Проблемы и перспективы молекулярной генетики. Том 1 - Свердлов Е.Д.
ISBN 5-02-002753-7
Скачать (прямая ссылка):
Молекулярный механизм репрессии Х-повторов Y-повторами будет рассмотрен далее.
СТРУКТУРА РАЙОНОВ ГЕТЕРОХРОМАТИНА,
ЗАПОЛНЕННЫХ РАЗНЫМИ ТИПАМИ ПОВТОРОВ,
ОБРАЗОВАННЫХ ПОДВИЖНЫМИ ЭЛЕМЕНТАМИ
Подобные структуры, по-видимому, представляют собой “островки”, погруженные в “море” коротких, многократно тандемно повторенных последовательностей, так называемых сателлитных ДНК (Le et al., 1995). Иссле-
19
дование структур протяженных гетерохроматиновых повторов показало, что они представляют собой мозаику из повторов разной природы, образовавшуюся в результате последовательных событий внедрения подвижных элементов в другие предсуществовавшие повторы. В результате основная масса ДНК островков представлена материалом подвижных элементов. Хотя “море” сателлитных последовательностей располагается в районе центромеры, наличие сателлитной ДНК, как оказалось, необязательно для формирования этой структуры, необходимой для расхождения хромосом в процессе деления клетки (Sun et al., 1997). Недавно было обнаружено, что отдельные фракции сателлитной ДНК (обладающие определенным кон-формационным состоянием, определяемым нуклеотидной последовательностью), могут быть сайтами активного связывания регуляторных белков дрозофилы (Henikoff, Vermaak, 2000). В таком случае сателлиты рассматриваются как важный элемент, регулирующий концентрацию регуляторных белков, связывающихся со множеством эухроматиновых генов. Роль “островков” в функционировании сателлитных ДНК остается неясной.
Мы рассматривали структуру повтора размером около 60 тыс. и. пар (рис. 3). Число копий повторов (60 тыс. н. пар) приближается к десяти в расчете на гаплоидный геном. Функция такого повтора неясна. Однако эти повторы расположены в районах, соответствующих участкам гетерохроматина Х-хромосомы (Nurminsky et al., 1994), ответственным за ряд жизненно важных функций: регуляцию числа рибосомных генов, а также процессов раннего развития дрозофилы. Схематически структура повтора, составленного в основном из подвижных элементов (ретротранспозонов) разных типов, перемещающихся с помощью принципиально разных механизмов, показана на рис. 3. Ретротранспозоны (треугольники) внедрились либо в меж-генные некодирующие районы Ste-иовторов, либо друг в друга. Наши наблюдения показывают, что число этих повторов поддерживается отбором и, возможно, они могут играть определенную функциональную роль (Nurminsky et al., 1994). Не исключено, что такие повторы могут быть частью загадочного локуса АВО в гетерохроматине Х-хромосомы, нехватка которого нарушает самые ранние стадии развития дрозофилы (Gatti, Pimpinelli, 1992).
РЕПРЕССИЯ Sfe-ПОВТОРОВ Х-ХРОМОСОМЫ
ГОМОЛОГИЧНЫМИ Y-ПОВТОРАМИ ОСУЩЕСТВЛЯЕТСЯ
С ПОМОЩЬЮ МЕХАНИЗМА РНК-ИНТЕРФЕРЕНЦИИ
Рассмотрение природы подавления экспрессии Ste-повторов гомологичными Y-повторами половых хромосом представляет биологический интерес прежде всего потому, что эти взаимодействия обеспечивают важную биологическую характеристику - плодовитость самцов дрозофилы, а молекулярный механизм взаимодействия повторов описывается в рамках явления РНК-интерференции, к которому сейчас привлечено большое внимание (Sijen, Kooter, 2000). РНК-интерференцией называют способность двухните-вых молекул РНК подавлять экспрессию гомологичных по нуклеотидной последовательности генов. Способность двухнитевой РНК специфически подавлять активность того или иного гена сейчас с успехом используется в
20
геномике, поскольку завершение секвеиироваиия ряда геномов требует выяснения функции гена с известной нуклеотидной последовательностью (Fraser et al., 2000). Это можно осуществить, поскольку инъекция двухните-вой РНК с последовательностью, идентичной данному гену, приводит к возникновению фенотипа, характерного для мутаций по этому гену. Механизм подавления экспрессии гена, осуществляемый на уровне деградации информационной РНК, представлен на рис. 4. Двухнитевая РНК под действием комплекса ферментов распадается на короткие двухцепочечные нуклеотидные фрагменты, одна из цепей которых “узнает” гомологичные им по нуклеотидной последовательности мРНК. Затем осуществляется деградация РНК, причем середина короткого фрагмента РНК указывает сайты расщепления мРНК. РНК-интерференция описана в случаях искусственного введения (инъекций) двухнитевой РНК или в результате конструирования геномов с увеличенным числом того или иного гена. В последнем случае, в основном в опытах с трансгенными растениями, наблюдалось подавление суммарной экспрессии генов, несмотря на увеличение их числа. Это явление получило название косупрессии (Henikoff, Matzke, 1997). Механизм косупрес-сии можно объяснить образованием двухнитевой РНК в результате транскрипции обеих нитей разных трансгенов, которые внедрились в разные участки генома и транскрибируются с промоторов, оказавшихся по соседству с трансгеном. В результате в одном случае будет осуществляться копирование смысловой кодирующей нити РНК, а в другом - образование антисмы-словой некодирующей РНК.
Удаление из Y-хромосомы Y-повторов приводит к сверхэкспрессии Ste-повторов в Х-хромосоме, что сопровождается резким снижением плодовитости самцов (Livak, 1984, 1990). Особенности структуры Y-повторов по сравнению с повторами Ste показаны на рис. 4. Y-повторы, в отличие от Ste-повторов, содержат подвижные элементы (транспозон), локализованные в межгенных промежутках кластера (Balakireva et al., 1992). Ste- и Y-повторы транскрибируются с образованием “смысловых” транскриптов, которые в случае Ste-повторов кодируют белок, способный активировать каталитическую субъединицу протеинкиназы (Bozzetti et al., 1995). Однако Y-повторы продуцируют и комплементарные “антисмысловые” некодирующие транскрипты, образование которых начинается, по-видимому, в районе внедрений подвижного элемента (см. рис. 4). В результате создается условие для образования двухнитевой РНК, которая в свою очередь является предшественником коротких фрагментов РНК, непосредственно атакующих S/e-мРНК. Таким образом, можно предполагать следующие этапы эволюции Y-повторов: сначала они выступали как кодирующие белок гены, а затем, после внедрения транспозона, стали терять эту способность, приобретая другое свойство -способность к образованию “антисмысловой” РНК, старт транскрипции которой находится внутри транспозона (Aravin et al., 2001, Коган, Гвоздев 2002). Спасение самцов от стерильности достигается функционированием механизма РНК-интерференции и направлено на преодоление избытка транскриптов повторяющихся Ste-генов. Здесь просматриваются определенные аналогии с явлением косупрессии у растений, когда гомологичные гены, введенные извне, подавляют экспрессию собственных клеточных генов. В то же время в нашем случае имеет место естественный процесс подавления экспрессии генов с помощью механизма РНК-интерференции.
