4.5.1. Кластер генов гемоглобина
У человека встречается 4 вида гемоглобина, которые кодируются генами гемоглобинового подсемейства. Все гены гемоглобинового подсемейства являются гомологичными, с незначительным различием в строении и образуют тетрамерную молекулу, состоящую из 4 цепей. В каждом виде гемоглобине характер цепей различается. Цепи кодируются шестью генами: 2 копии -гена: 1 – фетальный α-ген 1, 2 - α–ген взрослого организма; ζ-ген, 2 копии -ген: β1 иβ2, -ген, - ген, 2 копии -гена: G и A.
1 – гемоглобин А – основной гемоглобин взрослого организма, состоит из 2 -, и 2 -цепей, формула - (2,2);
2 – гемоглобин А2 - гемоглобин взрослого человека, но содержится в организме в меньшей концентрации ( 2% общего гемоглобина), состоит из 2-, и 2-цепей; формула - (2α,2δ);
3 – эмбриональный гемоглобин, состоит из 2ζ-, и 2 -цепей; формула – (2ζ,2ε);
4 – гемоглобин F – фетальный гемоглобин. Замещает эмбриональный гемоглобин на 6 месяце развития плода; состоит из 2-, и 2-цепей; формула - (2,2); - цепи бывают двух видов: G и A.
ζ-цепи являются -подобным гемоглобином и замещаются гемоглобином А после рождения ребенка; -,ε-, и -цепи - -подобными гемоглобинами. -подобный ζ-гемоглобин и -гемоглобины находятся в хромосоме 16, образуя кластеров -подобных генов и повторяются в хромосоме дважды; -гемоглобины, -, ε-, -гемоглобины - в 11 хромосоме (рис.98) и образуют кластер -подобных генов, который повторяется в хромосоме несколько раз. Гены в этом кластере расположены в таком порядке, в каком они включаются в работу в ходе онтогенеза, но не имеют общего контроля регуляции. Соседство таких генов позволяет более легко обеспечить переключение их активности. Внутри генов содержится по два довольно протяженных (100-550 п.н.) интрона. Между генами находится спейсеры, содержащие от 4000 до 14000 п.н. В каждом кластере - подобных генов имеются псевдогены. Псевдогены – это не функциональные гены, с последовательностью нуклеотидов, подобной данному структурному гену, но с небольшими изменениями за счет делеции, дупликации. Псевдогены не транскрибируется или продуцируют неактивные белки. В кластере -подобных гемоглобинов имеется 3 псевдогена (ψζ; ψ1; ψα2). В кластере - подобных гемоглобинов имеется - 1 псевдоген ( ψ).
Транскрибируются гены глобиновых кластеров по отдельности друг от друга; общего контроля регуляции подобно оперонному у них нет.
4.5.2. Гены гистонов
Семейство гистоновых генов содержит пять родственных (Н1, Н2А, Н2В, Н3, Н4), но не идентичных генов.
Гистоны – основные белки, участвующие в формировании нуклеосомной структуры хроматина. Все гистоны кодируются отдельным геном. При быстром делении клеток, синтез гистонов должен происходить быстро одновременно с репликацией ДНК. Нужное количество гистонов всех 5 видов должно появляться при каждом переходе клеточного цикла. Для координированного синтеза ДНК и гистонов в течении S – периода необходимо наличие множества копии этих генов.
Гены гистонов обладают следующими чертами организации:
1 – все 5 генов объединены в кластер длиной 6900 н.п. (рис.99);
2 – количество кластеров у разных видов организации различно (у человека – 35 в гаплоидном наборе; у млекопитающих – 20, у тритона – 600-800);
3 – в хромосоме кластера расположены друг за другом - тандемно (у птиц и млекопитающих между кластерами находятся не гистоновые гены);
Рис.167. Кластеры глобиновых генов в хромосомах 11 и 16 человека и стадии развития, на которых они экспрессируются (Из: Жимулев, 2007)
Рис.168. Схема кластера гистоновых генов.
4 – гены гистонов одного вида у разных кластеров не полностью идентичны, поэтому гистоны являются сходными, но все же разными белками;
5 – гены в кластере разделены спейсерами;
6 – гены гистонов не имеют интронов;
7 – гены гистонов транскрибируются в кластерах разных видов либо в разных направлениях, то есть, кодирующей цепью выступает разные цепи ДНК (рис.100), либо в одном (кодирующая цепь ДНК одна). В этом случае гены транскрибируются в виде одной м-РНК, которая затем разрезается в процессе созревания;
8 – у м-РНК, транскрибируемой с кластера гистоновых белков отсут- ствует поли-А-фрагмент.
Рис.169. Кластер гистоновых генов дрозофилы и ежа (стрелки показывают направление транскрипции).