Простые последовательности ДНК в геномах эукариот

Кратко рассмотрены распространение простых последовательностей ДНК з геномах различных организмов, их локализация, возможные функции, происхождение и эволюция. Обсуждена возможность участия этих последовательностей в регуляции работы генов и рекомбинациях....

Ausführliche Beschreibung

Gespeichert in:

Bibliographische Detailangaben
Datum:	1989
Hauptverfasser:	Ермак, Г.З., Картель, Н.А.
Format:	Artikel
Sprache:	Russian
Veröffentlicht:	Інститут молекулярної біології і генетики НАН України 1989
Schriftenreihe:	Биополимеры и клетка
Schlagworte:	Обзоры
Online Zugang:	http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/154975
Tags:	Tag hinzufügen Keine Tags, Fügen Sie den ersten Tag hinzu!
Назва журналу:	Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
Zitieren:	Простые последовательности ДНК в геномах эукариот / Г.3. Ермак, Η.Α. Картель // Биополимеры и клетка. — 1989. — Т. 5, № 4. — С. 14-23. — Бібліогр.: 80 назв. — рос.

Institution

Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine

id	irk-123456789-154975
record_format	dspace
spelling	irk-123456789-1549752019-06-17T01:32:18Z Простые последовательности ДНК в геномах эукариот Ермак, Г.З. Картель, Н.А. Обзоры Кратко рассмотрены распространение простых последовательностей ДНК з геномах различных организмов, их локализация, возможные функции, происхождение и эволюция. Обсуждена возможность участия этих последовательностей в регуляции работы генов и рекомбинациях. Коротко розглянуто поширення простих послідовностей ДНК у геномах різних організмів, їхня локалізація, можливі функції, походження і еволюція. Обговорено можливість участі цих послідовностей у регуляції роботи генів і рекомбінаціях. Spreading of simple DNA sequences in genomes of different organisms as well as their localization, possible functions, origin and evolution are briefly considered. Those sequences are discussed for the possibility to participate in regulation of gene activity and recombinations. Probable mechanisms of simple sequences formation are shown. A conclusion is made that these sequences are not «selfish DNA» but are active and progressive elements. 1989 Article Простые последовательности ДНК в геномах эукариот / Г.3. Ермак, Η.Α. Картель // Биополимеры и клетка. — 1989. — Т. 5, № 4. — С. 14-23. — Бібліогр.: 80 назв. — рос. 0233-7657 DOI: http://dx.doi.org/10.7124/bc.0000CD http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/154975 575.113+577.21 ru Биополимеры и клетка Інститут молекулярної біології і генетики НАН України
institution	Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
collection	DSpace DC
language	Russian
topic	Обзоры Обзоры
spellingShingle	Обзоры Обзоры Ермак, Г.З. Картель, Н.А. Простые последовательности ДНК в геномах эукариот Биополимеры и клетка
description	Кратко рассмотрены распространение простых последовательностей ДНК з геномах различных организмов, их локализация, возможные функции, происхождение и эволюция. Обсуждена возможность участия этих последовательностей в регуляции работы генов и рекомбинациях.
format	Article
author	Ермак, Г.З. Картель, Н.А.
author_facet	Ермак, Г.З. Картель, Н.А.
author_sort	Ермак, Г.З.
title	Простые последовательности ДНК в геномах эукариот
title_short	Простые последовательности ДНК в геномах эукариот
title_full	Простые последовательности ДНК в геномах эукариот
title_fullStr	Простые последовательности ДНК в геномах эукариот
title_full_unstemmed	Простые последовательности ДНК в геномах эукариот
title_sort	простые последовательности днк в геномах эукариот
publisher	Інститут молекулярної біології і генетики НАН України
publishDate	1989
topic_facet	Обзоры
url	http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/154975
citation_txt	Простые последовательности ДНК в геномах эукариот / Г.3. Ермак, Η.Α. Картель // Биополимеры и клетка. — 1989. — Т. 5, № 4. — С. 14-23. — Бібліогр.: 80 назв. — рос.
series	Биополимеры и клетка
work_keys_str_mv	AT ermakgz prostyeposledovatelʹnostidnkvgenomahéukariot AT kartelʹna prostyeposledovatelʹnostidnkvgenomahéukariot
first_indexed	2025-07-14T07:00:41Z
last_indexed	2025-07-14T07:00:41Z
_version_	1837604737325727744
fulltext	53 Nierhaus К. H., Rheinberger Η. / . Transfer RNA binding to ribosomes— 2 Site- or more / / Ibid.— N 8.— P. 280. 54 Prince J. B., Garrett R. A. Transfer RNA binding to ribosomes — 2 Mtes or r/. ,n.·- / , ' Ibid. 55. Кириллов С, B4 Семенков Ю. П. Взаимодействие тРНК с рибосомами ( .·'Молску- " ляр. биология.— 1984.—18, № 5.—С. 1249—1263. 56. Wintermeyer W., Robertson J. Μ. Transient kinetics of transfer ribonucleic bin- ding to the ribosomal A and P sites: observation of a common intermediate : :: '·!·.· ·: / , Biochemistry.— 1982.—21, N 9 .—P. 2246—2252. 57. Кириллов С. В. Механизм кодоп-аптикодонового взаимодействия в риб-: iMd.·: / / Итоги науки и техники,— М. : ВИНИТИ, 1983.—С. 5—98. (Сер. Виол. ліі. :.·!:;: Т. 1 8 ) . 58. Mechanism of ribosomal translocation / W. Wintermeyer, R. Lill, H. Paulsen. . .jM. Ro- b e r t s o n / / S t r u c t u r e , function and genetics of ribosomes / Eds B. ITardestA-. G. Kra- mer.—New York: Springer, 1986.—P. 523—540. ITii-T молекуляр. биологии и генетики АН УССР, Киев Получено i7.r<_:Xi MODELS OF ELONGATION: TWO OR THREE IRNA BINDING SITES ON THE RIBOSOME? Μ. V. Rodnina Institute of Molecular Biology and Genetics, Academy of Sciences of the Ukrainian SSR S u in m a г у Three-site models of the ribosomal elongation cycle are discussed. The controversial - x- perimental data on the interaction between tRNA and the third ribosomal site cE) are presented. The functional role of the E site in the translocation process is considered. The alternative three-site model based on different tRNA orientation d uring t:ie elonga- tion cycle on the ribosome is discussed. It is concluded that the classical two-site mode! is to be extended on the basis of the recent experimental data. У Д К 575.113 + 577.21 Г. 3. Ермак, Η. Α. Картель ПРОСТЫЕ ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНОСТИ ДНК В ГЕНОМАХ ЭУКАРИОТ Кратко рассмотрены распространение простых последовательностей ДНК з геномах различных организмов, их локализация, возможные функции, происхождение и эволю- ция. Обсуждена возможность участия этих последовательностей в регуляции работы генов и рекомбинациях. Геномы различных организмов (особенно эукариот), кроме последова- тельностей Д Н К , кодирующих белки, содержат ряд других, в том чис- ле и так называемые простые последовательности. К ним относят после- довательности Д Н К , состоящие из тандемно повторяющихся нескольких или одного нуклеотида. Например, простой можно назвать гетерополи- мерпую чередующуюся последовательность поли(с1А—dT) -поли((1Т) X X (dA) или гомополимер поли(dA)-поли(dT) (для краткости в дальней- шем будем обозначать их AT и А соответственно). Четких представле- ний о структуре и функции простых последовательностей пока нет, так как исследуются они сравнительно недавно. Длина этих последователь- ностей может быть сколь угодно большой, но, как правило, она не пре- вышает 100 иуклеотидов. Нижняя граница длины также довольно ус- ловна и чем меньше ее принять, тем чаще такая последовательность будет представлена в различных геномах. Последовательности длиной до 10 иуклеотидов — явление вполне обычное в различных геномах, длиной 14 иуклеотидов и более встречаются гораздо реже, а у эубакте- рий они вообще не детектированы [1]. Возможно, это и есть нижняя 14 ISSN 0233-7657. Б И О П О Л И М Е Р Ы И К Л Е Т К А 19S9. Т. 5. ЛЬ 4 граница длины простых последовательностей и, имея только такую (до- статочно большую) длину, эти последовательности могут выполнять ка- кую-то специфичную функцию. К простым вряд ли можно отнести довольно большие повторяющи- еся последовательности типа Alul-последовательностей человека или Bl-последовательностей мыши. К типу простых мы также не относим сателлитные Д Н К (сатДНК) , так как, во-первых, в большинстве слу- чаев они не обнаруживаются в виде отдельного пика при центрифуги- ровании молекул Д Н К в градиентах плотности солей цезия и, во-вторых, чаще всего имеют иные характеристики (количество копий и локализа- ция в геноме) и, вероятно, иные функции нежели сатДНК. Распространение. О наличии простых последовательностей в гено- мах стало известно в связи с изучением первичной структуры генов. В настоящее время представляется возможной количественная оценка содержания той или иной последовательности путем гибридизации Д Н К с синтетическими зондами. Таким способом были проверены гено- мы различных организмов. Однако очень часто наблюдаются значитель- ные отличия в литературных данных. Например, содержание простой последовательности CA в геноме дрозофилы, согласно оценкам разных авторов, составляет: 0,003 [2], 0,05 [3], 0,2 [4] и 1,94 % [5]. Вероятнее всего, причиной таких отклонений являются различия в условиях гибридизации, применяемых этими авторами. А условия оп- ределяются как нуклеотидным составом изучаемой последовательности (чем выше GC-содержание, тем более жесткими условия должны быть), так и ее длиной (чем она короче, тем мягче условия). Следовательно, для каждого типа простой последовательности нужно подбирать свои ус- ловия гибридизации. Возможно влияние и других неизвестных факто- ров в процессе гибридизации. В связи с этим мы не стали приводить цифровых выражений со- держания простых последовательностей в различных геномах (табли- ца) . Однако, по-видимому, можно вполне обоснованно утверждать, что практически все они принадлежат к классу умеренных повторов. Наи- более часто повторяются последовательности CA, GA (до IO5 на гапло- идный геном) и значительно реже — последовательность GC [2, 4, 6 — 1 0 ] . Наличие простых последовательностей в геномах эукариот Existence of simple sequences in eukaryote genomes Организм П р о с т ы е п о с л е д о в а т е л ь н о с т и Л и т е р а т у р н ы й источник Организм CA GA А G CG AT GC CAT GATA Л и т е р а т у р н ы й источник Человек + + + + + + + + [ 2 ] , [ 4 ] , Π 1 - 1 3 ] Дрозофила + + + + + + 4 - Г2-- 4 ] , [ 1 1 ] , [ 1 4 — 1 6 ] Морской конек + + + + + Г4] - 4 ] , [ 1 1 ] , [ 1 4 — 1 6 ] Стилонихия + + + + + Г4] Дрожжи + + + + + + + \2] . Г4] , [ П ] , [ 1 7 ] Теленок + + — Г21 . Г4] , [ П ] , [ 1 7 ] Мышь + + + + № . Г8] . [ 1 5 ] , [ 1 6 ] Шпорцевая № . Г8] . [ 1 5 ] , [ 1 6 ] лягушка + + [2], [7] Ячмень + + + + Собственные данные Π ρ и м e ч а її и е. ( + ) — наличие, (—) — отсутствие последовательности в геноме. Наибольшее количество простых последовательностей содержится в геномах эукариот. У прокариот они отсутствуют либо их очень мало. По крайней мере, при анализе всех известных последовательностей, хранящихся в GenBank, в геномах прокариот не обнаружены последо- вательности длиной более (CA)5 , (GA)5, (AT)6 [1]. В митохондриальных и хлоропластных геномах наличие простых последовательностей явление также довольно редкое. Известна лишь 15 ISSN 0233-7657. Б И О П О Л И М Е Р Ы И К Л Е Т К А 19S9. Т. 5. ЛЬ 4 одна работа, где показапо, что в митохондриальных геномах существуют короткие блоки AT, и выявлен один случай (AT) i 5 [1]. В литературе имеются сведения о наличии простых последователь- ностей в геноме архебактерий [5], что в настоящее время нельзя счи- тать доказанным, поскольку результаты основаны только на данных по гибридизации Д Н К , а необходимого сиквенирования последовательности не проводили. Кроме того, в работе Гросса и Гаррарда [1] эти последо- вательности в геноме архебактерий не выявлены, хотя чувствительность использованного ими метода позволяла детектировать одну последо- вательность длиной 14 и более нуклеотидов на геном. Таким образом, можно констатировать, что наличие простых по- следовательностей— характерная черта ядерных геномов эукариот. Локализация в геноме. Вопрос о том, имеются ли какие-то законо- мерности расположения простых последовательностей в геномах, оста- ется пока открытым. Распространено мнение, что эти последовательности диспергирова- ны в геномах и не имеют строгой локализации в определенных участках. Они могут быть расположены как в областях экзопов, так и нитронов, а также в межгенных пространствах Д Н К [2, 4, 6, 18, 19]. Однако с помощью гибридизации in situ на политенных хромосо- мах для некоторых последовательностей характер расположения уточ- нен. В частности, показано отсутствие последовательности CA в хромо- цептрах и в 4-й хромосоме дрозофилы [3]. Эти последовательности ло- кализованы в эухроматине и отсутствуют в большинстве гетерохромати- новых участков. Их содержание в Х-хромосомах приблизительно в два раза выше, чем в аутосомах [3, 20]. Похожая картина наблюдается и с квадриплетной последователь- ностью GATA. Этот миписателлит детектирован в половых хромосомах у различных эукариот [12, 14, 21, 22] и был успешно применен для мечения половых хромосом и последовательностей Д Н К , связанных с полом. Гибридизацией in situ показана локализация GATA в позитив- ном гетерохроматине Xq-хромосом у змей, где она группируется в трех блоках [22]. У цыпленка, мыши и человека эта последовательность детектирована в перицентрической области Y-хромосом [21]. Как в случае последовательности CA7 так и GATA, наблюдается тенденция к увеличению их содержания в половых хромосомах и, воз- можно, что они имеют какое-то отношение к процессам полового раз- вития организмов. Однако пока ничего нельзя сказать о других типах простых последовательностей, так как их подобным образом не изучал и. Возможные функции. В настоящее время для простых последова- тельностей пока не установлена какая-либо определенная функция в геноме. Скорее всего, универсальной функции для всех типов этих по- следовательностей вообще не существует и насколько они разнообраз- ны, настолько разнообразными могут быть и выполняемые ими функции. Участие простых последовательностей в том или ином процессе мо- жет быть обусловлено прежде всего их физическими свойствами: мень- шими энергетическими барьерами перехода из одной копформации Д Н К в другую по сравнению с иными последовательностями [23, 24], мень- шей температурой плавления альтернирующих гетерополимерных по- следовательностей по сравнению со случайными гетерополимерами, как это показапо в случае AT [25] и др. Важной может оказаться склонность простых последовательностей к формированию неканонических структур Д Н К . На сегодня пет чет- кого доказательства того, что эти последовательности формируют по- добные структуры in vivo, однако имеется ряд косвенных свидетельств в пользу этого. Показано, например, что при условиях среды, близких к существующим в живых клетках, последовательности GC, где гуанин либо цитозин модифицированы, могут принимать Z-форму Д Н К [26— 30]. В опытах с рекомбинаптпыми плазмидами при подавлении в клет- 16 ISSN 0233-7657. Б И О П О Л И М Е Р Ы И К Л Е Т К А 1969. 'Г. 5. N2 4 ках белкового синтеза продемонстрирована возможность формирования последовательностью GC Z-формы Д Н К [31] и последовательностью AT — крестообразных структур [32—34]. Гривз и др. [7, 35] выделили АТ-последователыюсть из генома Xe- nopus и также показали, что она способствует образованию крестооб- разных структур. Что касается наиболее широко представленной в геномах различ- ных эукариот последовательности CA, пока неясно, может ли она фор- мировать Z - Д Н К in vivo. Недавно появилось сообщение, что эта после- довательность в составе мииихромосом вируса SV40 организована как обычная нуклеосомпая цепь [36]. Вероятнее всего, что Z-форму Д Н К в клетках обычно образуют GC-последовательности. Это предположение основывается на следу- ющем. Во-первых, такое событие, скорее всего, в геноме не частое, так как в определенный момент времени не может существовать более од- ного участка в Z-форме на одну молекулу Д Н К [23, 37]. Во-вторых, GC-последовательности обладают наименьшим энергетическим барье- ром перехода В—Z [23]. Интересно, что Z-форму Д Н К принимают модифицированные после- довательности GC, причем, как у ж е было сказано, с большей вероят- ностью, нежели немодифицированные. В геномах различных организ- мов цитозин очень часто метилирован. Имеются убедительные данные о взаимосвязи между уровнем метилирования Д Н К и активностью генов [38]. В то же время показано, что метилирование может служить в качестве триггера во взаимопереходах между В- и Z-формами Д Н К [39]. Поэтому вполне возможно, что метилирование участвует в регу- ляции работы генов за счет В—Z-перехода Д Н К . Такая возможность подтверждена экспериментально. Рамеш и др. [30] наблюдали подав- ление репликации ДНК-полимеразой Escherichia coli при индуцирова- нии Z-формы в месте расположения последовательности Gm5C. Доказано, что простые последовательности транскрибируются. Пос- ледовательность CA детектирована в составе п о л и ( А ) + м Р Н К У мыши [8] и идентифицирована на политеппых хромосомах дрозофилы в со- ставе больших пуффов [16]. Кэчхофф [14] показал, что последовательность GATA в геноме дро- зофилы также активно транскрибируется, причем уровень ее транскрип- ции зависит как от вида ткани, так и от стадии развития мухи. Имеется ряд данных о том, что простые последовательности влия- ют иа уровень транскрипции генов. При исследовании действия после- довательности спейсера одного из промоторов фага λ на силу этого промотора, выявлено, что точечные замены не меняют его активности, а введение последовательности GC ослабляет его в 2—3 раза [40]. Ин- серцирование GC в ген IacZ Е. coli ингибирует экспрессию β-галакто- зидазы [41]. Ослабление экспрессии наблюдается т а к ж е при введении последовательности GC во фланкирующие области α-амилазного гена мыши [42]. Расселом и др. [43] на мутантных по одному из промоторов дрож- жах было продемонстрировано влияние длины последовательности А на экспрессию генов. Страхл [44] убедительно показал, что простая по- следовательность А наряду с ТАТА-боксом является конститутивным элементом транскрипции для многих генов у дрожжей. Интересно, что простые последовательности вносят свою лепту в экспрессию генов и при трансформации. При инъекции гена б-кристал- лина цыпленка совместно с фрагментами Д Н К , содержащими GC, в ядра мыши наблюдается угнетение экспрессии [45]. В случае котранс- фекции последовательностей GC и Gm5C, способных к формированию Z-формы, с бактериальным геном хлорамфепиколацетилтрансферазы происходит стимуляция экспрессии последнего, тогда как последова- тельности CA, AT, G, не образующие Z-формы Д Н К , экспрессии не сти- мулируют [46]. I S S N 0233-7657. Б И О П О Л И М Е Р Ы И К Л Е Т К А 1989. 'Г. 5. № 4 2 — 9-252 17 Эти феномены могут найти практическое применение в генетиче- ской инженерии и биотехнологии. Способность простых последовательностей к формированию нека- нонических структур и связь этих структур со сверхспирализацией [47], по-видимому, обусловливают участие этих последовательностей в про- цессах рекомбинации Д Н К , так как рекомбинация осуществима лишь в случае отрицательно сверхспирализоваиной Д Н К [48]. В настоящее время показапо, что для процесса рекомбинации важ- на первичная структура Д Н К и, в частности, необходимы палиндром- пые последовательности [49]. В качестве последних во многих случаях могут быть простые. Имеются конкретные примеры их влияния па ре- комбинацию. Так, Стрингером [50] продемонстрировано, что рекомби- нация в геноме вируса SV40 происходит в несколько раз чаще в обла- стях, содержащих последовательности CA, по сравнению с таковыми, не содержащими этих последовательностей. При моделировании про- цесса рекомбинации на плазмиде pBR322y содержащей вставку Д Н К вируса SV40, где были заключены блоки (GT)40 и (GT)45, выяснилось, что ее осуществление зависит от наличия этих блоков и делеции про- исходят по простым или прилегающим к ним последовательностям [51]. Недавно Кмейс и Холломан [52] описали рекомбинацию in vitro меж- ду плазмидами, содержащими последовательности GC, и неспособность к рекомбинации между этими плазмидами и плазмидами, содержащи- ми инсерции CA. Имеются также данные об увеличении уровня ре- комбинаций в клетках Е. coli при инъецировании в них последователь- ностей GC [53]. Можно предположить следующий механизм участия простых после- довательностей в рекомбинациях. Эти последовательности узнаются специфическими белками, которые, в определенный момент взаимодей- ствуя с ними, инициируют процесс рекомбинации. Такими белками, па- пример, могут быть rеc А из Е. coli или белок reel из Ustilago maydis, предпочтительнее связывающиеся с Д Н К в Z-форме, нежели в форме В [54, 55]. Вероятно, как в данном случае, узнавание происходит за счет необычных структур Д Н К . Но, возможно, именно связывание дан- ного белка с Д Н К приводит к образованию этих структур, как это про- исходит в случае FLP-белка, в присутствии которого области рекомби- пирующих сайтов становятся гиперчувствительными к Sl-пуклеазе [49]. В этой связи важно отметить, что Sl-нуклеаза узнает В—Z-переход [56], а альтернирующая В-форма, в образовании которой участвует последовательность AT [57], проявляет гиперчувствителыюсть, кроме Sl-нуклеазы, еще к ряду нуклеаз: Д Н К а з е І, Д Н К а з е II, нуклеа- зе фасоли [57], а также к рекомбинантной эндонуклеазе фага 77 [58]. Способность простых последовательностей быть «горячими точка- ми» рекомбинаций, по всей вероятности, тесно связана с функциониро- ванием иммуноглобулиновых генов. Дело в том, что переключение клас- са иммуноглобулинов может происходить за счет рекомбинаций Д Н К в участках, представленных этими последовательностями. В различных областях иммуноглобулиновых генов найдены последовательности CA [59—61], GA, CT и GGGAGA [59]. В соседстве с этими генами выявле- ны блоки TG [60—63], TTTGG и GCCTCT [63], а также вблизи них последовательности TCC и TCA [64]. Никайдо и др. [65] эксперимен- тально подтвердили, что рекомбинация в гене иммуноглобулина ини- циируется короткими повторяющимися последовательностями GAGCT или GGGGT. Последовательность CA может быть мишенью для специализиро- ванных рекомбииациоиных ферментов, участвующих в интеграции ви- руса SV40 и таким образом способствовать его интеграции [49]. Простые последовательности могут принимать участие в поддержа- нии структуры хроматина. В случае последовательности AT показано, что в присутствии гистоновых белков она способна формировать нуклео- сомы, причем, предпочтительнее связывается с гистоном H l [66]. 18 I S S N 0233-7657. Б И О П О Л И М Е Р Ы И К Л Е Т К А 19S9. Т. 5. ЛЬ 4 Возможны и другие функции простых последовательностей. Однако наиболее аргументированы в настоящее время предположения об их участии в регуляции генной активности и процессах рекомбинации. Происхождение и эволюция. Вероятно, появление простых последо- вательностей в геномах — процесс постепенный. Механизмов формиро- вания этих последовательностей может быть несколько. Наиболее ши- роко распространено мнение, что такие последовательности появились в результате реакций «проскальзывания» Д Н К в процессе репликации [3, 4, 67, 68]. Если «проскальзывание» осуществляется в участках ге- нома, мутации в которых не сказываются отрицательно на организме, то они могут сохраняться в ряду поколений и эволюционировать в даль- нейшем. У эукариот, где гены зачастую составляют меньшую часть ге- нома, таких не подверженных сильному селективному давлению участ- ков значительно больше. Следовательно, возможность появления про- стых последовательностей у эукариот выше, чем у прокариот, что и на- блюдается в природе. Простые последовательности могли образоваться и вне молекул Д Н К , синтезируясь de novo из дезоксирибонуклеозидтрифосфатов с по- мощью ДНК-полимеразы, как это продемонстрировано для AT, А или С [69]. Возможен синтез этих последовательностей и при наличии ко- ротких олигопуклеотидов как матрицы для ДНК-полимеразы [70]. Эти синтезированные de novo последовательности в дальнейшем могут быть инсерцированы в геном. Так, например, считается, что последователь- ности CA, скорее всего, инсерционпого типа, потому что во многих слу- чаях они фланкированы концевыми повторами [71—73]. Роджерс [74] предлагает модель ипсерцирования, согласно кото- рой оно происходит путем З'-полимеризации простых последовательно- стей па одном из концов разорванной нити перед синтезом к Д Н К или полимеризацией перед заполнением брешей. Еще одним механизмом формирования данных последовательнос- тей может быть неравный кроссипговер, как это предложено Смитом [75] в случае эволюции любых повторяющихся последовательностей. Таким образом, возможны следующие механизмы формирования простых последовательностей: «проскальзывание» Д Н К в процессе ре- пликации, синтез de novo простых последовательностей с последующим ипсерцированием их в геном и неравный кроссипговер. Эти пути являются только первой ступенью в процессе формирова- ния последовательностей, наблюдающихся в настоящее время. Сами участки Д Н К , состоящие из простых последовательностей, являются «горячими точками» для реакций «проскальзывания», что ве- дет к делециям или дупликациям. Возможность такого феномена под- тверждена экспериментально. Показано, что ДНК-полимераза I, на- чиная синтез олиго(dT)-участка, способна «забуксовать, проскальзы- вая» по нему [76]. В случае последовательности GC выявлено инду- цирование мутаций типа сдвига рамок считывания при образовании Z-формы Д Н К , в то время как последовательности AT и GT вызывают эти мутации в результате «проскальзывания» нитей в ходе репли- кации [77]. Изучено влияние последовательности CA па количество мутаций типа сдвига рамок считывания [78]. Наиболее часты делеции 2 п. о., ипсерции 2 п. о. и делеции 4 п. о., соотносящиеся как 1 8 : 6 : 1 соответ- ственно. При этом частота мутирования довольно высока — более 1 % для последовательности (CA)20. Поэтому простые последовательности могут быть важным инструментом в эволюции. При моделировании динамики числа копий повторяющихся после- довательностей показано, что неравный кроссипговер не играет боль- шой роли в эволюции простых последовательностей, но большое значе- ние, очевидно, имеют амплификация и репликация Д Н К [79]. Важное место в диспергировании простых последовательностей в геноме, по-видимому, занимают процессы выщепления и ипсерцирования фрагментов Д Н К . I S S N 0233-7G57. Б И О П О Л И М Е Р Ы И К Л Е Т К А 1989. Т. 5. № 4 2 * 19 Тотс И др. [6] недавно обнаружили интересную закономерность: в эволюции генома наблюдается тенденция к «простоте». Анализируя все известные последовательности, они пришли к выводу, что «простые мотивы» в геноме существуют с частотой в 5—10 раз большей по сравнению с той, которая должна быть при их случайной компоновке. Отметим, что этот феномен совпадает с тенденцией появления в гено- мах простых последовательностей: фактор «простоты» выше для эука- риот, чем для прокариот. Поэтому можно считать, что найдено проме- жуточное звено на пути формирования простых последовательностей в качестве «простых мотивов». Наличие таких последовательностей можно увязать с более слож- ной регуляцией процессов, происходящих в геномах эукариот. В первую очередь, сюда можно отнести экспрессию генов и мейотическое деле- ние в период рекомбинации. Как видно из вышеизложенного материа- ла, простые последовательности могут играть важную роль в этих процессах. Уровень содержания той или иной последовательности в геномах организмов разных таксономических групп отличается. Наблюдается тенденция к повышению содержания последовательности AT по сравне- нию с другими в различных органеллах [1]. Такое же направление на- блюдается у растений. По нашим данным, в геноме ячменя последова- тельность AT составляет около 0,1 %. Причем, имеются довольно про- тяженные блоки-—нами обнаружена последовательность (АТ)2в. Сравнительно высокое содержание последовательностей AT в ге- номе растений по сравнению с животными может быть связано с меха- низмом адаптации к окружающей среде, так как растения должны иметь какие-то иные возможности во взаимодействии с пей [80]. Скорость эволюционирования разных типов простых последователь- ностей может различаться. Последовательность CA считается консерва- тивной в эволюции [2, 3]. В то же время такие последовательности, как TTTGG и GCCTCT, встречаются в геномах мыши и лосося и отсутству- ют у человека [62]. Это свидетельствует о том, что данные последова- тельности не консервативны в эволюции и в геноме существуют меха- низмы, генерирующие либо делетирующие их. Заключение. Таким образом, краткий обзор имеющихся в литерату- ре сведений о простых последовательностях Д Н К позволяет сделать вывод о том, что они не являются некой «эгоистичной» частью генома. Эти последовательности могут участвовать в таких важных процессах, как регуляция работы генов, рекомбинации и др. Вполне обоснованно мнение о том, что простые последовательности могут быть источником генетической изменчивости и, следовательно, быть важным звеном в таком глобальном процессе, как эволюция генома. К сожалению, пока нельзя считать доказанным участие гой или иной последовательности в определенной функции. Остается надеяться, что с развитием методов современной биологии наши знания о простых последовательностях Д Н К в ближайшем будущем значительно рас- ширятся. С П И С О К Л И Т Е Р А Т У Р Ы 1. Gross D. S., Garrard Ψ. Т. The ubiquitous potential Z-forming sequences of eukaryo- tes (dT-dG) · (dC-dA)n, is not detectable in the genomes of eubacteria, archaebacteria or m i t o c h o n d r i a / / М о ї . Cell Biol.— 1986.—6, N 8 . — P . 3010—3013. 2. Hamada HPetrino M. G., Kakunaga T. A novel repeated element with Z-DNA-for- ming potential is widely found in evolutionarily diverse eukaryotic genomes / / Proc. Nat. Acad. Sci. USA.— 1982.—79, N 2 1 . — P . 6465—6469. .3. (dC-dA)n -(dG-dT)n sequences evolut ionary concerved chromosomal locations in Dro- sophila with implications for roles in chromosome s t ructure and function / M . L. Par - due, K. Lowenhaupt , A. Rich, A. N o r d h e i m / / E M B O J.— 1987.—6, N 6 . — P . 1781— 1789. 4 Tautz D., Renz M. Simple sequences are ubiquitous repetitive components of eukaryo- tic genomes / / Nucl. Acids Res.— 1984.—12, N 10,—P. 4127—4138. 5. Вашакидзе P. П., Прангишвили Д. А. Последовательности поли (дГ-дТ) · (дЦ-дА), 2 0 I S S N 0233-7657. Б И О П О Л И М Е Р Ы И К Л Е Т К А 19S9. Т . 5. ЛЬ 4 поли(дГ-дА) · (дЦ-дТ), поли(дГ) · (дЦ) и поли (дА) · (дТ) в геномах архебактерий/ / Докл. АН СССР.— 1987.—293, № 5.—С. 1243—1245. 6. Tauiz D., Trick Af., Dover G. A. Cryptic simplicity in DNA is a major source of gene- tic variation / / N a t u r e . — 1986.—322, N 6080.—P. 652—656. 7. Greaves D. R., Patient R. K. (AT) n is interspersed repeat in the Xenopus genome / / EMBO J.— 1985.—4, N 10.—P. 2617—2626. 8. Получение и характеристика клонов кДНК, содержащих простые последователь- ности (T) / (CA) генома животных / О. Н. Токарская, Э. Т. Джуманова, Н. С. Ку- приянова и д р . / / М о л е к у л я р . генетика, микробиология и вирусология.— 1986.— № 9.— С. 24—29. 9. Southern Ε. Al DNA sequences and chromosome s t r u c t u r e / / J . Cell Sci.— 1984.— Suppl. 1.—P. 31—41. 10. Delseny MLaroc.he Al, Penon P. Detection of sequences with Z-DNA forming po- tential in higher p l a n t s / / B i o c h e m . and Biophys. Res. Communs.— 1983.—116, N 1.— P. 113—120. 11. Wildeman A. G., Rasquinha J., Nazar R. N. A «CAT» family of repetitive DNA sequ- ences in Saccharomyces cerevisiae / / J. Biol. Chem.— 1986—261, N 29 — P . 13401 — 13403. 12. Ali S., Muller C. R., Epplen J. T. DNA finger printing by oligonucleotide probes spe- cific for simple repeates / / Hum. Genet.— 1986.—74, N 1.—P. 239—243. 13. Non-Alu family interspersed repeates in human DNA and their transcriptional acti- vity / L. Sun, К. E. Paulson, C. W. Schmid et a l . / / N u c I . Acids Res.— 1984.—12, N 6.— P. 2674—2686. 14. Kirchhoff Ch. GATA tandem repeats detect minisatellite regions in blowfly DNA (Diptera: Calliphoridae) / /Chromosoma.— 1988—96, N 2 ,—P. 107—111. 15. Crosshybridizing snake satellite, Drosophila and mouse DNA sequences may have arisen independently / G. Levinson, J. L. Marsh, J. T. Epplen, G. A. G u t m a n / / М о ї . Biol. E v o l . - 1985.—2, N 2 .—P. 494—504. 16. Singh L., Phillips C., Jones K. W. The conserved nucleotide sequences of Bkm, which define Sxr in the mouse, are t r ansc r ibed / /Ce l l .— 1984.—36, N 1 — P. 111 — 120. [7. Walmsley R. Al, Szostae /. W., Petes T. D. Is there left-handed DNA at the ends of yeast chromosomes? / / N a t u r e . — 1983,—302, N 5903.— P. 84—86. 18. Qasba P. K., Safaya S. K. Similarity of the nucleotide sequences of rat a-lactalbumin and chiken lysozyme genes / / I b i d . — 1984.—308, N 5957.—P. 377—380. 19. Proudfoot N. J., Gill A. The structure of the human zetaglobin gene and a closely linked, nearly identical pseudogene / / Cell.— 1982,—31, N 3 .—P. 553—563. 20. Huijeser P., Hennig W., Dijknot R. Poly (dC-dA)/(dG-dT) repeats in the Drosophila genome: a key function for dosage compensation and position effects? / / Chromoso- ma.— 1987.—95, N 3 ,—P. 209—215. 21. Base sequence of a cloned snake W-chromosome DNA fragment and identification of a male-specific putative mRNA in the m o u s e / J . T. Epplen, J. R. McCrrey, S. Sutou, S. Ohno / / P r o c . Nat. Acad. Sci. USA.— 1982.—79, N 12.—P. 3798—3802. 22. Simple GACA repeats characterize the X chromosomal heterochromatin of Microtus agrestis, European fiel vole (Rodentia, Cricetidae) / I. Nanda, H. Neitzel, K. Sper- ling et a l . / /Ch romosoma .— 1988.—96, N 3 .—P. 213—219. 23. Лазуркин Ю. С. ДНК: сверхспирализация и образование неканонических струк- тур U Биополимеры и клетка,— 1986.—2, № 6.—С. 283—292. 24. Crystal structure of Z-DNA without an alterning purine-pyrimidine sequence / M. J. Ellison, R. J. Kellcher, A. H.-J. Wang et a l . / / P r o c . Nat. Acad. Sci. USA.— 1985.—82, N 1 1 — P . 3611—3615. 25. Sequence dependent electrophoretic mobilities and melting temperatures for A-T con- taining oligodeoxvribonucleotides / W. D. Wilson, E. T. Zuo, R. L. Jones et al. / / Nucl. Acids Res.— 1987.—15, N 1.—P. 105—118. 26. Behe M. L., Felsenfeld G. Effects of metilation on synthetic polynucleotide: the B-Z transition in polv(dG-m 5dC)-poly(dG-m 5dC) / / P r o c . Nat. Acad. Sci. USA.— 1981.— 78, N 3 ,—P. 1619—1623. 27. Including of the Z conformation in poly (dG-dC)-poly(dG-dC) by binding of N-2-ace- tylaminofluorene to guanine r e s idues / R. M. Santella, D. Grunberg, I. B. Weinstein, A. R i c h / / I b i d . — P . 1451—1455. 28. Sage E., Leng M. Conformation of poly (dG-dC)-poly(dG-dC) modified by the carci- nogens N-acetoxy-N-acetyl-2-aminofluorene and N-hydroxy-N-2-aminofluorene / / Ibid.—1980,—77, N 8.—P. 4597—4601. 29. Antibodies specific for left-handed Z-DNA / E. M. Lafer, A. Moller, A. Nordheim et a l . / / Ib id .—1981.—78, N 6 .—P. 3546—3550. 30. Ramesh N., Shouche Y. S., Brahmachari S. /(. Recognition of B and Z forms of DNA by Escherichia coli DNA polymerase I / / J . Мої. Biol.— 1986,—190, N 4 .—P. 635— 638. 31. Haniford D. B., Pulleyblanli D. E. The in vivo occurence of Z D N A / / J . Biomol. and Struct. D y n . - 1983.—1, N 3 .—P. 593—609. 32. Haniford D. B., Pulleyblank D. E. Transition of a cloned d(AT) n -d (AT)n tract, to a cruciform in vivo / / N u c l . Acids Res.— 1985,—13, N 12,—P. 4343—4363. 33. Обнаружение крестообразных структур в сверхспиральных плазмидных Д Н К / С. М. Миркин, Д. Е. Джугей, И. Г. Панютин, В. И. Лямичев / /Физ . -хим. свойства биополимеров в растворе и клетках: Тез. докл. межд\гнар. симпоз.— Пущино, 1985.—С. 89. I S S N 0233-7G57. Б И О П О Л И М Е Р Ы И К Л Е Т К А 1989. Т. 5. № 4 2* 21 34. Ворличкова Лі, Кипр И. ДНК-Х: новая конформация поли (дА-дТ) · поли (дА-дТ) / / 16-я конф. ФЕБО: Тез. докл.—M., 1985.—522 с. 35. Greaves D. R., Patient R. К., Lilley D. Μ. / . Facile cruciform formation by an (A — T)34 sequence from a Xenopus globin gene / / J. Мої. Biol.— 1985.—185, N 3 — P. 461-478. 36. DAVl conformation and chromatin organization of a d(CA/GT) 3 0 sequence cloned in SV40 minichromosomes / A. Redriguez-Campos, M. Ellison, I. Perez-Grau, F. Azo- r i n / / E M B O J.— 1986.—5, N 7 .—P. 1727—1734. 37. Weintraub H. Assembly and propogation of represed and derepresed chromosomal s t a t e s / / C e l l . — 1985.—42, N 4,—P. 705—711. 38. Razin A., Riggs A. D. DNA methylation and gene function / / Science.— 1980—210, N 4470,—P. 604—610. 39. Effects of 5 cytosine methylation on the B — Z transition in DNA restriction frag- ments and recombinant p l a s m i d s / J . Klysik, S. M. Stirdivant, C. K- Singleton et a l . / / J. Мої. Biol.— 1983.—168, N 1.—P. 51—71. 40. Auble D. T., Allen T. I., Haseth P. L. Promoter recognition by Escherichia coli RNA polymerase. Effects of substitutions in the spacer DNA separating the —10 and —35 regions / / J . Biol. C h e m . - 1986.—261, N 24.—P. 11202—1 1206. 41. Horbach E., Miiller-Hill B. Insertion of d (pCpG) n -d (pCpG) n into the IacZ gene of Escherichia coli inhibits expression of β-galactosidase in vivo / / J . Мої. Biol.— 1988.— 202, N 1.—P. 157—160. 42. Ole O. Analysis of the effect of dG-dC homopolymer tails on expression of a mouse сб-amylase cDNA gene in y e a s t / / C a r l s b e r g Res. Communs.— 1987.—52, N 1 P. 91—97. 43. DXA sequences of two yeast promoter up mutants / D. W. Russel, M. Smith, D. Cox et al. / / N a t u r e . — 1983.—304, N 5927,—P. 652—654. 44. Siruhl K. Naturally occuring poly(dA-dT) sequences are upstream promoter elements for constitutive transcription in y e a s t / / P r o c . Nat. Acad. Sci. USA.— 1985.—82, N 24.—P. 8419—8423. 45. Hayashi Sh., Kondon H. In vivo competition of δ-crystallin gene expression by DNA fragments containing a GC box / / М о ї . and Cell. Biol.— 1986,—6, N 11.— P. 4130— 4132. 46. Ranjit B., Dezider G. Enhanced expression of the bacterial chloramphenicol acetyl- transferase gene in mouse cells cotransfected with synthetic polynucleotides able to form Z - D N A / / P r o c . Nat. Acad. Sci. USA.— 1986.—83, N 14,—P. 4988—4992. 47. Sinden R. R. Supercoiled DNA: biological s i g n i f i c a n c e / / J . Chem. Educ.— 1987.—64, N 4 ,—P. 294—301. 48. Gellert M., Nash H. Communication between segments of DNA during sitespecific recombination / /Na t i ; r e .— 1987.—325, N 6103.—P. 401—404. 49. Umlauf S. W., Cox Μ. M. The functional significance of DNA sequence structure in a site specific genetic recombination r e a c t i o n / / E M B O J.— 1988.—7, N 6 - P 1845—1852. 50. Stringer J. R. Recombination between polv[d(GT) ·d(CA)] sequences in simian virus 40-injected cultured c e l l s / / М о ї . Cell. Biol.— 1985.—5, N 4 .—P. 1247—1259. 51. Murphif K. E., Stringer J. R. RecA independent recombination of poly [(GT) -d (CA)] in PBR322 / / Nucl. Acids Res.— 1986 . -14, N 18,—P. 7325—7340. 52. Kmiec E. B., Holloman W. K. Homologous pairing of DNA molecules by Ust i laga reel protein is promoted by sequences of Z - D N A / / C e l l — 1986,—44, N 4 .—P. 545— 554. 53. Klysik J., Stirdivant S. M., Wells R. D. Left-handed DNA: cloning, characterization and instability of inserts containing different lengths of (dC-dG) in Escherichia co- li / / J. Biol. Chem.— 1982.—257, N 15.—P. 10152—10158. 54. Blaho /. A., Wells R. D. Left-handed Z-DNA binding by the recA protein of Esche- richia co/i / / Ibid.— 1987.—262, N 13.—P. 6082—6088. 55. Rich A. Z-DNA and homologous genetic r e c o m b i n a t i o n / / J . Cell. Biochem.— 1988.— Suppl. 12A.— P. 239. 56. Singleton C. K., Klysik /., Wells R. D. Conformational flexibility of functions bet- ween contignous B- and Z-DNAs in supercoiled p l a s m i d s / / P r o c . Nat. Acad. Sci. USA.— 1983.—80, N 9 .—P. 2447—2451. 57. Suggs J. W., Wagner R. W. Nuclease recognition of an al ternating structure in a d (AT) η plasm id i n s e r t / / N u c l . Acids Res.— 1986.—14, N 9 ,—P. 3703—3716. 58. Panaijotatos NFontaine A. A native cruciform DNA structure probed in bacteria by recombinant 77 endonuclease / / J . Biol. Chem.— 1987.—262, N 27.—P. 11364—11368. 59. Unusual sequences in the murine immunoglobulin μ-δ heavv-chain region / J. E. Ric- hards, A. C. Gilliam, A. Shen et a l . / / N a t u r e . — 1983.—306, N 5942,—P. 483—487. 60. Antibody diversity: somatic hypermutation of rearranged VH g e n e s / S . Kim, M. Da- vis, E. Sinn et al."// Cell.— 1981.—27, N 3 .—P. 573—581. 61. Nishioka Y., Leder P. Organization and complete sequence of identical embryonic and plasmacytoma k F-region g e n e s / / J . Biol. Chem.— 19-80.—255, N 8 ,—P. 3691 — 3694. 62. Hochtl J., Zachau H. G. A novel type of aberrant recombination in immunoglobulin genes and its implications for V-J joining m e c h a n i s m / / N a t u r e . — 1983.—302, N 5905.— P. 260—263. 63. Gebhard W., Zachau H. G. Simple DNA sequences and dispersed repetitive elements in the vicinity of mouse immunoglobulin K light chain genes / / J . Мої. Biol.— 1983.— 170, N 2 .—P. 567—573. 22 I S S N 0233-7657. Б И О П О Л И М Е Р Ы И К Л Е Т К А 19S9. Т. 5. ЛЬ 4 64. Simple DNA sequences in homologous flanking regions near immunoglobulin Vn genes: a role in gene interaction / J . B. Cohen, Iv Effrot, G. Rechari et al. / / Nucl. Acids Res.— 1982.—10, N 11.—P. 3353—3370. 65. Nikaido T., Nakai S., Honjo T. Switch region of immunoglobulin Cμ gene is com- posed of simple tandem repetitive sequences / /Na tu re .— 1981.—292, N 5826.— P. 845—848. 66. Non-polymorphic class I gene in the murine major histocompatibility complex / A. L. Mellor, Ε. H. Weiss, M. Kress et a l . / / C e l l . — 1984.—36, N 1.—P. 139—144. 67. Fautz D., Retiz M. Simple DNA sequences of Drosopfula virilis isolated by screening with R N A / / J . Мої. Biol.— 1984.—172, N 1.—P. 229—235. 68. Hentschel C. C. Homocopolymer sequences in the spacer of a sea urchin histone gene repeat are sensitive to S1 n u c l e a s e / / N a t u r e . — 1982.—295, N 5851.—P. 714—716. 69. Burd /. F., Wells R. D. Effect of incubation conditions on the nucleotide sequence of DNA products of unprimed DNA polymerase reactions / / J. Мої. Biol.— 1970.—53, N 3 — P. 435—459. 70. Wells R. D., Ohtsuka E., Khorana H. G. Synthetic deoxyribonucleotides as templates for the DNA polymerase of Escherichia coli: a new double-stranded DNA-Iike poly- mer containing repeating dinucleotide sequences / / Ib id .— 1965.—14, N 1.— P. 221 — 240. 71. Hamada H., Kakunaga T. Potential Z-DNA forming sequences are highly dispersed in the human g e n o m e / / N a t u r e . — 1982.—298, N 5872.—P. 396—398. 72. Etnerson B. M., Lewis C. D., Felsenfeld G. Interaction of specific nuclear factors with the nuclease-hypersensitive region of the chicken adult β-globin gene; nature of the binding d o m a i n / / C e l l . — 1985,—41, N 1.—P. 21—30. 73. Gebhard W., Zachau H. G. Simple DNA sequences and dispersed repetitive elements in the vicinity of mouse immunoglobulin K light chain genes / / J . Мої. Biol.— 1983.— 170, N 2 ,—P. 567—573. 74. Rogers G. CACA sequences — the ends and t h e · m e a n s ? / / N a t u r e . — 1983.—305, N 5930.— P. 101 — 102. 75. Smith G. P. Evolution of repeated DNA sequences by unequal crossover / / Science.— 1976,—191, N 4227.—P. 528—535. 76. Devos R., Tavernier /., Fiers W. Slippage of DNA polymerase I during synthesis of ds-cDNA / / N u c l . Acids Res.— 1988.—16, N 4 .—P. 1630. 77. Fuchs R. P. P., Freunds A.-M., Bichara M. The role of DNA structure in frameshift mutagenesis / / J . Cell. Biochem.— 1988.— Suppl. 12A.— P. 630. 78. Levinson G., Gutman G. A. High frequencies of short frameshifts in poly-CA/TG tan- dem repeats borne by bacteriophage M13 in Escherichia coli K-12 / / Nucl. Acids Res.—1987,—15, N 13.—P. 5323—5338. 79. Walsh J. B. Persistence of tandem arryas: implications for satellite and simple-se- quence DNAs//Genet ics .—1987.—115, N 3 .—P. 553—567. 80. Marx / . # . Instability in plants and the ghost of Lamarck / /Sc i ence .— 1984.—225, N 4656 — P . 1415—1416. Иіі-т генетики и цитологии АН БССР, Минск Получено 19.12.88 SIMPLE DNA SEQUENCES IN GENOMES OF EUKARYOTES G. Ζ. Ermak, Ν. Α. Kartel Institute of Genetics and Cytology, Academy of Sciences of the Byelorussian SSR, Minsk S u m m a r y Spreading of simple DNA sequences in genomes of different organisms as well as their localization, possible functions, origin and evolution are briefly considered. Those sequ- ences are discussed for the possibility to participate in regulation of gene activity and recombinations. Probable mechanisms of simple sequences formation are shown. A con- clusion is made that these sequences are not «selfish DNA» but are active and progressi- ve elements. I S S N 0233-7G57. Б И О П О Л И М Е Р Ы И К Л Е Т К А 1989. Т. 5. № 4 2* 23

Простые последовательности ДНК в геномах эукариот

Institution

Ähnliche Einträge