Молекулярные основы классификации ретроэлементов.

Все ретроэлементы разделяют на содержащие длинные концевые повторы (long terminal repeats, LTRs) –вирусное надсемейство; и не содержащие их (non-LTR) - длинные диспергированные повторы (Long Interspersed Nuclear Elements, LINEs), короткие диспергированные повторы (Short Interspersed Nuclear Elements, SINEs,) и процессированные псевдогены.

Эндогенные ретровирусы и LINE относят к автономным элементам (ретро/иронспозонам), поскольку они содержат последовательности, кодирующие белки, необходимые для обратной транскрипции и последующей интеграции кДНК-копии ретроэлемента в геном. SINEs и процессированные псевдогены являются неавтономными элементами (ретропозоны), так как они не имеют собственных функциональных генов и перемещаются по геному пассивно. Предполагается, что для перемещения по геному эти элементы используют аппарат транспозиции LINE.

Вирусное надсемейство (Ty дрожжей, Copia дрозофила). Длина 1-11 тпн. Повторы мишени 4-6 пн. Кодирут активность обратной транскриптазы и или/интегразы. Могут содержать интроны (в субгеномной мРНК они подлежат удалению). 8%.

LINEs (L1, В1, В2мышь). Длина 6-8 тпн. Кодируют активность обратной транскриптазы/эндонуклеазы. Имеют одну или две неперекрывающихся открытых рамки считывания. Повторы мишени 7-21 пн. 17%.

В растениях присутствует другой тип малых мобильных элементов, называемых MITE (miniature inverted-repeat transposable elements) с инвертированными повторами, не кодируют белков и имеют длину от 200 до 500 пн.

Невирусное надсемейство – их ретропозоны являются вырожденными и не кодируют никаких собственных белков (SINEs (Млекопитающие) псевдогены транскриптов ДНК-полимеразы 3). Длина меньше 0,3 тпн. Повторы мишени 7-21 пн. Интронов нет. 15%

Alu-повтор, Alu-элемент короткая последовательность ДНК, которая была открыта при

обработке ДНК человека рестриктазой AluI.

Alu повтор принадлежит к классу коротких диспергированных повторов (SINE).Alu-повторы различных типов в большом количестве представлены в геномах приматов. В человеческом геноме они являются одними из самых распространенных элементов.

Alu повтор произошёл от гена, кодирующего7SL РНК(англ.),которая является компонентом сигнал-распознающей частицы.

В геноме человека содержится около 1млн копий Alu-повтора, что составляет около 10,7% от всего генома. Только 0,5% от общего числа Alu-повторов полиморфны.

Изучение Alu-повторов важно в контексте генетики популяций человека и вопросов эволюции приматов, в том числе и человека.

Инсерции Alu-повторов иногда могут быть вредны и вызывать наследственные заболевания. Однако в большинстве случаев инсерции Alu-повтора являются только маркерами болезней и присутствие определённой аллели не означает, что её носитель обязательно будет иметь данную болезнь. С инсерциями Alu-повторов могут быть связаны следующие заболевания человека:

саркома Юинга

Рак молочной железы

Гемофилия

Сахарный диабет 2го типа

семейная гиперхолестеринемия

Следующие заболевания могут связаны с однонуклеотидным полиморфизмом в Alu-повторах, влияющим на уровень транскрипции:

Рак легких

Рак желудка

Болезнь Альцгеймера

 

40. Процессированные псевдогены и схема их образования –по лекции

Псевдогены – тупики эволюции. Некоторые псевдогены обладают тем же планом строения, что и активные гены. Экзоны и интроны псевдогена расположены в тех же местах, что и у гена-гомолога.

Псевдогены возникают путём потери геном активности в результате мутаций, нарушающих стадию(ии) экспрессии

Нарушения могут затрагивать сигналы инициации транскрипции, сплайсинг в местах соединения экзонов и интронов, или провоцировать преждевременную терминацию трансляции (нонсенс мутация), одна аминокислота меняется на другую (миссенс мутация).

1. Собственно псевдогены или унитарные псевдогены (unitary pseudogenes)–участки генома, близкие в структурном отношении к функционально активным генам, но не являющиеся их аллельными формами.

Причиной нефункциональности псевдогена могут служить мутации в регуляторной или кодирующей области, иметь дефектный стоп-кодон или содержать лишь часть кодирующей или регуляторной областей.

2. Процессированный псевдоген представляет собой производную последовательность мРНК (процессированный псевдоген полипептидов) или тРНК, полученной в ходе обратной транскрипции.

ДНК-копию мРНК, встроенную в геном клетки, называют процессированным псевдогеном.

Процессированные псевдогены не несут никакой информации, которая могла бы быть использована в поддержку события транспозиции.

Не содержат вставочных последовательностей.

Не содержат интронов.

У них отсутствуют прямые и инвертированные концевые повторы

На 3`-конце одной из цепей имеется А-богатый участок

Основной источник клеточной ревертазной активности –это элементы LINES

Непроцессированные дуплицированные псевдогены.

 

Геном. Размеры генома.

Гено́м — совокупность наследственного материала, заключенного в гаплоидном наборе хромосом клеток данного вида организмов.

Состав генома прокариот- 1. Кодирующие последовательности генов,2. Нетранслируемые области генов: 5’ – и 3‘ – концевые районы, интроны. 3. Регуляторныйе элементы генома: промоторы, терминаторы транскрипции, сайты связывания регуляторных белков, сайты связывания рибосом, сайты связывания с клеточными мембранами.4. мобильные элементы. Интегроны. 5. Профаги и интегрированные в хромосому плазмиды. 6. CRISPR – структуры.

Большую часть генома прокариот составляют последовательности, кодирующие белки и РНК. Интроны у бактерий и архей встречаются как в генах, кодирующих рибосомные и транспортные РНК, так и белок- кодирующих генах. Однако частота встречаемости интронов в генах прокариот гораздо ниже, чем у эукариот. Геномы прокариот являются динамичными даже в пределах одного вида. Полученные путем секвенирования генома одного конкретного штамма сведения не позволяют говорить о геноме всего вида из-за штаммовых различий в генном составе и размерах геномов.

Разнообразие геномов-1. Чёткая корреляция между размером генома и генетической сложностью отсутствует. 2. Минимальный размер генома возрастает пропорционально увеличению сложности организма. 3. Размеры геномов могут сильно варьировать даже в пределах одного таксона.

 

IS-элементы – это сегменты ДНК, способные как целое перемещаться из одного участка локализации в другой. IS – элементы содержат лишь те гены, которые необходимы для их собственного перемещения – транспозиции.

Транспозон – сегмент ДНК, обладающий теми же свойствами, что и IS – элементы, но содержащие также гены, не имеющие непосредственного отношения к транспозиции (гены устойчивостик антибиотикам, гены токсинов…)

Парадокс С это несоответствие между размером генома и фенотипической сложностью организма. Суммарное содержание ДНК в гаплоидном наборе различных организмов отличается более чем в 200000 раз.

Минимальный размер генома в пределах филогенетической группы увеличивается от прокариот к млекопитающим.

 

Парадокс N это большие различия в фенотипической сложности высших эукариот, имеющих приблизительно одинаковое число генов. Уникальная комбинаторика объединения экзонов в филогенезе и во время экспрессии – может объяснить парадокс N. Многочисленные экспериментальные доказательства переводят феномен в разряд нерешённых проблем функционально-значимых некодирующих нуклеиновых последовательностей.

Строение эукариотических геномов: уникальные и повторяющиеся последовательности- Кинетика реассоциации молекулы ДНК после денатурации позволяет разделить последовательности по частоте их встречаемости в геноме. Подавляющее большинство генов – это уникальные для генома последовательности. В пределах одного таксона более крупные геномы содержат не большее число генов, а большее число повторяющихся участков ДНК. Существенная часть повторяющихся участков ДНК представляет собой транспозоны.

 

В эукариотических геномах соотношение различных компонентов последовательности сильно варьирует. Общий размер уникальных последовательностей ДНК возрастает с увеличением размера генома, достигая плато на уровне = 2*109.

Только 1% генома человека состоит из кодирующих регионов. 2. Экзоны составляют около 5% от общей длины гена; сами гены (экзоны и интроны) составляют около 25% генома. 3. Геном человека содержит от 20000 до 25000 генов. 4. Около 60% генов человека могут экспрессироваться по механизму альтернативного сплайсинга. 5. До 80% случаев альтернативного сплайсинга приводят к изменению последовательности белка, таким образом протеом человека представлен 50000-60000 различных полипептидных цепей.