WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

   Добро пожаловать!


Pages:     | 1 || 3 |

дрожжей они обычно варьируют от 18% до долей проРОЛЬ В ЭВОЛЮЦИИ ГЕНОВ цента. Так как частота конверсии аллеля зависит от вероятности его попадания в гетеродуплекс, то полярность Мы рассмотрели классическую конверсию гена, проуказывает на наличие в хромосомах фиксированных исходящую между аллелями одного гена, то есть СОРОСОВСКИЙ ОБРАЗОВАТЕЛЬНЫЙ ЖУРНАЛ, ТОМ 6, №1, БИОЛОГ ИЯ аллельную конверсию. Однако конверсия, как и кроссинговер, может быть эктопической. Напомним, что эктопическая рекомбинация происходит между повторяющимися последовательностями (повторами) ДНК, в изобилии представленными в геноме, особенно у эукариот: гены гистонов, глобинов, рибосомных и транспортных РНК, подвижные генетические элементы и многие другие. Значение эктопической конверсии труд- но переоценить, и связано это с особой ролью повторов. Эктопическая конверсия в половых клетках играет роль в эволюции генов. В настоящее время общепризРис. 2. Рекомбинация между прямыми повторами нана теория, что конверсия действует как механизм, ДНК. Линии изображают хроматиды в профазе мейисправляющий мутации в повторах путем их постоян- оза I. Вертикальные линии, соединяющие сестринские хроматиды, соответствуют центромерам. Неной “сверки”. Именно конверсии приписывается роль гомологичная тетрада выделена зеленым цветом.

в поддержании генетической однородности повторов, Прямоугольники изображают гомологичные прямые как тандемных, так и диспергированных по геному. Наповторы, стрелки внутри прямоугольников – их орипример, у дрожжей гены рибосомной РНК образуют ентацию. Х-образные соединения указывают на рекомбинацию (кроссинговер или конверсия). Рекомоколо 100 тандемных повторов 9 т.п.н.-единиц (на гапбинация по пути 1 аллельная, остальные относятся к лоидный геном), и у каждого штамма дрожжей их послеэктопической. Рекомбинацию по путям 2 и 3 называдовательности одинаковы. Кроме того, в определенных ют внутрихромосомной, 4 – межхромосомной (неравный кроссинговер), 5 – гетерохромосомной. Реусловиях конверсия, по-видимому, может действовать и ципрокные кроссинговеры по пути 2 ведут к делецив обратном направлении, распространяя мутации и ям, 3 и 4 – к сопряженным делециям и дупликациям, обеспечивая согласованную дивергенцию повторов.

5 – к транслокациям Тем самым она участвует в так называемой согласованной (concerted) эволюции. Согласованная эволюция не сопровождался кроссинговером – источником перезаключается в необычном поведении мультигенных сестроек хромосом. Важный критерий для оценки роли мейств, чьи члены не дивергируют независимо, а проэктопической конверсии в эволюции – ее частоты в являют сходство внутри вида (или штамма), но синполовых клетках. Показано, что в сперматидах мыши хронно накапливают различия между видами.

она столь же активный процесс, как и у дрожжей: внутВ этом разделе мы ограничимся анализом эктопирихромосомная конверсия последовательностей длиной ческой конверсии прямых повторов ДНК (рис. 2) как 2,5 т.п.н. составляет 2%, гетерохромосомная 0,7%.

более исследованной, имея в виду, что основные результаты ее изучения приложимы и к конверсии инвер- Уровни всех типов митотической рекомбинации тированных повторов. Такая рекомбинация наиболее намного ниже по сравнению с мейотической. Подобно изучена у дрожжей. Несмотря на некоторые расхож- мейотическим клеткам, здесь также резко подавлен экдения между результатами разных авторов, можно вытопический кроссинговер, тогда как уровни эктопичесделить общие закономерности. Сначала рассмотрим кой и аллельной конверсий близки. И здесь отсутствие мейотическую рекомбинацию. Здесь бросается в глаза реципрокных обменов объясняет работу эктопической тот факт, что внутрихромосомная и гетерохромосомная конверсии в поддержании гомогенности повторов.

реципрокная рекомбинация (кроссинговер) резко поВедь не следует забывать, что у вегетативно размножадавлены по сравнению с аллельной (неравный кросющихся дрожжей митотические клетки обеспечивают синговер в меньшей степени). Зная об их роли в возпередачу генетического материала в ряду поколений, никновении вредных хромосомных перестроек, это так же как и мейотические клетки. Подавление рецинеудивительно. В отличие от реципрокных обменов прокных эктопических обменов подтверждает привечастоты внутрихромосомной конверсии мало отличаденные выше предположения, что существуют ограниются от частот аллельной: и те и другие составляют чения для механизма разрешения рекомбинационных около 1–3% тетрад. Частоты гетерохромосомной конинтермедиатов, приводящего к кроссинговеру, или что версии ( 0,5%) также близки к аллельной. Но в отликроссинговер и конверсия – разные процессы. Интечие от аллельной эктопическая конверсия практически ресно, что недавно у дрожжей был выявлен ген HPR1, никогда не сопровождается кроссинговером. Считаетпродукт которого специфически подавляет реципрокся, что этот факт имеет большое значение для роли конверсии в поддержании стабильности повторяющих- ную рекомбинацию между повторами и не влияет на ся генов: очень важно, чтобы процесс сверки повторов другие типы рекомбинации.

ГЛАЗЕР В.М. КОНВЕРСИЯ ГЕНА БИОЛОГ ИЯ БЕЛКИ MutS и MutL ДЕЙСТВУЮТ лее чем в 200 раз) по сравнению с бактериями. Тем не КАК ГЕНЕТИЧЕСКИЙ БАРЬЕР менее обнаружено участие в этом подавлении гомологов MutS – белков MSH2 и MSH3. У дрожжей инактиДЛЯ ГОМЕОЛОГИЧНОЙ РЕКОМБИНАЦИИ вация каждого из белков повышает уровень гомеолоЕще одна функция конверсионной системы если гичной рекомбинации на 10–20%, тогда как у двойных не всей, то ее основных компонентов – белков MutS и мутантов она возрастает до 30%, что говорит о том, что MutL – заключается в контроле над гомеологичной реоба белка работают независимо друг от друга.



комбинацией. Так называют кроссинговер между родственными, но дивергировавшими последовательносКОНВЕРСИЯ И СИНАПСИС тями ДНК. Контроль такой рекомбинации должен ГОМОЛОГИЧНЫХ ХРОМОСОМ В МЕЙОЗЕ препятствовать нежелательным перестройкам между членами уже дивергировавших семейств генов и генеОписание конверсии гена будет неполным без упоминатическим обменам при межвидовой гибридизации.

ния гипотезы о ее роли в мейозе, выдвинутой А.КарпенИными словами, он обеспечивает стабильность и цетер и другими исследователями более десяти лет назад.

лостность геномов, с одной стороны, и генетическую Согласно гипотезе, в мейозе конверсия и кроссинговер изоляцию – с другой.

являются раздельными процессами, разобщенными во Гетеродуплексы, формирующиеся при гомеологич- времени и играющими разные роли. Функционирование аппаратов конверсии и кроссинговера связано с ных обменах, содержат множественные неспаренные основания, которые служат мишенью для коррекцион- особыми уплотнениями в местах контактов ДНК и синой системы. Действительно, в опыте in vitro было по- наптонемного комплекса, называемыми рекомбинационными узелками. Они бывают двух типов: ранние и казано, что белки MutS и MutL E. coli связываются с рекомбинационным гетеродуплексом, сформирован- поздние. Первые связаны с конверсией, вторые (их в несколько раз меньше) – с кроссинговером. По временым из цепей ДНК, дивергировавших на несколько ни появления в мейозе узелки совпадают с приписывапроцентов их нуклеотидного состава, и препятствуют емыми им процессами. Конверсия происходит в зигорекомбинации путем подавления миграции ветвления (о миграции ветвления см. [1]). Но особенно показа- тене или даже лептотене. Роль конверсии заключается в проверке гомологии между хромосомами после их тельны результаты генетических экспериментов. При скрещивании E. coli с сальмонеллой (дивергенция нук- временного синапсиса. Проверка осуществляется прямым сравнением последовательностей ДНК через леотидных последовательностей их ДНК составляет около 20%) частота генетических рекомбинантов сни- попытку сформировать гетеродуплекс. При наличии жается на четыре порядка по сравнению с внутривидо- гомологии ситуация стабилизируется при участии синаптонемного комплекса. При отсутствии гомологии вым скрещиванием. У мутантов с инактивацией белка хромосомы расходятся для новых попыток поиска гоMutS и/или MutL частота рекомбинантов возрастает в 1–3 тыс. раз, что прямо указывает на снятие блока ре- мологии. События кроссинговера происходят в пахитене и приводят к формированию хиазм, которые некомбинации. Правда, снятие блока неполное, всего на обходимы для правильного расхождения гомологов в 10–30%. Последний факт можно объяснить тем, что анафазе I.

высокий уровень дивергенции сам по себе препятствует рекомбинации: для рекомбинации необходимо, чтобы Изложенная гипотеза получила убедительные, хохотя бы в районе ее инициации имелся участок полной тя и косвенные подтверждения, полученные при изугомологии, что является существенным ограничением.

чении мутантов, дефектных по мейозу. Например, у Но, как бы то ни было, роль белков MutS и MutL даже дрожжей мутант mer1 образует нежизнеспособные асна таком фоне проявляется достаточно ярко. Как полакоспоры (это означает, что у него нарушен мейоз) и дегает французский исследователь М. Радман, существуфектен по обоим типам мейотической рекомбинации и ют два механизма подавления гомологичной рекомбиспариванию гомологичных хромосом. Если в клетку нации этими белками. Основной механизм действует мутанта mer1 ввести на плазмиде другой ген MER2 в путем подавления едва начавшейся рекомбинации, забольшом числе копий, то у него одновременно полнопрещая миграцию ветвления, с последующим выбрастью восстанавливаются способность к конверсии и сыванием внедрившейся в гетеродуплекс чужеродной спариванию хромосом, но не кроссинговер и не жизнеДНК с помощью хеликазы MutU. Второй механизм заспособность спор. Эти данные указывают на роль конвисит от белка MutH, но в нем также участвуют MutS и версии в поиске гомологии и на то, что синапсис – MutL. Детали его пока не выяснены.

прямое следствие поиска гомологии. В то же время они У дрожжей и клеток млекопитающих подавление свидетельствуют о роли кроссинговера в расхождегомеологичной рекомбинации менее выражено (не бо- нии хромосом, поскольку нерасхождение хромосом в СОРОСОВСКИЙ ОБРАЗОВАТЕЛЬНЫЙ ЖУРНАЛ, ТОМ 6, №1, БИОЛОГ ИЯ результате подавления кроссинговера приводит к утра- одного Y-района на другой с использованием генетите жизнеспособности аскоспор. И все же гипотезу о ро- ческой информации соответствующей кассеты.

ли конверсии в мейозе рано признавать доказанной.

Переключение находится под контролем гена НО, который кодирует сайт-специфическую эндонуклеазу, КАССЕТНЫЙ МЕХАНИЗМ делающую двуцепочечный разрыв в локусе МАТ (на ПЕРЕКЛЮЧЕНИЯ ЭКСПРЕСИИ ГЕНОВ рис. 3, а это МАТ ) на границе между районами Y и Z(рис. 3, а, б). Разрыв никогда не происходит в кассетах.

Этот способ переключения генов распространен в приРазрыв инициирует конверсию Y-района, которая всероде. Он заключается в том, что некоторые активно гда направлена на удаление исходного Y-района и его экспрессирующиеся гены могут заменяться на другие замену районом из кассеты. Направление конверсии, аллели, с помощью эктопической конверсии меняя очевидно, определяется наличием разрыва в рециписвою последовательность на последовательность гомоентном участке хромосомы. При этом донорная касселогичных, но неидентичных и в норме неэкспрессирута сохраняется. Предполагаемая молекулярная модель ющихся (молчащих) генов, несущих резервную инфорпроцесса конверсии представлена на рис. 3. Нетрудно мацию и обычно называемых кассетами. Для многих заметить ее сходство с моделью Жостака и др. (см. [1]).





организмов это важный механизм онтогенетической Однако данный процесс отличается тем, что конверсия изменчивости. Наиболее изучен механизм переключепри переключении МАТ-локусов в норме не сопровожния типов спаривания у дрожжей.

дается кроссинговером: это привело бы к гибельной для клетки делеции большого участка хромосомы.

Следует оговорить, что переключение типов спаСчитается, что способ разрешения рекомбинационных ривания – сложная система как в смысле структурной интермедиатов без кроссинговера может достигаться с организации участвующих генетических локусов, так и помощью топоизомеразы I.

в отношении генетической регуляции процесса. Из-за недостатка места рассмотрим только тот ее аспект, коСходный механизм наблюдается у африканских торый непосредственно связан с участием конверсионтрипаносом и некоторых патогенных бактерий. Африного механизма. У гаплоидных клеток дрожжей сущеканские трипаносомы – это возбудители сонной боствуют два половых типа: а и, что соответственно лезни у людей и болезни нагана у рогатого скота. В кроопределяется наличием в клетке одного из двух состоявотоке хозяина поверхность трипаносомы покрыта ний локуса МАТ: МАТа или МАТ. При встрече клетки однородной оболочкой из особого гликопротеина, явразных типов копулируют. У гетероталличных штамляющегося антигеном. Последний бывает разных тимов (ho) локус МАТ стабилен, но у гомоталличных пов, и состав оболочки может меняться в результате штаммов (HO) клетки прорастающих аскоспор могут смены гликопротеина. Поэтому он называется VSG менять свой тип спаривания на противоположный с (variant surface glycoprotein). Непрерывная смена VSG вероятностью, близкой к единице на генерацию. Это позволяет паразиту уходить от иммунного ответа хозяипозволяет гаплоидным клеткам продуцировать клетки на. Хотя геном содержит более 1000 гомологичных, но противоположного полового типа и затем копулиронеидентичных генов VSG, в каждой клетке экспрессивать с образованием диплоидов МАТа/МАТ. Экспресруется только один. Сайт экспрессии находится в телосия и МАТа, и МАТ в диплоидной клетке выключает мере одной из хромосом. С 5'-стороны к гену в сайте ген НО и создает некопулирующие клетки, которые экспрессии примыкает район из вариабельного по чисспособны к мейозу и споруляции с образованием гаплу набора 76 п.н. повторов, которые ведут себя как голоидных клеток обоих типов спаривания (2а : 2 ).

рячие точки рекомбинации. Замена гена VSG в сайте МАТ-локус расположен в хромосоме 3 (рис. 3, а).

экспрессии происходит путем направленной конверсии, которая простирается от 76 п.н. повторов к 3'-конРассмотрим схему переключения локусов. В працу гена. Реципрокный кроссинговер наблюдается в вом плече хромосомы рядом с центромерой находится очень редких случаях.

экспрессируемый локус (МАТа или МАТ ), определяющий тип спаривания, дистальнее находится молчащий Приведем еще один интересный пример. Известлокус – кассета HMRa (для а-типа спаривания). В ле- но, что гены иммуноглобулинов – антител, лежащих в вом плече находится кассета HML (для -типа). Как основе иммунитета у позвоночных, формируются в ховидно из рис. 3, а, локусы МАТ более гомологичны с де дифференцировки В-лимфоцитов путем рекомбиHML (все имеют районы W и Z2), чем с HMRa, кото- национной состыковки кодирующих V, (D) и J-сегменрый лишен их. Ключевую роль в определении типа спа- тов, случайно выбранных из множества им подобных.

ривания играют районы Ya (650 п.н.) и Y (750 п.н.). Эта комбинаторика сегментов обеспечивает разнообПереключение типа спаривания заключается в замене разие антител в первую очередь (см. [4]). Однако это ГЛАЗЕР В.М. КОНВЕРСИЯ ГЕНА БИОЛОГ ИЯ HO а W X Y Z1Z2 W X YZ1Z2 X Ya ZHML MAT HMRa б W X Y Z1Z2 W X Z2 X Ya ZX Ya Zв W X Y Z1Z2 W X X Ya Zг W X Y Z1Z2 W X YaZ1Zд W X Y Z1Z2 W X Ya Z1Z2 X Ya ZHML MATa HMRa Рис. 3. Предполагаемая схема переключения типа спаривания у гомоталличных штаммов дрожжей: а – структура и расположение локусов типа спаривания в хромосоме 3. На схеме представлена хромосома 3 в клетке -типа спаривания. Это определяет направление переключения к а-типу. W, X, Ya, Y, Z1 и Z2 – районы, составляющие локусы типа спаривания.

Красная стрелка указывает сайт двуцепочечного разрыва в локусе МАТ, образуемого НО-эндонуклеазой; б – от двуцепочечного разрыва в локусе МАТ происходит деградация 5'-концов цепей ДНК с образованием выступающих рекомбиногенных 3'-концов (показаны полустрелками); в – образовавшиеся 3'-концы вступают в синапсис с гомологичным районом в кассете HMRa. Для этого хромосома образует петлю. Один из 3'-концов действует как затравка для репаративного синтеза (показан пунктиром) по матрице донорной последовательности Ya (выделена красным цветом); г – второй 3'-конец, несущий реципиентную последовательность Y подвергается направленной конверсии по матрице Yа.

Pages:     | 1 || 3 |










© 2011 www.dissers.ru - «Бесплатная электронная библиотека»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.