close

Вход

Забыли?

вход по аккаунту

?

Презентация

код для вставкиСкачать
ГЕНЫ В ХРОМОСОМАХ
План
1. Определение локализации генов в
хромосомах.
2. Прыгающие генетические элементы
1. Определение локализации генов в хромосомах.
С помощью радиоактивных зондов можно определить, в какой из хромосом находится тот или иной ген. Рассмотрим, как
был локализован ген тяжёлой цепи миозина человека (белка сократительных волокон мышц) в хромосомном наборе человека.
В качестве зонда использовался короткий фрагмент гена
тяжёлой цепи миозина кролика. Так как гомологичные гены
млекопитающих сходны по составу нуклеотидов их
гибридизация происходит легко. Зонд был клонирован в
плазмиде и помечен тритием (3Н). Для этого клонированные
ДНК зонды инкубировали с ДНК-казой-1, которая вносит
одночепочечные разрывы в двухцепочечную ДНК. Затем
добавляли меченые тритием нуклеотиды и ДНК-полимеразу.
При этом меченые нуклеотиды встраивались в зонд.
Препараты митотических
хромосом получали из культуры лимфоцитов человека,
ДНК в хромосомах денатурировали и гибридизовали с
радиоактивным зондом,
меченным в течение 16-18
часов при температуре 40 С0.
Меченые клетки отмывали от
несвязавшегося ДНК-зонда,
наносили на предметное стекло, фиксировали, высушивали
и покрывали фотоэмульсией.
Препараты экспонировали в
темноте в течение трёх недель.
Рис. 1. Гибридизация
радиоактивного зонда с геном
тяжёлой цепи миозина
человека. Стрелка указывает
на зерно серебра в теломерном
участке хромосомы 17
Для идентификации хромо-сом
проводили
их
дифференциальное окрашивание люминесцентным красителем и фотографировали
через
люминес-центный микроскоп
(рис. 1).
На фотографиях подсчитывали число зёрен серебра, сосредоточенных в разных хромосомах и их отдельных
участках (рис. 2).
Основная часть метки сосредоточена на коротком плече
хромосомы 17, в сегменте
17p1.2-pter. Следовательно, ген
тяжёлой
цепи
миозина
человека находится именно
здесь.
Рис. 2. Распределение зерён
серебра по длине хромосом
после их гибридизации с
радиоактивным ДНК-зондом
(данные по 36 метафазным
пластинкам). Число меченых
участков указано для каждого
сегмента.
В настоящее время описанным способом, а также
некоторыми более новыми и точными методами,
локализовано более 8 тысяч генов в хромосомах
человека (табл.). Это гены иммуноглобулинов,
гемоглобина, миозина, различных ферментов,
которые и определяют все признаки организма.
В таблице число, стоящее впереди – номер
хромосомы; латинскими буквами обозначают: p короткое, q – длинное плечи хромосом; последующие
числа – номера участков хромосом, выявляемые при
дифференциальном окрашивании.
Ген признака, болезни или белка человека
β-глобин (длина 4400 п.н.)
α-глобин (800 п.н.)
Инсулин (900 п.н.)
Интерферон
Миозин (2200 п.н.)
Хорея Гентингтона
Болезнь Альцгеймера
(Обнаружено 4 гена в разных хромосомах)
Локализация
11р1
16р
11р15
9р2.1-pter
17р1.2-pter
4р16.3
Ген белка - предшественника амилоида
(АРР) в 21-й хромосоме.
Ген белка пресенилина (PS-1) в 14-й
хромосоме. Мутация этого гена вызывает
наиболее распространённые ранние формы
болезни.
Ген аполипротеина Е (apo E) в 19-й
хромосоме.
Мышечная дистрофия Дюшенна (МДД)
Марфана синдром (син. Арахнодактилия, паучьи
пальцы)
Альбинизм глазо-кожный (син. Альбинизм
полный; альбинизм первого типа)
Хр21.1
15q21.1
11q14-q21
2. Прыгающие генетические элементы
В сороковые годы американский генетик Барбара Макклинток получила экспериментальные данные о том, что принцип
постоянства размещения генов в хромосомах не абсолютен. что
существуют участки хромосом, способные путешествовать из
одного места генома в другое.
Существенную роль в создании генетического разнообразия
принимают участие так называемые мобильные диспергированные гены (МДГ). Они не имеют определенного фиксированного «адреса» в хромосомах и могут перемещаться по геному, что и отражено в их названии. Диспергированные — значит
расположенные в разных местах. Мобильные — значит подвижные. В то время никто из биологов не верил в существование подвижных генов. Открытие Б. Макклинток признали
позже, когда оно было подтверждено молекулярно-биологическими методами.
В 1977 г., в Институте молекулярной биологии Ю.Ильин и
Н.Чуриков использовали метод гибридизации ДНК. Цепи ДНК
некоторых генов дрозофилы разделяли, метили радиоактивной
меткой и гибридизировали с ДНК гигантских хромосом. Меченая ДНК находила на хромосомах комплементарную последовательность и связывалась с ней. Покрыв стекло, на котором
находились хромосомы, фоточувствительной эмульсией определяли, с какими именно участками хромосом связалась меченая ДНК — в этих местах при проявлении проступали зерна
серебра. Оказалось, что изучаемые гены разбросаны по разным
участкам всех хромосом дрозофилы, то есть они множественны. Неожиданным явилось то, что один и тот же ген у разных
мушек по-разному локализовался в хромосомах — в некоторых
случаях координаты совпадали, но в большинстве отличались.
У мух разных линий отличия были велики, у родственников
совпадений было больше, но около трети генов одного и того
же семейства располагались совершенно вразнобой.
В 1979 г., существование подвижных участков генома подтвердил Д. Хогнесс в Стэнфордском университете (США).
Таким образом, некоторые гены не имеют определенного
места в хромосомах — у разных особей одного и того же вида дрозофил они могут занимать разные позиции. За несколь-ко
десятков или сотен поколений, разделяющих двух родственников, некоторые гены успевают сменить свое
местоположение в геноме.
Подвижные участки хромосом назвали «мобильными диспергированными генетическими элементами», или МДГ. Используются и другие термины — прыгающие или кочующие
гены. В геноме дрозофилы открыто около 20 семейств МДГ по
10—150 копий в каждом . Общее число МДГ велико — около
тысячи, на их долю приходится примерно 5 % всего генетического материала. Семейства были пронумерованы: МДГ-1,
МДГ-2, МДГ-3, МДГ-4 и так далее. Общим у всех МДГ оказалось то, что на их концах располагаются одинаковые отрезки
ДНК, называемые длинными концевыми повторами (ДКП).
Кочующие гены состоят из 5—10 тысяч нуклеотидных пар, из
которых на концевые повторы приходится по 300—600 пар.
Концевые повторы играют большую роль в работе этих генов.
•В конце XX века стало очевидно, что подвижные гены
присутствуют у всех организмов, включая человека. В каждый
момент времени геном наших клеток можно рассматривать как
комбинацию положений разнообразных подвижных генов на
хромосомах. Количество таких возможных комбинаций,
вероятно, очень велико. Вклад подвижных генов в функционирование и эволюцию организмов только начинает проясняться, но очевидно, что он может быть значительным. Мобильные диспергированные гены влияют на работу соседних с
ними генов и вызывают наследуемые изменения — по сути,
мутагенез. Оказалось, что в ДКП присутствуют все элементы
управления работой генов: промотор, терминатор и усилитель.
Более того, они есть в обеих цепях их ДНК, то есть длинные
концевые повторы могут вызвать считывание информации в
двух направлениях, по каждой цепи ДНК. Поскольку аппарат
управления расположен на обоих концах МДГ, он может
включить в работу не только мобильные элементы, но и
соседствующие с ними гены.
Структуры подвижных генов (рис.3) напоминает
структуру провирусов ретровирусов.
Ретровирусы — это группа вирусов, у которых наследственная информация записана в молекуле РНК.
При попадании в клетку она «переписывается» в ДНК
с помощью соответствующего фермента – обратной
транскриптазы, или ревертазы, которая ведет синтез
ДНК по матрице РНК. Синтезируемая ДНК — это
полная копия вирусной РНК; она встраивается в генетический аппарат клетки хозяина и превращается как
бы в еще один ее ген. Эту вирусную ДНК ретровируса
и называют «провирусом». На ДНК провируса с
помощью уже клеточных ферментов синтезируется
вирусная мРНК, она становится основой для создания
новых вирусных частиц, выходящих из клетки.
Рис.3. Устройство прыгающего гена. Его кодирующая
(считываемая) последовательность окружена концевыми
повторами. ДКП — длинные концевые, КОП — короткие
обращенные и КПП — короткие прямые повторы. Однако не
все прыгающие гены могут похвастать таким разнообразным
окружением. У наиболее просто устроенных
«путешественников» имеются лишь короткие прямые повторы.
И МДГ, и провирусы ретровирусов могут прыгать с места на
место; у них практически одинаковые размеры; они представлены многими копиями; встречаются в разных хромосомах; несут
на концах длинные повторы и часто содержат одинаковые нуклеотидные последовательности. Некоторые диспергированные
гены могут превращаться в вирусоподобные частицы, которые
видны внутри клеток под микроскопом. МДГ, как и ретровирусы, прыгают с помощью обратной транскриптазы.
Мобильные диспергированные элементы - не единственный вид
подвижных генов клетки. Есть и иные, устроенные по-дру-гому.
Хорошо изученн Р-элемент генома дрозофилы. Это отре-зок
ДНК длиной около 2900 нуклеотидных пар, в котором закодирован фермент транспозаза, способный вырезать куски
ДНК и встраивать их в новые места генома. На концах Р-элемента находятся короткие «обращенные повторы», то есть одинаковые последовательности, ориентированные в противоположных направлениях на ДНК.
Транспозаза узнает именно обращенные повторы и, узнав их,
помогает «прыгать» Р-элементу с места на место. Короткие
обращенные повторы встречаются и у других мобильных
элементов — это помогает им тоже перемещаться по
хромосоме с помощью транспозазы. Р-элемент может
инициировать прыжки как других генов, так и самого себя. В
клетках дрозофил обычно насчитывается несколько десятков
копий Р-элементов.
Похоже устроены подвижные гены кукурузы, которые впер-вые
были описаны в работах Б.Макклинток. Гены эти были выделены в чистом виде в 1982 г. методами генной инженерии.
Есть еще один вид подвижных элементов. Это так называе-мые
«вездесущие» короткие повторы в геноме млекопитающих. Они
на самом деле короткие — по 100—300 нуклеотидных пар.
Открыли их в России, в геноме мыши, и в США, в геноме
человека. Две их разновидности (В1 и В2) встречаются в геноме
мыши по 100 000 раз! У мышей некоторые из этих копий
немного отличаются друг от друга.
У человека известен лишь один тип таких повторов (он назван
Alu). Alu повторяется в генетическом аппарате человека около
300 000 раз.
Буквально, какой участок генома ни
анализируешь, всегда в нем встречается «вездесущая»
последовательность. Их природа оставалась совершенно
непонятной, пока не определили их структуру. Оказалось, что
В1, В2 и Alu обрамлены короткими «прямыми повторами»
нуклеотидов. А это еще один вариант концевых повторов,
обрамляющих любой подвижный элемент (о «длинных
концевых повторах» и коротких «обращенных» повторах
сказано выше).
В аппарате наследственности насчитывается еще немало
других подвижных участков. Таким образом, мобильные
элементы – весьма распространённые составляющие генома
многоклеточных организмов. Каждый их вид встречается в
геноме порой по сотне тысяч раз.
Вопросы и задания
1. Что такое радиоактивный ДНК-зонд? Почему в качестве
зонда для локализации генов человека можно использовать
одноцепочечные фрагменты генов других млекопитающих?
2. Почему для определения местонахождения гена в
хромосоме необходимо дифференциальное окрашивание
хромосом?
3. Какая из главных догм классической генетики была
опровергнута в связи с открытием «прыгающих» генов?
4. Выпишите основные типы известных прыгающих генов и
охарактеризуйте их число в геноме и строение.
5. Как МГД могут повлиять на изменение признаков
организма?
Документ
Категория
Презентации по химии
Просмотров
68
Размер файла
173 Кб
Теги
1/--страниц
Пожаловаться на содержимое документа