Скитникът гени вътре в нас
Британският генетик Джон Berdon Халдейн веднъж остроумно отбеляза: "Светът не е само изненадващо, отколкото можем да си представите - той е невероятен, отколкото можем да си представим." Какво мислите за един човек, който би внезапно обяви, че в рамките на нашите клетки, някои части от генома са скокове на ДНК спирала, като бълха яка на клошар? Това, че той също играе фантазия?
Много от тези критики трябваше да слушам американския генетик Барбара МакКлинток, който за първи път обяви пред научната общност за съществуването на мобилни гени. В края на 1940, чрез изучаване на ген от царевица, се установи, че активността на гените може да действа някои неизвестни елементи в състояние, по своя предположение навигират ДНК. Тази нова хипотеза е толкова революционна, че генетиците колегите й се срещнаха, според самата мемоарите МакКлинток, пълна липса на разбиране и "каменно мълчание".
Отне почти четири десетилетия със своите иновативни идеи са получили пълно признание. Както сполучливо отбелязва, български физик, лауреат на Нобелова награда В. Л. Гинзбург, учен трябва да е с дълъг живот, ако той иска да чака за признаване на тяхната работа. През 1983 г. Нобеловия комитет спечели 80-годишният МакКлинток награда за физиология или медицина "за откриването на подвижни генетични елементи". В своята Нобелова реч, тя каза следните думи: "Геномът е много чувствителен орган клетки, което е в състояние на стрес започне свой собствен преструктуриране и обновяване".
А наистина мобилни геномни елементи (известни също като транспозони или "скача гени") са открити три десетилетия след теоретичните прогнози, през 1970 година. Първоначално Shtarlinger P. и D. Шапиро открити прости преносими елементи, наречени инсерционна (вмъкнат) в бактерии. тяхната способност да предизвикват мутации в най-простите организми е установена. Установено е, че вмъкването на тези елементи в бактериалния геном може да бъде от няколко до няколко стотин парчета. Например, дизентерия бактерии Shigella dysenteriae е известно, днес най-много 200 копия на преносими елементи. Проучване подвижни гени на бактерии е от голямо практическо значение, тъй като с тях пряко свързано със способността на бактериите да развият резистентност към антибиотици.
След бактериални преносими елементи са открити в сложни организми. През 1976 г. група от съветските генетици, VA Gvozdev и колегите му са били в състояние да ги намерите в Drosophila. Много години по-късно се оказва, че тези елементи в плодовите мушици по свой начин уникален. Те изпълняват своята функция на теломеразата - ензим, се увеличава с всяка съкращаване клетъчно делене, краищата на ДНК (теломери). Също така, че тези елементи са много сходни по структура на човешки ретровируси, сред които най-известните - човешкия имунодефицитен вирус (HIV).
мистериозен ген
Екзон - ген сайт носи информация за структурата на протеин.
CpG-острови - бизнес компактни подреждане нуклеотидни цитозин-гуанин двойки.
Интрон - част от гена, който не съдържа информация за аминокиселинната последователност.
Сателити - нуклеотиди последователности са много дълги (няколко стотици хиляди базови двойки) ДНК порции с тандем ( "главата до опашката") блокове от повтаряне къси 5-200 базови двойки.
LTR-ретротранспонсони - мобилни retroelements дълги крайни повтори (фицитен).
SINE - кратко осеяни retroelements (кратко осеяни елементи).
Линия - дълго променлив retroelements (дълго разпръснати елементи).
Сега, след изучаване протозои и Drosophila, е ред да се намери "скачане" гени при гръбначните животни, включително хора, а това скоро беше направено. Стана ясно, че генома на мобилните елементи са изключително често срещани в природата. Сега те се срещат във всички живи организми и само да се докопат учен - от бактерии до бозайници. При хора, те представляват голяма част от ДНК последователността - повече от 40%.
Някои от мобилните гените, като домашни любимци, получени от техните откриватели имена: Magellan, Атила, Пенелопе, туристическа, Чарли, Спящата красавица, емигранта, Aurora (на "бивш" - изгубена мобилност - транспосон.Секвенции бе открит от български учени и кръстен легендарният крайцер).
Legacy Virus
На транспозони представлява около 3% от ДНК последователността на човешкия. И откриване на нови мобилни гени в този клас продължава. Така че, преди няколко години, има няколко видове мобилни елементи са открити от българското Владимир Kapitonov генетик и неговите колеги: Harbinger, Helitron и Polinton. Както се оказа, те са много сходни с някои вируси и бактерии, които се движат гени.
Изрежете и поставете
Днес, всички движещи се елементи на генома на висшите организми могат да бъдат разделени в две големи класа: ДНК транспозони (или транспозони) и ретротранспосони. Такова разделяне е възникнала поради различни молекулни механизми, чрез които тези елементи се преместват по протежение на ДНК. В тази статия ще разгледаме само първата класа на мобилни елементи.
ДНК транспозони се използват за тяхното преместване механизъм, който е дефиницията на рязане и паста (изрязани и паста) в научната литература. След получаване на сигнал от външен е активиране на гена, отговорен за синтеза на специален ензим транспозаза. Този ген е в транспозона, което я прави важна част. След това транспозаза, движещи се по протежение на ДНК е собствена транспозон Специални марки (обърнати Повтаря), които го ограничава от двете страни. Намерено транспозон проби намали транспозаза и се премества на друго място, получен за неговата ДНК, която е поставена в предварително нарязани нарушение.
Ctrl-C или Ctrl-X?
Мобилни геномни елементи са разделени в две основни класа: ДНК транспозони и ретротранспонсони. Първият се използва за придвижване на принципа на "изрежете и поставите", а втората - "копиране и поставяне".
- ДНК транспозон в някаква част съдържа информация за структурата на ензима транспозаза. В процеса на четене (транскрипция) РНК молекула се образува, която се транспортира до цитоплазмата и навлиза рибозомата, където "ръчно" транспозаза конструкт. Ензимът се връща в ядрото и се движат по протежение на ДНК намира своите транспозони Специални знаци - така наречените дубликати. След транспозон прехвърля в подготвения отвор на целевата ДНК и оригиналната ДНК е омрежен.
Понякога транспозазния кодирани в един-единствен транспозон, движения и други, подобни мобилни елементи, включително и тези, които притежават транспозазния ген, е повреден. Оказва се, един вид взаимна помощ между подвижните елементи (или, ако предпочитате, паразитизъм някои други). Той удари една невероятна сложност и последователност на всички тези процеси, тъй като те са контролирани от някаква невидима сила, като че ли по-добър проводник на един оркестър. Трябва да призная, че много от тези вътрешни процеси трудни неразбираемо изследователи - те са толкова добре организирана, сложна и координирани помежду си.
И през последния етап: вградена транспозон ДНК крослинкове с новото място. На мястото, от което транспозон "скокове", се подлага на процес на възстановяване (възстановяване на ДНК цялост). Или, ако "скок" настъпили по време на клетъчното делене, в празно пространство се добавя елемент копие, взети от сестрата на молекулата на ДНК. Във второ изпълнение има "възпроизвеждане" на транспозона - хромозома става един подвижен елемент повече. Тези движения са потенциална опасност за клетките и на целия организъм.
Диви и домашни
Днес има се оценява на около 100 на човешките генетични аномалии, които са причинени от мобилни елементи директно. И списъкът продължава да се разширява. Също така е очевидно, че подвижните гените някак си, свързани със стареенето - възраст се открива засили дейността си, причинени от отслабването на репресивните механизми.
За дълго време след отваряне се смяташе, че от движещи се елементи, може да се очаква само проблеми - например, мутации, водещи до заболявания чрез вкарване на транспозон в ген, кодиращ белтък или РНК или тяхното регулиране работа. Това мнение се спазват изследователи и ДНК структура D. Watson и Crick. Но през последните години, има доказателства, че транспозони все още са "опитомени" и се превръщат от паразити в полезни структури.
Нашите експерти:
Владимир Алексеевич Gvozdev. Ръководител на катедрата по молекулярна генетика клетки Институт по молекулярна генетика, професор по Московския държавен университет, академик на Руската академия на науките:
"Както обикновено се случва в експерименталната фундаментално научно, открития се появяват изведнъж, те не могат да планират - сложи една задача, както и в процеса на опитвайки се да го реши намери нещо съвсем ново и неочаквано, просто не минават. Така, веднъж доставени G. P. Georgievym задача разследва принципи апарат регулиране гени зона в многоклетъчни животни са довели до откриването на транспортиране елементи в летлива генома на плодовете - Drosophila модел възражение забележителни молекулярната генетика. А съвсем други работи в същото време, вече не на Drosophila, беше установено, че гените се състоят от отделни парчета кодиращи РНК сегменти, които след това са зашити заедно да образуват пълен РНК, кодираща протеин. Никой не би могъл да предвиди, и това откритие е удостоен с Нобелова награда. "
Смята се, че мобилните елементи на класа на транспозони са били активни по време на ранната еволюция на многоклетъчни животни, но в предшественик на човека и маймуните спря движението им в рамките на генома преди около 40 милиона години. Наследството на тези древни транспозони човек също има някои гени работят, включително и осигуряване на функционирането на уникален механизъм, чрез който ние се борим извънземно нашествие в нашето тяло.
По този механизъм включва протеини RAG - преки потомци на мобилния транспозазния ензим от семейството на транспозони клас transib (елемент открит известният "ловец", Транспозоните български генетик Владимир Kapitonov). Освен това, този вид транспозон идентифициран само в геномите на безгръбначни, които преминаха в еволюцията на своя основен гръбначни ензим, който ни даде възможност да синтезира протеини RAG. Те, както и опитен дизайнер, събрана от различни структури на гени на антитела чрез комбиниране на ДНК фрагменти в клетките на имунната система - лимфоцити.
Вероятно, в еволюцията на транспозони от веднъж е действал като активен инструмент на мутации, предизвиквайки тяхното движение създаване на генетичното разнообразие. Днес, след последователността на човешкия геном са около 50 гени, директно от настъпване на транспозон.
Така че, постепенно, в светлината на натрупаните данни, оставяйки само негативната оценка на подвижните елементи. За разлика от днес мнозина учени са склонни да ги видите като "генофонд" на организмите, които се използват за стреса на развитие и конфронтация. Всичко, което сега се свързва с мобилни генетични елементи, активно се изучава в много лаборатории по целия свят, тъй като, освен с чисто научен интерес, е от голямо практическо значение - движещи гени са били тясно свързани с развитието, стареене и много патологии.