Страница 41 из 134
Ген slo человека,
Состоит из 35 экзонов (прямоугольники), 8 из которых (синие) могут или присутствовать или отсутствовать в зрелой мРНК Возможны 8! = 40 320 вариантов сплайсинга, но только около 500 из них обнаружены экспериментально.
Биологическая роль множественного спланснгта.
Разные типы волосяных клеток внутренне по уха реагируют на звуки разных частот от 20 до 20 000 герц. Различия клеток в восприятии частоты частично определяются свойствами ал тернатмвных сплайс-форм белка Slo.
Как определяется выбор между вариантами сплайсинга неизвестно
Известны случаи, когда с одного локуса образуются тысячи разных белков. К ним, в частности, относятся белки, которые образуются на поверхности нервных клеток. Таким образом, они, видимо, как-то участвуют в распознавании друг друга, и в формировании нейронных сетей. В этом случае происходит выбрасывание не только экзонов или интронов, но и может реализовываться и альтернативный участок инициации транскрипции. Такие случаи известны, в частности, для человека, когда у разных генов есть несколько разных промоторов, каждый из которых дает свою РНК, в которой, в зависимости от того, где он начался, будет дополнительный экзон, связанной с различной длиной транскрипта на 5' — конце.
Механизм сплайсинга
Процесс соединения одного экзона с другим происходит в участках определенной последовательности нуклеотидов. Донорный сайт сплайсинга всегда заканчивается одним из двух динуклеотидов, обычно — AG.
Консенсусная последовательность донорного и акцепторного участков сплайсинга в интронах и экзонах эукариот
В начале происходит нуклеофильная атака донорного экзона, затем происходит разрезание, кусочек GU заворачивается и присоединяется к А. Затем разрезается вторая часть, первый экзон соединяется со вторым, и образуется интрон.
Если посмотреть, какую долю гена составляют экзоны, то самый большой известный транскрипт (у гена миодистрофина) имеет длину около 2,5 миллионов нуклеотидов. У него в зрелую часть РНК переходит 14 тыс нуклеотидов (0,6 %), а остальные 99,4 % от первичного транскрипта выкидывается (интроны).
С ростом размеров гена в хромосоме его белок-кодирующая часть увеличивается незначительно, а количество интронов в гене растет. С ростом числа интронов растет число сайтов сплайсинга и вероятность их повреждения. Поэтому для генов с большим числом интронов потеря функции при мутации может быть связана не с белок-кодирующей частью ДНК, а с регуляторными элементами сплайсинга.
Секвенирование генома человека показало, что некоторые экзоны многократно повторены в геноме. Это могут повторы экзонов в составе одного гена, или присутствие одного и того же экзона в составе нескольких разных генов. Получается, что экзоны, основные элементы структуры РНК, то есть белок-кодирующие элементы, в процессе эволюции могут каким-то образом размножаться в геноме и «перетасовываться» между разными генами. Такое явление получило название exon shuffling — перетасовка экзонов. Ниже показаны разные белки, в которых содержатся одинаковые экзоны. Таким образом, оказывается, что эволюция — это нередко именно блоковые изменения генома, а не точечные изменения.
Генные дупликации и "тасующиеся" экзоны
Ген фибронектина содержит 12 копий экзона, кодирующего "палец" белка. Этот же модуль найдет в продуктах других генов. Он содержит также модули, встречающихся в белках определенных типов, таких как мембранные клеточные рецепторы и белки внеклеточюго матрикса.
Классификация генов по их функциям
На 2001 год для более 40 % генов человека не было никаких предположений относительно выполняемых функций. А для остальных раскладка была достаточно условной. Принадлежность белка к одному функциональному классу не исключает его принадлежности также и к другому классу. Например, то, что белок связывается с ДНК, не означает, что он не может быть еще и ферментом и т. д. Это — характеристика, которая была дана гену по той его части, которая связана с охарактеризованной функцией, но, вообще говоря, такая функция у белка может быть и не одна.
Распределение функций 26 383 генов человека
Больше всего генов отвечают за экспрессию, репликацию и поддержание функций генома; около 20 % — за передачу сигналов между клетками, около 17 % — за то, чтобы клетка сама по себе была здорова, и для других функции не классифицированы.
Оказывается, что у человека, по сравнению с дрожжами, бактериями и т. д., в геноме имеется больше генов регуляторов транскрипции. То есть, транскрипционные регуляторы сильно размножились в эволюционной линии млекопитающих, в частности, человека. Предполагается, что разнообразие регуляторов транскрипции обеспечивает большую тонкость реакции генома на сигналы внешней среды. То есть у млекопитающих больше число ансамблей координировано транскрибируемых генов, чем в других группах.
Сложность организации человека и.о. связана с большим количеством генных ансамблей, управляемых единичными кнопками: генами активаторами транскрипции. В эволюционной линии человека они сильно амплифицированы
Схема структурных элементов фрагмента генома человек» размером 50 т. п.н. в локусе Т-клеточного рецептора (хромосома 7).
Около половины длины фрагмента занимают элементы, структура и функция которых понятна. Это пены (экзоны и нитроны) и псевдогены, короткие (SINE)и длинные (LINE) диспергированные повторы, длинные концевые повторы (LTR), транспозоны, микросателлиты.
Выше показано, как выглядит кусок генома человека («50 000 п.н.). Около половины длины этого фрагмента ДНК занимают элементы, структура и функция которых понятна. Среди этих элементов есть гены (экзоны и интроны) и псевдогены — есть гены функциональные, а есть их нефункциональные копии. Они, обычно, не содержат интронов (считается, что после транскрипции и при преобразовании зрелой РНК возможен процесс встраивания ее обратно в геном в виде ДНК-копии; тогда это будет ген, содержащий лишний «хвост» и не содержащий интронов). А также короткие (SINE) и длинные (LINE) диспергированные повторы, длинные концевые повторы (LTR) — следы, оставшиеся после транспозиции, транспозоны, микросателлиты.
К 2001 году в геноме человека было выявлено 1112 "генов болезней" (то есть таких, мутации в которых ведут к заболеванию) и еще есть 94 "составных" гена, образующихся при опухолевых перестройках генома. Пока, в основном, раскрыты по механизму те заболевания, которые затрагивают белок-кодирующую часть гена. Возможно, не меньшее количество мутаций, вызывающих болезни, будет найдено и в участках регуляции транскрипции, сплайсинга и стабильности РНК.