Реферат: Молекулярные основы эволюции, дифференцировки развития и старения

Молекулярные основы эволюции, дифференцировки развития истарения

Известно,что некоторые фрагменты ДНК могут перемещаться с одного места на другое впределах одной хромосомы или встраиваться в другую хромосому.

Существованиепрыгающих генов впервые было показано Б. Мак-Клинток при изучении генетикикукурузы. Она выяснила, что элементы регуляторного гена перемещаются в геноме содного места на другое и влияют на экспрессию генов, приводя к появлениюфенотипических вариаций. Эта работа не привлекала внимания в течение 30 лет,пока исследования на E. Coli не подтвердили способность генов к передвижению и внедрению вдругое место в геноме, а Б. Мак-Клинток была присуждена Нобелевскаяпремия.

Способные кперемещению последовательности ДНК получили название транспозоны (Tn‑элементы) илипрыгающие гены.

Изменение положения какого-то сегмента ДНК относительно окружающихего последовательностей происходят повсеместно в разных вариантах, однакобольшинство из них наблюдается относительно редко. Многие геномные перестройкипроисходят в результате гомологичной рекомбинации между аллельнымипоследовательностями и не затрагивают соседних сегментов ДНК. Вообще же говоря,структура генома вполне стабильна. Это и не может быть иначе, посколькунеобходимо поддерживать жизнеспособность особей и видов.

Многие геномные перестройки не запрограммированы, они не связаны скаким-то специфическим влиянием на экспрессию генов и в них есть элементслучайности. Случайными могут быть частота таких событий, сами сегменты ДНК илито и другое. Примерами таких довольно редких событий служит транспозицияпоследовательностей ДНК из одного геномного локуса в другой или дупликация ипоследующая амплификация сегментов ДНК. Однако сходные транспозиции иамплификации могут быть сопряжены также с неслучайными, запрограммированнымиизменениями. Такие запрограммированные события играют ключевую роль в регуляцииэкспрессии некоторых генов во время дифференцировки и развития определенныхтипов клеток.

Типымобильных элементов

Различают несколько типов мобильных ДНК-элементов, но все ониобладают следующими общими свойствами:

-          несутген (или несколько генов), необходимый для транспозиции (ген транспозазы –фермента участвующего в перемещении);

-          во-вторых,на концах содержат специфические взаимно инвертированные повторяющиеся последовательности,также необходимые для транспозиции

-          самитранспозирующиеся элементы не кодируют никаких существенных для организмафункций, однако часто содержат специфические гены, например ген устойчивости кантибиотикам. Транспозиция этих элементов, как правило, сопровождается сильнымимутагенными эффектами.

-          Ктранспозирующимся элементам относят те, транспозиция которых протекает безучастия обратной транскрипции

Транспозирующиеся элементы прокариот

1.        Инсерционныепоследовательности (IS – insertion sequences – последовательности вставки).

-          Этосегменты‚ способные как целое перемещаться из одного участка локализации вдругой (рис 73 Коничев).

-          Ипсодержат лишь те гены‚ которые необходимы для их собственного перемещения –транспозиции.

-          наобоих концах каждого из них всегда имеются инвертированные повторы (рис. 10.4),которые также необходимы для транспозиции. Нуклеотидные последовательности этихповторов различны для разных IS и варьируют по длине от 10 до 40 п. н.

-          Ихперемещения в новые геномные локусы часто приводят к мутациям, заключающимся впрерывании регуляторных и кодирующих участков‚ а промоторные элементы внутрисамих IS могут влиять на экспрессию близлежащих генов.

-          Частотатранспозиций у разных элементов неодинакова и составляет 10–5–10–7 напоколение.

-          Притранспозиции IS в новое положение исходный IS – элемент остается напрежнем месте; т.е., инсерция сопровождается точным синтезом второй копии изависит от репликативных функций хозяина.

2. Транспозоны.

– Т. называют сегменты ДНК‚ обладающие теми же свойствами‚что и ИП‚ но содержащие также гены‚ не имеющие отношение непосредственно ктранспозиции

а) сложные транспозоны

– Часто IS – элементы длиной примерно 1 т. п. н. входят в составболее сложных транспозонов (прозрачка 1).

– Их длина может достигать тысяч пар оснований, а центральныеобласти могут содержать разнообразные гены, (например‚ гены устойчивости кантибиотикам‚ гены токсинов или гены дополнительных ферментов клеточногометаболизма)

– С обеих сторон эта центральная область фланкируетсяодинаковыми IS‑элементами (от IS 1 до IS 10) – IS – L и IS – R с левой и правойсторон соответственно.

– Вся информация, необходимая для перемещения сложноготранспозона, содержится в его IS – части; это та самая информация, которая используется IS‑элементом кактаковым.

б) Простые транспозоны.

– это транспозоны не связаны ни с какими IS – элементами:

-          информация,необходимая для транспозиции, закодирована в них самих.

-          Вкачестве примера можно привести транспозон ТnЗ (прозрачка 3), которыйсодержит инвертированные концевые повторы длиной 38 п. н., I R-L и I R-R, необходимые длятранспозиции.

-          Междуэтими повторами находятся три гена: два из них кодируют транспозиционные белки,третий – β-лактамазу (ген атр, не связан с транспозицией).

-          Крометого, имеется некодирующий участок длиной 170 п.н., содержащий промоторы геновтранспозиционных белков, а также специфический участок, называемый res и тоже необходимый длятранспозиции.

Сайты-мишени

Это сегменты ДНК, в которые встраиваются Мэ

– Одни транспозирующиеся элементы довольно разборчивы иохотнее встраиваются в короткие геномные сегменты, гомологичные концам самогомобильного элемента.

– Другие менее капризны и не отдают явного предпочтенияникаким сайтам-мишеням, хотя наблюдается некоторая тенденция к встраиванию их вАТ-богатые участки.

– Независимо от типа Мэ. его встраивание в новый генетическийлокус обычно сопровождается дупликацией короткого участка ДНК в в сайте-мишени.

– Эти дуплицированные сегменты затем фланкируют встроившийсяэлемент.

– Почти обязательная дупликация сайтов-мишеней указывает нато, что при различиях в механизме большинство вставок происходит с образованиемв потенциальных сайтах-мишенях смещенных одноцепочечных разрывов, как этопоказано на рис. 10.1. Сайт-мишень в геноме, содержащий мобильный элемент,условно называют «заполненным», а не содержащий такового – «свободным».

Типы транспозиций:

Для простоты рассмотрим транспозицию из одного генома в другой(например, из плазмиды в бактериальный геном или обратно). Внутримолекулярнаятранспозиция протекает более сложно.

1.        Коинтеграционнаяили репликативная транспозиция (поскольку происходит полная дупликацияэлемента.)

-          донорныйгеном, который несет транспозирующийся элемент, сливается с реципиентноймолекулой ДНК (прозрачка 4).

-          Образовавшийсякоинтеграт содержит всю донорную и реципиентную ДНК, а также по одной копиитранспозирующегося элемента в местах сочленения этих ДНК.

-          Коинтеграциявключает разрыв исходных фосфодиэфирных связей и образование новых, дупликациювсего элемента и дупликацию сайта-мишени.

-          Коинтегратможет затем разрешаться с образованием двух исходных ДНК, каждая из которыхнесет копию транспозированного элемента. Для разделения коинтеграанеобходимодействие продукта гена tnp R‚ называемого резолвазой (от англ. Resolution – разрешение)‚ котораяразрезает коинтеграт на исходные репликаторы.

-          Притранспозиции путем коинтеграции используется не только информация, закодированнаяв самом элементе, но и репликативные функции клетки.

2.        Простоевстраивание или консервативное (или нерепликативным, поскольку дупликации кактаковой не происходит)

-          Транспозирующийсяэлемент перемещается в новый геномный локус, при этом никаких другихперестроек, кроме дупликации сайта-мишени, не происходит (прозрачка 4).

-          Некоторыетранспозирующиеся элементы, например ДНК фага Мu, участвуют как вкоинтеграции, так и в простом встраивании.

3. Существует еще одна весьма привлекательная модель, согласнокоторой:

-          наоснове общей промежуточной структуры осуществляется транспозиция любого из двухтипов (рис. 10.9).

-          Всоответствии с этой моделью может происходить транспозиция ДНК фага Мu и других мобильныхэлементов.

-          Нарисунке, иллюстрирующем модель, и ДНК донора, и ДНК реципиента представлены вкольцевой форме, поскольку в экспериментах in vitro, поставленных дляпроверки справедливости данной модели, использовалась кольцевая плазмидная ДНК;

-          мобильнымэлементом в донорной ДНК служила модифицированная ДНК фага Мu. In vivo доноры и реципиенты,например плазмиды и хромосомы Е.соli, также находятся в кольцевой форме.

-          Согласноданной модели, транспозиция начинается с образования одноцепочечных разрывов вкольцевых донорной и реципиентной ДНК.

-          Удонора такие разрывы происходят с обоих З'-концов элемента, у реципиента – всайте-мишени с образованием 5'-выступов.

-          Затемразрезанные концы мобильного элемента соединяются с концами реципиента, иобразуется общий промежуточный продукт.

-          Еслив цепях, противоположных по отношению к разрезанным первоначально, никакихдополнительных разрывов не происходит, то имеет место простое встраивание.

-          Врезультате заполнения бреши и лигирования происходит дупликация сайта-мишени.

-          Такимспособом может осуществляться нерепликативная транспозиция Тn 10.

-          Этуреакцию катализирует транспозаза Тn 10, которая ускоряет разрезание на концах Тn 10, а также,по-видимому, воссоединение разорванных концов.

-          При репликативнойтранспозиции общий промежуточный продукт претерпевает совсем другиепревращения.

-          интермедиатпо своей структуре аналогичен кольцевой ДНК с двумя репликативными вилками.

-          Еслирепликация начинается в каждой вилке, то конечный продукт представляет собойкоинтеграт-кольцо, содержащее и донорную, и реципиентную ДНК, а также копиитранспозирующегося элемента, реплицированные полуконсервативным путем.

-          Приразрешении коинтеграта в конце концов осуществляется транспозиция новой копиимобильного элемента в другой сайт-мишень. Разрешение может происходить путемгомологичной рекомбинации между двумя копиями транспозирующегося элемента сучастием рекомбинационного аппарата Е.соli. (прозрачка 6).

Генетическая изменчивость бактерий при транспозиции

Мобильные элементы вызывают генетическую нестабильность поблизостиот участка своей локализации, особенно в процессе репликативного механизматранспозиций.

В зависимости от того, как внесены разрывы в ДНК-мишень, получитсялибо делеция (Выпадение участка хромосомы из ее внутренней области), либоинверсия (перестановка) генетического материала между местом расположения транспозонаи мишенью его перемещения. В связи с этим интересно отметить, что хромосомыродственных видов бактерий отличаются друг от друга многочисленнымиперестройками именно этого типа. По-видимому, мобильные элементы сыгралисущественную роль в дивергенции и видообразовании бактерий.

1) Встраивание IS‑элементов поблизости от молчащего генаможет приводить к его активации за счет транскрипции с промотора IS – элемента, т.е.изменяется регуляция бактериального гена (пр. 8а).

2) Очень важно, что мобильные элементы служат подвижными участкамигомологии, гомологическая рекомбинация между которыми может приводить кдупликациям генов (рис. 76 Коничев). Считается, что дупликация – один изосновных путей эволюционного возникновения новых функций. Действительно, «лишняя»копия гена выходит из-под давления естественного отбора и получает возможностьнакапливать изменения. Чаще всего это приведет к утрате какой бы то ни былофункции, но иногда может получиться ген с новыми функциями.

3) Нельзя забывать и тот факт, что клетка может получитьселективное преимущество за счет приобретения в составе транспозона гена,который сам по себе способен оказаться выгодным для бактерии в определенныхусловиях. Действительно, на транспозонах «путешествуют» гены устойчивости кразличным бактериальным ядам, в том числе к тяжелым металлам и антибиотикам,гены дополнительных метаболических путей, позволяющие использовать необычныйисточник углерода, наконец, гены некоторых токсинов, делающие бактериипатогенными и позволяющие им тем самым существенно изменить образ жизни.Сказанное в равной степени относится и к плазмидам, поскольку большинствополезных для клетки-хозяина плазмидных генов находится в составе транспозонов.

4) Если элемент встроен в один из генов полицистронного оперона,то встроенный элемент может влиять на экспрессию последующих генов, либоостанавливая транскрипцию в сайте терминации, находящемся внутри его самого(прозрачка 8,6), либо подавляя трансляцию дистальных кодирующихпоследовательностей мРНК (прозрачка 8, в)

5) Когда один и тот же геном служит и донором, и реципиентом приобразовании коинтеграта (внутримолекулярная транспозиция), способностьмобильных элементов вызывать перестройки в соседних участках ДНК приводит кдругим мутационным эффектам. Все происходящие при этом события, включая делециии инверсии, связаны с соединением одного или двух концов мобильного элемента сновыми последовательностями ДНК (рис. 10.13); детали этих процессов доконца не установлены.

Подвижныегенетические элементы у эукариот

Существеннуючасть генома эукариот (10–30%) составляют повторяющиеся последовательности,имеющие определенную структурную организацию и способные перемещаться в геномекак в пределах одной хромосомы, так и между хромосомами. Они получили название подвижныхгенетических элементов. Элементы включают в свой состав от тысячи до десятковтысяч нуклеотидных пар.

Наибольшее количество подвижных элементов обнаружено в геномерастений (до 50%). Подвижные генетические элементы обычно рассеяны по геному,но могут концентрироваться в отдельных участках хромосом.

Виды мобильных элементов эукариот

Различают два (по признаку молекулярных механизмов перемещения)основных класса подвижных генетических элементов:

1. Транспозоны

Эти элементы ограничены инвертированными повторами (последовательностями,направленными навстречу друг другу), как и некоторые транспозоны прокариот.Примерами их могут служить Р-элемент дрозофилы и Ас-элемент кукурузы (рис. 92Коничев). В геномах этих организмов насчитывается по 30 – 50 копий такихэлементов. Полные копии (часть копий дефектна, так как имеет внутренниеделеции) содержат открытые рамки считывания, кодирующие транспозазу (рис. 92).

Схемаперемещения транспозона показана на рис. 93. Инвертированные повторынеобходимы для перемещения элемента, которое осуществляется благодаря ихсближению друг с другом и узнаванию транспозазами. Инвертированные повторысближаются и точно отрезаются от соседних участков ДНК хозяина. Вырезанныйтранспозон внедряется в район вносимого транспозазой разрыва в молекуле-мишении сшивается с ДНК хозяина в новом месте. Разрыв и зашивание осуществляютсятранспозазой и вспомогательными белками. Транспозаза может кодироваться каксамим подвижным элементом, который будет перемещаться, так и другой копиейэлемента, локализованной в том же геноме в отдалении. Р-элементы обычновстраиваются в определенные сайты, консенсусная последовательность которыхтакова: 5'-ГГЦЦАГАГ При встраивании Р-элемента этот сайт-мишень дуплицируется.

/>

/>

Встраивание

Рис. 93Перемещение транспозона

Брешь в ДНК после вырезания транспозона может заделываться либо спомощью гомологичного отрезка ДНК, либо за счет сшивания разорванных концов(это особенно характерно для транспозонов растений).

Эффект от перемещения транспозона эукариот

Р-элемент содержится только в некоторых линиях D. melanogaster. Скрещивание самок безР-элемента с самцами, несущими Р-элементы, приводит у гибридов к транспозициямР-элемента, которые наблюдаются только в клетках зародышевого пути.Совокупность наблюдаемых эффектов называют гибридным дисгенезом. Дисгенные мухичасто оказываются стерильными, а если они фертильны, то у их потомковобнаруживается множество мутаций и эти признаки передаются следующимпоколениям. Поэтому линии с Р-элементом и без него выглядят как репродуктивноизолированные, по крайней мере частично. Биологическая изоляция играет огромнуюроль в процессе эволюции. Изоляция линий вызвана активацией транспозицийР-элемента, присутствующего в одной из них. Причина, почему транспозицииР-элемента ограничены зародышевыми клетками, объясняется тем, что только вклетках-предшественниках гамет осуществляется такой тип сплайсинга, которыйприводит к образованию непрерывной открытой рамки трансляции, кодирующейтранспозазу (см. рис. 92). Ограничение транспозиции зародышевыми клеткамиимеет определенный смысл, поскольку обеспечивает выживание особей, несущихгаметы, в которых произошли геномные перестройки вследствие транспозицииР-элемента. Подобный «геномный шок», сопровождающийся высокой частотоймутагенеза, может обеспечить большую степень геномной изменчивости, котораяпослужит материалом для отбора в процессе эволюции.

Перемещения Ас-элемента происходят и в соматических клеткахкукурузы. За ними можно следить по распределению мутантных участков ткани,например лишенных пигмента вследствие инактивации гена, определяющегопигментацию. Потомство клетки, содержащей только инактивированные гены, такжебудет лишено пигмента. Вырезание мобильного элемента приводит к реактивациигена. В связи с этим был сделан вывод о регуляторной функции перемещающихсяэлементов и они были названы контролирующими (Б. Мак-Клинток).

В целом подвижные элементы эукариот представляют собой чрезвычайноразнородную популяцию. Существует мнение о том, что они не влияют на фенотипорганизма и размножаются в геноме лишь благодаря особенностям своей структуры,в результате чего постепенно заселяют геном. Предполагается, что они составляютчасть так называемой эгоистичной (см. с. 156) ДНК, размножение которойограничивается естественным отбором. Отбор устраняет те случаи, когда внедрениеэгоистичной ДНК сопровождается вредными последствиями. На определенных стадняхэволюции эти элементы могут использоваться для целей, которые в дальнейшемобеспечат селективные преимущества организму.

2. Ретротранспозоны.

А) с длинными концевыми повторами

– Сходны по своей структуре с проретровирусами, которые внедряются вгеном, используя механизмы обратной транскрипции.

– Эти элементы содержат «тело» размером 5–8 тыс. н.п.,ограниченное прямыми длинными концевыми повторами (ДКП, или LTR – от англ. 1опg terminal repeats), обычно содержащими по 300–400н. п. (рис. 94).

– Число копий этих элементов, принадлежащих к одномусемейству, достаточно постоянно для вида, но варьирует от нескольких копий досотен тысяч копий в зависимости от типа ретротранспозона.

– В составе «тела» элемента обнаруживаются открытые рамкисчитывания для обратной транскриптазы и нуклеазы (интегразы).

– Разные копии одного семейства могут иметь вставки и делециикак в ДКП, так и в самом элементе.

– По флангам ДКП находятся короткие прямые повторы.

Способ перемещения ретротранспозонов с длинными концевымиповторами

– предполагает его транскрипцию с помощью РНК-полимеразы П.

– В составе ДКП имеются сайты инициации транскрипции исигналы полиаденилирования. ДКП могут служить активными промоторами.

– Транскрипция начинается в одном ДКП (условно левом,5'-ДКП), а заканчивается в другом (правом, 3'-ДКП).

– Синтезируемая молекула РНК транслируется с образованиемферментов, необходимых для синтеза ДНК и внедрения ее в геном.

Эта схема полностью повторяет схему образования и интеграциипровируса (рис. 95). Остается открытым вопрос: произошли ли ретровирусы изретротранспозонов или, напротив, ретротранспозоны возникли из вирусов врезультате потери способности к заражению? Подавляющая часть ретротранспозонов(при сравнении их с ретровирусами) либо потеряла ген оболочки вируса, либо ещене приобрела его. Таким образом, ретротранспозоны представляют собойвнутригеномные, неинфекционные элементы, способные лишь к самовоспроизведению и«подзаражению» того же генома.

Внедрение ретротранспозона внутрь гена или около гена вызываетразные эффекты:

– происходит инактивация гена (рис. 96 а).

– при интеграции в район промотора на 5'-фланге генаретротранспозон может резко активировать экспрессию гена, обеспечиваятранскрипцию с собственного промотора (рис. 96 б1). Если в этом случаеподвижный элемент оказался около протоонкогена, то результатом может бытьсверхпродукция белка и злокачественное перерождение клетки.

– это же возможно при воздействии энхансеров, привносимыхмобильным элементом (рис. 96 б2).

– Особые возможности для перенесения и приобретениярегуляторных сигналов возникают тогда, когда элемент (ретротранспозон)удаляется за счет гомологичной комбинации между ДКП с идентичными повторами(см. (рис. 96 в). В результате сохраняется лишь один ДКП на местевнедрения ретротранспозона.

Представленные случаи внедрения элемента сопровождаются мутациями ссамыми разными фенотипическими проявлениями обусловленными подавлениемобразования или, наоборот, гиперпродукцией белка.

Перемещение элементов по геному способствует

– распространению регуляторных сигналов (сайтов инициациитранскрипции, сигналов полиаденилирования, или энхансеров), что делаетзначительной роль мобильных элементов в эволюции систем регуляции.

Б) Ретротранспозоны, которые не несут длинных концевых повторов.Механизм внедрения их

– несколько иной,

– но также осуществляется с помощью обратной транскрипции.

– К ним относятся представители семейства L1 населяющие геномчеловека.

– Репликация элемента без ДКП сопряжена непосредственно срайоном будущего внедрения ретротранспозона (рис. 97).

– РНК, образовавшаяся при транскрипции элемента, перемещаетсяк достаточно случайному месту разрыва ДНК-мишени,

– часто сшивается с одной из нитей ДНК.

– Сюда устремляются и необходимые для интеграции белки – обратнаятранскриптаза и интеграза.

– Другая, комплементарная нить ДНК служит затравкой длякопирования РНК-копии элемента с участием обратной транскриптазы.

– Фермент копирует сначала небольшой участок ДНК-мишени, азатем меняет матрицу и копирует РНК,

– после чего РНК удаляется и образуется втораякомплементарная нить ДНК.

Ретротранспозоны без ДКП участвуют в сохранении концов хромосом вряду поколений.

Подобную функцию у многих организмов выполняет теломераза. У ряданасекомых, в том числе и у дрозофилы, отсутствует теломеразная активность.Концы ДНК у них удлиняются за счет перемещений ретротранспозонов и в этомслучае выступают как компоненты генома, спасающие хромосому от укорачивания.Ретротранспозоны перемещаются, образуя повторяющуюся структуру, в которойэлементы соединены друг с другом по типу «голова к хвосту». Сначала наРНК-транскрипте как на матрице с помощью обратной транскрипции строитсякомплементарная нить ДНК, а затем после удаления РНК-матрицы достраиваетсядругая. Таким образом, геном хозяина приспособил эти элементы для сохраненияконцевых участков хромосом, для спасения хромосомы от потери генов.

3. Ретропозоны

В геноме млекопитающих, птиц, амфибий и насекомых обнаруживаются ретропозоны– внедрившиеся в геном ДНК-копии, синтезированные на разных типах клеточныхРНК, как на матрицах. Структура ретропозонов позволяет с уверенностью говоритьоб участии обратной транскрипции в процессе их образования. Таким образом,наряду с переносом информации от ДНК к РНК осуществляется и обратный процесс – возвращениеее в геном в виде ретропозонов. У млекопитающих ретропозоны составляют более 10%ДНК, следовательно, мощность встречного потока информации от РНК к ДНК можетбыть существенной, по крайней мере при оценке его во временном эволюционноммасштабе.

Различают разные типы ретропозонов, среди них:

А) Псевдогены. Это копии генов, лишенные интронов и обладающиепоследовательностью поли-дА-поли-дТ на 3'-фланге. Матрицей при их копированиипослужила «процессированная» полиаденилированная мРНК. Рамки трансляции таких«генов» часто «испорчены» стоп-кодонами и делециями. Они, как и проретровирусы,ограничены короткими прямыми повторами, представляющими собой дупликациюгеномной последовательности в области сайта внедрения ДНК-копии, образованнойна мРНК.

Б) Ретрогены. Если ретропозон правильно процессирован, ДНК-копиясодержит открытую рамку считывания и возможна его экспрессия, то такиеретропозоны называют ретрогенами.

Большую массу повторяющихся элементов позвоночных представляютДНК-копии клеточных РНК, кодирующих белки неизвестной природы, а такжеаномально процессированных клеточных транскриптов тРНК, 7S РНК и UPНК. Они представляютсобой длинные и короткие повторы. Семейства повторяющихся последовательностейчасто получают свои названия по расщепляющим их рестриктазам (например,короткие Alu‑повторы или длинные Крn‑повторы в геномечеловека).

Каждый вид млекопитающих обладает собственным главным семействомдлинных повторов, отличающих его от других видов. Предполагают, что разныесемейства длинных повторов возникли сравнительно недавно, уже послеэволюционной дивергенции видов млекопитающих.

Короткие повторы,например повторы Alu – семейства у человека, составляют 3 • 105, что соответствует5 – 6% массы ДНК клетки. Их нуклеотидная последовательность гомологичнапоследовательности отдельных участков 7S РНК. Такие повторырассеяны по геному, их обнаруживают в интронах, на 5'-флангах генов, в составеЗ'-нетранслируемых участков гена. Между особями одного вида иногда наблюдаютсяразличия (полиморфизм) в структуре генов и их ближайшего окружения,обусловленные внедрением коротких или длинных повторов. В геноме существуетмножество неактивных дефектных копий этих элементов, они не способны кодироватьтранспозазу или обратную транскриптазу. С другой стороны, они сохраняютспособность к перемещениям, если в случае транспозонов имеются инвертированныеповторы, узнаваемые транспозазой, а в случае ретротранспозонов сохраненыпромотор и возможность транскрипции элемента. Множество таких дефектных копийначнут перемещаться, если ферменты, ответственные за перемещение, будуткодироваться другими полноценными элементами. В геноме человека источникомактивной обратной транскриптазы является ретротранспозон L1, число копий которогодостигает 100 тыс. Из них активно перемещаются 30 – 60 тыс., остальные,поврежденные, перемещаться не могут.

Мобильные генетические элементы могут принимать участие вперестройках хромосом. Наличие в хромосомах нескольких одинаковых понуклеотидной последовательности копий подвижного элемента позволяет в редкихслучаях осуществить рекомбинацию по районам их локализации. В результатенеравного кроссинговера возникают делеции отдельных участков или, наоборот,дупликации (рис. 98).

Неравный кроссинговер по районам локализации транспозона mariner (моряк) у человекаприводит к делеции участка в коротком плече 17‑й хромосомы. Если этособытие происходит в зародышевой клетке при созревании гамет, то хромосома сделецией будет передана потомкам. Это приводит к наследственным заболеваниямнервной системы – невропатиям и параличам. Внутрихромосомная рекомбинация междудвумя элементами приводит к инверсии – повороту участка хромосомы на 180°.Инверсия может быть вредна для организма, а может способствовать эволюциигенома, поскольку помогает передать потомству случайно сложившеесяблагоприятное сочетание генов, препятствуя кроссинговеру.

Ретротранспозоны с ДКП участвуют в ликвидации двунитевых разрывовДНК. Обычно такой разрыв залечивается с помощью гомологичной молекулы ДНК,например сестринской, только что регошцированной нити. Участие реплицирующейсяДНК ретро-транспозонов с ДКП в процессе заживления двунитевых разрывовобнаружено у дрожжей (рис. 99). Брешь в двунитевой спирали, заделаннаяретротранспозоном, сохраняет целостность хромосомы, но изменяет ее нуклеотиднуюпоследовательность. Если район хромосомы, где была брешь, не содержитсущественного гена, то клетка остается жизнеспособной.

Подвижные элементы не стоитрассматривать только как «эгоистическую» ДНК, паразитирующую на ДНКклетки-хозяина. Они приспособлены и для нужд генома клетки: способствуютсохранению структурной целостности хромосомной ДНК; внедряясь в гены, не толькоинактивируют, вызывая мутации, но и меняют характер их экспрессии. В связи сэтим подвижные генетические элементы, будучи важными факторами изменчивостигенов и участвуя в перестройках структуры хромосом, имеют огромное значение в процессахэволюции геномов.