Подготовка у универсиаде 2012 / Генетика (Жимулев) / 10ver7
.pdf
Эффекты положения гена |
Глава 10 |
|
|
инактивации, т.е. на последовательностях ДНК, которые имеют повышенную возможность связываться с этими белками (гипотетически,пока“центры”невыявленыи ихспецификанеясна),азатемрастутподобно кристаллу, благодаря кооперативному эффекту (это когда присоединение первых белковых молекул резко усиливает присоединение последующих и т.д.). В результате мультимерный (состоящий из многих молекул разных белков) комплекс распространяется на большие расстояния, упаковываяхромосомнуюнитьвнеактивные блоки – домены гетерохроматина. Согласно этой модели, генетическая инактивация при эффекте положения объясняется довольно просто: хромосомная перестройка разрывает ДНК в пределах домена и переносит ген в сферу действия инициации компактизации, которая, начавшись с инициатора, переходит
èнаприблизившуюсяэухроматиновуючасть хромосомы. Поскольку при нарушении естественной границы между эу– и гетерохроматином в результате перестройки не происходит остановки в движении белков
èони распространяются на “нового” эухроматиновогососеда,присоединившегося к гетерохроматину в результате перестройки. В этой схеме много гипотетичного, так “центры” инактивации и терминаторы не выявлены как специфические последовательности. Однако, в пользу их существования косвенно говорят те факты, что не всякая перестройка вызывает эффект положения.
Каким образом влияет на инактивацию геновинакомпактизациюрайоновхромосом варьирование количества гетерохроматина в ядре?
Компактизующие белки играют существенную роль в упаковке материала гетерохроматина. При удалении из генома Y- хромосомы (т.е. значительной части гетерохроматина)“белкикомпактизации”,не имеющие теперь адекватного количества гетерохроматина, т.е. мишеней для связывания, более плотно упаковывают оставшийся прицентромерный
гетерохроматин и, соответственно, присоедин¸нныйкнемуучастокэухроматина. До сих пор совершенно не понятно, почему эти процессы происходят мозаично, т.е. в одной из рядом расположенных клеток развивается МЭП, а в другой – нет.
Вопросы формирования гетерохроматина – это бурно развиваемая область, где очень быстро появляется множество новых фактов. Казалось бы, что инактивация гетерохроматина в развитии связана с тем, что гетерохроматин представлен в основном повторами, некодирующейДНК.Ихинактивациястрахует клеткуотэкспрессииненужногоейматериала, авспециализированныхтканяхсполитенными хромосомами способствует их недорепликации,чтотакжевыгодноклеткам.
Исследования эффекта положения мозаичного типа у дрозофилы привели к важным общегенетическим заключениям:
1.В основе особой структуры гетерохроматинадействительнолежитболее плотнаякомпактизация,котораяинициируется в особых центрах гетерохроматина и распространяется при участии особых компактизующих белков. Сила компактизации, исходящая от гетерохроматина, столь велика, что распространяется и на эухроматин, когда он переноситсявокрестностигетерохроматина.
2.Явление мозаичного эффекта положения представляет собой замечательную модель для изучения действия белков, изменяющих состояние компактизации хроматина. Изучениемодификаторовэффектаположения позволяетпровестигенетическуюдиссекцию компонентовхроматина.
Литература к разделам 10.2.1- 10.2.6.
Альбертс Б., Брей Д., Льюис Дж., Рэфф М., Робертс К., Уотсон Дж. Молекулярная биология клетки, т. 2. Москва, Мир, 287301, 1994.
Жимулев И.Ф. Явление эффекта положения и исследования В.В. Хвостовой. В книге: Эффект положения гена в исследованиях
291
Глава 10 |
|
|
Эффекты положения гена |
|
|
|
|
|
|
В.В. Хвостовой. |
|
Новосибирск, |
модификаторами. Так, ген Su(var)2-205 (см. |
|
Издательство Института цитологии и |
выше) не влияет на выраженность PEV |
|||
генетики СО РАН, 5-22, 1992. |
теломерного гетерохроматина. Однако, этот |
|||
Жимулев И.Ф. Гетерохроматин и эффект |
тип PEV супрессируется мутациями генов |
|||
положения гена. Новосибирск, Наука, 1- |
Su(z)2 è Psc (Posterior sex combs). |
|||
490, 1993. |
|
|
||
|
|
|
||
Жимул¸в И.Ф., Беляева Е.С., Мальцева Н.И., |
Литература к разделу 10.2.7. |
|||
Большаков В.Н. Изменения проявления |
|
|||
свойств интеркалярного гетерохроматина |
Cryderman D.C., Morris E.J., Biessmann H., Elgin |
|||
|
||||
у Drosophila melanogaster под влиянием |
S.C.R., Wallrath L.L. Silencing at Drosophila |
|||
|
||||
модификаторов эффекта положения. |
telomeres: nuclear organisation and chromatin |
|||
|
||||
Генетика #: 1589-1598, 1989. |
structure play critical roles. The EMBO J. &: |
|||
|
||||
BelyaevaE.S.,ZhimulevI.F.Cytogeneticandmolecular |
3724-3735, 1999. |
|||
|
||||
aspects of position effect variegation in |
10.2.8. Эффект положения |
|||
Drosophila melanogaster. III. Continuous and |
||||
discontinuous compaction of chromosomal |
мозаичного типа у других |
|||
material. Chromosoma : 453-466, 1991. |
организмов |
|||
LewinB.GenesV.Oxford,NewYork,Tokyo,Oxford |
Эффект положения мозаичного типа |
|||
University Press, 1-1272, 1994. |
||||
обнаружен у ряда других объектов. Лучше |
||||
Reuter G., Spierer P. Position effect variegation and |
||||
chromatin proteins. BioEssays ": 605-612, |
всего он изучен у дрожжей. Ген ADE2 |
|||
1992. |
|
|
нормально экспрессируется во всех клетках, |
|
|
|
когда он располагается в нормальном |
||
Struhl K. Helix-turn-helix, zinc-finger, and leucine- |
||||
zipper motifs for eukaryotic transcriptional |
положении в средней части хромосомы. Эти |
|||
regulatory proteins. TIBS |
" |
клетки образуют колонии белого цвета (Рис. |
||
|
: 137-140, 1989. |
|
||
Wallrath L.L. Unfolding the mysteries of |
10.12). Если ген ADE2 инактивируется, |
|||
heterochromatin. Curr. Opin. Genet. |
блокируется путь биосинтеза аденина, что, в |
|||
Developm. &: 147-153, 1998. |
свою очередь, приводит к накоплению |
|||
ZhimulevI.F.Polytenechromosomes,heterochromatin |
красного пигмента. Образуется колония, |
|||
and position effect variegation. Advances in |
состоящая из красных клеток. Инактивация |
|||
Genetics !%: 1-555, 1998. |
|
гена ADE2 происходит при перемещении его |
||
|
|
|
||
10.2.7. Эффект положения |
вокрестностителомерногогетерохроматина. |
|||
Белые секторы по краям красной колонии |
||||
под действием теломерного |
||||
представляют клоны клеток, в которых |
||||
гетерохроматина |
|
|
||
|
|
произошла спонтанная реактивация гена |
||
|
|
|
||
Генетическая инактивация под |
ADE2. Ген инактивируется несмотря на |
|||
действием теломерного гетерохроматина |
наличие в клетках всех белков, необходимых |
|||
была обнаружена у Drosophila melanogaster |
для его активирования. ДНК около |
|||
в 1984 году в лабораториях В. Геринга и Дж. |
теломерных концов дрожжевой хромосомы |
|||
Рубина. Обе исследовательские группы |
упакована в особенно недоступную для |
|||
использовали транспозон, содержащий ген |
белков форму хроматина. И этот процесс |
|||
white+. Привстраиваниитакоготранспозонав |
образованияособойупаковки,ответственной |
|||
прителомерные повторы |
ãåí white+ |
за поддержание транслоцированного гена |
||
инактивируется,демонстрируямозаичность. |
ADE2 в неактивном состоянии, называется |
|||
|
|
|
||
В проявлениях эффекта положения под |
сайленсингом или молчанием (silencing). |
|||
действием теломерного и прицентромерного |
Находки таких секторов указывают что как |
|||
гетерохроматина много общего. Различия |
активное, так и неактивное состояния ADE2, |
|||
заключаются в том, что генетическая |
эпигенетическинаследуются. |
|||
инактивацияоттеломерногогетерохроматина |
Похожая ситуация, когда генетическая |
|||
|
|
|
||
модифицируется другими генетическими |
инактивацияпроисходитприперенесениигена |
|||
292
Эффекты положения гена Глава 10
втеломерныйрайон,былаобнаружена Рисунок 10.12 |
|
||
ó Trypanosoma brucei, Saccharomyces |
|
|
|
cerevisiae è Schizosaccharomyces |
|
Теломеры |
|
|
|
|
|
pombe; когда ген перенесен к |
|
|
|
инактивированному |
ãåíó, |
|
|
контролирующему тип скрещивания - |
|
Нормальное |
|
у S. cerevisiae; при перенесении в |
|
положение |
|
прицентромерные районы хромосом - |
Белые колонии |
ãåíà ADE2 |
|
|
|||
у S.pombe и млекопитающих. Все эти |
дикого типа |
|
|
факты получены в период с 1994 по |
|
|
|
1998 ãã. |
|
|
|
Литература к разделу |
|
|
|
10.2.8. |
|
Ãåí ADE2 |
|
Альбертс Б., Брей Д., Льюис Дж., Рэфф |
|
перемещен |
|
Красные колонии с |
к теломере |
||
М., Робертс К., Уотсон Дж. |
|||
белыми секторами, |
|
||
Молекулярная биология клетки. |
|
||
несущие ген, испытывающий |
|
||
Москва, Мир, Т. 2, 287-301, 1994. |
эффект положения |
|
|
AlbertsB.,BrayD.,LewisJ.,RaffM.,Roberts |
Эффект положения мозаичного типа по гену ADE2 у |
||
K., Watson J.D. Molecular biology of |
|||
the cell (Third edition) Garland |
дрожжей (Из: Alberts et al., 1994, p. 435). |
||
Publishing,Inc.NewYork,London,435,1994. |
вызывать сильный эффект Дубинина (Рис. |
|||
Cryderman D.C., Morris E.J., Biessmann H., Elgin |
10.14) Понять природу эффекта Дубинина |
|||
S.C.R., Wallrath L.L. Silencing at Drosophila |
оказалось непросто. Некоторые авторы |
|||
telomeres: nuclear organisation and chromatin |
рассматривали его как случай эффекта |
|||
structure play critical roles. The EMBO J. &: |
положения |
мозаичного |
òèïà (PEV) |
|
3724-3735, 1999. |
гетерохроматинового гена, особенно после |
|||
|
||||
10.3. Эффект Дубинина |
того, как было показано влияние Y- |
|||
хромосомы на проявление ci-эффекта. Но |
||||
В 1934 году Н.П. Дубининым и Б.Н. |
||||
есть и отличия от PEV. При эффекте |
||||
Сидоровым был впервые описан необычный |
положения мозаичного типа в части клеток |
|||
случай эффекта положения, связанный с |
происходитинактивациянормальногоаллеля |
|||
геном cubitus interruptus. Ген ci+ локализован |
гена в хромосоме с перестройкой, |
|||
на эу-гетерохроматиновой границе 4 |
помещающей этот ген в область |
|||
хромосомы. Рецессивная мутация ci1â |
гетерохроматина. Поэтому у гемизигот по |
|||
гомозиготе приводит к прерывистости |
перестройке проявляется мозаичный эффект |
|||
кубитальной жилки крыла L4. Если в |
(см. Рис. 10.2). А вот гемизиготы R(ci+)/0, |
|||
результате хромосомных перестроек (R) ген |
имеющие только один гомолог четвертой |
|||
ci+переносится в эухроматиновые районы, то |
хромосомы, и гомозиготы R(ci+)/R(ci+) íå |
|||
часть гетерозигот R(ci+)/ci1имеет мутантный |
отличаются от мух дикого типа. Отсюда |
|||
фенотип. Это и есть эффект Дубинина (см. |
возникло предположение, что эффект |
|||
выше).Интереснуюособенностьобнаружила |
Дубинина |
зависит от |
соматической |
|
в 1939 году В.В. Хвостова (Рис. 10.13). По |
конъюгации нормального и перестроенного |
|||
каким-топричинамвпроксимальныхрайонах |
гомологов 4 хромосомы. Это объединяет ЭД |
|||
хромосом (почти в четверти длины каждого |
с другим типом эффекта положения, так |
|||
плеча) эффект Дубинина супрессирован: |
называемыми trans-sensing эффектами. В эту |
|||
транслокация гена ci+ в эти районы не |
группу К. Tартоф и С. Хеникофф в 1991 году |
|||
приводит к его инактивации.Только перенос |
предложили объединить ряд сложных |
|||
ãåíà ci+ в более дистальные районы может |
генетическихявлений,такихкактрансвекция, |
|||
|
|
|
|
|
293
Глава 10 |
|
|
Эффекты положения гена |
|
|
|
|
|
|
гомологов |
в интерфазном ядре. |
Рисунок 10.13 |
|
||
|
|
Хромосомные перестройки, нарушающие |
|
|
|
конъюгацию |
гомологов, приводят к |
|
|
нарушениюрегуляцииэкспрессиитакихгенов. |
|
|
|
В отличие от PEV, trans-sensing эффекты |
|
|
|
проявляются только в определенных |
|
|
|
гетерозиготных комбинациях аллелей |
|
|
|
гена.Таким образом, своеобразие эффекта |
|
|
|
Дубинина в том, что одни его проявления |
|
|
|
типичны для trans-sensing эффектов, другие |
|
|
|
– äëÿ PEV. |
|
|
|
Дальнейший прогресс в понимании |
|
|
|
природы эффекта Дубинина связан с |
|
|
|
изучением молекулярногенетической |
|
|
|
организации гена ci и регуляции его |
|
|
|
экспрессии. |
|
|
|
Выяснилось, что ген ci относится к |
|
Вера Вениаминовна Хвостова |
|
группе генов раннего эмбриогенеза, которые |
|
|
контролируют формирование полярности |
||
1903-1977 |
|
||
|
сегментов эмбриона. Его продукт, белок СI, |
||
|
|
||
z-w – взаимодействие, доминантный эффект |
являетсяфакторомтранскрипции.Внормеего |
||
положения гена brown и др. В основе этих |
экспрессия ограничена только передними |
||
явлений лежит зависимость экспрессии ряда |
отделами эмбриональных сегментов и |
||
генов от соматической конъюгации |
имагинальныхдисков.Врегуляцииэкспрессии |
||
Рисунок 10.14
Локализация точек разрывов транслокаций, переносящих четвертую хромосому в районы аутосом и Х-хромосомы, в результате чего образуется сильный эффект положения гена ci. Суммированы данные Хвостовой 1939 года (светлые кружки) и более поздних авторов (другие символы) (Из: Жимулев, 1993, стр. 311). Хорошо заметно, что нет или почти нет хромосомных перестроек в районах 40-43 2L хромосомы, 41-46 2R хромосомы, 78-80 3L – хромосомы, 8185 3R хромосомы.
294
Эффекты положения гена |
Глава 10 |
|
|
гена большую роль играет ген engrailed (en), который отвечает за негативную регуляцию экспрессиигенаciвзаднихотделах сегментов иимагинальныхдисков.
Ген ci представлен несколькими группами мутаций,как летальных, так и морфологических,объединенныхсложными межаллельными отношениями. Группа рецессивных крыловых мутаций, в которую входит и ci1, связана с нарушениями в маленьком участке регуляторной зоны гена. Показано, что именно с этим участком связывается белок EN. Повреждение фрагмента ДНК длиной 1.4 т.п.н. приводят к нарушениюнегативнойрегуляцииэкспрессии гена в крыловом имагинальном диске: у всех мутантов группы ci1 белок экспрессируется как в переднем, так и в заднем отделе диска. Кстати, из заднего отдела имагинального диска и развиваются жилки крыла L4 и L5. Полагают, что белок EN может регулировать ci+-экспрессию и в цис- , и в транснаправлении. В связи с этим Локк и Тартофф в 1994 году предположили, что эффект Дубинина является следствием нарушения транс-зависимой негативной регуляции в расконъюгированных гомологах хромосомы 4.
Недавно О.В. Демаковой были получены некоторые подтверждения этой гипотезы.Онапровеласравнительныйанализ жизнеспособностиифенотипагетерозиготпо ряду транслокаций, вызывающий сильный эффектДубинина,ивсемизвестнымаллелям гена . Оказалось, что такие гетерозиготы жизнеспособны,т.е.генвперестройкахR(ci+) не инактивирован. Эффект Дубинина проявляют гетерозиготы по всем крыловым рецессивным мутациям группы ci1, то есть этот эффект действительно обусловлен определенными межаллельными отношениями.
Кроме того, она провела цитологический анализ двух групп транслокаций. Одни переносили ген ci в дистальные районы хромосом и вызывали сильныйэффектДубинина,другие,напротив, переносилигенвпроксимальныерайоны,где
угетерозиготR(ci+)/ci1 эффектпрактическине проявлялся.Выяснилось,что вперестройках второйгруппытранслоцированныйгомолог4- й хромосомы значительно чаще связан эктопическими контактами с прицентромерным гетерохроматином. Значительновышевовторойгруппеичастота восстановления соматической конъюгации транслоцированного и нормального гомологов 4 хромосомы. Таким образом, удалось получить прямое цитологическое подтверждение зависимости эффекта Дубинина от соматической конъюгации гомологов четвертой хромосомы.
Литература к разделу 10.3.
Демакова О.В. Цитологический анализ эффекта положения мозаичного типа и эффекта Дубинина у Drosophila melanogaster.
Кандидатская диссертация. Новосибирск, Институт Цитологии и Генетики, 1998.
Жимулев И.Ф. Явление эффекта положения и исследования В.В. Хвостовой. В кн. Эффект положения гена в исследованиях В.В. Хвостовой. Новосибирск, Институт цитологии и генетики, 5-22, 1992.
Жимулев И.Ф. Гетерохроматин и эффект положения гена. Новосибирск, Наука, 309313, 1993.
DubininN.P.,SidorovB.N.Relationbetweentheeffect of a gene and its position in the system. Amer. Natur. $&: 377-381, 1934.
Хвостова В.В. Роль инертных частей хромосом в эффекте положения гена cubitus interruptus у Drosophila melanogaster. Изв. АН СССР. Сер.биол. наук. ": 541-574, 1939.
Tartof K.D., Henikoff S. Transsensing effects from Drosophila tohumans. Cell $#: 201-203, 1991.
Schwartz C., Locke J., Nishida C., Kornberg T.B. Analysis of cubitus interruptus regulation in Drosophila embryos and imaginal disks. Development : 1625-1635, 1995.
Ephrussi B., Sutton E. A reconsideration of the mechanism of position effect. Proc. Natl. Acad.Sci. USA ! : 183-197, 1944.
Locke J., Tartof K.D. Molecular analysis of cubitus interruptus (ci) mutations suggests an explanation for the unusual ci position effects.
Mol.Gen.Genet. "!: 234-243, 1994.
295