16.1. Вводные замечания.

 

На целых четырех предыдущих лекциях мы рассматривали то, что можно назвать «законной рекомбинацией», теперь же перейдем к рекомбинации «незаконной». Незаконность ее в состоит том, что она происходит гораздо реже и приводит к определенным проблемам – то есть до некоторой степени понижает приспособленность носителей, хотя в конечном счете может и повысить.

Гаплоидный геном каждого организма представляет собой двойную спираль ДНК, разделенную на несколько линейных отрезков – негомологичных хромосом. Хромосомные перестройки сводятся к тому, что гаплоидный геном оказывается подразделен на хромосомы каким-то иным образом. Это может происходить за счет того или иного количества актов разрывов и сшиваний нитей ДНК. Естественно, чем меньше таких актов, тем вероятнее хромосомная перестройка, поэтому мы ограничимся рассмотрением самых простых и, соответственно, самых частых случаев. Из лекции «классификация мутаций» основные типы хромосомных перестроек нам уже известны – это инверсии, транслокации, делеции, дупликации и транспозиции.

 

16.2. Судьба одиночного двунитевого разрыва ДНК

 

Наиболее простым из них выглядит одиночный разрыв ДНК. Однако вероятность сохранения такого разрыва невелика, поскольку он в норме так или иначе репарируется: либо легируется по месту самого разрыва, либо восстанавливает целостность по матрице сестринской или гомологичной хромосомы, в результате чего мы не получим никакой хромосомной перестройки – неправильное разрешение промежуточной структуры репарации приведет разве что к сестринскому хроматидному обмену или даже митотическому кроссинговеру. Далее, разрыв происходит в некоей хромосоме, у которой почти всегда есть центромера (кроме голоцентрических видов) и всегда есть две теломеры. Кроме самих центромеры и теломер, есть более протяженные и фукнционально обязательные прицентромерные и прителомерные районы. Разрыв происходит между центромерой и теломерой, то есть в хромосомном плече. Поэтому нерепарированный одиночный разрыв ДНК должен привести к появлению двух фрагментов хромосомы, только один из которых будет содержать центромеру, а второй с необходимостью будет потерян в митозе. Однако первый фрагмент не будет содержать и теломеры, а это значит, что он совершенно точно не пройдет мейоз. Более того, клетка с нерепарированным разрывом скорее всего даже не вступит в митоз, так как не пройдет один из так называемых checkpoint’ов и подвергнется апоптозу. Впрочем, есть данные, что в геном дрозофилы внедрили ввели сайт разрезания определенным ферментом, и ДНК соответствующей хромосомы действительно была разрезана, но хромосома каким-то образом сохранила целостность за счет белков хромтина и в таком виде проходила митозы. Но это скорее всего экзотика, связанная со странными особенностями строения хроматина двукрылых.

Ранее выделялся такой класс делеций, как концевые делеции или нехватки (deficiency), когда на цитологическом уровне наблюдали как бы потерю участка хромосомного плеча до самого его конца за счет одиночного разрыва. Однако впоследствии тонкими цитологическими методами было обнаружено, что такие хромосомы имеют нормальные концы, с прителомерными районами и теломерами, происходящими либо от той же самой хромосомы (таким образом, это оказались не нехватки, а «обычные», точнее интерстициальные делеции, при которых исчезает внутренний фрагмент плеча между центромерой и теламерой, требующие двух разрывов), либо от других хромосом (таким образом, это оказались не нехватки, а транслокации). По-видимому, истинных нехваток в природе фактически не встречается.

Итак, одиночные разрывы хромосом не дают нам хромосомных перестроек. Главное здесь то, что в момент своего возникновения они подвергаются репарации.

 

16.3. Хромосомные перестройки, основанные на двух разрывах ДНК.