22. Мобильные элементы генома. Классификация мобильных элементов.
Мобильные элементы генома - это последовательности ДНК, способные перемещаться по геному и изменять его структуру и функцию. Они составляют значительную часть многих геномов эукариот и прокариот
В начале 40-х гг. было открыто 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. Этот локус, вызывающий разрыв хромосом, оказался совершенно необычным, поскольку может перемещаться из одного участка хромосомы в другой. Б. Мак-Клинток назвала феномен перемещения транспозицией, а сами локусы - контролирующими элементами.
Контролирующие элементы (КЭ) характеризуются следующими свойствами:
они могут перемещаться из одного сайта в другой;
их встраивание в данный район влияет на активность генов, расположенных рядом;
утрата КЭ в данном локусе превращает прежде мутабильный локус в стабильный;
в сайтах, в которых присутствуют КЭ, могут возникать делеции, транслокации, транспозиции, инверсии, а также разрывы хромосом.
Мобильные элементы классифицируются на два основных типа:
1. Транспозоны:
Не кодируют белок, необходимый для их транспозиции (перемещения).
Могут перемещаться по геному с использованием механизма "вырезать и вставить".
Подразделяются на:
ДНК-транспозоны (транспозоны класса II): транспозируются в виде промежуточного транскрипта РНК с помощью фермента транспозазы.
РНК-транспозоны (ретротранспозоны, транспозоны класса I): транспозируются посредством промежуточного транскрипта РНК, который затем ревертируется обратно в ДНК ферментом обратной транскриптазой.
2. Ретровирусы:
Кодируют белки, необходимые для их транспозиции.
Встраиваются в геном хозяина в виде провируса и транскрибируются в РНК, которая затем обратно транскрибируется в ДНК и встраивается в другой участок генома.
Подклассы ретротранспозонов
Ретротранспозоны далее подразделяются на подклассы:
LINE (Long Interspersed Nuclear Element): Длинные элементы, которые транспонируются с относительно низкой частотой. Имеют внутренний промотор и могут кодировать белки, связанные с транспозицией.
SINE (Short Interspersed Nuclear Element): Короткие элементы, которые транспонируются в обратном порядке с другими ретротранспозонами. Не имеют внутренних промоторов и не кодируют белки.
LTR (Long Terminal Repeat): Элементы с длинными концевыми повторами, которые транспонируются с помощью ферментов обратной транскриптазы и интегразы.
MIR (Mammalian-Interspersed Repeat): Элементы, встречающиеся преимущественно у млекопитающих, которые имеют характерную структуру и могут содержать последовательности функциональных генов.
Инсерции (вставки) коротких последовательностей также встречаются довольно часто. Источником «добавляемого» материала чаще всего служат мобильные элементы, представляющие собой последовательности ДНК, способные перемещаться из одного участка генома в другие. Инсерции в кодирующих последовательностях могут инактивировать ген, изменяя рамку считывания. Такие инсерции носят название мутаций со сдвигом рамки считывания. Аналогичным образом делеция в пределах кодирующей последовательности обычно приводит к мутации со сдвигом рамки. При таких инсерциях впоследствии могут возникать частичные или полные делеции (удаления) части или всего ранее добавленного материала, а также прилегающих регионов.
Важное отличие точечных мутаций от инсерций/ делеций состоит в том, что частота точечных мутаций может быть увеличена с помощью мутагенов, тогда как на частоту возникновения изменений, вызванных мобильными элементами, при помощи мутагенов повлиять нельзя. Однако возникновение инсерций и делеций (инделей) управляется и другими механизмами (например, ошибками репликации и рекомбинации). Также отметим, что определенный класс мутагенов, называемых акридинами, может приводить к возникновению очень маленьких инсерций и делеций.