17. Подвижные элементы генома: классификация, структура и механизмы перемещения.

Различают два класса подвижных элементов: транспозоны и рет­ротранспозоны. Та­кая классификация основана на механиз­мах, с помощью которых перемещаются подвижные элементы. Транспозоны перемещаются с участием комплекса белков, обеспечиваю­щего активность фермента транспозазы, которая узнает элемент и обеспечивает его перенос на новое место. Транспозоны ограничены с двух сторон ин­вертированными по­вторами, то есть последовательностями, направленными навстречу друг другу. Инвертированные повторы сближаются и точно отрезаются от соседних участков ДНК хозяина. Вырезанный транспозон внедряется в район вносимого транспозазой разрыва в молекуле-мишени и сшивается с ДНК хо­зяина в новом месте. Подвижность элементов становится возможной благодаря активно­сти ферментов, кото­рые способны точно вырезать элемент из хромосомы для того, чтобы затем вставить его в другое место генома. Брешь в ДНК, оставляемая после вырезания транспозона, может зале­чиваться с участием гомологичного участка, например сестринской молекулы ДНК. Рет­ротранспозоны не умеют вырезаться из хромосомы, как это делают транспозоны. Механизм их перемещения осно­ван на реакции обратной транскрипции - синтеза нити ДНК на РНК. Химическая реакция протекает так же, как при об­разо­вании нити комплементарной ДНК на ДНК-матрице при репликации двух­нитевой молекулы ДНК. Обратная транскрипция была обнаружена при изуче­нии ретровирусов, содержащих РНК. Фермент, осуществляющий реак­цию синтеза ДНК на РНК, называют об­ратной транскриптазой или ревертазой. Ревертаза ведет синтез нити ДНК на РНК и осуществляет синтез второй ком­плементарной нити ДНК, а РНК-матрица распадается и удаляется. Двухнитевая ДНК синтезируется в цитоплазме, а затем перемещается в ядро и может встро­иться в геном, образуя провирус. Находясь в хромосоме, провирус наследуется в ряду поколений как обычный ген. Провирус ограничен длинными конце­выми повторами (ДКП). Они необходимы для транскрипции провируса и его репликации (воспроизведения). Левый повтор со­держит промотор, с которым взаимодействует РНК-полиме­раза, начинающая синтез. Синтезиро­ванная молекула РНК транслируется с образованием белков-ферментов, необходимых для синтеза ДНК провируса и его внедрения в ге­ном. Для встраивания (интеграции) ДНК провируса необходим фермент интеграза, раз­резающий ДНК-мишень. Может слу­читься, что в процессе обратной транскрипции и реп­ликации ДНК в состав будущего провируса случайно попадет материал других клеточных генов. Ревертаза работает неточно. Если такая ошибочно скопи­рованная последовательность попа­дет в состав провируса и в геном клетки, то это событие может привести к злокачественному перерождению клетки. Поэтому ретро­вирусы, несущие протоонкогены, опасны для клетки и организма. Ретротранспозоны распро­странены у эукариот, населяя геномы дрожжей, растений, насекомых, позво­ночных и человека. Процесс синтеза ДНК при размноже­нии ретротранспозона с участием ревертазы происходит в вирусоподобных частицах. Но частицы неинфекционны, т.к. большая часть ретротранспозонов не содержит гена, кото­рый кодирует белок оболочки вирусной частицы, обеспечивающей ее выход из клетки и способность к заражению других клеток. Ретротранспозоны пред­ставляют собой внутригеномные, неинфекционные эле­менты, способные к самовоспроизведению и "подзаражению" того же генома. Другой класс ретротранспозонов не несет длинных концевых по­второв. Механизм внедрения осуществляется с помощью об­ратной транскрипции. К числу таких рет­ротранспозонов относятся представители семейства L1, насе­ляющие геном человека.