ПОИСК Статьи Рисунки Таблицы Молекулярная организация, экспрессия и регуляция эукариотических генов Структура эукариотических генов и их экспресПрерывистые гены из "Гены и геномы Т 2" Молекулярное клонирование создало предпосылки для изучения практически любой части любого генома и позволило решить очень серьезные проблемы, связанные со сложностью геномов эукариот и трудностью их генетического анализа. Сейчас мы можем получать в чистом виде нужные нам фрагменты ДНК самых разных геномов в количестве, достаточном для их исчерпывающего химического анализа, причем применение эндонуклеаз рестрикции и методов определения нуклеотидных последовательностей делает эту работу почти рутинной. Локализация перекрывающихся участков клонированных сегментов ДНК уже позволила установить нуклеотидные последовательности областей генома млекопитающих длиной более 150 т.п.п. И хотя геномы эукариот имеют огромные размеры и чрезвычайно сложное строение (табл. III. 1), детальное изучение их молекулярной организации уже не представляется невозможным теперь это в основном вопрос времени и средств. На расшифровку последовательности генома фага X длиной 50 т. п. н. потребовалось около пяти человеко-лет. Благодаря использованию усовершенствованных методов сек-венирования ДНК удалось достичь больших успехов в определении нуклеотидной последовательности хромосомы Е. oli, состоящей из четырех миллионов пар оснований, а сейчас проводится исследование короткой хромосомы человека, которая по длине только в десять раз больше хромосомы Е. соИ. [c.5] Применение методов классической генетики и цитогенетики к таким организмам, как человек, неизбежно сталкивалось с рядом ограничений, но сейчас мы имеем возможность изучать геном человека столь же детально, как когда-то исследовался только бактериальный геном. Достаточно иметь всего несколько микрограммов ДНК, выделенной из лимфоцитов и представленной в виде библиотеки генов, чтобы установить связь между генотипом и фенотипом для многих функций. Более того, универсальность методов с использованием рекомбинантных ДНК означает, что можно исследовать геномы практически всех ныне живущих организмов (и даже очень древних или вымерших организмов, из останков которых можно получить ДНК), оценивать их сходство и различия. Такое сопоставление открывает новые возможности в изучении эволюции генома и дополняет классические методы, используемые биологами при изучении эволюции. [c.6] Все сказанное-не просто громкие слова или стремление выдать желаемое за действительное. Несомненно, возможности методов с использованием рекомбинантных ДНК реализованы только частично, и многие (если не большинство) свойства генетической системы эукариот еще ждут своего открытия. Но даже за тот небольшой период времени-примерно 20 лет,-который прошел с момента разработки этих методов, было обнаружено несколько уникальных свойств генома эукариот. [c.6] механизм регуляции экспрессии эукариотических генов весьма сложен и далек от расшифровки. На пути решения этой проблемы нас несомненно ждет много неожиданного, но уже сегодня ясно, что в ходе эволюции выработались разнообразные механизмы регуляции активности генома. [c.6] Задолго до того, как стало возможным прямое изучение строения эукариотических генов, было известно, что генетические системы прокариот и эукариот имеют некоторые важные общие свойства. И у тех и у других генетический материал представлен ДНК, репликация которой протекает по полу-консервативному механизму, генетическая информация передается от ДНК к РНК и далее к белку, а генетический код одинаков. Казалось бы, логично было думать, что эукариотические организмы, особенно многоклеточные, должны содержать больше генов, чем прокариотические, а также иметь дополнительные механизмы, позволяющие регулировать процессы развития и координировать многие взаимосвязанные функции. Однако широко распространилось мнение, что в основном структура генов и организация генетической информации для геномов этих двух типов одинаковы. Несостоятельность обоих предположений обнаружилась сразу после того, как были проанализированы первые эукариотические гены и геномы. [c.6] Экзоны (кодирующие участки) и интроны (некодирующие участки) в эукариотическом гене. [c.7] Первые указания на существование интронов появились при изучении вирусов животных. Было установлено, что нуклеотидные последовательности различных матричных РНК не коллинеарны нуклеотидным последовательностям вирусной ДНК, с которых они транскрибированы, хотя, казалось бы, матричные РНК должны состоять из нуклеотидных последовательностей, соответствующих непрерывным сегментам вирусной ДНК. Обнаружилось также, что последовательности р-глобиновой мРНК гибридизуются с набором геномных фрагментов, полученных с помощью эндонуклеаз рестрикции, суммарный размер которых значительно превышает размер мРНК. Эти данные свидетельствуют о том, что полинуклеотидные фрагменты, составляющие матричную РНК, соответствуют участкам ДНК, разбросанным по нескольким областям генома. [c.7] Для того чтобы из кодирующих последовательностей таких прерывистых генов получился функциональный генетический элемент, некодирующие участки должны быть удалены, а кодирующие-соединены друг с другом. Интроны могут находиться как между отдельными кодонами, так и внутри кодонов, и их вырезание должно происходить очень точно, чтобы не нарушались ни последовательность триплетов, ни рамка считывания. [c.7] Установлено, что исходные РНК-транскрипты прерывистых генов содержат интроны, которые удаляются из РНК в ходе так называемого сплайсинга (рис. III.2). Следовательно, прерывистый вариант гена сохраняется в ДНК, обеспечивая повторную экспрессию и успешную репликацию. Итак, особенность зрелых матричных РНК эукариот по сравнению с мРНК прокариот заключается в том, что их нуклеотидные последовательности отличаются от нуклеотидных последовательностей соответствующих генов отсутствием интронов. [c.7] При сплайсинге первичного транскрипта происходит удаление интронов и соединение экзонов с образованием зрелой матричной РНК. [c.7] Большая часть эукариотических генов, кодирующих полипептиды, содержит хотя бы одну вставочную последовательность, а у некоторых генов их гораздо больше (табл. III.2). Однако наличие интронов не является строго обязательным, и некоторые белок-кодирующие гены не содержат их вовсе. Гены, кодирующие молекулы функциональных РНК (например, транспортных или рибосомных РНК), также могут иметь вставочные последовательности, но в этих генах они встречаются реже. Как правило, на долю интронов приходится намного больше ДНК, чем на долю экзонов. Существование интронов и огромное разнообразие их числа и размеров объясняет некоторые особенности эукариотической ядерной РНК, а именно ее большую длину и гетерогенность. Гетерогенная ядерная РНК (гяРНК)-это смесь транскриптов многих ядерных генов. Некоторые из них являются первичными транскриптами и имеют такую же длину, как и гены, с которых они скопированы, другие-частично процессированы и утратили ряд интронов. Просто удивительно, что функциональные цитоплазматические мРНК образуются из такой сложной смеси предшественников. [c.7] Вернуться к основной статье