Синдром гибридного дисгенеза у Drosophila melanogaster

Синдром гибридного дисгенеза у Drosophila melanogaster

СИНДРОМ ГИБРИДНОГО ДИСГЕНЕЗА У DROSOPHILA MELANOGASTER

Введение

Мобильные генетические элементы (МГЭ) представляют дискретные сегменты

ДНК, которые могут перемещаться из одного местоположения в другое внутри

хромосом или между ними. На данный момент мобильные генетические элементы

обнаружены в геномах практически всех изученных организмов (Хесин, 1984).

Геном Drosophila melanogaster содержит около 50-ти различных семейств

мобильных генетических элементов, которые вместе составляют 10-15 % ДНК

этого вида (Finnegan, Fawsett, 1986; FlyBase, 1999). Число копий элементов

отдельных семейств варьирует от нескольких до сотни, и при активации они

могут оказывать значительное влияние на функционирование генома (Britten,

1997) и на генетическую изменчивость (Kidwell, Lisch, 1997). Мобильные

генетические элементы имеют несколько механизмов перемещения и могут

выполнять разные функции (табл. 3), в связи с чем, активация различных

семейств мобильных элементов может иметь как отрицательные, так и

положительные последствия для генома хозяина (Kidwell, Lisch, 1997).

Синдром гибридного дисгенеза

Некоторые МГЭ дрозофилы способны активироваться в особых межлинейных

скрещиваниях и вызывать совокупность генетических нарушений известных как

синдром гибридного дисгенеза (Kidwell et al., 1977; Bregliano et al.,

1980). Эти нарушения включают повышенную частоту мутаций, хромосомных

аберраций и рекомбинаций, температуро-зависимую стерильность (Bregliano et

al., 1980). К настоящему времени описано три независимые системы гибридного

дисгенеза, в которых проявление перечисленных выше нарушений обусловлено

активностью мобильных элементов I, P и hobo (Bregliano et al., 1980). Все

три системы имеют сложные механизмы регуляции активности мобильных

генетических элементов. Эти механизмы напрямую связаны с процессами

транспозиции и репарации, поэтому реагируют на действие факторов, влияющих

на эти процессы. Исследование вопроса функционирования систем гибридного

дисгенеза в неблагоприятных условиях окружающей среды может иметь большое

теоретическое и прикладное значение (Иващенко и др., 1990).

P-M система гибридного дисгенеза была открыта в середине 70-х годов

(Kidwell et al., 1977) и на сегодняшний день является наиболее изученной по

отношению к H-E и I-R системам. За возникновение этой системы гибридного

дисгенеза отвечает мобильный элемент P (Engels, 1989). В соответствии с

наличием в геноме P-элементов различают несколько типов линий Drosophila

melanogaster (Raymond et al., 1991). P-линии содержат 30-60 копий P-

элемента, одна треть из которых состоит из полных P-элементов, а две трети

из дефектных (O'Hare, Rubin, 1983; O'Hare et al., 1992). Эти линии имеют P-

цитотип. В геноме M-линий отсутствуют P-элементы, и они имеют M-цитотип.

Синдром гибридного дисгенеза наблюдается только при скрещивании самок из M-

линий (Maternal) с самцами из P-линий (Paternal), однако поскольку P-

цитотип наследуется по материнской линии, потомство от обратных скрещиваний

между P-самками и M-самцами обычно нормальное. Дополнительно различают

также M' и Q линии. M' или псевдо-M линии имеют в геноме множество

дефектных P-элементов, однако, характеризуются наличием слабого потенциала

репрессии (M-цитотип) (Simmons et al., 1987). Некоторые M'-линии способны

индуцировать определенные аспекты гибридного дисгенеза. Q-линии также несут

в геноме дефектные элементы и, подобно P-линиям, имеют P-цитотип. Q-линии

обладают способностью индуцировать дисгенез в скрещиваниях с истинными M-

линиями (Simmions et al., 1985).

В настоящее время P-элемент подробно изучен на молекулярном уровне,

что позволяет нам более четко представить его функции в P-M системе

гибридного дисгенеза. Как уже было отмечено, в геноме Drosophila

melanogaster встречаются структурно и функционально гетерогенные P-

элементы (O'Hare, Rubin, 1983). Полноразмерный P-элемент имеет длину 2907

п.н. и характеризуется наличием терминальных инвертированных повторов

размером 31 п.н. и субтерминальными инвертированными повторами размером 11

п.н., которые необходимы для его перемещения (O'Hare, Rubin, 1983).

Внутренняя часть содержит небольшой инвертированный повтор с неизвестными

функциями и ген транспозазы, состоящий из четырех экзонов и трех интронов

(Engels, 1989). Ген транспозазы кодирует белок необходимый для перемещения

P-элемента, поэтому полноразмерный P-элемент сам контролирует свое

перемещение, т. е. является автономным (Rio et al., 1986). Кроме

полноразмерных P-элементов, в геноме различных линий Drosophila

melanogaster встречаются дефектные копии (O'Hare et al., 1992). К ним

относится KP элемент, который имеет делецию в центральном участке,

захватывающую 808-2560 нуклеотиды (Black et al., 1987), элементы A12 и D50

(Engels, 1989; Rasmusson et al., 1993). Дефектные P-элементы не способны к

синтезу транспозазы, но благодаря сохранности интактных терминальных и

субтерминальных последовательностей, они могут перемещаться с

использованием транспозазы полноразмерных элементов (Engels, 1989).

На сегодняшний день известно два типа регуляции активности P-элемента

(Engels, 1989). Первый тип регуляции ограничивает активность P-элемента

только клетками зародышевой линии, второй тип регулирует активность P-

элемента в дисгенных скрещиваниях. Ограничение активности P-элемента только

клетками зародышевой линии является следствием регулируемого сплайсинга

мРНК (Laski et al., 1986). В зародышевых клетках сплайсируются три интрона,

что ведет к образованию транспозазы. В соматических тканях третий интрон не

удаляется и, вследствие присутствия в этом интроне стоп-кодона, образуется

усеченный белок, который действует как репрессор (Robertson, Engels, 1989).

Тканеспецифичный сплайсинг является следствием действия соматических

факторов, ингибирующих сплайсинг третьего интрона (Siebel et al., 1992).

Механизм регуляции транспозиций P-элемента в дисгенных скрещиваниях

еще не понят полностью. На непродолжительный срок (несколько поколений) эта

регуляция наследуется по материнской линии, но на более длительный срок

определяется хромосомно, самими P-элементами. Такой тип регуляции в клетках

зародышевой линии именуется P-цитотипом, ее отсутствие обозначается как M-

цитотип. Модель, предложенная для объяснения принципов детерминации и

наследования P-цитотипа, основана на альтернативном сплайсинге пре-мРНК P-

элемента на уровне 2-3 интрона. Этот альтернативный сплайсинг определяет

продукцию транспозазы или репрессора. Сплайсинг зависит от концентрации

пре-мРНК P-элемента, будучи менее эффективен, когда концентрация низкая

(O'Hare et al., 1992). В P-цитотипе промотор P-элемента репрессирован, что

ведет к низкой концентрации пре-мРНК и к синтезу репрессорного белка.

Наоборот, в дисгенных условиях P-промотор не репрессирован, что ведет к

высокой концентрации пре-мРНК и к синтезу транспозазы. Эта модель была

первоначально подтверждена генетическими методами (Lemaitre et al., 1993) и

затем данными молекулярного анализа (Roche et al., 1995). Репрессионная

способность P-элемента зависит также от структуры и положения в геноме

(Ronsseray et al., 1997).

Высокий уровень регуляции перемещений P-элемента предполагает высокую

чувствительность P-M системы гибридного дисгенеза к действию ДНК-

повреждающих факторов и к нарушениям в процессах репарации. Действительно,

это подтверждается многочисленными экспериментальными факторами. Показано,

что облучение влияет на эффекты транспозиций P-элемента в условиях

гибридного дисгенеза, что повышает выход рецессивных и доминантных

летальных мутаций (Margulies et al., 1986, 1987). Наблюдаемый при этом

эффект синергичного действия облучения и активности транспозона, вероятнее

всего, связан с индукцией этими двумя факторами однотипных повреждений ДНК,

а именно, двунитевых разрывов. Способность P-элемента вызывать такие

серьезные повреждения ДНК, а также активность на премейотических стадиях

развития яйцеклеток, обусловливает повышенный интерес к вопросу о

функционировании P-M системы гибридного дисгенеза в условиях нарушения

репарации. Особое значение могут иметь мутации в генах mei-9+ и mei-41+,

контролирующих одновременно мейотическую рекомбинацию и репарацию (Sekelsky

et al., 1998). При исследовании системы транспозиций в условиях гибридного

дисгенеза у линий с мутациями генов репарации mei-9+, mei-41+ и mus101+ не

наблюдали видимого эффекта на уровень рекомбинации у самцов и инсерционный

мутагенез (Slatko et al., 1984). Мутации mei-41 и mus101 имели продленный

Страницы: 1, 2