Генетические механизмы эволюции альфоидных ДНК: введение

 

Для объяснения возникновения всего многообразия альфа-сателлитов была предложена схема, включающая комбинированное действие четырех процессов: амплификации , мутационной дивергенции , межхромосомного переноса и гомогенизации [ Willard, Waye, 1987b ; Alexandrov et al., 1988 ].

Амплификация альфоидных ДНК

 

Амплификация - это процесс, приводящий к возникновению множества копий некоторой последовательности, образующих кластер. Последовательность, подвергшаяся амплификации, образует новый домен или новый субдомен в пределах старого. Предполагается, что существует два вида амплификации: скачкообразная и постепенная. В результате скачкообразной амплификации одномоментно возникает кластер практически идентичных последовательностей. В дальнейшем такие последовательности накапливают мутации, вследствие чего повторяющиеся единицы начинают отличаться друг от друга. Постепенная амплификация также ведет к накоплению множества копий данной последовательности. Однако этот процесс растянут во времени, поэтому изначально существуют различия между копиями повторов. Механизмами такой амплификации для альфа-сателлитов могут быть неравный кроссинговер [ Smith, 1976 ] и генная конверсия [ Alexandrov et al., 1988 ].

Межхромосомный перенос ДНК

 

Межхромосомный перенос - это обмен последовательностями ДНК между негомологичными хромосомами. Он, по- видимому, может происходить путем вырезания и интеграции кольцевых молекул [ Kunisada, Yamagushi, 1987 ] или при эктопическом спаривании, которое может происходить в прицентромерных районах хромосом, где имеются протяженные блоки сателлитной ДНК [ Прокофьева-Бельговская, 1986 ].

 

Теоретически, в последнем случае возможны обмены большими участками, содержащими сразу несколько типов прицентромерных повторов.

 

Кольцевые молекулы могут образовываться посредством двух механизмов: либо путем внутрихромосомной рекомбинации между прямыми повторами, из которых состоит альфоидная ДНК [ Smith, Vinograd, 1972 ], либо в результате ошибок репликации [ Varshavsky, 1981 ]. Легко вырезаясь, кольцевые молекулы могут также легко интегрироваться в другие места генома, в особенности туда, где уже имеются последовательности данного типа. Показано, что в ядерном матриксе клеток HeLa в каждом ядре присутствует около 20 ковалентно замкнутых кольцевых молекул ДНК, состоящих из альфа-сателлитных повторов надхромосомного семейства 3 [ Kiyama et al., 1987 ]. Такие кольцевые молекулы могут содержать как целое число 5-мерных повторяющихся единиц (обычно 1-4, то есть 5-20 мономеров), так и перестроенные варианты, в которых число мономеров не кратно пяти. Авторы предполагают, что наиболее склонны к образованию подобных кольцевых молекул хромосомоспецифичные семейства хромосом 11 и 17.

Гомогенизация повторов ДНК

 

Гомогенизация - процесс, ведущий к уменьшению различий между повторяющимися единицами в пределах одного хромосомоспецифичного семейства [ Smith, 1976 ]. Любые мутации, возникшие в повторяющихся единицах, вовлеченных в процесс гомогенизации, потенциально имеют две судьбы: они либо исчезают, либо распространяются на весь блок повторов. Таким образом, повторяющиеся единицы в пределах одного семейства, накапливая мутации, не становятся различными, а сохраняют гомогенность, все больше отличаясь от исходной последовательности, подвергшейся амплификации. Возможными молекулярными механизмами гомогенизации являются генная конверсия и/или неравный кроссинговер - разновидности рекомбинации [ Smith, 1976 ].

 

Наиболее хорошо гомогенизируются последовательности, близко расположенные и высоко гомологичные друг другу. Так, рядом расположенные ПЕВП (расстояния порядка 40 тыс. н. п.) гомогенизируются с высокой эффективностью, образуя особенно высокогомологичные домены в пределах одного семейства [ Durfy, Willard, 1989 ]. И, наоборот, небольшой сегмент альфоидной ДНК, перенесенный на другую хромосому, должен выпадать из процесса гомогенизации и эволюционировать независимо от основного блока повторов, накапливая мутации. Последовательности, отличающиеся от основного блока повторов, также могут возникать на краях альфоидных доменов вследствие того, что только половина их окружения представлена гомологичными последовательностями [ Smith, 1976 ]. По- видимому, копии ПЕВП, значительно отличающиеся от основной массы - на 7-10% [ Waye, Willard, 1987 ], как раз являются представителями таких краевых участков.

 

Предполагается существование двух типов гомогенизации: внутрихромосомной и межхромосомной.

 

Внутрихромосомная гомогенизация наиболее эффективно действует в пределах одного хромосомоспецифичного семейства. В межхромосомную гомогенизацию, вероятно, прежде всего вовлекаются акро-центрические хромосомы, ассоциирующие в период <A href="" name="" ="мейозаI.

 

Подтверждением этому служит существование целого ряда семейств, локализованных сразу на нескольких хромосомах: 13 и 21 [ Greig et al., 1993 ], 14 и 22 [ Jorgensen et al., 1988 ], 13, 14 и 21 [ Vissel, Choo, 1992 ], что может способствовать возникновению наиболее частых транслокаций между хромосомами 13 и 14, 14 и 21 (80% всех транслокаций), а также мейотическому нерасхождению гомологов хромосом 13 и 21 [ Choo et al., 1988 ].