Искусственные генетические системы. Том 1 - Патрушев Л.И.
Скачать (прямая ссылка):
У архей, по аналогии с эубактериями, многие гены организованы в кластеры (опероны), транскрибируемые с одного промотора, которые транслируются в виде длинных некэпированных мРНК, содержащих короткие поли(А)-последовательности эу-бактериального типа. Однако структура самих промоторов резко отличается от эубактериальной и напоминает таковую промоторов РНК-полимеразы I эукариот [29]. В отличие от эубактерий и эукариот археи содержат, как правило, одну копию гена рРНК. Интроны у архебактерий, в том числе и мобильные интроны, обнаружены только в генах стабильных РНК (рРНК и тРНК), тогда как присутствие интеинов в белках (до трех в одном полипептиде) является обычным явлением.
1.2.5. Геном эукариот
В отличие от прокариот основная часть генома эукариот находится в специальном клеточном компартменте (органелле), получившем название ядра, а значительно меньшая часть - в митохондриях, хлоропластах и других пластидах. Так же, как и у прокариот, информационной макромолекулой генома эукариот является ДНК, которая неравномерно распределена по хромосомам в виде комплексов с многочисленными белками. Эти ДНК-белковые комплексы эукариот получили название хроматина. На протяжении клеточного цикла хроматин претерпевает высокоупорядоченные структурные преобразования в виде последовательных конденсаций-деконденсаций. В соматических клетках при максимальной конденсации в метафазе митоза эти преобразования сопровождаются формированием видимых в микроскопе метафазных хромосом. Как морфология метафазных хромосом, так и их число, являются уникальными характеристиками вида. Совокупность внешних признаков хромосомного набора эукариот получила название кариотипа. Эти признаки широко используются в биологической систематике.
Последовательности нуклеотидов эукариотического генома.
Геном эукариот составляют уникальные и повторяющиеся последовательности нуклеотидов. Содержание уникальных последовательностей в геноме, определенное на основании кинетики реассоциации фрагментированной ДНК, варьирует у разных организмов, и их доля составляет 15-98% от всей ДНК. Несмотря на то, что во фракцию уникальных последовательностей попадают многие структурные гены, большая часть этих последовательностей является некодирующей и обычно не заключает в себе генетической информации в общепринятом значении этого термина: не кодирует функционально значимые полипептидные цепи или РНК. Примером таких уникальных последовательностей являются интроны, появление которых в геноме эукариот пока не нашло своего объяснения [6].
Не менее загадочным с эволюционной точки зрения остается и феномен появления в геноме многоклеточных организмов большого количества некодирующих повторяющихся последовательностей. Такие повторы представлены в гаплоидном геноме эукариот множественными копиями. В современной классификации повторов принято различать часто повторяющиеся последовательности, число которых превышает 105 на гаплоидный геном, и умеренно повторяющиеся, представленные 10-104 копиями. Представителем первых является сателлитная ДНК, которая состоит из коротких тандемных повторов длиной 1-20 п.о., организованных в длинные блоки [30]. Содержание сателлита ой ДНК в геноме эукариот может достигать 5-50% от суммарного количества ДНК. Микро- (от 1 до 4 п.о. в основном повторяющемся блоке) и минисателлитные (с большим числом п.о. в индивидуальном повторе) ДНК характеризуются высокой вариабельностью по числу копий в геномах организмов даже одного вида и в ряде случаев обладают генетической нестабильностью как в норме, так и при некоторых патологических состояниях организмов. Благодаря этому свойству мини- и микросателлиты часто называют тандемными повторами с изменяющимся числом копий VNTR (variable number of tandem repeats).
Другой тип повторов - диспергированные повторяющиеся последовательности ДНК, не организованные в крупные блоки, а рассеянные по геному [31, 32]. Повторы этого типа, иначе называемые умеренно повторяющимися последовательностями (medium reiterated frequency repeats - MERs), разделяют на два обширных класса: SINE (short interspersed elements) - короткие и LINE (long interspersed elements) - длинные диспергированные элементы. Длина SINE-элементов составляет 90-400 п.о., тогда как
длина LINE-последовательностей может достигать 7 т.п.о. [31]. Хорошо изученными повторами класса SINE в геноме человека и некоторых приматов являются так называемые Alu-повторы, длина повторяющейся единицы которых составляет ~300 п.о. Alu-повторы представлены в геноме человека ~106 копиями и в среднем встречаются через каждые 4 т.п.о., составляя ~5% от суммарного количества ДНК. Аналогичные в структурном отношении повторы, названные В1, обнаружены в геноме мышей, а под другими названиями они описаны также у многих млекопитающих.
Хотя LINE-последовательности заключают в себе гены обратных транскриптаз, что является признаком ретротранспозо-нов (мобильных генетических элементов животных, обладающих структурным сходством с геномом ретровирусов), для них характерно отсутствие последовательностей длинных концевых повторов (long terminal repeats - LTR), типичных для ретротранс-позонов. В качестве примера LINE-последовательности можно упомянуть LINE-1-повтор, широко распространенный в геноме животных. LINE-1-элемент мышей содержит две открытые рамки считывания ORF-1 и ORF-2, вторая из которых кодирует белок, гомологичный обратной транскриптазе. ОРС фланкированы короткими нетранслируемыми последовательностями, а сами LINE-1 - короткими прямыми повторами (SDR - short direct repeats). 5'-Концевые последовательности повтора функционируют в качестве промоторов транскрипции. Этот участок LINE-1 грызунов (но не человека) построен из коротких тандемных повторов двух типов, А и F, называемых мономерами. Длина мономеров у крыс составляет 600 п.о. При этом А- (но не F-) мономеры обладают активностью промоторов.
