Проблемы и перспективы молекулярной генетики. Том 1 - Свердлов Е.Д.
ISBN 5-02-002753-7
Скачать (прямая ссылка):
Хромомер - локально компактизованный участок хромосомы. В гигантских политенных хромосомах дрозофилы индивидуальные хромомеры образуют видимые в световой микроскоп поперечные хромосомные полосы или диски. Существует ли взаимосвязь между расположением генов и структурных элементов хромосомы - хромомеров? Согласно цитологической карте политенных хромосом дрозофилы (Bridges, 1935), район 2DF содержит десять дисков (хромомеров), и, следовательно, в одном диске содержится в среднем четыре гена. С помощью гибридизации клонированных фрагментов ДНК in situ с политенными хромосомами нам удалось грубо картировать расположение ряда хромомеров на физической карте района (Ала-торцев, 1987). Сопоставление границ генов и хромомеров указывает на отсутствие корреляции в их расположении. Вероятно, видимая хромомерная организация нужна в основном для компактной упаковки генома в хромосомы, а не для регуляции генной активности. Однако вопрос о точном картировании хромомеров на последовательности ДНК района остается открытым. Одним из подходов к выявлению отдельных доменов хроматина может быть анализ распределения особых структур в ДНК, которые могли бы определять возможные границы хромомеров.
ДУПЛИКАЦИИ ГЕНОВ И ЭВОЛЮЦИЯ ГЕНОМА
В геномах многоклеточных эукариот присутствует значительное количество дуплицированных генов. Дупликации генов с их последующей дивергенцией исключительно важны для эволюции и функционирования геномов, например, в качестве материала для появления генов с новой функцией (Ohno, 1970). В районе 2Е Х-хромосомы дрозофилы выявлен новый ген msta, активно экспрессирующийся в головах взрослых мух (Алаторцев и др., 2000). Он содержит два экзона и кодирует полипептид с доменом, присутствующим в ряде белков - модуляторов структуры хроматина и активности генов. Рядом с данным геном обнаружен ген msts, представляющий собой ди-вергировавшую и не имеющую второго экзона копию гена msta. В настоящее время ген msts, вероятно, является псевдогеном, однако нельзя исклю-
54
чить и того, что ген msts - это локус с новой, пока неясной функцией, возникший в ходе эволюции копии гена msta. Средний уровень дивергенции между генами msta и msts около 50%. Учитывая скорость замен нуклеотидов, можно предположить, что локальная дупликация генов произошла около 20 млн лет назад, т.е. во время образования подрода D. melanogaster (Lachaise et al., 1988). Какое-то время после образования дупликации работали оба гена, так как дивергенция в кодирующей области меньше, чем дивергенция в интроне. Учитывая скорости замен нуклеотидов в кодирующих и некодирующих областях, можно предположить, что ген msts перестал функционировать еще до расхождения видов D. simulans и D. melanogaster, произошедшего около 2,5 млн лет назад (Lachaise et al., 1988).
Другой случай дупликации генов района - впервые описанный у дрозофилы кластер из четырех генов цитохромов Р450 (Frolov, Alatortsev, 1994). Ци-тохромы Р450 участвуют в процессах инактивации различных токсичных молекул. Интересно, что белок, кодируемый одним из генов кластера, судя по его структуре, имеет отличную от остальных субстратную специфичность и принадлежит к особому подсемейству цитохромов Р450. По-видимому, в данном случае произошли дублирование и последующее усовершенствование функции гена. Два других дуплицированных гена в данном районе, гены poly-homeotic, ph-d и ph-p, активны, и каждый способен компенсировать работу другого (Boivin et al., 1999). Таким образом, на исследуемом участке ДНК имеются три локальных дупликации, в которых копии генов расположены рядом (см. рис. 17), и восемь генов из имеющихся в этом районе 40 генов, т.е. 20% всех генов района, являются локально дуплицированными генами. При исследовании другого протяженного участка генома дрозофилы, района гена Adh, также было обнаружено, что не менее 17% всех генов являются дуплицированными генами (Ashbumer et al., 1999). Можно заключить, что локальные дупликации генов у дрозофилы - довольно частое событие.
Наряду с дупликациями целых генов в геноме дрозофилы присутствуют и дупликации отдельных частей генов, кодирующих определенные белковые домены. Можно предположить, что дупликации частей гена, представленные в других генах, могут повышать надежность выполнения функции, определяемой данным геном. Интересным примером такого типа является обнаруженный нами уникальный ген винкулина дрозофилы (Alatortsev et al., 1997). В случае эу-гетерохроматической перестройки ген винкулина разрывается, однако особи, несущие такую хромосому, вполне жизнеспособны. Следовательно, этот ген не является жизненно важным для дрозофилы, несмотря на то, что он кодирует эволюционно консервативный белок цитоскелета. Возможно, функции винкулина компенсируются другими белками, имеющими отдельные белковые домены винкулина, в частности, белком а-катенином (Alatortsev, 1997b)
ПОВТОРЫ ДНК Х-ХРОМОСОМЫ
И ДОЗОВАЯ КОМПЕНСАЦИЯ
Выравнивание количества мРНК и количества образующегося белка, кодируемого генами Х-хромосомы у самцов, имеющих одну Х-хромосому, и самок с двумя Х-хромосомами регулируется с помощью механизма дозо-вой компенсации. У дрозофилы этот механизм поддерживается различными
