Wandering gene in interiorul nostru
genetician britanic Dzhon Berdon Haldane o dată wittily a remarcat: „Lumea nu este doar surprinzător, decât ne imaginăm - el este un uimitor decât ne putem imagina.“ Ce crezi despre un om care ar fi anunțat brusc că în celulele noastre, unele parti ale genomului sunt sarind pe helix ADN-ului, ca un guler purici pe un vagabond? Că el a jucat prea o fantezie?
O mulțime de aceste critici a trebuit să asculte geneticianul american Barbara McClintock, care a anunțat în primul rând pentru comunitatea științifică a existenței de gene mobile. La sfârșitul anilor 1940, prin studierea genei de porumb, se constată că activitatea genei pot acționa unele elemente necunoscute capabile, pe presupunerea naviga DNA. Această nouă ipoteză a fost atât de revoluționar încât geneticieni colegii întâlnit-o, în conformitate cu memoriile în sine McClintock, o lipsă totală de înțelegere și „tăcere de piatră“.
A fost nevoie de aproape patru decenii pentru ideile sale inovatoare au primit recunoaștere deplină. După cum a remarcat pe bună dreptate fizicianul român și laureat al Premiului Nobel V. L. Ginzburg, un om de știință trebuie să fie de lungă durată, dacă el vrea să aștepte recunoașterea muncii lor. În 1983, Comitetul Nobel a acordat Premiul McClintock în vârstă de 80 de ani, în Fiziologie sau Medicină „pentru descoperirea unor elemente genetice mobile“. În discursul său Nobel, ea a spus aceste cuvinte: „Genomul este un celule de organe extrem de sensibile, care este capabil să inițieze sub stres lor proprii de restructurare și de reînnoire.“
Un element genomice cu adevărat mobile (de asemenea, cunoscut sub numele de transpozoni, sau „sarind gene“) au fost descoperite trei decenii după prezicerile teoretice, în 1970. Inițial Shtarlinger P. și D. Shapiro a descoperit un procedeu simplu elemente transpozabile, numite insertionala (intercalar) in bacterii. capacitatea lor de a induce mutații în cele mai simple organisme a fost stabilită. Sa constatat că introducerea acestor elemente în genomul bacterian poate fi de la câteva la câteva sute de bucăți. De exemplu, o bacterie dizenterie Shigella dysenteriae este cunoscut astăzi ca multe 200 de copii ale elementelor transpozabile. Studiu de gene mobile de bacterii este de mare importanță practică, deoarece cu ei direct legate de capacitatea bacteriilor de a dobândi rezistență la antibiotice.
După elemente transpozabile bacteriene au fost gasite in organisme complexe. În 1976, un grup de geneticieni sovietici, VA Gvozdev si colegii sai au fost capabili să le găsească în Drosophila. Mulți ani mai târziu, se dovedește că aceste elemente de fructe zboara în felul său unic. Ele efectuează funcția lor telomerazei - enzima, creste scurtarea cu fiecare diviziune celulară, capetele ADN (telomere). De asemenea, a constatat că aceste elemente sunt foarte similare în structură a retrovirusuri umane, printre care cel mai faimos - virusul imunodeficienței umane (HIV).
gena misterios
Exon - site-ul genei poartă informații despre o structura de proteine.
CpG-insule - parcele compacte aranjament de nucleotide perechi citozină-guanină.
Intron - o parte a genei care nu conține informații despre secvența de aminoacizi.
Sateliți - nucleotide ale secvenței sunt (câteva sute de mii de perechi de baze) porțiuni foarte lungi de ADN cu tandem ( „cap la coadă“) blocuri de repetarea perechilor scurte 5-200 baze.
LTR-retrotranspozonii - retroelements mobile repetițiile terminale lungi (repetițiile terminale lungi).
SINE - retroelements scurt intercalate (elemente scurte intercalate).
LINE - lung alternativ retroelements (elemente lungi intercalate).
Acum, dupa ce a studiat protozoare si Drosophila, este rândul pentru a găsi „sarind“ gene in vertebrate, inclusiv la oameni, iar acest lucru a fost făcut în curând. A devenit clar faptul că genomul elementelor mobile sunt extrem de frecvente în natură. Ei sunt acum în toate organismele vii, care au venit numai la om de știință de mână - de la bacterii la mamifere. La om, ele reprezintă o mare parte a secvenței ADN - mai mult de 40%.
Unele dintre genele mobile, cum ar fi animale de companie, a primit de la descoperitorii numele lor: Magellan, Attila, Penelope, Turism, Charlie, Adormita, Emigrantul, Aurora (the „fosta“ - a pierdut mobilitatea - transposonul a fost descoperit de oamenii de știință români și numit după cruiser legendar).
Legacy Virus
Pe transpozoni reprezintă aproximativ 3% din secvența de ADN uman. Și detectarea de noi gene mobile în această clasă continuă. Deci, în urmă cu câțiva ani, există mai multe tipuri de elemente mobile au fost descoperite de către română Vladimir Kapitonov genetician si colegii sai: Harbinger, Helitron și Polinton. După cum sa dovedit, ele sunt foarte asemănătoare cu unele virusuri și bacterii gene în mișcare.
Se taie și inserați
Astăzi, toate elementele în mișcare ale genomului organismelor superioare pot fi împărțite în două mari clase: transpozoni ADN (sau transpozoni) și retrotransposons. O astfel de divizare a apărut din cauza diferitelor mecanisme moleculare prin care aceste elemente sunt deplasate de-a lungul ADN-ului. În acest articol vom lua în considerare doar prima clasă de elemente mobile.
transpozoni ADN sunt utilizate pentru mecanismul lor de deplasare, care a fost definirea cut și paste (cut și paste) în literatura de specialitate. După ce a primit un semnal de la un exterior este activarea genei responsabile de sinteza unei transpozază enzimă specială. Această genă este din transpozon, ceea ce face un rol important. După această transpozază, se deplasează de-a lungul ADN-ul este propriul ei transpozon semne speciale (se repetă răsturnate), care limitează din ambele părți. S-au găsit transposon tăiate îngrijit transpozază și mutat într-o altă locație, pregătit pentru ADN-ul său, care este inserată într-o încălcare pretăiată.
Ctrl-C sau Ctrl-X?
Elementele genomice mobile sunt împărțite în două mari clase: transpozoni ADN și retrotransposons. Primul este folosit pentru a muta principiul „tăiat și lipiți“, iar al doilea - „copy si paste“.
- transpozon ADN-ul într-o anumită parte conține informații despre structura enzimei transpozază. In procesul de citire (transcriere) molecula de ARN este format, care este transportat în citoplasmă și intră ribozomului, unde „manual“ transpozază construct. Enzima este returnat la miezul și se deplasează de-a lungul ADN-ul își găsește transpozon însemnele speciale - așa-numitele duplicate. Apoi transposon transferat în gaura pregătită de ADN țintă, iar ADN-ul original este reticulat.
Uneori, transpozază codificat într-un singur transpozonului, se mută și alte elemente, mobile similare, inclusiv a celor care dețin gena transpozază este deteriorat. Se pare un fel de ajutor reciproc între elementele mobile (sau, dacă preferați, parazitism unii pe alții). Se loveste o complexitate uimitoare și coerența tuturor acestor procese, deoarece acestea sunt controlate de o forță nevăzută, ca și în cazul în care un bun conductor al unei orchestre. Trebuie să recunosc că o mulțime de aceste procese interne dificile dincolo de cercetători înțelegere - acestea sunt atat de bine organizate, complexe și coordonate unele cu altele.
Și etapa finală: embedded crosslinks ADN transpozon cu noua locație. Locul din care transpozonul „salt“, trece printr-un proces de reparare (restabilire a integrității ADN-ului). Sau, în cazul în care „salt“ a avut loc în timpul diviziunii celulare, într-un spațiu gol este introdus elementul copie, luată de sora a moleculei de ADN. Într-o a doua variantă de realizare există o „reproducere“ a transposonul - cromozom devine un element mobil mai mult. Astfel de mișcări sunt un pericol potențial pentru celulele și întregul organism.
Domestice și sălbatice
În prezent, se estimează aproximativ 100 de anomalii genetice umane, care sunt cauzate de elemente mobile în mod direct. Și lista continuă să se extindă. Este de asemenea evident că genele mobile cumva asociate cu inaintarea in varsta - varsta este detectat consolida activitățile lor cauzate de slăbirea mecanismelor represive.
Pentru o lungă perioadă de timp după deschiderea sa crezut că prin elemente în mișcare se pot aștepta doar probleme - de exemplu, mutații care duc la boli prin inserarea transpozonului într-o genă care codifică o proteină sau ARN sau activitatea lor de reglementare. Acest punct de vedere exploratorii au aderat și structura ADN D. Watson și Crick. Dar, în ultimii ani, există dovezi că transpozoni sunt încă „domesticite“ și să se întoarcă de la paraziți în structurile utile.
Expertul nostru:
Vladimir Alekseevich Gvozdev. Șef al Departamentului de Moleculara celule Genetica Institutul de genetica moleculara, profesor de la Universitatea de Stat din Moscova, academician al Academiei de Științe din Rusia:
„Așa cum se întâmplă de obicei în știința experimentală de bază, descoperirile apar dintr-o dată, ei nu pot planifica - pune o sarcină, și în procesul de a încerca să-l rezolve găsit ceva complet nou și neașteptat, pur și simplu nu treci. Astfel, odată livrate G. P. Georgievym sarcină investiga principiile aparatelor zona gene de reglementare la animale multicelulare au dus la descoperirea elementelor din genomul zbura de fructe de transport - model de Drosophila obiecta genetica moleculara remarcabile. A destul alte lucrări în același timp, nu se mai afla pe Drosophila, sa constatat ca genele constau din bucăți separate de segmente de ARN de codificare, care sunt apoi cusute împreună pentru a forma un ARN complet ce codifică proteina. Nimeni nu ar fi putut prezice, iar această descoperire a fost distins cu Premiul Nobel. "
Se crede că elementele mobile ale clasei transpozonilor au fost active în cursul evoluției timpurie a animalelor multicelulare, dar la strămoșul omului și maimuțe a oprit mișcarea lor în genomul acum aproximativ 40 de milioane de ani. Moștenirea acestor transpozoni vechi om, de asemenea, niște gene locul de muncă, inclusiv asigurarea funcționării mecanismului unic prin care ne luptăm o invazie extraterestră în corpul nostru.
Prin acest mecanism includ proteine RAG - descendenții direcți ai enzimei transpozază mobile din familia transpozonilor clasa transib (element de descoperit celebrele „transpozoni Hunter“, genetician română Vladimir Kapitonov). Mai mult decât atât, acest tip de transpozon identificat numai in genomul de nevertebrate, care au trecut în evoluția enzimei sale majore vertebrat, care ne-a dat o oportunitate de a sintetiza proteine RAG. Ei, ca un designer priceput, colectate din diferite structuri ale genelor anticorpului prin combinarea fragmentelor ADN în celulele sistemului imunitar - limfocite.
Probabil, în evoluția transpozoni decât o dată acționat ca instrument activ al mutațiilor, declanșând mișcarea lor crearea diversității genetice. Astăzi, după secvențierea genomului uman sunt aproximativ 50 de gene, direct de la transpozonul a avut loc.
Deci, treptat, în lumina datelor acumulate, lăsând doar evaluarea negativă a elementelor mobile. În schimb, astăzi mulți oameni de știință au tendința de a le vizualiza ca „fond de gene“ de organisme, care sunt utilizate pentru stresul de dezvoltare și de confruntare. Tot ceea ce este acum asociat cu elemente genetice mobile, este studiat în mod activ în mai multe laboratoare din întreaga lume, pentru că, în afară de interesul pur științific, este de mare valoare practică - gene în mișcare au fost strâns asociate cu dezvoltarea, îmbătrânirea și multe patologii.