Современная генетика. Том 2 - Айала Ф.
ISBN 5-03-000495-5
Скачать (прямая ссылка):
(рис. 11.17), построенной на основе серии аналогичных экспериментов с
использованием набора различных рестриктаз для расщепления и
сопоставления куриной геномной ДНК и овальбу-миновой кДНК.
До того как было открыто существование интронов, процесс образования
цитоплазматических мРНК представлялся достаточно неясным. Биохимические
исследования ядерной РНК показали, что в ее состав входят молекулы
значительно большего размера, чем молекулы цитоплазматических мРНК. РНК
этого типа называется гетерогенной ядерной РНК (гяРНК). Было обнаружено,
что большая часть гяРНК не попадает в цитоплазму, а подвергается
деградации до нуклеотидов непосредственно в ядре. С помощью биохимических
методов не удавалось установить, синтезируются ли в ядре молекулы мРНК в
том виде, в котором они обнаруживаются в цитоплазме. Можно было
предположить, что в ядре их не удается обнаружить просто из-за большого
избытка гяРНК. В то же время представлялось весьма вероятным, что мРНК
синтезируется в виде предшественников, входящих в состав гяРНК, а
образование зрелых мРНК является результатом нуклеазного процессинга при
выходе в цитоплазму. Решение проблемы было найдено благодаря тому, что
были обнаружены внутренние некодирующие последовательности, входящие в
состав некоторых структурных генов.
Размер транскриптов гена овальбумина, которые содержатся в ядрах клеток
яйцевода, удалось определить с использованием высокорадиоактивных кДНК-
зондов, полученных по овальбуминовой мРНК так, как
Экспрессия генетического материала
это было описано выше. С помощью радиоактивных зондов, комплементарных
последовательностям интронов, было установлено, что эти участки
последовательности транскрибируются и входят в состав высокомолекулярных
ядерных РНК. Следовательно, образованию зрелой цитоплазматической мРНК
должно предшествовать удаление интронов из последовательности гяРНК-
транскрипта (этот процесс называется сплайсингом от англ. to splice -
сплетать, сращивать). Как уже упоминалось, кодирующие участки структурных
генов (и соответствующих гяРНК) принято называть экзонами
(экспрессирующиеся участки гена), а встроенные внутрь кодирующей
последовательности некодирующие участки структурных генов (и
соответствующих гяРНК) -интронами (от англ. intervening-промежуточный).
Эксперимент, подтверждающий присутствие интронов в гяРНК-транскриптах и
их отсутствие в соответствующих мРНК на примере мышиного р-глобинового
гена, проиллюстрирован на рис. 11.21.
Различия в структурной организации прокариотических и эукариотических
генов и их первичных транскриптов отражают принципиальные различия в
организации этих двух типов клеточных структур. Наличие ядерной мембраны,
как отличительная особенность эукариотических клеток, предоставляет
возможность пространственно разделить процессы транскрипции ДНК в ядре и
трансляции мРНК в цитоплазме, что в свою очередь позволяет перед
трансляцией осуществлять процессинг первичных транскриптов. В то же время
у прокариот трансляция и транскрипция, как правило, тесно связаны (см.
рис. 11.12).
Как можно представить себе эволюционное происхождение этих
фундаментальных различий? Не исключено, что генетическая структура
современных эукариот отражает наиболее древнюю структурную организацию,
которая послужила также эволюционным предком и сегодняшних
прокариотических организмов, например таких, как Е. coli. Эволюция
бактерий могла быть ответом на возникшие селективные условия,
благоприятствовавшие быстрому росту и клеточному делению. Эволюционные
преимущества в таких условиях могли оказаться достигнутыми благодаря
слиянию ядра с цитоплазмой и сопряжению процессов транскрипции и
трансляции. Это могло в конце концов привести и к выщеплению интронов,
присутствие которых препятствовало бы правильной трансляции первичных
транскриптов.
Характер организации генома митохондрий как у простейших эукариот,
например грибов, так и у высших животных, включая человека, можно
рассматривать как подтверждающий сформулированную выше гипотезу.
Считается, что эволюционным предком митохондрий послужили бактерии-
предшественники современных прокариот,-вступившие в симбиоз с
эволюционным предшественником эукариотических клеток. В самом деле, для
митохондриального генома грибов характерно наличие интронов, удаление
которых происходит при сплайсинге первичных транскриптов непосредственно
в митохондриях. Таким образом, структура митохондриального генома грибов
в эволюционном отношении не столь далека от генетической организации,
постулируемой для древнейших прокариот. С другой стороны, для митохондрий
человека характерна очень компактная организация генома, в нем полностью
отсутствуют интроны и удалены любые другие "несущественные"
последовательности. Создается впечатление, что геном митохондрий
эукариотических клеток, находящихся на высшей ступени эволюционного
развития,
11. Передача информации в клетках
61
"'¦в -Л 5"Л
:\й
*• •• Гг?4*'.,
