Подготовка у универсиаде 2012 / Генетика (Жимулев) / 10ver7
.pdf
Эффекты положения гена |
|
|
Глава 10 |
|
Глава 10. Эффекты |
Рисунок 10.1 |
|
|
|
Bar |
Bar |
Bar |
||
положения гена |
||||
|
|
|
||
|
Bar |
+ |
+ |
10.1 Изменения активности гена в результате перемещений его в системе генома
Довольноскоропослетого,какгенетики |
|
|
|
|
||||||
пришли к определению понятия гена как |
Изменение фенотипического проявления |
|||||||||
единицы дискретности наследственной |
||||||||||
мутации Bar в зависимости от ее положения в |
||||||||||
информации, |
расположенной |
è |
||||||||
геноме. |
|
|
|
|||||||
функционирующей в определенном участке |
|
|
|
|||||||
|
|
|
|
|||||||
свидетельствуют |
î |
существенной |
||||||||
хромосомы, были обнаружены факты, |
||||||||||
свидетельствующие |
о возможности |
зависимости |
экспрессии гена от |
|||||||
изменения его проявления в результате |
специфического окружения по-видимому, от |
|||||||||
перемещений в системе генома. Изменения |
того, под какой энхансер происходит |
|||||||||
активностигенаприизмененииегоположения |
встраиваниегена. |
|
|
|||||||
в геноме называют эффектами положения |
В 1934 году Н.П. Дубинин и Б.Н. |
|||||||||
(ÝÏ). |
|
|
|
|
|
Сидоров обнаружили факт ослабления |
||||
Впервые явление ЭП было обнаружено |
доминирования нормального аллеля гена |
|||||||||
в 1925 году одним из основоположников |
cubitus interruptus при перенесении его из |
|||||||||
генетики А. Стертевантом, который показал, |
соседства |
ñ |
прицентромерным |
|||||||
что когда в результате неравного |
гетерохроматином в какой-то из районов |
|||||||||
кроссинговераобамутантныхаллелягенаBar |
эухроматина,т.е.ген,нормальноработавший, |
|||||||||
у дрозофилы оказались в одной хромосоме |
будучи расположенным по соседству с |
|||||||||
(Рис. 10.1), это существенно повлияло на |
гетерохроматином, инактивируется, если |
|||||||||
экспрессию мутантного фенотипа по |
покидает это положение и располагается в |
|||||||||
сравнению с ситуацией, когда эти же аллели |
участке эухроматина. Впоследствии это |
|||||||||
были в разных гомологичных хромосомах. |
явлениебылоназваноэффектомДубинина. |
|||||||||
Явление,обнаруженноеСтертевантом,имеет |
Особым случаем является эффект |
|||||||||
особенность отличающую его от других |
положения мозаичного |
òèïà (ÌÝÏ, |
||||||||
эффектов положения: мутантный фенотип |
английская аббревиатура - PEV). В 1930 году |
|||||||||
проявляется более или менее стабильно, |
Г. Дж. Меллер обнаружил удивительное |
|||||||||
поэтому в 1954 году будущий Нобелевский |
явление: потерю проявления доминантности |
|||||||||
лауреат Э. Льюис назвал его стабильным |
у аллеля, расположенного в хромосомной |
|||||||||
эффектом положения. Этот тип изменений |
перестройке, полученной в результате |
|||||||||
активности |
|
генов |
напоминает |
ïî |
облучения,т.е.угетерозиготыR(g+)/R+(g) (ãäå |
|||||
характеристикам обычную мутацию и имеет |
R - хромосомная перестройка, а g - ген) |
|||||||||
довольно широкое |
распространение, |
аллель g+ не проявляется, и особь имеет |
||||||||
особенновэкспериментальнойпрактике.Так, |
мутантныйg-фенотип. |
|
|
|||||||
â 1980-õ |
годах были |
обнаружены |
Уже сам Меллер установил, что |
|||||||
многочисленные примеры существенных |
генетическая инактивация возникает, во- |
|||||||||
различий в активности гена white, |
первых, в хромосоме с перестройкой, во- |
|||||||||
заключенного в материал транспозона, в |
вторых, ген должен быть перенесен в |
|||||||||
зависимости от места встройки последнего в |
окрестности |
|
прицентромерного |
|||||||
ту или иную часть хромосомы. Все эти |
гетерохроматина (Рис. 10.2). |
|||||||||
примеры |
позиционных |
эффектов |
|
|
|
|
||||
281
Глава 10 |
Эффекты положения гена |
|
|
|
|
Рисунок 10.2 |
|
Нормальная |
w+ |
|
Глаза |
|
:-хромосома |
|
|
|
дикого типа |
|
|
|
||
|
|
|
||
In(1)wm4 |
|
|
|
|
|
|
Мозаичные |
|
|
|
w+ |
глаза |
|||
Изменение активности гена white+ (w+) в результате перенесения его в окрестности прицентромерного гетерохроматина. В нормальной линии ген white+ кодирует продукт, контролирующий развитие красной окраски глаза. В линии с инверсией, например, In(1)wm4, переносящей этот ген в окрестности прицентромерного гетерохроматина, в части клеток он инактивирован, в результате чего клетки остаются неокрашенными, и глаз становится мозаичным: группы нормально окрашенных клеток перемежаются группами неокрашенных клеток.
В-третьих, проявление гена становится мозаичным, т.е. при анализе большого числа относительно однородных клеток, например клеток, слагающих омматидии глаза и имеющиходинаковыйгенотип-R(g+)/R+(g), в однойгруппеклетокпроявляетсямутантный аллель, в других клетках - нормальный (Рис. 10.2).
Таким образом, эффект положения мозаичного типа можно коротко охарактеризовать следующим образом: ген инактивируется в результате переноса его из эухроматинавокрестностигетерохроматина, при этом в части клеток он сохраняет свою активность.
В последующие 70 лет исследователи открывали все новые и новые особенности инактивациигеновприэффектахположения, основные сведения о которых будут приведеныниже.
10.2. Эффект положения мозаичного типа
10.2.1. Структура гена при эффекте положения мозаичного типа
Как показали Н.П. Дубинин и Б.Н. Сидоров в 1935 году, при эффектеположения мозаичноготипагеннетеряется,аизменяется лишь его состояние. С помощью кроссинговера они отделили
инактивированный аллель от перестройки, а, следовательно, и от соседства с гетерохроматином,игенвновьсталстабильно формироватьнормальныйфенотип.
R g+
кроссинговер
+g
R g 
+ g+
Стабильное Стабильное мутантное нормальное проявление проявление
Несколько позже, в 1938 году, И.Б.Паншинполучилобратныехромосомные перестройки, которые переносили инактивированный ген от гетерохроматина в исходное положение - в эухроматин. Активность гена при этом также восстанавливалась.
В результате получения огромного числахромосомныхперестроекиихпроверки на способность индуцировать генетическую инактивацию было установлено, что эффект положения мозаичного типа проявляется только в перестройках между эу- и гетерохроматином. Любой ген у дрозофилы при наличии соответствующей перестройки, переносящей его в гетерохроматин, может инактивироваться,т.е.испытыватьмозаичный эффектположения.
282
Эффекты положения гена |
Глава 10 |
|
|
10.2.2. Распространение инактивации
У особей, в одной хромосоме которых находятся мутантные аллели нескольких близко расположенныхгенов(а-е), а в другой - их нормальные аллели, но перенесенные к гетерохроматину, можно зарегистрировать последовательную инактивацию нескольких генов (Рис. 10.3).
В случае, изображенном на Рис. 10.3, в цепочке генов (а+ - å+) чаще других инактивируетсягене+,ближерасположенный к гетерохроматину, с меньшей частотой инактивированы одновременно d+ è e+, еще с меньшей - c+, d+ è e+ , и т.д. Этот пример показывает, что инактивация, начавшись у
Рисунок 10.3
I |
Прицентромерный |
|
|
|
гетерохроматин |
a b c d e
Центромера
II |
a+ b+ c+ d+ e+ |
|
|
|
|||
|
|
|
|
a+ b+ c+ d+ e+ |
|
||
|
a+ b+ c+ d+ e |
|
|
|
a+ b+ c+ d e |
|
|
|
a+ b+ c d e |
|
|
|
a+ b c d e |
|
|
|
a b c d e |
|
|
Схема, иллюстрирующая распространение генетической инактивации при эффекте положения мозаичного типа у дрозофилы. I – гетерозиготный генотип, в котором одна хромосома (верхняя на рисунке) несет цепочку мутантных генов (от а до е), но расположенных
âобычном для них месте на конце хромосомы
âудалении от гетерохроматина. Вторая хромосома (нижняя) несет нормальные аллели этих же генов, но они перенесены в окрестности гетерохроматина и, следовательно, могут инактивироваться. II – В шести строках показаны проявления генов, изображенных в I. Если ни один из генов не инактивирован, муха имеет фенотип a+ b+ c+ d+ e+, если инактивирован ген е – ближайший к гетерохроматину, фенотип будет a+ b+ c+ d + e, если инактивированы два ближайших гена d и e - a+ b+ c+ d e, и т.д. Если в инактивацию будет вовлечена вся цепочка генов, то фенотип особи будет полностью мутантным: a b c d e.
точек соединения эу- и гетерохроматина, может распространяться по направлению от гетерохроматина к теломере. По мере удаленияотгетерохроматинаинактивациявсе более ослабляется. Инактивация может распространяться на очень большие расстояния. Зарегистрирован случай, когда эффект положения распространялся на расстояние до 170 дисков политенных хромосом. Поскольку средний диск в политенных хромосомах дрозофилы содержит около 30 т.п.н., протяженность инактивации в данном случае достигает 5000 т.п.н.
В 1991 году Е.С. Беляевой было открыто уникальное явление - прерывистая инактивация участков хромосом, перенес¸нных в окрестности гетерохроматина.Сутье¸сводитсяктому,что гены инактивируются не последовательно от е к а, как это показано на Рис. 10.3, а прерывисто, например, e+ d c+ b a+, èëè e d c b+ a è ò.ä.
Есливслучаенепрерывнойинактивации довольно легко представить себе, как некий “инактивирующийсигнал”изгетерохроматина распространяется вдоль по хромосоме, то в случае прерывистой компактизации должен существоватькакой-тонеизвестныймеханизм перескоков“инактивирующегосигнала”.
10.2.3. Типы мозаичности
Случайность инактивации гена, перенесенного к гетерохроматину в части клеток (мозаичность), следует изучать на одинаковых группах клеток, например, в сложном фасеточном глазу мухи или на ее кутикулярномпокрове.
Описанодватипамозаичностивклетках глаз: секторальный и мелкопятнистый (соль- и-перец). Если в самом начале развития глаза генw+ всистемеR(w+)/wинактивирован,тоэто состояние сохраняется в последующих клеточных делениях и возникает сектор из клеток с мутантным фенотипом (Рис. 10.4).
Еслигенывклеткахинактивировалисьв самом конце дифференцировки глаза, когда заканчиваютсяклеточныеделения,возникает мозаичность типа соль-и-перец; В этом
283
Глава 10 Эффекты положения гена
Рисунок 10.4 |
|
|
генов. Были созданы линии |
|||
|
w |
|
дрозофил, в некоторых из |
|||
|
|
которых ген теплового шока |
||||
|
w+ |
|
||||
Зачаточные |
|
|
hsp26 (см. Раздел 13) был |
|||
|
|
|
|
|
||
клетки |
|
|
встроен в эу–, в других – |
|||
глаза |
w+ |
|
||||
|
w |
|
гетерохроматин. В первом |
|||
Ãëàç |
Секторы |
Окраска |
случае ген hsp26 нормально |
|||
функционирует и отвечает на |
||||||
взрослой |
окрашенных (w+) |
òèïà |
||||
ìóõè |
и неокрашенных (w) |
“соль-и-перец” |
индукцию тепловым шоком. |
|||
|
клеток |
|
||||
|
|
Напротив, при индукции гена, |
||||
Типы мозаичности окраски глаз. |
|
|||||
|
встроенного в гетерохроматин, |
|||||
|
|
|
||||
случае клетки с мутантным и нормальным |
онстановитсятранскрипционнонеактивным. |
|||||
фенотипомрасположенывперемежку. |
При эффекте положения участок |
|||||
|
|
хромосомы,гдерасположенинактивируемый |
||||
10.2.4. Уровни инактивации |
ген,испытываеткомпактизацию.Этотпроцесс |
|||||
ãåíà |
|
изучают на клетках слюнных желез личинок |
||||
Долгое время обсуждали вопрос, на |
дрозофилы, |
имеющих |
политенные |
|||
каком уровне происходит нарушение |
хромосомы. |
Материал |
хромосомы |
|||
нормальной функции? Как уже говорилось |
становится |
плотным, |
сильно |
|||
выше,структурагенаприэффектеположения |
окрашивающимся, происходит слияние |
|||||
не повреждается. Было установлено, что в |
дисковводинплотныйблок,начинаяотточки |
|||||
клетках с мутантным фенотипом уменьшено |
контакта эухроматина с гетерохроматином |
|||||
количествотранскриптовсинактивируемого |
(Рис. 10.5). В некоторых случаях материал |
|||||
гена и количество его белкового продукта. |
хромосомы компактизуется прерывисто, т.е. |
|||||
Следовательно, приэффектеположенияречь |
компактныерайонычередуютсясобычными |
|||||
идет в первую очередь об инактивации |
районами, присущими эухроматиновым |
|||||
транскрипции.Прямоедоказательствоэтому |
частям политенных хромосом дрозофилы. |
|||||
получено в опытах с трансформацией |
В результате компактизации участки |
|||||
хромосом, |
|
прежде эухроматиновые, |
||||
некоторых хорошо охарактеризованных |
|
|||||
Рисунок 10.5
Формирование блока компактного хроматина из участка Х-хромосомы дрозофилы. На самом левом рисунке изображен фрагмент политенной Х-хромосомы, перенесенной к прицентромерному гетерохроматину, от свободного (теломерного) конца, обозначенного 1А, до участка соединения с гетерохроматином (черный блок, обозначенный 2Е на рисунке). На фотографиях, расположенных правее, можно проследить процесс укорочения хромосомы, которая как бы втягивается в гетерохроматин. На самой правой фотографии видно, что практически весь фрагмент хромосомы (1A – 2E на левом рисунке) превратился в блок компактного, плотного темного материала (Из: Жимулев, 1993, стр. 347).
284
Эффекты положения гена |
|
|
|
|
Глава 10 |
|
|
|
|
||||
приобретают ряд свойств, характерных для |
Изменениеколичествагетерохроматина |
|||||
гетерохроматина: они |
становятся |
вгеномеоказываетсущественноевлияниена |
||||
позднореплицирующимися, вступают в |
проявление эффекта положения. Легче всего |
|||||
эктопические контакты. В компактных |
варьировать количество гетерохроматина Y- |
|||||
районах политенных хромосом ДНК не |
хромосомы. Во-первых, потому, что это |
|||||
полностью реплицируется, так же как и в |
самый большой гетерохроматиновый блок в |
|||||
прицентромерномгетерохроматине.Вблоках |
геноме, а во-вторых, ее легко вводить и |
|||||
компактного гетерохроматина выявляется |
удалять с помощью обычных скрещиваний |
|||||
белок HP-1, являющийся структурным |
(Ðèñ. 10.7). |
|
||||
компонентом гетерохроматина. В результате |
При удалении Y-хромосомы (самцы |
|||||
преждеэухроматиновыйучастокхромосомы, |
имеютгенотипX0)генетическаяинактивация |
|||||
становится гетерохроматиновым, т.е. |
резко |
усиливается. |
Добавление |
|||
гетерохроматизируется. |
|
|
дополнительного гетерохроматина (самцы |
|||
Температурно-чувствительный период |
XYY) ослабляетинактивацию. |
|
||||
компактизации приходится на самое начало |
Число Y-хромосом в геноме - |
|||||
эмбриональной жизни, т.е. на то время, когда |
сильнейший модификатор эффекта |
|||||
в хромосомах |
начинает |
выявляться |
положения. |
|
||
гетерохроматин |
как цитологическая |
Крометого,внастоящеевремяоткрыты |
||||
структура.Процесскомпактизацииимееттри |
несколько десятков генов, мутации которых |
|||||
свойства,присущиесобственногенетической |
могутприводитькусилениюилиослаблению |
|||||
инактивацииприэффектеположения: |
генетической инактивации, - модификаторы |
|||||
а. компактизация мозаична, т.е. в одной |
эффектаположения. |
|
||||
клетке участок хромосомы находится в |
Используют следующую схему |
|||||
компактном состоянии, в соседней клетке |
получения доминантных |
усилителей |
||||
район обнаруживает |
нормальную |
(энхансеров - enhancers - En) и ослабителей |
||||
эухроматиновуюструктуру. |
|
|
|
|
|
|
|
Рисунок 10.6 |
|
|
|||
á. |
Компактизация |
|
|
|||
|
R(w+)/w |
|
||||
распространяется вдоль по хромосоме |
|
|
||||
от точки соединения эу- и гетеро |
|
|
|
|||
хроматина (см. Рис. 10.5). |
|
|
|
Окраска глаз |
|
|
â.Компактизация может
распространятьсяпрерывисто
10.2.5. Модификаторы |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
эффекта положения |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
Íà |
степень |
проявления |
|
|
|
|
|
|
Инактивация |
|
|
|
|
|
|
мозаичного фенотипа влияют многие |
|
|
|
|
|
цепочки генов |
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
факторы. Так, низкая температура (14- |
á |
a b c d e f |
|
|
a b c d e f |
|
|
||||||||
|
|
|
|||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
180Свсравненииснормальной250Ñ,ïðè |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
которой обычно проходит развитие |
|
14-180C |
|
|
250C |
||||||||||
дрозофил) |
|
резко |
усиливает |
|
|
|
|||||||||
генетическую |
инактивацию, что |
Увеличение размеров секторов глаза, состоящих из |
|||||||||||||
выражается как в увеличении размеров |
неокрашенных клеток у особей R(w+)/w (ðèñ. à) è |
||||||||||||||
секторов неокрашеных фасеток, так и в |
протяженности |
генетической |
инактивации |
||||||||||||
увеличении |
протяженности (увеличение длины стрелки на |
ðèñ. á) ïðè |
|||||||||||||
компактизации и |
генетической |
понижении температуры до 14-18oС. Черным |
|||||||||||||
прямоугольником обозначен гетерохроматин, a+-f+ - |
|||||||||||||||
инактивации(Рис.10.6). |
|
инактивируемые |
гены. Стрелка указывает |
||||||||||||
|
|
|
|
||||||||||||
|
|
|
|
протяженность инактивации. |
|
|
|
|
|
||||||
285
Глава 10 |
|
|
|
|
Эффекты положения гена |
Рисунок 10.7 |
|
|
|
|
|
à |
XX |
X |
á |
XX |
XY |
|
|
||||
|
|
Y |
|
|
|
|
|
|
|
Y |
|
|
XX |
X0 |
|
XX |
XY |
|
|
|
|
|
|
|
Y |
|
|
|
Y |
|
|
|
|
|
Схемы скрещиваний, позволяющие получать самцов, не имеющих Y-хромосомы (X0) (а), и имеющих две Y-хромосомы (б).
(супрессоров - suppressors - Su) (Рис. 10.8). Для экспериментов берут линию с перестройкой, в которой эффект положения проявляется не очень сильно, например, In(1)wm4,вкотороймозаичностьгенаwслабая,
èскрещивают с мутагенизированными самцами. Если индуцируется энхансерная мутация, то среди потомков появляются особи с резко увеличенным мутантным сектором глаза. При индукции супрессорной мутации число неокрашенных фасеток, наоборот, существенно уменьшается.
Êнастоящему времени обнаружены несколькодесятков(поразнымоценкамот50 до 150 генов) генов-модификаторов эффекта положения, при этом генов-супрессоров (т.е. ослабителей) в несколько раз больше, чем энхансеров(усилителей).
Модификаторы эффекта положения изменяют проявление степени компактности инактивированного участка эухроматина: низкая температура, удаление гетерохроматина из генома, действие генетическихэнхансероврезкоусиливаюткак частоту встречаемости клеток с компактизованнымиучасткамихромосом,так
èпротяженность компактизации. Высокая температура, добавление гетерохроматина и действие генетических супрессоров эффекта положения действуют в противоположном направлении.
После клонирования ДНК многих из известных на сегодня генов-модификаторов, полученияантителнакодируемыеимибелки
Рисунок 10.8 |
|
|
|
|
|
|
|
|
окраска глаз |
|
|
||
|
|
|
|
|
Мутаген |
|
In(1)w m4 |
|
|
|
|
|
|
w |
|
|
|
|
|
|
In(1)w m4 |
Su |
|
In(1)w m4 |
|
En |
|
|
|
окраска глаз |
|
|
||
Индукция |
|
|
Индукция |
|||
супрессора |
|
энхансера |
||||
Схема |
скрещивания |
äëÿ |
получения |
|||
энхансеров |
è |
супрессоров |
эффекта |
|||
положения. |
|
|
|
|
|
|
и картирования локализации этих антител в клетках, выяснилось, что многие модификаторы кодируют белки, входящие в состав хромосом (Табл. 10.1). Данные таблицы свидетельствуют о том, что некоторые гены-модификаторы кодируют структурные белки хроматина, другие кодируют белки, которые могут играть опосредованную роль в регулировании процессаформированияхроматина.
Одним из путей регулирования процессов формирования хроматина являютсямодификациигистонов,вчастности, ихацетилирование.Такимобразом,мутация,
286
Эффекты положения гена |
Глава 10 |
|
|
Таблица 10.1
Характеристики генов-модификаторов эффекта положения мозаичного типа у дрозофилы (Из: Wallrath,1998).
|
Ãåíû |
Характеристики белков, кодируемых данным геном |
|
|
|
|
|
|
|
Доминантные супрессоры |
|
|
|
|
|
|
Su(var)2-5 |
Белок HP1 имеет домены: "хромо", "хромо-теневой", |
|
|
локализован в гетерохроматине |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Su(var)3-7 |
Белок SU(VAR)3-7 имеет семь доменов типа "цинковые |
|
|
пальцы". Ассоциируется с гетерохроматином и белком HP1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Su(var)3-9 |
Белок имеет домены "хромо" и SET |
|
|
|
|
|
|
Su(var)3-6 |
Белок представляет собой каталитическую субъединицу |
|
|
протеинфосфатазы1, |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
k-43 |
Комплекс ORC (origin of replication complex). Ассоциируется |
|
|
ñ HP1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
modulo |
Белок имеет основные, амино- и карбоксильные домены, |
|
|
связывается с ДНК и РНК |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Супрессор мутации z5 |
Белок S-аденозилметионинсинтетаза, регулирует уровни |
|
|
спермина |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
lighten up |
Дозовый регулятор экспрессии генов white, copia и blood |
|
|
|
|
|
|
weakener of white |
Дозово-чувствительный модификатор генов white, brown, |
|
|
scarlet è copia |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
modifier of white |
Гомолог гена СDС36 - регулятора транскрипции у дрожжей |
|
|
|
|
|
|
Группа генов Polycomb |
- |
|
|
|
|
|
|
Enhancer of Polycomb |
- |
|
|
|
|
|
|
|
Рецессивный супрессор |
|
|
|
|
|
|
mutagen |
PCNA, polymerase δ processivity factor |
|
|
|
|
|
|
sensitive 209 |
|
|
|
|
|
|
|
|
Доминантные энхансеры |
|
|
|
|
|
|
E(var)3-93D |
mod (mdg4); POZ-домен, взаимодействует с мутацией |
|
|
su(Hw); ассоциируется с эухроматином |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
E(var)3-95E |
активатор транскрипции E2F, регулятор клеточного цикла |
|
|
|
|
|
|
E(var)62/trithorax like |
GAGA-фактор, имеет POZ-домен, ассоциируется с |
|
|
эухроматином |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
E(var)3-64BC |
RPD3; гистондеацетилаза |
|
|
|
|
|
|
E(var)3-64E |
Убиквитин-специфическая протеаза |
|
|
|
|
|
|
hel |
Белок HEL; АТФ-зависимая РНК-геликаза, имеет |
|
|
необычный DEAD-домен |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Additional sex combs |
- |
|
|
|
|
|
|
|
Рецессивный энхансер |
|
|
|
|
|
|
zeste |
ДНК-связывающийся белок; вовлечен в трансвекцию |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
287
Глава 10 |
Эффекты положения гена |
|
|
обуславливающая усиление ацетилирования гистонов, должна подавлять проявление эффектаположения.
Мутации в других белокмодифицирующих ферментах и факторах репликации ДНК могут приводить либо к супрессии,либокусилениюPEV(Табл.10.1). У дрожжей S. cerevisiae мультисубъединичный комплекс ориджина репликации (ORC) необходим как для репликации ДНК, так и для осуществления сайленсинга гена mating type (MAT).
Поскольку мутации в разных субъединицах ORC дают разные эффекты на эти события, полагают,чтосайленсингиначалорепликации не зависят друг от друга. У дрозофилы субъединица ORC2 локализуется в гетерохроматине и дефекты в ней супрессируют PEV. Поскольку и у дрожжей,
èудрозофилывпроцессыгеннойинактивации вовлечен один и тот же белковый комплекс, можно полагать, что механизм сайленсинга высоко консервативен.
И, наконец, существенное влияние на эффект положения мозаичного типа оказываютмутациигенов,кодирующихбелки хроматина. Белки HP1 (heterochromatic protein 1), кодируемый геном Su-var(2)205,
èSU(VAR)3-7 являются структурными блоками гетерохроматина. Утрата любого из этихбелковприводитксупрессииPEV.
Напротив, уменьшение количества белков, требуемых для формирования эухроматина, приводит к усилению PEV (Таблица10.1).Примеромтакогобелкаможет бытьбелокGAGA-фактор,кодируемыйгеном Trithorax-like, который играет большую роль в формировании декомпактизованного активногохроматина.
Можно привести более расширенные характеристики некоторыхбелков.
Белок HP1. Первоначально этот белок был обнаружен, главным образом, в районах прицентромерного гетерохроматина политенныххромосомдрозофилы,вменьшей степени – в теломерах и некоторых эухроматиновых районах. Позже были обнаружены три белка у мыши, имеющие
гомологию с HP1: M31 (иногда называемый MOD1), M32, (MOD2) и mHP1L. Антитела против M31 связываются с районами прицентромерного гетерохроматина в хромосомах как мыши, так и человека. Напротив,антителапротивM32локализуются вэухроматине.
Также три белка, имеющие гомологию с HP1, обнаружены у человека: HP1Hsα , HP1Hsβ , HP1Hsγ
Белок HP1, состоящий из 206 аминокислотных остатков (а.о.), имеет специфическую структуру в аминотерминальной области длиной в 37 а.о., которая гомологична ряду других компактирующихбелков,напримеризгруппы POLYCOMB, и названа «хромодоменом». У многих других белков также существуют хромодомены. Все они составляют «хромо»- супер-семейство белков. Хромодомен имеет «гидрофобныйкарман»,которыйскореевсего участвует в белок-белковых взаимодействиях. Мутации, связанные с заменой аминокислот в «гидрофобном кармане» в белках HP1 и POLYCOMB, нарушаютассоциациибелков в хромосомах.
Вкарбоксильномучасткемногихбелков из «хромо»-супер-семейства найден второй домен – «хромо-теневой» домен.Этот домен достаточен для того, чтобы HP1-белок связывалсясгетерохроматином,вчастности, «хромо-теневой» домен необходим для взаимодействия между HP1 и другими белками.Вхромо-теневомдоменетакжеесть «гидрофобный карман». Поэтому полагают, что белки, имеющие «хромо» - и «хромотеневой»домены,могутслужитьмолекулами, связующими различные белки, входящие в состав гетерохроматина.
Полагают, что белковая фракция гетерохроматина состоит из мультимерных белковых комплексов, в состав которых могут входить молекулы разнообразных белков. Кроме уже упоминавшегося HP1, одним из таких белковявляетсяSU(VAR)3-7.
Онтакжевыявляетсявгетерохроматине. Особенностью этого белка является то, что он имеет семь так называемых “цинковых
288
Эффекты положения гена |
|
|
|
|
Глава 10 |
||||||||
Рисунок 10.9 |
|
|
|
|
|
|
можетбытьиэнхансеромисупрессором.Все |
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
L |
зависит от дозы гена. Легче всего это можно |
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
объяснить, если допустить существование |
|||||
|
|
|
|
|
|
F |
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
белков, |
компактизующих |
è |
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
декомпактизующих материал хромосомы |
||||
|
|
|
|
|
|
C |
Zn |
H |
(Рис. 10.10). Уменьшение дозы молекул |
||||
|
|
|
|
|
F/Y C |
H |
белков-компактизаторов до одной должно |
||||||
|
|
|
|
|
|
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
приводить к ослаблению компактизации |
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
участка хромосомы и усилению активности |
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
гена: в результате происходит супрессия |
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
L |
эффекта положения. Эти же белковые |
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
LL |
молекулы в трех дозах будут сильнее |
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
LL |
компактизовать хроматин и, следовательно, |
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
L |
усиливать эффект положения. Аналогичные |
||||
C |
|
|
C |
|
|
|
|
LL |
|||||
|
Zn |
|
|
|
|
|
рассуждения можно привести о белках- |
||||||
C |
|
C |
|
|
|
|
|
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
декомпактизаторах хроматина (см. Рис. |
||||
Схематическое |
изображение |
четыр¸х |
10.10). |
|
|
|
|||||||
выявляемых в белках структурных доменов |
|
|
|
|
|||||||||
связывания с ДНК (Из: Struhl, 1989). |
10.2.6 Механизмы |
|
|
||||||||||
Прямоугольниками изображены фрагменты |
гетерохроматизации |
|
|||||||||||
ДНК, с которыми взаимодействуют белковые |
Существуют два главных направления |
||||||||||||
домены. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
размышлений о механизмах генетической |
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
пальцев”, т.е. особых последовательностей |
инактивации при эффекте положения |
||||||||||||
аминокислот, образующих домен, в состав |
мозаичного типа: во-первых, полагают, что |
||||||||||||
которого входит также ион цинка. Вся эта |
изменениявструктурехроматинаделаютген |
||||||||||||
конструкцияимеетвидудлиненнойпетли–как |
нечувствительнымкрегуляторнымфакторам, |
||||||||||||
бы “пальца” и способна непосредственно |
во-вторых,помнениюдругихисследователей, |
||||||||||||
связываться |
|
|
ñ |
|
определенной |
в результате хромосомных перестроек |
|||||||
последовательностью ДНК (Рис. 10.9). |
происходятизменениявкомпартментализации |
||||||||||||
Известно несколько типов доменов |
клеточногоядра.Всоответствииспоследней |
||||||||||||
связывания белков с ДНК (Рис. 10.9). |
теорией, хромосомы располагаются в |
||||||||||||
Поскольку основной характеристикой |
специфических ядерных объемах и факторы |
||||||||||||
ã å ò å ð î õ ð î ì à ò è í à |
Рисунок 10.10 |
|
|
|
|
||||||||
является его компактное |
|
|
Компактизующий |
|
Характер |
|
|||||||
состояние, |
|
можно |
|
|
|
|
|||||||
|
|
|
|
белок |
|
белка |
|
||||||
предположить, |
÷òî |
|
|
|
|
|
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
основная |
функция |
|
1 |
2 |
3 |
Äîçà ãåíà |
|
||||||
нормальных белкв, в |
|
|
|||||||||||
|
|
|
|
|
Модификация |
||||||||
таких |
êàê |
ÍÐ1 |
è |
|
Su |
+ |
En |
||||||
SU(VAR)3-7, является |
|
|
|
|
|
мозаичного |
|
||||||
|
|
|
|
|
эффекта |
|
|||||||
компактизующей, |
à |
|
En |
+ |
Su |
|
|||||||
|
положения |
|
|||||||||||
мутации |
приводят к |
|
1 |
2 |
3 |
Äîçà ãåíà |
|
||||||
ослаблению |
|
ýòîé |
|
|
|||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||
функции. |
|
|
|
|
|
|
|
Декомпактизующий |
|
Характер |
|
||
 |
|
результате |
|
|
|
|
|||||||
|
|
|
|
белок |
|
белка |
|
||||||
изучения энхансеров и |
|
|
|
|
|
||||||||
Модификация проявления эффекта положения в зависимости от |
|||||||||||||
супрессороввыяснилось, |
|||||||||||||
÷òî îäèí è òîò æå ãåí |
дозы генов, контролирующих компактизацию и декомпактизацию |
||||||||||||
(Из: Жимулев, 1992). |
|
|
|
||||||||||
289
Глава 10 |
|
|
|
|
|
Эффекты положения гена |
|||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
сайленсингаитранскрипциираспределяются |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Рисунок 10.11 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
вядренеравномерно.Поэтомуперемещение |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
гена из одной ядерной территории в другую |
|
w+ |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
может,помнениюэтихавторов,влиятьнаего |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
активность. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
S’ |
S’ S’ S |
S S |
|||||||||||||||||||
Данные в поддержку представлений о |
|
|
|
||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
w+ |
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
компартментализации получены в опытах с |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
одновременным |
использованием |
|
2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
S |
S S |
|||||||||||||
хромосомных перестроек и транспозонов. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||
|
w+ |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
Например, ген white+, заключенный в |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
транспозон, локализованный в теломерном |
|
|
|
|
t |
|
|
|
|
|
|
II |
|
|
|
|
|
|
t |
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||
районе короткой четвертой хромосомы, |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
w+ |
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
сильно инактивирован. Однако, если, |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
используя транслокации, переместить |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
II |
|
|
|
|
|
|
t |
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||
концевой материал четвертой хромосомы на |
|
w+ |
|
|
|
|
èëè |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
конец более длинной второй хромосомы, т.е. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
в положение, более удаленное от |
|
|
|
I |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
I |
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
w+ |
|
|
|
|
|
|||||||||||
гетерохроматина,этаинактивациягена white+ |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
значительно ослабнет (Wallrath, 1998, p. 148). |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Более распространенными являются |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
I |
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
гипотезы об инактивирующем влиянии |
|
Модели инактивации генов при эффекте |
|||||||||||||||||||||||
гетерохроматинанаген,перенесенныйкнему |
|
положения мозаичного типа (Из: Tartof et al., |
|||||||||||||||||||||||
хромосомнойперестройкой. |
|
1989, в кн. Жимулев, 1993, стр. 366). |
|
|
|
||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
Почему при перенесении гена в |
образом, |
участок |
|
|
|
|
хромосомы |
||||||||||||||||||
гетерохроматин происходит компактизация |
гетерохроматизируется. Одним из вариантов |
||||||||||||||||||||||||
участка хромосомы и, как следствие, |
этой модели |
является |
отсутствие |
||||||||||||||||||||||
инактивация гена? Наиболее разумными |
терминаторов, если сайты инициации |
||||||||||||||||||||||||
кажутся гипотезы К. Тартофа и его коллег |
ориентированы навстречу друг другу (Рис. |
||||||||||||||||||||||||
(Рис. 10.11). В соответствие с моделью 1 - |
10.11). Компактизация, начавшись с |
||||||||||||||||||||||||
блок гетерохроматина состоит из |
инициатора, переходит и на эухроматиновую |
||||||||||||||||||||||||
последовательностей ДНК, которые и |
часть хромосомы. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
являютсясобственногетерохроматиновыми. |
|
|
Итак, эффект положения – это |
||||||||||||||||||||||
Приэтомонинаправленынавстречудругдругу |
распространение неактивного состояния |
||||||||||||||||||||||||
иуравновешиваются.Приперенесениикним |
гетерохроматина на приближенный к нему |
||||||||||||||||||||||||
гена, например w+, он может вовлекаться в |
перестройкой эухроматин. Следовательно, |
||||||||||||||||||||||||
компактизацию вместе с одним доменом |
инактивированное |
|
|
|
|
|
|
|
состояние |
||||||||||||||||
гетерохроматина. Однако, по мнению самих |
прицентромерного гетерохроматина, и |
||||||||||||||||||||||||
авторов, эта модель не да¸т объяснения того, |
гетерохроматинизированного состония |
||||||||||||||||||||||||
какимобразоминактивацияраспространяется |
эухроматина, возникающего при эффекте |
||||||||||||||||||||||||
на большие расстояния в несколько десятков |
положения,определяетсяобщимипричинами. |
||||||||||||||||||||||||
дисков политенных хромосом. |
|
|
Как может реализоваться гипотеза |
||||||||||||||||||||||
Альтернативной является модель 2. По |
Тартофа? В настоящее время можно считать |
||||||||||||||||||||||||
этой модели, должны быть определены края |
общепринятым представление, согласно |
||||||||||||||||||||||||
гетерохроматиновых доменов. Они могут |
которому неактивное, суперкомпактное |
||||||||||||||||||||||||
начинаться с сайтов инициации (I), а |
состояние |
|
|
|
|
прицентромерного |
|||||||||||||||||||
заканчиваться сайтами терминации (t). Вся |
гетерохроматина обеспечивается сложными |
||||||||||||||||||||||||
ДНК, заключ¸нная между этими сайтами, с |
белковыми комплексами. Эти комплексы |
||||||||||||||||||||||||
необходимостью компактизуется и, таким |
начинают формироваться в “центрах” |
||||||||||||||||||||||||
290