2. Мобильные элементы генома. Классификация и биологическая роль

Мобильными генетическими элементами (МГЭ) называют подвижные фрагменты генома клеток, способные к самостоятельным перемещениям внутри генома. Мобильные генетические элементы были открыты американским генетиком Барбарой Мак-Клинток на кукурузе в 1951 году,   а  в 1983 году это открытие получило Нобелевскую премию.

В начале 40-х гг. американская исследова­тельница Б. МакКлинток открыла существование гена, или локуса, который вы­зывал повышение частоты хромосомных пере­строек у кукурузы. Среди потомков от скрещи­вания, в котором оба родителя несли такие перестройки, появлялись нестабильные мута­ции с неожиданно высокой частотой. В 1948 г. она опубликовала результаты исследований этого локуса, «вызывающего разрывы хромо­сом, сделав вывод, что он является совершен­но необычным, поскольку может перемещать­ся из одного участка хромосомы в другой. Б. МакКлинток назвала эти перемещения транспозицией,  а  сами локусы — контролирующими элементами (КЭ). Эти элементы характеризуются следующими свойствами:

1) Они могут перемещаться из одного сай­та в другой;

2)   Их встраивание в данный район влияет на активность генов, расположенных рядом;

3)  Утрата КЭ в данном локусе превращает прежде мутабильный локус в стабильный;

4)   В сайтах, в которых присутствуют КЭ, могут возникать делеции, транслокации, транс­позиции, инверсии,  а  также разрывы хромосом.

В 60-х годах МГЭ были открыты также у микроорганизмов. В конце 70-х годов одновременно в СССР (группой советских генетиков во главе с Г.П. Георгиевым) и США (группой американских генетиков Д. Хогнесс) были открыты МГЭ у дрозофилы. С того момента исследования ускорились. Кроме того, различные МГЭ были найдены также у дрожжей, млекопитающих, включая человека. Иначе говоря, мир МГЭ оказался велик и многолик.

МГЭ подвижны в геноме хозяина, причем содержат внутри себя гены, обеспечивающие транспозицию. Опыт построения генетических карт твердо указывал, что положение генов на карте очень стабильное (с точностью до редких хромосомных перестроек) устойчиво наследуется,  а  сами карты являются специфичными для видов. Однако, оказалось что это относится лишь к части генома, действительно преобладающей и стабильной. Значительная часть генома представлена различными МГЭ, среди которых многие копии способны к относительно частым перемещениям (со скоростями до 10³-10⁵ событий на копию за поколение, что значительно выше скоростей возникновения мутаций и перестроек). Таким образом, генетический материал генома пришлось разделить на две сопоставимые части:1.     Устойчивую – совокупность устойчивых генов и других элементов генома;

2.     Подвижную – совокупность копий МГЭ генома, способных к перемещениям со всеми генетическими последствиями (мутациями генов, перестройками).   По механизмам транспозиции мобильные элементы перемещаются, используя обратную транскриптазу, т.е. на РНК-матрице мобильного элемента синтезируется ДНК. Обратная транскриптаза (ревертаза) не только ведет синтез нити ДНК на РНК, но и осуществляет синтез второй комплементарной нити ДНК,  а  РНК-матрица распадается и удаляется. Двунитевая ДНК синтезируется в цитоплазме,  а  затем перемещается в ядро и может встроиться в геном, образуя провирус. Такие мобильные элементы называют ретротранспозонами. Некоторые элементы перемещаются непосредственно как ДНКовые элементы и называются транспозонами.