79. Повторяющиеся мобильные элементы: бактериальные транспозоны

Подвижные генетические элементы встречаются в ДНК всех организмов. Они представляют собой сегменты ДНК, способные к внутри- или межхромосомным перемещениям. У большинства из них центральная часть, содержащая информацию о механизме перемещения, фланкирована инвертированными повторами. Такая структура получила название транспозонной, а сами подвижные генетические элементы называют транспозонами.

Транспозоны обладают рядом специфических свойств. Они могут вызывать в ДНК полярные мутации, делеции и инверсии. Они способны также "включать" или "выключать" соседние с ними гены, поскольку в транспозонах есть промоторы и терминаторы транскрипции. Два родственных транспозона, находящиеся на одной хромосоме, могут переносить фрагмент ДНК, который заключен между ними, в другую область той же хромосомы или вообще в другую хромосому. Одинаковые транспозоны играют также роль подвижных областей гомологии, между которыми может происходить генетическая рекомбинация. Благодаря этим свойствам транспозоны играют важную роль в регуляции активности генов и перестройке геномов.

Транспозоны бактерий обладают сходной структурной организацией. Все они ограничены концевыми инвертированными повторами, протяженность и состав которых различны у разных транспозонов (от десятка до нескольких сотен п.н.). Однако у определенного транспозона они представляют собой своеобразные константы, т. е. не изменяются при его внедрении в разные сайты. Характерной чертой транспозонов бактерий является и тот факт, что с обоих концов они ограничены прямыми повторами реципиентной ДНК (ДНК-мишени). Протяженность этих повторов варьирует от 5 до 9 п.н., но для конкретного элемента она постоянна. Последовательность же нуклеотидов в повторах определяется местом локализации элемента. В сайтах независимого происхождения транспозон фланкирован повторами р-ного состава.

Внутриклеточные перемещения транспозонов обусловлены специфическим механизмом транспозиции. Этот механизм обеспечивает встраивание транспозонов в реципиентную ДНК и образование в ней делеций, инверсий и дупликаций, а также исключение транспозонов из ДНК. Указанные операции осуществляются ферментами (транспозазами), которые кодируются генами транспозонов. Структурными компонентами транспозиции являются концевые инвертированные повторы транспозонов (хотя бы частичное их делегирование лишает транспозоны способности к транспозиции). Структура же повторов ДНК-мишени несущественна для транспозиции (замена одного из повторов на случайную нуклеотидную последовательность не влияет заметным образом на свойства транспозона).

80. Мобильные генетические элементы: ретротранспозоны – жизненный цикл

Ретротранспозоны представляют собой группу транспозонов, механизм перемещения которых во многом совпадает с жизненным циклом ретровирусов. Этот механизм включает в себя процесс копирован™ (транскрипции) транспозонов, обратное копирование образовавшейся РНК в дуплексы ДНК и внедрение последних в случайные участки клеточного генома. Обратное копирование происходит с помощью обратных транскриптаз.

Ретротранспозоны с длинными концевыми повторами (ДКП)

Ретранспозоны с ДКП состоят из центральной части, на­зываемой «тело», и имеющей размер 5000 - 8000 п.н. На их флангах располагаются прямые ДКП, состоящие обычно из 300 - 400 п.н. В составе ДКП содержатся участки, ответственные за инициацию транскрипции и полиаденилирование. Ограничива­ют ретротранспозон короткие прямые повторы.

Один из способов перемещения ретротранспозона сходен со схемой жизненного цикла ретровирусов. В перемещении по этому механизму принимают участие белки, закодированные в теле МГЭ, - интеграза и обратная транскриптаза (ревертаза).

Механизм ретротранспозиции. В нача­ле в результате транскрипции ретротранспазона, осуществляе­мой РНК-полимеразой II, образуется его РНК-копия, которая далее транспортируется из ядра в цитоплазму. Затем РНК при участии обратной транскриптазы используется в качестве матрицы для синтеза ДНК-копии мобильного элемента. Последняя транспортируется в ядро клетки и с помощью интегразы встраи­вается в новый участок ДНК. Так ретротранспозон может рас­пространяться по геному.

Ретротранспозоны могут также перемещаться, используя механизм гомологичной рекомбинации. При таком перемеще­нии в результате гомологичной рекомбинации между ДКП ретротранспозон вырезается из хромосомы, при этом в соста­ве генома остается один ДКП, другой оказывается в составе вы­резавшегося МГЭ.

Ретротранспозоны ответственны за ряд генетических со­бытий. При его внедрении внутрь экзона может произойти инактивация гена. Причиной этого является нару­шение первичной структуры последнего. Ретротранспозон может интегрировать и в интрон. В этом случае внедрение ретротранспозона обуславливает образование двух молекул РНК вместо одной.

Еще одной интересной особенностью ретротранспозонов является их способность залечивать двухцепочечные разрывы ДНК.

Ретротранспозоны без ДКП

В перемещении таких ретротранстозонов участвуют ферменты обратная транскриптаза и интеграза. Механизм перемещения ретротранспозонов без ДКП включает обратную транскрипцию. На начальном этапе транспозиции происходит транскрипция ретротранспозона. Об­разовавшаяся РНК служит матрицей для синтеза белков, участ­вующих в перемещении ретротранспозона без ДКП. В тоже время РНК-копия ретротранспозона, связываясь в области раз­рыва ДНК с одной из ее цепей, выступает в качестве 80. матрицы для синтеза комплементарной цепи ДНК при участии обратной транскриптазы. После завершения синтеза этой цепи ДНК РНК удаляется и достраивается вторая цепь ДНК.

Ретротранспозоны без ДКП могут участвовать в образова­нии теломер у хромосом. Синтез теломер у многих эука­риотических организмов осуществляет теломераза. Однако у ряда насекомых активность этого фермента отсутствует. В связи с этим функцию синтеза теломер у них выполняют ретротранс­позоны без ДКП. Таким образом, ретротранспозоны без ДКП обеспечивают целостность хромосомы.