Страница: 31/52
члены Alu семейства могут транскрибироваться с помощью фер-
мента РНК-полимеразы 111. Предпологается, что при определен-
ных условиях образующиеся при этом молекулы РНК могут обрат-
но транскрибироваться, что в свою очередь, может привести к
появлению в клетках Alu-содержащих кДНК, обладающих
свойствами ретропазонов, то есть способных инсертироваться в
геномную ДНК. В литературе описаны случаи инсерционного му-
тагенеза Alu повторов, приводящие к гемофилии В и нейрофиб-
роматозу типа 1. Однако, частота таких событий, по-видимому,
невелика. Предполагается, что короткие умеренные повторы,
подобные Alu семейству, участвуют в регуляции транскрипции,
в процессинге РНК и в инициации репликации ДНК. Кроме того,
обнаружена высокая степень гомологии Alu последовательностей
с одним из видов низкомолекулярной РНК (7 S РНК), участвую-
щей в секреции белков.
К числу Line повторов относится Kpn1 семейство, которое
состоит из более длинных и значительно более гетерогенных
последовательностей, рассеянных по всему геному. В ряде слу-
чаев члены Kpn1 семейства группирются в кластеры, образуя
более длинные структуры, повторяющиеся несколько тысяч раз.
Для некоторых членов этого семейства также доказана возмож-
ность инсерции кДНК-овых копий Kpn1- РНК-транскриптов в ге-
номную ДНК и возникновение мутаций. Такое явление было обна-
ружено в одном случае гемофилии А. Некоторые Kpn1- последо-
вательности не только транскрибируются, но и способны
транслироваться (Charlesworth et al.,1994).
Раздел 2.3 Мультигенные семейства, псевдогены, онкоге-
ны.
Многие гены человека повторены в геноме от нескольких
единиц до нескольких сотен раз и образуют мультигенные се-
мейства (Газарян, Тарантул, 1983; Босток, Самнер, 1981; Kao,
1985; Льюин, 1987). Эти гены обычно сгруппированы в кластеры
в определенных районах одной, либо нескольких хромосом. Во
многих мультигенных семействах наряду с функционально актив-
ными генами содержатся псевдогены - мутационно измененные
последовательности, не способные транскрибироваться или про-
дуцирующие функционально неактивный генный продукт. Примера-
ми мультигенных семейств могут служить гены рибосомальных,
транспортных и ядерных РНК, гены альфа- и бета-глобинов, ту-
булинов, миоглобина, актина, интерферона и многих других. В
ряде случаев, возможна избирательная амплификация некоторых
семейств генов в процессе их экспрессии, как, например, ге-
нов рибосомальных РНК. При этом число способных транскриби-
роваться копий генов увеличивается за счет их избирательной
амплификации в сотни и даже тысячи раз, что сопровождается
лавинообразным нарастанием доли соответствующего генопродук-
та в клетках. Особое место среди мультигенных семейств зани-
мают супергены - очень большие кластеры из сотен функцио-
нально и структурно родственных генов, расположенных в сег-
ментах отдельных хромосом. Классическим примером супергена
может служить HLA комплекс, контролируюший главные антигены
гистосовместимости. Он занимает район более 6000 кб на ко-
ротком плече хромосомы 6р21 и состоит из серии тесно сцеп-
ленных генов, ответственных за синтез множества белков,
включающих клеточные поверхностные антигены, молекулы иммун-
ного ответа и некоторые компоненты комплемента. К суперген-
ным семействам относятся три комлекса расположенных на раз-
ных хромосомах мультигенов, контролирующих синтез тяжелых и
легких цепей иммуноглобулинов. Интересно, что в процессе
диффиренцировки B лимфоцитов, продуцирующих иммуноглобулины,
происходит структурная перестройка этих семейств. При этом
отдельные последовательности ДНК элиминируются, тогда как
другие сливаются, так что структура генов иммуноглобулинов в
зрелых B лимфоцитах значительно отличается от исходной, то
есть от той, которая наблюдается в зародышевых клетках.
Одной из важных структурных особенностей генома челове-
ка является наличие так называемых псевдогенов, уникальных
последовательностей, очень сходных по своей структуре с оп-
ределенными нормальными генами, но в силу присутствия в ко-
дирующих последовательностях целого ряда мутаций не способ-
ных транскрибироваться или правильно транслироваться с обра-
зованием структурно и функционально активного продукта.
Псевдогены обнаружены для многих генов. Их количество варь-
ирует от одной до нескольких десятков копий на геном и в
этом случае они, как правило расположены тандемно. Иногда
псевдогены тесно сцеплены с нормальными генами, во многих
случаях псевдогены и гены локализованы в разных хромосомах.
Для некоторых моногенных заболеваний идентифицированы му-
тантные аллели, сходные с мутациями в соответствующих псев-
догенах. В этих случаях обсуждаеся возможная роль псевдоге-
нов в спнтанном мутационном процессе.
В геноме человека присутствуют также нуклеотидные
последовательности, гомологичные генам некоторых вирусов.
Впервые эти последовательности были идентифицированы в гено-
ме вирусов, индуцирующих развитие опухолей у животных и че-
ловека, и потому они были названы онкогенами. Гомологичные
последовательностям в геноме человека носят название прото-
онкогенов. В настоящее время уже идентифицировано более 100
протоонкогенов. Белковые продукты протоонкогенов, по-видимо-
му, играют важную роль в нормальной пролиферации клеток осо-
бенно на ранних стадиях эмбрионального развития, контролируя
клеточный цикл и выбор геномной программы развития клетки.
При возникновении специфических мутаций в протоонкогенах, а
также при нарушениях регуляции их работы, выражающихся в ги-
перпродукции или в зкспрессии в нетипичномном месте или в
несвойственный момент жизнедеятельности клетки, они начинают
вести себя как онкогены, стимулируя неконтролируемое размно-
жение и пролиферацию определенных клеточных клонов, что и
может, в конечном счете, привести к формированию опухоли.
Раздел 2.4 Современное определение понятия "ген",
транскрипция, регуляторные элементы генов.
Около 10-15% генома человека представлено уникальными
транскрибируемыми последовательностями, составляющими основу
структурных генов (Льюин, 1987). В настоящее время в понятие
"ген" включается не только его транскрибируемая область -
экзоны + интроны, но также фланкирующие последовательности -
лидерная, предшествующая началу гена, и хвостовая нетрансли-
руемая область, раположенная на 3' конце гена (Рис.2.1 ). В
отличие от генов прокариот гены человека редко представлены
одной непрерывной последовательностью и в подавляющем боль-
шинстве имеют прерывистую структуру. Относительно короткие
кодирующие участки - зкзоны, чередуются с длинными интрона-
ми, которые транскрибируются и входят в состав первичного
РНК-продукта, но затем при процессинге первичного РНК
-транскрипта они вырезаются и не участвуют в трансляции.
Процесс вырезания интронов из первичных транскриптов получил
название сплайсинга. Таким образом, в зрелой мРНК интронные
области отсутствуют, а экзоны составляют непрерывную кодиру-
ющую последовательность. Размеры зрелых мРНК нередко в
десятки раз меньше первичных РНК-транскрипов и, соот-
ветственно, размеров самого гена.
Согласно классическим представлениям ген - это локус,
на хромосоме, мутации в котором реализуются на уровне фено-
типа. В молекулярной биологии ген трактуется как ассоцииро-
ванный с регуляторными последовательностями фрагмент ДНК,
соответствующий определенной единице транскрипции. Следова-
тельно, представления о гене формальных генетиков далеко не
полностью тождественны его физической единице и соотношения
между этими двумя понятиями достаточно запутанные. Отметим
некоторые причины этих противоречий. Известно, что мутации
одного гена могут приводить к совершенно разным и даже в ря-
де случаев к комплементарным фенотипам. Результаты прямого
секвенирования генома свидетельствуют о присутствии в нем
значительного большего числа генов, чем можно ожидать от ре-
зультатов мутационного анализа. Одна и та же последователь-
ность ДНК в геноме может кодировать несколько различных бел-
ков, что достигается за счет так называемого альтернативного
сплайсинга (образование разных мРНК из одного первичного
РНК-транскрипта). В крупных интронах ряда генов обнаружены
смысловые последовательности других генов ("ген в гене"),
считываемые в противоположном направлении. Транскрипционные
единицы генома могут перекрываться за счет наличия разных
промоторов. Наконец, благодаря соматической рекомбинации
структура транскрибируемых последовательнстей некоторых ге-
нов может быть различной в разных клонах клеток одного орга-
низма (Т-клеточные рецепторы). Ситуация с определением поня-
тия "ген" еще больше осложняется, если в это понятие вклю-
чать многочисленные регуляторные последовательности. Возни-
кает вопрос: "Как далеко от гена могут располагаться эти
Реферат опубликован: 26/04/2005 (122308 прочтено)