может варьировать в различных клет-
ках, тканях и у разных индивидуумов (McClintock, 1984; Berg,
Howe, 1989). У прокариот такие элементы получили название
транспозонов. Их структура и функции достаточно хорошо изу-
чены. Отличительной особенностью мобильных элементов явля-
ется способность существовать как в интегрированном с хро-
мосомой виде, так и в виде отдельных макромолекул - эписом,
плазмид, вирусных частиц. Почти 50 различных семейств мо-
бильных элементов описано у дрозофилы . Вместе эти последо-
вательности составляют около 12% гаплоидного набора
(Golubovsky, 1995). В геноме млекопитающих содержится до 50
000 диспергированных копий ретропозона LINE размером около
6500 пар основанийю. Семейство Alu- повторов, содержащее от
300 до 500 тысяч копий, также относится к числу мобильных
элементов генома (Сharlesworth et al.,1994). Явление лизоге-
нии, то есть присутствие вирусных последовательностей в
составе ДНК человека и наличие фрагментов генов человека в
вирусных геномах, служит одним из примеров мобильности ДНК и
возможности "горизонтальной" передачи наследственно закреп-
ленных признаков между видами. Мобильные ДНК, как правило,
относятся к факультативным элементам. Как уже отмечалось, не
существует четких границ между облигатными и факультативными
элементами генома, так как возможен взаимный переход от од-
ного состояния к другому. Структурные локусы или сегменты
хромосом могут трансформироваться в факультативные элементы
за счет амплификации, интеграции в мобильные элементы или
путем образования цитоплазматических ретротранскриптов. Об-
ратный переход от факультативных элементов к облигатным осу-
ществляется посредством инсерций, транспозон-индуцированных
перестроек и обратной транскрипции.
Факультативные элементы существуют в геноме как популя-
ции информативных макромолекул. Изменения, возникающие в них
под воздействием внешних факторов, носят совершенно иной ха-
рактер по сравнению с классическими мутациями в структурных
локусах. Для описания изменений в факультативных элементах
предложен термин " вариации" (Голубовский, 1985). Этот тер-
мин впервые использован Жакобом и Воллманом для описания по-
ведения эписом (Jacob, Wollman, 1961). Вариации могут приво-
дить к изменениям на генотипическом уровне, то есть к мута-
циям, вследствие простого перемещения факультативных элемен-
тов или сдвига в соотношении между факультативными и обли-
гатными элементами. В этих случаях мутации встречаются од-
новременно у многих индивидуумов. Подобные изменения упоря-
дочены, могут происходить сразу во многих локусах и отлича-
ются высокой сайт-специфичностью. Локализация структурных
перестроек, возникающих в результате вариаций, предопределе-
на первоначальной топографией факультативных элементов на
хромосомах. И наконец, сами вариации могут быть индуцированы
обычными "не-мутагенными" факторами, такими как температура
или межлинейные кроссы (Golubovsky, 1995). Факультативные
элементы могут рассматриваться как оперативная память гено-
ма, так как во многих случаях спонтанное возникновение мута-
ций в облигатных элементах опосредовано их активацией. Счи-
тается, в частности, что инсерционный мутагенез является
причиной спонтанного возникновения 70% видимых мутаций в
природных популяциях дрозофилы. Однако, у человека пока за-
регистрированы лишь единичные случаи возникновения мутаций
вследствие перемещения мобильных элементов генома (Vidaud et
al.,1993).
Раздел 2.8 Изохоры, метилирование, гиперчувствительные
сайты.
Перечисленные выше компоненты генома не случайным обра-
зом связаны с последовательностями нуклеотидов. И в этом
смысле можно говорить о существовании в геноме человека
структур более высокого иерархического порядка. Примером
служат изохоры - длинные, в среднем, свыше 300 кб сегменты
ДНК, гомогенные по композиции оснований или по GC-уровням.
62% генома состоит из GC-бедных изохор и в них локализовано
около 34% генов, 31% генома представлен GC-богатыми изохора-
ми, содержащими 38% генов, и в 3% изохор, обогащенных
GC-последовательностями (так называемых H3 изохор), нахо-
дится 28% генов (Mouchiroud et al., 1991; Saссone et al.,
1993). Таким образом, существуют относительно небольшие
участки ДНК, в которых плотность генов в 10 -20 раз выше,
чем в остальных последовательностях.
Другой общей чертой генома человека является то, что in
vivo значительная доля цитозиновых остатков в молекуле ДНК
метилирована, то-есть находится в форме 5-метилдезоксицити-
дина. Экспериментальное изучение характера метилирования
основано на сопоставлении рестрикционных фрагметов, образую-
щихся после обработки ДНК эндонуклеазами, для которых сайты
узнавания одинаковы и содержат в своем составе цитозин, но
действуют эти ферменты по-разному, в зависимости от того,
находится ли это основание в метилированном состоянии или
нет. В частности, рестриктазы - Msp1 и Hpa11, узнают после-
довательность CCGG, но в отличие от Msp1, Hpa11 не расщепля-
ет ДНК в тех сайтах, где внутренний CpG динуклеотид метили-
рован. Некоторые сегменты генома, особенно это относится к
повторяющимся последовательностям, полностью метилированы в
местах 5'-CCGG-3' и частично метилированы в 5'-GCGC-3' -
сайтах рестрикции для Hha1. В других сегментах наблюдается
характерный рисунок частичного метилирования в 5'-CCGG-3'
последовательностях (Behn-Krappa et al., 1991). Различные
индивидуумы, независимо от их этнического происхождения,
практически не различаются по характеру метилирования ДНК в
одних и тех же типах тканей, тогда как в процессе онтогене-
тической дифференцировки происходят значительные изменения
рисунков метилирования. В перевиваемых культурах клеток опу-
холевого происхождения число метилированных сайтов резко
уменьшено.
Высказано предположение о наличии прямой связи между
метилированием ДНК и состоянием генетической активности в
клетках. Существует класс белков, которые специфическим об-
разом связываются с метилированными участками ДНК, делая их
недоступными для действия ряда ферментов, в том числе, воз-
можно, и для полимераз. Получено много прямых эксперимен-
тальных доказательств роли метилирования ДНК в инактивации
эукариотических промоторов, а, значит, и в регуляции актив-
ности генов. Напротив, гипометилирование промоторной области
генов, в особенности CpG островков, как правило, свиде-
тельствует о функциональной активности генов. Показано, что
необычные структуры в молекуле ДНК, также как экзогенная
ДНК, инкорпорированная в процессе генетической трансформа-
ции, нередко подвергаются метилированию. Известно, что мети-
лирование играет важную роль в инактивации X хромосомы у са-
мок, в регуляции экспрессии генов в процессе развития, а
также непосредственно вовлечено в феномен хромосомного (ге-
номного) импринтинга, связанного с различиями пенетрантности
некоторых аллелей в зависимости от их происхождения, то есть
прохождения через материнский или отцовский гаметогенез (Ба-
ранов, 1991).
В GC-богатых изохорах локализовано большое количество
CpG островков - последовательностей от 500 до 2000 п.о., ха-
рактеризующихся очень высоким содержанием гуанина и цитозина
(G+C > 60%), представленных в виде кластеров неметилирован-
ных CpG дуплетов и, так называемых, G/C боксов - локусов,
родственных сайту узнавания для одного из транскрипционных
факторов Sp1 - (G)4C(G)4C (Lindsay, Bird, 1987; Bird, 1986;
Aissani, Bernardi, 1991). CpG острова содержат много сайтов
узнавания для чувствительной к метилированию эндонуклеазы
HpaII, а также сайты для редкощепящих рестриктаз, узнающих
неметилированные CpG дуплеты. В частности, более 80%
Nor1-сайтов связано с CpG-богатыми островками. Как правило,
CpG островки локализованы в 5'- фланкирующих последователь-
ностях, 5'-зкзонах и 5'-интронах всех изученных хаузки-
пинг-генов и 40% тканеспецифических генов. CpG островки яв-
ляются характерной особенностью транскрибируемых участков
генома. Их идентификация в клонированных последовательностях
геномных библиотек существенно облегчает поиск конкретных
структурных генов (см.раздел 2.4) . Наибольшая плотность CpG
островков наблюдается в теломерных участках хромосом 1, 9,
15, 16, 17, 19, 20, 22 (Antonarakis,1994). Точные молекуляр-
ные методы регистрации СрG островков показали, что их число
в геноме человека приближается к 45000 (
Antequera,Bird,1993).
Можно также отметить существование в геноме человека
сайтов, гиперчувствительных к действию ДНК-азы 1 и структур-
но отличающихся от основной массы хроматина. Присутствие та-
ких сайтов показано для многих генов млекопитающих и, по-ви-
димому, это необходимое, но не достаточное условие их
экспрессии. Локализация гиперчувствительных сайтов может ме-
няться в процессе развития и под действием гормонов. В неко-
торых случаях эти участки маркируют положение транскрипцион-
ных регуляторных элементов генома, действующих как в положи-
тельном, так и в отрицательном направлениях. В других случа-
ях это области функционально активных генов, находящихся в
деспирализованном состоянии и имеющих однонитевую структуру.
Именно такие однонитевые участки ДНК особенно выско чувстви-
тельны к ДНК-азе 1. На этом их свойстве основан метод
ник-трансляции in situ, позволяющий непосредственно на хро-
мосомных препаратах визуализировать функционально активные
районы хромосом. С этой целью хромосомные препараты обраба-
тывают ДНК-азой 1, после чего непосредственно на них с по-
мощью ДНК-полимеразы проводят синтез ДНК в присутствии мече-
ных нуклеотидов. При этом метка включается преимущественно
только в те участки хромосом,где находятся функционально ак-
тивные гены (Verma, Babu, 1989).
ГЛАВА YIII.
БИОЛОГИЧЕСКИЕ МОДЕЛИ НАСЛЕДСТВЕННЫХ БОЛЕЗНЕЙ ЧЕЛОВЕКА.
Раздел 8.1. Генетические линии животных.
Большая роль в исследовании проблем генетики челове-
ка и медицинской генетики принадлежит мутантным генетическим
линиям животных и, в особенности, генетическим линиям мышей
(Конюхов, 1969, 1980; Корочкин, 1978). Высокий процент
сходства по нуклеотидными последовательностям между кодирую-
щими, регуляторными и даже интронными областями гомологичных
генов млекопитающих и человека, а также наличие большого
числа консервативных групп сцепления с идентичным расположе-
нием генов наряду с возможностями использования очень мощных
Страницы: 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
|
