Проблемы и перспективы молекулярной генетики. Том 1 - Свердлов Е.Д.
ISBN 5-02-002753-7
Скачать (прямая ссылка):
2) перемежающиеся друг с другом разные типы повторов.
17
ТАНДЕМНЫЕ ПОВТОРЫ ГЕТЕРОХРОМАТИНА
Тандемные повторы, собранные в кластеры (рис. 2), обнаруживаются в геномах эукариот. Тандемными повторами представлены жизненно важные для каждой клетки гены, например, гены рибосомных РНК и гены гисто-нов - компонентов нуклеосом, являющихся структурными единицами хроматина. Вопрос о том, как возникли эти повторы и каким образом поддерживается внутренняя идентичность единиц повторов (“согласованная эволюция”), остается нерешенным. Тандемный кластер генов, кодирующий белки эукариотической клетки, известен только в случае генов гистонов. Второй пример - это обнаруженный кластер генов Stellate (далее Ste) в гетерохроматине Х-хромосомы дрозофилы (рис. 2). Выявленные тандемно организованные гены кодируют белок, чрезвычайно близкий по аминокислотной последовательности к регуляторной субъединице одной из протеинкиназ (протеинки-назы СК2), участвующей в регуляции клеточного деления и модулирующей активность многих белков - факторов транскрипции. Это первый случай обнаружения в гетерохроматине повторов, кодирующих белки. Функция белка Stellate остается неизвестной, однако изменчивость единиц кластера ограничена и находится под сильным давлением отбора, что указывает на наличие определенной функции (Tulin et al., 1997). Кластер генов Ste можно рассматривать как модель для исследования особенностей молекулярной эволюции эукариотических кластеров генов, кодирующих белки.
В эухроматине был обнаружен ген, сходный по своей структуре и нуклеотидной последовательности с повтором Ste. Этот ген, как и повторы Ste, экспрессируется тканеспецифично - в семенниках, но конкретная функция этого гена остается невыясненной. Мы рассматриваем этот эухроматино-вый ген как предшественник транскрибируемых в семенниках тандемных повторов Ste Х-хромосомы и родственных им повторов в Y-хромосоме (Kalmykova et al., 1997). Очевидно, в процессе эволюции генома произошла амплификация эухроматинового гена и закрепление образовавшихся тандемных кластеров в гетерохроматине. Биологический смысл возникновения в геноме дрозофилы гомологичных тандемных кластеров в X- и Y-хромосо-мах остается загадочным.
Были рассмотрены особенности эволюции кластера Ste-повторов и родственного ему кластера тандемных повторов в Y-хромосоме (Kogan et al., 2000). Кодирующие последовательности Ste-повторов, как правило, не повреждены, а различия между ними обусловлены в основном отдельными нуклеотидными заменами в третьем положении кодона, не приводящими к изменению аминокислотной последовательности белка. Такой характер нуклеотидных замен указывает на сдерживающее действие отбора в ответ на спонтанные изменения последовательностей. В то же время было отмечено, что Ste-повторы, прилегающие с обеих сторон к ретротранспозону, внедрившемуся в межгенный район кластера (см. о ретротранспозонах в статье Е.Г. Пасюковой), накапливают различия в нуклеотидных последовательностях по сравнению с повторами, непосредственно соседствующими друг с другом. Этот результат показывает, что внедрение ретротранспозона может нарушить согласованную эволюцию генов в составе тандемного повтора и ускорить накопление различий в дуплицированных генах (см. рис. 2). Нуклеотидные замены, если они несинонимичные, могут, в конце концов,
1 С
Ретротранспозон
|=>1=>1=<> CS=>[=>C
V
Согласованная
эволюция
нарушена
Рис. 2. Кластер повторов Stellate (показаны стрелками) в гетерохроматине
Треугольник обозначает внедрение ретротранспозона. Помечены повторы с отличающейся друг от друга нуклеотидной последовательностью
привести к возникновению новых функций генов под действием отбора. Оказалось, что согласованная эволюция повторов Y-хромосомы заметно нарушена по сравнению со Ste-повторами. Значительно более сильные различия в нуклеотидных последовательностях Y-повторов (их дивергенция) могут приводить к функциональным изменениям аминокислотной последовательности предполагаемых полипептидов, кодируемых Y-повторами. В Y-повторах обнаружены также нуклеотидные замены в некодирующих белок районах, не меняющие характера сплайсинга (созревания) транскрип-тов Y-повторов и соответственно предсказываемой аминокислотной последовательности полипептидов, кодируемых такими транскриптами. Обнаруженная изменчивость тандемных Y-повторов внутри кластера, сопровождающаяся изменением характера созревания транскриптов, демонстрирует интересный случай молекулярной эволюции отдельных повторов, собранных в составе тандемного кластера (Kalmykova et al., 1998).
Нарушения кодирующей функции Y-повторов можно рассматривать и как свидетельство прекращения их прежней функции, состоящей в кодировании белков. Вероятно, на смену кодирующей функции приходит другая функция, связанная с их способностью подавлять экспрессию Ste-повторов Х-хромосомы. Действительно, сравнение нуклеотидных замещений в Ste-повторах и в Y-повторах показывает, что на определенных этапах их эволюции в Y-хромосоме отбор поддерживал их кодирующие функции, а затем “давление отбора” ослаблялось, кодирующая способность терялась и, по-видимому, возникала функция, связанная с репрессией гомологичных Х-повто-ров (Kogan et al., 2000).
