Искусственные генетические системы. Том 1 - Патрушев Л.И.
Скачать (прямая ссылка):
Так же, как и сателлитные ДНК, SINE- и LINE-повторы характеризуются генетической нестабильностью. Их общими чертами являются транскрибируемость и способность к транспозициям. Последовательности РНК, транскрибированные с умеренных повторов, обнаруживают среди гетерогенных ядерных РНК, где их доля достигает 20-30%. Имеются экспериментальные свидетельства того, что новые копии повторяющихся элементов обоих типов возникают в геноме в результате функционирования механизма, названного ретротранспозицией, или ретропозицией. При участии подобного механизма под действием обратной транскриптазы сначала образуется кДНК на матрице РНК-транскрипта соответствующего повтора, которая далее интегрируется в новый локус генома, как это имеет место у ретровирусов. Такой механизм дает возможность локально изменять число копий определенных последовательностей нуклеотидов в эукариотичес-
ком геноме. Тем не менее, большая часть LINE-последовательностей неспособна к транспозициям, и их ОРС, по-видимому, могут быть отнесены к псевдогенам - неэкспрессирующимся последовательностям, гомологичным последовательностям истинных генов.
Вообще, транспозоны (transposable elements) составляют по крайней мере 45% всего генома человека [32]. Транспозоны млекопитающих разделяют на две группы: ДНК-транспозоны и рет-ротранспозоны. По своей структуре ДНК-транспозоны животных напоминают бактериальные транспозоны и перемещаются в геноме по механизму вырезания и вставки (“cut and paste” mechanism) с использованием транспозазы (см. раздел 3.1.5). ДНК-транспозоны составляют ~3% генома человека и в большинстве своем неактивны [17]. Ретротранспозоны, составляющие ~42% генома человека, перемещаются по геному с использованием механизма копирования и вставки (“copy and paste” mechanism), в котором участвует обратная транскриптаза и РНК-матрица [33]. Ретротранспозоны животных разделяют на автономные и неавтономные. Автономные транспозоны кодируют ферменты, необходимые для их перемещения. Однако их автономность не является полной, поскольку перемещение требует участия и ферментов клетки, в частности, используемых в репарации ДНК.
Автономные транспозоны, в свою очередь, разделяют на два класса: содержащие и не содержащие LTR. LTR-содержащие ретротранспозоны животных по своей структуре напоминают ретровирусы, однако у них отсутствует ген белка оболочки env. К ним относятся интрацистернальные А-частицы мышей (intracister-nal A-particles - IAPs) [34], эндогенные ретровирусы человека (human endogenous retroviruses - HER Vs) [32] и MaLR-повторы (mammalian LTR-retrotransposons) длиной в 2-3 т.п.о. До 8% генома человека составлено дефектными эндогенными ретровирусами и одиночными LTR, которые возникают вследствие рекомбинации между 5'- и З'-LTR обладающих ими ретротранспозонов. К ретротранс-позонам, не содержащим LTR, относятся уже обсуждавшиеся LINE-последовательности, которые, в свою очередь, включают неактивные Ь2-элементы человека и активные в отношении транспозиций элементы L1 человека и мышей [35]. Автономные ретротранспозоны, не содержащие LTR, составляют -21% генома человека.
Кроме автономных ретротранспозонов геномы млекопитающих содержат большое количество неавтономных ретротранспозонов, которые для транспозиции нуждаются в ферментах, кодируемых автономными транспозонами. К таким ретротранспозо-нам относятся вышеупомянутые Alu-элементы человека и гомологичные им В1-последовательности мышей.
Хроматин. Хроматином называют сложную смесь веществ, из которых построены хромосомы эукариот. Основными компонентами хроматина являются ДНК, гистоны и негистоновые белки, образующие высокоупорядоченные в пространстве структуры [2]. Соотношение ДНК и белка в хроматине составляет ~1 : 1, а основная масса белка хроматина представлена гистонами. Гистоны образуют семейство высококонсервативных основных белков, которые разделяются на пять больших классов, названных Н1, Н2А, Н2В, НЗ и Н4. Размер полипептидных цепей гистонов лежит в пределах ~220 (Н1) и 102 (Н4) а. о. Гистон Н1 сильно обогащен остатками Lys, для гистонов Н2А и Н2В характерно умеренное содержание Lys, полипептидные цепи гистонов НЗ и Н4 богаты Arg. Внутри каждого класса гистонов (за исключением Н4) на основании аминокислотных последовательностей различают несколько субтипов этих белков. Такая множественность особенно характерна для гистонов класса Н1 млекопитающих. В этом случае различают семь субтипов, названных Н1.1-Н1.5, Н1° и Hit.
Важным результатом взаимодействия ДНК с белками в составе хроматина является ее компактизация. Суммарная длина ДНК, заключенной в ядре клеток человека, приближается к 1 м, тогда как средний диаметр ядра составляет ~10 мкм. Длина молекулы ДНК, заключенной в одной хромосоме человека, в среднем равняется ~4 см. В то же время длина метафазной хромосомы составляет ~4 мкм. Следовательно, ДНК метафазных хромосом человека компактизована по длине, по крайней мере, в ~104 раз. Степень компактизации ДНК в интерфазных ядрах значительно ниже и неравномерна в отдельных генетических локусах. С функциональной точки зрения различают эухроматин и гетерохроматин [36-39]. Эухроматин характеризуется меньшей по сравнению с гетерохроматином компактизацией ДНК, и в нем главным образом локализуются активно экспрессирующиеся гены. В настоящее время все еще широко распространено мнение
