Мобильные элементы генома (МГЭ).

Мобильные генетические элементы – это подвижные фрагменты генома человека, способные к самостоятельным перемещениям внутри генома.

МГЭ открыты американским генетиком Б. МакКлинток на кукурузе в 1951г. В 1983г. награждена Нобелевской премией.

В начале 40-х годов эта женщина открыла существование гена или локуса, который вызывал увеличение частоты хромосомных перестроек у кукурузы. Среди потомков от скрещивания, в котором оба родителя несли такие перестройки, появлялись нестабильные мутации с неожиданно высокой частотой. В 1948г. были опуюликованы результаты исследований данного локуса, вызывающего разрыв хромосом.

Сделав вывод, что локус является совершенно необычным, поскольку может перемещаться из одного участка хромосомы в другой. МакКлинток назвала эти перемещения транспозицией, а сами локусы контролирующими элементами (КЭ).

КЭ характеризуются следующими свойствами:

1. Могут перемещаться из одного сайта в другой

2. Их встраивание в данный район влияет на активность генов, которые расположены рядом

3. Утрата КЭ в данном локусе превращает прежде мутабильный локус в стабильный

4. В сайтах, в которых присутствуют КЭ могут возникать делеции, транслокации, инверсии, транспозиции, а также разрывы хромосом

1960-е года МГЭ были открыты у микроорганизмов. В конце 70-х годов одновременно в СССР группой генетиков во главе с Георгиевым и в США группой американских ученых во главе с Ховнес, были открыты МГЭ у дрозофилы. После этого исследования ускорились. Различные МГЭ были найдены у дрожжей, млекопитающих и человека.

МГЭ подвижны в геноме хозяина, причем содержат внутри себя гены, которые обеспечивают транспозиции.

Опыт построения генетических карт указывал, что положение генов на карте очень стабильно (с точностью до редких хромосомных перестроек) и устойчиво наследуются, а карты являются специфичными для видов.

Однако оказалось, что это относится лишь к части генома, которая действительно преобладает и стабильна. Значительная часть генома представлена различными МГЭ, среди которых многие копии способны к относительно частым перемещениям (со скоростью 10³ – 10⁵ событий на копию за поколение, что значительно выше скорости возникновения мутаций и перестроек). Т.о. генетический материал генома пришлось разделить на 2 сопоставимые части:

1) устойчивую – совокупность устойчивых генов и других элементов генома

2) подвижная – это совокупность МГЭ генома, способная к перемещениям со всеми генетическими последствиями (мутации генов, перестройки генов)

По механизмам транспозиции МГЭ перемещаются, используя обратную транскриптазу, т.е. на РНК – матрице МГЭ синтезируется ДНК. Обратная транскриптаза (ревертаза) не только ведет синтез нити ДНК на РНК, но и осуществляет синтез второй комплементарной нити ДНК, а РНК – матрица распадается и удаляется.

Двунитевая ДНК синтезируется в цитоплазме, а затем перемещается в ядро и может встроиться в геном, образуя провирус. Такие МГЭ называют ретротранспозонами. Некоторые элементы перемещаются непосредственно как ДНК – элементы (транспозоны).

 

Транспозоны млекопитающих.

 

У млекопитающих в составе генома обнаружено несколько классов умеренно повторяющихся последовательностей:

1) CINE – элемент, содержащийся в ядре, это фрагменты длиной 100 – 300 п.о., чередующиеся с уникальными последовательностями от 1000 – 2000 п.о.

2) LINE – элемент, содержащийся в цитоплазме, длина более 5000 п.о., они чередуются с уникальными последовательностями до 35 тыс.п.о.

CINE и LINE представлены семействами, которые состоят из одинаковых элементов. В геноме человека CINE широко представлен элементом семейства Alu, члены это семейства имеют длину 300 п.о. и повторены в геноме 300 – 500 тыс. раз.

Приблизительно 3,5% генома человека приходится на долю этих повторов. Наименование Alu получил, т.к. содержит сайт узнавания рестриктазы Alul. Alu – повторы являются МГЭ и это ретротранспозоны.