Головна
Реферати » Реферати з біології » Синдром гібридного дисгенеза у Drosophila melanogaster

Синдром гібридного дисгенеза у Drosophila melanogaster

СИНДРОМ гібридний дисгенез У DROSOPHILA MELANOGASTER

Введення

Мобільні генетичні елементи (МГЕ) представляють дискретні сегменти
ДНК, які можуть переміщатися з одного пункту до іншого всередині хромосом або між ними . На даний момент мобільні генетичні елементи виявлені в геномах практично всіх вивчених організмів (Хесин, 1984).
Геном Drosophila melanogaster містить близько 50-ти різних сімейств мобільних генетичних елементів, які разом складають 10-15% ДНК цього виду (Finnegan, Fawsett, 1986; FlyBase, 1999). Число копій елементів окремих сімейств варіює від кількох до сотні, і при активації вони можуть мати значний вплив на функціонування геному (Britten,
1997) і на генетичну мінливість (Kidwell, Lisch, 1997). Мобільні генетичні елементи мають кілька механізмів переміщення і можуть виконувати різні функції (табл. 3), у зв'язку з чим, активація різних сімейств мобільних елементів може мати як негативні, так і позитивні наслідки для генома хазяїна (Kidwell, Lisch, 1997).

Синдром гібридного дисгенеза

Деякі МГЕ дрозофіли здатні активуватися в особливих міжлінійних схрещуваннях і викликати сукупність генетичних порушень відомих як синдром гібридного дисгенеза (Kidwell et al., 1977; Bregliano et al.,
1980). Ці порушення включають підвищену частоту мутацій, хромосомних аберацій і рекомбінації, температуро-залежну стерильність (Bregliano et al., 1980). До теперішнього часу описано три незалежні системи гібридного дисгенеза, в яких прояв перерахованих вище порушень обумовлено активністю мобільних елементів I, P і hobo (Bregliano et al., 1980). Всі три системи мають складні механізми регуляції активності мобільних генетичних елементів. Ці механізми безпосередньо пов'язані з процесами транспозиції і репарації, тому реагують на дію факторів, що впливають на ці процеси. Дослідження питання функціонування систем гібридного дисгенеза в несприятливих умовах навколишнього середовища може мати велике теоретичне і прикладне значення (Іващенко та ін., 1990).

PM система гібридного дисгенеза була відкрита в середині 70-х років
(Kidwell et al., 1977) і на сьогоднішній день є найбільш вивченої по відношенню до HE і IR системам. За виникнення цієї системи гібридного дисгенеза відповідає мобільний елемент P (Engels, 1989). Відповідно до наявності в геномі P-елементів розрізняють кілька типів ліній Drosophila melanogaster (Raymond et al., 1991). P-лінії містять 30-60 копій P-елемента, одна третина з яких складається з повних P-елементів, а дві третини з дефектних (O'Hare, Rubin, 1983; O'Hare et al., 1992). Ці лінії мають P-цітотіп. У геномі M-ліній відсутні P-елементи, і вони мають M-цітотіп.
Синдром гібридного дисгенеза спостерігається тільки при схрещуванні самок з M-ліній (Maternal) з самцями з P-ліній (Paternal), однак оскільки P-цітотіп успадковується по материнській лінії, потомство від зворотних схрещувань між P-самкамі і M-самцями зазвичай нормальне. Додатково розрізняють також M 'і Q лінії. M 'або псевдо-M лінії мають в геномі безліч дефектних P-елементів, однак, характеризуються наявністю слабкого потенціалу репресії (M-цітотіп) (Simmons et al., 1987). Деякі M'-лінії здатні індукувати певні аспекти гібридного дисгенеза. Q-лінії також несуть в геномі дефектні елементи і, подібно P-лініях, мають P-цітотіп. Q-лінії мають здатність індукувати дисгенез в схрещуваннях з істинними M-лініями (Simmions et al., 1985).

В даний час P-елемент докладно вивчений на молекулярному рівні, що дозволяє нам більш чітко представити його функції в PM системі гібридного дисгенеза. Як вже було зазначено, в геномі Drosophila melanogaster зустрічаються структурно і функціонально гетерогенні P-елементи (O'Hare, Rubin, 1983). Повнорозмірний P-елемент має довжину 2907 п.н. і характеризується наявністю термінальних інвертованих повторів розміром 31 п.н. і субтермінально інвертованими повторами розміром 11 п.н., які необхідні для його переміщення (O'Hare, Rubin, 1983).
Внутрішня частина містить невеликий інвертований повтор з невідомими функціями і ген транспозази, що складається з чотирьох екзонів і трьох интронов
(Engels, 1989). Ген транспозази кодує білок необхідний для переміщення
P-елемента, тому повнорозмірний P-елемент сам контролює своє переміщення, т. Е. Є автономним (Rio et al., 1986). Крім повнорозмірних P-елементів, в геномі різних ліній Drosophila melanogaster зустрічаються дефектні копії (O'Hare et al., 1992). До них відноситься KP елемент, який має делецию в центральній ділянці, захоплюючу 808-2560 нуклеотиди (Black et al., 1987), елементи A12 і D50
(Engels, 1989; Rasmusson et al., 1993). Дефектні P-елементи не здатні до синтезу транспозази, але завдяки схоронності інтактних термінальних і субтермінально послідовностей, вони можуть переміщатися з використанням транспозази повнорозмірних елементів (Engels, 1989).

На сьогоднішній день відомо два типи регуляції активності P-елемента
(Engels, 1989). Перший тип регуляції обмежує активність P-елемента тільки клітинами зародкової лінії, другий тип регулює активність P-елемента в дісгенних скрещиваниях. Обмеження активності P-елемента тільки клітинами зародкової лінії є наслідком регульованого сплайсингу мРНК (Laski et al., 1986). В зародкових клітинах сплайсіруются три интрона, що веде до утворення транспозази. В соматичних тканинах третій интрон не видаляються і, внаслідок присутності в цьому интроне стоп-кодону, утворюється усічений білок, який діє як репрессор (Robertson, Engels, 1989).
Тканеспеціфічний сплайсинг є наслідком дії соматичних чинників, що пригнічують сплайсинг третього интрона (Siebel et al., 1992).

Механізм регуляції транспозиций P-елемента в дісгенних скрещиваниях ще не зрозумілий повністю. На нетривалий термін (кілька поколінь) ця регуляція успадковується по материнській лінії, але на більш тривалий термін визначається хромосомно, самими P-елементами. Такий тип регуляції в клітинах зародкової лінії іменується P-цітотіпом, її відсутність позначається як M-цітотіп. Модель, запропонована для пояснення принципів детермінації і успадкування P-цітотіпа, заснована на альтернативному сплайсинге пре-мРНК P-елемента на рівні 2-3 интрона. Цей альтернативний сплайсинг визначає продукцію транспозази або репрессора. Сплайсинг залежить від концентрації пре-мРНК P-елемента, будучи менш ефективний, коли концентрація низька
(O'Hare et al., 1992). В P-цітотіпом промотор P-елемента репресований, що веде до низької концентрації пре-мРНК і до синтезу репрессорного білка.
Навпаки, в дісгенних умовах P-промотор НЕ репресований, що веде до високої концентрації пре-мРНК і до синтезу транспозази. Ця модель була спочатку підтверджена генетичними методами (Lemaitre et al., 1993) і потім даними молекулярного аналізу (Roche et al., 1995). Репрессіонним здатність P-елемента залежить також від структури і положення в геномі
(Ronsseray et al., 1997).

Високий рівень регуляції переміщень P-елемента передбачає високу чутливість PM системи гібридного дисгенеза до дії ДНК-ушкоджує чинників і до порушень в процесах репарації. Дійсно, це підтверджується численними експериментальними чинниками. Показано, що опромінення впливає на ефекти транспозиций P-елемента в умовах гібридного дисгенеза, що підвищує вихід рецесивних і домінантних летальних мутацій (Margulies et al., 1986, 1987). Спостережуваний при цьому ефект синергічного дії опромінення та активності транспозона, найімовірніше, пов'язаний з індукцією цими двома факторами однотипних ушкоджень ДНК, а саме, двунітевих розривів. Здатність P-елемента викликати такі серйозні пошкодження ДНК, а також активність на премейотіческіх стадіях розвитку яйцеклітин, обумовлює підвищений інтерес до питання про функціонування PM системи гібридного дисгенеза в умовах порушення репарації. Особливе значення можуть мати мутації в генах mei-9 + і mei-41 +, контролюючих одночасно мейотіческой рекомбінацію і репарацію (Sekelsky et al., 1998). При дослідженні системи транспозиций в умовах гібридного дисгенеза у ліній з мутаціями генів репарації mei-9 +, mei-41 + і mus101 + не спостерігали видимого ефекту на рівень рекомбінації у самців і инсерционно мутагенез (Slatko et al., 1984). Мутації mei-41 і mus101 мали подовжений ефект на нерасхождение хромосом і ембріональну смертність, посилюючи їх, присутність мутації mei-41 значно знижувало поява хромосом з P-елементами. Ці ефекти спостерігали тільки у мух з M-цітотіпом, що демонструє їх обумовленість синдромом гібридного дисгенеза. На підставі цих результатів зроблено висновок, що дефекти в процесі постреплікатівной репарації (мутація mei-41) підсилюють ті з проявів гібридного дисгенеза, яким супроводжують події клітинної загибелі та домінантною летальності (Slatko et al., 1984). Однак, ні постреплікатівной репарація (мутація mei-41) ні Ексцизійна репарація (мутація mei-9) не впливають на рівень рекомбінації у самців і частоту инсерций. У той же час показано, що в присутності мутацій mei-9 і mei-41 різко підвищується рівень індукованих гібридним дисгенезом видимих ??мутацій, в тому числі, в локусі singed (Eeken, Sobels, 1981). Важливість шляхів постреплікатівной і ексцизійної репарації для репарації ушкоджень, індукованих при транспозиція P-елемента, підтверджується дослідженням рівня стерильності в схрещуваннях з використанням ліній mei-9 і mei-41 (Margulies, 1990).
Показано, що при схрещуванні мух, які мають порушення системи репарації, з мухами, що мають активні P-елементи в геномі, спостерігається високий рівень термочувствительной стерильності, низька плодючість і передчасне старіння клітин зародкової лінії самців (Margulies, 1990).

Наступна з розглянутих систем гібридного дисгенеза пов'язана з активністю hobo-елемента (Yannopoulos et al., 1987). Hobo-елемент переміщається через освіту ДНК-посередника і належить до сімейства hobo-Ac-Tam3 (hAT) (Calvi et al., 1991). Повний hobo-елемент має довжину
2959 п.н. (Blackman et al., 1989). Він несе два інвертованих кінцевих повтору по 12 п.н. і утворює дупликацию в сайті инсерции розміром 8 п.н.
(McGinnis, 1983). Транспозиції hobo-елемента в HE системі гібридного дисгенеза специфічні для клітин зародкового шляху, хоча може спостерігатися слабка активність hobo в соматичних тканинах ембріонів (Calvi, Gelbart,
1994; Handler, Gomez 1995). Подібно P-елементу, активність hobo обмежена зародковими клітинами через відсутність транспозази в соматичних тканинах.
Проте, на відміну від P-елемента,

Сторінки: 1 2 3