25 интересных фактов о ДНК, которые помогут вам лучше понять себя. Есть у растений днк
Есть ли днк у растений
Генетики расшифровали ДНК первого цветкового растения на Земле
Генетики расшифровали ДНК первого цветкового растения на Земле
Наибольший интерес для эволюционных биологов представляют те растения и животные, которые являются связующими звеньями между классами и родами. Секвенирование генома этих "звеньев" позволяет понять, как и при каких условиях в ходе эволюции различные виды приобретали свои характерные свойства и почему преобразовывались из одного в другой.
Среди растений есть уникальный представитель такого связующего звена. Это амборелла, первое в мире покрытосеменное или цветковое растение. Амборелла произрастает в естественных условиях только в одном месте на Земле — в Новой Каледонии, острове в южной части Тихого океана. Репродуктивные структуры растения заключены в листочки, представляющие собой гибрид между лепестками и листьями.
Международная команда генетиков на протяжении нескольких лет занималась расшифровкой генома единственного вида − амбореллы волосистоножковой (Amborella trichopoda). Работа проходила в рамках проекта Amborella Genome Project.
Способность амбореллы создавать дупликаты своих хромосом стала ключевой в истории эволюции цветковых (фото Sangtae Kim).
"Филогенетически амборелла соответствует утконосам и однопроходным в царстве животных", — поясняет ведущий автор исследования Клод де Памфили (Claude de Pamphilis), эволюционный биолог из университета Пенсильвании.
Подобно тому, как расшифрованный геном утконоса помог биологам понять, как появились первые млекопитающие, расшифровка ДНК амбореллы позволила разобраться в ранней эволюции растений и появлении первых цветковых более 200 миллионов лет назад. Помимо этого учёным удалось описать общего предка цветковых и голосеменных растений. К последним относятся не менее распространённые сегодня на нашей планете хвойные деревья.
Женский цветок амбореллы волосистоножковой (фото Sangtae Kim).
Расшифровав геном амбореллы, исследователи сравнили данные с информацией о других растениях. Анализ показал, что предок всех цветковых приобрёл копию своего генома — это свойство называется полиплоидией. Полиплоидными являются многие современные представители класса покрытосеменных растений, к примеру, картофель имеет от двух до шести копий каждой хромосомы. Однако учёные утверждают, что именно амборелла стала первым полиплоидом среди цветковых и передала это свойство своим эволюционным потомкам.
Де Памфили, который возглавлял исследовательскую группу с 2011 года, сообщает в пресс-релизе, что способность амбореллы создавать дупликаты своих хромосом стала ключевой в истории эволюции цветковых. Изменения в "лишних" генетических копиях спровоцировали появление новых видов цветковых. Это в конце концов привело к тому разнообразию, которое мы наблюдаем сегодня.
Сами цветы у растений появились вследствие возникновения целой новой "коллекции" генов в хромосомных копиях (фото Sangtae Kim).
Сами цветы у растений появились вследствие возникновения целой новой "коллекции" генов в хромосомных копиях. Как показал анализ ДНК амбореллы, это произошло после того, как цветковые отделились от голосеменных растений. Около четверти генов, ответственных за цветение, уникальны для покрытосеменных, то есть не имеют никаких аналогов у голосеменных. В то же время остальные три четверти генов из этого набора являются общими для предка и того, и другого класса.
Впрочем, доказать напрямую причастность полиплоидности к видовой диверсификации (расширению разнообразия и увеличению количества видов) не удастся. Этот вывод, высказанный авторами исследования в статье, которая вышла в журнале Science, является логическим умозаключением из анализа генетического кода растения.
Есть ли днк у растений
Ученые из лаборатории Кью Джодрелла открыли, что растение под названием Paris japonica, которое произрастает в Японии, обладает самым большим геномом в мире. Размер его генома превышает геном человека и побил рекорд предыдущего рекордсмена Протоптера Большого (Protopterus aethiopicus).
Результаты исследования были опубликованы в журнале Botanical Journal, который издает Леннеевское общество.
Такая разница в размере геномов (количества ДНК) между растениями и животными восхищала и в то же время озадачивала ученых уже с самого своего открытия в начале двадцатого века. Как и почему они эволюционировали так по разному, все еще остается загадкой природы.
В мире существует ошеломляющее разнообразие в размерах генома. Самым маленьким геномом (не считая вирусы и бактерии, у которых геномы совсем маленькие) обладает паразит человека и других млекопитающих под названием Encephalitozoon intestinalis, весь набор его генов весит всего 0.0023 пг (пикограмма). Вес человеческого генома составляет 3 пг, что в 1300 раз больше, чем у вышеупомянутого паразита, но значительно меньше, чем у некоторых представителей животного и растительного царства.
Среди животных, некоторые амфибии обладают огромными геномами, но рекордсменом, до недавнего времени, был Протоптер Большой (Protopterus aethiopicus) с 132.83 пг. Среди растений, рекорд на протяжении 34 лет удерживал Рябчик лисьеягодный (ассирийский).
Считалось, что мы подошли к максимальному размеру, которого может достичь геном. Но этим летом группа ученых из лаборатории Кью, открыла, что геном растения Paris japonica, произрастающего в Японии, на 15 процентов крупней, чем у Протоптера Большого и составляет 152.23 пг.
Илья Лейтч, научный сотрудник лаборатории Джодрелла, сказал: «Мы были поражены, когда обнаружили, что это небольшое растение обладает таким крупным геномом — он настолько велик, что если его распутать, то он стал бы длиннее башни Биг-Бена в Лондоне.
«Некоторые люди спрашивают, что означает наличие такого крупного генома, и в чем отличие организмов с более крупным ДНК, от остальных. Такие организмы действительно обладают значительными отличиями, начиная с клеточного уровня и заканчивая организмом в целом. Ученые обнаружили, что растения с более крупным геномом подвергаются большему риску вымирания и менее адаптированы к жизни на загрязненной почве и к экстремальным условиям окружающей среды, что может негативно сказаться на них в наше нелегкое время».
Еще одним примером важности и значения размера генома животных и растений, является тот факт, что чем крупней геном, тем больше времени требуется клетки чтобы скопировать весь ДНК-код и разделиться. А это значит, что организму с более крупным геномом, может потребоваться больше времени на полный жизненный цикл, по сравнению с организмами, обладающими меньшим геномом. Не случайно многие растения, растущие в пустынях и вынужденные быстро расти после редких дождей, обладают небольшим геномом, который позволяет клеткам быстро делиться. Организмы с крупными геномами растут намного медленней и не выдерживают конкуренции в подобных местах обитания.
Размер генома взаимосвязан с размером ядра клетки в котором он храниться, ведь чем больше ДНК, тем больше ему требуется места.
Источники: Генетики расшифровали ДНК первого цветкового растения на ЗемлеНаибольший интерес для эволюционных биологов представляют те растения и животные, которые являются связующими звеньями между классами и родами. Секвенирование генома этих "звеньев" позволяеhttp://animalworld.com.ua/news/Genetiki-rasshifrovali-DNK-pervogo-cvetkovogo-rastenija-na-ZemleОбнаружен организм с самым большим ДНК в миреУченые из лаборатории Кью Джодрелла открыли, что растение под названием Paris japonica, которое произрастает в Японии, обладает самым большим геномом в мире. Размер его генома превышает геном человека и побил рекорд предыдущего рекордсмена Протоптера Большогоhttp://globalscience.ru/article/read/18802/
mega99.ru
25 интересных фактов о ДНК, которые помогут вам лучше понять себя
Невероятные факты ДНК является схемой нашего тела, и без нее нас бы не было. Это молекула, которая содержит генетическую инструкцию для развития и продолжает функционировать в каждом живом организме.
ДНК есть в каждой клетке нашего организма, сообщая ей какие белки производить. ДНК в наших клетках мы наследуем от родителей, благодаря чему у нас много схожих черт.
Она имеет форму двойной спирали, похожей на огромную спиральную лестницу, и каждая ступень на этой лестнице состоит из пары нуклеотидов. Когда ДНК копируется, иногда возникают ошибки, и эти ошибки известны как мутации.
Читайте также: Мы выбираем мужа или жену с похожим ДНК
Вот несколько интересных фактов о ДНК, которые помогут вам лучше понять себя.
Молекула ДНК
1. Бделлоидные коловратки – это микроскопические животные, которые на протяжении 80 миллионов лет оставались исключительно самками. Они размножаются, заимствуя ДНК других животных.
2. Если бы вам пришлось ежедневно по 8 часов печатать по одному слову в секунду, вам бы потребовалось 50 лет, чтобы напечатать геном человека.
3. Осы бракониды вместо яда вводят своим жертвам вирус, который подавляет иммунную систему и позволяет паразитической личинке осы расти внутри жертвы. Ученые обнаружили, что этот вирус не похож ни на один другой вирус на Земле. Ему больше 100 миллионов лет, и он, судя по всему, слился с ДНК осы.
4. Если вы вдруг перенесете трансплантацию костного мозга, в ДНК вашей крови будет присутствовать ДНК донора, что в прошлом приводило к ложным арестам.
5. У родных братьев и сестер 50 % общих генов, как и у родителей с детьми.
6. ДНК повреждается около 1 миллиона раз за день в каждой клетке нашего тела. К счастью, у нашего организма существует сложная система ее восстановления. Если бы этого не было, это бы приводило к раку или гибели клеток.
7. Если дело касается беспозвоночных, то дождевые черви являются нашими ближайшими родственниками. У нас больше общего ДНК, чем с тараканами и даже осьминогами.
8. Согласно ученым, у четырех семей в Исландии обнаружено ДНК, встречающееся только у коренных американцев. Свидетельства указывают на то, что викинги привезли коренную американку обратно в Европу около 1000 лет назад.
9. На международной космической станции есть жесткий диск, названный "диск бессмертия". Он содержит ДНК людей, таких как Лэнс Армстронг и Стивен Хокинг на случай всемирной катастрофы.
10. Брук Гринберг – девушка, которая всю жизнь выглядела, как ребенок, умерла в возрасте 20 лет. Ученые считают, что ее ДНК может стать ключом к биологическому бессмертию.
Читайте также: Умерла 20-летняя девушка, которая выглядела, как ребенок
ДНК человека
11. Около 8 процентов нашей ДНК состоит из древних вирусов, которые когда-то инфицировали людей.
12. Согласно ДНК исследованию, полинезийцы посетили Чили в 1300-х годах и обогнали Колумба, ступив на землю Америки почти на 200 лет раньше.
13. Около 2 грамм ДНК могло бы вместить всю мировую информацию, хранимую в цифровом виде.
14. Ученые записали песню из диснеевского мультфильма ("It's A Small World After All") в ДНК бактерии, которая устойчива к радиоактивности, чтобы на случай ядерной катастрофы люди в будущем или другие формы жизни смогли ее найти.
15. Замбийского врача Джона Шнеебергера обвинили в сексуальном насилии. Он имплантировал себе трубку с кровью другого человека, и когда у него брали кровь на ДНК, он смог обмануть специалистов. В конце концов, его все же удалось задержать.
16. ДНК людей на 99,9 процентов одинаковы. Отличия составляют последние 0,1 процент.
17. Генетическое содержание яйцеклетки можно заменить ДНК мужчины и затем оплодотворить сперматозоидом. Таким образом, двое мужчин могу стать родителями ребенка.
18. ДНК во всех ваших клетках могут растянуться на 16 миллиардов километров, если ее раскрутить. Это примерно расстояние от Земли до Плутона и обратно.
19. Хотя существуют сайты, предлагающие генетические тесты по слюне, подтверждающие ваше происхождение, ученые предупреждают, что это своего рода "генетическая астрология", и ее не стоит воспринимать серьезно.
20. 50 процентов вашего ДНК сходно с ДНК банана.
21. Ученые определили, что период полураспада ДНК составляет 521 год, а через 1,5 миллиона лет даже ДНК, сохраненное в лучшем виде, нельзя будет прочесть.
22. Из-за разрушения ДНК маловероятно, что мы когда-нибудь сможем клонировать динозавров или других доисторических животных.
23. Немецкая полиция однажды взяла образцы ДНК во время ювелирного ограбления. Образцы указали на близнецов Хассана и Аббаса О. Оба отрицали причастность к преступлению, несмотря на то, что полиция знала о том, что один из них совершил преступление.
Они не смогли определить, кто же из них его совершил, так как ДНК было практически идентичным, а по закону Германии подозреваемых нельзя было держать неопределенный срок. Таким образом, у полиции не было другого выбора, как отпустить подозреваемых.
24. У всех людей неафриканского происхождения есть следы ДНК неандертальцев.
25. В ходе Проекта глубинного захоронения Хорнслета датского художника Кристиана фон Хорнслета в 2013 году в глубочайшее место океана была опущена капсула времени. Капсула содержала образцы крови, волос и ДНК животных. Целью проекта стало сохранение ДНК, чтобы в будущем можно было вернуть к жизни вымершие виды.
Что значит ДНК
Что значит ДНК
Перевод: Филипенко Л. В.
www.infoniac.ru
хранение и передача. Генетический код. Цепочка ДНК
После открытия принципа молекулярной организации такого вещества, как ДНК в 1953 году, начала развиваться молекулярная биология. Далее в процессе исследований ученые выяснили как рекомбенируется ДНК, ее состав и как устроен наш человеческий геном.
Каждый день на молекулярном уровне происходят сложнейшие процессы. Как устроена молекула ДНК, из чего она состоит? И какую роль играют в клетке молекулы ДНК? Расскажем подробно обо всех процессах, происходящих внутри двойной цепи.
Что такое наследственная информация?
Итак, с чего все начиналось? Еще в 1868 нашли нуклеиновые кислоты в ядрах бактерий. А в 1928 г. Н. Кольцов выдвинул теорию о том, что именно в ДНК зашифрована вся генетическая информация о живом организме. Затем Дж. Уотсон и Ф. Крик нашли модель всем теперь известной спирали ДНК в 1953 году, за что заслужено получили признание и награду — Нобелевскую премию.
Что такое вообще ДНК? Это вещество состоит из 2 объединенных нитей, точнее спиралей. Участок такой цепочки с определенной информацией называется геном.
В ДНК хранится вся информация о том, что за белки будут формироваться и в каком порядке. Макромолекула ДНК — это материальный носитель невероятно объемной информации, которая записана строгой последовательностью отдельных кирпичиков — нуклеотидов. Всего нуклеотидов 4, они дополняют друг друга химически и геометрически. Этот принцип дополнения, или комплементарности, в науке будет описан позже. Это правило играет ключевую роль в кодировке и декодировании генетической информации.
Так как нить ДНК невероятно длинная, повторений в этой последовательности не бывает. У каждого живого существа собственная уникальная цепочка ДНК.
Функции ДНК
К функциям дезоксирибонуклеиновой кислоты относятся хранение наследственной информации и ее передача потомству. Без этой функции геном вида не мог бы сохраняться и развиваться на протяжении тысячелетий. Организмы, которые претерпели серьезные мутации генов, чаще не выживают или теряют способность производить потомство. Так происходит природная защита от вырождения вида.
Еще одна существенно важная функция — реализация хранимой информации. Клетка не может создать ни одного жизненно важного белка без тех инструкций, которые хранятся в двойной цепочке.
Состав нуклеиновых кислот
Сейчас уже достоверно известно, из чего состоят сами нуклеотиды — кирпичики ДНК. В их состав входят 3 вещества:
- Ортофосфорная кислота.
- Азотистое основание. Пиримидиновые основания — которые имеют только одно кольцо. К ним относят тимин и цитозин. Пуриновые основания, в составе которых присутствуют 2 кольца. Это гуанин и аденин.
- Сахароза. В составе ДНК — дезоксирибоза, В РНК — рибоза.
Число нуклеотидов всегда равно числу азотистых оснований. В специальных лабораториях расщепляют нуклеотид и выделяют из него азотистое основание. Так изучают отдельные свойства этих нуклеотидов и возможные мутации в них.
Уровни организации наследственной информации
Разделяют 3 уровня организации: генный, хромосомный и геномный. Вся информация, нужная для синтеза нового белка, содержится на небольшом участке цепочки — гене. То есть ген считается низший и самый простой уровень кодировки информации.
Гены, в свою очередь, собраны в хромосомы. Благодаря такой организации носителя наследственного материала группы признаков по определенным законам чередуются и передаются от одного поколения к другому. Надо заметить, генов в организме невероятно много, но информация не теряется, даже когда много раз рекомбенируется.
Разделяют несколько видов генов:
- по функциональному назначению выделяют 2 типа: структурные и регуляторные последовательности;
- по влиянию на процессы, протекающие в клетке, различают: супервитальные, летальные, условно летальные гены, а также гены мутаторы и антимутаторы.
Располагаются гены вдоль хромосомы в линейном порядке. В хромосомах информация сфокусирована не вразброс, существует определенный порядок. Существует даже карта, в которой отображены позиции, или локусы генов. Например, известно, что в хромосоме № 18 зашифрованы данные о цвете глаз ребенка.
А что же такое геном? Так называют всю совокупность нуклеотидных последовательностей в клетке организма. Геном характеризует целый вид, а не отдельную особь.
Каков генетический код человека?
Дело в том, что весь огромнейший потенциал человеческого развития заложен уже в период зачатия. Вся наследственная информация, которая необходима для развития зиготы и роста ребенка уже после рождения, зашифрована в генах. Участки ДНК и есть самые основные носители наследственной информации.
У человека 46 хромосом, или 22 соматические пары плюс по одной определяющей пол хромосоме от каждого родителя. Этот диплоидный набор хромосом кодирует весь физический облик человека, его умственные и физические способности и предрасположенность к заболеваниям. Соматические хромосомы внешне неразличимы, но несут они разную информацию, так как одна из них от отца, другая - от матери.
Мужской код отличается от женского последней парой хромосом — ХУ. Женский диплоидный набор — это последняя пара, ХХ. Мужчинам достается одна Х-хромосома от биологической матери, и затем она передается дочерям. Половая У-хромосома передается сыновьям.
Хромосомы человека значительно разнятся по размеру. Например, самая маленькая пара хромосом - №17. А самая большая пара - 1 и 3.
Диаметр двойной спирали у человека - всего 2 нм. ДНК настолько плотно закручена, что вмещается в маленьком ядре клетки, хотя ее длина будет достигать 2 метров, если ее раскрутить. Длина спирали — это сотни миллионов нуклеотидов.
Как передается генетический код?
Итак, какую роль играют в клетке молекулы ДНК при делении? Гены — носители наследственной информации - находятся внутри каждой клетки организма. Чтобы передать свой код дочернему организму, многие существа делят свое ДНК на 2 одинаковые спирали. Это называется репликацией. В процессе репликации ДНК расплетается и специальные «машины» дополняют каждую цепочку. После того как раздвоится генетическая спираль, начинает делиться ядро и все органеллы, а затем и вся клетка.
Но у человека другой процесс передачи генов - половой. Признаки отца и матери перемешиваются, в новом генетическом коде содержится информация от обоих родителей.
Хранение и передача наследственной информации возможны благодаря сложной организации спирали ДНК. Ведь как мы говорили, структура белков зашифрована именно в генах. Раз создавшись во время зачатия, этот код на протяжении всей жизни будет копировать сам себя. Кариотип (личный набор хромосом) не изменяется во время обновления клеток органов. Передача же информации осуществляется с помощью половых гамет — мужских и женских.
Передавать свою информацию потомству не способны только вирусы, содержащие одну цепочку РНК. Поэтому, чтобы воспроизводиться, им нужны клетки человека или животного.
Реализация наследственной информации
В ядре клетки постоянно происходят важные процессы. Вся информация, записанная в хромосомах, используется для построения белков из аминокислот. Но цепочка ДНК никогда не покидает ядро, поэтому здесь нужна помощь другого важного соединения = РНК. Как раз РНК способно проникнуть через мембрану ядра и взаимодействовать с цепочкой ДНК.
Посредством взаимодействия ДНК и 3 видов РНК происходит реализация всей закодированной информации. На каком уровне происходит реализация наследственной информации? Все взаимодействия происходят на уровне нуклеотидов. Информационная РНК копирует участок цепи ДНК и приносит эту копию в рибосому. Здесь начинается синтез из нуклеотидов новой молекулы.
Для того чтобы иРНК могла скопировать необходимую часть цепи, спираль разворачивается, а затем, по завершении процесса перекодировки, снова восстанавливается. Причем этот процесс может происходить одновременно на 2 сторонах 1 хромосомы.
Принцип комплементарности
Спирали ДНК состоят из 4 нуклеотидов — это аденин (А), гуанин (G), цитозин (С), тимин (T). Соединены они водородными связями по правилу комплементарности. Работы Э. Чаргаффа помогли установить это правило, так как ученый заметил некоторые закономерности в поведении этих веществ. Э. Чаргафф открыл, что молярное отношение аденина к тимину равно единице. И точно так же отношение гуанина к цитозину всегда равно единице.
На основе его работ генетики сформировали правило взаимодействия нуклеотидов. Правило комплементарности гласит, что аденин соединяется только с тимином, а гуанин - с цитозином. Во время декодирования спирали и синтеза нового белка в рибосоме такое правило чередования помогает быстро найти необходимую аминокислоту, которая прикреплена к транспортной РНК.
РНК и его виды
Что такое наследственная информация? Это последовательность нуклеотидов в двойной цепи ДНК. А что такое РНК? В чем заключается ее работа? РНК, или рибонуклеиновая кислота, помогает извлекать информацию из ДНК, декодировать ее и на основе принципа комплементарности создавать необходимые клеткам белки.
Всего выделяют 3 вида РНК. Каждая из них выполняет строго свою функцию.
- Информационная (иРНК), или еще ее называют матричная. Она заходит прямо в центр клетки, в ядро. Находит в одной из хромосом необходимый генетический материал для постройки белка и копирует одну из сторон двойной цепи. Копирование происходит снова по принципу комплементарности.
- Транспортная — это небольшая молекула, у которой на одной стороне декодеры-нуклеотиды, а на другой стороне соответствующие основному коду аминокислоты. Задача тРНК — доставить в «цех», то есть в рибосому, где синтезирует необходимую аминокислоту.
- рРНК — рибосомная. Она контролирует количество белка, который продуцируется. Состоит из 2 частей — аминокислотного и пептидного участка.
Единственное отличие при декодировании — у РНК нет тимина. Вместо тимина тут присутствует урацил. Но потом, в процессе синтеза белка, при ТРНК все равно правильно устанавливает все аминокислоты. Если же происходят какие-то сбои в декодировании информации, то возникает мутация.
Репарация поврежденной молекулы ДНК
Процесс восстановления поврежденной двойной цепочки называется репарацией. В процессе репарации поврежденные гены удаляются.
Затем необходимая последовательность элементов в точности воспроизводиться и врезается обратно в то же место на цепи, откуда было извлечено. Все это происходит благодаря специальным химическим веществам — ферментам.
Почему происходят мутации?
Почему некоторые гены начинают мутировать и перестают выполнять свою функцию — хранение жизненно необходимой наследственной информации? Это происходит из-за ошибки при декодировании. Например, если аденин случайно заменен на тимин.
Существуют также хромосомные и геномные мутации. Хромосомные мутации случаются, если участки наследственной информации выпадают, удваиваются либо вообще переносятся и встраиваются в другую хромосому.
Геномные мутации наиболее серьезны. Их причина - это изменение числа хромосом. То есть когда вместо пары — диплоидного набора присутствует в кариотипе триплоидный набор.
Наиболее известный пример триплоидной мутации — это синдром Дауна, при котором личный набор хромосом 47. У таких детей образуется 3 хромосомы на месте 21-й пары.
Известна также такая мутация, как полиплодия. Но полиплодия встречается только у растений.
fb.ru
Свойства молекул ДНК
Генетическая информация у всех клеток закодирована в виде последовательности нуклеотидов в дезоксирибонуклеиновой кислоте. Первый этап реализации этой информации состоит в образовании родственной ДНК молекулы - рибонуклеиновой кислоты, которая в свою очередь участвует в синтезе специфических белков. Фенотипические признаки любого организма в конечном счете проявляются в разнообразии и количестве белков, кодируемых ДНК. Информационная связь между молекулами генетического аппарата - ДНК, РНК и белками.
Чтобы генетическая информация могла передаваться от одного поколения клеток к другому, должна происходить репликация ДНК - процесс, в ходе которого родительские молекулы ДНК удваиваются и затем распределяются между потомками. Этот процесс должен осуществляться с большой точностью, а повреждения или случайные ошибки, возникшие в ДНК во время циклов репликации или между ними, необходимо исправить прежде, чем они попадут в геномы потомков. Кроме того, для формирования фенотипа генетическая информация должна экспрессироваться. У всех клеточных организмов экспрессия генов включает копирование ДНК с образованием РНК и последующую трансляцию РНК в белки. При транскрипции образуется несколько типов РНК. Одни из них, матричные РНК, кодируют белки, другие участвуют в различных процессах, необходимых для сборки полноценного белка. ДНК не только кодирует ферментативный аппарат клетки; она участвует в процессах репарации, а при определенных условиях в ней могут происходить перестройки. Репликация, репарация и перестройки ДНК - ключевые процессы, с помощью которых организмы поддерживают свойственный им фенотип и изменяют его.
У многих вирусов генетическая информация также закодирована в ДНК. Механизмы репликации, репарации, перестройки и экспрессии вирусной ДНК аналогичны механизмам, используемым клетками других организмов. Геном некоторых вирусов представлен не ДНК, а РНК. Геномная РНК таких вирусов либо непосредственно транслируется в белки, либо обладает генетической информацией, необходимой для синтеза молекул РНК, которые в свою очередь транслируются в белки. Те вирусы, у которых геном представлен РНК в течение всего жизненного цикла, должны сами реплицировать родительскую РНК для получения потомства вирусных частиц. Существует класс ретровирусов, репродуктивный цикл которых начинается с того, что их генетическая информация в ходе так называемой обратной транскрипции переводится на язык ДНК. Полученные копии ДНК, или провирусы, способны к репликации и экспрессии только после интеграции в хромосомную ДНК клетки. В такой интегрированной форме вирусные геномы реплицируются вместе с ДНК клетки-хозяина, и для образования нового поколения вирусных геномов и мРНК, нужной для синтеза вирусных белков, они используют транскрипционный аппарат клетки.
Ключевым моментом в передаче генетической информации между нуклеиновыми кислотами, будь то репликация, транскрипция или обратная транскрипция, является то, что молекула нуклеиновой кислоты используется в качестве матрицы в направленной сборке идентичных или родственных структур. Насколько известно, информация, хранящаяся в белках, не используется для сборки соответствующих нуклеиновых кислот, т.е. обратная трансляция не обнаружена. Тем не менее, белки играют ключевую роль в процессах передачи информации как между нуклеиновыми кислотами, так и от нуклеиновых кислот к белкам.
Структура и поведение ДНК
Компоненты молекулы ДНК и соединяющие их химические связи
С помощью химических и физических методов установлено, что ДНК - это полимер, состоящий из четырех разных, но родственных мономеров. Каждый мономер - нуклеотид - содержит одно из четырех гетероциклических азотистых оснований: аденин, гуанин, цитозин или тимин, связанное с дезоксирибозофосфатом. Длинные полинуклеотидные цепи образуются путем соединения дезоксирибозных остатков соседних нуклеотидов с помощью фосфодиэфирных связей. Каждый фосфат соединяет гидроксильную группу при 3-углеродном атоме дезоксирибозы одного нуклеотида с ОН-группой при 5-углеродном атоме дезоксирибозы соседнего нуклеотида.
Частота встречаемости в определенном соседстве любых двух оснований в ДНК бактерий, бактериофагов и дрожжей зависит от количественного содержания этих оснований в ДНК. Частота встречаемости 5'-CG-3' и 5'-GC-3' в ДНК прокариот почти одинакова и близка к случайной; то же самое можно сказать и о динуклеотидах 5'-GA-3' и 5'-AG-3'. Однако в ДНК животных, вирусов животных и растений частоты встречаемости 5'-CG-3' составляют от 1/2 до 1/5 частот 5'-GC-3'. Таким образом, последовательность 5'-CG-3' встречается в ДНК высших эукариот довольно редко; это связано со способностью данного динуклеотида служить мишенью при метилировании и с его ролью в регуляции экспрессии генов.
После окончания цикла синтеза ДНК некоторые пуриновые и пиримидиновые основания могут подвергаться химической модификации. В результате в некоторых ДНК содержатся 5-метилцитозин, 5-гидроксиметилцитозин, 5-гидроксиметилурацил и N-метиладенин. В ДНК некоторых бактериофагов к гидроксиметильной группе гидроксиметилцитозина присоединены с помощью гликозидной связи моно - или дисахариды. ДНК большинства низших эукариот и беспозвоночных содержат относительно мало 5-метилцитозина и N'-метиладенина. Однако у позвоночных метилирование оснований - частое явление, причем наиболее распространен 5-метилцитозин. Показано, что более 95% метильных групп в ДНК позвоночных содержится в остатках цитозина редко встречающихся CG-динуклеотидов и более 50% таких динуклеотидов метилировано. Существуют четкие указания на то, что степень метилирования некоторых CG-содержащих последовательностей является важным фактором регуляции экспрессии определенных генов. У растений 5-метилцитозин можно обнаружить в динуклеотидах CG и тринуклеотидах CNG.
Спиральная структура ДНКС помощью физико-химических, электронно-микроскопических и рентгеноструктурных методов показано, что большинство молекул ДНК представляют собой протяженные, гибкие, нитевидные структуры. Этими же методами установлено, что молекула ДНК имеет почти постоянный диаметр и состоит из регулярно расположенных повторяющихся звеньев, причем ее структура не зависит от нуклеотидного состава. Таким образом, в отличие от белков, двух - и трехмерная структура которых обязательно зависит от состава и порядка расположения аминокислот, молекула ДНК в обычных условиях при любом нуклеотидном составе и порядке расположения четырех нуклеотидов представляет собой абсолютно регулярную практически идентичную по всей длине структуру. Такие в какой-то степени парадоксальные химические и физические свойства ДНК порождаются особенностями ее структуры.
Молекула ДНК обычно находится в форме двойной спирали, образуемой двумя полинуклеотидными цепями, обвивающимися одна вокруг другой. Два дезоксирибозофосфатных остова, расположенные по периферии молекулы, имеют антипараллельную ориентацию. В наиболее часто встречающейся структурной форме пуриновые и пиримидиновые основания в каждой цепи уложены в стопки с интервалом 0,34 нм и направлены внутрь спирали; плоскости колец примерно перпендикулярны оптической оси спирали. Спираль делает полный оборот каждые 3,4 нм, т.е. через каждые 10 оснований. На наружной ее поверхности имеются два желобка - большой и малый.
Азотистые основания четырех нуклеотидов ДНК не находятся между собой в количественном соотношении 1:1. Напротив, молярные отношения двух пуринов, А и G, и двух пиримидинов, Т и G, различны для ДНК разных организмов. В то же время соотношение между пуринами и пиримидинами постоянно и не зависит от источника ДНК, а именно: содержание пуриновых нуклеотидов всегда равно содержанию пиримидиновых нуклеотидов; число А равно числу Т, и аналогично для G и С. Эти факты и легли в основу предположения, что пуриновые и пиримидиновые нуклеотиды в ДНК спарены, а двойная спираль стабилизируется с помощью водородных связей между пуринами одной цепи ДНК и пиримидинами другой.
Два указанных типа пар оснований, AT и GC, обычно называемых комплементарными парами, преобладают в большинстве ДНК. В АТ-паре основания соединены двумя водородными связями: одна из них образуется между амино-и кето-группами, а другая - между двумя атомами азота пурина и пиримидина соответственно. В GC-паре имеются три водородные связи: две из них образуются между амино- и кето-группами соответствующих оснований, а третья - между атомами азота. Образование пар между двумя пуринами, двумя пиримидинами или некомплементарными основаниями стерически затруднено, поскольку при этом не могут образовываться подходящие водородные связи и, следовательно, нарушается геометрия спирали. Модифицированные пурины и пиримидины, с небольшой частотой встречающиеся в ДНК, образуют такие же водородные связи, что и их немодифицированные аналоги; тем самым правило спаривания не нарушается. Согласно этим правилам, последовательность оснований в одной цепи определяет их последовательность в другой. Комплементарность последовательности оснований в двух полинуклеотидных цепях - ключевое свойство ДНК.
Дополнительная стабилизация двойной спирали обеспечивается межплоскостными взаимодействиями ароматических колец соседних оснований. Размеры комплементарных пар оснований практически одинаковы; примерно одинаковы также угол и направление связи дезоксирибоза-основание. Расстояние между соседними основаниями равно 0,34 нм, а угол, на который они повернуты друг относительно друга, - 36°. Из всех этих данных следует, что диаметр спирали постоянен, а число пар оснований на виток спирали равно 10. Точные данные о расположении, ориентации в пространстве и размерах различных составляющих ДНК были получены методом рентгеноструктурного анализа волокон ДНК.
Альтернативные формы двойной спирали ДНКВсе, о чем мы говорили, касалось наиболее распространенной, так называемой В-формы двойной спирали ДНК. Известны также два других изомерных типа двойной спирали. Они образуются благодаря тому, что валентные углы между основаниями и сахаром могут меняться, а дезоксирибозное кольцо и сахарофосфатный остов достаточно гибки, чтобы могли сформироваться альтернативные конфигурации. Редко встречающаяся А-форма, существующая только при пониженной влажности, отличается от В-формы тем, что плоскости оснований составляют с перпендикуляром к оси спирали угол 20°. Поэтому расстояние между парами оснований по вертикали уменьшается до 0,29 нм, а число пар на виток увеличивается до 11-12. Какова биологическая функция А-формы ДНК-пока неясно.
Характерной особенностью В-формы ДНК является то, что сахарофосфатные остовы обеих цепей образуют правую спираль. Однако при определенных условиях участки ДНК, для которых характерно чередование пуриновых и пиримидиновых нуклеотидов, принимают форму левой спирали. При этом расстояние между соседними парами оснований увеличивается до 0,77 нм, а число пар на один виток-до 12. Остов молекулы ДНК имеет зигзагообразный вид, поэтому подобная форма получила название Z-ДНК. Вопрос о том, существует ли Z-ДНК в естественных условиях и образуется ли она в определенных участках В-спирали под действием специфических белков, способных переводить В-форму в Z-форму, сейчас интенсивно исследуется.
Размер молекул ДНКОбычно размер молекулы ДНК выражается в числе пар нуклеотидов, при этом за единицу берется тысяча пар нуклеотидов. Мол. масса одной т.п. н. В-ДНК равна в среднем 6,6"105, а ее длина составляет 340 нм. Если принять все необходимые меры, чтобы не разрушить ДНК при выделении, и использовать мягкие методы измерения длины, то обнаружится удивительное соответствие между длиной молекулы ДНК и массой одной небольшой хромосомы. Так, молекулы ДНК единственных хромосом, из которых состоят геномы бактериофагов X и Т4, а также адено - и герпесвирусов, имеют длину, соответствующую числу пар оснований в одной хромосоме, составляющей геном каждого из этих вирусов. Полный геном E. coli также представлен единственной молекулой ДНК и имеет длину 1,4 мм. Есть все основания считать, что каждая из хромосом дрожжей, Drosophila и даже человека состоит из одной молекулы ДНК размером от нескольких десятков тысяч до многих миллионов пар нуклеотидов.
Разнообразие форм ДНКСуществовавшее до недавнего времени мнение о том, что В-ДНК - это совершенная двойная спираль, геометрия которой одинакова независимо от нуклеотидной последовательности, в действительности не совсем корректно. Детальный рентгеноструктурный анализ, построение моделей и термодинамические расчеты показали, что плоскости соседних пар оснований не строго параллельны. Каждая комплементарная пара оснований является как бы клином, отклоняющим ось спирали в одном или в другом направлении. Наибольший "крен" наблюдается тогда, когда два соседних аденина в одной цепи спарены с двумя тиминами другой. В этом месте происходит локальное искривление спирали. Если такие пары встречаются с периодичностью примерно один раз на 10 пар, то молекула ДНК приобретает заметно искривленную форму. Искривленная, или изогнутая, структура была, например, обнаружена в линейных фрагментах ДНК кинетопластов трипаносомы Leishmanial tarentolae по аномально малой подвижности этих фрагментов при электрофорезе в полиакриламидном геле. Изгибы в молекуле ДНК наблюдаются в тех участках последовательности, где с необычно высокой частотой встречаются повторы 5-6, разделенные GC-богатыми участками из четырех-шести нуклеотидов. Биологическая роль искривления ДНК окончательно не установлена. Предрасположенность к такому изгибанию, зависящая от последовательности оснований, может иметь значение при наматывании молекулы ДНК на гистоновые октамеры в хроматине. Возможно, изгибание ДНК существенно и при специфическом связывании ДНК с белками в процессе регуляции экспрессии генов.
ДНК может находиться в линейной или кольцевой форме. Бактериальные плазмиды, хромосомы некоторых бактерий, большинство митохондриальных и хлоропластных ДНК, геномы вирусов млекопитающих представлены единственной ковалентно замкнутой кольцевой дуплексной молекулой ДНК. Хромосома бактериофага X на разных стадиях жизненного цикла существует то как линейная молекула, то как замкнутая кольцевая структура, то как кольцо с разрывами. По-видимому, никакого верхнего предела для размера кольцевой двухцепочечной молекулы ДНК не существует.
ДНК в клетке обычно находится в комплексе с белками. Связанный белок слегка раскручивает спираль ДНК, соответственно и число витков спирали на единицу длины становится меньше, чем у свободной В-ДНК. При удалении белка восстанавливается обычное число правозакрученных витков спирали. В линейной молекуле ДНК это происходит достаточно легко, поскольку обе цепи свободно вращаются одна вокруг другой. В замкнутой же кольцевой молекуле общее число витков спирали топологически фиксировано, и число оборотов одной цепи вокруг другой не может быть изменено без компенсаторного образования витков противоположного знака где-нибудь в другом месте молекулы. Итак, когда естественные кольцевые дуплексы освобождаются от белков, с которыми они часто бывают связаны in vivo, происходит следующее:
1) число правозакрученных витков спирали возрастает до величины, характерной для В-ДНК;
2) в самом дуплексе образуется столько же витков противоположного знака, чтобы компенсировать увеличение скрученности спирали. О таких молекулах говорят, что они обладают отрицательной сверхспиральностью. При внесении одного разрыва в сверхспиральную кольцевую ДНК сверхспиральность снимается и кольцевая структура переходит в релаксированное состояние, при котором топологические ограничения отсутствуют. Любые химические или физические изменения, приводящие к уменьшению числа витков спирали на молекулу, уменьшают или вообще снимают отрицательную сверхспиральность в замкнутой кольцевой ДНК.
Не все ДНК in vivo являются двухцепочечными. Геномы некоторых мелких вирусов бактерий, растений и животных представляют собой ковалентно замкнутые кольца, состоящие только из одной цепи. Все известные одноцепочечные кольцевые ДНК относительно малы: ДНК бактериофагов фХ174 и М13 содержат примерно 5300 и 6000 нуклеотидов соответственно и имеют длину 1,5-2 мкм; длина молекул ДНК парвовирусов животных и некоторых вирусов растений составляет 2/3 и 1/2 указанных величин соответственно. Однако для репликации любой из этих вирусных ДНК совершенно необходимо превращение одноцепочечного кольца в соответствующее двухцепочечное, из которого затем образуются одноцепочечные кольцевые ДНК вирусного потомства. Более того, экспрессия генетической информации в таких геномах всегда осуществляется в фазе двухцепочечной ДНК, поскольку именно она является субстратом для транскрипции последовательности ДНК в РНК.
Денатурация и ренатурация ДНКВодородные связи и межплоскостные взаимодействия, стабилизирующие двойную спираль, достаточно слабы, и при относительно небольших воздействиях происходит разделение цепей - процесс, именуемый денатурацией, или плавлением. Двухцепочечная спиральная ДНК в растворе легко разрушается при нагревании до температур, близких к 100°С. Денатурация происходит также при увеличении рН раствора до уровня, при котором разрушаются водородные связи между основаниями. Многие факторы влияют на денатурацию, нейтрализуя частично или полностью отрицательно заряженные фосфатные группы остова молекулы. Интервал значений температуры или рН, при которых происходит разделение цепей, очень невелик. Поскольку для разрушения двух водородных связей АТ-пар требуется меньше энергии, чем для разрыва трех водородных связей GС-пар, значения температуры и рН, при которых происходит денатурация, зависят от нуклеотидного состава ДНК. Чем выше содержание GС-пар, тем выше Тт или рНт.
Денатурация - процесс обратимый, последующее восстановление двухцепочечной структуры ДНК может происходить даже при полном расхождении цепей. Процесс воссоединения, называемый ренатурацией, реассоциацией или отжигом, происходит при понижении температуры или рН. Если температура или рН понижаются постепенно, то цепи соединяются правильно, с восстановлением всех исходных пар оснований. При резком понижении температуры или рН правильное воссоединение комплементарных цепей затрудняется из-за спаривания оснований локально комплементарных участков в пределах одной или разных цепей. Диссоциация и реассоциация ДНК в растворе являются по сути искусственным воссозданием процессов, играющих ключевую роль в реализации разнообразных биологических функций in vivo. Очень важным для дальнейшего изложения представляется то, что способность двух отдельных комплементарных цепей нуклеиновой кислоты воссоединяться с образованием исходной структуры является ключевым моментом для проведения соответствующих опытов in vitro, а также для выделения, сравнения и идентификации специфических нуклеиновых кислот. Уникальная способность нуклеиновой кислоты образовывать двойные спирали путем ассоциации одиночных комплементарных цепей имеет огромное значение для самых разных областей генетики.
biofile.ru
ГЕНЕТИЧЕСКАЯ ТРАНСФОРМАЦИЯ РАСТЕНИЙ | Наука и жизнь
Регенерация трансгенного растения из неорганизованной массы делящихся генетически транформированных клеток.
Схема агробактериальной трансформации.
‹
›
Трансгенным (или генетически модифицированным) называется растение, в геном которого методами генетической инженерии перенесены гены (их называют "трансгенами") из других организмов. Процесс переноса называется генетической трансформацией. Основными преимуществами такой технологии по сравнению с традиционной селекцией являются: возможность переноса всего одного гена, что практически не затрагивает исходный генотип; возможность придания признаков, которые нельзя перенести путем скрещивания с близкородственными видами; значительное ускорение процесса получения новых генотипов.
Наиболее широко используемый метод трансформации - агробактериальный был разработан на основе природного процесса. Почвенная бактерия Agrobacterium tumefaciens способна инфицировать двудольные растения, вызывая опухоли - корончатые галлы. Как выяснилось, при этом происходят перенос и встраивание в растительный геном двух групп генов: продукты одних вмешиваются в нормальный метаболизм растения и способствуют разрастанию опухоли, а продукты других синтезируют опины, вещества, ненужные растению, но используемые в пищу бактериями. Ученые модифицировали агробактерии таким образом, что они вместо собственных переносят в растения гены, нужные человеку.
Впоследствии был разработан ряд других методов трансформации растительных клеток, из которых наибольшее распространение приобрел биобаллистический. Он используется чаще всего для генетической модификации однодольных растений, нечувствительных к агробактериям. В специальных установках микрочастицы золота или вольфрама с нанесенной на них ДНК ускоряют при помощи сжатого гелия, и они проникают в ДНК клеток мишени.
Признаки, которые возможно придать с помощью генной инженерии, весьма разнообразны и в основном ограничены только наличием соответствующих генов. Очень условно их можно разделить на три группы. К первой относятся признаки, интересные производителям: устойчивость к различным факторам окружающей среды - гербицидам, болезням, вредителям, засухе, засолению, улучшение минерального питания, повышение укореняемости. Вторая группа признаков представляет интерес непосредственно для потребителей - модификация вкуса и аромата плодов, увеличение продолжительности их хранения, изменение окраски цветков, бессемянность, улучшение питательной ценности растений. В третью группу входят растения-"биофабрики", способные синтезировать вакцины, ферменты, биополимеры и другие полезные вещества.
ДНК бактерий существуют не только в виде хромосом, но и в виде маленьких кольцевых молекул (плазмид). Бактерии Agrobacterium tumefaciens помимо прочих содержат плазмиды, вызывающие опухоли (Ti-плазмиды). На такой плазмиде среди прочих генов имеется так называемая область Т-ДНК, содержащая гены, отвечающие за образование опухоли на растениях и синтез опинов. Именно этот кусочек плазмиды агробактерии встраивают в ДНК растений. Выяснилось, что агробактерии в принципе способны переносить в растения любую ДНК, которая расположена в этом месте плазмиды. Поэтому в плазмидах, используемых в генно-инженерных целях, природные гены заменяют любыми другими, представляющими интерес для человека. Как правило, это два-три гена: целевой, который придает, например, устойчивость к насекомым; селективный, который придает устойчивость к определенным веществам (чаще всего - антибиотикам), что позволяет трансформированной клетке расти в питательной среде с антибиотиками, в то время как нетрансформированные клетки в ней гибнут; и иногда - репортерный ген, который позволяет качественно определить трансформированную клетку, например, по окрашиванию или свечению в ультрафиолетов ом свете.
В суспензию агробактерий, содержащих плазмиды с нужными генами, добавляют органы или ткани растений (экспланты), из которых проще всего регенерировать целые растения (чаще всего используются листья). Этот этап называется кокультивацией. Во время кокультивации агробактерии с помощью vir-белков переносят участок Ti-плазмиды и встраивают его в растительную ДНК.
Затем растительную ткань помещают на питательную среду, содержащую антибиотики. В этой среде выживают только те клетки, в которые агробактерии перенесли ген, придающий устойчивость к антибиотикам, то есть трансформированные. Условия и состав среды подобраны таким образом, что трансформированные клетки активно размножаются, образуя неорганизованную массу делящихся клеток (калллус), из которой регенерируют трансгенные растения. Полученные растения размножают и подвергают различным анализам сначала в пробирке, а потом - на полях и в теплицах.
Создание одного нового сорта ГМР стоит от 50 до 300 млн долларов и занимает от 6 до 12 лет.
www.nkj.ru
Метилирование ДНК | Info-Farm.RU
Метилирование ДНК — модификация молекулы ДНК без изменения ее нуклеотидной последовательности. Основной механизм эпигенетики. Метилирование ДНК заключается в присоединении метильной группы в позиции C-5 или N-4 цитозина или позиции N-6 аденина.
В общем метилирования влияет на уровень транскрипции, и поэтому является частью регулирования экспрессии генов. Информация о метилирования может наследоваться с делением клетки, и таким образом может рассматриваться как часть эпигенетического кода, эпигенетической составляющей генома.
Метилирование ДНК встречается во всех основных группах живых организмов, но уровень обычно более высокий у эукариот. У человека метилированных около 1% ДНК генома. В соматических клетках взрослого организма метилирование ДНК обычно происходит в CpG-динуклеотид, метилирования цитозина в составе других последовательностей встречается в эмбриональных стволовых клетках.
У растений метилирование цитозина происходит как симметрично по обеим цепочках (в составе последовательностей CpG или CpNpG), так и асимметрично лишь на одном из двух цепочек (в составе CpNpNp, где N обозначает любой нуклеотид).
У бактерий может происходить метилирования как цитозина, так и аденина, и является частью защиты от вирусов и других паразитов и, возможно, частью механизма регуляции различных клеточных процессов, в частности клеточного цикла.
Метилирование ДНК у животных
Метилирование ДНК позвоночных животных обычно происходит на участках CpG (цитозин-фосфат-гуанин, то есть, где в нуклеотидной последовательности с цитозином непосредственно следует гуанин). Метилирование приводит к превращению цитозина на 5-метилцитозин. Образование Me-CpG катализируется ферментом ДНК-метилтрансферазой.
Уровень метилирования позвоночных (кроме эмбриональной стадии) обычно очень высокий, около 60-70% всех CpG-динуклеотидов у млекопитающих метилированные. Неметильовани CpG-динуклеотид сгруппированы в т. Н. «CpG-островки», которые присутствуют в 5'-регуляторных областях многих генов. Метилирование этих островков имеет значительный эффект на экспрессию генов.
Различные заболевания, например, рак, сопровождаются аномальным гипометилюванням ДНК и гиперметилюванням CpG-островков в промоторных областях проапоптичних генов (супрессоров онкогенов), что приводит к устойчивой репрессии транскрипции. Репрессия транскрипции в этом случае опосредованная белками, которые способны связываться с метилированных CpG-динуклеотид. Эти белки, которые называются метилцитозин-связывающими белками, привлекают гистонов деацетилазу (HDAC) и другие факторы, которые принимают участие в ремоделировании хроматина. Комплекс сформировавшийся может модифицировать гистоны, формируя конденсированную транскрипцийно неактивную структуру гетерохроматина. Влияние метилирования ДНК на структуру хроматина имеет большое значение для развития и функционирования живого организма. В частности, отсутствие метилцитозин-связывающего белка 2 (MeCP2) вследствие, например, мутации в соответствующем гене, приводит к развитию синдрома Ретта у человека; инактивация метилцитозин-связывающего домена белка 2 (Methyl-CpG binding domain protein 2 — MBD2), который участвует в репрессии транскрипции гиперметилованих генов, отмечена при онкологических заболеваниях.
Метилирование ДНК у человека
У человека за процесс метилирования ДНК отвечают три фермента — ДНК-метилтрансферазы 1, 3a и 3b (DNMT1, DNMT3a, DNMT3b), соответственно. Предполагается, что DNMT3a и DNMT3b — это метилтрансферазы de novo, осуществляющих формирование картины метилирования ДНК на ранних стадиях развития. DNMT1 есть, вероятно, метилтрансферазой, которая поддерживает метилирования ДНК на поздних стадиях развития организма и отвечает за присоединение метильной группы на комплементарной цепочке при репликации ДНК дочерней клетки. Белок DNMT3L гомологический другим DNMT-белкам, но не имеет каталитической активности. Зато DNMT3L поддерживает de novo -метилтрансферазы, способствуя связыванию этих ферментов с ДНК и стимулируя их активность.
Важным этапом в развитии злокачественных новообразований является инактивация генов-супрессоров опухолевого роста. В случае если инактивация была обусловлена метилированием промоторной области гена, проводились эксперименты по восстановлению экспрессии путем ингибирования DNMT. 5-аза-2-дезоксицитидин (децитабин) является нуклеозидными аналогом, который ингибирует DNMT-метилтрансферазу. Механизм действия препарата основан на ковалентной связывании фермента в комплексе с ДНК, что делает невозможным выполнение ферментом своей функции и приводит к деградации метилтрансферазы. Однако для того, чтобы децитабин был активен, он должен встроиться в геном клетки, но это, в свою очередь, может вызвать мутации в дочерних клетках, если клетка не погибает и продолжает деление. К тому же децитабин токсичен для костного мозга, сужает область его терапевтического применения. Эти ограничения привели к интенсивному поиску методов терапевтического воздействия, основанных на использовании антисенсових РНК, которые противодействуют DNMT с помощью деградации ее мРНК и, следовательно, блокируют трансляцию. Однако, как и раньше, остается открытым вопрос о том, является ингибирование функции DNMT1 достаточным условием для увеличения экспрессии генов-супрессоров, негативная регуляция транскрипции которых осуществляется метилированием ДНК.
Метилирование ДНК у растений
В последнее время произошел значительный прорыв в понимании процесса метилирования ДНК у растений, особенно в Arabidopsis thaliana. Основными ДНК-метилтрансферазы в A. thaliana является Met1, Cmt3 и Drm2, которые на уровне аминокислотной последовательности подобные вышеописанных ДНК-метилтранфераз животных. Drm2, вероятно, участвует как в метилирования ДНК de novo, так и в поддержке метилирования на более поздних стадиях развития. Cmt3 и Met1, главным образом, выполняют функцию поддержки метилирования ДНК. У растений есть и другие ДНК-метилтрансферазы, но их функция пока не выяснена. Считается, что специфичность метилтрансферазы в процессе метилирования ДНК модулируется с помощью РНК. Специфические РНК-транскрипты транскрибируются с определенных участков матрицы — геномной ДНК. Эти РНК-транскрипты могут формировать молекулы двохланцюжковои РНК. Двохланцюжкови РНК, с помощью регуляторных сигнальных путей, связанных либо с малыми интерферирующих РНК (siRNA), либо с микроРНК (miRNA), определяют локализацию ДНК-метилтрансферазы на участках специфических нуклеотидных последовательностей в геноме.
Метилирование ДНК у бактерий
Метилирования аденина или цитозина — часть системы рестрикции-модификации многих бактерий. Бактериальная ДНК метилированных периодически в течение всего генома. Метилтрансферазы бактерий признают специфические последовательности ДНК и метилюють одну из основ в пределах или около этой последовательности. Чужеродные молекулы ДНК (которые не имеют такого же картины метиляции), которые вводятся в клетку паразитами, уничтожается специфическими последовательности ДНК рестриктазами. ДНК бактериального генома Метилированная, и поэтому не признается этими рестриктазами. Таким образом, метилирование ДНК участвует в системе, напоминает примитивную иммунную систему, позволяя бактериям защищаться от инфекций бактериофагов.
Определенные метилтрансферазы, однако, в частности ДНК-цитозин-метилтрансфераза (Dcm), которая метилюе C-5 позицию цитозина в последовательностях CC (A / T) GG, ДНК-аденин-метилазы (Dam), которая метилюе позицию N-6 аденина в последовательностях GATC и метилазы, зависимая от клеточного цикла (CCRM), которая метилюе позицию N-6 аденина в последовательностях GAnTC, не имеют соответствующих им рестриктаз, то есть рестриктаз, которые могли бы звьзатися с участками, они метилюють. Эти метилаз участвуют в регуляции клеточных процессов, в частности процессах регуляции вирулентности и клеточного цикла.
info-farm.ru
