82. Мобильные генетические элементы: автономные ретротранспозоны

ДНК-транспозоны передвигаются по геному способом «вырезать и вставить» благодаря комплексу ферментов под названием транспозаза. Информация об аминокислотной последовательности белка транспозазы закодирована в последовательности транспозона. ДНК-транспозоны делятся на автономные и неавтономные элементы. Первые обладают собственными транспозазами и способны к самостоятельным перемещениям, а вторые перемещаются только в присутствии автономных элементов. Большинство ДНК-транспозонов имеют неполную последовательность. Такие транспозоны не являются автономными и передвигаются по геному благодаря транспозазе, которая закодирована другим, полным, ДНК-транспозоном.

На концах участков ДНК-транспозона расположены инвертированные повторы, которые являются особыми участками узнавания транспозазы, таким образом отличая эту часть генома от остальных. Транспозаза способна делать двухцепочные разрезы ДНК, вырезать и вставлять в ДНК-мишень транспозон.

К ДНК-транспозонам принадлежат Ac/Ds-элементы растений, которые были впервые открыты Барбарой Макклинток в кукурузе. Ac-элемент (англ. Activator) является автономным и кодирует транспозазу. Есть несколько типов Ds-элементов (неатономных), которые способны к формированию разрывов хромосом и которые перемещаются по геному благодаря Ac-элементам.

86.Описание схемы опытов Мезелсона и Сталя, доказывающих полуконсервативность репликации днк.Вопрос 18

83. Роль мобильных генетических элементов в геномах

Мобильные генетические элементы (МГЭ), присутствующие в геноме большинства организмов, сочетают в себе признаки эгоистических фрагментов ДНК («геномных паразитов») и важных составных частей генома, придающих ему пластичность и приспособляемость. Мобильные генетические элементы (МГЭ, подвижные элементы, транспозируемые элементы, транспозоны и т.д.) повсеместно распространены в живой природе от плазмид, фагов и бактерий до высших животных и растений. Будучи нестабильными по своей локализации в геномах, они создают мощный источник изменчивости генов, систем их управления и геномов . Будучи сами последовательностями нуклеотидов, они тоже подвержены эволюции. Поэтому МГЭ выступают и как факторы эволюции содержащих их геномов, и как эволюционирущие объекты

МГЭ как факторы изменчивости.В настоящее время МГЭ найдены у бактерий (включая их фагов и плазмид), низших грибов, насекомых, растений, животных и мн.других объектов. Число известных семейств МГЭ превышает 100. Некоторые семейства относятся к умеренным повторам, имея десятки-сотни копий на геном, другие - к повторам высокой множественности (Alu у человека – 5-6млн.копий на геном).В сумме МГЭ р-ных семейств могут составлять значит.часть генома. МГЭ нестабильны, т.е. с определенной вероятностью способны к транспозициям и исключению из отдельных позиций генома.

МГЭ способны к воспроизведению в кл.либо ч/з репликацию ДНК, либо ч/з прямую и обратную транскрипцию (ретротранспозоны).

В случаях, когда МГЭ не содержит генов, выполняющих клеточных функции, их часто считают "эгоистическими ДНК". Транспозиции обычно связаны с размножением копий МГЭ. В своей стр-ре МГЭ содержат гены транспозиции(ферментов-транспозаз - Тп-3,Тп-5)и др, ревертаз -ретропозоны.Поэтому фактически они явл. отдельными репликонами. В некот.случаях синтез транспозазы репрессируется при избыточной ее конц-ции по мех-му отрицательн.обратной связи.

МГЭ содержат также р-ные ф-циональные сайты-знаки пунктуации и управления (промоторы, терминаторы, операторы, репликаторы, энхансеры, регуляторные сайты теплового шока), кот.существенны для окружающих участков генома.

Инсерции МГЭ в кодирующие зоны генов приводят к нарушению или резкому изменению их ф-ций.Это связано с прямым нарушением генов и с влиянием знаков пунктуации (промоторов, терминаторов и др) на процессы считывания. Доля таких мутаций особенно велика у прокариот, кот.имеют высокую плотность кодирования инф-ции в геноме.Инсерции МГЭ в некодирующие области(спейсеры, интроны, фланговые участки др.) приводят к более "мягким" последствиям: усилению или ослаблению активности близлежащих генов, изменению их регуляции и т.п. Такие последствия преобладают у высших эукариот, у кот.кодирующая часть генома составляет ~3-5%. Показано, что среди видимых мутаций у дрозофилы и др.объектов значит.долю составляют не замены нуклеотидов, а инсерции МГЭ.

Геном человека почти наполовину состоит из всевозможных повторяющихся последоват-тей и МГЭ(транспозонов и ретротрансп). У прокариот мобильных элементов меньше, но тоже очень много. Традиционно эти участки интерпретируют как «эгоистическую» или «мусорную» ДНК (junk DNA). Всё яснее становится огромная эволюционная роль этих элементов. Они придают геному св-во, кот, в завис.от субъективного восприятия, назыв.либо нестабильностью», либо «пластичностью.В первом случае подчеркивается потенциальн. вред геномных перестроек, индуцируемых МГЭ и повторами, во втором—их потенциальная польза (создание «материала для отбора», повышение полиморфизма и приспособляемости). МГЭ способны активно размнож. и прыгать с место на место в пределах хозяйского генома, некот.из них(вирусы) м.передаваться не только от родителей к потомкам, но и горизонтально. Наличие в геноме множественных копий тех или иных фрагментов ДНК резко повышает вероятность ошибок в ходе копирования ДНК (репликации) и рекомбинации. Геномные перестройки, индуцируемые МГЭ, не явл.хаотичными. Многие транспозоны способны встраиваться не в любое место генома, а только туда, где есть определ.последоват-ть нуклеотидов; распределение повторов по геному повышает вероятность не любых, а строго определенных перестроек и т. д. Кроме того, активность МГЭ может зависеть от различных факторов (напр,повышаться при стрессе).Всё это придает эволюционным изменениям, происходящим при участии МГЭ, не случайный характер.