Мобильные генетические элементы эукариот
У эукариот разных систематических групп были выявлены МГЭ, различающиеся размером, наличием прямых и инвертированных повторов, их длиной а также механизмом транспозиции. Таксономия их достаточно сложна, но наиболее часто в литературе описывают следующие следующие семейства транспозонов: 1. МГЭ, подобные бактериальным транспозонам – у дрожжей-сахаромицетов и дрозофил, имеют небольшие размеры, концевые повторы, расположены в разных частях генома, некоторые из них не имеют собственной транспозазы, но перемещаются с помощью других МГЭ; 2. Ty-элементы (transposon yeast) – целое семейство МГЭ дрожжей, подобных сложным транспозонам бактерий по типу транспозона Tn3, длина – 6,3 тис. п.н., окружены длинными концевыми прямыми повторами, количество на геном 30-35 копий, могут давать эффект «мутационного взрыва»; 3. МГЭ с длинными повторами LTR (long terminal repeats, 300-400 п.н.) встречаются у дрожжей, дрозофил, позвоночных, растений, ведут себя как стабильные гены, но внешние факторы могут вызвать их перемещение; 4. Copia-подобные элементы дрозофил, длина около 5 тис. п.н., имеют идентичные прямые повторы (276 п.н.), иногда существуют в виде кольцевых молекул ДНК, что отличает их от бактериальных транспозонов, которые не существуют за пределами генома. Их длинные повторы, очевидно, выполняют функции промоторов. 5. Ретротранспозоны очевидно произошли от ретровирусов, так как они являются продуктами обратной транскрипции, имеют длинные концевые повторы. Траскрипция их осуществляется с помощью РНК-полимеразы II. Количество ретротранспозонов на геном колеблется от нескольких копий до сотен тысяч. 6. Ретропозоны – это по всей видимости продукты обратной транскрипции клеточных РНК. Могут иметь длинные повторы, но могут и не иметь типичного строения. У млекопитающих их содержится до 10% генома. Некоторые из них (псевдогены) не имеют интронов, а на 3/ -конце полиаденилированы, что доказывает их происхождение от РНК. Некоторые ретропозоны встраиваются под чужой промотор (ретрогены). Короткие повторы относятся к ретропозонам, они представлены последователностями Alu. У человека они составляют до 5-6% генома, встречаются 3х105 раз на геном. Возможно, это частично процессированные копии т-РНК (транспортной) и 7S РHК, которая входит в состав рибосом и обеспечивает прикрепление их к эндоплазматическому ретикулюму. Механизмы транспозиции Молекулярные механизмы транспозиции сопряжены с репликацией транспозонов, как отдельных репликативных единиц, и существенно различаются у разных видов. В процеесе репликации транспозоны могут удваиваться, что в конечном итоге ведет к появлению их копий в разных элементах генома (хромосомах, плазмидах, умеренных вирусах). Известны три основных механизма транспозиции, связанных с их копированием: – консервативный; – полуконсервативный; – РНК-опосредованный.
При консервативном механизметранспозиции обе цепи ДНК вырезаются из исходной молекулы и дальше встраиваются в ДНК-мишень, например в плазмиду, а в месте делеции (выпадения участка ДНК) происходит репликативная репарация. Если же для застраивания бреши не имеется матрицы, то может происходить «самоубийственная» транспозиция, сопровождающаяся деградацией всей ДНК за счет гидролитического действия экзонуклеаз. Соответствующие экзонуклеазы присоединяются к 5´- и 3´-концам ДНК в районе бреши, образовавшейся при выщеплении транспозона, и начинают последовательно удалять один нуклеотид за другим. При консервативном механизме транспозиции транспозаза вырезает транспозон сразу гидролизуя обе цепи ДНК в одном месте (с образованием «тупых» концов) и может замыкать вырезанный транспозон в кольцо. По такому механизму происходит транспозиция Tn 5, IS 1, IS 903 и др.. При встраивании в ДНК-мишень эти мобильные элементы вызывают дупликацию концов мишени с образованием прямых повторов из 9 п.н.. Полуконсервативный механизм транспозиции. Этот механизм хорошо изучен на примере Ми-фага, который может рассматриваться как транспозон. При таком механизме в двухцепочечной молекуле ДНК справа и слева от транспозона фермент транспозаза разрывает по одной цепи в транс-положении, а к образовавшимся концам прикрепляется белок А (продукт гена А у Ми-фага). Белок В (продукт гена В) делает разрыв в ДНК-мишени с образованием «липких» концов в 5 п.н. и присоединяется к ним. После этого происходит соединение разорванных концов транспозона с «липкими» концами разрезов ДНК-мишени. В результате такого соединения образуется коинтеграт – сцепленные кольца ДНК-донора (например, хромосомы) и ДНК-мишени (плазмиды). В коинтеграте вокруг транспозона остается по 2 несоединенных цепи, которые имитируют репликативные вилки, с которых и начинается удвоение транспозона. После репликации резолваза осуществляет сайт-специфическую рекомбинацию в res-области удвоенного транспозона, разрезая сцепленные цепи и воссоединяя их крест-на-крест. В результате этого сцепленные кольца коинтеграта разъединяются и по одной копии транспозона оказывается и в исходной молекуле ДНК-донора, и в молекуле ДНК-мишени. Таким образом, транспозон остается и на прежнем месте, и появляется в другом месте или элементе генома, т.е. как бы размножается. Полуконсервативный процесс транспозиции характерен для крупных транспозонов TnA-семейства, к которому отнесены Ми-фаг, Tn1, Tn3, Tn21, Tn501, Tn1000 и ряд других МГЭ. РНК-опосредованный механизм транспозиции встречается в основном у эукариот при формировании и перемещении ретротранспозонов и ретропозонов. Данные МГЭ формируются за счет обратной транскрипции на вирусных РНК (ретротранспозоны) или клеточных РНК (ретропозоны). С помощью фермента обратной транскриптазы, источником которой зачастую являются ретровирусы, происходит синтез ДНК-копий на матрицах молекул РНК. Образованные ДНК-копии встраиваются в ДНК хромосом, однако легко могут из них выщепляться и переноситься в другие сайты генома, причем количество их копий при транспозициях может увеличиваться. В заключение следует отметить, что мобильные генетические элементы (плазмиды, транспозоны, вирусы) вносят весомый вклад в изменчивость живых организмов. Мутации, вызванные перемещением транспозонов, будучи подхвачены отбором, способствуют адаптации организмов в постоянно меняющихся условиях среды.
|
