Alexander Vitkovski (alev_biz) wrote,
Alexander Vitkovski
alev_biz

Category:

Клетка держит «прыгающие гены» в вечном архиве

Известно, что в клеточном ядре ДНК плавает не сама по себе, а вместе белками, и белков этих сидит на ДНК очень много. Одни из самых многочисленных и самых важных – это гистоны, чья задача – упаковать нить ДНК так, чтобы она занимала как можно меньше места.

Клетка держит «прыгающие гены» в вечном архиве

Если бы не гистоны, клетка просто не смогла бы вместить в себя свой же генетический материал, а так, благодаря нескольким стадиям компактизации, ДНК многократно ужимается и помещается в ядро.



Но с плотно упакованной ДНК не могут работать другие белки – те, которые занимаются считыванием информации с генов. Чтобы ген проявил себя, с него сначала нужно снять копию РНК, которая потом отправится (после ещё нескольких молекулярных процедур) в цитоплазму, где на РНК сядут рибосомы и начнут синтезировать белок. Однако если ДНК очень сильно компактизована, с ней не смогут взаимодействовать ни ферменты, синтезирующие РНК, ни регуляторные белки, которые управляют активностью этих ферментов. Поэтому часть генетического материала в клетке всегда поддерживается в разархивированном виде. Компактное и некомпактное состояние ДНК называют гетерохроматином и эухроматином, где хроматин – это, собственно, комплекс из ДНК и белков; в эухроматине «объятия» белков-упаковщиков заметно ослаблены, так что с эухроматиновой ДНК могут связываться другие белки.

По ходу жизни потребности клетки в тех или иных генах меняются: пока она только растёт и у неё ещё нет никакой определённой функции, в ней работают одни гены, но потом, когда клетка становится мышечной, или нервной, или кожной, ей становится нужна уже другая информация. Соответственно, одни гены распаковываются, а другие упаковываются обратно. Считается, что переход из гетерохроматина в эухроматин и обратно – один из главных способов регуляции активности генов, и что некоторые заболевания возникают как раз потому, что в клетке некстати распаковался какой-то кусок ДНК. Например, клетка вполне может стать злокачественной, если в ней вдруг проснуться гены, стимулирующие деление, которые после того, как клетка стала взрослой и определилась со своей функцией, должны спать мёртвым сном. Поскольку за упаковку отвечают гистоны, то можно представить, с каким тщанием специалисты изучают, от чего зависит упаковочная активность этих белков.

Однако есть в ДНК участки, которые находятся в плотноупакованном состоянии всегда и на волю почти никогда не выходят (за исключением тех случаев, когда перед делением нужно сделать копию хромосомы) – их называют конститутивным гетерохроматином. Исследователи из Университета Северной Каролины в Чапел-Хилл полагают, что эти участки служат своеобразным местом заключения для мобильных генетических элементов – транспозонов. Так называют особые последовательности в ДНК, которые могут более-менее автономно перемещаться по геному. Часто их называют «прыгающими генами», хотя далеко не всегда транспозоны несут в себе какую-то информацию, которую можно назвать геном. Некоторые из них перемещаются с помощью механизма «вырезать и вставить» – транспозон физически уходит из одного места, чтобы вставить себя в другой участок ДНК. Другие поступают иначе, рассеивая свои копии по геному (механизм «копировать и вставить»). Считается, что, по крайней мере, часть транспозонов произошла от вирусов, которые некогда попали в клетку, да так в ней и остались.

Как можно понять, мобильные элементы могут доставить много неприятностей: «прыгающий ген» может оказаться внутри последовательности, кодирующей какой-нибудь белок, или же внутри какого-то регуляторного фрагмента, так что и белок-кодирующая последовательность, и регуляторный участок станут безнадёжно испорченными. Иными словами, для клетки жизненно важно научиться держать мобильные элементы под контролем. И вот Роберту Дуронио (Robert J. Duronio) и его коллегам удалось напрямую увидеть, как работает один из механизмов укрощения «прыгающих генов». Они заменили у дрозофил нормальный ген одного из гистонов на мутантный, который не позволял плотно упаковать ДНК. И, во-первых, как пишут авторы работы в Genes & Development, не все мухи после такой операции погибли в раннем возрасте, около 2% выжило. Во-вторых – удивительно, однако активность генов у дрозофил в целом не слишком изменилась, причём это касалось даже тех генов, которые обычно находятся в плотноупакованных участках. Но у мутантов от нормальных мух было и одно существенное отличие – у мутантных дрозофил по геному стали активно прыгать транспозоны. Всё выглядело так, как будто мобильные генетические элементы вдруг получили свободу, выйдя из молекулярной тюрьмы, и принялись активно копировать самих себя. Разумеется, против транспозонов у клетки есть несколько инструментов, и эксперимент показал, что при отключении механизма компактизации ДНК у дрозофил повысилась активность особой разновидности небольших регуляторных РНК, чья функция – обезвреживать транспозоны.

Хотя иногда от прыгающих генов бывает польза (так, три года назад мы писали, что мобильные генетические элементы научили млекопитающих беременности, их всё-таки желательно держать взаперти, и плотная упаковка ДНК как раз даёт клетке хорошую возможность надёжно обезвредить транспозоны. Что же до того, что активность генов у дрозофил-мутантов с разархивированной ДНК почти не изменилась, то, возможно, тут сыграли свою роль компенсаторные и аварийные механизмы, которые поддержали регуляцию генов в нормальном состоянии и тем самым позволили выжить некоторым из подопытных мух.

Автор: Кирилл Стасевич





Ссылка на источник

Tags: ДНК, биология, генетика, геном, гены
Subscribe

Posts from This Journal “генетика” Tag

Buy for 20 tokens
По поводу моего вчерашнего поста "Я разорён", каюсь, был не прав, однако получил очень полезный фитбек. Об этом подробно... (фото: Яндекс Картинки, кадр из к/ф Во все тяжкие) Возможно было глупо использовать стандартную подачу информации, а именно "кликбейт", когда пишу…
  • Post a new comment

    Error

    Anonymous comments are disabled in this journal

    default userpic

    Your IP address will be recorded 

  • 0 comments