vYTAUTAS RANcELTs Genetika
VYTAUTAS RANCELIS
ne. kr
LEIDYKLA LIETUVOS MOKSLV' AKADEMIJOS Vilnius 2000
UDK -575(07s...
51 downloads
844 Views
30MB Size
Report
This content was uploaded by our users and we assume good faith they have the permission to share this book. If you own the copyright to this book and it is wrongfully on our website, we offer a simple DMCA procedure to remove your content from our site. Start by pressing the button below!
Report copyright / DMCA form
vYTAUTAS RANcELTs Genetika
VYTAUTAS RANCELIS
ne. kr
LEIDYKLA LIETUVOS MOKSLV' AKADEMIJOS Vilnius 2000
UDK -575(07s.08) Ra-185
TURINYS
PRATARME 2000 0-s30 Nr. 0-5A-l0 Aukitqjq mokl,liiu bendrujq r,adoveliu Ieictl,boskomisijos rekomenduota.ISleistaSvietimo ir mokslo ministerijoslesomis Rankra5tisparengtasremiant Valstybiniammokslo ir stuclilrlfondui
I.
GENETIKA _ MOKSLAS APIE PAVELDIMUMA IR KINTAMUMA,.......,....
1 . 1 . Pagrindindsgenetikosproblemos
Recenzentasprof. A. SINKUS
t . 2 . Tiumpa genctikosistorijosapZvatga 1.2.1.Pirmosiospaveldimumoir kintamumo hipotezds 1 . 2 . 2G . e n e t i k a- X X a . m o k s l a s 1 . 3 . 1G . e n e t i k aL i e t u v o j e 1 . , 1 . 1G. e n e t i k o sm e t o d a i 1 . 5 . 1G . e n e t i k o sm o k s l or e i k 5 m d
A.
10 15 16 . . . - . . . . . . . . . . . . . . . . . -2. 2 ... 28 33 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .4. .5. .
GENOMAS................
I I . DNR - GENETINE MEDZIAGA. GENO SANDARA IR VEIKIMAS 2 . 1 DNR - genetinemedZiagair genetiniskodas ............
2.2
_:. -f.
1t ''l
-z
' ,' , i/f 't
i .,/ V/
rsBN 9986-08-033-9
,/ i(
llu
O V)tautasRanielis,20t10
10
2.1.1.Genetinio kodo hipotezeir kodonas 2.1.2.Genetinio kodo iSai5kinimas ir patikrinimasbiocheminiaismetodais... 2.1.3.Kodo patikrinimasgenetiniaismetodais 2 . i . 4 . B e n d r a sg e n e t i n i ok o d o a p i b u d i n i m a s. . . . . . . . . . . . . . . 1 . 1 . 5G . e n e t i n i ok o d o n s i c n a r e i k i m i s k u m a G s .e n o m o s t r a t e g i j a G e n a s. . . . . . . . . . . . 2.2.1G . enq simboliai 2.2.2.Funkcinisgeno dalomumasir alelizmas 2.2.-3. Thrpalelinekomplementacija ir polifunkciniaibaltymai Geno sandarair veikla 2.3.1. Tianskripcija(RN R biosinteze).Reguliacines-akceptorinds geno daliessandara 2.3.1.Tianskripto brendimas.Splaisingas. Intronind-egzonindeukariotq genq sandara geno daliessandara... 2.3.3.Tiansliacija.Baltymo sintezi. Tiansliuojamosios D N R r e p l i k a c i j a. . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2,4.1.DNR replikacijoslrodymai ir su jais susijeDNR tvrimo metodai. PusiaukonservatyviDNR sintezc l . + . 2 .D N R r e p l i k a c i j oesi g a . . . . . . . . . . . . . . . . 2..1.3. DNR molekulind hibridizacija,molekuliniaizondai ir polimerazind grandininereakcija
46 46 46 48 56 61 66 72 72 '73 80 86 88 93 101 105 105 109 115
I I I . GENOMO SANDARA IR VEIKLA
119
3 . 1 . Prokariotaiir eukariotai.Genomo evoliuciia
r79
3
Bendrasgenomo sandarosapib[dinimas 726 i33 K a r t o t i n d ss e k o s. . . . . . . . . . . . . 140 Judrieji genomo elementai 116 Chromosoma t46 3.5.l. Molekuline chromosomossandara 3.5.2.Eukariotq chromosonrqmorfologija.Kariotipas.r[Sinis jo savitumas. Heterochromatinasir specifinessandarosbei paskirtieschromosomos......... 1 5 3 160 3.5.3.Specialiosioschromosomosdalys 160 3.5.3.1.Telomeros 168 3 . 5 . 3 . 2C . e n t r o m e r o sA. R S . . . . . . . . . . . . . . 3.5.3.3.Dirbtinds chromosomos.Eukariotq genq klonavimasir genomo 172 bibliotekos 771 3 . 6 . S o m a t i n i ql q s t e l i qg e n o m oy p a t u n l a .i . . . . . . 181 3 . 7 . E p i g e n e t i n i agi e n o m op o k y i i a i i r p a v e l d i m u m a s . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 182 3 . 7 . 1 .G e n o m o i m p r i n t i n g a s. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 183 3.'7.l.L Genomo imprintingo tyrimo metodai ir irodl'mas 3.7.1.2.Genomo imprintingasir aleliniq genq veiklosypatumai.Imprintingo esmd i88 3.7.2.X chromosomosinaktyvinimas.Dozes kompensacija 193 3.7.3.Paramutacijos.Ilgalaikdsmodifikacijos 199 3.8. Genomo pertvarka 203 3.8.1.Viso genomo pertvarkair jo pertvarkapirmuoniu vegetatwiniq lqsteliubranduoliuose 203 3.8.2.Pavieniqgenq skaiiiauspokyiiai - amplifikacija.Prisitailq,masprie t o k s i n ui r k i t o k i qv e i k s n i q . . . . . . . . . 208 3.8.3.Lokusq vietoskaita. Somatiniskrosingoveris.Mieliq poravimosi tipai .........,... 215 3.9. Nebranduoliniai(nechromosominiai)genomai.Nebranduolinis paveldimum a s, , . . . . . . . , . . . . . . 222 3.9.1.Specifiniainebranduoliniopaveldimumoryrimo metodai 223 3.9.2.Eukariotq l4steldsorganoidqgenomai zJ I 3.9.2.1.Mitochondrijq genomas LJ\ 3.9.2.2.PlastidZiq(chloroplastq)genomas lJi 3.9.3.Plazmidds- nechromosominisgenetinesbakterijq strukturos.jq 237 ivairove.Plazmiddskaip vektoriai genu inZinerijoje................. ?z1i 3.9.4.Parazitizmas,simbiozear naturalls lasteleskomponentai? 3.9.5.Nebranduoliniopaveldimumopasirei5kimobldai. Netradicines 1 ,11 genetindsstruktiros (prionai. viroidai, supermatricos).... , ........ ... 3 . 1 0 . G e n o m ot y r i m o m e t o d a i . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 256 3.10.1.Genomo tyrimo metodai ir chromosomqgenolapiai 256 3.70.2.Zmogaus chromosomqkartografavimas.Restrikciniaigenolapiai...... l o / 3.10.3.Genomo bibliotekos.DNR sekvenavimas ............. 266 3.2. 3.3. 3.4. 3.5.
IV GENU VEIKLOSVALDYMAS.GENU GRUPES
271
lcc operonas 4.1. Operonas. genqsankaupos 4.2. Hemoglobino ir jq evoliucija Imunitetogenai.jq perfvarkair valdymas.... 4.3. Imunogenetika.
27r
/1
279 t6J
:1.3.1 g e n qe v o l i u c i j a . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .2. .8. .3. . . . . . i rsi m u n i t e t o B.e n d r aas p i b u d i n i m a ir rekombinacija somatinese genqpopuliacija 4.3.2.Imunoglobulinq ..........288 l4steldse......... (MHC) (TCR) ir audiniqsuderinamumo 4.3.3.T limfocitqreceptoriaus . . . . . . . . .2. 9 6 g e n a i. . . . . . . . . . . . . .1.4. CitochromqP-.150 genetibiodegradacijos genqpopuiiacija. I(senobiotikq . . . . . . . .3. .0 3 ka...,........,...... .1,,1.1. P-450ir iq biodegradacija ir jos fazds.Citochromai Ksenobiotikq . . . . . . . .3. .0 3 genai.....,........ 2t.4.2. Citochronq P-450genqvaldymoypatumai.Lytinisdimorfizmasir . . . . . . . . .3. .0 9 imprintingas . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3. .1. .6. . . 4 . 5 . G E N V V E I K L O SV A L D Y M A S . . . . . . . . . . .3. .1. 6 i aei .g u l o n a s 4 . 5 . 1C. i s -i r t r a n s - v e i k s n R . . . . . . . . .3. 2 1 e t a p a(i a p Z v a l g.a. .). . . . . . . . . . . . . . 4 . 5 . 2G . e n qv e i k l o vs a l d y m o . . . . . . . . . . . . . . .3. .2. .1. 4 . 5 . 2 . 1G. e n o m os a n d a riar g e n qv e i k l o vs a l d y m a s . . . . . . . . . . .3. .2. 4 4 . 5 . 2 . 2C.h r o m a t i nsoa n d a riar g e n qv e i k l o sv a l d y m a s vykstanttranskripcijai ..... 327 ir po transkripcijos 4.5.1.3. Genqveiklosvaldymas . . . . . . . . . . . . . . .3. .3. .1. 1 . 6 . L q s t e l ecsi k l ov a l d y m a.s. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . somatiniqlEsteliqdalijiNereglamentuotas diferencijuotq 4.1. VeZiogenetika. . . . . . . . . .3. 3 9 m a s i s. . . . . . . . . . . . . 339 ................ 4.7.1.Mutacindir virusindvdZioteorijos.Onkogenai ..... 343 mutacijqkaupimosipasekme 4.7.2.Yeiio supresoriai. Vezys- laipsni5ko ............. genetika........ 347 4.8. Genucvoliucija/lyginamoji
v.
RATDOS(ONTO-MORFO-)GENETIKA
............. 3s2
. . . . . . .3 . 52 -5.1. Determinacija TotipotenciSkumo ir diferenciacija. Transdeterminacija. 5.1.i.Determinacija nrnhlem:r . . . . . . . . . . . . . . . . . . .3. .5. .2. . . . . . . . . .3 5 8 5.1.2D . e t e r m i n a c i j o lsa i k a si r v i et a . M o r f o g e n a .i . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .3 6 5 5.1.3P . o z i c i n id e t e r m i n a c i j a . . . . . . . . . .3. 6 7 5.2. Morfogenezds/ontogeneg z e sn a i. . . . . . . . . . . . . 5.2.1.Anksryvieji nematodo Caenorhabditiselegansgenai. Nematodo morfo. . . . . . . . .3. 6 7 ir ontogenetika..................... genai ................ 371 5.2.2.Ankstln ieji drozofilosbendrojo plano ir segmentacijos ................3 . .7. .1 5 . 2 . 2 . 1M . o t i n i n i a ig e n a ii r j q v e i k l a ir homeoziniaigenai.HOM kompleksas... 374 5.2.2.2.Drozofilos segmentacijos ir kitq or5.2.3.Morfogcnezdsgenq veikla.HOX genaiZmogaus/Zinduoliq .... 377 ganizmq genome . . . . . . . . .3 . 82 5 . 3 . L y t i e sg e n e t i k a. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
B. MUTACINI
S KINTAMU
M A S . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3. .e. .3. . . .
VI. M U T A C T J O.S. . . . . . . . . . . . . . . .
393
6 . 1 . B e n d r a sm u t a c i j qa p i b I d i n i m a s 6 . 2 . Generatyvindsir somatines,tiesiogindsir griZtamosiosmutacijos 6 . 3 . Mutacijq grupds pagal genotipo pokyiius (bendra aplvalga) 6.3.1G . e n o m om u t a c i i o s
394 396 398 400
6.3.i.1.AutopolipIoidrja................... .....................400 6.3.1.2. Alopoliploidija. Tolimojilytinehibridizacija. Somatiniqlastcliuhibridizacija . . . . . . . . . . . . . . .4. .0. 6 .. 6 . 3 . i . 3H. a p l o i d a i . . . . . . . . . . . . . . . . . . ,. 1. .1. .5. . . . 6 . 3 . 1 . 4A.n e u p l o i d i j(ah e t e r o p l o i d i j.a. .). . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1. .2. .0. . 6 . 3 . 2C. h r o m o s o mm q u t a c i j o.s. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .1. 2 7 6 . 3 . 3G . e n qm u t a c i j o s . . . . . , . . . . . . . . .4. .3. .6.
117 VII. MUTAGENE,ZE.GENOTOKSIKOLOGIJA.............. .............. 7.1. Mutagenai ir teratogenai.Bendra samprata ....... 147 7 . 2 . F i z i n i a im u t a g e n a i . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .,.1. 4 . .9. 7.2.1.Mutageninisjonizuojaniiosiosspinduliuotespoveikis.Priklausomybd nuo dozdrs . . . . . . . . . . . . .4. 4 .9 7.2.2.Mutageniniojonizuojandiosios spinduliuotespoveikio prieZastys...,.....455 . .5. .9. . . . 7.2.3U . l t r a v i o l e t i n is p i n d u l i u o t eK. i t i f i z i n i a im u t a g e n a.i. . . . . . . . . . . . . . . . . . . , . . . . 1 7 . 3 . C h e m i n i a im u t a g e n a r . . . . . . . . . . . . . . . .1. .6. .3 po ivairiq saveikrl 7.3.1.Cheminiai mutagenai,susidarantys .... 465 7.3.2.Laisvaradikalinemutagenezd.Ligos, kurioms b[dinga sutrikusilaisvq,169 jq radikalq pusiausryra .........,........ 7.3.3.Biologiniai mutagenai.Topoizomerazindir insercine(iterptine) mutagenezd , . . . . . , . . . . . . . . . .1. .7. .1 7 . 3 . 4A . p l i n k o sm u t a g e n a ij ,q j v e r t i n i m op r o b l e m o s . . . . . . . . . . . . . .4. .1. 7 7.3.4.1.Aplinkos mutagenqypatybis ir genotoksiSkumojvertinimas ..............477 7.3.4.2.Naujq mutacijq aptikimo metodai ..........483 7.4. Mutagenq pradinio veikimo mechanizmai.PotencialiosDNR paZaidos.........490 7.5. Antimutagenezi ir DNR reparacija .................... 197 7 . 5 . 1M . u t a g e n e z e es t a p a ii r a n t i m u t a g e n e z d M.u t a g e n qt a i k i n i a i. . . . . . . . . . . . . . .1. .9. 1 7 . 5 . 2D . N R p a Z a i d qr e p a r a c i j a ...., 501 7 . 5 . 2 . 1D. N R p a Z a i d qr e p a r a c i j o a s p i b u d i n i m a isr t i p a i. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .5.0. .1. . . . . 7.5.2.2.TiesiogindDNR paZaidqreparacija.Ekscizini rcparacija................... 504 T.5.2.3.lndukuotaDNRpaZaidqreparacija.Atsakai .............5 . .1. 0 '7.5.2.4. Nesuporuotqnukleotidq reparacija.Zmogaus DNR reparacijosdefektai............. . . . . . . . . .5. 1 5 7 . 6 . D i r b t i n i si r g a m t i n i sm u t a g e n e z evsa l d y m a s . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .5. .2. .1. 7 . 6 . 1M . u t a g e n qv e i k i m os a v i t u m a s . . . . . . . . . . . . . . . . .5. .2. 3 . 7.6.2.Gamtinis mutagenezes valdymas.Genetinisnestabilumas.Genarm u t a t o r i a i r a n t i m u t a t o r i a.i. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .5. 2 .5 7.7. Morfozds ir teratogenai.Genotrofai. .,lgytqpoZymiq"pavelddjimoklausimas................ . . . . . . . . .5. 3 0
C. POZYMIV BINACIJA
PAVELDEJIMAS
VIII. BAKTERIJVIR VIRUSU GENETIKA 8.1. Bakterijos 8.2. Virusai...........
IR REKOM...................537 ....,.......... 537 537 541
IX. EUKARIOTV POZYMIV PAVELDEJIMASIR REKOMBI556 NACIJA 556 9 . 1 . D N R k o p i j q p a s k i r s t y m a sM. i t o z d st i p a i . . . . . . . . . . . . . . . 564 9 . l . l . M e j o z d .H o m o l o g i n i Lcl h r o m o s o m qk o n j u g a c i j a 572 9 . 3 . P o z y m i qp a v e l d e j i m aisr d i p 1 o i d i 5 k u m a s . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 572 9.3.1.Vienos chromosomq/genqporos paveldejimas 578 9.3.2.Lytindsechromosomoseesaniiq genq pavelddjimas.............. 9.1. Eukariotq genomo fragmentacijai chromosomasir genq/poZymiqpaveldeji582 m a s. . . . . . . . . . . . . . . . 9.,1.1.Nealeliniaigenai - nehomologinesechromosomose.Nepriklausomas 584 pozymiq pavelddjimas kai genaiyra vienoje chromosomoje.Genq sankiba ....... 5 9 1 9.4.2.Paveldejimas, 594 9 . 4 . 3K . r o s i n g o v e r i .s. . . . . . . . . . . 599 9.4.,1. NetipiSkaseukariotq pozymiq paveldejimas 605 9.5. Genq s4veika 605 9 . 5 . 1A . l e l i n i q g e n qs 4 v e i k a 9.5.1.1.Aleliniq genq sqveikostipai ir priklausomybenuo ivairiq veiksniq .... 605 610 9 . 5 . 1 . 2A. l e l i n i q g e n q s 4 r ' e i k ops r i e Z a s r y s . . . . . . 618 9.5.2.Nealeliniqgenu s4veika 61.9 9 . 5 . 2 . 1G . e n a i m o d i f i k a t o r i a iE. p i s t a z i n i agi e n a i . . . . . . . . . . . . . 621 9.5.2.2.Sumindsnealcliniugenq s4veikos 631 9.6. Paveldimumasir aplinka 635 9.7. Zemesniqjqeukariotq po2ymiqpaveldejimasir rekombinacla .......................
X.
GENE,TINESREKOMBINACIJOSMECHANIZMAI. GE642 NV INZINERIJA
s e c h a n i z m a.i. . . . . . . . . . 1 0 . 1 .M o l e k u l i n i a ir e k o m b i n a c i j om 10.1.1. Rekombinacijostipai. Saitspecifinerekombinacija............ 10.1.2.Homologine rekombinacija............ 10.2. Genu inZinerija
642 612 644 652
LITERATURA.............
660
PRATARME Genetikatiria vienqi5pagrindiniilgyvrlorganizmqsalybiq- paveldimum4,todelji savaimeatsiduriavisqbiologiniqrei5kiniqcentre.Bent taip turetqblti. Vis dar atsiliepiadidelisbiologijossusiskaidymas pagal problemas. tiriam4sias I5 daliestai neiSvengiama. Tadiauper pastaruosius 10-15metqgenetikapadaretoki dideliSuoli, kad ivairiost4 padi4organizmqgrupgtiriandiosmoksloSakossavaime susiliejai vien4bendr4moksl4apie augalus,grybus,gyvinus,Zmogq. Antra vertus,yra bendrigenetiniairei5kiniai,bltinas jq lyginimasivairioseorganizmqgrupese(lyginamojigenetika),todel i5liekair bendroji genetika. pradejgsskait"vti Skaitytojas, 5i4knyg4,busnustebintas, o galb[t net Sokiruotas neradgspradZiojeMendeliodesniq.Per laikotarpi,praejusi nuo pirmosios,,Bendrosios genetikos"laidos(1986),genetikosmokslo turinyslabaipasikeite, todelbutinapradetidestym4nuo DNR kaip genetinismedZiagos ir toiiauai5kinti,kaipsudarytas genomas ir genas,kaip jie veikiair valdomi.Be to, yra ir kitokiq prieZasdiq taip elgtis.Pirma, rei5kiniai,i kuriuospripratomeZiuretikaip i paprastus(netgiprastusblna ir taip) yra patyssudetingiausi. Antra, ,,C" dalyjedestomos mintyspirmiausiaZinotinoskiekvienam Zmogui.TaiZiniosapiemuspadius,nespagrindinis ddmesys knygojeski- Zinduoliams - Zmogui. riamaseukariotams TadiauatsiZvelgta i tai, kad kiekvienaaukitoji mokyklaturi sava,.Genetikos"kursoprogram4,o kiti skaitytojai-savospecifinius Ziniqi5 genetikosporeikius.Kiekvienas skyriusparaiytastaip,kadbltq ganasavaranki5kas, toddl galimaskaitytiir nuo galo,jeigu to reikia.Mat knyga skirtane tik studentams, bet ir ivairiqkrypdiqbiologams, biologijosmokytojams, medikams, Zemds Ikio specialistams. Nuo auk5tojomokslostudijq praeinadidesnisar maZesnis laiko tarpas,toddl suprantamas kiekvienoporeikispapildytisavoZinias. Darvienasklausimas, b[tinasaptarti,,Pratarmeje". Taiterminai.GenetikojepilnaangliSkos kilmeslodLiq.Lietuvi5kuterminq,ypadplataus v a r t o j i m o , k l r i m a s - s v e i k i n t i n a s r e i 5 k i n y sk, rt ,ari!'?i rsr kLirr i a m a n e m o kiniams,o specialistams (blsimiesiems ir esamicnrs), Todelautoriuslai8
kur galima,- verstiZodZius, kesikompromiso: kitaisatv'ejais Salialietu(ar kitokioskilmes)terminus,kadskaitytojuibuvi5kupateiktiangli5kus t u l e n g v i aour i e n t u o t i s . Knygasuskirstvta i 3 dalis:A. Genomas,B. Mutaciniskintamumas, C. Pozymiqpaveldejimas ir rekombinacija. Ypaddaugdemesioskirtagenotoksikologijai, kuriosproblemoskivadoveliuose tuose nedestomos arbaddstomos labaiglaustai,norsSioje srityjedirbamalabaidaugir ji yra labaisvarbiZmonijai,taigiir Lietuvos gyventojams. Laikantiskursoprogramos, nagrinejamispecial[sgenetikosklausigenetikos atskiras mai,sudarantys sritis,pavyzdZiui, lytiesgenetika, Zmogausir medicinine genetika, raidosgenetika, imunogenetika, taippat gepagrindai.ThdiauSiostemosnagrinejamos netiniaiselekcijos tuosebendrosiosgenetikosskyriuose, kuriuosedestomiteoriniaidalykaiir kurie sudaroSiuolaikini teoriniatitinkamqtaikomosios genetikos sridiqpamat4.TuopabreZiama, kad:a) aktualiteorijavisuometpladiaitaikomaprakjos veiksmingai tikoje:b) nesuprantant teorindsproblemos, neimanoma taillytipraktiSkai; c) taikomosios genetikosmetodaikuriami remiantis naujaisteoriniaislaimejimais; d) daugteoriniqproblemqprakti5kaidar neidiegta, bet tai netolimosateitiesdalykas. AutoriusdekojaLietuvosvalstybiniam moksloir studijqfondui,paremusiamknygosrengim4,knygosrecenzentui prof.A. Sinkui,kolegoms prof. B. Juodkai,prof. R. Lekevidiui,prof. J. Lazutkai,habil.dr. K. Sasnauskui.doc.K. Zuku| doc.D. ZvingilaiuZvertinguspatarimusir pastabas,G. Gudonieneiir Z. Petuchauskienei, paskatinusioms parengti5i4 knyg4,ir ypadE. Cesnienei, J. Patamsytei, D. Abraitytei,be kuriq pagalbosSiosknygostekstaiir paveikslai nebttq parengti.
I. GENETII(A KINTAMUM4
MOKSLAS
APIE
PAVELDIMUMA
IR
1.1. Pagrindines genetikos problemos Nors genetika yra palyginti jaunas mokslas,XX a. ,,k[dikis", bet ji uZima centring padeti tarp kitq biologijos moksiq, vienija biologijos mokslus i visumq. Thip yra del genetikos tiriamq problemq svarbos. Vieniems genetika - mokslas apie paveldimum4 ir kintamumq, kitienrs - apie genus, DNR grandinis atkarpas, lemianiias organizmo pozymius, ivairiausiasypatybes, procesus, kurie lyksta organizme. Bendra taisykle yra tokia: visk4 organizme lemia genai. Thiiau matysime. kad visu genetikos reiSkiniq i ..geno remus" sutalpinti negalima, todel senasisgenetikos mokslo apibreZimas,kad tai mokslas apie paveldimumq ir kintamumE. geriausiai apibldina 5l moksl4. Pats mokslo pavadinimasbuvo pasillytas angh] mokslininko Beitsono (W Bateson) 1906 m. ir rei5kia moksla apie kilmg (gr.genesis - kilme). Paveldimumasyra organizmugcbejimasperduoti palikuonims savo pozymiusir individualiosraidos savitumus.Thi bendra organizmq salybe, kuri budinga absoliudiaivisiems organizmams,tarp jq ir Zmogui. Paveldimi organizme lykstantys procesai, organizmo pozymiai ir savybes,jo santykissu kitais organizmaisir aplinka,net gebejimaskisti. Del Siosorganizmrl savybdsvaikai yra panaSfisi tevus. Tai istabiausiagyvq padarq savybe.del kurios organizmamsdauginantis atsiranda nenutrilkstama naujq individq kartq grandind,atsinaujinair palaikomosorganizmq rlSys ir formos. Prie to esametiek lpratg, kad visai nesistebime, jog nauji individai yra pana5usi savo tdvus ir kitus protevius. Thdiau ar ne stebuklas,kad iS vienos lqsteles.pvz., Zmoeaus,i5siq/sto sudetingasorganizmassu daug,vbespeciaiiq organq, audiniq? Visi jie puikiai tarpusavyjesuderinti, veikia tikslingai, net turi funkcijq ,,atsarg4",skirt4 kra5tutinemsaplinklbems, kurios ne visada numatytos. Naujasis individas yra pana5usi savo t6vus. Kas lemia 5i stebuklq ir kaip ryksta genetines infbrmacijos, genq perdavimas i5 kartos j karta, kaip pa-qaliauinformacija, esanti genuose,virsta kon- visa tai yra pagrindiniai genetikos uidaviniai. kreiiais poz-vrniais,
10
yra pozymiqperdavimopalikuonimsbldas. PaveldiPaveld€jimas orgami ne pozymiai,bet genai.Tadiaupozymis,ypadsudetingesniq nizmq yra suddtingqs4veikqtarp ivairiq genq ir tarp genq bei aplinkos veiksniqrezultatas.PoZymiogenetikojesvarbui5siai5kintine tik genus,kurie lemia pozymi,bet ir vis4 keli4 ,,genas- poirmis", toddl skiriamaatskirqpoZymiq,kaip antai fotosintezds, izofermentq, atsparumokonkredioms infekcinemsligomsir kt., antocianqsintezes, genetika. Pozymiqpaveldejimobfldas tiesiogiaipriklausonuo organizmq genetindsmedZiagos strukturosir dauginimosiypatumq.Bltent del genetikojeypai rySkiobjekto reikSme. SiosprieZasties Pirma,kielorienas objektas, taksonominds ir kitokiosorganizmqgrupes turi specifiniq,tik jam/jomsbldingq paveldejimoir kintamumo kuriuoslemia genetiniqstruktlrq ypatumai,genetindsme),'patumq, paskirstymo dukterinems dZiagos l4steld:ms ir keitimositarp organizmq (rekombinacijos) ypatumai.Thi lemiagenetikossubDdai,dauginimosi siskaidymE i Sakaspagalorganizmqgrupesarba atskirusorganizmus: eukariotqir prokariotu.mikroorganizmq,augah;arba gyvinq, virusq, bakterijqir kt., pagaliaumieZiq,Zmogaus, drozofilosir t. t. Antra, yra objektq, kuriuosekonkretls genetiniairei5kiniaiyra lyg ir pavir5iuje,lengviausiai prieinamieksperimentatoriui. NeilgagenetikosmoksloistorijaSiqtiesqpuikiai iliustruoja.I5 pradZiqvyravo augalqgenetiniaityrimai.Netrukusjuos iSstumevaisinemuseldDrosophilamelanogaster, dar prie5 Antrqji pasaulinlkar4 Saliadrozofilos atsirado grybasNeurosporacrassa.Po Antrojo pasaulinio karo vis labiau genetikojeisigalejobakterijosir virusai,po jrl aukitesndpakopa buvo Zemesniejieukariotai- vienal4sdiai grybai (ypadmieles), pirmuonys.Siuo metu vel pirmaujadrozofila,bet Saliajos vis reik5mingesniatradimaidaromi su Zinduoliais.Ir del daugelioprieZasdiq i lyderio pozicijasverZiasiZmogausgenetika. Kintamumasyra tokia pat svarbigyvq organizmqsar.ybe,kaip ir paveldimumas. Pirma,jis lemia organizmqivairovgir yra bazejoms evoiiucionuoti. Thi puikiai suvokdevoliucijosmokslokfirejai Lamarkas (J. B. de Lamarck) ir Darvinas(Ch.Darwin). Antra, ne maZiau svarbusjau gamtojeegzistuojandiq ruSiq kintamumasjq viduje. Jis yra pirmine populiacijqsusidarymoir polimorfizmo prieLastis.Populiacija (lot. populatio - gyventojai)- elementariausias mikroevoliucijos vienetas,ruSiesprisitaikymoprie geografinds (erdvines)aplinkos - daugialypis, ivairovesb[das. Polimorfizmas(gr. polymorphos lvai11
yra Zmogauspolimorrus) yra viduru$ineivairovd.Matvt. didZiausias fizmas.Vidur[Sindivairovdteikia miiai didesniqgalimybiui5glventi ir ypai kintandiojeaplinkoje.Populiacijqir polimorfizmoatsiradimas i5likimas.dinamikayra specifiniaigenetiniairei5kiniai.Juostiria specialiosgenetikosSakos- evoliucindgenetikair populiacijqgenetika' Paveldimasis(arba genotipinis)kintamumas.Tik jis teikia medZiagosevoliucijaiir vidur[Sineiivairovei.Thi kombinaciniskintamuir mutacijos. mas (rekombinacijos) Kombinaciniskintamumas- nauji genq, chromosomqir kitq kai ivairiaisbustrukturq arba jq daliq deriniai, atsirandantys, dais organizmaikeidiasigenetindmisstruktflromisarba jq dalimis. yra spekaip ir poZymiqpaveldejimas, Kombinaciniskintamumas, cifinis ivairiomsorganizmqgrupems.Genetindrekombinacijapriklauso nuo genetiniqstruktlrq ir dauginimosi- lytinio procesoypatumq. Sunkiaunusakyti,kas yra mutacijos(lot. tnutatio- kitimas) del jq lvairovesir ivairiausioapibldinimo (Zr. de Fryzomutacingteorijq, ypatybqVI sk.). Pagalsvarbiausi4 mutacijos yra nauji genetiniq strukturq pokydiai. kaip atsirandareVienas i5 genetikosuZdaviniqyra iSsiaiSkinti, kombinacijosir mutacijos,kaip Siuosrei5kiniusvaldo organizmaiir kaip tai galimepadarytimes,Zmonds,praktiniaistikslais,kokios paveldimq kitimq ypatybes,tipai, kaip paveldimosmutacijos. neverNepaveldimaskintamumasatrodytqnelabaireik5mingas, tas kiek didesniogenetikqddmesio.Taiiau taip ndra. Nepaveldimi kitimai - modifikacijos(lot. modificatio- keitimas) yra bDdas,kuriuo pasirei5kiadar viena bendravisr4organizmqypatybe,skirianti gyva nuo negyva.Gyvi organizmai geba prisitailryti prie aplinkos adapveiksniq,tiek prie naudingq,tiek prie Zalingq.Sisprisitaikymas, tacija,priklausonuo genetiniqstrukturq,genq veiklospokydiq,arba specialiqgenq, kuriq paskirtis- lemti prisitaikymqprie konkrediq aplinkosveiksniq.Genetikaai5kinaadaptacijosir modifikacijqpriekuri tiria genetiniqstrukZastis.Tai ekologindsgenetikosuZdavinys, tlrq nulemiam4organizmosantykisu aplinka. Del rystymosipokl'diq,kuriuos sukeliavidiniai lsonnlal 12
niai, gali atsirastiraidos sutrikimq- morfoziq (gr. moryhosls- atvaizdas),teratologiniqreiSkiniq(gr. teratos- pabaisa,apsigimelis). TeratologiniaireiSkiniai- tai ivairios prigimties pokyiiai. Gali bhna nepaveldibiti paveldimipokydiai- mutacijos,bet daZniausiai yra atskirti i5 genetikos pokydiai morfozds. Vienas uZdaviniq mi paveldimusorganizmqpokydiusnuo nepaveldimq. veiksniusteratogenusyra net svarNustatytimorfozessukeliandius (mutacija + gr. genesls- kilme) mutagenus negu i5aiSkinti biau veiksnius,kurie sukeliamutacijas.Mutacijosyra retos, o morfozds Antai ne5diosmoterys,vartojusios gali bfiti beveikSimtaprocentines. skausm4mal5inantivaist4talidomid4,vitamino- folio rlg5ties anagalunemis.Vaikai skyresi tik 1og4,gimdd vaikus neiSsilysdiusiomis paZaidosdydZiu. Epigenetinispaveldimumas.Atskir4 grupq Genai ontogenezdje. genetiniq sudaro struktfirq,genq,jq veiklospokydiaiindireiSkiniq vidualioje organizmo raidoje, ontogenezdje(gr. onlontos - es4s + suddtingossandarosorgageneze).Gerai Zinoma.kad daugial4sdiai, kiaunizmai (Zmogus,gyvlnai, augalai)\T/stosii5 vienosapvaisintos porq). (gr. L4steles ne zigotos zygote sujungta tik Sali4stes i jq diferencijuojasi. Atsiranda sandaros dalijasi,bet ir specializuojasi, ir veiklosskirtumq.Formuojasiaudiniai,organai. Diferencijuotql4steliqskirtumaigali btti labai stabil[s.Thi gerai iliustruojaveZiniql4steliqtyrimai. VeZineslEstelesgali be perstojo dall'tis,o tai normaliai nebtdinga somatin€ms(gr. soma - kfinas) l4stelems. Taiiau vdZiniql4steliqkultrlrosstabiliai(net iki 10 ir daugiau metq kultivavimo)skiriasipriklausomainuo audinio organo,i5 kurio auglio l4steliqpradetosauginti. Skiriamaypatingapaveldimumoforma - laikinasis,arba epigenetinis (gr. epi - po * genesis- kilme), paveldimumas.Thip Sispaveldimumasvadinamastoddl,kad 1)jis atsiradgsdel antriniq,vdliau,po DNR sintezes. lykusiu procesqir 2) ji sudarocitoplazminds, antrinds struktlros,kurios autonomiskos, nors ir kilusiosi5 l4stelesbranduolio genq.Deja, kaip atsirandaSislaikinasistik diferencijuotql4steliq paveldimumas, i5tirta tik i5 dalies,ir tai yra viena i5 Siuolaikines genetikosproblemq. Genetinessomatiniql4steliqypatybestiria somatiniql4steliqgenetika. Genetiniusontogenezds pamatusir stambiqmorfologiniqpo4mir.l, tokiq kaip bendra organizmo sandara, organq iSsilystymas, IJ
paveldejimas.tiria dvi glaudZiai susijusiosgenetikos Sakos onto' genetika ir morfogenetika. Suprantama, kad Sios dvi Sakos yra labai specifinds.nes tiria konkredias organizmq gruPes. bet ndra tik daugial4sdiq,suddorqanizmq motingos sandarcls. nopolis. Paprastesndgali b[ti ir vienal4sdiq organizmq raida. Antai i5 bacilq l4steliu iSsirysto sporos. I3 vienal4siiq grybu vegetatlviniq l4steliq r,ystosi lytinds l4steles. Dar suddtingesni pokvdiai ryksta kai kuriq vienalqsiiq dumbliq. ptz.. Acetahtl.l pav. Branduoliq transplantaciiadumbPaprasta l4steld diferencilaia. lio Acetabulanc r[5iq lqstel€se: juojasi / vettsteinii i struktfrq. imituojanci4 M - A. ntediten'nnea,W kepu16tuosiusgrybus. Susidaro Labai domimasi. gleiv[nu (1.1 pav.). rizoidas .,kepur€Ie,,,issiv-vsto i5 vienal4sdiq susqlygomis Jis blogomis DicNosteliLtmclis;coideum. struktlras lqsteliq daro daugial4stesdiferencijuotq ir specializuotq organizmus ir yra puiku. perejimo i3 vienal4sdiq i daugial4sdius parryzdvs. Sio rciSkinio genetika jau gana smulkiai iStirta' ' N"i nel4stelindmsgylybds formoms virusams bfldinga ontogeneze. Susidaro baltyminis apvalkalaskapsidas ir specifindsstruktlros, kuriomis virusas tvirtinasi prie Seimininko l4steles ir prasiskverbiai jos vidq. Ontogenetika ir morfogenetika Siuo metu yra intensyviausiaipletojamos genetikos Sakos.Pletotes tempais su jomis gali varzytis on' kogenetika ir su ja susijusil4stelesciklo (dalijimosi) genetika. Onkogenetika tiria genetiniusv6Zio pamatus,bct ,,pikrybinio",tiksliau' neieglamcntuoto, somatiniq l4steliq dalijimosi prieZasti galima suvokti tik i5tyrus tai, kaip geneti5kaivaldomas normalus l4stelesdalijimasis. Elgsenos genetika. signalinis paveldimumas. Gyv[nq elgsena, veikla. t. y. Zmogausmastymas.- suddtingiausipoaukStojiner'l,,ind zymiai. Del Sios prieZastieselgsenosgenetika kol.kas vra rei5kiniq lygio, todel Siojc knygoje atskiriri nenagrinejama.Siuo metu tik nu,iutun,'u. kiek kuri nors konkreti elgsenosypatybd (pvz.. paukSdiq I4
migracija,jq vestuviniaiSokiaiir kt.) priklausonuo genq,o kiek nuo aplinkosir i5mokimo.Mat nemaZaiinformacijosgyvfnai gauna i5 aplinkosper sqlyginiusrefleksus.Ir tai ne bet kokia informacija,o toji, kuri sudaro specifinesgyvfino elgsenosypafybesir kuria mes Vadinasi,5i4 elgsenosypatybgvertiname apibldinamepati gln/DnE. pozymi. kaip sistematikos Informacija,perduodamai5 kartos i kart4 per mokym4si,s4lyginius refleksus,vadinamasignaliniu paveldimumu. Ypating4reikSmgsignalinispaveldimumas turi Zmogui.Per sqlyginiusrefleksus,iSmokimaZmogusgaunalabaidaug informacijos.Be jos jis nebltr] ZUOCUS. GyvunqjaunikliamsSislaikotarpistaip pat yra svarbus.Jie irgi imlesnisignalineiinformacijai.Aniiukai, iSperintiinkubatoriuje,..nesusikalba"su antimis.O reikalingisignaliniairySiaigali atsirastitarp andiukq ir juos perejusiosvi5tos arba lapiukai gali sekioti paskui lazd4,kuria velka ZemeZmogus. Zinoma, ir tuo aweju. kai elgsenosypafybg lemia signalinis paveldimumas, dallvauja genai. PagrindinisZmogaussignalindsinformacijosb[das - kalba. susijusisu tam tikra kalbos padargq sandara.O tai jau lemia genai. S4lyginiairefleksaitaip pat priklauso nuo genrl.Kaip ir kalbospadargai,evoliucionavosmegenys, ju sandarair veikla, \ystesi aukStojinervine veikla. Visa tai fiksuota genuose,yra paveldima.Kuo toliau paZengusiauk5tojinervin6 veikla, tuo didesne yra signalinesinformacijosdalis ir jos reik5megyvlno elgsenai.Tos elgsenosypatybes,kurios pasirei5kia kaip nes4lyginiairefleksai,yra igimtos, tiesiogiaipaveldimos.Jas lemiandiqgenq, kaip ir kitq, veikla ivairiai priklausonuo aplinkos ir taip pat yra genetiniu ryrimq objektas. Trumpa genetikos
apZvalga
Dar visainetolimojepraeityjegenetikoskurs4buvo galimadestyti istoriniuprincipu.GenetikarySkiair.ystesi nuo paprasdiausiq iki sudetingiausiugenetiniqrei5kiniq,ju mechanizmq, nuo taisykliq- desniq nustatymoiki jq iSimdiqanalizds. Thdiaudabartai padarytineimanoma del didelio genetikosSakuir problemqskaidiaus. Genetikosistorija, 15
padedageriausuvoktibendniu genetiniureiSkad ir glaustaiiSdestyta, sprestqproblemqmomentus. kiniq esmg,pagrindinius genetikos istorijayra i5 tikrujq trumpa ta prasZemiau i5destvta genetikos raidosmomentai'Bet tik pagrindiniai me, kad nagrinejami tai ndra tradicin6kalendorinedatq, pavardZiu,irykiq istorija.Naugenetikos bendrosios dojantisistorinioddstymometodoprivalumais. visiems yra problemospateikiamoslaike. Taip lengviaui5skirti,kas bendra. esmingiausia, organizmams 1.2.1.Pirmosiospaveldimumoir kintamumohipotezds Citologija ir embriologtia - genetikos pamatas. Kad organizmai pasiZymi paveldimumo sa\ybe, Zmonds pastebdjo seniai, augindami gyvulius ir augalus,stebedamig.weie samtq. Tadiau norint paaiSkinti, kaip lyksta pozymiq paveldejimas,kintamumas, reikalingos esminds Zinios apie l4stelg. Tiro tarpu pati l4stele Huko (R. Hooke) atrasta tik 1665 m. Vis delto buvo suvokta,kad palikuonys nerykstant dvieju skirtingq lydiq kontaktr.rineatsiranda.Aristotelis mane, kad wri5ka lytis suteikia ,,glvybinQjigq" medZiagai,esaniiai ntoteriSkameorganizme. Didejo techninds mokslo galimybis, buvo iSrastasmikroskopas, atrastos l4steles.Pagaliau par,yko atrasti lytines lEstelesir i5aiSkinti lyini procesE,suvoktijo esmg.Pirmiausia7667m. Levenhukas(A. Lea. kilo kova tarp ewenhoek) atrado spermatozoidus.XVII-XVIII preformizmo ir epigenezdsteoriju Salininkq.Tai i5 tikniu buvo pirmas bandymas paaiSkinti,kaip lytinese l4stelese,,suraiyti" busimojo individo pozymiai. Preformistai n'irtino, kad lytinese lastel6se.konkrediai spermatozoiduose,galima iZilreti ma24 Lmogeliuk4 humunkul4. Kiek falsifikuojamuosespermatozoidopieSiniuoseiZiurimos atskiros Zmogaus klno dalys. O epigenezesSalininkai teige. kad visi organizmo poZymiai,nors ir uZprogramuotily'tinesel4stelese,rystosi i5 naujo, bet kaip, nepajege paaiSkinti. NuoZmi ilgamete preformistq ir epigenezesSalininkqkova lwirtino labai svarbiq mint!: lytinese lEsteleseyra btsimo organizmo pradai, planas. Tik klausimas,kokiu budu jose ,.sura5yti"busimo individo poZymiai. l6
= evoliucija.Kur kas daugiauneKintamumas* paveldimumas gu citologijosatradimaidometispaveldimumuir kintamumuXIX a. skatinoevoliucijosidijos: evoliucijabe paveldimokintamumonejmanoma,kintamumas ir paveldimumasyra tarp pagrindiniq evoliucijosveiksniq. Kova tarp evoliucijosialininkq ir tq mokslininkq,kurie mand, kad g,wiejiorganizmainesikeicia, buvo nuoZmesninegu tarp preformistq ir epigenezes Salininkq. Lamarkas(J. B. P.-A.de Lamarck)buvo vienaspirmqjq, tvirtinusiq, kad givieji organizmaikinta ir del to gali atsirastinaujosn-r5ys. Jo mintysapie kintamum4apibendrintos knygoje,,Zoologijosfilosotija" (1809).Deja, b[damaspirmasiskintamumotyrinetojas,Lamarkas suplakeI vien4 kr[v4 paveldimusir nepaveldimus pokydius.Su jo vardu siejama,,ifftrl poZymiq"problema,t. y. kad organizmo raidojeigyti pozymiaiyra paveldimi.LaikantisSiosnuostatos,galima jo raumenisturdteigti, kad jei Zmogustreniruojasi,tai galingesnius jo tu paveldeti palikuonys,kaip ir atsparumESaliiui,igyt4 gnidinantis. MaZa to, Lamarkasmane, kad evoliucij4,tai_eiir kintamum4 lemia organizmonoras.poreikistobuleti.Thdagalimadaryti iSvad4, kad juo protingesnisgyvlnas,tuo geriauyra lvaldgssavo evoliucija (Zr. M. Ydas ,,Apie biologijq",1994,34 sk.). Tiek ,,igytqpo4rmiq" paveldejimas, tiek vidinio poreikio skatinama evoliucijasukelediskusijqaudr4,kuri tgsiasiiki Siol. Darvino pangenezes hipotezd.Id6ja apie paveldimumovienetus. Dar didesngaudr4negu Lamarko,,Zoologijosfilosofija"sukdldDarvino 1859 m. paskelbtaknyga ,,Rh5iqkilmd". Joje nurodomi trys cvoliucijosveiksniai:kintamumas,pokydiq paveldejimas ir atranka. Bet suprantamas klausimas.kuri i5 karto teko iSklausytiDarvinui ir jo pasekejams: o kaip atsirandaorganizmr;pokydiaiir kaip jie paveldimi? Nori nenori i 5i klausim4teko atsakyti.1868m., praejus 9 metamsnuo ..R[Siqatsiradimo"paskelbimo.DarvinasiSleidoknygE ..Naminiqgvuliq ir kultlriniq augalqkitimas",kurioje i5ddste,,laikin4 pangenezes hipotezg''.Anot Darvino.r,ra specialuspaveldimumo vienetai gemulos,kurioslemia atskirqorganizmoorganqraidq. Jos gaminasiivairiuoseorganuoseir i5 jq patenkai lytineslasteles. Cia susitelkiavisasgemuhirinkinys.Jeiguorganaspakinta,tai pakinta ir gemula.Tokie pokl'diaipersiduodapalikuonims.Stai ir vel Lamarkasl ,Ii
t7
Darvinopangenezes hipotezepriestaravo tuo metu Zinomiems . fak_ tams (gemulq,,keliavimas:'lytines lqsteles)ir bul,o labai naivi. Tai 1 'set
n.l.lg iarininkai. oarvinas buvoi4*il; ir betkoks l^''ol1]T ,,nusiiiaudejimas" ,o buvovisiems zinomas. r"iei ffiasr.vdonepa_ stebetair pangenezes
hipoteze.Ne taip, kaip niekamneZinomo uZkampio vienuolioMendeliodarbas. vienerussusidomeio .. .farvino ideja apie paverdimumo kiti moksIininkai'Antrojoje pusejeprasidej.o ;'k;;;;;;io1ru.o ^irvo }rr' l i,ipoteziq kDrimo karitrige.Tobureinese is siq nip"r!r,,+ armesra Darvino mintis, kad paverdimumo vienetaikeriaujai lytinesrasteles. kad ontogenezeje igyti pokTiiai yra paveldimi.Remiantisaukidiau . minetaiscitologijostyrimais,buvo manoma, susi_ jgs su branduoliuir chromosomomis. kad paveldimumas Pasakde On"n V,ney)f m. paskeibtos pangenczes hipotezds. pavel_ T:l: yra rqstereje fff dimumo vicneraionn:^.,lui ir fersitruodaii rqsteres raitetgjoms i cla_ lijantis' Thigivisosras11re,s pangenaiyra branciuogcnellniu.uizr,itgii,-y-.o ll,giavertes. 'ne lyje, nes (i turi kiekvienar.stere. ar tai iiuoraikinepa'eldimunroreorrlai)l
veismano(A y:it-mann) paverdimumo ir ontogenezes hipotezd u pabaigoje(1882m.) iuuo ruuuipopuriari, IIT sukere dideles dis_ kusijas.Kai kuriosjos idejosatsispindejo. totesnele"g.".iik",raidoje. o kai.kurios joje keriamosprobremos dar neissprestos ir siandien. Paveldimumovienetqideja irgi p"rimtu ii Darvino. Viena i5 teigiamq,Veismano hipotezes. sarybiqy| ,u, kad jis 5,,pa_ ting4 reikSmgteike chromosomor, ,.
mumo vieneiai; armere Lamarko il#'Ihi;f,iffi ontogenezdje poiymiaiyra
rii.ril,ll$;
paveldimi;pirmasiru"riJ p*lstne vra keturi CCCC. Anatogi5kai mRNR kodonq AAdA slopina Lys IRNR su antikodonu UUUU. mRNR kodonus ccGG ACCA, ACCU, ACCC slopina Thr I R N R s u a n t i k o d o n uU G G U ( d e l n c v i e n a r e i k i m i oa t i t i k i m o ) .m R N R k o d o n a C C C C -slopinaPro IRNR su anrikodonu GGGG.
Slopinamosir i5kritos.Tada antikodonasyra dupletinis. Skairymordmelio supresoriq- tRNR genq antikodone(arba visi5kaiSaliajo) irgi yra atitinkamaiisiterpusiarba iSkritusinukleotidr.l pora (2.6 pav.). Jau Zinoma atvejq, kai ir normaliose.nemutantincsemRNR yra kvadruplctiniq kodonu. Antai gerr>kaiveiksminsesnimieliq terminavimo kodonai yra kvadrupletiniai - ne UAG. o L,,-4G;,.
Del sqveikos,,mRNR kodonas-tRNRantikodonas"pokydiq kodas skirtingoseivairiq organizmqlasteleseir net genuose yra nevienareiKmisir priklausonuo genetiniqir aplinkosveiksniu. Mutacijosir aplinkosveiksniaigali pakeistigenetiniokodo sandarq:tripletinis-+ dupletinisarba kvadrupletinis. Pagrindiniaiveiksniai,lemiantysgenetiniokodo nevienareik5miSkum4,yra IRNR. 2.2. Genas 2.2.1.Genq simboliai Genq Zenklai (simboliai). Tvark4 z,vmetigenus simboliais - raidemis pirmasis lvede Mendelis. Jis dominuojandiuosiusgenus (po4mius) Zymejo didZiosiomis,receslviuosiusgenus - maZosiomisraidemis, alelinius genus - ta padia raide, nealeliniusgenus - skirtingomis raidemis (tarkinl. A ir a, B ir b). Morganas Siq zymejimo tvarkq patobulino. Kaip mineta, drozofilos genusjis pavadino angliSkaismutacijq pavadinimaisir jq 1-3. o kartais ir ketr.rriqraidZiu santrumpomis. Antai mutacija baltos drozofilos alqs uZra5omawhite - r,. Sitaip zymimas recesyvusisalelis. Thciau dominuojantis drozofilos alelis (tamsiai raudonos alrys) gali buti imimas dvejopai - W arba n'*. Geno zymejimas,,*" (plius) reiSkiane tiek geno dominavimE,kiek normalq, arba dar kitaip vadinam4 laukini, tip4, t. y. simbolizuoja gen4. blding4 normalioms konkretaus organizmo formoms. DaZnai abi Sios geno sarybis sutampa, bet ne visada. Antai drozofilos akir] formos (sumaZejgsfasediq skaidius)mutacija Bar (simbolis ,B/ yra dominuojanti, o normalusis alelis, z1'mimasB*, yra recesyvusis. SavitaiZymimi polialeliniaigenai.DaZniausiaito patieslokuso genai4,mimi tuo padiu simboliu tik su,,priedais" (w, w", w'i,wn, arba I'a, IB). Thi bendri genq z,vmejimoprincipai. Konkrediq taksonq ir pozymiq genetikoje yra savagenq zymejimo tvarka.Si4 warkq nustato tarptautiniai atitinkamossritiesarba taksonogenetikoscentrai ir yra visiemsprivaloma. D6l SiosprieZastiesperiodi5kaispausdinamikonkrediu organizmu genq s4raSai.Si darba atlieka centrai. Mikroorganizmq genetikoje genai daZniausiaiZymimi pagal tai, jie koduoja (baltym4, RNR, metabolit4, proces4). Prie geno simk4 bolio vir5uje raSomas.,+", kai genasveiklus (normalus).ir..-", kai
12
genasneveiklus(nril-mutacija;. Si 4mejimq palvairinaspecifiniaigeno pokyiiai - tarpines(leal{\,),temperaturines (rs) mutacijos.Genai gaii bDti zymimi i5 eilesraidemis(drmA,dnaB,dnaC) arba skaidiais (cdc2,cdcl8, cdc27).Eile sudaromaarba pagalgenrl atradim4,arba pagal koduojamqivykiq eigE.PradedantdidZiqjaraide uZra5omine dominuojantysaleliai, o genq produktai. Pvz.,geno dnaA produktas yra baltvmasDnaA. atitinkamai,cdc2 ir Cdc2.Kai reikia skirti normalq aleii nuo mutantinio,ra5omas,,*", pvz., dnaA*. Si4 &ark4 pastaruojumetu perima ir genetikai,tiriantyskitus organizmus. Mieliu Sacclrarotnyces genai ir nukleotidq sekos 4mimi didZiosiomisraidemis CDC 2, CEN-A. CEN-B ir pan.
Zmogausgenai daZniausiaiZymimi arba pagal pozymius.sa,,ybes, kuriasjie lemia, arba pagalpaveldimqligq pavadinimus. Kaip Zinome, ligq pavadinimaiyra lotyni5ki,tad ir genq simboliaidaZnaiyra kilg ne i5 anglq,bet i5 lotynq kalbosi.odiiu. Jie ra5omididZiosiomis raid6mis,pvz..HOX. Tie patvspelesgenai uZra5omiHox. 2.2.2. Funkcinis geno dalomumas ir alelizmas
Morganasbuvo fvirtai jsitikings,kad genasyra nedalomasir yra pats maZiausias paveldimumovienetas.Kuri laik4 tai buvo viena i5 genetikosdogmq.Pasakjos, maZesniquZ gen4funkciniqpaveldimumo vienetqnegali b[ti. Manyta,kad genastaip pat yra maZiausias mutacijosir rekombinacijos vienetas. Geno centrq teorija. Kad genasyra dalijamasfunkcijos atZvilgiu ir kad mutacijosgali iv,vktiivairiosegeno vietose,1930m. pirmasis Tiriant drozofilossc-ac(scuteirode rusq genetikasA. Serebrovskis. achaete,angl. scute- Sarvai.aclmete- be Sereliq)gen4, nuo kurio priklausoSereliqr.ysrymasis kflno pavirSiuje, paai5kejo,kad Sisgenas sudarytasi5 daugeliosubvienetq, akry.viqjq centrq,kuriuosSerebrovskis pavadinotransgenais. Visasgenasbuvo vadinamasbazigenu,o geno teorija, pagal kuri4 genassudarytasi5 aktyviq centrq - geno centrq teorija. Sio genomutantiniaialeliailemia Sereliuredukcij4ivairiosektno dalyse.SukryZminus homozigotinius mutantus,heterozigotiniams organizmams Sereliaineaugdavo tik tosevietose,kurioseabiejqmutanjeigu del vienosmutacijossc, Sereliainesirystd trl sutapo.Pavl-zdLtui, -a t-)
ABC, o del kitos sc, - BCD, tai drozofilos buvo plikos tik BC kuno pavir5iausvietose. Neabejotinai kiekviena Sereliqvieta buvo funkciSkai ir geneti5kaisavarankiSka.Vyko ne viso geno, o tik atskirq centrq mutacijos. Krosingoveri geno viduje - tarp to paties geno atskirq daliu i5ai5kino Liujisas (E. B. Lewis), Grinas (M. Green) ir Oliveris (C. P. Oliver). Thi buvo irodyta komplementacijostestu.Jis yra vienasii prieinamiausiq ir paprasiiausiubIdq nustaryti.ar mutacijosyra to patiesgeno - alelinds,ar skirtingq- nealeliniqgenq.Primename,kad to paties geno strukturinesatmainosyra aleliniai genai, arba aleliai, o skirtingi, nors ir lemiantyst4 patl pozymi genai yra nealeliniai. Organizmo genetiniq galimybiq visuma vadinama genotinu (gr. genos - gimind, kilme+typos - atspaudas, paryzdys). Si s4voka taikoma ir konkretiems genams. Atitinkamai organizmo poZymiq visuma vadinama fenotipu (gr. phaino parodau*tipas). Si sqvoka taikoma ir konkrediam pozymiui. Antai fenotip4 nusakome Sitaip: normalus pozymis - mutantinis poZymis,Seriuotas- plikas drozofilos klnas ar jo dalys ir pan. Bet kuri vieta gene (nukleotidq sekos,paZaidos)vadinama saitu, skirtingai nuo geno vietos - lokuso. Kai mutacijos yra to paties geno, pirmosios kartos hibridai (F,) yra mutantinio fenotipo, t.y. nenormalauspoz1,mio.
tra n s - p a d dti s, nrutantinis poiymis
Cia a, ir a, - paZeisti saitai (geno dalys), pliusas - normali to paties geno dalis. Auk5diau pavaizduotq paZaidq paddtis viena kitos atZvilgiu vadinama trans-paddtimi. Esant paZaidoms tame padiame gene trans-padetyje,fenotipasyra mutantinis, nes abu aleliai paZeisti. Thdiau retkardiaishibridai tarp mutantq, kurie paZeistitame paiiame gene, yra normalaus fenotipo. Thip atsitinka, kai tarp geno daliq ilyksta krosingoveris,apsikeidiamageno dalimis: '7L
al
chiazma
uz
u1
k r o s o v e r i n i agi e n a i ,c i s - p a d d t i s , normalus poifrnis
Si geno daliq padetis viena kitos atZvilgiu vadinama cis-pad6timi. Taigi kai abu (arba visi) paZeisti saitai yra tame padiame gene cis-padetyje, iSsirysto normalus fenotipas. Sis reiSkinysaiSkinamastaip: cis-paddtyjeabi paZaidosyra viename gene, o kitoje chromosomojegenas yra visi5kai normalus (funkcionalus), ir jis pasireiSkiafenotipe, dominuoja prie5 aleli su dviem paZaidomis. Pagal trans-padetinustatoma,kada du tokio paties fenotipo mutantai priklauso tam padiam genui, o kada yra skirtingq, nealeliniq genq pokydiai. Sis trans-testasdar vadinamaskomplementacijostestu. Ji pirm4 kart4 panaudojo 1938m. Morganas, BridZesasir Startevantas. Tai vienas i5 b[dq alelizmui nustatyti. Tbans-paddti gauti nesuddtinga: reikia sukryZminti du mutantus, ir jq F, hibridai atitinka Siq padeti. Kai dvi mutacijos yra skirtinguose genuose, trans-padetyje buna normalus fenotipas, o kai dvi mutacijos yra tame padiame gene, - mutantinis fenotipas. Tarkime, kad dvi mutacijos yra skirtinguose lokusuose, bet abu genai toje padioje chromosomoje: rar,-T-
-
trtl
-
75
Thda mutantinl gen4 a stelbia antrojoje homologineje chromosomoje esantisnormalus (+) genas,o mutantini gen4 b, esanti antrojoje homologineje chromosomoje,stelbia normalus (+) genas pirmojoje homologineje chromosomoje,todel abu mutantinius genus nustelbia normalls aleliai, ir fenotipas yra normalus. Kai mutacijos yra skirtinguose to paties geno saituose,kaip mineta, abu genai ir pirmojoje, ir antrojoje homologineje chromosomoje blna paZeisti, o fenotipas trans-paddtyjeyra mutantinis, nes abu aleliai paZeisti,toddl negali normaliai veikti: ,
or
+l
i5 poZyAlelizmo irodymai.Ar genai yra aleliniai.sprendZiama poZymio genai paties skirtingas, (fenotipo): lemia to aleliniai mio Bet tai labai nepatikimasrodiklis.DaZnaidu alternatyvias i5rai5kas. genai,lemiantysto patiespozymiovariantus,yra nealeliniai.PalyzrudodZiui, sukryZminusvaisinesmuseles(Drosophilamelanogaster) mis ir Sviesiairaudonomisakimis,visosF, museldsyra tamsiairaudonomisakimis,o F, pasiskirstotaip: 9/16 tamsiairaudonomis:3/16 rudomis:3/16 Sviesiai raudonomis:1/16baltomisakimis,t. y. 9:3:3:1. Tai dihibridinio kryZminimosantykis(Lr. p. 584). IS to galima daryti iSvad4,kad rud4 ir Sviesiairaudon4akiq spalvEnulemiaskirtingi, nealeliniaigenai.Taigi antrasisalelizmoirodymasyra hibridologine analizd,.Kai genai yra aleliniai, sukryZminustiriamEsiasformas,F, gaunamasantykiu3:1. Tuo tarpu kai F, yra santykis,atitinkantisdihibridini(bendrasuma 16, pvz.,9+3+3+1 arba 9+7, arba 15+1, arba 9+3+4 ir kt.) arba suddtingesni kryZminim4.pozymiq genai. skirtum4neabejotinailemia nealeliniai Tadiaunet hibridologineanalizdnegali irodyti alelizmo,nors genetikojedaZnaitik ja ir remiamasi.Esantgenq sankibai(Zr. p. 591). t. y. kai genai toje padiojechromosomoje, monohibridiniokryZminimo santykisF, gali b[ti ir tuo atveju,kai skirtumustarp tevq nulemia nealeliniaigenai.Todel patikimiausias ir svarbiausias alelizmo kriterijus- genovieta chromosomoje. chromoAleliai homologinese somoseuZima tq padiqviet4 - lokus4. Komplementacijostestas labai palengvinaalelizmo nustatym4. Kaip mineta,sukryZminus drozofilasrudomisir Sviesiairaudonomis 76
akimis,F, hibridai esti normaliomistamsiairaudonomisakimis.Vadinasi,jau i5 F, galima sprgsti,kad rud4 ir Sviesiairaudonq akiq spalv4lemiantysgenaiyra nealeliniai,arba mutacijosyra skirtinguodu visi5kaitokios se genuose.Tas pat gaunamakartaissukryZminus padiosspalvos,bfltent Sviesiairaudonomisakimis drozofilosmutantus, paryzdZiui,mutantusv (vermilion,angl. cinoberis- rySkiairauangl.cinoberis).Jq F, yra normaliomis dona spalva)ir cn (cinnabar, tamsiairaudonomisakimis,taigi mutacijosyra nealelinds,priklauso skirtingiemslokusams.Tik kai mutantaiSviesiairaudonomisakimis yra to patiesgeno (pvz., cn), Frfenotipasyra mutantinis- Sviesiai raudonomisakimis. labai veiksminKomplementacijos testas,arba kitaip trans-testas gas, kai norima i5ai5kinti,keli genai nulemia pofmi. Reikia gauti kaip gaudaugtokio patiesfenotipoatskirqmutantr].Panagrinekime, nami mieZiqmutantaieceiferum(augalaibe va5koapna5os).Paveikus mieZiqsdklasmutagenu,kiekvienoaugalopalikuonyssudaroSeim4. Joje gali pasitaikytine vienas,o keli augalaibe va5koapnaSos, taiiau jie tikriausiaibus kilg i5 vienos pakitusiosl4stelds,t. y. yra tapatfis.Atskirais mutantaisjq laikyti negalima.Tadiaui5 dviejq skirtingq Seimqtokio patiestipo eceiferummutantaiyra nevienodi,nes po mutacijosarba tame padiamegene,tik tas pats fenotipasi5sir.yste skirtinguosesaituose(tiksliai to paties saito mutacijos tikimybd yra labai maZa),arba skirtinguosegenuose. Visi Siemutantai i5bandomitrans-testu(sukryZminamitarpusalyje) ir sugrupuojami. Grupdsviduje yra tie mutantai,kuriq F, hibridai yra mutantiniofenotipo.Jie yra skirtingqto paties geno saitq mutacijosir gali bfiti panaudotismulkiai Siogeno analize| Mutantai, kuriq F, hibridai yra normalausfenotipo, priklauso skirtingomsgrupems, taigi ir skirtingiemsgenams.Kiek yra grupiq, tiek ir genq, nulemiandiqpozymi. SvedqmokslininkeLundkvist(U. Lundkvist)i5tyre 13,47mieZiq eceiferummutantus.Visi jie buvo sukryZmintitarpusavyjeir suskirstyti net i 66 grupes.Vadinasi,mieZiqlapusir stieb4dengiandio va5ko sintezgnulemia ne maZiaukaip 66 genai (gali blti ir kiti kol kas neaptikti lokusai). Aleliai yra to paties geno struktlrinds atmainos,nulemiantios skirtingasto patiespoZymioi5rai5kas.Apie alelizm4sprendZiama i5:
' fenotipo - aleliniai genai lemia t4 pati pozymi; ' hibridologinds analizds- kai genai aleliniai, F. hibridq santykis 3:1, visais kitais atveiais(kai 9:3:3:1ir pan.) tikrai genai I'ra nealeliniai: ' geno vietos - nustatytosivairiais bldais; . komplementacijostyrimrl - aleliniq genq F, yra mutantinio, o nealelinirl - normaiaus fenotipo. Polialelizmas.Alternatyvi pozymio iSraiSka.lemiama alelio, atsiranda del mutacijq. Pasitaiko, kad pozymis turi tik dvi alternaqvias i5rai5kasarba i5 viso pozymio variantai neZinomi, tadiau gali brlti ir atvirkidiai: irgi del mutacijq tas pats genas yra igijes keletq strukt[riniq atmainu. Toks rei5kinysvadinamas polialelizmu. Stai tik dalis drozofilos polialeliq, nulemiandiq ivairius akiq atspalvius:normalios tamsiai raudonos alqs (Wite, lI/ arba lr,*) - r,ynines (w,ine, rr,"") kraujo spalvos (blood, w'') - koralq spalvos (coral, \\n") - r,ySnines (chen1,,w''') - eozininds (eosin, w") - abrikosinds (apricot, w') - buivolo odos spalvos (buff, *-bt) - dramblio kaulo (iuory1rur) - medaus spalvos (honey, w/') * perlu spalvos Qtearl,p't'; - baltos spalvos (white, w). Vienos peles kailiuko spalvosgenll yra 6 polialeliai: vienos spalvos pilkos (aguti) - pilkos su ivairiais margumo tipais - geltonos juodos su gelsvu pilveliu - juodos su gelsvaisplaukeliais ant ausq visi5kai juodos. Drylikos polialeliq serija nulemia ivairiai sumaZejusius drozofilos sparnus. Visi Sie genai vienas kito atZvilgiu yra aleliniai, t. y. F. skilimo santykis 3:1, ir visi jie yra ivairios to paties chromosomos lokuso atmainos. Tadiau vienu metu atskiras individas genotipe (heterozigotineje blkleje) gali turdti ne daugiau kaip du tokius genus. pa\yzdiiui. Ww, trrw, w"rroir t. t., nes auk5tesnirlq eukariotu branduolyje yra po dvi homologines chromosomas(Zr. p. -56a). To paties geno struktfiriniq atmainu - aleliq skaidiusyra viena i5 geno ypatybiq,geno evoliucijosrezultatas.Jis priklauso nuo to, ar reikalinga geno produktq ivairove, ar bltinas labai didelis vienodumas. Kraujo grupiq ABO sistema - r,ienasgeriausiq aleliniq genq subalansuotossistemospatryzdLiu.Yra trys pagrindiniai aleliniai genai. Formaliai genai 1'air 18 lemia atitinkamq antigenrl A arba B sintezE;i - nei vieno, nci antro nelemia ir yra recesyvusis. Taigi Zmogus, kurio kraujo grupe O, yra homozigotinis ii, ABO lokusas koduoja galaktoziltransferazg, kuri prijungia skirtinguscukrus prie bazinio antigeno O:
Gcnas I1 IB ii
Substratas Antigenas UDP acetilgalaktoze A UDP galaktoze B (bazinis O)
Koduoja ,r-- acetilgalaktoziltransfcrazg galaktoziltransferazg (-) rrril-nrutrrci.ie
Vienas fermentas nuo kito skiriasi 4 aminorlg5timis. Bazini O antigenq turi visi individai (ir ii genotipo). A ir B antigenai skiriasi prie O papildomai prijungtais cukrais. Zmogus, kurio kraujo grupd yra A, gali b[ti arba IAIa genotipo, arba 1]i genotipo. Atitinkamai B kraujo grupes Zmogus gali bnti homozigotinis1B1Barba heterozigotinis18i. Normalu, kad, susituokus dviem asmenims,kuriq kraujo grupe A, vaikai gali gimti ne tik A, bet ir O kraujo gruptis, kai abu tevai yra heterozigotiniai - IAixIAi. Pana5iaiyra ir susituokus dviem asmenims,kuriq kraujo grupe B. Asmenl's. turinrys kraujo AB grupg. kaip ir O grupds, yra ai5kaus li^irJgenotipo. Jie yra heterozigotiniai,bet ypatingo tipo: abu genai vienas kito nestelbia,ir kiekvienasnulemia atitinkamas transferazes. Tokia s4veika vadinama kodominavimu. Kai motinos kraujo grupe A. o tdvo B arba atvirk5diai,gali blti labai ivairi situacija: . abu tevai homozigotiniai IAIAXJBIIt, vaikai IAIB genotipo ir yra AB kraujo grupds; . vienas i5 tevq homozigotinis, antras - heterozigotinis, pvz.. I'1l'lxJRiarba ItixJBII]. pusd vaikq AB (F Iu), o kita puse arba A (Fl), arba B (1Bi) kraujo grupiq; . abu tdvai heteroziqotiniai: lAi -7---i
o Gametos
lH
t8i
' i
'../' lE
e
\,
\ i T o k i t r j ei e i m o j e v i c n o d a t i k i m y b e( 1 : l : 1 : l ) g i m t i bet kurios kreujo grupcs vaikui. Sis skilimo santykis yra del kodominavimo.
Palikuonvs /
E] ''i
yra tiksliai suderinta.Mat ABO kraujo grupiq Antigenq sintezcr yra kraujogrupiu sistemomis. sistema.palygintisu kitomisZmogaus gamiir kraujo serume ypatinga:i5 ankstogeneti5kaiuZprogramuoti be jokios pirminessqveinasi atitinkamiantik[naicr ir B, Vadinasi, kos eritrocituosesintetinamiantisenai.o krauio serume- antikr-rnai. Bet jie suderinti: A kraujo grupds eritrocituosevra A antigenas.kraujo serume - p antikDnas; B kraujo grup€s critrocituose - B antigcnas,kraujo serume - ci antiklnas: AB kraujo grupds eritrocituose - A ir B antigenai. serume antiklnu nera; O kraujo grupds eritrocituose antigenq nera, serume 1'ra o ir p antikunai.
Krauja perpilant svarbu. kad nesutaptr+A antigenasir cx antikfinas, arba B antigenasir B antikfinas. Sutapus sulimpa (agliutinuoja) eritrocitai. Izoaleliai. Kartais normalls ir mutantiniai aleliniai genai labai maiai skiriasi. Tokios normaliam genui artimos jo atmainos vadinamos izoaleliais (gr. isos - lygus). Norint juos aptikti, reikia atlikti specialiusfyrimus: i5bandytinelprastojegenetineje (tam tikros ru5ies heterozigotos,genai modifikatoriai) arba iSorineje aplinkoje. Paq,zdZiui, genas Wite (tamsiai raudonos akys) lvairiose populiacijoseskiriasi mutacijq daZniu. Si skirtuma lemia izoaleliai. Jie itin svarbls organizmamsprisitaikant prie kintaniiq aplinkos s4lygq. Zinomi ir Zmogausnormaliq genq izoaleliai: normaliq raumenq (alternaty,'araumenq distrofija), ABO (2.3 lentele) ir kt. Antai, kaip mind:ta.ll ir 18 gcnu produktai yra atitinkamai A ir B antigenai.11 ir 18 turi izoalelius. Jq koduojami antigenai imunologiSkainesiskiria.bet bendras genq skaiiius Siame lokuse ne 3, kaip mindta. o 12. Kai kuriais atvejaistai svarbu Rh*(reir perpilant kraujq. Be to, perpilant krauja svarbiosir kitos kraujo _erupes: zus), Lewis ir kt., kuriq pas Zmogu jau surasta maZiausiai29.
Kai kurios i5 ju labiau paplitusios,irgi nurodytos2.3 lenteleje. Taigigeriausiaperpilti savopatieskraujq.Sia kryptimi ir tobulinama kraujo perpylimostrategija- turdti asmenskraujo bankus. 2.2.3. Tarpalelin6 komplementacija ir polifunkciniai baltvmai
Polifunkciniggenq sandarosklausimasgali buti labai komplikuotas tais atvejais,kai reikia atskirti,ar yra vienasfunkciSkaidalijamas genas,ar yra artimai sukibggenai.Pastarojisituacijablna tada, kai 80
2.3 lenteld. Labiausiai paplitusios imogaus kraujo grupes (remiantis \'1 Efroimsonu, 196ti, ir G . P e t r a n i . 1 9 8 2 ) Kraujo sistema
Globaliai arba plaiiai paplitg aleliai'*
ApytikrisbendrasZinomq alcliq skaiiius
ABO Rezus**
o, Ar, 42, B Cdelcde, cdelcde, CDElcde, CDelcDE, CDelCDe M,,YS,S
t2 36
MNSs P Kell* L e w i s ** Lutheran Duffy* * Kidd Diego Sutter Xga Sekrecija
PP P2' p Krk Le, le
6 4 8 2
Luo,
J
Lttb
Fy', Fyb, Fy' Jl(, Jlc Di", Dio Jf,, Jsb
x{' xe Se, se
1 3 2 2 2 )
* - aleliai,aptikti100milijonqir daugiau patikslinti Zmoniq;** - duomenys remiantis G.Petrani(1982). chromosomoje greta yra du arba daugiau artimus ar netgi tapadius pozymius lemiandiq genq. Tokia situacija, pvz., b[dinga kartotiniq genq (Zr. p. 131) sankaupoms.Koks suddtingasklausimas,labai gerai rodo rezus (Rh+) kraujo grupiq genetiniaityrimai. Rezus kraujo grupiq sistema formaliai diagnozuojamakaip Rh+ (yra antigenas) ir Rh- (nera antigeno). Ji svarbi ne tik perpilant krauj4, bet dar svarbesndvaisiausigimtos geltos (eritroblastozes)profilaktikai ir gydymui. Dauguma Zmoniq turi Rh+ grupg, o visi kiti 754c - Rh- grupg. Rh* genas yra dominuojantis, R/r recesyvusis. Taigi paveldejimasyra pats paprasiiausias,pagal klasikinius Mendelio desnius. Iftiti5ka padetis bflna tose Seimose(2.7 pav.), kuriose motina yra Rh- grupes, o tevas Rh* grupes (b[tina nurodyti, kad fenotipai Zymimi Rh+ arba Rh-, genai Rh* arba Rft-). Pirmiausia i5nagrinekime paprastesngsituacijq, kai tdvas, kurio kraujo grupe Rh*, yra homozigotinis Rft*Rft*. o motina su recesyviuojupozymiu (Rh- kraujo grupes). Suprantama,ji yra homozigotine. Tada
B1
't
++
i
Seimos,kuriose tevq Rh neatitinka, gali blti ir daugiavaikes,jeigu normaiiai veikia placenta arba tdvas yra heterozigotinis, bet atsibus apvaisinamostdvo spermatozoidais tiktinai motinos kiauSial4stds su R/i genu, ir gims vaikai Rh- kraujo grupes: Tdvai
x
Fht
(r,
Gametos
Vaikai
cd
2.7 pav. Rezus veiksnio paveldejimasir eritroblastoz€siisirystymas: 4 - tevas R/r+ geno donoras: b - motina. kurios kraujo grupc Rh-: c - pirmasis nd5tumas.nors motirtos kraujlje pasigamingantikunai. r,aikasnormalus:r/ - antrasis nOitumas - antiklnams i5 motinos kraujo patckus i gemalo krauja ir rcasa'us su gemalo critrocitais. iSsivysdiusi eritroblastoze
Tevai Gametos Vaikai
(Rh-) (Rh+) Rh-Rh- x RlttRht RhRh' Rh*Rh(Rh+)
Visi vaikai Sioje 5eimoje bus heterozigotiniai,bet kadangi genas Rh* yra dominuojantis, tai vaisiuje gaminsis rezus antigenas. Paprastai toks neatitikimas nekelia problemq, nes motinos gimdoje besiq,stantis gemalas atskirtas placenta. Tik kai paZeidZiama placenta (tik ll20 Seimq, kuriose yra rezus neatitikimas), prasideda eritroblastozE.lr tai ne pirm4 kart4 gimdant, kai gemalo antigcnai patenka I motinos kraujE ir serume gaminasi antikfinai. o esant antram ir trediam nd5tumui, kai prasideda gemalo eritrocitq hemolize (eritrocitq irimas i5siskirianti5 jq hemoglobinui).fgimta gelta gali pasireikiti ir pirm4 kart4 gimdant. jeigu pries tai buvo savaiminisar dirbtinis abortas arba pries nestum4 motinai buvo perpiltas kraujas su rezus veiksniu. Laiku i3ai5kinusantikunq susidarymq,galima imtis priemoniq gemalui i5saugoti.
82
Iki pirmo Rh* Rh, kuris bus dar sveikas,bet motinos kraujyje gaminsis antikunai, ir kitas gimdymas bus nesdkmingas.Taigi Rh kraujo grupiq sistema skiriasi nuo ABO tuo, kad kraujo serume i5 anksto antikunq nebfina. Jie susidaro tik patekus antigenams. Rezus kraujo grupiq sistem4 irgi lemia polialeliai (Lt. 2.4 lentelE). Jq net daugiau negu ABO kraujo grupiq sistemos- 36. Thdiau Rh antigen4 lemia sudetingasvienetas,sudarytasi5 trijq dal\ CDE. Iki Siol svarstoma,ar tai vienas genas, ar operono tipo (Zr. p. 271) genq sankaupa. CDE lokusas turi bendrE valdymo sek4. Tarp CDEI cde aleliq r,yksta krosingoveris, C(c), D(d) ir E(e) heterozigotose yra funkci5kai savarankiSki. BakteriofagoTrrll rajono smulki4 genetinganalizqatliko Benzeris. Jo naudota genetineEscheichia coll kamienq sistemar/1 mutantams, komplementacijai,rekombinacijaitirti buvo jau aptarta (.Lr.p.49). Benzerio nuopelnastas, kad jis suklrd virusq genq analizesmetodus: sanklotiniq delecijq metodq, metodus delecijosvietai ir riboms nustatyti, delecijosir krosingoveriodydi nukleotidq poromis,pritaike krosingoveri ir komplementacij4virusq genetineianalizei.Nustate,kad geno viduje krosingoveris r.yksta ivairaus dydZio nukleotidq sekomis ir kad homologines DNR molekules gali keistis net viena nukleotidq pora. Nors genetindsistemabuvo labai jautri, leidZiantiaptikti rekombinantus,kuriq atsiradimqdaZnislygus 0,0000|qa,tadiau nd karto nepagauti maZesniokaip 0,0I7a rekombinantqdaZnio.Paslaptispaai5"yko kejo. kai buvo apskaidiuota,kam lygi viena nukleotidq pora krosingoverio vienetais.Visa viruso T. DNR sudaro 7500Vo,o nukleotidq portl Sioje DNR yra 150000.Thigi viena nukleotidq pora rekombinacijos
83
vienetaislygi \500c/c:150000= 0,017c.Suprantama,kad maZesniukaip vienernukleotidq pora DNR segmentuapsikeistidi'i DNR molekulds daZnisnegaliblti maZesniskaip A,1Iqc. negali,todel ir rekombinacijos Tai patvirtino ir mindtq bandymq duomenys. Suradus rekombinacijos tarp dviejq saitq daZnl, suZinoma, kam lygus atstumastarp jq. iSreik5tasnukleotidq poromis, arba kokio dydZio DNR segmentu buvo apsikeistatarp dviejq virusq. Thiiau Benzerio nustatyti funkcijos, rekombinacijos,mutacijos vienetai (atitinkamai cistronas, rekonas, mutonas) Siuo metu yra tik istoriniai. neteke reik5mes tcrminai. I5liko tik policistrono savoka,vartojama tada, kai nuo genq grupds transkr i b u o j a m a sv i e n a s b e n d r a s t r a n s k r i p t a s .
Tarpalelin€ komplementacija.Nustatytasgana netikdtas rei5kinys. Komplementacijagali blti ne tik tarp neaieliniqgenq, bet ir tarp to paties geno daliq. Tarpalelin€ (geno viduje) komplementacija r.yksta tarp genq produktq - polipeptidai gali s4veikauti tarpusarryje,sudarydami hibridines baltymo molekules. Si rei5kini 1959 m. pirmasis aptiko Vudvardas (D. Woodward). Sujungus ekstraktus iS dviejq mutantiniq It[eurosporagrybo linijq, nesugebandiqsintetinti adenilsukcinazes,gautas akryvusis baltymas. Fermentinis akryvumasatsistato.Tiesa, jis niekuomet neprilygo fermentq aktyvumui, kuris yra normalaus Neurospora grybo. Vdliau, 1965 m., Findemas (J. R. S. Finchem) ir Kadingtonas (A. Coddington), panaudojg radioaktlviEl4 qtmQ, irode, kad, sumaiSiusapvalytus mutantinius glutamatdehidrogenazdsbaltymus (neturindius fermentinio akryvumo), atsistato fermentinis akbryumas.susijungus skirtingiems fermento subvienetams:arba atsistato fermentas i5 atskirq fragmentq, arba ryksta kooperacija tarp balrymo funkciniq centrq. arba i5taisomos konforniacinds (erdvines) baltymo paZaidos. Tarp domenq esanti ry51lengvai atakuoja proteolitiniai fermentai, ir, jam nutrfikus, domenas ve] labai lengvai susijungia. Taciau mutantiniai baltymo subvienetai sunkiai jungiasi - jie neatitinka vienas kito. Normalls subvienetai, atvirkSdiai,lengvai komponuojasi vienas su kitu. Si savybe priklauso nuo konformaciniq baltymo ypatybiq. Ne tarp visq aleliniq genq pastebima tarpaleline komplementacija. Pagal tai genai skirstomi i heteroalelius,tarp kuriu eali blti re84
kombinacijageno viduje ir tarpalelindkomplementacija, ir homoalekuriems reiSkiniai nebudingi. Sie lius, VisiSkaiimanoma,ir tai irodomabandymais, kad, susidariushibridinei baltvmo molekulei,baltymasgali igyti naujq sarybiq.Antai Pearleneck linijosbalandZius su ker5uliais, hibridaisintesukryZminus bet atsirantina visusantigenus,kurie aptinkamitevq organizmuose, da ir naujq. Del tarpalelineskomplementacijos kilo du svarbfisklausimai: . ar apskritaipriimtinaskomplementacijos testasgenq alelizmui nustalyti; . kodel vieniemsgenamsbldinga tarpaielinekomplementacija (yra heteroaleliai). o kitiemsne (yra homoaleliai)? Abu Sie klausimaiyra susijg.Norint atsakytii pirmE;i klausim4, kodel r.ykstatarpalelinekomplementacija. reikia i5siai5kinti. Monofunkciniaiir polifunkciniaibaltymai.Genq skirstymas I homoaleliusir heteroaleliuspriklausonuo genq koduojamqbaltymu sandarosir funkcijos.Baltymaipagalfunkcrj4yra dviejqtipq: monofunkciniaiir polifunkciniai,o pagal sandar4gali buti sudarytiiS domenrl. Domenai - tai baltymo dalys, kurioms budingos tam tikros konkrediosfunkcijos irlarba sandarosautonomija.Thdiaupolifunkciniai baltymai skirtingai paveldimi.Jie yra vieno arba keliq genq produktas. Geriausiaitai gzrlimaparodytisugretinantdvi bakterijqDNR poIimerazes:DNR I polimerazgir DNR III polimerazg.Pirmoji yra DNR paZaidqreparacijosfermentas,antroji yra replikacind- rykdo DNR replikacijq. Abu fermentaisudarytii5 domenq ir yra polifunkciniai:atlieka polimerizacij4- elongacij45'-+3' kryptimi nuo 3'-OH pradmensir kartu yra nukleazis- paialinaneteisingaiijungtusnukleotidus.Taigi jos yra 3'-+5' egzonukleazes. ThdiauDNR III polimeraze- holofermentasi5 10 subvienetq. J4 koduojabent septynigenai,ir jos korekcing funkcij4 atlieka specialus(e) polipeptidas. DNR I polimerazekoduoja tik vienasgenas.Tadiauir DNR I polimerazdje yra frasmentzri su skirtingomisfunkcijomis:terminalinio
8-s
galo 36 kDa fragmentas, atliekantis 5'-+3' egzonukleazinqfunkcij4; didesniajam70 kDa (Klenovo) fragmentui b[dingos i5 karto dvi funkcijos: 5'-+3' polimerazine ir 3'-+5' egzonukleazine(korekcine). Vadinasi, ir Sio tik vieno geno koduojamo baltymo skiriami du domenai. Komplementacija ir poZymio genetika. Dabar galima i5 karto atsalryti i abu del tarpalelinds komplementacijos kilusius klausimus. Kaip alelizmo testas,komplementacijavisi5kai ai5kausatsakvmo neduoda. Komplementacija parodo, kad arba po4mi lemia keli genai, arba genas yra funkci5kai dalomas. Komplementacijayra tolesniq tyrimq pamatas.Antai apie tai, ar genai aleliniai ar nealeliniai,galima sprgsti i5 komplementacijosgrupiq vietos chromosomose.Jeigu komplementacijos grupds nustatomos nutolusiuoselokusuosearba net skirtingosechromosomose,galima tvirtinti, kad po4mi lemia du arba daugiau nealelinirl genq, Netgi paprasdiausiaF, analizd gali vienareikSmi5kaiiSsprgstiklausim4 apie mutacijq aleli5kum4.Kai F, pasirei5kiakomplementacija,o F. palikuoniq skilimo sanfykisyra dihibridinio (pvz., 9:7,9'.3:4,9:3:3:1) arba suddtingesniqkryZminimq, mutacijos yra ne tik nealelinds,bet ir skirtingose,nehomologindsechromosomose. Sudetingiauyra tuo atveju, kai abi komplementacijosgrupds yra greta, kaip bakteriofago T, rII A ir B cistronq. Bet apie A ir B cistronus galima pasakyti, kad jiedu savaranki5ki,nealeliniai genai. Thrp jrl yra genus skirianti nukleotidq seka - tarpiklis. Heteroaleliai yra tie genai, kuriq koduojami baltymai pagal sandar4/funkcij4 yra dalijami i domenus. Jiems bldinga tarpaleline komplementacija. Tad tarpaleline komplementacija irodo, kad genas yra dalus. Ji gali buti dingstis detalesneigeno vidinei sandarai tirti.
2.3. Geno sandara ir veikla Ir to paties genomo genai skiriasi dydZiu, sandara ir galutiniu produktu. Pats didZiausiasZmogaus raumenq distrofijos genas net 86
2000kb dydZio.Normalusjo aleliskoduojastambq500 kDa baltym4 distrofina.Bet ne tik koduojamasproduktaslemia 5io geno dydi. Genasturi didelgvaldymuiskirt4 dali ir apie 60 intronq (Zr. toliau), kurie nekoduojabaltymo ir paSalinamii5 brgstandiosdistrofino mRNR. Del ilgq valdymoseku ir intronq eukariotqgenai apskritaiyra gerokai didesniir sudetingesni uZ prokariotq. Kiekvienasgenasyra dalijamasi dvi dalis: . valdymo (reguliacing-akceptoring), . transkribuojamEj4. Geno valdymodalfie yra nukleotidqsekosRNR sintezeipradeti valdymo(reguliaciniq)genq produkir sekos.su kuriomiss4veikauja tai. geno daliessintetinamaRNR. TianskriNuo transkribuojamosios geno buojamoji dalis irgi turi valdymosekq.Jos butinos sekmingai baltymasisijungia baltymosintezei.Be to, genai,kuriq koduojamasis nukleotidq gabenamas l4steles ribq, turi specialias membranq ar uZ i vadinam{i signalinipolipeptid4.Sispolipeptidas sekas,koduojandias 1'rareikalingasbaltymuiisiterptii membranasarba jam perne5tiuZ Specialiasnumembranosribq. Po to Sispolipeptidaspa5alinamas. kleotidq sekasturi ir genai,kuriq koduojamiejibaltymaijungiasisu DNR - yra transkripcijosveiksniai (Lr. p. 317). Kai kurie genai koduoja speciaiiusbaltymusSaperonus(Lr. p. 320), kurie sukuria arba atkuria balrymqtreting sandar4. Pagaliaune visi genai koduoja baltymus.Kiekvienoorganizmo genomeyra daug genq, kuriq galutinisproduktasyra RNR. Thi ribosominiq(rRNR), perna5os(tRNR), maZqjqbranduolio(mbRNR) genai. bei citoplazmos(mcRNR) ribonukleorlg5diq Pagal tai genai skirstomi i dvi grupes: 1) transkribuojamuogenus(arba nukleotidqsekas), sius,bet netransliuojamuosius galutinis produktas Siuo atveju yra RNR; 2) transkribuojagenusir nukleotidrl sekas- jq muosiusir transliuojamuosius produktasyra baltymas. ir Genomeyra nukleotidqsekq, kurios yra netranskribuojamos netransliuojamos. Jq paskirtislabai lvairi (Zr. III ir IV sk.) B7
(RNR biosintez6). geno 2.3.1.Ttanskripcija Reguliacin6s-akceptorin6s daliessandara -Thanskripcija - perra5ymas) - tai matricindRNR (lot. rranscriptio sinteze.Matrica paprastaiyra DNR. Kai genetin€medZiagayra RNR, ji yra matrica. Visq RNR nukleotidqsekayra komplimentariDNR grandinei-matricai ir sutampasu kita DNR grandine(skiriasituo, kad vietojtimidilo r[g5tiesRNR yra uridilo rng5tis).Pirmasistranskribuojamasis nukleotidasvadinamas startotaiku ir zymimas*1. Nuo jo transkripcija visada vyksta5'-+3'kryptimi(2.8pav.).Sia kryptimi(pasroviui)nukleotidai nurodomi,,+" Zenklu,o prie5inga kryptimi(prie5srovg)nuo starto ta5ko- SU,,-" Zenklu.TianskripcijqatliekaRNR polimerazes. Prokariotqyra tik vienabendraRNR polimerazd.Specifineprokariotq genq transkripcijapriklausonuo papildomqveiksniqir RNR polimerazdskomplekso(Lr. toliau). Eukariotq transkribuojami branduoliogenai skirstomii 3 grupes pagal tai, kuri i5 trijq RNR polimeraziqrykdo transkripcij4. RNR I polimerazdlokalizuotabranduolelyje, kuris susidaroantrindje chromosomos yra s4smaukoje ir ribosominiqRNR (rRNR) sintezdscentras.Si RNR polimerazesintetinadideli pirmini transkript4. Jis brendimometu sukarpomasi 3-jq tipq rRNR: 18S;5,8S ir 28S. RNR II polimerazdtranskribuojatransliuojamuosius genus,Jos transkriptasyra mRNR. RNR III polimeraz€transkribuojamaZqjq RNR - IRNR, 55 rRNR, mbRNR, ;ncRNR ir pan. genus. RNR polimerazdtiesiogiaiar per tarpininkusatpaZistareguliacines-akceptorinds daliesnukleotidqsek4,vadinam4promotoriumi (lot. promolio - pasistumejimas i prieki). Jq sqveika inicijuoja transkripcij4. Promotoriusyra netranskribuojamas, bet prie jo jungiasi RNR polimerazeir kiti baltymai,kurie b[tini transkripcijaipradeti. fvairioms RNR polimerazems promotoriaiyra skirtingi.Bakterijq polimerazesapglebiaDNR nuo -55 iki +20 bp. fvairiq genq promotoriuose i5skiriamoskanonindssekos.Tai 6-7 n.p. seka TATA blokas (prokariotqji vadinamaPribnovo,o eukariotq- Hogneso-Goldbergo bloku). Kitos kanonindssekosbfidingesnes konkrediomsorganizmu ir genqgrupems.Skiriasiir Siqsekqpadetis.Kanonindssekosnustatomos statistiniaismetodais. 88
fL\R poLlmrraze
i ZJaraskonlFleksa5
promc.r._-rraus
' zt*_li
narcikos
--v
*.qtL*:
.\lflro..f.Tf...*
/il
. IL\R Eandrnrrs , rnlclacl.la
.5'.todel dar zymimasm7G5' prisitvirtinti yra reikalingas gal4 ir tas nukleotidasblokuojamRNR 5' prie ribosomos. Daugumoseukariotqgenq mRNR 3' gale yra uodega.Thi seka vien i5 adenilorug5ties- poliA, I5imtis- histonqir rRNR genai. Daugumosjq mRNR neturi poliA sekos3' gale.PoliA yra prijungiama, bet prie5 tai transkripto3' gale atskeliamosilgos (Simtq n.) 93
vietq lemia nukleotiduseka nukleotidusekos.Gene poliadenilinimo A{TA{A. Apkarpytospre-mRNR 5i sekayra per 11-30 nukleotidqnuo 3' galo. poliA ilgis ne rik nevienodasivairiosemRNR, bet ir keidiasi molekuleisenstant.Jos paskirtisyra apsaugindir valdymo (Zr. toliau). Be to. poliA inicijuojabaltymujungimqsiprie mRNR. Thdiau bfitina.Kitais awejaissignalasAr{UArdA gali 5i sekanira absoliudiai buti labai nutolgsnuo transkripcijosterminaciiostajko. Antai Zinduoliq p-globulinogene Sis signalasyra per 1400 nukleotidq nuo transkripto3' galo. PrijunguspoliA, paprastaivykstasplaisingas'tadiaujis nesustojair po to, kai poliA prijungimqblokuojainhibitoriai. Tai terminasi5 jlreiviq (ir cirko artistq)atliekamotriuko: r'irve karpoma ir karpoma,o galai kirpimo vietoje sujungti(angl.splicing virvdssuri5imas,nepaliekantgalq)' Pertrauktaeukariotqgenq sandara.Egzonaiir intronai. splaigenq inZinerijos singas.Labai idomus rezultataigauti sukryZminus metodaisisskirtusgenus su jq koduojamamRNR. DNR susidare kilpos.Vadinasi,geneyra nukleotidqsekos.kurios praleistosRNR, nors jos ir yra genoviduje.KryZminantDNR su pirminiu transkripGene yra nukleotidq cijos produktu pre-mRNR,kilpos nesusidaro. jq galutindjemRNR. nera bet transkribuojami, kurie intronai, sekos Islikq susplaisingui. r,ykstant pasalinamos I5 pre-mRNR Siossekos brendusiojemRNR transkriptofragmentaivadinamiegzonais. Dauguma eukariotq ir archebakterijqgenq transkribuojamojoje geno clalyjeyra pertrauktossandaros- sudarytii5 egzonq ir intronq. Vykstanttipi5kamsplaisingui,intronai i5 pre-RNR paSalinami. Eubakterijqgenuoseintronai yra labai retos iSimtystaiiau jq T, turi yra kai kuriuosebakteriofagqgenuose.Antai bakteriofagas dydis ir intronq genuose egzonq Eukariotu intronais. genus su tris aptikti intronai DidZiausi (ir tame padiamegene) labai ivairuoja. ZinduoliqMHC (audiniq suderinamumo,Zr. p. 297) ir drozofilos Antennapedialokusuose- 70-100 kb. Skiriasi genai ir pagal intronq skaiiiq. Jq visiikai neturi dauguma histonq, interferonogenq. Tieddalisvisq drozofilos28S rRNR genllyra be intronq.Mieliq 28SrRNR genuoseintronq i5 viso nera, rRNR genai turi po vienq tuo tarpu jq mitochondrijqanalogi5kos
introna. Pasitaikonrieliu kamienu. kuriq mitochondrijqgenai be intronq. Intuzorijos Tbtrahtnwtapigmentosa Siq RNR genuose vienq kamienq yra po 1 intron4, o kitq nera. Kokiq nors funkciniq skirtumq tarp Siq kamienq nepastebeta.I5 maZdaug 400 mieliq tRNR genrl tik apie 40 turi po vienil intron4. Jr1 dvdis nuo 14 iki 64 bp. Vi5tu kolageno genas turi net 51 intronq. Thi daugiau kaip 86o/c viso qeno. Nereikia manyti, kad intronai yra beprasmiai. Juose yra daug jvairiu nukleotidq sekq, bltinq genq veiklai valdyti ir kt. Intronai gali koduoti polipeptidus arba ribozimus (fermentus - RNR molekules. ne polipeptidLrs),tarp ju ir katalizuojandiussplaising4. Bltinosjvairiqoreanizmq ir genqsplaisingo sekosganaskiriasi. GU-AGsekos labai konservatp,ios(apie 100%). Norint tiksliai i5kirpti introna, butinos trys konservatyviosnukleotidq sekos pai i a m e i n t r o n e : n u k l e o t i d q s e k a i n t r o n o 5 ' g a l e , a t S a k o ss r i t i s - k o n s e n s u s a s UACUAAC ir introno -i' gale Py,NCAGN. At5akos seka bltina laso tipo kilpai s u s i d a n ' t i( 2 . 9 p a r , . ) . Splaisingo tikslumas priklauso ir nuo gretimq nukleotidq (konteksto;. Splaisingasr1'kstabent 4 budais. Pagal tai intronai skirstomi I grupes. Tiijuose splaisingobuduose daugiau ar maZiaureiSkiasiribozimai. DaZniausiaisusidarosplaisosoma.Joje yra maZosiosbranduolio RNR (mbRNR): U1, U2, U1, U5. U6 ir keli b a l t y m a i ( 2 . 9 p a v . 1 .S p l a i s o s o n rsau a r t i n ai n t r o n o 5 ' g a l q s u v i d i n e - a t S a k o ss e k a . Susidaro laso pavidalo figDra.Ji i5kerparna,o dviejq egzonq galai sujungiami.Po to splaisosomair iSkirptas intronas pasiSalina.
Ribosominiqir transportiniqRNR brendimas.Brgstane tik genq, koduojandiqbalt-l'ntus, bet ir rRNR, IRNR pirminiaitranskriptai. RibosominiqRNR genaisutelktivienojevietojeir sudarosankaup4. Nuo jos transkribuojama vienabendrapre-RNR.Del SiosprieZasties tokios genq sankauposvadinamostranskriptonais. I3 pre-rRNR transkriptoi5kerpamine tik intronai (jeigujie yra), bet ir skiriandiosvien4 genq nuo kito nukleotidqsekos.Thi transkribuojamieji tarpikliai. Jie skiria vienas RNR nuo kitq bendrame transkripte. (2.10pav.). Susidarokilpa.Ji i5kerpama Eukariotaipasiz.'"mi dar viena rRNR brendimoypatybe.Ribosominiu rRNR genai-sankaupos yra daug kartq pakartoti,sutelktivienoje vietoje,todel ir jq transkriptassutelktasvienojevietoje- branduolelyje.Cia formuojasiir ribosomossubvienetai- rRNR sudaro komolcksussu baltvmais.
pre-mBNR
Vieta Operonas
5 Kep Intronas Splaisosomos komponentai i
Uo3
Egzonas 2 M b R N RU 1 , U 2 ,U 5 .U 4 l U 6 ir baltymai
l ' r o r r l . . r i u si i . r i )
'
t
tR\R
5t
z--r2l
V
(1)
,UQ Egzonas2
rep I:
-
a'
Intronas
+K
l ruslriPtas
B
\tzc lll
6irpimo vietos
t
i lli s
t
** 5.8 S
3, 2ti S
10 par. Pre-rRNR splaisingas:
- bakteriju opcronas: B - Zinduoliu operonas Splaisosomossaveika su intronu
(21
Uo 2
s t<ep-__:-Egzonas1
(3)
Sujungti egzonai1 i 2
5 Kepj
Egzonas'l
=
. uptarsosomos .A/
I komponentai .! ,v (ciklaskartoiasis#
. Uo-s Egzonas 2
+
mRNR
Splaisingo eiga, dallvaujant splaisosomair Ili"- c'gzonai; I lrr i n t r o n a s :K . p _ k e p u r e ; U o _ u o d e g a l I_ 1_ S p l a i s o s o m a -U r i r k i t o s m b R N R s u a r t i n a introno -;'gara su atsisatqimo seka: 2 intronas kcrpamas -5' gare, o introno atsiiaktjimo ,.toj.'csantis i .ru.1rngiun-'u, su rntrono 5' galc csandiu G; J _ kerpamas introno 3, galas, laso pa'idalo kilpa. rntronas pasiialina, o egzonu I ir 2 galus sujunria Iigazes
Pcrna(os(transportiniu)RNR intron4 fiis tik vienas)pa5alinacndonukleazd,o cgzonussujuneiaRNR ligazcs.Kai transkriptas)-rabendras(gali b[ti keliu skirtingqtRNR g c n u s l n k r r u l ' r o) .sj i : i r g i k r r r p t t n t l s . Sios tRNR modifikuojamos ir kitokiu budu. Susidarospecifiniai minoriniai nukleotidai. kuriq nera kitose RNR, pav.vzdiiui.keletas uracilq paveriiami dihidrouracilais. adeninas dgnrninuojamasi inozina ir t.t. Eukariotams b[dingos ir transkribuojamosios tRNR genu reguliacinessekos. kurias fermentai paSalina brgstant IRNR. Be to. prie kickvieno IRNR 3' galo prijungiamos CCA sckos.
Egzoninds-intronin€sgenq sandarosreik5mC.Alternatyvusissplaisingas. Kokia prasmi geno sandaroje tureti intronus, kodel vieni genai juos turi, kiti ne'l Kaip mineta, intronuose yra daug reguliaciniq nukleotidq sekq. Kai kuriq genrl intronai gali koduoti ir polipeptidus. Be to, intronai gali buti judrieji. Neabejotinaiegzonind-intronind geno sandarapadidina genetines rekombinacijos tikimybg, ypad geno ribose. Del nekoduojandiq sekq labai pailgeja genas,kartu atitinkamai dideja krosingoverio tikimybe. Manoma, kad intronai yra rezervasilgainiui naujoms geno savybems, funkcijoms formuotis. Bet ne tai svarbiausia. Jau vien tai, kad intronus turi archebakterijqgenai. vertd manyti, kad egzonind-introninegeno sandara lemia funkcini organizmo labiluma. geresni prisitaikvmEprie kintancios aplinkos. Mat archebakterijos gali glventi labai nelprastomis, sunkiomis s4lygomis: auk5toje temperatfiroje, rlgSdioje terpeje ir kt. Pasi5alinantvienam ar kitam intronui, gali susidaryti skirtingos RNR. Egzonines-introninesgeno sandaros reik5me galutinai paai5kejo tik tada. kai buvo irod,vtasalternatlvusis splaisingas.Jis pasireiSkia labai jvairiai. Kai kurie jo tipai pavirizduoti2.11 pav.
96 97
TIPISKAS SPI-AISINCAS
-rv^tl rAPr,' I nGlGIJFua.6u_-*P''rNP''tuFr ia;lreuonas E--
litr1nl
cn';lEJEonai7l
fltrl s -_--i
i.r,
f -
egzonas
Yry
splalslllgri nbi;
nnnnlS
g3@
KAI KURIE AITEBNA_IIVTOJA SPLAISINGO TIPAI
(il# -
\Jry Lr
lrfunPr -4--{- ^--
r.l -
-r)---zzn=A -:.'
." r'd
"oznr:r
)
Slg'dhauke
(n)
reztnasarb,ru
r",'n''"o'*o .A(n)
aulular Smegenrl Smegenrlaulular
Ev.E_v,iqw'fx lialcrtonfLo mRNR
2.11 pav. TipiSkas (a, b) ir alternatyvusis (c - l) splaisingas: ribose:b - tipiSkas dvieju ,,egzonas-intronas-egzonas" a - nukleoticlqsekos- konsensusai c - gali buti ir intronai: egzonai splaisingasgeno. turincio daug egzonq,ivairausdydZio e intrc)ni] splaisinuas; alternatrvus r1 egzonas(ai): ir bet ne tik intronai, iikcrpami alternatyviaiSalinamadalis egzono:.f to patiesgeno keli egzonaituri poliadenilinimo sait4 (A,)l N - bet kuris nuklcotidas:Pu - bet kuris purinas;Py bet kuris pirimidinas; (c-e) gali wkti ir visais atvejais splaisingasl prc-mRNR ,g alte;natlvus kalcitonino tipiSkassplaisingas
l . I i t o p a t i e s t r a n s k r i p t ov i e n u a t v e j u p a i a l i n a m i v i s i i n t r o n a i . 2 . 1 I p a v . , g . a n t r u o j u - n e t i k i n t r r t n a i ,b c t i r d a l i s e g z o n q( 2 . 1 1 p a r ' . .c , g ) , p a t e i k t a si r k o n k r e tus pav.vzdys- tas pats kalcitonino gcnas koduoja du skirtingus baltvmus: viena - specifini subrcndusi mRNR (egzonai 1. 2, 3, l) - kalcitonin4. o kita mRNR audiniq baltym4, aptinkama smegcn)'se. 2. Alternatyviai Salinanriintronai (2.11 par.. d). Tik maZa dalis drozofilos potiniq lqsteliq (Zr. p. 3-57)virsta qcncrat\l,inimis. t. l'. tik tos. kuriosc judriojo genomo'elemcnto P kocluojamapre-mRNR patvrC splaising3.Po splaisingomRNR koduojir baltymil. aktyvinanti genrr veiklq. o mRNR be splaisingo.atvirkidiai. koduoja baltym4, kuris slopina gencratyt,iniulasteliq v1'stvmqsi )'ra reprcsorius.laigi splaisingas valdo gcnq veikl4 ir l4steliq dilerenciacilrl. 3 . $ a l i b u t i p a s i r i n k t i n aiia l i n a n a s n e v i s a se g z ( ) n a so. t i k d a l i sj o ( 2 . 1 1 p a \ ' . ,t ' ) .
turi blti numatytasgenosandarqe.Pvz., splaisingas Alternatyvusis poliadenilinimosek4gali tureti ne tik paskutinis,bet ir kiti egzonai ( 2 . 1 1p a v . .f l . Taigi i5 to paties geno,jam nesikeidiant,del lvairiai atliekamo RNR. splaisingogali susidarytiskirtingossubrendusios 98
yra dar vienasbtdas baltymqivairoveisusidaTrans-splaisingas TiesiogineprasmesusidarohibridindnRNR, genams. nesikeidiant ryti, kovalentiniais susijungus ry3iaisdviejq genq koduojamospre-mRNR fragmentams.Thip atsitinkatripanosomrlmikrovamzdeliqbaltymo tuelegansaktino ir keliq bulino pre-mRNR. Nematodo Caenorhabditis vietoje,ir transkkitoje atskirai koduojama kitq genq lyderindseka viename i5 chloriptas yra prijungiamas.Dumbliq Chlamydomonas roplasto genu (psa) pirmasisegzonasyra per 50 kb nuo antrojo egzono,o iis - per 90 kb nuo trediojoegzono.Thrpuose(intronuose) yra kitq genu.Pana5iaiyra Zinduoliqpagrindiniameaudiniq suderinamumolokuse (MHC). Thi irgi bfidassukurtiRNR ir baltymqivairoRNR redagavimas. vg. nesikeidiantgenui. Be to, Siuo atveju mRNR atsirandasekos, arba nukleotidai.kuriq ndra padiamegene. Buvo nustatyta,kad i pirmini transkript4iterpiami arba, atvirk5iiai, i5 jo iSkerpamipavieniainukleotidaiarbanukleotidqsekos.DaZTokie mRNR pokydiaivadinamiredagavimu. niausiaiU nukleotidas. trys RNR redagavimotipai. Pirmasisbent Siuo metu skiriami Tai rdmelio poslinkio vienasnukleotidas. iterpiamasarba i5kerpamas visi5kaitos paiios.Nuo nukleotidoitermutacijosimitacija.Pasekmds pimo arba Salinimovietosvisq kodonq skaitymasmRNR transliacijos metu pasislenka. Antrasis redagavimotipas - iterpiamaarba i5kerpamadaug nukleotidq. Toks redagavimotipas aptiktasivairiuoseZiuZeliniuose Leishrtnnia. Tn'pattosotna, Trediasisbfidas- tik vieno nukleotidopakeitimaskitu. Jis aptikir chloroplastuose. augalqmitochondrijose tas daugelioauk5tesniqjq arba atvirk5diai, virsta U; ir tada C Nuo C pa5alinamaaminogrupd, prie U prijungiamaaminogrupel Sit virsta C: .i1 tr amlnogrupespruunglmas
Thi tikrai vieno nukleotidovirtimaskitu, konversija.Tokiu budu redaguojamos ir kai kuriosZinduoliqmRNR. Antai didZiuliamepirmiB geno transkripte,kuris koduoja niame Zinduoliqapolipoproteino ,1563aminorugitis,2153-iamekodone C pakeitusU, vietoj kodono CAA atsirandabeprasmiskodonasUAA:
One -+ UAA 99
PradinemRNR koduoja stambq (512 kDa) B apolipoproteinakepenq l4stelese,o po redagavimokoduojamasperpus trumpesnis(iki ncrnsenso)B apolipoproteinasLarnynol4stelese.Dumblio Spizellomv' cespunctatu.rir amebosAconthantoebacastellaniimitochondrijq tRNR genq transkriptepirimidinaskeiiiamas purinu arba A keidiamasG. Nauda akivaizdi. Siq organizmu mitochondriju DNR 1,'rai5 viso tik 8 tRNR genai, o del redagavimosusidaro24-25 skirtingos IRNR. To paties geno transkriptas redaguojamasivairiose vietose. Tai sukuria tos padiosRNR ivairovg- populiacijq.o jeigu 5i yra mRNR. tai ir baltymq populiacij4 (izoformas). Redagavim4atlieka specialusbaltymai. Jie lvaims, priklauso nuo redagavimotipo. Sie baltymaivadinamieditazdmis(angl.- clottblestrand RNA-specificeditase).Mat daZniausiairedagavimuibutinos specialios RNR. Jos naudojamoskaip matricosnaujiemsnukleotidamsiterpti i RNR (2.12 pav.). Tokios RNR vadinamosgidais (gRNR). Editaziq genq defektai (mutacijos),sutrikgsvaldymas,pakitusi veikla, arba veikla ne tose l4stel€se,kuriose normaliai turdtq genas veikti (pvz., kepenq lqstelesegaminasi ZerrnynoB apolipoproteinas),sukelia Zmogui ligas. Antai editazes geno REDI sutrikimai sukelia fatali4 epilepsij4. Pirminio transkriptopokydiaibrendimo metu yra budassukurti RNR ir baltymq iverirovgnesikeidiantgenui; RNR ivairove sukuriama: . alternatlviu splaisingu arba trans-splaisingu, . pre-RNR redagavimu. . bahymq lvairovg padidina pokydiai transliacijos metu, tarp jq ir atsiradg del IRNR modifikacijos Sioms RNR brgstant. Pre-mRNRkontaktassu RNR gidu
.GAAAAGn-A4'
:ill
rcGGUUG-pre-mRNR
llllilillllltl
-AUAAAUfuuuaeeuRueeuacasnuucaecd
gidas UCAGU-RN'R
{ PapildomqU iterpimas
-GAAAAG
UGUCUUUUAACU u-eAlccuuc-pre-mRNR
l| ||lltl
-AUAAAU LU,U,U444 U4 U44!AG4444U UGA{EU UCAGU- RIrlR gidas I
nuo gido V RedaguotosmRNR atsipalaidavimas -GAAAAGAAA UUU A U G UU G U C U UUUAACUUCAGGUUC-nIRIT.R 2.12 pav. Pirminds mRNR redagavimas,dalyvaujant RNR gidui: ([.eishmaniacitochromo b pre-mRNR/mRNR atkarpa: itcrpti U parlikinti)
100
2,3.3. Transliacija. Baltymo genodaliessandara sintez6.'Iransliuojamosios Transliacija- tai balgvmosintezd,,ribosomq+mRNR"komplekse. AminorugSdiqseka polipeptideyra uZkoduotamRNR. Baltymo sintezer,ykstaSiaisetapais: . aminorrJgStiq akryvinimasir prijungimasprie tRNR, . ,.ribosomu* mRNR" kompleksosusidarymas, . transliacija, kuri irgi yra skirstomai etapus:iniciacijos,elongacijos, terminacijos,reiniciacijos(pastaroji,matyt, ne visuose organizmuose ir ne visq mRNR) Aminorlgidiq aktyvinimasir prijungimasprie IRNR galetq b[ti skirstomii du etapus,bet juos katalizuojatie patysfermentai- aminoacil-tRNRsintetazes. Sie fermentaiyra saviti kiekvienaiaminorfigiiiai. Aminorlgitys akryvinamos irgi etapais,dalyvaujantATP ir susidarantaminoaciladenilatams (smulkiauB. Juodkosknygoje,,Nukleino rlgSciu chemijosir biochemijospagrindai"). PernaSosRNR (IRNR) yra savitosne tik kiekvienaiaminorDg5tiai, bet ir kodonams.Tadiaudel genetiniokodo nevienareikimiSkumo jq gali brlti maZiauarba daugiau,negu turetq btti pagalkodonq - tik 24. Dai.skaidiq.MaZiausias tRNR skaidiusyra mitochondrijose nesnisIRNR perteklius- daugiaunegujq turdtq bnti. Ypad didelis pertekliusyra eukariotr]tRNR. Tbkio pertekliausprieZastista, kad kodasyra ner.,ienareik5mis gespecializuotose l4stel6se, konkrediuose nuose del IRNR modifikacijos(minoriniq nukleotidq). Aminoacil-tRNRsintetazes labaitiksliaiprijungiaaminorlg5ti.Thi pirmasisatpaZinimorei5kinystransliacijoje. Nuo to, kaip tiksliai jis ryksta,labai priklausotiksli galutiniomRNR genq veiklosprodukto balwmo sintezd.Vadinasi.Siamtikslui turi blti priemonir;sistema. Pirmiausiaaminor[gStistiksliai prijungiamaprie aminoacil-tRNR sintetazes.Pastarojoje yra tr)'s prijungimo centrai: aminor[gities, ATP ir IRNR. Antra, sintetazd tiksliai jungiasi su atitinkama IRNR. Ivairios sintetazdssqveikaujasu IRNR skirtinsais bldais. Ir pagaliau tredia. IRNR tiksliai atpaZistamRNR kodona. Klaidq gali buti padaroma bet kuriame i5 minetq trijq etaprl, bet jos iStaisomos. Vadinasi.r'isuosetrijuose etapuosedar yra kontrolis - klaidu iStaisymobldai. Paskutiniame- ,.kodonas-antikodonas"s4veikos- etape klaidas taiso ir ribosomos. Vienas iS tRNR reparacijosfermentq yra IRNR nukleotidtransferaze.Sis fermentas akccptorinio stiebelio 3' gale prijungia arba pataiso nukleotidq sekq CCA, kai Sios sckos ndra arba ji nepilna. Aptikta mutacijq, paZeidZianiiqaminor[gStiesjungimasi prie sintetazis, o 5iosjungimasi su IRNR.
i01
Ribosomos yra organizacinis transliacijos centras. Jos yra vienos i5 nedaugelioeukariotq nemembraniniqorganoidq, kuriems budingas savaiminissusiformavimasi5 i jq sudeti ieinandiq biopolimerq. Si proces4 par.1'koatkurti in vitro. Siuo bldu gauta daug Ziniq apie ribosomq sandara. rRNR s4veika su ribosomq baltymais. Ribosomos sudan'tosi5 dviejq subvienetq.ProkariotU ribosomose baltymrl yra maZiau. Ir patys subvienetai, ir visa eukariotr+ ribosoma yra didesn6 uZ prokariotu ribosom4. Eukariotq ribosomu RNR taip pat stambesnes:didZiajamesubvienete(605) yra 28S, 5,8S ir 55 rRNR, maZajamesubvienete (40S) - iSS rRNR. Atitinkamai prokariotu didZiajame subvienete vra 23S ir 55 rRNR, maZajame subvienete- 165 rRNR.
X nrR\R
..I* lniciacijos r cikniri
Nlct
v
padetis lqstelese yrakitokianeguprokariotq. Ribosomq eukariotq Pirma,eukario-
3-
Thi vicnosmRNR ir keliu ribosomqkomtamsbtdingos polisomos(arba poliribosomos). pleksas.Polisomayra lyg nedidele gamyklele,gaminanti vieno tipo baltlma. Mat ant kiekvienosribosomos,ieinaniios j polisomin! kompleksq,nuo tos paiios mRNR vienu metu sintetinamapo vien4 baltynra.Tokia sintezelabai intenslvi. Antra. ribosomq iisidestymaspriklauso nuo l4stel€sdiferenciacijos. Tai ypai b[dinga toms ribosomoms.kurios yra ant grldetojo endoplazminiotinklo. Jo sandarair funkcija (ivairiu medZiaeq specifinesintezeir pirmind pernaia). kaip Zinome,lemia l4stelesspecializacija.
I Phc l
---..}
{:
Elougacij os \ eiksniai
Ribosomose yra Sie ju veiklai reikalingi centrai (vietos): . . . .
aminoacilininis (A) - aminoacil-tRNR jungimosi sritis, peptidilinis (P) - peptidil-tRNR jungimosi sritis, i5laisvinimo (E) - nereikalingosIRNR iSlaisvinimo, atpaiinimo (R) - beprasmiokodono atpaZinimosritis (2.14pav.).
- *--->
Transliacijos pradZia (2.13 pav., 1, 2) prasideda nuo to, kad susidaro kompleksas: ,/ {rJ
30 (arba 40) S ribosomos subvienetasx x mRNR'fM et- tRNRf" .IF2.GTP Speciali iniciacijos fMet-tRNR (eukariotq - Met-tRNR) prisijungia prie komplekso, kai vienoje i5 ribosomos vietq - A saite atsiduria iniciacijos kodonas, daZniausiaiAUG. E saitas-nereikalingostRNR iSlaisvinimo(lot. exit)sritisribosomoje. be savotiesioginespaskirties,reguliuojatransliacija.Kol 5i vieta uZimta, A saito giminingumasaminoacil-tRNR yra labai sumazdjes,todel transliacijai,yksta ,,Zingsnispo Zingsnio"- kodonas po kodono.
r02
r"r?
".
mR\R rilu
.-.-(;l)'' Laisvas polipeplidas
2.13 par. Escherichiacoli transliacijos eiga: /*2 - iniciacija; -3-5 - elongacija;6-7 - terminrcij:t
103
'r.r
\
''t".
-
T'\
\
\ L, r'ieta
\
,{
P rieta \ r'ieta
i[] S subr,ienetas
2. l4 pav. Ribosomos-mRNR kompleksas: viriuje - polipeptido sinteze ir mRNR saveika su A. P ir E r.ietomis:apaiiojt _ A P v i e t o s i r k o n r r k l a ss u l 6 5 r R N R
R saitas (1or.reco,qnitictll - atpazinimas)kol kas tik posturuojamas:RNR srcnka .. rib.sonra. Pastaroji tiesi.g ..ieiko" atitinkamu nukleotidu scku-kodonr.r.Kai prie konlpJeksoprisijungia -50 (60)S ribosonrrr. suhr,ienetas. galutinai susiformuola A ir P saitai. PasiruoStatransliacijai.
Kompleksassusidaroir prasidedatransliacijadallvaujant specialiems baltymams.Jie vadinamiiniciaciiosveiksniais. Jq prokariotai turi 3: IF1, IF2, IF3. e'kariotai - t0. luos nesunku atskirtipagar uzraiymob[dq: pries visq tipq eukariotqveiksnius rasomae: eIF1, eIF5 ir t. r. Iniciacijosetapasbaigiasi,kai ribosomosA saite atsiduriaini_ ciacijoskodonas.su juo kontaktuojasavoantikodonu iniciacijos aminoacil-tRNR.
Elongacija('2r.2.13pav,.3-5) - polipeptidin€sgrandindspolimerizacija. Ji prasidedanuo to, kad iniciacijosaminoacil-tRNR atsiduria P saite, o i A sait4 pagal ..kodonas-antikodonas"s4veik4 stoja kita aminoacil-tRNR. Susidaro polipeptidinis rySys.Po to ribosomosevel v1'kstaposlinkis po poslinkio per vienq mRNR kodonq. Ribosomq vaidmuo itin svarbus. Jos tikrina, ar teisingai I A sait4 pastatoma aminorflgitis. Sis reiSkinysvadinamasribosomine korekcija. Thansliacijos tikslumui vieno tikrintojo nepakanka- yra dar specialls baltymai. Pabaiga (2,I3 pav., 6, 7) baigiasi vienu kuriuo i5 terminacijos kodonq. Thdiau, kaip mineta ankstesniuoseskyreliuose (Lr. 2.1.3 ir 2.1.5), tai labai suddtingastransliacijosetapas.Jame dalyvauja terminacijos veiksniai. Jie ivmimi atitinkamai RF arba eRF. Vienas i5 jq (RF3) reguliuoja lEsteliq dalijimqsi. Baltymq brendimas. Naujai susintetintaspolipeptidasivairiais b[dais modifikuojamas.Polipeptido modifikacijosdaugeliu atZvilgiumena pre-RNR brendima. Polipeptidasnet yra karpomas ir vel sujungiamas arba baltymas sujungiamasii atskirq polipeptidq - domenq (lr. p. 291). Tai labai pana5u i RNR splaising4. Kaip mineta, reikiamu momentu Salinamassignalinispolipeptidas. Nuo daugelio baltymq pa5alinama ir aminorug5tis,nuo kurios prasidejo polipeptido sintezd. Prokariotu tai formilmetioninas, o eukariotq - metioninas. Da2niausiaibaltymai prasidedakuria nors kita aminomgitimi. Vadinasi,Siuo atveju forrnilmetioninas(arba metioninas) buvo atskeltas. Kai prokariotq baltymas prasideda metioninu, nuo formilmetionino galejo blti atskelta formilo grupe. Visa tai atlieka specialls fermentai.
2.4. DNR replikacija 2.4.1.DNR replikacijosirodymaiir su jais susijgDNR tyrirno metodai. DNR sintez6 Pusiau konservatyvi Pasak Vatsono ir Kriko (Lr. 1.2.2.ir 2.1.). DNR grandinesper nepawarius vandenilinius rySiusgali viena nuo kitos atsiskirti. Jeigu i5 aplinkos prie vienos ir kitos grandindsprisijungia nukleotidai ir po to jungiasi tarpusaq,je,susidaro dvi naujos molekul€s,visi5kai tokios pat, kaip senoji molekule. Be to, puse naujos molekules, tiksliau viena jos grandind. yra i5tisai i5 pradines molekules:
104 105
tl
tl
tl
llll
G'
C_G
C_ _G
C_G C_G
C_G C_G
tt
tl
ll
llll
T_A
tl
A_T
tl
G_C
tl
T_ -A
li.
I
A_ _T
tl
G- _C
T_A T_A -+l it I A_T A_T
tl
G-C G_C
t
iltl
I
T_A T_A
-) | li'l
I
A_T A_T
rttl
G_C G_C
ttll
0 Naujose DNR grandinesenukleotidai ijungiami komplementarumo matricai principu. Jei matricoje yra A, tai naujoje grandineje I jei matricoje G, tai naujoje grandineje C, ir awirkSdiai.Primename! kad tai lemia vandeniliniq rySiq skaidius:tarp G ir C - trys, tarp A ir T - du (Zr. 1.11 pav.). Siuo metu niekam nekelia abejoniq pusiau konservatyvi DNR sintezd (naujose DNR molekulese viena DNR grandine yra sena, o kita - nauja), arba kitaip replikacija (senoji grandind yra matrica naujai grandinei sintetinantis,ir dvi naujos DNR molekulds yra visi5kai tokios pat kaip senoji molekule). Tadiau buvo laikas, kai tai reikejo irodyti. Siuo metu Sie irodymai bltq tik mokslo istorija, jeigu jie neb[tq pagrindiniai molekulinds genetikos metodai. Jq atradimo istorija geriau atskleidZiaSiq metodrl esmg. Pirmiausia buvo nustatyta, kad DNR grandinds gali viena nuo kitos atsiskirti ir vdl susijungti vandeniliniais ry5iais. Taip pat buvo i5skirti fermentai DNR polimerazds, atliekanfys DNR sintezg. Bet paai5kejo, kad sintezei reikia Siek tiek senqjq DNR molekulirl. ir naujosios DNR molekules yra visiSkai tokios padios kaip senosios molekul6s. Vadinasi, DNR sintezei bfltinos matricos. DNR grandiniq i5siskyrimoir susijungimo metodas taikomas labai lvairiai. Svarbiausiasjq - molekulind hibridizacija. DNR polimerazds ir matricos naudojamos ivairioms polinukleotidq sintezemsin vitro (Lr. toliau). Specifinis DNR Zymejimas ir autoradiografija. 1957 m. Teiloras (J. H. Taylor) pasiile metod4,kaip DNR specifi5kairymetiradioaktyviuoju izotopu, o Zymesisijungimoviet4 chromosomojenustatyti autoradiogramoje.Thm tikslui naudotastridiu Zymdtastimidinas. Thi timino nukleozidas(timinas* deoksiriboze).Jis tinkamasdel dviejq prieZasdiq: 106
HH
k,
%tp
fE***w & 'ff#
%-
t"l vv ; ; I
\i i''o
^ ll ll
rl ft
Ir l Il . r1
't 't ,ll
{e, I
h
h
\\,,' +' ti I' irt l.r'\ lr ; [J
*
2.15 pav. Pupq chromosomrl iym€jimas rH-timiCinu: kaireje - chromosomosII dalijimosi metafazdje(pagal J. H. Taylor, 1957);dc5inejechromosomosir DNR prie5 bandym4 (0), po pirmojo (I) ir antrojo (lI) dalijimqsi. hykg seseriniu chromatidZiu mainai (pora ju nurodyti rodyklemis)
a) DNR yra timinas, kurio nera RNR (ten vietoj jo yra uracilas),todel zymetasistimidinasisijungiatik i DNR ir kituosejunginiuosejo nebfna; b) timidinasskverbiasii l4steleslengviaunegu timinas.Zymint tridiu, galima tiksliai nustatytiisijungimoviet4, nes tridio i5spinduliuojamqB-daleliq trekai labaitrumpi, todel ten. kur isijunggstritis, autoradiogramose susidarotaSkas. Thip buvo Zymetospupq Sakneliqmeristemos l4stelds.3H-timidinas panaudotas tik prie5 pirmqji l4steliq dalijim4si (po to Saknelds b[davo nuplaunamos).Kaip ir buvo tiketasi pagal numatyt4 schemE (2.15 pav.), po pirmojo dalijimosi buvo paZymetosabi chromatidds, o po antrojo l4steliq dalijimosi - tik viena. Thi patvirtina pusiau konservafyvi4DNR sintezg. DNR autoradiografijosir zymejimo radioaktyviaisiaisizotopais metodai pladiai taikomi ivairiems tyrimams eukariotq l4steldse,ypad DNR sintezei tirti. Siuo metu yra keletas bfidq konkredioms DNR molekulems zymeti, tarp jq ir neradioaktyvusis Zymdjimas.
Pastaruojumetu stengiamasikiek imanoma neZvmeti DNR radioaktyviaisiaisizotopais. Neradioaktl,r.iojoivmejimo bldai: 1) gali b[ti prijungiamos nukleotidq sekos, specifiSkaireaguojanc'iossu kai kuriais daZais; 2) naudojami nukleotidq-biotino dariniai, prie biotino liekanosprijungianrasferntentas(krienu peroksidazearba Sarmind fosfataze, fcrmento substrataslirsta spalvotomis nuosedomis -
tl-I !
I
---' I t
r t* l* r
r
Il \
tl t- -t tl
ilr-
"H 1'H tt
II ./
JL
/
'\
rt l.l t-l l1 t1 -1 r- --'1
r-'.j L-l
l,l
l-l r'\
I
Fil I rlrl rt i I
ir\
t-
f,l
3r 211N,-.N 15N
i.N
t-l
/.\
illlllrllltl
l-1r.1 i-lI I
t-'1 | ill
tl Ij
-j -t
l]1.I li 1 Fl ft [-]
[
I 1,,il| 1 f-1
3r
2.4.2.DNR replikacijoseiga N.N
4 "rul'r J \--./L
2.16 pav, Escherichia coli DNR frakcionavimas ultracentrifuguojant tankio gradiente (Mczelsono ir Stalio bandt'rrras): I5N-],N0 - priei bandyml, 15N-riN- viena irakcija: I - po pirmosios replikacijcrs,, vicna frakcija, pakitusi jos padctis; II - p qen)alas
,.,._,,
.\ .-,.,..
... _
,t-..
3.16 pai. stabills branduolio pokyiiai varl€s Rana pipiens vellvosios gastrul6s lastel€se.nustat)-ti pakartotinio branduoliq persodinimo bldu. Individuali branduoliq irairord pagal epigenetiniuspokydius (rcmiantis R. Bri-ugs,l9-56)
branSie abu skirtumaiyra esminiai.Pirmiausiatransplantuotuose duoliuosenet nat[raliai ryksta dideli pokydiai.Antai HeLa l4steliq branduoliai,perkelti i ovocitus.padidejo500 kartq. Srautasbaltymu branduoli.Per 75% buvusiq ii citoplazmos traukiai transplantuot4 branduoliobaltymq pakeidiaminaujais.Todel galima padaryti dvi iivadas:Pirma. 3.25 pav. Branduoliu persodinimas ii Xenopus /aevis iarnyno epitelio lqsteliq i n e a p v a i s i n t u sk i a u S i n 6 l i u s( r e m i a n t i sJ . C u r d o n . 1 9 6 8 ) : ovocitobranduolvspaSalintas ultravioletincspinduliuotc.normaluskiauiineliodalijimasis -7qc. ii jq tik 2.3fr lurejo normalr.Jraumenq atsak4:dalinis kiauiinclio dalijimasis36.42:abortyvuskiauSincliodalijimasis- 26c1c;nesidalijo- 3liZ
176
ryksiS diferencijuotul4steliq i ovocitusperkeltamebranduolyje ta suddtingi pokydiai; k e i c i a n ts q l y g a sg. a l i m a pakcisti Siq pokydiq ferenciitcijos(griZimo) kryptimi. 1.77
Antra, regeneracijanevienodaisekmingajvairiuoseorganlzmuose. Thi nustatyta augaluosc.Augalai regeneruojalengviau.bet ir ju regencrantai nevienodailengvaigaunami.Plati augalq amplitude nuo tabako (l/icotianu tabauurt) ar vairenio (Arabidopsistlnlianct'), kuriq regcnerantaiii atskiru l:rsteliqgan leng""aigaunami. iki varpiniq augalq - mieZiq, kviediu,ryZiq. Bet, kaip ir Gardono bandymuose.buvo parinktosbandymos4lygos,kuriomis gauti ir varpiniq augalq regenerantai. Augalq tyrimai parodd, kad regeneracijossdkme priklauso ir nuo visai menkuiiq skirtumq. Lemtingi gali blti ne tik skirtumai tarp gendiq/rfi5iqar veisliq/genetiniqlinijq. bet ir tarp tos padios linijos pavieniq augalq. Tai ncturetq stebinti, nes lvairove bldinga somatincms lasteldms,iS kuriq gaunami regenerantai. Somatiniq l4steliq populiacijos.Kad somatinis lastelesskiriasi nuo meristeminirlaugalo lasteliq genotipais,dar 1919 m. irode vokiediq mokslininkas Vinkleris (H. Winkler). Jis daug kartq Salino pomidorq [glius ir tokiu bfidu priverte pumpurus susidaryti ne iS meristemos,o i5 giluminiq somatiniq l4steliu (vadinamuosiuspridetinius, adven[viuosius pumpurus). Tarp iiaugusiq lgliu aptikta poliploidq, kurie turi kelis chromosomqrinkinius. Dar rySkiausomatiniq l4steliq genotipu jvairovg irode 1931 m. T Asejeva. Naudodamasi pana5ia metodika kaip Vinklerio. ji i5chimerino bulviq gumbus. I5 adventyviniqpumpurq i5auge[gliai ir bulviq gumbai buvo labai ivair[s pagal daugelj tirtu pozvmiu (gumbu dydi, spalv4, formq ir kt.). Skirtumai buvo paveldimi. Vadinasi. bulviq gumbuose to paties audinio l4stelesyra skirtingq genotipLl,sudaro populiacijq (lot. populus - liaudis, minia). Branduoliq persodinimo tyrimais papildomai buvo lrod,vta,kad somatinds l4stel€s sudaro populiacijq ir pagal branduolio pokydius, kurie r,yksta l4stelems diferencijuojantis. Antai nors i5 Rana pipiens gastruleslqsteliq, perkdlus branduolius ovocitus, visi gemalai r,ystesinenormaliai, bet pagal iSsirysty,mo lygi i jie labai skyresi (Zr. 3.26 pav.). Somatiniu l4steliq totipotenci5kumuilrodyti labai daZnai vis dar remiamasi augalq regeneracijostyrimais. Antai i5 vienos morku Saknq floemos lEstelesgalima regeneruorivisa augal4 (3.27 pav.). Sis savo poZymiaissutaps su morkos - lasteles donoro savybemis.
r78
'"{ll .,1+.. . tJ - , t
^;ia'
II
U
tl :' ll
I:
I
l-,Ii
;a,
tt/'
,,4
t
E :'
),
*)
*
,r-.
*
.ds ' - 1 t, -* '
t234s6; - morkos klonavimas i5 vienos .1.17par'.Augalo somatindsl4stel6stotipotenciSkumas sonratin€slqstel6s: 1 - pradinis morkos iaknis: 2--l - somatines l4stel6s mitybineje terpeje; l-5 inrbrioidas: 6-Z - rcgcncrantas
Toks augalq dauginimo budas vadinamas klonavimu (.9r. klon iakeld. [glys. atZala). Jis svarbus prakti5kai, nes juo galima greitai padaugintiaugalus. Vieno individo (augalo) palikuonys,dauginami nelytiniu budu ar i3 somatiniq jo l4steliq, sudaro klon4. Jj sudaro ir somatinds l4stelds,kilusios i5 vienos motinin6s l4steles.Lqsteliq klono dydis priklauso nuo to, kiek kartq pradin6, motinin6 l4stele dalijosi. Visais awejais vadovaujamasitaisykle, kad visi klonuoti individai bus to paties genotipo, kaip ir motininis individas ar l4stel6. Klonuojant i5saugomasir heterozigotinisar homozigotinis genq derinys, kuris keidiasidauginantlytiniu bldu (Zr. p. 584). Del iios prieZasties stengiamasiklonuoti net medZius(pu5is,egles),kurie paprastaivegetanr,,iniubudu nesidaugina,norint i5saugotiger4siasvadinamqiq ,,pliusiniq" medZiq sawbes. tiksliau, palankq Siq augalq genq derini. Thdiau klonuojant neiivengiama somatiniq lqsteliu genotipq ivairoves, tik nesamoningaiatranka atliekama pagal teigiamq rezultat4, kad tik bltq gautas normalus regenerantas. Thdiau 5iuo metu irodyta, kad ir pagal gebejimq regeneruclti somatines augalLllastelesyra populiacija. Vienos l4steles normaliai rc{Ieneruoja,ir regenerantqsar.ybespuikiai sutampasu augalo-l4stelds
179
lS kitq to paties audinio lqstelirlregeneracija donoro savybemis. Pasirei5kia visi5kaineryksta,o i5 trediq iSaugapakitg regenerantai. paveldima regenerantu vadinamasissomatokloniniskintamumas lvairove. Kad ir kaip kistq somatindslqsteles(Zr. toliau), i5saugoma Jos dalis l4steliqbe Siupokydiq,t. y. Sioslieka totipotencinds. yra rezervasnaujq pokyiiq, kurie butini prisitaikvtiprie naujq aplinkosveiksniqarba pradeti nauj4 diferenciacijoscikl4. Taigi soiFatinesl4stelessudaropopuliacijqnuo nepakitusiqlqsteliq iki lqstelirl,kurirl genomasnegriZtamaipakitgs,t. y. negrlltamai diferencijuotq,netekusiqtotipotenciSkumolqsteliq. Pakitusiqir nepakitusiql4steliqsantl'kisivairiuoseorganuoseir thaliana) rozetiaudiniuoseskirtingas.Antai vairenio (Arabidopsis labai didele niuose ir vir5utiniuoselapuose,stiebe ir seklaskiltese ploidiikumoivairovd- nuo 2 iki 32 C (iia C - DNR kiekishaploidiniame genome).T[o tarpu Ziedynql4stelesenustafytasabsoliutus diploidiSkumas. Be to, somatiniqlqsteliqpopuliacijojeivairiu santlkiu pasiskirsto l4stelessu griZtamaisiaisir negriitamaisiaisgenomopokytiais.Thi priklausonuo genomopokydiqpob[dZio. Pastaruojumetu labai populiarusZinduoliuklonavimas.Diploidinis branduolysi5 somatinesl4stelesperkeliamas kuriai i kiau5ial4stg, prie5tai pa5alintas branduolys.Matyt, klonavimosekmglemia aukSdiau aptartossomatiniql4steliqgenomoypafybes:
. chronatrno lr_ genq pokydiai, pastovus toje l4steleje, "'eiklos jie ber kurioje nepaveldimi dukteriniq l4steliq; . iryko, . epigenetiniai (gr. epi - potgenesis - kilme) pokydiai, kai mito_ ziSkai irlarba mejoziskai paveldimi genomo/geno pokydiai nekeicia DNR nukleotidu sekq; . genomo pertvarka, kai somatiniq l4steliq pokydius salygojagriZtamieji arba negriZtamiejiDNR nukleotidq seku pokydiai. visais trimis arvejaispokyiiai gali blti griztamieji ir negriztamieji. Pastaruoju aweju prarandamastotipotenci5kumas. Pirmojo tipo pokyiiai r,ykstadel daugelio prieZasdiq(Zr. IV sk.); riena jq - ilgalaikesmRNR. Par,yzdys gali bfiti ilgalaikeshemoglobino nrRNR. Hemoglobinasyra savitasisaudiniq baltymas.Jis yra tik retikuIociruoseir eritrocituose.Kitose organizmolqstelesejo nera. Hcmoglobino sinteze vyksta retikulocituose, bet juose ner.yksta mRNR sintezd. Naudojamasi mRNR, kuri buvo susintetintagerokai - bazofiliniuoseeritroblastuoseiki hemoglobino sintezdsreanksc*iau tikulocituose. Dar idomiau tai, kad Zinduoliq retikulocituose ir,yksra negriZtamojigenomo pertvarka:jie netenka branduolio, nes jis suyra. Taiei retikulocitai kategori5kaiuzprogramuoti tik vienam baltymui hemoglobinuisintetinti. Kamienines lqsteles,i5 kuriq r,ystosieritrocitai, turi vis4 geneting informacijq. Irykill grandine tokia: kamienines lqstel€s proeritrotun YisASenetinE + blastai +
i,romsgij4
bazofiliniai eritroblastai
retikulocitai eritrocitai -+ vyksta hemoglobinosinteze,-+ galutinai diferencijuotos
;Hii'lffl:j!- ;**;l;.Ti::.?;1;il "li;::#,;:flrn"ru ir sintetinti mRl{R
. somatinesl4stelessudaropopuliacijqnuo totipotenciniqiki negriZtamaipraradusiupotencijEl4steliu; . lEsteldsi5 ivairiu audiniqir organqnevienodaipraradusiosgenetinEpotencijq. Stai, matyt. kodel sekmingaiklonuojamibranduoliaiii gyr,uliu te5mensl4steliq. Genomopokytiq somatindsel4steldsepobfidis.Skiriami trys somatinesel4steleserykstantiq genomo/genq pokrydiu, tipai: 180
Po genomo pertvarkos retikulocitai ,,pasmerkti" sintetinti tik hemoelobinq, o suire branduoliai visiskai uZdraudZiadiferencijuotoms lastelemssugriZti i prading nediferencijuotq l4steliq busen4. 3.7. Epigenetiniai genomo pokydiai ir paveldimumas Siai rciSkiniq grupei priklauso pokydiai,kurie paveldimi lqstel€ms dalijantis mitozds ir/arba mejozdsbldu. Esmin€ iiq pokyiiq ypatybeDNR nukleotidq seka nesikeiiia. Be to, epigenetiniai pokydiai yra
181
tikslingi: ar zymeti motinos bei tevo genomus (Zr. genomo imprintingas), ar suvienodinti genq dozg (X chromosomos virtimas Baro kuneliu), ar susijg su l4stelesspccializacijair diferenciacija.
GenomoimprintingasistoriSkaiatsiradokaip draudimassusilieti savo patieslytinemsl4stelems.Kiekvienojehomologiniq chromosomrlporoje viena chromosomaturi buti motinos,anb[na negyvybingiar tra - t6vo. Kai 3i tvarka paZeidZiama, nenormalispalikuonys.
3.7.1.Genomoimprintingas ]totina
Terminas atklydgsI genetik4 i5 psichologijos,glvrlnq elgsenos.Thi isiminimas, ,,atspaudas"(angl. intptirtt 4md, pddsakas,atspaudas, jspausti, antspauduofi palikti gilq peclsak4,ismigti atmintyje), patirtis, kuri lgyta vaiklzstejeir i5saugotavisE gyvenimq. daLnai netiketai i5kylanti. Taip pat pri(si)ri5imasvaikystejeprie konkreiiq individq irgi i5liekantis ilgq laikE, gal ir visq gyvenimq. Sis ilgas paai5kinimasgana gerai nusako esmg rei5kiniq, kurie ir g e n e t i k o j ev a d i n a m ii m p r i n t i n g u : . genomo imprintingas, . genq veiklos (valdymo) imprintingas. PastarasisreiSkinyskartais vadinamas l4stelds atmintimi. Genomo imprintingo apibldinimas. Sis epigenetinisrei5kinys atrastas tik 19BB-1990m. Genomo imprintingas * tai atmintis, 4^d, i5 ko palikuonis yra pavelddjEschromosoma:i5 tevo ar i5 motinos. Zymejimas atliekamas ttjvo ar motinos generatyvindse lEstel6se,bet zymejimo budas DNR nukleotidq sekq nekeiiia. Genomo imprintingas aptiktas ivairiose eukariotq grupese: Zinduoliuose, vabzdZiuose,augaluose,net mieldse. Thd jis yra budingas organizmams,kuriq lytis diferencijuota i ryriSk4 ir moteriSk4,ar apskritai i lytinius tipus, bet dauginimosi bldas yra autbrydingas: susilieja dviejq individq lytines l4steles.AukStesniqjrl eukariotq, kurie dauginasi autbrydingo b[du, palikuonys vien4 haploidini chromosomq rinkini - genom4 paveldi i5 motinos, o kit4 i5 tevo. Tai naudinga, nes susidaro didesne genq, taigi ir organizmq lvairove, polimorfiz'lhd Siam dauginimosi budui buvo palanki atranka. mas. 182
DraudZiama. nesivvstoarba defektai
x
Tdvas
Palikuonis (nonna,esant autbrydingui)
DraudZiama, nesilysto arba deI'ektai
Imprintingo reikSmd tuo ncapsiriboja.Thi vienas i5 budq gcnq veiklai valdyti, rpai anksryr'ojojecmbriogenezeje.Siuo raidos etapu tevo genai buna neaktlvus, r r i k i r t i k m o t i n o sr . l c n a i . Mat1,t. ir eukariotams genrrmo imprintingas nera universalusrei5kinys.Neai5ku. kaip jis pasireiikia tuose organizmuose,kuric patys apsivaisina,t. y. veisiasi iraisos (inbrydingo) bldu - y'ra hermafroditai gy,unai ar savidulkiai augalai. Siuo rtZvilgiu dar idomcsni organizmai. kuriu autbrydingas kaitaliojasi su hermafroditizmu (drugiai. nematodiis Cuenorlutbtlitis elegans ir kt.). Paradoksalu. bet iirl orsanizmu genomo imprintingas risiikai nctvrindtas. Ir apskritai kol kas daugiauiia tiriami tik Zmogus ir Zinduoliai. Taip 1'ra ddl gcnomo imprintingo svarbos nredicinoje ir 2induoliq biotechnologijoje.
3.7.LL Genomo imprintingo tyrimo metodai ir irodymas
Genomo imprintingasirodytasir nustatomastrimis budais: . branduolio persodinimo, . aneuploidijos (heteroploidijos), . chromosomu mutacijq (daZniausiaidelecijq). Kiekvienas i5 Siq bldq savaipi5rySkinagenomo imprintingo reikSnq: pirmuoju affeju - r,'isogcnomo, antruoju - pavieniq, konkredirl chromosomq, treiiuoju - konkrediq lokusq (gen.+).
183
Metodo esmgsudarobudas atskirti moBranduolio persodinirnas. tinos ir tevo branduoli zigotoje. Pasinaudotatuo, kad po apvaisinimo (motinos)ir spermatozoido(teZinduoliq(peliq) zigotojekiau5alqstds galima atskirti pagal Branduolius vo) branduoliai kuri laika ncsusilieia. dydi ir formq. Taigi ii vienq zigotq pa5alinamasmotinos, i5 kitq - tevo branduolys.O toliau galima pasielgtiivairiai:
?v DO V' dt' \
J Abu tlranduoliai motinos arba visai nesivysto.arba gemalar beveik nonnalus. bct silpnai iSsirr stq placcnta ir trlnio maiSas
\_-/l
Atkurta normali padotis t d ! o = m o t i n o sb r a n d u o l i a i i d c a l ik o n t r o l i normaliis gemalai
I
/--Eo'u'
a9 I n
(o)
V
)-v"
/o o\ \/ \_-/
Abu branduoliai t6vo a r b a r i s a i n e s i Y y s t oa. r b a g e m a l a s s i l p n a ii s s i r l s t q s .o p l a c e n i ai r t r y n i o maiias bl'e ik nomal[s
Normaliai Zinduolio raidai palikuonis turi turdti vien4 genomq i5 motinos, o kita i5 t6vo.
F /\ Kai rokiam
kuri turi n.rmaltl ,*l"a r+k#ruriri.ra su kitatltinc l4stele.
skaiditln' palikuonisy'ralnonosomrkas: haploidinichromosotnrl -l d Ci' ir1 arba O ll O ln .l Tt'rai ?" \ /l /\ / \l.1ozi' /
(r ll,r )" l l r i incslqstel n c s t a s t.e l ces sO_f *E
6 4 I -1-:*:X'-
Prlikuonvsmonosomikai
I
islt'r-
{ t
- Monosomiko
+
\s .nro,.oro,'tu
F
n
,iYotino.
Abiem affejais nustaf,vtagenomo imprintingo tvarka yra paZeista. Viena chromosomayra tik tdvo arba motinos. Todel vien del to turi brlti nukrypimai nuo normalios raidos/fcnotipo.Nenormalq monosomikq fenotip4 Qr. p. a2l nulemd paZeisto genomo imprintingas. Tadiau tai iSai5kintine taip paprasta. Gpybingi ir vaisingiZmogausmonosomikaiyra tik kai kuriq chromosomrl, be to, reti. Taigi tikimybe, kad monosomikastures palikuoir apskritai aneuploidai r-rir.1, -u-ralabai maZa. DaZniau monosomikai neissiskiriahomologiMejozeje gimsia normalaus kariotipo tevams. niu chromosomq pora, ir abi homologinds chromosornospaklifiva i viena l,vting lqstelg:
Aneuploidija (heteroploidija) yra genomo mutaciios, kai pakinta pavieniq chromosomq skaiiius. Genomo imprintingui tirti pasinaudoiama arba monosomija (tik viena chromosomavietoj poros), arba disomija (tuo aweju, kai abi homologindschromosomosyra arba tik rnotinos, arba tik tevo). Pastarojo tipo pokytis anksdiau. iki atrandant genomo imprintingq. net nebuvo laikomas mutacija (Zr. toliau). Genomo imprintingui tirti specialiaikuriamos eksperimentiniu g1v[nq monosomines,sukibusiu chromosomq,su Robertsono translokacijomis linijos. Monosomija - tai toks aneuploidijostipas, kai truksta vienos chromosomos. Organizmas,kuriam trlksta chromosomos,vadinamzlsmonosomiku. Jeigu monosomikasvaisingas,puse jo ll,tiniu l4steliqyra n-t tariotipo, o kita puse - normaliq haploidiniq:
184
(1) Tiro ar motinos
---) d i p l o i c l i n i sk a r i o t i p a s (',ienoshor-uo\1c..1oze
(2)
(3)
l. I
ioginiq chromosomq p o r o sn e i 5 s i s k y r i m a s l),rines ir jo pasc'krnes) lasteles
chromosomqporai, po lygiai atsirandan*1 ir n-l Nei5sisl']'rus kariotipu lytiniu l4steliu. Pastarajaisusiliejussu normalaus kariotipo lvtrne lqstele n, palikuonis yra monosomikas, paveldejgs tik vieno livq chromosom4.
185
Daugelis Zmogausir kitq Zinduoliu monosomiku Z[va dar negimg. Genomo imprintingasveriia dometis ir Siq (i5 persileidimq)gemalq fcnotipais - kokius nukrypimus nuo normalaus fenotipo jie turi. Sunkiausianustatyti, kieno - tevo ar motinos - chromosomEpaveldejo monosomikas.Tiriamoji chromosoma turi bfiti zymima citologiikai arba gcneti5kai.Tyrimams naudojamos g1vlnq (daZniausiai pcliu) specialioslinijos, kurias galima dirbtinai sukurti. . GenetiSkaichromosomos.kmimos dominuojandiaisgenais, kuriq lemiami pozymiai nesunkiainustatomi fenotipe. . CitologiSkaichromosomoszymimosmatomais chromosomusandaros pokydiars.
Bct kai delecijayra Iopelecijos pasireiSkiakaip rrrrl-mutacijos. kuso, kuriam b[dingas genomo imprintingas, labai svarbu, kieno nrotinos ar tivo - 1'ra i5likusi normali chromosoma su nei5kritusiu re$nlentu. Kiasikiniu ir modeliniu paryzdZiu tapo du imogaus sindromai I'raderio-Vilio (Prader-Willi, PWS) ir Angelmano (AS). Abu jie atsiradg del tos paiios delecijos Zmogaus 15-ojoje chromosomoje. I5kritg 15-osioschromosomosilgojo peties 11-13 segmentai.Delecija Zy'mimadel15ql1-13- (delecijoszymimos po segmento raSant minuso Zenkl4). Sindromai skiriasi: . genotipu, i5 ko, tevo ar motinos, vra normali chromosoma; . fenotipu. ANGELMANO s. (AS)
P R A D E R I O - \ ' I L I O s . ( P V lS )
Antai pelirl genomo imprintingui tirti sukurtos peliq linijos su sukibusiomiskai kuriomis chromosomomis.Zymetoji chromosoma lengvai aptinkama. Prisiminkime,kad aneuploidijosmetodu nustatoma.ar genomo imprintingas b[dingas konkrediai chromosomai.Pvz., peles, abi 11-4sias chromosomaspaveldejusiosi5 motinos, buvo smulkios, pavelddjusios abi 11-qsiaschromosomasi5 tdvo, - gerokai stambesndsuZ normalias pcles,kuriq viena 11-ojichromosomabuvo i5 motinos, o antra - i5 tevo. Kai yra genomo imprintingas, monosomikai, pavelddjg chromosom4 tik i5 motinos arba tik i5 tevo, skiriasi poZymiais, fenotipu. Chromosomq mulacijq metodas.Chromosomq mutacijomis nustatomas konkreiiq lokusq/genq imprintingas. Siam tikslui pasinaudojama ivairiomis chromosomq mutacijomis, bet daZniausiai- delecijomis. Genomo imprintingas aptinkamastais atvejais,kai vienoje i5 homologiniq chromosomq yra delecija, o kita chromosoma normali. Joje segmentasneiSkritgs,t. y. delecijayra heterozigotindjepaderyje: - normali chromosoma
A B E F GH 186
- C D s e g m e n t od e l e c i j a
c
motinos tdvo d e l 1 5 qI l - 1 3 -
f d
l 5 qI 1 - 1 3 +
Fenotipai Sutrikqs judejimas, stipri hipotonija, ie- Sutrikusi judesiq koordinacija - ataksija, mas [gis, neproporcingaitrumpos rankos stiprus traukuliai, padidejqs aktyvumas, ir kojos, maitinimosi sunkumai. labai jukumas, protinis atsilikimas, gaii buti didelis apetitas ir nufukimas, protinis mikrocefalija. atsilikimas
Disomija su genomo imprintingo paZaidomis.Pasitaiko,kad PWS ar AS fenotipq asmenysyra normalaus kariotipo, nors jq fenotipas iiek tiek skiriasi nuo to, kuris bldingas, kai PWS arAS yra del del e c i j o s1 5 q 1 1 - 1 3 - . Taip gali bUti del dviejq prieZasdiq: . gali pakisti genq imprintingo pobldis (pvz., del genomo imprinting4 valdandiq genq mutacijq); . nors kariotipas yra normalus, abi chromosomosi5 tevo ar motinos.
Kaip gali atsirastitoks kariotipas? homologiniq chromosomq Kaip mineta, mejozdje neiSsiskyrus porai, po lygiai susidarolytinds l4stelessu abiem homologinemis
r8'7
chromosomomisn*l ir lytinis lzlsteles,kurios neturi sios chromosomos, bDtent n-1. Kai susiliejaviena nenormalauskariotipo n*1 lytine lastele su kita nenormalauskariotipo n-1 lqstele,palikuonis turi normalu diploidini kariotipa:
TTTMM
/ \ .'
P\\S zrrt:Dr5sn _ror
PrftT
-
r i e n o i ep o r o i ea b i c h r o m o i o m oiss r e r o
Bet raip yra tik formariai.Is rikruq tokiq disomikq pazeistas g:noT.o imprintingas- abi chromosomos arba motinos,arba tevo. Net jeigu tokie asmenysneruri ryikiq sindromupozymiq,lie liguisti. silpnossveikaros. polinkii susirgtiveZiu. rySkus 3.7.1.2. Genomo imprintingas ir aleliniq genq veiklos ypatumai. Imprintingo esnre
Zymimi konkretfis lokusai. Deleciiq metodu buvo lrodyta, kad zymimas ne visas genomas, o tik kai kurie lokusri.'si;; lokusuose yra nuo vieno iki keliq genq. Manoma, kad Zmogausgenome yra apie 200 zymetujq, imprinrin_ go lokusq. Mincruose l-5q11-13.scgmcnruose (apieg00kb),nuo kuriupriklauso. . ar bus Angelnran. ar pradcrio-Virio jra kerctas sindronrai. genu.tarpju GABRsankaupa (istriiqgcnq,koduoja 8-aminobutano A tiporeceptoriius suuuienlius;, glnass,\RpN
(angl.vnall_nu.lcurriboprotein pastarasis porvpepridej. koduoja'ienos mazosiosbran_ d u o l i o R N R ( n r b R N R I , b a l ? ! ? _ r : . i - .i s, ' p o r , f e p t i O q . N o r n r a l a uksa r i o t i p oa s m e n u veikiatik 'icnas iARpN gcno,butenttevo. aleris.chromosomoje. iuri paveldetais rrotrnos'alclisnevciklus.Specialiaisukurtoje periu Iinijje. k;;;;; inu .r,n.n", aleliusii morinos.iis gcnasapskritain.u.lte. Kaip priciinu'bejam -vrakirasccnasL'BE .izJ.kuris Iemiaubikvitinprotc-inliga_ zg ir.,r'eiki.tik iio gcno alc'ris. pavcictetas is moiinos.Aleris,p,,*r.iJ,r, r q ' e ' I \ r w r u r is te'o. vra neveiklus. Visas krkusas atrodo taip:
i,tanst
O GABRG.I
*---5---v---
(
/ Y-
AS LBEJA
s\Rr\ IPU'
Dt5s10
GABRA5
. S ir P\\'S C i a l C - i m p r i n t i n q oc e n t r a s A ' ir chromatinas. Monoalelind ir bialelind ekspresija(rai5ka). Kaip mindtii, genomo imprintingaspakcitc m[su poZilrj I aleliniu genrl veikla. Klasikiniu an'eju veikia abu tapathsgenai.esantyshomologinesechromosomose.Del imprintingo veiklus )rra tik vienas alelis. Be to. pasirinktinai - motinos ar tevo. Thigi 1'ra:
Pasirinktinis DNR metilinimas lytindse l4stel€se.Kol kas metilininras vra vienintelis iStirtasgenomo imprintingo brldas. Daugelis Genomo imi)NR rajonu pasirinktinaimetilinami po apsivaisinimo. printingastuo ir skiriasi.kad pasirinktinai metilinama DNR brgstant lytin€ms lqstel€ms ir metilinimo pobfidis po apvaisinimo paveldimas palikuonio lqsteliq.Metilinami tie genai,kurie turi metilinimo r ictas. daZniausiai5' dalyje CpG salelesarba CNG. Brestant naujoms ly,tinemslqsteldms,diferencijuotosel4stelesegal rr anksdiau.genomo pasirinktinio zymejimo pobldis iSnyksta,o jo r rc.tojelltiniu lasteliugenomai4'mimi i5 naujo (3.28 par,.).Sis ciklas klrtojasi i5 kartos i kartq.
. bialelind rai5ka, kai veikia abiejosehomologinesechromosomose esantysaleliai; . monoalelind raiSka, kai veikia tik r,ienoje i5 homologiniq chromosomq esantisalelis.be to. priklausomainuo to, i5 ko alelis paveldetas:ii tevo ar i5 motinos.Kitoje homologinejechromosomoje jis yra neveiklus. Zmoniq ligas, nenormahl fenotipq gali nulemti sutrikusi monoalelind raiSka.UZuot veikgsvienasalelis.veikia abu aleliai.Jo raiSka tampa bialeline. Antai apie 50% leukernijos atveju buna del jau ne kart4 mincto IGF2 geno bialelines raiSkos.Pasigaminaper daug mitoseno, todel pradeda neprogramuotaidalvtis somatineslEsteles.O tai ir yra veZio prie2astis.Nustatyta, kad bialeline IGF2 geno rai5ka gali lemti ne tik Vilmscl veZi. bet ir abdomiosarkom4ir kitas veZio formas. Kitq Sio lokuso genu bialeline raiSka (vietoj monoalelines) sukc-liaBekvito-Vyclenrano(Bechrvith-Wiedemann)sindromq (itin stambus vaisius, veZys). Seimini Sirdies defekta - LQT (angl. /orig Q f ) s i n d r o m ai r k t . Bialelind raiSka - nezymetiesiems(klasikiniams) genams y,'ra normali b[sena; zymetiesiemsgenams - imprintingo paZaida. Tam pac'iamsenui 'ienuose orqanizmuosebudinga bialeline ekspresija.kituosc rrtrnoalclinc c-kspresi.ja. Plstaruoju atveju pasirci(kia senomo inrprintineas.Taip 1,ra MCPIIGF2R gcnui. Jis kocluojabalnma. kuris vrii 1GF2 mitogenu represorius.slopina n r i t o g c n ov e i k l i r .P e l i ug e n o m eS i og e n o e k s p r e s i j ya r a m o n o a l e l i n e( t a i g ij i s 1 r a n ' m e t a s i s ) .Z n l o g a u ss c n o m c v i e n o d a iv e i k l u s a b u a l c l i a i ( h i a l e l i n ee k s p r c s i j a )A . leliniq h o m o l o g r lv ei k l o s p o b l d i s k ei i i a s i i r i r u i r i u o s eo r g a n u o s ea. u d i n i u < - r sr ca .i d o se t a p u o -
190
\ntai (r E savaiiiu placcntojevcikia zibueenu 1GI2 ir Hlt) alclia| I5sirysdiusioje abicju genu eksprcsijabuvo nronoalcline.Choriokarcir.romos lqstclcseda2lrl,rce-ntoje i r r i I r i i r r ab i a l c l i n ci i u g c n L rr c i k l a .
T b p a t i e sg c n o s t r u k l l r i n e s a t m a i n o s- a l e l i n i a i g e n a i d a Z n i a u s i am i odifikuojar n r i i c ' n o d a i .T i k k a i S i e g e n a i s k i r i r s i s c k o r n i s s. v a r b i o m i si m p r i n t i n g u i .j u Z y m e i i rrrtrpob[clis qali skirtis. Kai clcl mutacijosgenas praranda Zymcjimo viet4. pasckmcs \ra tos padios. hg bltq Sio geno dclecija atitinkamame (tcvo ar motinos) gcnome r L r b r si e n o c k s p r e s i j av r a b i a l e l i n d . i e t i l i n a n tD N R T r n t i m i g e n a i .p a r o d v s i m ep a w z d 2 i u ( t a i n e K a i p p a s i r i n k t i n am i ' i n r i n t i .o s u v r r k t i ) M . u s L rk l a s i k i n i sp a n z d v s - A n s e l m a n o i r P r a d c r i o - \ ' i l i os i n d r o n r r L i .K a i p j a u h u r o s a k v t a . 1 5 c 1 l l - 1 . 3s c g m e n t ev r a s e n q d u e t a s . S T V R P Ng e n o r i k l r l u s t e v o a l e l i s .o D 1 5 . S l 0g e n o - m o t i n o s a l e l i s .P c r 9 6 ? v i s u - i ' - C G - 3 ' ( i i r , i s o tLt13) dinukleotidu aplink S.\'RPN I-qji cgzona vra nretilinti motinos chrorrrrsrrmojc i r r i - . i i k a i n e m e t i l i n t it i r o c h r o m o s o n r o . j P r ' r. i e i i n , q Avsr a D l 5 S l 0 g e n o m e t i l i n i n t a s . S t L s t i p r e j et se r o a l c l i o i r s u s i l p n e j c sn t o t i n o sa l e l i o m et i l i n i m a s .
DNR metilinimasyra ne vieninteleepigenetiniqpokydiq,tarp jq ir genomo inrprintingo prieZastis.Thi irodvta mutacijq metodu. Tik kiti epigenetinio paveldimumo mechanizmai dar neiitirti. Nletilinimas keidia chromatino sandar4, nukleosomq fazavim4 itpsn"rniojaniiuapie histoningSerdiDNR sekq padeti. Manoma, kad ir kiti veiksniai ir r..vksmai. kurie keitia chromatino sandarE,gali bfiti epigenetiniq polg'diq ir laikino paveldimumo prieZastis.Antai kit4 cpieenetinlrc'i5kini- ZinduoliqX chromosomosvirsmEBaro khneliu lcnria ne tik DNR metilinimas,bet ir histonq acetilinimo po$diai. Genomo imprintingo valdymas.Nekyla abejoniq. kad genomo imprintingas yra gcnetiskai valdomas. Pagal metilinimo pobfidi DNR skiriamostns padetys:
191
( hronrosonra su lc\ o 7\ n1c
( hrornosonrasu nrotinos)rnrc
Manoma kad DNR metilazdspaZistapusiau metilintas victas, bet genomo imprintingui paai5kinti to nepakanka. TUri btti genai, kurie valdytq specifini konkreiiu nukleotidq sekq zymejim4 tam tikrrrse (lytinese) lEstelese.Antai IGF2 geno zymejimas reguliuojamas rc;F2R geno. Nekelia abejoniq, kad yra specifiniaibaltymai, valdymo genu produktai, skiriantys nukleotidq sekas,kurios turi btti pazymiruos ir kurios jau yra paZymetos. angl. trtetlil-CpG bintling protein), kurie paZista metilintE Du baltl'mai (McCP jos vciklE (paverdia monoaleline ekspresija),yra nustatyti. Bet tai ir slopina DNR rik pradZia. ncs apskritai senomo imprintingcl valdymas dar neiSsprgstaproblema.
Sonratincs laslclcs
Somati:rcs Iastclcs
Alsrrandx niluia ;\ n1i
/\tslr JlldA nau-117r ntc
3.2[i pav. Genomo imprintingo ciklas: chromosomos, paveldetos i5 motinos ir tcvo, zymdtos skirtingai: susidarant gc. neratlvinims l4stelems,dar prieS mejozg. 4'me iinyksta: abi homologines chiomosomos zymimos naujai: vienaip tevo. kitaip motinos. Ciklas kieloienoic kartoie kartojasi
m
-{-G-
--c-c-
arba
m
_{_G_
--4-CI m
N e m e t i l i n t av i c t a
192
VisiSkai metilinta victa
arba _{_G_
-__c_c_ P u s i a um e t i l i n r av i e r a
3,7.2. X chromosomos inaktlvinimas.
Dozds kompensacija
L,vtisnulemiamaivairiaisbfidais (Lr.p. 383). Daugelisorganizmq turi savitas lytines chromosomas. Dozes kompensacija (lot. cotnpensare- sudaryti pusiausr.yr4,atlrginti) yra problema visq tq organizmq, kuriq vyri5koji lytis nuo rloteri5kosios lyties skiriasi chromosomq skaidiumi. Kol kas 5i prohlema i5tirta tik Zinduoliq ir drozofilos. Drozofilos. kaip ir Zmogaus,moteri5kosioslyties individai turi dvi X chromosomas,r.yriSkosiostik vien4. Tadiau tais pozymiais,kuriuos lemiantysgenaiyraX chromosomoje,moteriSkojilytis niekuo nesiskiria nuo lyri5kosios, nors moteri5kosioslyties individq lqsteldseSie genai ir 1'ra dvigubosdozds.Jau senokaibuvo manoma, kad yra genq, kurie sull'ginagenq dozesr.yriSkosios ir moteri5kosioslytiesindividq l4steldse. Be to, paai5kejo,kad lvairiuoseorganizmuosedoz6skompensacijapasirci5kiaskirtingaisbldais. Baro ktnelis - neaktyvi X chromosoma. 1959 metais Baras (M. L. Barr) kaiiq pateliq somatiniq l4steliq branduoliuose.prie jq apvalkaleliq vidines dalies, aptiko k[nelius, kurie buvo pavadinti jo vardu, arba Iytiniu chromatinu. Veliau Baro klneliai aptikti ir kitq Zinduoliq, tarp jq ir Zmogaus,moteri5kosioslyties individq somatiniq lasteliqbranduoliuose. Somatindsel4steleseBaro kunelis (3.29 pav.) matomas kaip tamsi deme (Zmogaus- 0,7x1,2pr).Kartais jo vieta yra neiprasta - Salia branduolelio. Thdiau neiprasdiausiosformos lytinis chromatinas yra neutrofiluose - gruddtuose leukocituose (mikrofaguose).Siq l4steliq ir branduolys yra neiprastos sandaros - i5 3-4 segmentrl, sujungtq
193
\
*
'-r.
.
t
. - \ n t a ic s a n t K i a i n i c l t c r i o s i n r . l r o m uXi X Y . r i e n a s B a r o k [ n c l i s b l n a i r d i r u s u n r o j c r r r u s o m a t i n i ql i l s t e l i q .o m o t c r u . t u r i n d i u t i k v i e n q X c h r o m o s o m q( T e r n e . r i t r Vlrai su trimis X chromosomomis- XXXY, kaip ir moterys ,inclromas).- ne "ieno. Baro kunclius. Kai branduoly'jeyra keturios X chromosomos,tiek du turi \XX. rrnri. tiek motc+'s turi 3 Baro k[rnclius.
\
"|1
j I
.-'/
d *--
Vadinasi.i5 aneuploidu t1'rimq paai5kejobendra X chromosomos i r r r r k t ri rn i n t ( )t i t i s v k l c :
,F
C
\
5jt€
rF;
rn /-.r, \\ -'"'i
\' \
_ j ,'
|s*%
if
$ryk
l\\ / \\\ \\\'\
Y_
/---:\
1.:"\ t' a_.:
I
r
{ r . . 1" - . f \
\,/
.-'a
ir*,,-_.
.' r - .- r r
l
/
\ J f
.r.id@sffitu
Baro k[neliq yrzi vienu maZiau negu X chromosomq. Taiiau ii taisykle negalioja poliploidams, kurie turi kelis visq chromosomq rinkinius. Triploido (-3n) somatincsc lasteleseBaro khneliu skaiiius nenusistovejgsrrcnas arba du. Tetraploido (.ln) 1'ra du Baro klneliai.
Kuri i5 X chromosomq inaktyvinasi,yra atsitiktinis dalykas. T[o isitikinta tiriiint moteris. heterozigotinespagal kai kuriuos ,,sukibusius" su ll,timi genus,parvzdZiui,pagal gliukozo-6-fosfatdehidrogenazis arba raumenu distrofijos. genus. Siq moterq vienoje chromosomoje yra normalus genas (+), kitoje - mutantinisgenas.Jq somatiVienos somatines l4steles yra normalios, nes iastelis mc'rzaiki5kos. Thi priklauso nuo to, kuri i5 dvieju anomaliniu poz,vmiu. kitos su X chromosc'rmuinakryvinasi:ar ta, kurioje vra raumenq distrofijos eenas (tada raumens lastele normali), ar ta. kurioje yra normalus qenas (tada lasteleyra distrofinio tipo):
2 3.29 par". Lytinis chromatinas - Ilaro klneliai ir bfigno lazdeles: Baro klncliai parodvti rodvklr': 1 - tn s Baro klncliai r icname branduolije (kariotipas X\XX arba XXXXY): 2 - r'iriuje normaiaus vvrrr polimorlbbranduolis lcukocitas bc ,.bisno lazdcltls": apaiioje - normalios moters - su v i c n a . . b l g n o l a z d c l c " :- l i r I - B a r o k u n c l i u i r , . b l s n o l a z d e l i u "s k a i i i u s p r i k l a u sonrai nuo X chromttsonruskaiiiirus
plonais siulais.todel jos dar vadinantospolimorfobranduoliais leukocitais.Siq l4stcliull,tiniuchromatinuvirtusiX chromosomayra ivairios formos (blgno lazdeles,teniso raketds.kolbeles)branduolio priedas. Ono (S. Ohno) ir Lajon (M. tr Lion) pasi[le hipoteze,kacl Zinduoliq X chromosomojeesandiugenu doze kompensuojarna motcri5kosioslvtresindividqsomatinese l4stelese inaknvinantisvienai is dvieju X chromosonrq.vdlesni tyrinrai 5i4 hipotezg paflirtino. Tiro jsitikinta, kai buvo iitirti Zmogausir kitu ZinduoliuX chromosomosaneuploidai (3.29 pav.). 194
+
Heterozigotosbranduolys
{V\,--..
u^,",/(' " l) T;::il1,:?"""
k[rrelis-
\
-/
Mutantinis poZymis
S t e r b l i n i uZ i n d u o l i uX c h r o m o s t t m ainaktpinasi neatsitiktinai.Pirmenybe yra i5 -l'.tigi iiu g1^vlnq X chromosomos virsmq Baro tero pavcldetai X chromosomai. k r r n c l i r rn u l c n t i u q c n L l n r oi n t p r i n t i n u , l . .
X inaktpacrja - epigenetinis reiSkinys. Nors dar labai neai5ku, k u i p t a r r y k s t a . b e t X chromosomos inaktyvacijos pob[di paveldi didesnis ar maZesnislasteliu klonas. Tiio isitikinta iStvrus moteris,
t95
rei5kiniuslemia stabilfis Baro kunelio ir kitus epigenetinius valdymo genrl veiklos polryiiai.
1tt
ft!l I :i1 tirl i:r: q)
.--
3.30 pav. Ektodermos displazija. Trys heterozigotiniq moterq kartos, paskutinioji - identi5kosiosdvynds: tamsiau nudaZl,toskuno pavirSiausdalys be prakaito liauku (inakqrinta X chromosoma su normaliu genu); pavir5iaus ,,lopas" rci5kia lasteliu klonq; likusi oda yra normali, su prakaito liaukomis (inakt) /inta X chromosoma su ektodermos displazijosgenu)
heterozigotinespagal recesyviuosius,,sukibusius"su lytimi genus. Labai patogus, nors ir retas pozymis - ektodermos displazija. Tai irgi ,,sukibgs"su lytimi recesy/usispoz.vmis.Sutrikusi ektodermos raida. Vyrai, kuriu X chromosomoje yra Sis genas, bedandiai, turi maZai plaukq ir neturi prakaito liaukq. Pagal5i4 ypatybgtiriamos heterozigotinesmoterys (3.30pav.). Akivaizdu, kad i5tisasodos lopas be prakaito liaukq - tai l4steliq klonas, kurio pradineje lqstelejeinaktyvinosiX chromosomasu normaliu genu. Lqsteliq klonas kelia daugiausianeai5kumq.Mat dalijanris somatinems l4steldms,Baro kuneliu virtusi X chromosoma padvigubdja, kaip ir kitos chromosomos.Vadinasi,Baro klnelis vel turi virsti iprastos sandaroschromosoma.Pasibaigusmitozei, chromosomaturi inaktlvintis pagal motinineje l4steleje nustatyt4 tvarka. Taiiau kol kas bendra visil epigenetiniq reiSkiniq problema yra ta, kad neaiSku,kaip 5ie rei5kiniai iSliekapo kiekvieno naujo l4steliq dalijimosi. DNR metilinimas dar nei5sprendLiaSios problemos, nors Baro kfinelyje DNR yra itin stipriai metilinra. Metilinimas paai5kina X chromosomosinaktwacij4, bet to nepakankapaaiSkinti,kaip formuojasi Baro k[nelis - ypatingas X chromosomos chromatino virsmas. Taigi r,yksta ir kiti pokydiai. Anrai pirmiausia labai stipriai acetilinamas histonas H4. 196
Xis/ genas ir inakty"r'acijoscentras. X chromosomos inaktyvacija prasideda inaknr,acijosccntre. Sis centras aptiktas translokacijqmetodu. Translokacijos- tai chromosc)mLImutaciju tipas. kai chromosomossegmentasperkeliamasii vienos chromosomos vietos i kitq vietq toje padioje chromosomoje arba apskritai i kitE chromo\oma. Paprastai.pc-rkclti X chromosomos segmentai i autosomas ndra inaktyvinami. hiiau pataikius i autosomasperkelti segmentEsu inaktyvacijoscentru, gali virsti heterochromatinune tik iis translokuotasX chromosomos segmentas,bet ir jam artimi autosomr-issegmentai: A
FW A
rrc--.r
A
XbelC
XbelC
A
lryr
A
XsulC
XsulC
-r-ryV\A
neinakl\aintas X segmentas: \,A.n inaktprntas \ segmentas; Ciah c t e r o c h r o n a i i n ui)n a k t t , r a c i . l ocse n t r u ii l C ) a n i m i a u t o s o m o s( . { ) s e g n r e n t a i . Nuo inaktlracijos centro X chromosornosinaktylacija plinta abiem krlptimis; la c ----------------
Cia lC inakryracijo, centras.c centromera,ql itguri, O",rr, O f ,--Ouris p e t r s p . k u r i a m er r a a k t n u s i s r a j o n a s( X p l 2 . l l - : 2 . - l ) .
A
/il\l,"',_l ir{aktyvinti lvirtq
petys. Neu2brukSniuotastrumpasis
ISti;rusivairiasX chromosomossegmentqdelecijasir translokacijas,buvo nustat1'ta.kad inaktlvacijos centras yra Xq13 segmente.Siame lokuse yra labai idomus genasXrsr (angl. X-irtuctivatingspecifictranscipt). Xisl genasbuvo klonuotas. Paai5kejo, kad jis nekoduoja baltl'mo (neturi atviro skaitymo remelio). Aktynrusyra jo transkriptas - RNR. Jis tiesiog apgaubiat4 X chromosomq,kuri vra inaktyvinama.
I5lieka akryv-[sne tik genai, kurie yra neinaktyvintametrumpajame X chromosomos petyje p, bet ir kai kurie genai, esantys Baro ktneliu virtusiame chromatine. Manoma, kad jie yra isorineje Baro kr.rneliodalyje. X chromosomosvirsmo Baro kuneliu ciklas. Zmogaus X chromosomosinaktlvacija prasideda 5-4jq embriono vysty'mosiparq. Moruldje arba blastocistoje aktyvinamas Xlsl senas.Jis vcikia abiejoseX chromosomose,bet po to, kai Xist-RNR stabilizuojama ir apgaubiainaktlvinam4 X chromosom4,Xr:t genasveikia tik Siojechromosctmoje. InaktyvinamojeX chromosomojeDNR metilinimasprasidedaveliau - tik 7-q14 para. Pirmieji Baro k[neliai pasirodo trofoblastuose12-4j4parq. o paiiame gemale tik 16-zg4rystymosi par4.
C)vogondseBaro kflnelis dar yra, o ovocituose jis jau i5nykgs. InaktYvinta X chromosoma vdl reakqryinama:
r97
srir. bet iisaugojamasinaktyt'acijospob[dis. Sios chromosomos virlqsteliq cikle kartojasi: \p1ls Baro kfineliu kiekr,'icname
Lra.';krnerisJ lntcrfazi
DNR metilinimas
Dozds kompensacijasomatinesedrozofilos lqsteltiserrksta kitaip. Patinelio X chromosomojc genai veikia dvigubai akqn,iaunegu pateles X chromosomoje.Taip 1'ra del specialiqvaldymo gentl-numeratorir; veiklo.s.Tie genai moktr suskaidiuoti.ar )/ra lveinis (patele), ar nelyginis(patinelis)X chromosomqskaidius. Zmogaus X chromosomoje kol kas qcnu-numcraronl! nerasrit. taiiau turctq b t t i . n c s k a i p k i t a i p p a a i i k i n t i t a i s y k l e .k a d v r a v i e n u B a r o k L i n c l i um a Z i a u .n e g u 1'ra X chromosomrl. \trdinasi, skaiiiuojamos ir Zmogausbei kitu 2induoliq _X chromosomos. Gali buti Sios skaidiuotessutrikinrrl, pvz.. del duplikacijq.
J
fprastos sanclaros.
-
Barokuneris
-)
lnterlazc
;'*'.;l:llil'li,i, Mitozi
Sie ir,1'tlal kol kas nepakankamai i5tirti. Nlutantinio ..sukibusio"su lytimi pozymio pasireiSkimoheterozilotiniq moteru somatineselastelesepob[dis rodo, kad l4stelintsdaJijantisX chromosomqinakqvacijagali keistis (Zr. 3.30 pav.). VienE t'cnotipinilopa keicia kitokio fenotipo somatiniq lqsteliq klonas. Antras rei5kinys, kuri paaiSkinalaipsniSkaX chromosomosinakrs acija: kod€l ne visos moters somatinds l4stel6s turi Baro kflneli? \ntai 30'7,:fibroblastu fiq kulturose) neturi Baro k[nelio. ,,Bigno lrrzdeles"turi tik iiek tiek daugiau kaip lcic moters neutrofilq. Mat\t. kad tose normalauskariotipo moters l4stelese,kuriose nera Baro kunelio, inaktlvinta X chromosomanevirto Baro klncliu.
3,7.3.Paramutacijos. Ilgalaikdsmodifikacijos Zinduoliq X chromosoma inakt),vinasierapais: . ekspresuojamas(veikia) Xrsl genas; . signalasplinta abi puses nllo inakt).vacijoscentro, inaktyvinai ma didesne dalis X chromosomos: . inaktlvinta X chromosoma virsta Baro klneliu. Laipsni5ka X chromosomos inakryacija paai5kina du svarbius rciSkinius. Pirma, koddl dalijantis somatindmslqstelemsdukterindselqsteldse i5lieka X chromosomosinakt_wacijospobfidis, tipiskas motininei lqstelei? Dalijantis somatindmslqstelemsmitozijc. Baro kuneliu virtusi X chromoson-laneprarandama.jq paveldi dukterines somatines l4stelis. Kad abi X chromosomospadvigubdtqir jq kopijos butq taisyklingai paskirstytostarp dukteriniq l4steliu. Baro kDneliai kuriam laikui turi virsti iprastos sandarosX chromosomomis.Kadangi X chromosomos inaktyvacija ir virsmas Baro kfineiiu atskirti laiko tarpsnio, l4stele dalydamasivdl tampa lprastos sandaros chromoso198
Paramutacijq atradimas. 1956m. amerikieiiq genetikas Brinkas (R. A. Brink) tyrd vieno kukur[zq antociano geno R ivairiq aleliq suvcik4.Kry'Zminorecesp'iqji1linij4 r-g r_3 su hibridu - heterozigota pagal dominuojandiusgenus R-r ir R-s/:
x ? r-e r-g d
R-, R-t
Tai tipiSkasMendeliosugalvotas analizuojantysis kukryZminimas, rrLroko$biSkai ir kielrybi5kai tiriami lytiniq l4steliqgenotipai.Brinko tirtieji aleliaileme tokia endospermo spalvq: /Lg nenuda4t4, R-r raudon4,R-sl - marg4. Diploidinio heterozigotinio organizmo,koks buvo R-r R-sl, Iytin e s l a s t e l e tsu r c t ub l t i d v i e j ut i p u : Rt :' )tt
/--'t,..t
,{1,.)
R-st t.
t,/z
-r---_\
{at' 199
Ti-rotarpu visos receslviojo homozigotinio organizmo lytines l4stcles vienodos:
Alclis
Lrye!-&
'(-3) /---
-itlttl:i
D N Rr e p l i k a c i j a
ts 3..32par'. Hypotricha makrobranduolio (NIa) susidarymasi5 mikrobranduolio (Mi): ..1 - .\tt'lot*'cJtiLt lenuruc'.u, b, c. r1 - nuo kondensuotu iki politeniniq chromosomq: c, .f - chromosomu frasmentacijair plslcliu susidarymas:14,tt, i, k - antrasis DNR rcplikacijos raundas ir jo fazes: 1 - subrcndes Ma: B - Genomo pcrtvarkos eiga. I E S ( r ' i d i n c sk a r t o t i n e ss e k o s )i r t a r p g e n i n i ut a r p i k l i u D N R I ' r a p a i a l i n a r n o sC ; ,A, kartotincs sckos. prijuneianros prie kickvienos ntinichromosontos:C - Sh.lony-chiu n r a k r o b r a n d u o l i rs-ur s i d a n n r ( rt t r p i n i \ m o m c n t r \ - k i e k r , i e n a s u k a r p y t a sp o l i t e n i n c s c h r o m o s o m o sd i s k a sv r a i z o l i u o t u sp u s l c l i i c
201
Poliploidija ir politenija - du genomo pertvarkos tipai, bldingi auk5tesniesiems eukariotams. Poliploidija daLna augalq somatindselqsteldse.Kaip mineta, pasinaudodamasSiuo reiSkiniu,vokiediq mokslininkasVinkleris (H. Winklcr) dar 1919 m. gavo pirmuosius dirbtinius poliploidus. I5 adventlviniq pumpunl i5augg pomidorq lgliai buvo poliploidiniai. Gyvfinq somatindsl4stelesyra daZniausiaidiploidinds,bet ne visq organq ir audiniq. Kepenq lqstelds,ypad neuronai yra poliploidiniai. Politenija - jau nagrindtasreiSkinys(Zr. p. 158). Politeniniq chromosomrl aptinkama dvisparnir+(Diptera) somatinesel4steldse.Antai j.l yra vaisinis muselds (Drosophila),uodo tmklio (Chironomus) lervq seiliq liaukq l4stelese,Kaip ne kart4 mineta, politenineschromosomos susidarodaug kartq kopijuojantisDNR, bet dukterinemsDNR kopijoms nei5siskiriant.Pvz., kiekviena drozofilos homologine politenind chromosoma turi 1024 DNR kopijas. Per abi konjugavusiashomologincs chromosomasbendras DNR kopijq skaidius- 2018. Del poliploidijos ir politenijos padideja visq genq skaidius l4steleje, todel Sie reiSkiniaivyksta tose somatinesel4stelese,kurios labai aktyvios arba jq veikla susijusi su genetines medZiagos rizika - mutageniniais veiksniais. Pvz., padidejusios rizikos s4lygomis veikia kepenq lEsteles.Jos skaido lvairius ksenobiotikus.Ir ksenobiotikai,ypad jq skilimo produktai gali bfiti mutageni5ki.Vadinasi ne tik l4stelesaktwumas, bet ir aplinlqrbds,kuriomis l4stele veikia, lemia poliploidija ir politenii4. 3.8.2.Pavieniqgenq skaitiauspokydiai- amplifikacija.Prisitaikymas prie toksinq ir kitokiq veiksniq Priei daugeli metq Sios knygos autorius klausesi labai vaizdZios, impulsyviosT Ivanauskopaskaitosapie tai, kaip gaminami prie5nuodZiai gyvatesnuodams.Karvei suleidZiamanemirtina nuodq doze. Po to ji didinama, vel ir vel... Kol galq gale keliasdeSimtkartq virSija mirtin4 dozg, o karvei - nieko. Ji gpa. Ji prisitaike prie nuodq. Tuo metu buvo Zinomas tik rei5kinys,bet labai nedaug Zinoma apie jo prieZastis. 208
Adaptacija - viena i5 bendrqjq organizmo savybir;. Prisitaikoma prie ivairiausiq aplinkos ir vidiniq veiksniq. Prpiraiko visi gyvi padarai, tarp jq ir Zmogus prie narkotikq, vaistq ir kt. Prisitaikymo budai ivairus. Adaptacija skirstoma i fiziologing ir genotiping. Genotipin€ adaptacija yra paveldimas prisitaikymas prie konkrediq veiksniq. Jis ryksta vejkiant atrankai. Genotipq atranka be palior,osryksta. Jos negali nutraukti jokia s4moningaar nes4moningaveikla. Genotipine adaptacijagarantuoja taksonui ilgalaiki, pastovq prisitaikymq. Fiziologine adaptacija - daugiau ar maZiau staigus atsakas i kintandiq aplinkq. Sio tipo adaptacija daZniausiai ryksta vienoje organizmo kartoje. Palikuonvs jos nepaveldi. Bet ir ji priklauso nuo genl}: . arba kinta genq veikla (genq valdymo klausimas); . arba r,yksta somatiniq l4steliq genomo pertvarka ir epigenetiniai polqrdiai. Prisitaikymo prie nuodq bfidai. Sis prisitaiklmas tiriamas Zinduoliq l4steliq kult[rose. Per palyginti trump4 laik4 i5tirtos atsparumo prieZastysdaugeliuiivairiq nuodingq ir nenuodingqaplinkosveiksniu, net fiziniq, tarp jq jonizuojantiems ir ultravioletiniams spinduliams, aukitai ir Lemai temperaturai ir kt. Prisitaikomaivairiai. Vienas i5 daZnesniqbldq * didesnesar maZesnis genq grupes - regulono aktyvacija, sukelianti atsak4 i konkretq veiksni (ar veiksniq grupg). Atsakai1'rai ivairiusr.'eiksnius, ne tik i toksinus: . . . . . .
S i l u m i n i oS o k o a t s a k a s : aminorlgidiu ir apskritai bado atsakas; SOS atsakas (i DNR paZaidas.ypad DNR trukius); Ada atsakirs(i alkilinaniiqsiasmedZiagasir jq padarytas DNR paZaidas); sunkiuju mctrrlurtsakii\: oksidacinio streso (OxyR. H,O, ir SoX atsakai i laisvuosius radikalus ir peroksidus) ir kt. atsakai.
Atskiras reiSkinysyra didejantisatsparumasstiprejantnepalankausveiksniopoveikiui(dozei). 209
Laipsni5kaiatsparum4didina . arba didesnl atsparurnElemiandiu genoripq (genu) laipsniSka atranka: . arba vienu lokuso (pavieniqgenq - genq sankaupq)laipsni5ka amplifikacija. Geriausiai iStirta amplifikacija lokusr.].salygojandiqatsparuma: '
f o l i o r h - e s t i easn a l o g a m s- i n h i b i t o r i a m sm e t a t r c k s a t u (i a m e r o p t e r i n u i )a. m i n o p t c r i n u i ( j i e y , r a i r k a i k u r i u p a p a r i i u n u o d a i ) : a r s p a r u r n as a l r g o j ad i h i d rofolatreduktazcs(r//rli) genas: . sunkicsicms metalams lkadmiui. cinkui. variui ir kt.): atsparuma sall'goja h r l t l m u m c t u l o t i u n e i ngue r r r i : ' nuodarns. silvcikaujantienrssu mikrovamzdeliq baltl'ntais tubulinais ir sukel i a n t i c m sp o l i p l o i d i j r l( k o l c h i c i n u i v. i n k r i s r i n u i r k t . ) : a t s p ^ r u r 3 5 3 | . , , g o jnae d i d e l e r sn r o i e k u l i n c sm a s e sl r a l t v m u p l 9 i r p 2 2 g e n a i : ' N - f o s f o n a c c t i l - l - - a s p i t r t a it ru ik i t i e m s p i l i m i d i n u s i n t c z c sp i r m i n i u erapq inhibitcrriams;atsparuma salvgojaeenq sarrkaupa,koduojanti ii karto tris fermentus: karbamoilfosfatsintaze. aspartatkarbamoiltransfcraze. dihidroorotazg ir kt. Visu iiq genq amplifikacija dideja proporcineai didcrjandiamarsparuniui minetiems nuodanrs. P r i s i t a i k l ' m qp r i e n u o d u l c n r i n n c : i rue n u a m p l i f i k a c i j an e r a v i c n z i n d u o l i u m o ntlpolis. Antai vabzd2irl,atspariu fosfoorganiniamsinsekticidams.estcrazesB gcnas amplifikuojlnras iki 32 kartu.
KryZmiSkas atsparumas nuodams. Tirti atsparuma nuodams ypad skatino zmogaus ir kitq zinduoliq somatiniq l4steliu prisitaikymas prie prie5veiinirl vaistrl. DaZniausiai tai labai nuodingos, mutageniSkosalkilinaniios medziagos.Prisitaikiusiqprie alkilinandiq medZiagq lqstcliu t1'rimai buvo labai sekmingi. Aptiktas Ada atsakas, apie deSimt iki tol neZinomq DNR reparacijos genq (Zr. p. 510), kuriq veikla prisitaikiusioseprie alkilinandiqmedZiagql4stelcse padideja iki 200 karru. Prisitaikiusiasprie pricsveZiniovaisroveZinesl4steiesbandyta ,.pergudrauti": naudoti kcliq skirtingoschemineskilmes cirotoksiniqjunginiq deriniai arba gydymascheminiaisjunginiais derintas su jonizuojandiaspinduliuote.Bet iia lauke staismena.Lqsteles.prisitaikiusios prie vieno nuodo, buvo atsparioskitiems nuodams. Thip buvo atrastasr,:rclinamasis kryzmiSkasisatsparumas.Jis irgi ncra l,ien zinduoliq lasteliumonopolis.Antai vaircnisir pupos,arsparesnes EDTA 210
- metalq jonus suriSandiaimedZialctilendinitrilotetraactorlg5iiai sai). buvo atsparts ir alkilinandiosiomsmedZiagoms. Kry'Zmi5kqliatsparum4irgi gali lemti vieno geno amplifikacija.Btrtcnt transmembraniniobaltymo - glikoproteino P. KryZmi$kaiatsparioSistransmembraninisbalrymasyra l1'eir pompa - baltymine se lzlsteldse srrukt[rra,kuria toksinai pa5alinanriii lqstelds.Nuodai Salinaminespecifiikai, todel lasteles,kuriose iryko glikoproteino P geno amplifikacija ir susidardpompa, yra atspariosivairiemsnuodams.Vadinasi,atsparunrasnuodamsgali priklausytine tik nuo genq, kurie lemia inaktyvinanc'iunuodusfermentq sinteze,bet ir nuo genq,kurie lemia membranos nepralaidum4nuodams ir/arba akr) /tl toksinq Salinimqi5 l4steles. Bakterijq atsparumas toksinams. Membranq nepralaidumo reikSmd nustatyta seniai. Jis aptiktas tiriant bakterijas, atsparias antibiotikams. Tai viena i5 svarbiausiqmedicininds bakteriologijos problemq. Konkretus antibiotikasbuna veiksmingastik kuri laik4. Vdliau hakterijos jau pasidarojam atsparios.Nors bakterijq atsparumasantrbiotikamsir kitierns toksinams (sunkiesiemsmetalams ir kt.) yra genotipine adaptacija, bet paralelizmasZinduoliq somatiniq l4steliq prisitailrymui prie nuodrl yra labai rySkus.Paai5kejo,kad bakterijq atsparumasnuodams (o tokie yra ir antibiotikai) priklauso nuo: . specialiqfermentq, skaidaniiu ar suri5aniiq nuodq, . arba nuo l4steliu nepralaidumo. Tai. pvz.. nustatytatiriant mikroorganizmq prisitaikyme prie penicilino. Gali bfiti aktlvi penicilinazd,bet gali blti ir nepraleidZiandios penicilina lqsteles. Atsparios antibiotikams ir kitiems nuodams bakterijos turi vadinamqsias R plazmides. Jos turi genus, lemiandius atsparum4 ivairiems nepalankiemsveiksniams:jonizuojantiemsspinduliams,ivairioms chemin€msmedZiagoms. A n t a i p l a z m i d i R l O l J t u r i S i u o sa t s p a r u m og e n u s : . tL't- tetmciklirrui. . \//' - \trcptL)miCirlui. . cntl - chloramfenikoliui. . r r r /- s u l f o n r m i d u i . . nt(r - g1,r'sidabrio jonams. . .fir.r- fuzido rlgiiiai. Vrdinasi. bakterijos. kurios turi Rlt)0 plaznridg, lra atsparios toms nrcdZiagoms. l-1'
sumrne-
yra daugiakopijin€s.Lqsteleseju Itin atspariubakteriiuplazmicles yra 10-20, taigi tiek pat kartl] padidejgsir lqsteliu atsparumas.Bet svarbiausia,kad atspariq nuodams bakterijq genome gali padideti atsparuma lemianiiu genu skaidius,t. y. gali v,vktitikra amplifikacija. Tai jrodo, kad amplifikacija yra universalus,ivairioms organizmq grupems bfidingas rei5kinys,kurio uZuomazgqreikia ieSkoti prokariotq genome. Amplifikuojami ne tik genai. kurie lemia atsparum4 nuodams. Labai aktlviose l4stelese (Zmogaus,amfibijq, vabzdZiq ovocitq, kai kuriq gyvfnq regeneruojandiqaudiniq, augandiosacetabuliarijos,besiv-vstandiovi5iiuko stuburo, infuzorijos makrobranduoliq. dulkiadaigio ir kt.) v,vksta rDNR geno-sankauposamplifikacija. KopU,+ skaidius yra proporcingas lqsteles aktyvumui. Jis gali padideti iki 20000 kartq. Drozofilos genome aptiktas dar vienas IRNR gcnu daugejinrobldas. Tiesa, jis yra kompensacinis.Siq genq padaugcja tik tada, kai del netolygauskrosingovcrio arba delecijos dalis rRNR genq prarandama. Tbkiu an'eiu dalis likusiq chromosonoje rRNR gcnu pasiialina i\ chromosomos ir replikuojasi. Tada visos kopijos ja stabiliai perduodamos dukterin€ms lqstelems. lsrjungiai chromosomq ir kartu su Sis rei5kinys vadinamas magnifikacija (lot. magnificatio - padidtnimas). Ji bldinga ir genams, kurie lemia chromosomu histonu sinteze.
Amplifikacijos bfldai. Pirmiausiabuvo aptikta ne genq, lemiandiu atsparum4 nepalankiems veiksniams, o rRNR genq amplifikacija. DNR segmentas,koduojantis SiasrRNR, iSkerpamas.Toliau besisukandio Ziedo bfidu nuo jo kaip matricos sintetinama ilga ekstrachromosomind:rDNR. Prie nuodq prisitaikoma keturiais b[dais: . susidaro ekstrachromosomindDNR; . po amplifikacijos ekstrachromosomineDNR susitelkia smuli kius mazgelius,kurie yra ne tik branduoll,je,bet ir citoplazmoje; SiosDNR replikacija r.ykstane tik S, bet ir kituose lqsteles ciklo tarpsniuose; . susidarodvigubosmikrochromosomos(angl. doublemirute chrontosomes).smulkios,suporuotoschromosomos,neturindioscentromeros; . amplifikuoti genai yra chromosomoje,bet nebttinai tame paiiame lokuse ar net chromosomoje,kaip pradinis genas.o tai 11)
il.
j
,o
o il,'
\o"'t\*
o.t
) -- -l', -
,l-t .'tt
a -iLj'
r?rl- : t tlt; r" "a
{i
}r'
a .l
I , -al.
',rs
I
123 3.33 par'. Atsparumq kolchicinui lemianiio geno amplifikacija diiungarinio iiurk€no chromosomose(rcmiantis B. P Kopninu ir A. V Gudkovu, 1982): / - ilga chrrxrosomasu homogeniSkainusidaZiusiuiigu segmentu(pazymdtarodykle); 2 - daug dvigubu mikrochromosomq: -3 - ckstrachromosomini DNR (smulkfis t a i k e li a i )
rodo. kad amplifikuoto segmento ijungimas i chromosom4 gali blti antrinis irykis: susidaropailgejusichromosomasu vienodai besidaZandiuilgu segmentu (jame yra amplifikuoti genai). Pastarieji trys bldai pavaizduoti 3.33 paveiksle. Amplifikuotq genq likimas. Skiriama . nestabilioji amplifikacija, . stabilioji amplifikacija. Tai priklauso nuo amplifikacijos bfido. Prisitaikant prie nuodo pirmaisiaistrimis bDdais,amplifikacijanestabili.Nestabiliausiajos forma - ekstrachromosomindDNR. Ji laikina net toje padioje l4steleje. Geriausiaspavyzdys- rRNR genq amplifikacija ovocituose.Subrendusiuoseovocituose5i ekstrachromosomine DNR i5nyksta.DNR mazgelius dar 1982 m. atrado B. Kopninas, bet iki Siol jq reikSme ir ypatvbes neiStirtos.Ypai neaiSki citoplazminiq amplifikuotos DNR mazgeliq paskirtis. Dvigubos mikrochromosomosstabilesnes,bet pasmerktos iSnykti dukterinese l4stcldse,nes neturi centromeros (vienoje jq telpa 2-4 dhJr genal). Stabiliausia amplifikacija yra tada, kai amplifikuotas segmentas yra normalioje chromosomoje. Jeigu l4stele su tokia chromosoma dalijasi, amplifikuot4 segment4paveldi visos dukterinds lastelds- klonas.
2t3
L4steliq populiacijos. Kaip ir pagal epigenetiniuspokf iius, taip ir pagal genomo pertvarkqsomatindslqstelessudaropopuliacij4.Geriausiai tai irodyta dh.fr genui. Somatiniq lqsteliq populiacija susidaro i5 karto pagal kelias sar'ybes: . . . . .
pakitusiq ir nepakitusiq lasteliu santykl; amplifikacijos budus; amplifikacijos laipsnl (kopijq skaidiq); pertvarkos stabilum4; grlZimo laipsnl (griZtamum4 - negriZtamum4).
KaZkuri l4steliq dalis lieka nepakitusi. Pakitusiosl4stelesskiriasi amplifikuoto lokuso skaidiumi ir amplifikacijos budais.
Olocitai - generat)\incs lastelis, todil csant stabiliai amplifikacijaij4 pavelditu palikuonys. Pirimidinu sintezdsgenq sankaupa.atvirkSdiai,amplifikuojama tik stabiliausiubudu - chromosomoje.Atsparumo kolchicinui atZvilgiu lasteldslabai ivairios. Net toje paiioje lasteldjepasireiSkiakeli amplifikacijos budai.
Zmogaus patologij4 gali nulemti sutrikusi amplifikacija.rDel kai kuriq genq amplifikacijos atsirandaveZys.Thi pirmiausia onkogenq c-tnvc, K-ras ir kt. amplifikacija.ThdiauveZi gali sukelti ir kitq genrl telomerazds,D ciklino amplifikacija. Pastarasisgenas, kaip ir onkogenai, valdo lastelesdalijimqsi (Zr. p. 336). Chondriosarkomosl4stelese amplifikacija aptikta net 8 lokusq, be to, ivairiq ligoniq skirtingq lokusq skirtingose chromosomose.
Nepakitusios l4stel6syra naujos genomo ar pavieniq jo lokusq pertvarkos rezervas.
Mieliq poravimosi 3.8.3.Lokusqvietoskaita. Somatiniskrosingoveris. tipai
Tai savotiSkaorganizmo strategija.Mala su kokiais aplinkosveiksniais dar teks susidurti organizmui per ilg4 jo gyvenim4. Taigi ir daugumos lqsteliq amplifikacija yra nestabili. Tadiau aptikta l4stelirl, kuriose dhfr geno amplifikacija i5 karto buvo stabili. Si lqsteliu dalis, matyt, svarbi l4stelesatmindiai. yra l4stel6satminties, arba kitaip geAmplifikacijos iSsaugojimas nq veiklos imprintingo b[das.
Lokusq vietos kaita yra vienas pagrindiniq somatiniq l4steliq genomo pertvarkos b[dq. Daugeliu atvejq del to pakinta genq veikla, pasireiSkiapaddties efektas. Pana5i peffvarka generatyvinese l4stelese sukelia paveldimus pokydius - mutacijas, rekombinacij4.
Pakartotinai paveiktos nuodu ar kitu nepalankiu veiksniu, l4steles prie jo prisitaiko greidiau, negu tos, kurios pirm4 kartq s4veikauja su Siuo veiksniu. Amplifikacijos valdymas ir genetika yra ateitiesproblemos. nors jau dabar kyla daug svarbiq klausimq: . koddl nepakinta lytines lqstelds,nors jq genome 1,ra tie patls genai, kurie amplifikuojami somatineselqstelese; . kodel amplifikacija vyksta tik tam tikrose l4stelese; . ar gali blti nukrypstama nuo genu amplifikacijostvarkos, ypai lytinese lasteldse? Labai nedaug Zinoma apie genus, kuric valdo amplifikacijq, taiiau akivaizdu, kad amplifikacija yra valdomas reiSkinys: . ryksta tik tam tikrose lqstel6se,pvz.,rDNR gcnq - Zinduoliqovocituoseir pan.l . nusistov€jgs santykis -tarp amplifikacijq sukelianiio veiksnio lqsteliq tipo ir amplifikacijos b[do. Zinduoliu ovocituosev.vkstancstabiliausiaamplifikacija. 't1A L l+
Keletas 5io tipo reiSkiniu nagrineti. Tai netolygi euchromatino translokacijaI heterochromatin4arba Saliajo, lokusq translokacijai5 vidines chromosomq dalies i subtelomerq,lokusq vietos keitimas del judriqjq genomo elementq ir Siu elementll isiterpimasnaujoje vietoje. Salia jq dar yra . s o m a t i n i sk r o s i n g o v e r i s : . kasetine pertvarka genq, lemiandiq mieliq poravimosi tipusl . inversijakaip genomo pertvarkosbudas (Salmonellafaziq kaita). Somatinis krosingoveris. Mejozeje homologiniq chromosomq konjugacija - bfitinybe, viena pagrindiniq Sio l4steliq dalijimosi ypatybiq, bet ir mitozeje homologines chromosomos gali suartdti. Pirmiausia tai nustatyta genetiniaismetodais - atrastas somatinis krosingoveris.
2r5
llc krrrringor erio
\tr1
Tdb
.\!.:, \tr 7
\i l, 6t :
' -M i t o z i n i qk r o s i n g o cr r i s
q
Pastarasis itikinamiausiaiirodomasdvigubosiomismozaikomis.Jomis ivertinamas ir somatinio krosingoveriodaZnis.Thi mozaikos, kuriq pusg pakitusio lopo sudaro somatines l4steles su vienu recesyviuoju pozymiu, kita pusg - l4steles su kitu receslviuoju pozymiu. Thip buvo ir hibridu .v*l*srt (2r.3.34 pav.). Tokios dvigubosiosmozaikos atsirado ddl somatinio krosingoverio.Thdiau bttinos dvi sqly\_ gos: 1) tam tikra aleliniu genq padetis dizigotose (heterozigotosepasal du nealeliniusgenus):
d-JE'frir(at ' r n . . o . - b
+"
H',Su...," go\ e'rio
, _,{,
{cl
SN
-{
arbaapibendrintai-
*
i
,tt u'!l
'.
-
l,l -tt *
-r
. .aa
-1.31 par. Dr.iguba mozaika - somatinio krosingoverio rezultatas: I - chromosomupasiskirsry'mas mitozd.lebe krosingoverioir po somatinio krosingoveriodrozofilos heterozigL)tose t,*.i1571;-B - fenotipinis somalinio krosingoveriorczultatasdviguba ntozaikaant drozofilos krut i n c l e s ( a r b a g e l t o n a sk [ n a s . a r b a . . a p s v i l c "i c r e l i a i )
Ji atrado 1936m. Sternas(c. Stern).Jis tyre drozofilos(D. ntelattogaster)hibridus, heterozigotiniuspagal du genus X chromosomoje: y Qellow) - geltonas ktnas, normali - pilka spalva: sn (singed)- ,,apdeginti.apsvile,,iereliai. Hibridiniq pateliq kunas buvo pilkos spalvos su normaliais sereliais, nes abu genai (r' ir.vr) yra recesFieii. Thciau retkariiais ant drozofilq kai k,riq k[no daliu atsirado crvig,bos demes: o puse demes - geltonaskfinas. normalls iereliai. ' kita pusd denies- normali pilka kDno spalva...apsvileiercliai,, (3.3-1pav.). Tai mozaika. Mozaikos. Dvigubosiosmozaikos po somatinio krosingoverio.Somatiniq l4steliu mozaikassukelia: . ivairios nrutacijos: ' genq veiklos pokydiai,ypad del variabiliojopadetiesefekto; . somatinis krclsingoveris. 216
ar{
={
2) krosingoveris turi r.y-ktitarp centromeros ir pirmojo nuo cenb[tent sn-t arba B, b'. tromerosgeno-zymcklio, Abt
Ab
-l
.4
A,!-_
aB ir
-)
e
ir
-aB ''-''..'...'
aB
€
I
aB
Ab Abu poZlmiai dominuojantvs
C ' h i a z m atsa r p h o m o l o u i n i uc h r o m o s o m q c h r o r r a t i c l Z isuo m a t i n e j el a s t e l e j e
P o l 1 ' g i alia s t e l i q ,k u r i o s ey r a p o , v i e n 4 ( aa r b a b ) r e c e s l v q j t poz)-ml
Normaliojemitozejevisos dukterinesl4stelesvienodos.Ddl somatinio krosingoverio atsirandaivairiq genotipusomatinesl4steles, tarp jq ir tos, kurirl genotiperecesyviejigenai yra homozigotineje brJkleje(hb arbaaa). Jos yra kamienines(motinines)dvigubajaimozaikai atsirasti.Krosoveriniqchromosomqsu vienokiuir kitokiu genu deriniu susidaropo lygiai,todel ir lqsteliq.kurios tampa homozigotinemispagala aleli ir pagal b alell, turi blti irgi po lygiai. susidarosomatiniql4steliqpopuDdl somatiniokrosingoverio liacija.Dvigubosios mozaikosb[dingostik somatiniamkrosingoveriui. 217
Gcnctindsjo pasekmesgali btti dvejopos:pirma. susikuriasomatiniq l4steliu ivairor,'edel gcnq naujq deriniq chromosomose.Antra. tai vienas i5 genomo pertvarkos - geno amplifikacijos- btdq somatindse lEstelese.Thi svarbu l4steliq diferenciacijai.Manoma, kad tokiu bhdu susidaroZinduoliu raumenq lastcliq ivairovd.Somatinis kro' singoveris- vienas i5 bndq somatiniq lqsteliq genotipq skirtumams atsirasti. Tai pagrindind ontogenetikosproblema, kuria pirmasis bande sprgsti Veismanas. Kiekvicnos krosoverinesl4stelds(kurioje itykEs krosingoveris)palikuonys paveldi naujq genq derini krosoverinesechromosomose.Jos sudaro klon4. Klono ir mozaikos lopo d1,dl lemia tai. kaip anksti organizmo raidoje iryko somatinis krosingoveris.kiek dukteriniq l4steliq atsirado per t4 laik4. Somatiniq lqsteliq genotipu lvairovd susidaro ir kai ryksta krosingoveris tarpe tarp dviejq iyminiiqiq genq (3.35 pav.). Atsiranda skirtingo fenotipo mozaika, bet ji vienguba. Kad tai somatinio krosingoverio pasekmd,reikia irodyti, nes, kaip mindta, lygiai tokios pat mozaikos gali atsirasti dei nrutacijq ar chromatino sandaros pokydiq.
aa = a ---' -i
a r.,/
]>--
".-/
Susilieja
UZdrausta
a\? .raf
ct,
UZdrausta
Susidarodiploidinesa/cxl4stelds.Bet kaip i5 tos padiosvegetatyr inds l4steldsatsirandadviejq skirtingqporavimositipq l4stelesa ir a? Mieliq poravimositipq ypatybd,yta ta, kad o gali virsti a, arba an'irk5diai:a virsta cx: Poravimosi
iefA -
riPq kaita
'\--l
MAT, HMLa ir HMRa lokusai. 3-iojoje mieliq chromosomojeyra 3 lokusai, kurie lemia poravimosi tip4: vienas veiklus MAT (angl. rnating h'pe) \r du neveiklDs- ,,tvlindios"neekspresuojamoskasetds HMLa ir HMRa (angl. hontothallic left ir right). Potencialiai kiekviena haploidine mieliq l4stele turi geneting informacij4 virsti s ir a porar,imositipais. Thdiau konkreti l4stele yra tik vieno kurio lytinio tipo: a arba cr (3.36 pav.).
\Iito?inis k.orinsor€ri\ llc krosinsoveri(l
-b
-i
Mieliq poravimosi tipq kaita. 15visq genomo perwarkos rei5kiniq stenetinisnrieliq poravimosi tipq kaitos valdymasgeriausiaiiStirtas. Mielinrs (Saccharomycescerev'isiae)bldingas homotalizmas (gr. Ittttrto - vienodas. pana5us * thallos - auglys, al2ala)' Susilieja to pirties gniuZulo dvi lasteles,bet tik dviejq skirtingq poravimosi tipq, t. y. a ir cr haploidin€s lqstelds.
1!
-
Poravimosi tipas yra tas, kurio kasetd (HMLa ar HMRa) yra MAT lokuse. VienE kasetg MAT lokuse gali pakeisti kita; kartu gali keistis poravimosi tipai (aea).
-. t
llotinind l4st.'ld
+
Dilktcrinas l4stelAs
5'.,_., +
llotinin€ l4steld
-I Dukldrina's l4stelAs
3.35 pav. Somatinis krosingoveris tarp dvieju genq - Z1'mekliq: parySkintadukterine lqstcl6.kuriclsfenotipe pasireiikia A. a ir B. b - gcnai-Zvmckliai; rcccsyvusisgenas d. nes po krosingovcrioji tampa homozigotine (aa) pagal 5! gen4, kitq trijq galimq genotipq somatinesc l4stelesedominuoja aleliai ,4 ir -B
218
Poravimositipu kaitai bDtinasdominuojantisgenasHO (angl. hontothallisnt). Sis genas koduoja endonukleazg,kuri kerpa specifines nr.rkleotidusekasmieliq DNR. MAT lokuse ji padaro dvigrandi trflki, ir po to i MAT lokusq istatoma prieSingabuvusiai kasetd:
HMRIiMATa arba
HMLa iMATa 219
I5lieka genetine informacija ir tame lokuse. i5 kurio (HMRa arba HMLU) kasete perkeliama i MAf lokus4. Vadinasi, perkeliama tik viena DNR grandind. Virsmas vieno tipo kitu 'uykstasantykiu 1:1. Thd a tipo lEsteleiyra cr tipo l4stele. Kai endonukleazesgenas yra recesyvusis(nll-mutacija), ho poravimosi tipq kaita ',yksta labai retai. 10 " daZniu. Kasetind vietos kaita ir jos valdymas. Tai sudetingi rei5kiniai. Pirmiausia yra genai S1R (angl. silent infotmation regrlalors), kurie slopina HMRa ir HMLr,,tylindias" (neekspresuojamas)kasetes.Jq yra keletas. S1R genq koduojami represoriai sqveikaujasu specialiomis nukleotidq sekomis, kurios abu neveikliuosiuslokusus supa iS abiejq pusiq ir kuriq nera veikliajame MAT loklse (Lr. 3.36 pav.). Kasetinis perjungimasnera unikalus rei5kinvs.Pana5iaiperjungiami Tiypanosotnavsg (variabiliojo pavirSinioglikoproteino) genai. Manoma, kad tokiu pat bfidu valdomi homotaliniq samanr] ir dumbliq poravimosi tipai. Inversija kaip Salmonelln faziq kaitos prieZastis. Salmonella ir Escheichia juda ZiuZeliais.DidZiqj4 ju ZiuZelio dali sudaro balrymai
flagelinai (apie 50 kDa). Jie yra pagrindiniai pavirSiniai5iq bakterijq antigenai. Tik E. coli turi vienq flagelin4, o S. t,vphimuium du, Lymimus H, ir H.. Dar 1956 m. Lederbergas(J. Lederberg)ir Ino (T Iino) aptiko idomq reiSkinj. Yra dvieju tipq to paties S. typhimuturru kamieno l4steles:vienos turi flagelin4H,, kitos - H.. Ir vienos, ir kitos l4ste16svienodai turi genus, kocluojandiusabu flagelinus. Be to, paai5kejo, kad nors ir retokai (10 r-10 5 daZniu/l l4steliq kartai), bet Hl serologinis tipas gali virsti H2, arba awirk5iiai:
SkirtingosS. tvphinutrilrnzserologinesb[senos vadinamosfazdmis. Vieno serologinio tipo virtimas kitu vadinamasfaziq kaita. S. t,nphimuium nauda i5 faziq kaitos yra panaSi, kaip Trypanosorna ii l,sg genq kaitos, - didesnis pasiprieSinimasimuniniam gyv[nq atsakui i parazit4. Flagelinq genetika ir faziq kaitos reguliacija.Abu flagelinusH, ir H, koduoja skirtingi genai, nutolg vienas nuo kito (3.37 pav.). Svarbu,
rhl
H:
P1
hin
-c=E>
^^_>
-
3.36 par'. Nlieliu sacccromycescerevisiaeporavimosi tipq lokusai HMLa, M4Ta ir HMRa ir jq valdymas: HMLa ir HMRa lokusq vcikl4 slopina sIR genq produktai: jie sa'eikauja su E ir I, vciklls yra tik tie gcnai. kuric yra MAT lokuse: transkribuojamigenai pavaizduoti .\/1,..t , translokacijaatlieka HO cndonukleaze
220
s l o p r n a m aI arba
l. I V I
,DJ
I,
D,J,
V geno hipermutabilumas- dar vienas19 genq ivairovesSaltinis. diPertvarkytuoseVJC ir WJC genuosenustatytasnei5pasalqytai sekq delis mutacijq daZnis.Be to, specifi5kair,ykstatq nukleotidq mutacijos,kurios koduoja hipervariabili4sias Ig sritis (CDRI ir CDR2).MutacijospadidinaIg lvairovg100-1000kartql! Siosvaldomos mutagenezes mechanizmas kol kas neZinomas,bet nustatyta, genai yra aktyviaimetilinami,todil padidejusirizika mC kad Sie virsti T Be to, Siegenai nereparuojami, DNR toddl nepaSalinamos paZaidos(Zr. p. 494). Mutacijosryksta tik somatindsel4steldseir ilgainiuikaupiasi.Taigijuo velesndsklasesIg, tuo didesnejo ivairovd, sukeltamutacijq. 292
LDJ
Iglvl-mRNR
ref---;, tgMTaiifras
'.
ir
-}{ffi-)
IgD-mRNR
lgD balty.rnas
IeM ir IgD baltvmai turi ta patl V domenq ir skirtingus C domenus. Tolesne klasiq kaita w'ksta del genomo pertvarkos, panaSiai kaip ir V gent; Dalis C genq, atsidurianiiu kilpoje, i5kerpami. I5 likusiq genq veikia pirmasis i5 eiles - nuo 5'galo.
DJ
t jl[--lcr
E
D.l
rj7tlf'-DJ " l]re,
-7;
*
pre-lgc,mR\R
-.tg^c.mRNR lgU4 balt).Tnas
l:.*
ga
-
V5C,agenas
H lokuse dar Klase gali bDti keiiiama tik ta, kurios C genaschromosomos tai butu IgE, IgAl arba IgA2. Auk5iiaupateiktamepav,vzdyje iSlikgsneiSkirptas.
Prie5 kiekvien4 C gen4 irgi yra specialiosnukleotidq sekos,kuriq p a s k i r t i s- k l a s i q k a i t a . Imunoglobulino isiterpimas i membranq. Kiekvieno V geno 5' dalyje yra L (lyderine) nukleotidq seka, koduojanti baltymo domen4, kurio ndra subrendusiameIg. Tai signalinis polipeptidas, reikalingas Ig isiterpti i membran4. Bet tai nieko neiprasto.Signalini polipeptid4 koduoja visi transmembraniniq ir sekretuojamq baltymq genai. Thdiau yra savitq, tik Siai genq grupei bldingq genq valdymo ypatybiq ir rei5kiniq: . imunoglobulino lokusq perfvarkos valdymas, . monoalelind raiSka, . limfocitq klonai ir imunine atmintis. 19 lokusq pertvarkos valdymas. PerFarka yra i5 anksto numatyta, geneti5kaiuZprogramuota.Tai rodo lokusq sandara: . specialls genai - jungtukai (D, J); . specialiosrekombinacijossignalo sekos;joms sqveikaujantsusidaro kilpa, kuri nukerpama ir pa5alinama; . specialls fermentai - rekombinazds. Net lokusq pertvarkos seka, kuriam lokusui pirmam persiwarkyti, yra valdoma. Pirmasis daZniausiaipertvarkomasH lokusas. Vieno alelio ,,i5jungimas" (angl allelic exclusion),arba monoalelin€ rai5ka. Diploido l4steliq homologinesechromosomoseyra du to paties geno aleliai. Abu jie turetq veikti, bet veikia tik vienas, yra monoaleline raiSka.Ji bldinga ir genomo imprintingui. Thdiau nors 19 genq monoaleline ekspresijanepakankamaii5tirta, jau dabar aiSku, kad jos prieZastyskitokios, negu genomo imprintingo. Ig genq monoaleline rai5ka priklauso nuo Sig genq pertvarkos.
ReiSkinys nepakankamai budai: alelio,,i5jungimo" 294
matyt,todel, kad
Nepertvarkytas Z genas V i e n a sl o k u s a sg a l i l i k t i
usaspertvarkomas klaidingai
re
LW
-mI{NR -Mityrnas V1-kstageno konversija
wv;ile Ll
T
V15J1C
Genai po (-konversijos)
fTI v'I'Is-n;Trc T Geno konversija yra toks reiikinys, kai heterozigotose vienas alelis virsta kitu (Zr. p. 6a$. Kad ir kokiu bldu rai atsitikrq, diferencijuotuose B limfocituose veikia tik vienas alelis, svarbiausia, gaminasi tik vieno tipo imunoglobulinai. Stai kodel l4steliq klonas (arba natlralus ir normalus, arba kaip nukrypimas - veZinesmielomos l4steles,arba dirbtiniu b[du gautos hibridomos l4steles)sintetina tik vieno tipo (monoklonini) antikln4. Limfocitq atranka ir klonai. Imunind atmintis - vienas su kitu susijg rei5kiniai. Ideja priklauso Barnetui ir jo bendradarbiams,labai nuosekliai irodZiusiems, kad r,yksta diferencijuotq limfocitq atranka. Atrenkami limfocitai, kuriq gaminamas antikunas geriausiai atitinka antigen4. Sie limfocitai labai spardiai dalijasi sudarydami diferencijuotq limfocitu klonq. Besidalijandiosl4stelesyra dviejq tipq. Jos skiriasi dydZiu ir gyvenimo trukme. Smulkesniq l4steliq gyvenimo trukme gerokai ilgesne. Tai atminties lqstelds. Jomis isimenamaspirmasis kontaktas su antigenu ir imuninis atsakas.Todel antr4 kart4 susidfirussu tuo paiiu antigenu, reakcija I ji (antik[nq sinteze) labai pasparteja:blna 3-4 kartus greitesnd.
295
pertvarkytq genq produkTCR lvairor,d atsirancladerinantis dviejq kaip ir 1g genq pertvarka, genq t"r, (o ir B polipeptidams). fCR netiksliai. Thi irgi \yksta konstravimas.segmentq jungimosi vietose somatinis hipermutabinaclidinaTCR lvairove. Tadiau ZCR genams iutut nebldingas.
('" --\r/*-\rr*
,t--^.r) -' ,*aa-1 rlX).; (,t9 J{h/
tit;:i".::il"u"
Aktlwusreceptorius
Tiri labai panaiu i represoriausir induktoriaus silveikq /ac operone. Steroidiniq hormonq receptoriusirgi jungiasi su tuo padiu Siluminio Soko baltymu, kaip ir Ah receptorius.Mafyt, toks valdymas budingas CYP genams. Ah aleliai.Ah genzts,kaip ir daugeliskitq eukariotq genq, yra polimorfinis,turi daug alcliq. Kaip valdymogenai,jie skirtingostiprumo. fvair[s lft lokuso alcliq dariniai (pvz.,Aht'Aly'',Altt'All, AhtAhd ir kt.) lcmia individualiusZmoniq skirtumusskaidantaromatiniusaminus.
Ilrombcnzana!
cH,cH,cH,qcH,cH,
Valdymo genai gali lcmti ir kiekybinius individq skirrumus. lledt{o}pir.n.!
Q}@"
e$ \l
4.1I pav. Ksen
gmt f.Vt"^ l \ ' l o d e l i s ,k t i p i i l i e k a v i r t i n t o h c t c r o c h r o n r a t i n u p o b l d i s p o l ) N R r e p l i k a c i i o s
ir virsti heterochromntinu .1.l5 pav. polycombbaltymoreikim6euchromatinui A. Il wolffe,1995) lqstcliqkartose(rerniirntis rirtimo pobudiioiSlikimas
4.5.2.3.Gen4 veiklosvaldymasvykstanttranskripcijai ir po transkripciios Geno sandara ticsiggiai atitinka jo aktyvunlel.Tiri stcrbimatranskripcijos, transkripto brendimo, perna5osi citoplazm4, transliacijosir potransliaciniamcctapc (Zr. 4.14 pav.). Nuo scno sandarosypatumq priklauso principindsgeno, jo proclukto salybds: . ar gcnas bus tik transkribuojamas,bet netransliuojamas(galu' tinis produktas RNR)' . ar bus transkribuojamasir transliuojamas(galutinis produktas baltymas), . ar kotluojami baltymai liks citoplazmoje laisvi arba ijungti i membranas. 11?
Y o ar bus pernesamipro lqstelesmembrana. . ar grji branduoli(ir. 4.14 pav.). i Ir normaliomissqlygomisgenq aktlvumas jvairus nuo keliq molekuliq kocluojarno procluktoiki 100000 ovalbuminomRNR kopijq vi5diukokiauiintakiolastelese. Gcno aktyvurn4lemiajo nukleosominis chromatin.sandaros ypatumai;cnhan_ ccrio ir p.m.t.riaus s:rndara,nukrcoridqsekos.rcmianii,,; ir;,;;t;i;cijos pracrziq (kaip grcitai susidar.uzcraras ir...tviraskomprcksai, Zr. p. g9). Gcno sancrar.je yra tr nuklcotidqsektl'nuo kuriq priklausoreiikini;ripo transkripcijos: transkript.brenclimasir modiiikacija(splaisingas - jprastinis, artcrnatyvusis,',ri".rrpi"ir,"gas. nukrc_ .tidu modifikacijrs,recrirgauirnns. p,rilA ir kcpurcsprijungimas), transkriptopcrnasa citoplazmrl ir vciklos i valdyrnaspries transriaciiq.' jo.sm-ctuir' p,, j,;;
Tianskripcijai,transriacijaiir bartymq brendimui varcrytilabai svarbi lyderind seka. Kai kuriq baktcrijq opcro nt1(ttp, ttis) lyde_ rinejc sckojc yra seka, vacrinamaateniuatoriurnijrot. attertuaresurnaZinti, suiverninti).Kai yra triptofanoar histidino perteklius, Siojcsekojesusidaropapircr.mas terminatorius, ir transkripcija nutr[kst.. Tai akivaizdZiaiirodo, kad ir gcnq vardyrno budai yra dubliuoti, kacl bDtq gautas reikaringas iardymo iezurtatas:siuo atvcju nutruktu aminor[giticssinteze.Nors ii taip jau ii4 sintezg nutraukia aktyvintasrepresorius(Zr. p. 273). Siuoscvyksmuoseyra ypatingasbranduoliomembranos ir ypai porq kompteks'vaidmuo. (4.16piv.). pro ii kaip p;;;i",4 ivairiomis kryptimispraleidzianri.,rbzi nepiareicrziumi branduolipcrneiam.ibaltymai(b[tini DNRr."u ""itr"., i."dukrai, i replikacijai,reparacijai ar rckombi*aciiai,chronr:rtino-clirom.somq. sandarai,aktyvintir.-c.-p_ toriai/transkripcijos veiksniai).nukleotidaiir kt. Kai kurievirusai(adenovirusai).sugcbejo isnaudotiir si4 eukariotq branduolio savybg.J.iegeba priveisti iqsterg veikti savo naudai, blokuodamiieimininko-r4stcres 'RNR pernai4is brancruoriocitoi plazm4.Lasteles'RNR riekabranduoryl'e Iyg .uis". Faii iqstereirgi gali valdyti si reiskini.pvz., mRNR m;lek;cs gali t,uii-uzoarytos branduolyjetol. kol jryksrajq splaisingas. Labai.svarbus genr+veiklos.valdymoetapas_ mRNR pernaSa ir paskirstymas citoplazmoje. sio etapo svarbajsitikintaiityrus morfogenezes genq koduojamrl mRNR paskirstymE ovociruose. sis vaoinarn"qiq *o.tog"i,q paskirstymas ovocitc ir nulemiabenclrqjjblsimo organizmo piun4., 328
I
I
i
,,Krep*elis" iS fbriliq
mRNR, IRNR, rRNR (ribosomqsubvienetai)
Inkariniar ball).mai
I
Lamina
I
il"";iT.T,@
Meftbran0s
nuldeotidai, DNR rqrliliaciios, reparacijos, rekombinacijos. hanskripciios, hansl3'- egzonukleazing, ir ji sudai5 Domcnini baltymo dvicju domcnq. sandara daZniausiai atsiryta jic'nrs randa susilic.jusgenams arba kciiiantis geno clalimis.Antai vadinanrasisVIII vciksnys.kuris svarbuskraujui krcieti. yra sudarytas iS trijq domenq A, B, C. Vienas i5 iiq domcnq - A yra homoIoginis ccrukrplazminui- scrunlo baltymui, kuris prisijungia vario jon4. Manoma, kad MHC genai pirmil karta ,,susikonstravo" bcnt ii trijL; gcnq prici 400 milijonq mctq. labai daZnai naudojamasgcnri inZinerijojc. Genq su(si)lic.limas Duplikacijos ir divergencija yra pagrindinis b[iclasatsirasti paraloginianrsgenams.DaZniausiainauji genai atsirandadel duplikacijq, o po to - clcl divergencijos, kuri iryksta kaupiantis duplikuotuosc gcnuose taikinems mutacijoms.Taip atsirandagenq ir baltyrnq Scinros. Jas kodLro.iaduplikuoti genai. Genq Seima - grupe bendros kilmes genq, kuriu koduojani'ios dalys yra pana5ios. Lahiau nutolg gcnai, bct kai kuriuos baltymo domcnus koduojantys tuos paiir"rs,sudaro super5eimas,pvz., Ig genu/imunoglobulinq yra gausios.'franslokacijos superieima.SuperSeimos Siuosduplikuotus gcnus gali iiskirti, i5barstytipo chromosomas.Taip yra, pvz., su gcnais. citochromu P-4.5() Del duplikacijq gcnome atsirado ir kartotinds sekos.Antai jaudio albumino gene yra 9 kartotines sekos. Jos Siek tiek skiriasi, kai kurios invcrtuotos (apsisukusios180') ir sudaro palindromus. Genq grupds/Seimosevoliuciioje daZniausiaipasirei5kiavisi auk5diau anra5vti bfidai.
v RATDOS (ONTO- MORFO-) GENETTKA
5.1. Determinacija 5.1.1.Determinacijair diferenciacija. Transdeterminacija, problema TotipotenciSkumo lvairios organizmrl grupes turi savitq raidos ypatybir], ir tai yra Siq organizmll genetikos tyrimq uZdavinys.Suprantama ir tai, kad centrinis onto-mortbgcnetikos objektas yra Zmogus. Bet nepaisant kiekvicno organizmo savitumo yra bendri morfogenezes-ontogenczes valdymo desniai ir onto-morfogcnetikojenaudojami tie modeliniai organiznlai,kuric parankiausivicnam ar kitam rei5kiniui tirti. Objekto rcikime morfogenetikojeyra ypad svarbi, todel Siai problcrnai tirti atsirado naujq genctiniq objektq, tokiq kaip ncmatodas Caerutrhubditi,s alegans,kurio raida Sviesiniumikroskopu tiriama nucr apvaisintclkiauiinclio iki subrcndusioskirmilaites, arba glcivlnas Dictt,o.steliurrt tlisutidcunt, kuris i3 vienal4siio organiznto gali virsti daugial4siiu, sudetingossandaros. Pravcrtc nctgi tokie paprasti,ncsudetinsiorganizmaikaip virusai ir baktcrijos. Virusams irgi bldinga raida nuo DNR arba RNR molekuliq iki jq raidos momentas- kapsido suintaktinio viruso. Sudetingiausias sidarymas. Bakterijq raida paprastcsnc ncgu virusq. Neir,yksta dideliq pokydiq, i5skyrLrsgcnq veiklos pokyiius, nagrinitus III ir lV skyriuje. Kai kurios bakterijos (pvz., Buc:illu.ssubtilis) nepalankiomis s4lygomis sudaro sporas. Thi tapo vienu i5 morfogenetikos modeliq. Sporuliacijos eigoje keidiasi trijq genq grupiq veikla. Ji priklauso nuo o (sigma) veiksnio. Palankiomis sqlygomis spora virsta akryvia l4stele. Vel vcikia rinkinys vicnas kitq keidiandiq sigma polipeptidq. Tokio tipo genq valdymas aptiktas daugelyjc organq raidos/l4steliq diferenciacijosreiSkiniq,tik veikia kiti valdymo veiksniai,ne sigma. Principas tas pats - laipsni5kai ijungiamos skirtingos genq grupds (ankstyvieji. vidutinio ankstyvumo, velyvieji genai). Pagrinding ontomorfogenetikosproblemil, kaip mineta, suformulavo Veismanasdar 1882 m.
352
Kodel lqsteldms dalijantis atsiranda nelygiavertds,diferenctjuotos l4stelds,kai jos turdtq bfiti vienodos? Zmogars organizmeyra daug ivairiq tipq l4steliq.Visq jq pradZia , r p v a i s i n tkai a u i i a l q sct. Ontogcnetikosuzclavinysyra dar sudetingcsnis nustatyti, kaip ii lravicniqlEsteliqformuojasi sudetingiorganai. Veisntano itakoje suformuluota ir kita bcndro pob[dZio probler1a. Jis mane. kad stlmatinis lqstelespraranda dali savo gcnetincs prcdZiagos. Taip atsirandaskirtumai tarp generatyviniqir somatiniq tuo daugiauji praradusigeJuo I4stcl6labiau spccializuota, lirstcliq. 'Iodel klausimas, kyla rrctiniq vciksniq (Lr. 1.2 pav.). . ar dif'ercncijuotosl4stelis yra gcncratyvinenlslygiavertes- totipotencin€s, . ar ios yra netotipotencines,skirtingu ir nclygiavcrdiqgeneratyvincms lilstelims gcnetiniq galimybitt. pertvzlrsie klausimai nagrincjanti trediajame sklriuje (Genomo 'lrumpai negaltrtinis. krr), ir atsakymasi juos yra ncvienareiksmis, u.ulimapriminti tokir.rsteicinitts: . sontatincs lltstclcs I'cnotipiikai skiriasi nuo gcncnrtyvinitl lilstcliq; . pokydiq potruclispriklaustr truo tlifcrcncijuotq [4stclitr Iunkcijos; . genotipo pokyiiai difcrcrlcijrrotoscLlstclc'scirairhs: I vicnosc iq ivyke-ncsriZtami viso gcrtonrrrarbrt .j lcrua -+ lcliukc
; subrcndusi nrusclc.
Nors leruayra kitokiossandarcls negu subrendusidrozofila,bet ji turi l4steliqsalelcs- imaginiusdiskus,i5 kuriq rystosi konkretls suaugeliovabzdLioorganai.I5 viso yra 19 diskq. Imaginiai diskai yra determinuotosl4steles.Jie labai patogts determinacijaitirti. Vienasi5 bhdq yra transplantuoti imaginldiskqi neiprast4vietq drozofilatokiu i lervosertmgpriei patjai pereinanti leliukg.Suaugeld b[du gali igytipapildom4organq- aki,sparnq,koj4 ir kt. Thi tik patvirtina, kad Siosl4stelesdeterminuotos. 356
Homeozind mutacija yra tokia, kai victoj vieno organo i5sirysto kitas (pvz., kai victoj antenos vystosi koja - mutacija Antennapedia). 'l?ri pastovus paveldimas palikuoniq i5 kartos i kart4 pokytis. Tiansdeterminacijayrel nepaveldimaspokytis - tai modifikacija- Ji pasireiSkiatik toje kartoje, kuriojc atsirado. Tiansdeterminacijayra daug daZnesndnegu homeozincmutacija.Ji yra homeozindsmutacijos fenokopija. Tiansdeterminacijar,yksta tik tam tikra kryptimi:
>tAEv'l
\tr@ (storosrobfina daZnesnd. Kai kuria kryptimi transdeterminacija dykles;plonos rodykles retai). 357
5.1.2. Determinacijos laikas ir vieta. Morfogenai
Determinacija - vienas svarbiausiqmorfogenetikos rei5kiniq, todel jam skiriama daug demesio. Pagrindiniai klausimai yra tokie: . . . .
kada ivyko determinacija, kur ji ir.yko, kokiose lqstelcsc ir kuriose jq dalysc, kokie pokydiai ivyksta determinuotose l4stelese, koks detsrminacijos pob[dis (griZtamasis-negriZtamasis, pavcldimasis ar laikinasis).
I paskutini klausim4 jau i5 dalies atsakyta5.1 poskyryje.Atsakym4 j kitus klausimuskomplikuoja tai, kad determinacijoslaikas ir kitos ypatybds labai priklauso nuo organizmo. Determinacijos laikas. Zmogaus bent 8-iq blastomen+embriono lEstclesnederminuotos.Determinacij4lemia tai, ar l4stelesyra i5orines (diferencijuojasij trofoblastus),ar vidincs mases l4stclcs. Jau pirmosios dvi moliusko Dcntalium blastomerosyra dctcrminuotos. Atskyrus blastomerasvien4 nuo kitos, ii jq r,ystcsinevisavertcs lervos, palyginti su tomis lcrvomis, kurios vystcsi i5 viso kiau5inio (ncatidalytqblastomcrq).Skirtumai buvo dar didcsni, kai blastomcros buvo atskirtos vien:r nuo kitos 4 l4stcliq stadijoje (5.3 pav.). Thigi dctcrminacija gilcjo laipsniSkai.Tiri tipiSkasrci5kinys. Determinacija lyksta laipsniSkai,be to, ivairiose l4stclesene vienu metu. Thi priklauso nuo diferencijuotq lqsteliq ir organo, kuris i5 5iq l4steliq turetq i5sivystyti. Ncmatodo CacnorhabditHdcterminacija jvyksta pries pat pirm4li lEsteliqpasidalijim4netolygiaipasiskirstantgenq produktams(Zr. toliau). Thigi pirmosios l4stelesjau yra determinuotos. Be to, jos skiriasi dydZiu. Drozofilos dcterminacija ivyksta dar anksdiau - neapvaisintuose ovocituose. Kad ovocito citoplazma paskirstyta i determinuotas zonas, buvo pastebetajau seniai, bet tiksliau tai irodyta drozofiloms. Polin€ plazma. Sinsicin€ blastoderma. Drozofilos raidos pradLia gerokai skiriasinuo daugeliodaugialqsdiqgyvfinq.I5 pradZiqdalijasi ne lEsteles,o tik branduoliai. I3 viso 9 kartus. Jie sutelkti l4stelescenrre. Po to jie migruoja i periferij4, dar dalijasi.Ir tik po to vienu metu apie kiekvienq branduoli dalijasi ir citoplazma,susidaro l4steliq apvalkaleliai - r.ykstacitokineze.Tokia blastodermapavadinta sinsicine. 358
5.-j pav. Moliusko Dentaliwn lervq raida i5 atidalytq blastomerq: bcsidalijaniiamckiauiinclyjc ir normali raida; / nrorlirgcnq(ABC'D) pasiskirstynras a t i d a l y t ap o l - o j t r It n c n o r m a l i r a i d u p o b l a s t o r n c r qd i r b t i n i t t a t i d a l i . i i n r o1: plsiclalijinro(viena lcrva turi'jo rnorfogcnus(lD. kita AB); 2 - atidalyta po 2-ojo p r r s i d a l i j i n r (ov i e n a l c r v a t u r c j o D . k i t a - C )
Tidiau pastebita, kad i uZpakalingblastocelio dali kelctas branduoliu migruoja anksdiau.Apie juos citokinezcirgi ivykstaanksdiau, ncgu apie kitus branctuolius.Sios lilstelcrsbuvo pavadintclspolindmis. li jq vystosi gonados ir gcneratyvinesl4stelis (5.4 pav., A). Polinds plazmos transplantacija. Poline plazma i5 vicno praddjusio vystytis drozofilos embriono pcrkelta i kit4, bet neipraston vieton. Ji injekuota i pricki arba net i 5on4 blastocclio,kuriamc vos tik pradejcldalytis branduoliai.Vadinasi,polines l4stelesir juo labiau sinsicini blastoderma dar nebuvo susidariusios(5.4 pav., B). Tose cmbriono vietosc, I kurias buvo perkelta poline plazma, i5sirrystepolines l4steles.Akivaizdu, kad b[tent citoplazma i5 uZpakalinesovocito dalies lemia poliniq lqstcliq,o i5 jq - gonadq ir generatyviniq lilsteliq raid4. B[tinai reikdjo irodyti, kad atsiradusios nelprastoje
359
A/\,AAA
1.\ *i .sl i i-{ H u v \".J_ut w poline olazma
Poltneslqsleles
A. Poliniu lasteliu ir sinsicinds blastodermos raida
Il. polinds plazmos perkelimas i neiprast4 vietq (viriujc - i prickini gaLl; apadiojci b l a s t o c c l i oi o n 4 ) -5.4 pav. Drozofilos sinsicinds blastodermos bci poliniu lqsteliq raida ir polin€s plarzmostransplantaci.ia: B. Drozolilos lini.iosZymt'tos gcnais: polines plazmos donoras RllJ'y'(Bur ir Ycl/or.r,- ntrrntrli kIno spalviL).[:lItina kontrolirroti, kud pcr klaidlr ncbItq pcrncita clonoro branduoliq. Klaicl4 parodytq clu dominuojnntysgcnai. kuric yra lrranduolvic. l ) i r m : t s i sr e c i p i e n l a s2 v n t i ' l : r sr c c c s r r i r r i s i r rgi sc n i r i sl r r r ' l r i r r ' ( t r t t t l t i l t l t ' l u t i r u i r r y i r nciprirstojcvietoje, pcrkcltos cbotv). Pirnrojo rccipicnto polints lustclcs,iisivysdiusios j a n t r o j o r c c i p i c n t r rh l a s t r t c l c r n t ousZ p u k : r l i n gi l a l i ( i p n r s t a p o l i n i q l a s t c l i q v i c t a ) . AntrPa g c n e r a t y v i n i sk c l i a s , P r - g ( ) r l a d o s ' g c r t c r ant cy sV i lqstclis. + Gonados/generatyvinds l4stelds
AB lqsteld yra somatinc, ii jos vystosi prickini ektodcrnta (ABa - ryklc. hipot i c r m a . n c u r o n a i , A B p - n e u n r n a i ,h i p o d e r n r a ) . P, l4stel€ claliiasii sonratirrgIIMS (o ii i dvi skirtingai detcrrninuotassomalincs lilstclcs: E - ii jos vystosi Zarna, ir MS i( jos vystosi uZpakalint rykles dalis. rlrun'rcnys)ir P,. P, lqsteld dalijasi j sonrating lipstclcC (uZpukalini cktodcrrna toliau vystosi rullltcnys ir hipoclcrma) ir P-,. P, lqstel6 dalijasi i sonrating l4stclq D (uZpakalinc mezoderma - toliau vystosi
nrunrcnys)ir P.. Ii Pn lqsteldsvystositik gonados/gcneratyvincs l4stclds,todcl yra labai ryikus gcneratyvinis kelias: P,, -> P, --+ P, -+ P, -+ P., + gonados/generatyvines lEstclis K i t i a u d i n i a i / o r g a nyar a i l 4 s t c l i u. . r n i i i n i a i("2 r . t o l i a u ) .
P r a d i n i ql q s t c l i qg c n c a l o g i j a
Po AB *EMs [
lbangprl,l
M
PI ]
P2 p.1
t,9
l.
l
Ii 2-ju l4steliq E ir P, toliau vystositik po vien4 diferencijuotq l4stcliq tip4/organq: ' i5 E ltlstcliq - palyginti stambi Larna, ' ii 1'.,l4stcliq - kaip mincta, tik gonados/gencratyvines l4steles. Ankstyvqjq l4steliq determinacija ir ankstyvieji genai. Patogcsnio objekto tarp daugial4sdiqorganizmq kaip Sis ncmatodits ivairiq tipq hibridizacijiriitt situ atlikti greidiausiainera (ii ypatybe ir pravertd nustatytigenams,kuriq koduojarli baltymai determinuoja l4stclcsvystytis pagal P, ir AB, P, ir EMS ir t. t. programas). Nustatyta, kad nctolygiai paskirstomasskn-l geno koduojamas balrymas.Si baltym4 sintctina motinos l4stclcs,todel gcnas vadinamas motininiu. Skn-l baltymasjau aptinkamasapvaisintuosekiau5incliuose. L:rbai svarbusvaidmuo tenka genams, kuriq koduojami baltymai paskirstoSkn-1.Sic baltymai,skirstydamiSkn-1, nulemia l4stelitldetcrminacijq (lastcliq,j kurias pakliuvgsSkn-l baltymtrs,branduoliai viriuic pavaizduotitamsiai). Genq par-l ir nrcr-l koduoiami baltymai paskirsto Skn-l tarp AB ir P, l4steliq, nukrcipia Skn-l i P, l4stelg.Geno pic-1 koduojamas baltymasnukreipia Skn-l iP. ir EMS l4stclcs.Skn-l patenka iP, ir EMS lqsteles, bet P, lqsteldsejis nepasirei5kia,ji slopina pie-L ko' duojamas bzrltymas. EMS l4steleseSkn-l baltymas veikia kaip morfogenas. f v y k u s ,p v z . , n w - l , , o i c - 1 m u l a c i j o m s .s u t r i n k a S k n - t p a s k i r s t y m a si r a t s i r a n d a vicno konkrctaus tipo lrlstcliq pertcklius, o kitas apskritai ncsusidaro.Pvz., sutrikus zrcx-1 geno vciklai, Skn-l gauna ir AB lilstclcs.Jos irgi vystosi pagal MS program4. Mutanto pit'-l yra Zarnyno ir rykles liisteliq pcrtcklius, mutanto slin-1 (angl. .rkil head - odos talva) ncsusidaro nci rykle, nci Zarna.
Velesncscraidosstadijoseveikiakitos genqgrupes.Mi5riemsaudiniams (raumenq,neuronq) susidarytireikalingavieta, toddl dalis 370
lasteliq Z[va. Thip aptikta jau mineta apoptozd (programuota l4steliq Zrltis) ir genai ced. kurie lemia apoptozg,taip pat genai, kuria lemia suskaidytu biopolimerq (,,antriniq Zaliavq") panaudojim4 (pvz', nuklcorugSdiq- genai rutc), o baltymams skaidyti koduojamas baltymas ubikvitinas. (Tarp kitko, ubikvitino homologas kaupiasi sergant Alhcimerio liga.) Dar yra grupe genq, kurie lemia l4steliq migracijq ir jq pastatynr:1i joms skirt4 viet4. genai 5.2.2.Ankstyviejidrozofilosbendrojoplano ir segmentacijos Vis dclto drozofila iki Siol nepralenkiama.Matyt, lemia dideles rrokslininkq grupds, tiriandios 5i4 muselg,dideles mutacijq kolekcijos ir duomenq bazi, suketuptaper kelet4 de5imtmediq. Ankstyvieji drozofilos genai net geriau i5tirti negu nematodo. Kol kas jie skirstomi i 3 grupes: . motininius gcnus, . segmcntalcijosgenus, . homcoziniusgcnus. 5.2.2.1.Motininiai genai ir j4 veikla Ne tik C. elegans,drozofilos,bet ir kitq organizmq raidos pradZi4 lemia motinos genai. Tai pastcbetadar tada, kai nieko neZinottl apic gcnus. Net Linejus (C. Linne) tvirtino, kad stambiuosius pozymius lemia motina. Po daugclio metq buvo nustatyta, kad raidos pradZioje gemalo l4steliq branduoliuose veiklfls tik motinos genai. 15 tevo paveldetq gentl rai5ka prasidedaviliau. Paskui buvo aptiktas motininis efektas - daugclio gemalo gcnq veiklE gali valdyti tokie genai, kuriq veiklos produktai susidaro motinos l4stcldse.Antai drozofilos X chromosomoje yra 10-l5o/o tokiq genq. Ir tik dciimtqji deiimtmeti hibridizacijossu zondais in situ metoclu aptikti motinos genai, kuriq veiklos produktai atlieka ovocito determinacijq. Sie genai pavadinti motininiais. Motininiai yra tie genai, kurie veikia (ekspresuojami) motinos l4stelese,bet reikalingi ne motinos, o brgstandioovocito veiklai ir jo
371
determinacijai.Tokiq genq mutacijos sukelia motinos sterilum4 - nesusidaro motinos lytines l4steles (ovocitai) arba nesii.ystogemalas. Jie lemia bendrdi b[simojo organizmo planq ir yra Cvlejrllipq: . somatiniai. . gemaliniq lqsteliq. Sia fenotipinc motininiq genq savybebuvo remiamasiieSkantdrozofilos motininiu genq. Jq daugiausiaaptikta tiriant paveldimai sterilias patcles (jq gcnetincs linijos saugomoshererozigotincjeblkleje). Motininiai somatiniai genai veikia motinos klno/somatinesel4stelerse,o jq veiklos produktai RNR arba bahymai gabenami i ovocitq. ?rigi reikimingi ir tie genai, kuriq produktai yra gabenarni.ir tie, kurie lemia pernaiq. Drozofilos tyrimais jrodyta, kad dalis motininiq somatiniu genq svarbusmorfogenq pernaSaiovocitoviduje. fvairiq organizmq senome iie genai gali skirtis, bet ontogenezesvaldymo principasyra vicnodas. Drozofilos folikulo dalj sudaro motinos somatincsl4stelcsir 16 haploidiniq lqsteliq,atsiradusiqpo mejozis ir 2 papilclomqmitoziniq dalijimqsi.I5 Siq l6 l4steliqtik viena yra ovocitas,o 15 yra maitinaniiosios l4steles.Motininiai genai yra veiklls fblikulo somatineseir maitinaniiosiosel4stelesc(-5.10pav.).
;@ \
\ii*/
,l ..-..,
,t5
w
A
ffit e.
Drozofilos (ir nematodo) motininiai genai lemia gemalo raidos kryptis/a5is: . prieking, . uZpakaling, . galing (terminaling), o nugaros-pilvo (dorzoventraling). Drozofilos gcnome jau aptikta palyginti daug motininiq genq, ir jLr skaidius kaskart dideia. lsiddmeti visus Siuos genus nera jokios prasmcs.Cia patcikiame kai kuriuos i5 Siq genq, kad isivaizduoti, klip suclctingaipavcldimasbendras kDno planas: AU!-J (lcnq grupes
Priekinc
bit'oid m R N R
rhomboid
EG F-receptorius
B -5.1t)pav. Drozofilos motininiai genai: I - priekines (A) - uZpakalines (p) aiies detcrntinavimas;B - nugaros (D dorzalinds) - pilvclio (V - ventralincs) aiics determinavimas
Nugaros-pilvo
Eqf'
Nott'h Delta
rhomboitl GAPl ptpe nudel windbeutel
l\{otininiai gemafiniai
eruperantia .st+'ul!on' staufen
- ^lrNotch 'r Deltu
mRNR
Galind
J Motininiai somatiniai
i\il
----., -4
UZpakalind
bicoid
capuccmo spre snufen o.rlg'r vara valois tudor magonashi nanos pumilio hunchfutk
K10 capuccino sptfe comichott gurken easter snake f,.tso polehole
spritzle gastrulation-defective
,
rbil tube pelle cactw no dl
Be to, Siuosgenus turi papildytitie, kurie koduojajudejimo (motorinius) baltymusir mikrovamzdelius, nes Sie perneSamotininiq somatiniq ir motininiq gemaliniq gcnrl produktus i vict4. Savo ruoZtu kai kurie motininiai genai (pvz., nanog capuccino, spire, Notch, Della) lemia mikrovamzdeliq a5i, kuria r.yksta perna5a.Vir5uje tamsiai i5skirti tie genai, kurie koduoja morfogenus, nors, kaip mineta, jie gali bnti ir baltymq-RNR kompleksai (Zr. poline plazma).
_)tz J /-)
Be.to, daugelio morfogenq nusistovi gradientai.Thi net pateikiama kaip viena ii pagrindiniq'morfogenq ypafybiq. 5.2.2.2. Droz.oftlossegmentacijosir homeoziniai genai. HOM kompleksas
. . Yirrr val'>zdiitrklnas sucrarytasii segmentq. Drozofiros k'nas su_ sideda i5 14 segmentg(5.11 iav.): C l-3 * galvos segmentai, T l-3 - krutincles (torakso) segmentai, A l-8 - pilvelio segmenrai.
\/isu grupiu genai valdonti plgal vicn:r grrincipu; iemesndspakopos(kaskados)genusvardoaukitesnespakop's genai, taip pat patys :r*'e 'afdo. Gap genus vardo motininis hicoid genas, taip pat jie va'ido vienas kita: . pats priekinis galas turi Hunchback lraltynrtl. . I{unchback bahyrnas akt1,,u,ina Knippell gcn4, ' kit.ls clvi .iu.stos atitinkanrai turi knirps ir giont gcnq k.dLrojamus baltymus. Sic du gcnai p.sirciikia tik uZpakariniamcgalc. Kiro motininio /.r/ror geno liotluojitmasbaltymas. Nanos (morfr)cenas)vra uipakaliniame galc ir sl6prna ftrrn_ , / r / ' , r4, r c i k l q i i o . i c d r r l y j c : Priekinisgalas
KiauSinis M o t i n i n i uo e n u
: iihrin produkrai
pltrrgustirti, ncs ryiki jau lervq.segmcntaci.ja, ,,,,rrl:,..|:tttis taiiau pavcldima KrcK Krrarp- parasegmentais (-,ka<J ncp.simestrr:';. segmcnto pabaigr'. U":].-I:lUria,pvz...f,,,_T.,, Furrr"g.r.,rif ii,roro ui"no urbn A,,,i,,-;;-;;; (p _ Iot. Ii lto.sterior - po; :l - nur.t _
Sinsicind blastoderma M o t i n i n i a ig e n a i transliuojami
Taiiau pati drozofiros segmcntacijos genetika prasiclcjo nuo kito galo - nuo homerziniq gcnq, truric i.i- tikrqiq vcikia paskutinejestadrjqe, diferencijuodanrl,"g."ntur.
Lastelin6blasloderma VeiklinaujaYv qenu q grupe v'uPw
onterior.
prici).
segmentaciiqremiabent-5genqgrupes, veikiandios'ienapaskuikit4: motininiai genai lcmiu p.,"ting jr uZRakalingdati ir vaitto titri -----) hicrarchijq genus; gap (angl. tarpas) genai, dcl ku_ riq kiau5inclisclalijasij 4 plaiias _> JuOsIas; pair-rule genai, clel kuriq gema_ las dalijasi j 7 juostas kaslntra segment4;iS tia Siq g.nu pouu- -+ dinimas - porinis tairyklei genai; ,segmentq poliskumo genai, ddl
kuriq gemaloktnas padalijamas i 14 segmenrq; homeoziniaigenai (arba selector g..n.ri surinkejai). kuriq produk_ . tai konkrciiussegmcntus dif.cren_ l, pvz.,T,o-T,n,A,n-A.,.,ir :l:"J, Pan. 1'7 A
q:-2
@
(Im
Uipakalinisgalas
**"'"1*r)
{fl,,ifl".
Nugaros-pilvo puse
sg dorsalballymas
.-We. .. . .;:)' 'g'ri#;".ffi'J7;t' --t)i8d[lf.
r:i-;
{:j:;:it ? giant
twtst, snail
Visi gap genai/jrr kocruojirnri bartvnrai virrdl(X) kb, gcnq - 13, lTqllv-q22, ilgis ltt0 kb, gcnq - 9, l2ql l-q21. ilgis 160 kb. genq - 7. 2q3l-q37, ilgis 70 kb, gcnq - 6.
Be to, nustatyta apie l0 lokusq ivairiose chromosomose,kuriosc 1'ra pavieni\ HOX genq (atrandami vis nauji HOX gcnai). Zmogaus ir pelcs genome,visose4 gcnq sankaupose,aptikta ir papifdomq honteo genq, nchomologiniq likusi4fa dalirni drozofilos gcnams. Pvz., HOX-1 sankaupojetokic yra 4 genai, HOX-3 sankaupojc - -1 genrri.HOX-{ - 4 gcnai. Sic naujieji genai yra daugiau ar rnaZiauhomologi5kivienas kitam: |
2
,,vr-c
iII
lto.r A (HOX l)
rr'I-r
Iah
ttox B (IIOX 2)
3
pb
Dld
II-II_II |I- __II- |
2
5
6
7
jiffl
Str Antp
Uh
I:
IIII
t tox C (IIOX 3) l l o xD ( M X 4 )
4
rI_L
3
I
9
AbdA AbdB
r
l0
I
IfI---
5
6
_
7
12
r-!l
IILI'.J - - I_) E/X2 8
9
13
-Ilr,----I
rar--_T;_-I 4
ll
l
l0
ll
12
13
Homeo genq lyginamoji genetika/evoliucija yra nepakankamai i5tirta. Kol kas nenustatytasarchai5kiausias homeo genas.Kaip mindta, Zemiausiospakopos organizmai, kuriuose aptikta hctmeo genrl, yra mields, bet gal yra primityvcsnill organizmq.
379
Akivaizdu,kad stiprejogenq paskirtisnulemri prieking-uZpakaling blsimojo individoaii:
l ) r ( ) z ( ) f i l o sg c n a i j,airetl
meiail ----+at'
Lemia poravimositip4, per jt l 4 s t e l i qd a l i j i m q s i
I {/
, l??Tlrpiq@ Ferurodrs 11 t* si ] I
+ l,il{
; I lentelc. Kai kurie imogaus igimti defektai ir raidos sutrikimai (displazijos) d6l ilrutacljrl genuose,homologiniuosedrozofilos segmentacijosgenams
tnab5
I
.,-
- '\rr 'nlo-t
l
La ip t eI iu i.spavaizdui:ta genq honrologija Gcnolapis/uTLtomazga, lemia vcntralinqektodermq
> 3 0 0k b I
@wt
lYrq4q+visi ltt:rntco
DrozofllosANT'-Cn BX-C'(?\
g c n a iv i c n o . j eI i e t oj e I v
| I
'q ii
> > ,omlal lrurpinior.*i]
Kelios gcnq sankaupos
Micliq gcnomc Siq gcnq pradZia lcme poravimosi tipus, su ku_ riais susi.jusimicliq raida ir l4stcliq dalijimasis.Nematodo homeo gcnai jau lenriu morfologij4,bct jq rcikime dar neclidclc.Jic lemia ventraling cktoclcrmil. Drclzclfiloslrcmco genai j:rLr lcmia priekinguZpakalingaij ir konkrediq segmcntq difcrenciacija,panasiai,kaip ZincltroliqHOX gcndi. Zinduoliq homeo genai yra tos padios paskirties,kaip ir drozofikrs gcnomc:
horn(o
zmogaus genomeHoX genai.be priekines-uZpakalines aiies, lemia stuburo segmcntqir, svarbiausia, smegenqskyriq raicr4:priekiniu (tik ii dafies),tarpiniLl(kiti morfogenczes genai- EN, pAX;pastarasisturi ir ltomeo sek4),uzpakaliniqsmegenq,nerviniovamzderio;organq raid4: PAX-l - skeleto, PAX-6, HOX-10 - akies, GAX - Sirdies,lygiqjrl ir skeleto raumcnu ir kt. Atrandami vis nauji genai. Homeo genai - ne vienintele Zmogausmorfogenezesgenr+grupd, kurios veikla siuo metu iStirta. 380
Ypatybcs D c r y n i u r t i m : r is u k i h gg c r , i - P . t i 1 . F l f f i I p l n i l . l ' m a i t u r i l l u r f l c { ,\ e k i } I P4X 2 O p t i n c k o l ( ) l r o m a( p l v i y s 1 . i r r k s r qt l i s p l a z i j a . I v c z i k u k r r r r c t c r a l i rsrui ss r l i c j i m a : I PAX 6IAN 2 A n i r i d i j a ( r ; r i n el i ' s n c b u r i m : r s- h t r er o z i . s o r ( ) s) c: I r t u p l u l t u h n t t t h e t r k r s t i- h ( ) n t ( ) z i t ( ) t o s c ) I 1,.14'.1, 7 - I-KHR A l v c r r l i n er' l h d o r r r i o s t r r l t r m i rd, : r u * r t y h i n i p ao i kt,I c i u is u g l : r r r k o n rgJ c. n r \ l c n r i l p r i c k i n ga k i r . rd : r l i . I . k s t qr r r i r l ; t I n c r . r i n i rvrl r r n z d c l i ro: r i d l 1i n (2
v
: z pl ?l ;:
l L = = '
l>
I
t!
b "
Il -t! z
;IW ;l@ ;t
(funkcija ncZinoma), Xg - critrocitq anrigenq, ILgR - kito citokino receproriaus nutolgs genas
?a'
^
- 3 "
la ='
IF :
la .:
I
f:@
Hctertrchrornatinls
!ll
.:-
E a
,: ia
it I
i
M
Y specifiniai genai: SR)z - seklides lemiantis, ZFy - ,,cinko pir5teliq" baltymo. RPS4Y - ribosomq baltymo, AMELY - amelogenino (dantq emalio), SMCY(H-Y) - Y valdomo audiniq ncsuderinamumo,ZSPY RBM, DAZ * spermatogenezds
Xq-Yc1pscudoautosominisrqonls :ll,9R
X chromosomos genai: AMELX, ZFX, SMCX, RPSIX - genai, homologiSki Y chronrosomos gcnams (paryikinti gcnai, vcikl[s Baro khnelyje), XIST - X chromosonrosinaktyvinimo (Banr kfinclio), D.1.5- nuo dozes priklausomos SR (ionadq raidos valdymo genai: c-Kit, slJ (steell - gcneratyviniq l4steliq migracijos: t-Kit - Kit transmcmbraninio reccptoriaus,sf - steel veiksniq (transmcmbraniniq baltymu), JF-l - branduolio rcccptrtriaus.WTI - transkripcijosveiksnio, DAXI lrranduoli sty' jrulrunresslreptomrcinui / l s ' > i n - h i s t i d i n or h i s )p o r c r k i s his- -+ his' griZtamojimutacija gebejimassintctintihis tun jautrumasf'aguiTl
6.-1 Icnteli. Rudo pigmento sintez€ persodintose drozofilos akyse ( rcrniantis G. W. Bcadlc. B. Efrussi. 1937)
Ektopin6 drozofilos imaginio disko transplantacija
Pigmentosinteze persodintoieakyie
i-
++ ++ v v arbacn cn vv cn cn cn cn vv st st atba cd cd v v arba cn cn
Biocheminiq mutantq svarba. Bidlis ir Teitumasbiocheminiams procesamstirti pirr;rieji pasiIlc panaudoti biochcminius mutantus. Tokia mintis kilo iStyius kclct4 drozofilos mutantq, nulcmiandiq Sviesiai raudon4 akiq spalv4. Siq mutantl] yra blokuota rudo pigmento sintezi. Drozofilos org;rnai vykstant metamorfozci iisivysto i5 imaginiq diskq. Bidlis ir Efrusis (8. Efrussi) persodino kai kuriq drozofilos mutantq, kuriq subrcndc individai turi vienodosspalvosSviesiairaudonas akis, t. y. v'crmilion (v'), cinnabar (cn), scarlel (st) ir cordinul (cd), imaginius akiq diskus normalaus tipo lervoms arba vieno ntutanto kitam. Be to, imaginiai akiq diskai buvo pers N - l a d c n i n e > citozinc ir kt. RNR: N-7 guaninc > N-l adcninc > N-l citozinc > N-3 adcninc.
N-l
Vadinasi, intensyviausiaialkilinamas guaninas N-7 padetyje (apie 70Vo visty alkilintq baziu). DNR adeninui N-3 padetyje ir guaninui 0-6 padctyje tenka maZdaugpo l}ck visq alkilinrq baziq. Alkilintos bazcs hidrolizuojamosglikozidinio ry5io vietojc, t. y. tarp bazes ir cukrerus,todel DNR atsiranda:rpurininiaibei apirimidininiaisaitai.
7.3 lcntcle. EndogenindsDNR paiaidos imogaus lqsteldse(ii T A. Kunkel, 1999. r c n r i a n t i sT L i n d a h l ) PaZaida Uracilas 'fiminas (vietoje C) Hipoksantinas li-oksoguaninas F'APY T i m i n o g l i k o l i si r k i t i p a n a 5 i a i o k s i d u o t ip i r i n r i d i n a i EtenasC EtenasA -l-metiladeninas 7-metilguaninas Oo-rnetilguaninas AP saitai
Atsiradimo bldas c i t o z i n od e a m i n i n i m a s 5 - m e t i l c i t o z i ndoc a m i r r i n r r n a s adeninodearr.rinininras guaninooksidavimas g u a n i n oo k s i d a v i m a s p i r i n r i d i n qo k s i d a v i m a s p e r o k s i r l i l t t lui p i d t l p o v e i k i sc i r o z i n u i p e r o k s i d i n t ql i p i d q p o v e i k i sa d e n i n u i a d e n i n oS A M m e t i l i n i m a s g u a n i n oS A M m c t i l i n i m a s r l k i I i n i m e sc n d o g c nni i a i sn i t r o z o a n nr iai s h i d r o l i z i n i sd e p u r i n i z a v i r n a s
Liekanq, susidariusiq pcr parqJskaidius
400 30 l0 -1000 -200 .'500 -200 -200 600 4000 "'200 9000
7.5. Antimutagenezdir DNR reparacija Kad ilyktu mutacija, vien4 normalq nukleotidE DNR molekuleje turi pakeisti kitzrsnormalus nuklccltidas.Paprastaitai i\,yksta DNR replikacijosmetu. Modifikuota bazd netiksliai jungiasi su kita bazc kitoje DNR grandineje. PotcncialipaZaidayra guanino alkilinimaspcr dcguonj ieitojojc padctyjc.Bhtent Siojcpadctyjcalkilintasguaninasgali klaidingaijungtis sudaryclamas porE su timinu: atsirandatranzicija (purinas kciiiamas purinu - G -r A): G-C-+A-T Potencialfis pirimidino dimerai. li pradZiq manyta, kad, apivitinus UV mutageni5kayra daZniausiapaZaida- ciklobutaniniaidimerai. Vcliau buvo jrodyta. kad potenciali paZaida yra 6-l fotoproduktai (Lr. 7.6 pav.). Tiriiau kad ir sudctingai,bcr genq muracijosgali atsirastiir dcl ciklobutaniniqdimcrq. Endogenin€skilmds DNR paZaidosyra tarp pagrindiniq sponraniniq mutacijq prieZasdiq, tadiaujas tirti yra sunkinu,negu egzogcniniq mutagenqpadarytasDNR paZaidas,todel pastoviaitobulinami mctodai 5ias paZaidasaptikti ir kickybi5kaiivertinti. Stebinalabai didelis endogeniniqDNR paZaidqdaZnis.Antai Zmogausl4stelesgenomastik per vicna par4 paZeidZiam:rs tlkstandiuskartq (7.3 lentele),todcl labai svarbi pusiausr.yratarp Siq paZaidq atsiradimo ir reparacijos.
7.5.1.MutagenezrSs etapaiir antimutagenezd. Mutagenqtaikiniai I5 pradZiq mutaciiq atsiradimasbuvo jsivaizduotaslabai paprastai, kaip vionaaktisvciksmas.Tereikia mutagenui pakeisti geneting medZiag4,ir itai turimc mutacij4. Mutageno s4veikossu DNR tyrimai nuleme samprat4, kad . pati DNR paZaida dar ne mutacija; . mutacijq atsiradimasyra procesas,kuris trunka keleta DNR reprodukcijq. Thdiau kaupesi ir kaupiasi naujos zinios apie mutagenczg. Ilgainiui keitesi ir keidiasipoZi[ris i ii reiskinj. Kokie tie poslinkiai? Antimutagenai. Noviko ir Scirardo atrasti antimutagenai maZina spontaniniq ir indukuotq mutacijq daZni. pirmieji antimutagenai buvo lzrisvosbaztis ir nukleotidai. Thdiau visi suvoke, kad antimutagenezd yra perspektyvi kryptis reguliuoti mutaciiq daLni, sumazinti Zaling4 mutagenq poveiki. Toder nauiq antimutagenq,ypai sropinandiq Zaling4 jonizuojandiosirs spincluliuotespoveikl, paieskos bLrvo labai intensyviosir vaisingos.Antimutagenq s4ras4papilcletioliai, fenoliai, flavonoidai, tarp Sio tipo antimutagenq atsirado vietos ir fermentui katalazei, kuri skaido peroksiclus. Antimutagenus praddta skirstyti i:
496
497
. gamtiniusir sintetinius; ' univcrsalius ir specifinius. kurie gali siopinti Labiausiaiclominouniversaliejiantimutagenai, labiausiaipasizymigamkuo diclesniskaidiqmutagenq.Universalumu rtg5tiniai antimutagcniiglutaiionas(ir kiti gamtiniaitioliai),askorbo laisvaradikajie sl.pina pirmiausia ris. tokoferolis.karoinoictai.Visi galima buvo kaip o isitikinti.visi keliaiveda i laisling mutagcnczq, silveikos, ,ri.liknlur.Galq galc pradcclavykti laisvaradikalines uu,rsiu.., susidarolaisviciiradikalai. mcdZiagas' 6lutationas ir kiti ti6liai labai vciksmingaislopina ir alkilinandiqsia's rugitis, kuri i5 orgamerkaptttro Susidaro ticsiogiai. rcaguoja jomis glutatrorras Su Rcalcija tarp glutationo ir kscrttlbiotikq vyksta ir nizir,l paiirlin.,rnll su ilipimu. -lirdcl 0rganiznrc ii4 rcakcijrl allicka fermc'ntai glutaticsiogiai, bct ncrntcnsyviai. tion-S-transfcrazes.
Mutagenezdsetapai.AiSkcjo,kac'lnaujamutircija.turi.isitvirtinti vigenomc,lnutaltinc iastelc- kitq lqsteliqsistemoje.Tick lalstcles veikia ivairus galingi atrankos iujc, tick prici nrutantincslapstcles ir kitas s4lygasSiuo ctanritybos keidiant b[d;i. Mikioorganizmams rezultatai' mutagenezes buvo gauniimi labai skirtingi pu, ' normalq nukleotid4 ir vien4 kad Gcrokii vcrliaubuvo nustzrtyta, Toki pakcitus kitu n6rmaliu ntrklcotidu clar nelsitvirtina mutacija' pat Thip gali pasalinti nesuporuotq nukleotidq reparacija' rruklcotida 'liad yra galingzrssietas, kuris gali praleisti ar nepralcisti nustatytzr, mutagenezi yra valdom" (L:'toliau)' nauj4'mutacij4. Ii *-.i 1967m. Auerbachpasi.llemutagenezgsuskirstytiitris etapus.Skirsjis atrodytu taip: tymasetapaispasipilciinaujomisZiniomis,ir dabar lll kt sqtcikossu taiAiniu ii*i'i" I I ir visi rei5kiniai taikinio lygme- | DNR reParacija) nyje (tarp jq taikinvs - ne tik DNR
su tuikiniu
parekinras: rr)nrurrgeno I ,;;fiR
a) mutrntirriu rekornbin:teijos. sinrezis.
II lls:e.l.l.r:Clacnimrs r e p a r a c i j o sb a l t y r n a i( p v z . , t o p o - | i r a t r a n k a d i p l o n t i n da t r a n k a ; antimutagenez'ib) konjugacin€i izomerrizes) genq ir chromo- | mcjozcsstetas; somq nrutacijos; I i n d i v i d q .s u d i d e l i u n a u j q m u b l m u t a u e n os a r e i k a s u I L l u n r l i n r i L e i k i r i a c h r o m a t i n eI' c t krrviu eliminacii"..lf::: b r r l t v n r a i ciklo ;;ffi;;;;";J;;;il | ,..p,,"" rr lqstelds I :':'lu
;;;il;f*';;i-.;il.; ;;l;;;il
mutaci.los I -genomo
'; i-;;.;- I
tais.' inakrlrurrjaniiais | mul
| ':.'o'*"1',11'1:'-11:'l-"-liql:.::I:)' tvriniqr4steliq,tvgiu d)atranka 1 |
{ t c r i l l u m o sa' p s i v a i s i n t t n a s ) '
Daugelisrei5kiniqjau nagrineti arba bus v6liau nagrinejami(DNR r c p a r a c i j aC ) .i a k i e k smulkiau apie kcturis i5 ju: I etapo mutageno 498
patckimas ir ekranavimas,III etapo - diplontind atranka ir konjugacine antimutagenezd. Mutageno patekimo valdymasyra toks iprastasreiSkinys,kad i ji Zilrime kaip i savaime suprantam4 dalyk4. Evoliucija ryko kaip tik taip, kad lytines l4steles ir gemalas b[tq maksimaliai apsaugoti nuo ncpalankill veiksniq. Be to, Zinduoliq galingasfiltras yra placenta. Ji gcrokai apsaugo gemalq nuo mutageniniq medZiagq. Prisiminkime, kacl placenta yra vienas ii tq organq, kuriq l4steleselabai aktyvus kscnobiotikq biodegradacijosfermentai. Sausumojelengviau gali gyventi daugial4sdiaiorganizmai.Jq vidinems l4stelemsndra kenksrningi UV, nes jie yra menko skvarbumo. Odos apsaugincpaskirtisirgi gcrai Zinoma.Bc to, joje yra gamtiniq apsauginiq mediiagq: kcratino, mclanino, urokanino rugSties (C,H{O.N,). Pastaroji ypad aktyvi priei UVB. Vienalqsdiusnuo UV kaZkadasaugojo vanduo. Jis ir buvo gamtinis ekranasnuo UV. Si savokai mutagenczgatejo i5 radiobiologijos. Par,yzdZiui.ivitinant kaulzrvaisiusiklas, ekranas yra storas scklos kauliukas.Dali jonizuojandiqspinduliq sugeria seklos endospermas. L4steles viduje alkilinandiqsiasmcdZiagasckranuoja baltymai. Apie 2/3 visq alkilinimq l4stelcsviduje tenka nc DNR. o baltymams ir daugiausialilstelcsmembranq ir priemembraniniamsbaltymams.Iki branduoliotolinraskclias.Todel daugelyjeatsakq,kuriuos toliau nagrinisime, aktyvinami Siluminio Soko proteaziq,ubikvitino genai. Jq koduojami baltymai skaido denat[ruotus baltymus. Kontakto efektas.Daugial4siio organizmo l4stelesgali padeti viena kitai apsisaugotinuo mLltagenopoveikio. Thi nustatyta kartu zu.rginant leukocitus,kuriq vieni buvo neapivitinti, kiti apivitinti jonizuojandiaisiaisspinduliais.Pastaruosiuosetirtos chromosomq aberacijos. Jq daZnis gerokai sumaZejo,palyginti su ap5vitintaisleukocitais, augintaisatskirai.nuo neap5vitintql4steliq.Si vienq l4steliq pagalba kitoms buvo pavadintakontakto efektu. Nustatyta,kad i5 vienq l4stcliq i kitas gali perciti antioksidantaiir tioliai. Diplontin6 atranka. Daugial4sti organizm4 paveikus mutagenais, pakinta tik dalis jo l4steliq.Kitos lieka normalios.Kaip jau minita, dauguma mutacijq yra Zalingos.todel ir mutantinesl4stelesgali blti maZiau gyvybingos.Thrp normaliq ir mutavusiq l4steliq arba net audiniq ryksta konkurencija normaliq lqsteliq naudai. DaLnai net normaliq l4steliq dalijimosi tempas didesnis.Galime isitikinti stebedami ivairius margalapius augalus: normaliai Zalia lapo dalis daZnai blna kur kas labiau iSsipletusinegu mutantine (7.17 pav.). 12,
499
implantacijos. Daug chromosomq mutaciir] vis delto iveikia si .,filtrq". Embriogenezesmetu atsiranda ir naujq mutacijq. Kokia galinga III etapo antimutageneze,galima jsitikinti remiantis Hirosimos ir Nagasakioatominius bombardavimusparyrusiq asmenq tyrimq rczultatais.Japonq mokslininkaijsitikino,kad net po 30 metu nuo bombq sprogimo apivitintq zmoniq leukocituosevis tebera daug chronrosomqaberacijrl(7.4 lentele).Be to. daZnistiesiog proporciniq gas apivitinimo dozei. Tuo tarpu tiriant tokiq zmoniq palikuonis jokio Zymesniogenq mutacijq daZnio pokyiio nepastebdta. 7'4 lc'ntclc. Zmoniq, patyrusiq Hirosimos ir Nagasaki. bombardavim4, chromosomq aberaciiq daZnis reukocituose,prasrinkus 30 m. po bombardavimo (pagal N. Dubininrl, l9l3(r) 7.17 pzl. Diplontin€ atr:rnka: pupq chlorol'iliniomutanto vari('gutanormali Zalia lapo dalis lcnkia nrutantingivicsi4 lapo dalj
Konkurencija tarp diploidiniq normaliq ir mutantiniq to paties organizmo lEsteliq vadinama diplontine atranka. Normalus audinys gali visi5kainustelbti mutantini audinl. Konj ugacindantimutagenezdpasireiSkiamejozeje.Pa5alinami stambDs strukturiniai chromosomqpokydiai.Kaip mineta, heterozigotineje b|rkleje ivairios chromosomqmutacijospasiSalinamejozeje,nes susidaro negpybingos lytinesl4stelcs.Bc to, mejozdspirmojo dalijimosi zigotenoje ir pachitenojevyksta DNR reparacija. Augalu ir Evfinq mejozcrs mutantq yra paZeista konjugacine antimutageneze,todel jie daug jautresni mutagcnams. Jonizuojantioji spinduliuotdjuose sukelia daugiau chromosomq aberacijq. Prasmukusiospro mejozg naujos mutacijosgali b[ti atsijojamos . ovocitamsvirstant t"eratomclmis; . maZiauenergingienrs spermatozoidams ncatlaikantkonkurencijos apsivaisinimometu: . nenormaltis gemalai Liva, vykstant persileidimui. Pasak Zmogausgenetikos autoritetq Fogelio (E Vogel) ir Motulskio (A. C. Motulsky), mutacijos, del kuriq vyksta ankstyvi abortai, gali likti nepastebetos.Anot Fogelio ir Motulskio, apie 90o/ochromosomq mutacijq pasiSalinar,ykstantembriogenezei,daugiau kaip puse jq - iki implantacijos gimdoje, o dauguma likusiqjq - netrukus po 500
Spinduliuotcs doze Gv
AberaciiLt dalnis n/n
Hirosima
Nagasakis
1,20 2 , 7|
1,35 I,88 l,68 2,76 3,41 1,09 13,ls
Kontrolc 0 , 0I - 0 , 9 9 r , 0 0 -1 . 9 9 2 . 0 02 , 9 9 3.00-3,99 4 , 0 04 , 9 9 5 , 0 0i r d a u e i a u
7.5.2. DNR paiaidq
4qs
9,4u I? Ss
t4,t9 1 6 , I5
reparacija
7.5.2.1. DNR paiaidq reparacijos apibudinimas ir tipai
Genetinc medziagaDNR yra labai stabili. Nukleotidq ii'ngimas ! naujai sinterinamasDNR grandinesirgi vyksta palyginti tiksliai. o jeigu ir padaroma klaidq, tai jas istaisotie patys'DNR sintezesfermentai. DNR polimerazes atlicka korekcij4, salinclamosneteisingai iiungtus,nesuporuotusnukleoticrus(Zr. II sk.). Thiiau klaidq vis tiek lieka. Ne bc pamato manoma, kad DNR ypatingo stabilumo priezastis yra ne tiek jos chemind sandara ir sintezdsypatumai, kiek DNR paZaidq reparacija (lot. reparalio - atitaisymas).vienu metu genetikai net labai rimtai s'arste, kaip atsiranda mutacijos,jeigu DNR paZaidq Salinimo sistemosyra tokios galingos.Klaidrj labai padaugeja DNR paveikusmutasenu.
-s01
Mutagenas ne tik sukelia potencialias DNR paZaidas,bet ir painidila visq suderint4 DNR saugos sistemq: DNR replikacijos ir reparacijos fermentus ir sutrikdo DNR kopijq dalybas dukterinems l4steldms. Sis netiesioginismutagcnopoveikis,matyt, ir nulemia, kurie mutagcnai yra silpni, o kurie stiprfis. Stiprieji mutagenai pirmiausia paZeidiia saugos sistemas. DNR reparacijos tipai. DNR paZaidq reparacijostipq klasifikacija sudetinga ir daug kuo pana5i i ksenobiotikq biodegradacijoscitochromq P-450 sintezesklasifikacij4. DNR reparacijos tipai yra specialfis ir universalls, vienq DNR reparacijos sistemq dubliuoja kitos, yra konstitutyvls ir indukuoti reparacijos tipai: . special[s DNR repar:rcijostipai paialina konkrcdias DNR paZaidas.Thi tokios paZaidos,kurioms atsirasti yra beveik 1004/c tikimybe. . universalfisDNR reparacijostipai pa5alinabct kokias DNR paZaidas,tarp jq padarytasir tq mutirgenq,kuric iprasti organizmo aplinkoje ir kLrriosialinamos specialiaisDNR rcparacijos bldais. Thi, kad viena paZaidaSalinamakeliais budais,yra organizmo strategija,susiktrusi ilgametis atrankosbldu. PaZaidosSalinimob[dq dubliavimas* garantija,kad 5i DNR paZaidabus paSalinta. Antai organizmamsiprastasir net ,,istorinis"veiksnysyra ultravioletiniai spinduliai. Prisiminkime, kad jie sukelia labai savitasDNR paZaidas- pirimidino dimerus.Juos pa5alinairgi latrai savitasDNR paZaidq reparacijostipas - fotoreaktyvacija.Vien UV sukelia pirimidinq dimerus, fotoreaktyvacijatik juos paialina. Pirimidinq dimerai Salinamiir kitais DNR reparacijosbudais.Jie i5kerpamieksicinukleaze. Sis bfidas yra universalus.Juo Salinamosivairios DNR paZaidos. Tik pirimidino dimerus SalinapirimidindimerDNR N-glikozilaze-AP-endonukleaze.(Apie abu Siuostipus Zr. toliau.) Likusias nepa5alintasiki DNR replikacijospaZaidasSalinaporeplikacine DNR paZaidq reparacija.DNR paZaidq reparacija dar skirstoma i:
502
. prieireplikacing, . poreplikacing. Mutageni5ka,arba klaidinga, reparacija.Sio DNR reparacijostipo atradimas- esminis visos mutagenezdsteorijos posfikis. Dar 1953 m. Veiglas (J. J. Weigle) aptiko reiSkini, kuri jis pavadino ultravioletine reaktlvacija. Virusai buvo apivitinami virusui mirtinomis UV doz6nris. Siaisinaktyvint:iisvirusaisbuvo uZkrediamosbakterijos.Vienos jq buvo . priei tai nt-ap5vitintos UV . kitos apSvitintosrtentirtinotnisUV dozdmis. Tose bakterijq l4stelese,kurios prie5 uZkrediantjas inaktyvintais virusais buvo ap5vitintosUV, virusai atgijo, reaktyvinosi.Bc-t tarp iq p a s i t a i k i l i r b a id a u g s u m u t a c i j r r m i s . Apra5ytasisDNR reparacijosbfidas buvo pavadintasVeiglo reaktyv:rcija, arba kitaip W-reaktyvacija, o mutaciju ettsiraclintas reaktyvintoje DNR - Veiglo mutageneze,arba W-mutageneze. Vciglas pirmasis atrado mutagcniSk4DNR reparacijos tip4. ?ti'iau iianr tipui daug rcikirrresncbuvo tcikiama tol, kol neiikikr klausimas:,,O vis dclto kaip atsirandamutacijos?"I5 esmesmutageniSka DNR rcparacija buvc'ratrzlstapakartotinai kaip SOS atsako dalis (Zr. toliau). Siuo mctu nustatyta,kad maZos,nemirtinosjvairiq mutagcnU (nc tik UV) dozcs sukclia (indukuoja) reparacijosgenu vciklq. Kokia bus DNR repuracija- rnutagcniSka ar nemutagcni5ka, priklauso nuo dvicjq aplinkybiq: . nuo DNR paZcidimolaipsnio.Mutageni5karcparacijavykstaitin stipriai paZcistojcDNR (pvz.,kaip stipriai paZeistq,inaktyvintq UV virusq rcparacija).C'ia ji vyksta nelaimcsveriiama. Nieko kito nclicka: arba uZtaisytiDNR paZaid4bet kaip, arba Z[ti; . nuo genotipo ypatybiq,specialiqgcnq. Thi mutagenezesvaldynro bldas (Zr. toliau). DNR paZeidimo laipsnis ir paZaidq reparacija. Indukuota DNR paZaidq reparacija. Velgi pasirei5kiaorganizmo strategija. DNR paZaidq reparacija reikitlauja dideliq cnergijos s4naudq, ATP. Ne kiekviena l4stel6ir organizmasi5gali likviduoti DNR paZaidas.Toddl stcngiamasi DNR paZaidasSalinti padiaispaprasdiausiais bldais: ' jeigu paZaidq nedaug, pakanka konstitutyvaus DNR paZaidq reparrrcijoslygio:
503
. kai lqstcld paZaidqnesugcbalikviduoti konstitutyviubtdu, indukuojami specialuspagal paZaidqpobudl ir stiprum4 DNR reparacijos b[dai. Jic jsijungialaipsniSkai,didejant DNR paZeidimui. Tiro jsitikinsime iinagrinejg du DNR reparacijos rei5kinius: SOS ir oksidaciniostrcso atsakus. DNR reparacija yra visos antimutagenezdssistemos dalis. Organizmui geriau pirmiausiapaprastesniais bldais pa5alintipati mutagen4, ncgu po to eikvoti lqstclcs iStekliusir ialinti genotoksi5kaipavojingas DNR paZaidas.O jcigu atsiradoDNR paZaidq.tai paprasiiau jas likviduoti, negu ckscizijosbudu Salintibazes,nukleotidusar net DNR nukleotidq sckas.Kai jau nieko kito nebclieka,',ykstamutageni5ka DNR rcparacija:atsiradgstamb[s DNR tr[kiai uZtaisominetiksliai, kad tik bltq iisaugotavientis:rDNR. DNR reparacijos priklausomyb€ nuo ivairiq veiksniq. Thi klausirnas,kuriuo Siuo mctu itin domimasi.DNR reparacijapriklausonuo daugybcsvciksniq.
. jonizuojaniiosios spinduliuot€s ir kitq veiksniq -) purino-pirimidino baziq laisvqjq radikalq = chemind reparacija, kuri4 atlieka antioksidantai ir tioliai. Fotoreaktyvacija.Rei5kinysZinomasseniai. atrastasbent tris kartus. Ap5vitinusorganizmllsUV ir po to matoma iviesa,ZalingasUV spinduliq poveikissumaZejaar net visai iinyksta.Siuo rciikiniu rimtai susidomdtatik po to, kai Kclneris (A. Kelncr) ir Dulbeko (R. Dulbccco) 1949 m. lrode, kad fotoreaktyvacijav1'kstair mikroorganizrnuose.Ji pasirci(kiataip. ApSvitinti UV spinduliais(200-300nm) ir toliau auginami patamsyjc(jprastincssqlygostcrmostatuose)mikroorganizmai Z[va. Bet jeigu po UV dar ivitinsime matoma iviesa (300-500 nm). daug mikroorganizmul4steliq atgys.Kaip tai atsitinka'! Eschcric'hiut'oli ltlstelcsebuvo aptiktas fermcntas. kuris pirimidir r o d i m e r u s p u v c r i i a n r o n o m c r a i s- i r t s t a l or r o r m a l i qp i r d c t i : UV
^
Matomaivicsa
T+T-----+T T --l-.--.--->f*f
J i p r i k l i r u s on u o : .
b c n d r o s l i l s t c l c sb u s c n o s ,e n c r g c t i n i ql l r s t c l c si S t c k l i L lp, a k a n k a m on a u . j qn u klcotirlu kickio: . D N R i r c h n r m a t i n o s a n d a r o sv p a t y b i u ( Z t i r r m o s D N R n c r c p a r u o j a m a ) , c h r < t m i t t i n on u k l c o s o n t i r r cssi r n d u r o s( g c r i a u r c p a r u o j a m aD N R . k a i h i s t o n a i y r a a c c t i l i n t i ,t . 1 , . k i r i s u s i l p n c ' j c rsy i y s t a r p D N R i r h i s t o n q ) ; ' g c n q u k t y v u m o : p i r n t i l u s i l r r e p u r u o j l r n rai k t y v l s g c n a i , o u k t y v i u o s cg o n u o s c t r a n s k r i b u o j a m o jD i NR gnrndine; . jvairiq L)NR sintczc's.rcparaci.jos.chromatino sandanrs nrodifikatoriq (pvz., poliaminq. dvivalcniiq irr trivalcniiq mctalq jonq ir kt.). Kofcinus veikia k a i p n r u t a g c n a sn e t i c s i o g i a i ,s l o p i n d a m a sD N R r c p a r a c i j a . ( ' i a s u r n i n i t a t i k n c d i d c l c d a l i s D N R r c p a r a c i j 4k c i t i a n c ' i uv c i k s n i r l .
7.5.2.2. Tiesiogini
DNR paiaidq
reparacija.
7-inotinatui. kird lirtolilrzcsir tamsojc plZista DNR paZaicl4,o suzitdintosSvicsos rtis. Pliirlirrir paZairlil. il pirrrinrekrdumos liltono cncrgijil, dimcrris pavcriia ntor.ttrnte P i r r n i a u s i ab u n d o m a a p s i s i r u g o tni u o t - J V s p i n d u l i r l( m i n c t i c j i c k r i t n a i ,c h r o n t i t toforai). PaclidejusUV spinduliuotc,i,irsi i( pradZiq saugomasinuo UV o tik paskui Iikvicluojumosjq padarytos DNR paZaidos.Zmogaus - padidcja mclatrino, rtug r r l r r l ' l : no n o i t l r t s i n t c z i ' .
Ekscizind reparacija
Siuo metu Zinomi trys tiesioginio DNR paZaidq Salinimo bfdai. Visi jic yra savitq DNR paZaidq,sukeliamulabiausiaiistoriSkq,tracliciniqvciksniq: . IJV + visrl tipq pirimidino dimerq = fotoreaktyvacija,atlieka fotoliazds: . alkilinaniiqjq medZiagq+ alkilintu nukieotidq = aikilo grupes Salinimas,atlieka metiltransferazds; 501
Sis fcrmcntaspavadint", fb,"li;;". ,,. o^r,r," tik ciklobutaninius pirimidinq dimerus, toderliiuo mctu vadinantasCPD fotoliaze.Atrasta dar vicna fbtoliazc. kuri paZistatik (6-4) fotoproduktus (neciklobutaninius dimcrus). Ji vadinarna (6-4)-fotoliaze (7.6 pav.). Thi flavoprotcinai.
Alkilo grupiq pa5alinimas. DNR alkiltransferazes.DNR alkilinimas (metilinimas) yra vicna i5 nat[raliq DNR modifikacijq, todel lqstclejeyra tanl tikras pastovus,konstitutyvusdemetilaziu (metiltransferaziq)lygis. Be- to, atsiradusiusalkilinaniiuosiusmetabolitus vciksmingainukenksminatioliai. Metiltransferazes- ypatingi fermcntai. Net giniijamasi, ar tai apskritai yra fermentai: rcakcijq jie nekatalizuoja.tiksliau, po s4veikos su alkilo grupe jie patys suskyla. Ada-metiltransferazesturi du aktvvius centrus - cisteino liekanas:
50-s
' Cys-69padetyjepa5alinaalkilo grupg nuo alkilintos fosfato rug5ties liekanos (metilfosfotriesterio); . Cys-321 pad6tyje pa5alinaalkilo grupg nuo padios pavojingiausios,potencialiospaZaidosO"-metilguanino(O6-metG),silpniau Oa-metT Alkilo grupe Salinamasavoti5kai:ji nuo nukleotido pcr5oka ant mctiltransfcrazis,ir 5i suskyla. 'lojc
paiiojc l4stclcjc yra nc vicna mctiltransfenrze.Tiri vis ta ,,apsidraudimo" stnrtcgija.
Purino-pirimidino baziq laisvqlq radikalq chemind reparacija. Thi unikalusrciikinys. PaprastaiDNR paZaidqreparacij4atlieka fermcntai. Baziq laisvuosiusradikalus rcparuoja
Hx (hipoksantin) DNR glikozilazd (alina hipoksantinq,atsiradusi vietoj deamininto A; . FAPY DNR glikozilazd Salina 2,6-diamino-4-hidroksi-5-formamidopirimidin4 (sutrumpintai FAPY), kuris atsiranda nuo poveikio laisvaisiaisradikalais; . 3-nretiladeninoDNR glikozilazdialina alkilintq 3 metA ir kitas alkilintas bazes 3nrctG, 7metG. Or-metT; ji ncra grieZtiri specifine; . 8-oksoguaninDNR glikozilaze ialina vicn4 ii potencialiq oksidacinitt strcstr (laisvqjq radikalq) sukcltu paZaidq 8-oksoG ir kt. .
AP-saitq reparaciia. AP-saitai atsirandane tik del DNR N-glikoziItrziqveiklos,bet ir dcl kitq vciksniq(OH'radikalo, baziq alkilinimo ir kt.), net gamtindmis szllygomis,susilpnejusN-glikoziliniams rySiams. AP-saitefosofodiestcriniskarkiisasi(licka, bet tolcsnisAP-saito likimas sali buti dvejopas: . i AP viet4 istatoma baza; . AP-endonukleazdskcrpa fosofodiestcrini kirrkas4, ir atsiranda jau nukleotidq eksvienagrandisDNR tr[kis, kuris uZtaisomas cizinis reparacijosbudu.
. t i o l i a i ( H * d o n o r a i )C - c e n t r i n i u s , . antioksidantai (e donorai) heterocikliniusrezonernsinius (Lr. 7.-5pav.). T i o l i a i i r a n t i o k s i c l a n t av ic i k i a i r k a i p l a i s v q i r rl a c l i k a l qg a u d y k l i s .S q v c i k av y k s ta dvicm ctirpais: 1 ) a n t i o k s i c l a n t avsi r s t a l a i s v u o j ur a d i k a l u : 2 ['u'arba2l'y'+ 2lrtll ) 2 P u a r b a2 P y + 2 I n ' ; ut*t,,, dispnrporcionavirno(disnrutacijos)rcakci.ia,ir laisvicii rrrdikalai naiki,.,,,,.,,,t) ln'* In'+ In-ln; i i a I n - s i n t c t i n i sa n t i o k s i c l a n t ui so n o l a s .
Pana5iailaisvuosiusradikalus naikina supcroksiddismutazcs. Ekscizin€ reparaci.ia (angl. c,ri:cr.s ion - iipjovimas). Baziq ekscizij4 atlieka konkreiioms DNR paZaidomsspecifinds DNR N-glikozilazis. Jos atpaZista konkrcdi4 paZaid4 ir pa5alina visq paZeist4 bazg. Bazc atskcliama nuo polimero fosfodcoksiribozinio karkzrso rykstant N-glikoziliniq rySiq hidrolizei. Vietoj paSalintosbazds atsiranda AP-saitas. Atrandama vis naujq N-glikozilaziq: . uracil DNR glikozilazd ialina uracil4, kuris atsiranda jvairiais budais, pvz., d c a m i n i n a n tC :
506
Insertazes.Thi t'ermentai,kurie istato bazg i AP viet4. Jos irgi yra kclios priklausomai nuo itcrpiamos bazds. AP-saitai yra potoncialiosDNR paZ:ridos,nes gali bfiti ijungta ne ta baze, kuri buvo anksdiau; bazds [terpimas vyksta su klaidomis. DaZniausiaii AP-saitq itcrpiama A(5 9 o/o) > T (28oh)> G (l l a/t) > C(l o/o)' Del iterpimo klaidq gali atsirasti net transversijos,palyginti su tranzicijomis (Zr. p. 436), gerokai retesnis gt:nq mutacijq tipas, pvz.: G-C -+
i-C
r
S
AP-saitai
A-T
-)
[ -T
-)
C :
c
-+ lT;{
l
r vierojG
1+ IT.al
A r vietoj
Klaida
pirimidinu Transversija Purinaskeidiamas
Tbdel netcnka stcbitis, koddl gamta pasirinko kad ir suddtingesni, bet patikimesni b[d4 i5vengtiklaidq (mutacijq) uZtaisantAP-saitus kirpti fosfodiesterinikarkasq ir lopyti atsiradusivicnagrandi truki. Nukleotidq ekscizindreparacija. DNR N-glikozilazds-AP-endonukfeazds.Kai du vyksmai eina vienas paskui kit4, gana daLnai genai,
507
koduojantysiias dvi atskirasfunkcijas,susilieja.Atsirancra naujasgenas,koduojantis polifunkcinibalqvm4. Thip atsitikoir DNR N-glikozllaziqir AP-cndonukleaziq genams.Atsiradogenas,koduojantisnauj4 ferment4- DNR N-glikozilazg-AP-endonukleazg, pvz.,pirimiclindimer-DNR N-glikozilazg-A P-endonukleazg. Ekscinukleazd- ne vienas fermentas, o balfymq, veikianiiu tam tikra scka, kompleksas.Jis iliustruoja ekscizingDNR reparacij4, kai i5kerpama nukleotidq seka. Tiesa, ji trumputd.:E. cori pasalinama 12 arba 13 nuklcotidq zrtkarpa.Skirtingainuo DNR glikoziraziq-Ap-endonLrklcaziq, tai univcrsalusDNR reparacijostipas, ncs paialinamos ivairicrsDNR nukleoticlq pazaidos.E. c:oli kompreksaskcrpa DNR granding dviejoscvietose (7.18 pav., 1): 7 nukleotidai prieS paiaidq * pazaida f 4 nukleotidai po pazaidos. K.i pazaida- dirneras(pirimidinu dimeras arba dvie.jqnukleotidq sr1ryia).pai.linama l3 nukleotidq seka (40o/.),kitais awejais,kai paZcistasvicnas nuklcotidas,paialinama l2 nukleotidq scka. E. c'oli lastclcsc k.mple ksa [cmia keturi genai, aptikti pagal mutantq jatrtrunr:1UV spinduliams,todel gcnai vaclinaminvrA, B. C, l). Gcnas tt,r [) lemia pagalbini. bct b[tinz1 f'ermentaUvrD-hclikazc. ISkcrpauyrA, uv,rB, rrurC gcnq koduojami baltymai. Iikerpama etapais:
l>A*-A.-*,r,,5 \;.;'ir
J rr\'.f -rr*m Susidargstrlkis uZtaisomas klasikiniubDdu etapais(7.18pav.): l) plyiys gali brlti platinanras; 2) bakterijq DNR I polimerazi, pasinaudodamaantrqja DNR gran_ dinc kaip matrica, tr[kio victoje sintetina DNR granding; 3) DNR ligaze sLrjungianaujai susintetinrosDNR grandines gaIus su likusi4ja DNR dalimi. -508
,l-I-lTTTl ,,,,,,
r,,,
',
'"fT-fT-lj
I
.t '
r
\.t
.
. ' . T r r r r r -,l , , , r , , , ; i , , , l - T T T - l l I VluTlii\\rrts I)NRI I Y
P ' , 1t t t t t . . z t
,
r-, , ii i i , i ii i iT-rT-n]
irrl-rrll
i)N R ir.lJ/\ |
|
I
|
|
|
|
t
I
t
t
I
t
l
|
|
|
|
t
|
|
|
|
I
l.
I 7. lfi pav. Escherichia uili [) ir inurgaus (/I) DNR ekscizin€ reparacija: , NR : v r A t s C , U v r D h c l i k a z c ,D N R I p o l i r n c r a z c D / - v c i k i a b a l t y m q k o m p l c k s a sU ligazc, i5 ju UvrA yra polifunkcinis baltymiis,vicnas arba kartu su kitais baltymais UvrC yra nuklcazi; irtpaZistapaZaiclilir jungiasi su DNR; UvrB yra ATPazc-helikzrzc; / - ['D - pirirnirlinodimcras.todtl (2,.1) UvTABC ekscinuklcazeialina l3 nukleotidq (7+2+4); -l - VT - vicnagrandistrlkis; 4, 5 - klasikinis bct kokio vicnagrandZict trrrkio uZtaisynrobldas: I - DNR I polimcrazc vykdo DNR rcpirracingsinlc-zg;5 I ) N R l i g a z c s t r j L r n g i sac n o s i o si r n a u j o s i o sD N R g r a n d i n i q g l t l u s . 1 1 - v c i k i a d a r d i d c s n i s b a l t y n r u k o n r p l c k s a s r L - p a r ( ) s o n l uX: P ( r c r o d e r t n u pignentosunt)- baltyrrai, atrasti iStyruspigmcntincs kscroclcrmoskonrplcrnentacijrrs s r u p c s ; 2 - X P C ' k o n r p l c k s cs u h F l R 2 3 B y ' r a p r a d i n i s p a Z a i c l o s( 1 ) a t p a Z i n i m o veiksrrys;-3 - susiclari rcpiirosomr, XPA isijungiirpaZaidrrsvietojc ir yra pagrindinis -l'Fllfl y r a t a r p p a e r i n d i n i qt r a n s k r i p c i j o sv c i k s n i q . c k s c i z i n i s r c p u r a c i j o sv c i k s n y s ; kartu su kitais transkripcijospradZiosbaltynraissukuria atvir4 DNR komplcksq (Zr. l l s k . ) ; X P D y r a - 5 ' - + 3 ' h e l i k a z i ,o X P B , 3 ' - + - 5 ' h c l i k u z i l , 1 - i n c i z i . i a( / a t i t i n k a ? ) . a t l i c k a t l v i r r u k l c a z e sX: P G ( 3 ' i n c i z i j a ) i r k o m p l c k s a sE R C C I I - X P F ( 5 ' i n c i z i j a ) ; tolcsnc eiga kaip I I ir 5, bct clalyvaujaDNR polimcraziq 6 ir e holocnzimas, I)NR replikacijos vciksniai RPC, PNCA, RFC, vicnagrandg DNR stabilizuojantis balrymas SSB (arba kitaip RPA) ir kiti baltymai. Priklausomai nuo DNR paZaidos illinama 24-32 nuklcotidu atkarpa. Aktlviu genq rc'paracijavyksta kitaip. clall'r'auia gcnai C57 ir C'SR,kuriu paveldinridcfcktai lcmia Kokcino sindromq (/1 - rcmiantis S. J. Araujo, R. D. Woocl, 20(X))
Siuo budu uZtaisomi ir ivairts DNR trukiai. DvigrandZiai trnkiai uZtaisomisunkiau, todel jie letalDs.Jiems uZtaisytikaip matrica naudojama antroji diploidinio organizmo DNR molekuli. Eukariotq lqstel€seekscizindreparacija kur kas sudetingesne.I5pjaunama ne 72-73, bet didesne- 24-32 nukleotidq seka ir tai atlieka
509
- reparosoma sLrdetingas baltvrnqkompleksas (7.1gpav.,ll).Komplekso sudetispriklausonuo DNR pazaidos. To patiesgenoproduktaigali veikti ivairiossudetiesir paskirtiesrepzlrosomose. Mieliq genomeuz jpjovim4atsakingi grandines bent l1 genq,zmogaus gcnome- apie 14 genq.Augaluoseekscizing reparacij4 pirmicji l9l3 m. aptikov. Soiferis ir K. Cicminis. Nctgi 1i. coli I)NR rcparacijos baltynraijungiasi konrplcks4.T6ks kgnrpleksas i yra UvrAB('D. Komplcksil, vaclirramujilGo sistemq, sudaro ir traltymai, salinantys fi,
d
! ^ '-
e,
J
u - Q
g-! l-
a
!, o
a
(.) t
z
1
a
G e
*u
;
.O
,-.=
a
..t!:
c!.=q=^
:?'-"o
/
r tr *
-!
I+ -;r 2-:+ t2 :* '=:!.= | .\
a.) Tr
:
E
I
= y
^i
F>ai
.-
-
/
F
=
9 * , i .. 2" eY ' D
a
-":*
540
'.:
>lE
'6
F* ir F lytiniams tipams ilgiau blnant kartu, visos l4stelesvirsta F*. Thdiau bakterijos chromosoma konjugaciniu tilteliu pereina labai sunkiai, todel rekombinacija i5 F* i F- yra reta. Rekombinacija i5 Hfr i F- labai daZna. Kas de5imta F- lqstele gali b[ti rekombinante. Rekombinacija padaZnejatlkstandius kartq.
' ,
'r'd
LL
I-\-=
T
6, J
^. E _
=7At.
l
>-
c:=q, x | tr:'e =
\9Y0, -t..:; *ivi:X!
s . _
>
541
Tai atsitinkatodil, kad, isiterpusF plazmideii chromosom4,Si truksta, bet taip. kad dalis F plazmiddsyra viename gale, o kita - kitame gale (8.2 pav., B). PlazmidZiq.kurios pereina i5 vienos l4steles i kit4, pernaSaprasideda nuo specialiosnukleotidq sekosoriT (angl. origin oJ'transferperna5ospriidZia). Taigi Hfr kamienuose pirmasis pereina tas chromosomos galas, kuriame yra F vciksnio oriT. Po to - genas, esantis ardiausiaioriT, tciiau kitas, tredias...Thip galima nustatyti genq sekq chromosomoje. Bakterijoms leidZiama konjuguoti ivainl laik4. Krestclejus konjugacija nutniksta. Pagal trukmE, reikalinga pereiti genui konjugaciniu tiltcliu. matuojamas atstumas t:rrp gretimq genq. Jis nustatr)mllsluiko vienctais. Paprastaivisa bakterijos chromosonrakonjugaciniu tilteliu nespeja pereiti, ncs tiltelis nutruksta. Visai E. coli chromosomai pereiti rciketq apie 90 rnin. Tik praejus visai baktcrijos chromosomai, abu F plazmides galai vcl gali susijungti, ir tik tada F virsta Hfr. lvairiuosc Hfr kamienuoseF plazmide buna lsiterpusii skirtingasvietas baktcrijos chrrtmosttmoje. Kai yra Hfr kamienas,lengvai perneSamichromosomosgenai, bet F paprastai nevirsta Hfr arba F*. Kadangi i5 bakterijos-donoroi bakterijil-recipient4(iS F- i F arba ii Hfr i F-) pereina ne visa chromosoma,susidaro daline heterozigota- merozigota.Ji btna laikinai, kol pasibaigiarekombinacija kuriuosc ivykusi reir susidaro rekombinantai(l4stcles-organizmiri, kombinacija). Kiti DNR pernaSosir rekombinacijosb[dai. Thansformacija.Prisiminkime, kad transformacijosreiikini dar 192U m. aptiko anglq baktcriologas Grifitas. Jis atrado, kad, paveikus uZmu5taisS formos pneumokokais gyvus R formos pneumokokus, iic virsta (transformuojasi) S:
Snrtalvr + R
R /hrrur [LYvl
lraulornuuil,t
S
glal'
tadiau tik 1944m. amerikietisEiveris ir jo bendradarbiaii5ai5kino, kad pneumokokqR transformacij4 i S atliekaDNR. JE reikia i5skirti i5 S fclrmospneurnokokqir paveiktiR formos pneumokokus(reci< ^"',
pient4). Organizmas,i5 kurio DNR i5skiriamair naudojama transformacijai, vadinamasdonoru, o kuris yra paveikiamas(gauna) DNR recipientu. Kad transformacija lyktq sekmingai, bltina i5skirti nesuirusiq DNR, kurios molekulind mase bDtq ne maZesni kaip 1.108Da. Be to, donoro DNR nors i5 dalies turi b[ti homologine recipiento DNR, todel transformacijqparyksta gauti tik r[Sies viduje arba tarp artimq r[Siq. Nehomologine cgzogenind DNR veikia kaip mutagenas. Recipientasauginamasspecialiomissrllygomis,kad l4stcles taptq kompetentin€s,t. y. irnlios cgzogenineiDNR. Imlumas trunka gana trumpai - 30-60 sckundZiq. Tiansformacija yra pagrindinis bakterijrl gamtines rekombinacijos bfidas. 15 pradZiq milnytzr,kad tai dirbtinis, grynai Zmogaussukurtas rckombinacijostipas. EgzogenindDNR baktcrijq populiacijoseatsirandasuirusZuvusioms bakterijq l4stclems(8.3 pav.).Bakterijosyra pasirengusios priimti egzogeningDNR. Pastirrojipro mcmbran4 isiskvcrbi:rpinocitozdsbldu (citoplazmincjcmembranojcatsirandaidubimas,i kuri patcnka DNR;
DNR rlungrmo kornpleksas
1.1151'x])\[''*-
Nukleotiditi
Lqsleles apvalkaldlis Nlenttrratta'
\
I
DeoksLribrrnukleize
\
Bal,lenjapo jos PemeitaDrr-R transtbmtaci
I
st
,i
8.3 pav. Gamtin€ bakterijos transformacija: DNR Saltinisaplinkoje - 2uvusiosbakterijq l4stcles (rcnriantis R. V. Miller, 1998)
543
membrana j4 apgaubia,susidaro pinocitozine p[slel6, ir 5i patenka i lEsteldsvidq). Membranoje yra specialiqreceptoriq,prie kuriq tvirtinasi DNR. EgzogenineiDNR isislorerbtii lqstelgpadeda transfbrmacijos veiksniai,t. y. nedideli polipeptidai, saviti ivairioms bakterijq rliims. Tiansfomacij4 gerokai maZina deoksiribonuklezes.ParyzdZiui,iki 1970m. neparyko sukeltitransformacijosE. coli,kuri turi labai aktyvias Panaudojusmutantus,kuriuose Siefermentai sindeoksiribonukleazes. tctinanri silpnai, transformacijaaptikta ir E. coli. MaZdaug kas tredia l4steli, I kuri4 isiskverbiaegzogenini DNR, yra transformantd. Thansdukcijayra baktcrijq rekombinacija,kai virtrsai perneia bakterijos DNR. J41952nr. irode Zinderis (N. D. Zinder) ir Lederbergas' Mintis, kad virusasperncia vieno Seimininkogcnus kitam, atrodi neitiketina. Tai teko irodyti specialiubudu. PaimtasU raidesvamzdelissu apatineje dalyjc ilydytu bakteriologiniu filtru (8.4 pav.), praleidZiandiu bakterijq.Vamzdclispripildytasminimavirusus,bet nepraleidZiandiu priedu). Joje auga normaliosbaktcrijos,ge(bc tcrpds lios mitybinis bandiossintetintivisasnormaliai sintetin:tmasmedZiagas'Vamzdelyje buvo auginami du baktcrijq Sulmoncllatyphimuriumkamicnai: deiineje gebantissintctinti triptofanq (trp*), kaireje negalintisjo sintetinti (trp ). Bakteriologinisfiltras nclcido susimai5ytidviem bakteriju kamicnams.Minimaliojc tcrpeje augatik lrp* kzrmienas.Sis kamienasbuvo uZkrds,llrtktcrij q Llslcles tas bakteriofagu P22. VirusamsbakteriologinisfilSOnas tras nel'ruvclkli[tis. Lizavg trp* lrp ' kamieno l4stclcs,jie pro bakteriologini filtr4 pateko ! kairilzuolit l4stclc qjq vamzdelio pusg. Ten irgi pradejo augti bakterijos,bet jos bwo trp*, vadinasi, gebandios pacios sintetinti triptofan4. IiJtras Ihktcriologirris Bakterijos, neuZkristos virusais, tt.4 pav. Bandymo, irodaniio Salnonella kaireje vamzdelio puseje neautyphimurium transdukcij4, schema: 2 A - k a m i c n a s , s i n t c t i n a n t i s t r i p t o f a n q go. Vadinasi.Sievirusai perne( t r p * ) 1 2 2 A - n e s i n t e t i n a n t i st r i p t o f a n o ii trp* genq i5 vieno kamieno l.t,p ) i kit4 - ii.yko transdukcija.
544
TfansdukcijosdaZnisyra 10 5-10-7,tadiau gaunami ir lizatai. kurie sukelia daZn4 transdukcij'4.Jie vadinami Hft (angl, high freqtrcncyof transduction- daZna transdukcija).DaLn4 transdukcij4sukelia defektyvrls virusai. Mat viruso galvuteje dalis (arba nct ir visa) fago DNR turi btti pakeista Seimininko-donoroDNR, todel, virusui perneSus l4stelg,Sioskitos virusctfunkcijosnepaDNR i Seimininko-recipientc'r sirci5kia.Jis nesidauginair ne:rrdo bakterijos lzlstelis,5i nejgyja imunitcto kiticrns virusams,t. y. netampa lizogenineir kt. (Zr. toliau). Perkelti par.ykstane daugiau kaip 1-3o/o bakterijos chromosomos, todel perkeliamitik 1-2 gcnai, ir transdlrkcija,kaip ir transformacija, tiriama genq sankiba. Tiansdukcijostip4 lcmiu: . viruso isitcrpimo i bakterijos-donorcs chronrosom4pobudis; . pcrneito baktcrijos-donoresDNR segmentos4vcika su baktcrijos-rccipicntis chrclnrosorra. Virusai, kuric b:rktcrijoschronrosomdc turi daug isitcrpirrrovictq, atlicka nespecifing(bendrqjq) transdukcij4. Ths pats virusas gali p c r r r c i t i i v i r i r i u sh i r k t c r i j o sg c n u s . Nuosaikic.jivirusai (Zr. toliau), kurie turi tik vicnq isitcrpinrovict4, atlicka specifing(ribotqj4) transdukcijq.Pcrkeliamitik tic gcniti. kuric yra Saliaviruso isitcrpinroi baktcrijos chromosonl4vietos atr (angl. uttac'ltment- pritvirtinimas).PavyzdZiui,viruszriL arba q 80 prisitvirtina Saliagaln (galaktozcs)geno, todcl jie perneSa5i gcn4. 'ladiau ir ribot4 transdukcij:ratlickantysvirusai,nors rctai, gali perne5ti ir kitus genus,nes be specifinioatr, bakterijosgenome gali b[ti antriniq intcgracijossekq (antrincs rzll). Kad bltq stabilioji (visi$ka)transdukcija (tt.5 pnv., a), ieimininko-donoro DNR segmentasturi isiterpti i rccipiento chromosom:1. Kartais baktcrijos chromosomoje atsiranda du tokie patys DNR lokusai, bfitent gal* ir gal . Virusas isiterpia j recipiento chromosomq. o perne5anrasbiiktcrijos-donor6schromosomos segmentaslieka kaboti ialia recipiento chromosomos.Thip susidaroheterogenota(vieno geno,,hetcrozigota ) ." Dclnoro chromosomos segmentasgali ir neisiterpti i recipiento chromosom4. Tokios DNR replikacija ner,yksta,ir ji daZniausiaisuyra. Thdiau kartais ji iSlieka. Be to, veikli, t. y. lemianti poZymi. r;.1313
545
F plazmides isitcrpimas i bakterijos chromosom4, genetinds medZiagospcrejimas ir pagaliau perne5to chromosomosfragmcnto isijungimasi recipiento chromosomE yra sudetingi reiikiniai, reguliuojami ne tik F plazmides, bet ir baktcrijos chrnmosomos gcnu. Bakterijos chromosomoje, pvz., yra genai recF, recB, recC ir kt., kurie nulemia isiterpimui reikalingq endonukleaziqir egzonukleaziqsintezg. Butini RecA, SSB ir kiti baltymai. Recipiento chromosomoje yra 1-sekos (chi), kurias paZista Rec BCD baltl,mas:
-
r;-1
-v, %
\.\' {;_{
c)*
#
]e€
t
@
J+-{ \f
t'\,
,/\
\'r*rr
*u:
${ \,
. l u t l r r ql 4 s t e l t uk L o n a s
\
^O
I l.Jcjuciriu lasteliu klonas
t:331?3133_i;
s;-4 linrja J u d n ql 4 s t e l i q
Sios sekos.L. coii chronrosomojeyra maZclauekas -5-i0 kb. Jos asimctrincs.TLr pakanka, kad Rcc BCD cgzonuklcaze suZinotq, kuria kryptimi jai skaidyti DNR sranding. Rcc BCD nukleazi skaido DNR granding tik tada, kai ji tvirtinasi prie D N R i S r c i k a l i n e o sp u s c s .
b pav. Stabili (a) ir abortlvi (b) transdukcija (pagal R. Sagcr, F . R a y a n , 1 9 6 1 ) 13.-5
Kaclangisio fragmento rcplikacija ner,yksta,tai ji paveldi tik viena i5 dvicjq duktcriniq l4steliq.V:rdinasi,viena dukterine l4stelc [gyja poZyrni,o kita - ne..Tokio tipo transdukcijavadinanla abortpi4ia (lot. abor\vLrs - neiisivystqs).J4 ypad patogu stcbcti pagal gen4, nulemianri ZiuZcliqvystvm4si,kai jis pcrkcliamzrs i baktcrilq lqstelg,kuri b). (fi.-5 yra bc ZiuZeliq Pav., Seksdukci.ia- bakterijos chromosomos segmcnto pernaia ii donoro recipicntui episomq tipo plazmidcmis.Thi labai panaiu i transdukcij4, tik vienur virusai.kitur plazmidcs.F* virtimas Hfr yra griZtamasisreiikinys. l5eidamaii chromosomos,F plazmidegali iisine5ti ir, b[idama autonominije blklcje, lcngclalibaktcrijoschrornosomos, vai ji pernesti i F l4steles.Tokia plazmide Zymina F'. Perne5to DNR segmentoisiterpimas i recipiento genomq - svarbus rekombinacijOsetapas,b[dingas visiems baktcrijq rckombinacijos tipams. Jis nulemia rckombinacijossckm9. Nuosaikiejivirusai ir plazmiclesturi pricmoniq isiterpti i recipientochromosom4.Del Sios savybcsnuosaikicji virusai ir plaznidis genq inZinerijoje yra vekto-
8.2. Virusai Virusai nera prok:rriotai. Thi nel4stelinegy"'ybcsforma, nors be l4stelcsvirusai negali gyvcnti. Visos gyvybindsvirusq funkcijos vyksta icimininko ltlstclcje.Virusq uZ lqstelcsribq funkcija - uZkrdstinaujas l4stelesir i5kgstinepalankiass4lygas,kuriq nepakelial4stele-5eintininke. Virusq genetikospradZia sicjama su 1941 m. atrastaisbakterijq virusais - bakteriofagais.Thdiau kertinis virusq genetikos \ystymosi atradimasbuvo tai. kaip virusaspatenka i lqstclg. Viruso isiskverbimas i l4stelg. Ttansfekcija. 1952 m. Her5is ir iciz i3aiSkino,kad ! ltlstclg isiskvcrbia ne visas virusas, o tik jo vidine dalis (8.6 pil.. A), t. y. DNR arba RNR. Nepaisant o, l4stelc'jcreprodukuojasivirusai su tomis savybdmis.kokios buvo viruso. uZkrdtusio l4stelg. Kad DNR ir RNR yra atitinkzrmqvirusq genctine medZiaga,patvirtino ir Frenkelio-Konrato (H. Fraenkcl-Conrat)darbai. Jam pavyko virusq infekcij4 sukolti grynais tabako mozaikos viruso RNR preparatais. l5 virusines RNR atsieamino bldingos struktliros virusai. Pana5[s eksperimentai daryti ir su virusine DNR. Viruso atsistatymasi5 jo nukleorlg5tiessudaro apie I%c lygio, kuris bldingas, kai l4stelguZkrecianepaZeistas virusas.TadiaupadidinusDNR arba RNR skvarbum4,galima labai padidinti ir atsistatymE.PatryzdLiui, paveikusEscherichiacoli lasteliq apvalkaldliusjuos ardandiu fermentu lizcrcimu,i lqsteleslsiskverbia20-30% fago QX174DNR.
riai. Plazmidziqpcrneiro DNR segmentolikimas gali blti dvejopas: . gali isiterpti i bakterijos'recipientdschromosomq, jeigu plazmidc isiterptrsi i recipiento chromosom4; . perneltas segmentasgali neisijungti i recipiento chromosom4, jcigu ji pcrnesusiplazmide lieka laisva.Genq inZinerijainauclinga, kad toks genas b[tq daugiakopijinejeplazmideje. Kiekvicna plazmides kopija yra ir perneito gencr kopija.
547
546 I
. DNR virusai; jie gali b[ti: . dvigrandiiai (dauguma bakteriofagq,adenovirusai, kai kurie pfislelinesvirusai - citomegalovirusas, Epiteino-Baro virusas); ' vienagrandLiai (E. coli fagas $XIi4, Zinduoliq - pawoviru_ sas);
t# tl
U'
RNR virusai (daugurnaaugalq virusq, apie puse Zinduoliq virus u ) rj i c g a l i b l t i : . vienagrandZiai,jie skirstomi pagal replikacij4 ir transkripcijq: l) plius grandinds- ju replikacijair transkripcija-transliacija vyksta tiesiogiai (encefalito, gcltonojo drugio, rauclonukis, poliomielito virusai); 2) minus grandinds- tiesiogiaircplikacija ir transkripcijatransliacija ncr1,'ksta,pirma turi bIti sintetinama plius grandine (gripo, vezikulinio stomatito, pasiutligesvirusai); . dvigrandZiai(rcovirusai);
A BC li.6 pav. Bakteriofagopatekimasi bakterijoslqstelg(.1) ir sandara(8, C)
Bakteriofagai turi specialiLlpriemoniq prisitvirtinti prie bakterijos lqstclcs ir ,,i5virkiti" i vidq savo viding dali. Esc:herichia coli T virusq sandara pavaizduota tl.6 paveiksle,B ir C. fsiskverbirnasi lEstelgr,ykstaendocitozcsblclu. Virusas tvirtinasi prie mcmbranoje esandioreceptoriaus,kurio paskirtisl4stclejekitokia - makromolekuliq patckirnas i l4stelg. Virusas pasinaudoja Sia sai,ybeir visa makromolekuliq patekimo sistema.Apsigaubia pfislele (vezikule)ir su ja patcnka vidun. Vezikulesviduje intensyviaisuyra viruso kapsidas,ir viruso genomas su viruso Scrdyje esandiaisbaltymais pakli[va i citoplazm1 ar i branduoll. Thi priklauso ltuo viruso. Bendra sandara. Ncpaisant virusq ivairoves, benclra jq sandara yra tapati. l5oreje esti baltyminis apvalkalaskapsidas. Vidineje dalyje yra viruso nukleor[gitis ir Siek tiek (I-3o/r, viso kiekio) baltymq, kr.rriedaugumai virusq reikalingi vos tik isiskvcrbusj lqstelg. Nuo tipiSkosvirusq sandarosskiriasiviroidai ir virusoidai (satelitiniai/palydoviniaivirusai). Viroidai yra labai ncdideles infekcines RNR, neapdengtosbaltyminiu apvalkalu (kapsidu). Virusoidq sandarapana5ii viroidq, bet turi tipi5k4 viruso kapsid4. Jie negalisavaranki5kai reguliuotigenetinesmedZiagosreplikacijos,jiems reikia viruso pagalbos,todel jie dar vadinami palydoviniais virusais. Pasitaiko ir fagq-satelitq.Toks pvz., yra P4. Subrendusiosjq daleles atsirandatik bakterijq lqstelese,uZkrdstose(lizogeninese)viruso P2. Virusq grupds pagal geneting medZiagq.Pagal tai, kokia yra nukleorfrg5tis,virusai skirstomi taip:
retrovirusai- nusako ir gyvavimo b[dq; iie gali b[ti dvcjopos bDsenos: . laisvi; jq genctine rncdZiagayra RNR, . isiterpg Seimininko chromosomq,genctine jq rnedZiagayra i DNR. Laisvojeb[senoje RNR yra liniiind, galuoscturi trumputes kartotines sekas.RNR atlieka dvcjop4 vaidmenj: . nuo jos atvirkitini transkriptaze sintetina DNR, kuri po to lqsteles-Scimininko genomil; iterpiama i . nuo DNR lyksta rctroviruso mRNR transkripcija, o ant Sios mRNR * transliacija,t. y. viruso balrymq sinteze.Toki4 retrovirusc'rmRNR galima paZintipagal tai, kad, kaip jprasta mRNR, pric jos 5' galo prijungianta kepurd, o prie 3' galo - poli A. Bet isidemctina,kad mRNR sintetinamanuo DNR marricos, ir tai atlieka lastelesbaltymai - RNR II polimeraze. Siai grupei priklauso lgyto imunodeficito virusai HIV-1,2, onkovirusai (Zmogaus- HTLV-I,2).
549
548 .
virusams.Thigi profagas yra savoti5kaviruso ir l4stelessimbioze, del kurios virusas reprodukuojasikartu su lEstele(8.7 pav.). Laisvi nuosaikieji virusai elgiasi kaip ir virulentiniai - pasidaugina ir suardo lqstelg. Lizavg l4stelg, virusai uZkredia tik naujas l4steles. Viruso iSsiskyrimasi5 lizogeniniq bakterijq buvo pavadintaslizogenija (lot. /ysrs* irimas, i5tirpimas,gencia - atsiradimas,kilme), o bakterijq uZsikritimas nuosaikiaisiaisvirusais - lizogenizacija.Tarp lizogeniniq lqsteliq palikuoniq gali atsirastiir nelizogeniniqlasteliq.Vadinasi, profagas gali bDti prarastas.Toks rei5kinysvadinamas delizogenizacija. Lizogenincs bakterijos Zymimos nurodant skliaustuosevirus4. PavyzdLiui,E.sclreric'hia c'r.r/lkamienas Kl2, uZkrdstasnuosaikiojo viruso 1", uZraiomas taip: E. c:o[i K12 (],). Nuosaikiqjqvirusq aptikta ne tik bakterijose,bct ir kituose organizmuose.I kai kuriuos obelq poskiepiusiskiepijusivairiq obelq veisliu, iSaugaZcmahgiai augalai. Kartiiis Siq sarybg irgi salygntr(zona pellucidu), pratirpdinti kizruiial4stesapvirlkaldli.'Ihi tikras spermatozoidovcrtis patikrinimas. Todel svarbi4 spermatozoidodali sudaro mitochondriju komplcksaschondriomas,aprrlpinantisspernrutozoidilencrgija. ypatumai. Zntogaus ir kitq Zinduoliq kiauiial:1stesvysZmogaus ganretogenezds tosi folikuluosc (puslclesc).Folikulas pilnas skysiio, viduje yra kiauSialasti.Jo sienclci ipty(us, kiauSialqstepatcnka i pilvo ertm9, o ii ten i kiauSintakius.Kiauiial:1stcs iierjimasii fblikulo (Grafo puslclcs) vadinamas ovuliacija. Zmogaus kiauiialEstesdyclis 150-200pm, masc 0,001mg. Ji 1000 kartq stambesne uZ spcrmatozr)iclq. Jau pcnkiq menesiq motcriSkos lytics vaisiuje yra I eiles ovocitai. Jq yra apic 6.tJ x 106.Gimimo metu ju skaidiusjau blna sumaZejqsiki 2 x 10r',subrcndusiosmoters - tik apic 20(X)(X)nebaigusiqbrgsti kiauiialqsdiq. l5 iq vidutini(kai pcr visq gyvenim4 baigia brgsti -300-600.
561
Pradinis kontaktas tarp homologiniq chromosomq. Zigotenind ir pachitenind DNR. Aptikta DNR, kurios replikacija yra neplaninc. vyksta zigotenoje. Si OXn buvo pavadinta zigotenine DNR (arba zyDNR). Ji sudaro 0,3o/ovist-tgenomo, kiekviena seka 5-10 kb, jose daug G-C porq. Zigotenincs DNR atradimas paskzrtinopasifilyti hipotezg, pagal kuri4 pirminis kontaktastarp hornologiniqchromosomqatsirandazigotcnines DNR vietose. Tarp DNR molckuliq susidaro ,,hibridine.. DNR - heterodupleksas. Hcterodupleksais, kaip uZtrauktukusukabinamos dvi homologinesDNR molckulcs. Pradcjusformuotis sinaptoneminiam kompleksui, hcterodupleksoDNR suyra, tr[kio vietos Lrzpildomos rcparacincsDNR sintczcsbldu (tai ir yra toii neplanine zvDNR sintezc):
Vyro spcrntatozoirhi gaminasi ii naujo. Spcrmatogenezi trunka apie 64 dicnas ( n u o I c i l c s s p c r r l a t n c i t ui k i v i s i i k o s u b r e n d i m o6 s a v a i t e s )D . cl Sio skirtumo vyr i S k o m si r m o t e r i i k o m s l y t i n c m sl a s t c l c m sn c v i e n o c l api a v o j i n g o sc k s t r e m i n e sa p l i n kos s4lytos. ypai pavcldirnuspokviius sukcliantysmr.rtagenai.MoteriSkosc lytindse lrtstelcscpovcikili sumuojasi.Manoma, kad ilgas laikcltarpistiirp pirmojo rncjrrTg5 dalijimosi ir ovuliacijosyra vicna i5 pricZasiiq, kodel toms motcrims, kurios gimdo b h d a m o s v y r c s n c sk a i p 3 . 5 m c t u . d a 2 n c s n ia n e u p l o i d a i .
Homologiniq chromosomq koniugacija. Chromosomosjuda ekvatorincs plokitumos kryptimi ir i polius taip pat, kaip ir mitozeje.Tik vykstantmejozeichromosomosatlicka ir kitokiusjudesius,ncb[dingus mitozci: homologincschromosnmossuartclja.Sis suartc.iimas vadinamas konjugacija,arba sinapse.Homologiniqchromosomqkonjugacija yra vicnasii sudetingiausiq ir dar ncpakankamaiiitirtq rci5kiniq.Siuo rnctu vis labiau isigalinuclmoni. kad homologineschromosontoskon.juguojair somatincscl4stclesc,tik kitokiu bfidu.
ll --.,i
Vykstant mr:iozei, somatini chromosomq poravimqsi laipsniSkai keidia mejozinis poravimasis.Mejozeje homologinill chromosomq konjugacija yra ddsningas reiSkinys. Honrologines chromosomos konjuguoja visu ilgiu labai tiksliai - lclkusasi lokus4.
-) -.r i
Tfro isitikinta iityrus chronxrsomumutacijas(Lr. 6.1-5pav.). Kai vicnojc ii hontologiniqchromosomqjvykstanrutacija,o kitojc chromosomojc ktkusrl tvarka licka ncpakitusi, mejozes I dalijimosi zigc'rtcnos-pachitcnos stadijose susidaro sudctingos kilpos, kryLiai, Lieclai ir kt. figfiros, kad konjugaci.jar,yktq lokuszrsi lokus4. li jq pobldZio galima nustatytichromosonrqmutacijostip4. Vadinasi,chromosomq homokrgijzryrzr pagrindinissinapscsvciksnys.Ir dia homologincs chromosomosvisi5kaipateisinasavo pavadinim4. 'Ihdiau b[das, kuriuo vicna homologinc chromosomas4veikauja su kita homologinc chromosoma,yra labai sudetingas.Pirmiausia kyla klausinrai:
[ | c t c r o r lu p l c k s a s
Naujaisusintctinta I)NR grandinesdalis
P a c h i t e n i n dD N R ( p D N R ) c l a r v i c n a s n u k l e o t i c l qs c k q t i p a s . k r . r r i on c l t l a n i n c sit.ttcze,kaip plrvaclinintitsnrclo, r'yksta puchitcnojc, kai sinaptonenrinis kon'rplcksus iitu sttsiforntlvqs.liri ncturi jokios reikinrcs homologiniq chruntosomu konjugrrci.j6s praclziai. Pachitcnine DNR sudrrro 0, l'.il viso gcnomo, sckos 8(x) 3(x)t) bp ilgio. I t c s i s k i r i an u o l i k u s i o s D N R d u l i c s .
Nustatyta,kad zyDNR ir pDNR svarbiosDNR rcparacijai. Sinaptoneminiskompleksas.Pachitenojchomologineschromosortrossujungtos(arba atskirtosvicna nuo kitos) sinaptoneminiokomplckso (9.-5pav.). Jis trukdo chromclsomomssulipti ir suclarytasiS trijq lygiagrcdiaisu chromosomomiseinandiua5iq (clementq):dviejq ioniniq ir centrinds.kurias su chrtrmosomomisir tarpusavyjejungiir skersinds skaidulos. Kiekviena Soninc aiis sqveikaujatik su viena homologine chromosoma. Sinaptoncminiskomplcksas(SK) susidaroi5 branduolio mat-
. nuo ko prasidcda konjugacija,kaip homologines chromosomos suranda vicna kit4, kokia konjugacijos pradLia . kaip I zigotcnde susidaro ryiys tarp homologiniq chromosomq per vis4 ilgj? 568
569
L-
rl
tsr , , ,^*"" 'iE.
t
I
.&t;
e+ff
I
*{fj ts *i.
At2ttsJl2l3 9.5 pav. Sinaptoneminis kompleksas: A, B - ivairiq oreanizrnq sinaptoncnriniokorrrplcksosancl:rraskiriasi: ,4 - svirplio (Grt'llus arguttittus).B - grvbo (Ntoticllu); ./ - Sonind a5is, 2 - ccntrini aiis. -l chronrosonra(/ - iS R. Wcttstcin, .1. R. Sotckr, 197(l:tl - iS D. von Wcttstcin ct al.. It)1i.1)
rikso baltymq. Galaisjis prisitvirtinapric branduolio mcmbranos.SK laiko homologincschromosorlasgana didcliu irtstumuvicnil nuo kitos: 240-300 nm. SK nuo ankstyvosiosdiplotenos pradcda nykti ir visiikai iinyksta diplotcnos pabaigojc. Homologiniq chromosomq sinapsds pradZia. Homologinds chromosomos suarteja savo telomcriniaisgalais ant vidinis branduolicr mcmbranos.Sie galai imcrkti j tankiaia plokitelg (lamin4). Thi irodyta i5tyrusizochromosnmirs, kurios gali ivairiaisbrrdaiskonjueuoti, nct vicnas chromosontospetys su kitu, ncs pciiai yra vienarskitam homologiiki. Kad ir kaip jos bfitq konjugavusios, du jq galai jmerkti viding branduolio mcrnbranq: i
Vidine branduoliomembrana
r i a m o vs i c n a k i t o s . Kontakto vietojc aptikta baltyrnq, svarbiq chromosorlos sanclarai(Scl, Scll). Mieliu chromosomq galuosc irgi aptikta baltymq (Taml, Ndj 1), kuriuos lcmianiiq gcnq mutacijos slopirra sinapsq.Tiri geriausiai irodo, kad pradinio kontakto victoie l r I t i n i s p c c i : r l r r hs i r l t y m t r i .
Sonindsa5ys ir seseriniqchromatidiiqjungtis. Ir mitozeje po DNR replikacijosiki metafazis,kai ai5kiaimatyti dvi atsiskyrusios, 570
tik centromerq sulaikomos chromatides,praeina daug laiko. Si laikotarpi dukteri"/ \."- | nes chromosomos Iaikosi \,t-) kartu visu savo ilgiu. Be to, patiria laipsni5kqir sinchroniSkqkondensacijq.Nustatyt u , k a d c h r t l m a t i d e sv i e n a kitos atZvilgiu orientuotos veidrodiniu bldu (9.6pav.). Sonuose iisidesdiusioskil().6 prrv. Ryiys tarp seseriniq chrornatidiiq pos. Jos didcja diddjant mil r c n r i a n t i sN . K l e c k n c r , 1 9 9 6 ) toziniq ir mejoziniq chromosomq kondensiicijai. thigi chromoncmoskilpos (domenai) yra nukreiptos i Sonus,o chromatidcspastoliai (karkasas)- i vidq. Chrornatidesvienija jungtys. Manoma, kad, jon-rsionais susiliejus,susidaro sinaptoncminio kornplckso Soninis aiys.
Kdri
Dcfinc
QC
Ry5ys ,,veidu i veidq" tarp seseriniq chromatidZiq mitozeje keidiamasi rySi ,,Sonasprie Sono" tarp homologiniq chromosomq mejozeje. Po to galutinai susidaroioniniai clcmentai,kick vcliau ir ccntrinis elcmentas. Didcli organizmq ivairovc Iabai apsunkirramejozcs tyrinrus. Kai kuriu organizntq homologincs chronrosomospradeda porucltistik tam tiknrsc vielosc - centruosc. Anlai kickvicna ncnratodo ('ucnrrhufuliti.tt,laganschronrosonraturi tik po vien4 ttrki ccntril. Succharornvc'es ceru'isiaechrcnroncmojc yra 190 poravimosi vietq (kas 6-5 kb). Special[s poravimosi centrai aptikti ir drozolilos chromosomosc, iiskyrus kctvirtrdil.
Rekombinaciniai mazgeliai. Ant sinaptoneminio komplekso (pachitcnoje) centrincsa5iesbuvo aptikti nediduiiai (90 nm) mazgeliai. .lq padetis ir skaic*iussutapo su chiazmq ir krosingovcrio vietomis bci daZniu.todel jie net be jokiq kitq tiesioginiqirodymq pavaclinri rckombinaciniais mazgeliais.Sic mazgeliai sudaryti i5 baltymq. Sutampa vieta rekombinaciniqmazgeliq ir tq DNR sesmentq,kuriu replikacija ryksta zigotenoje-pachitenoje.
57r
Visi pagrindiniaimejozdstikslai: . taisyklingashomolclginiqchromosomupaskirsfymas. . krosingovcris ir genq konvcrsija, . chromosonros sandaros paZaidq paialinimas (reparacija) ir sandaroskontrold r,rykstavicntt mctu ir yra bendros pricZastics s u k c l t ir c i i k i n i l i .
Cia pavaizduotosne tik tevu lytines lasteles,bct ir palikuonirl genotipasSiomslqsteldnrssusiliejus,kai atsikuriadiploidinischromosomq skaidius. Gcnq poros paveldeiimas,kai abr"rt€vai yra heterozigotiniai(genctinijc analizcjepagal Mcndeli tai atitiktq pirmrii4hibridq kart4 F,):
^l
Mc.joze->
9.3. PoZymiq pavelddjimas ir diploidi5kumas
]r"
l'6vai (atitinka F r) .{!,1,q
1r
i-F'
a
poros pavelddjimas 9.3.1.Vienoschromosolnq/genq porlt. tarp jq nc kartil Kclctas gyvlnu turi tik vicnq chromL)s()lt]u kurios gcncratyvinescdiploiminetir askaridi lst'uris nrcguloc'ephala, Tirrkimc,kad toks gyvtrnas dirtcsclilstclcscyr:t po dvi chromos()miIS. yra nc hcrmafroditas(daLrginasiivaisos,arba inbrydingo,bhclu), o dvic-jqorganizntqlytincms lzlstclinls(autbrydinduuginasisusilic.jant go b[clu). Genq poros pavelddjimas, kai abu tdvai homozigotiniai. Tevai gali bhti jvairiu gcnotipq.Sutarkinrc.kad antrlizuosimctik vien4 alcliniLl geng pori1,ir kiekvicno ii tcvtpabiejosehomglogillise chrtlnrosornoscvr2rpo toki pati aleli. tik skirting4AA ir aa. Tdvai atrodytu taip: .4
il
A
ir
a\
il \
u
-'l Pagal daug kartq minitrl apibldininrq abu tcvai yra homozigotiniiri. Dipkrido gcne' Lytiniu l4stcliu vi ratyvincs lltstclcs
,l
,l
o T
Lytinds l4stel6s
Vaikailpalikuonys(atitinka F2) Jq genotipqsantykis: l 4
L L.!.:L .1.1 1a
.L-q qil
Taigi jic yra trijq genotiptl: homozigotos A.4 ir ua, heterozigotos .'la' P a s t a r L [ qy r a p u s c v i s q p a l i k u o n i q
Tdvq porq
\" Tcvr-r poros gali huti ivairiq gcnotipq:
' homozigotosAAx4A, (tuxua, AAxatt; ' heterozigotosAuxAtt: ' homozigotasu heterozigotarlu*M, Auxnu. Nuo tivtl gcnotipr-;priklauso fcnotipq ivairove.Ji1 dar padidina rule:liniq genu saveikospob[dis (9.1 lentcle). I5 tikrqjq fenotipq ivairovc dar didesni, ncgll nurodyta 9.1 lentclcjc, ncs fenotip4 (poZyml)daZnainulemia ne vienas,o daug genq' .ti priklauso ne tik nuo alelinitl.bet ir nuo nealeliniqgenq sqveikos. Genotipas ir fenotipas, jq iymdjimas. Kai genetinis linijos ar vcislcs kryZminamosdirbtinai, tdvus galima parinkti. Klasikiniu genetinis analizis atvcju kr1'Zminamihomozigotiniai organizmai. Jie (tevai) Zynrimi raidc P (loI. purentas- tivinis). Jq palikuoniq kartos zyrnimosF (lot. lill - vaikai) su atitinkamais skaitiniais indcksais: F, - pirmoji, F, - antrtlji, l-. lrctioji ir t. t. hibridrl kartos. F, rciikia pirmoji hibridq karta, todcl pric F, daugiau
573
9.1 lenteli. Palikuoniu genotipai ir fenotipai, esant ivairiems tdvq genotipams ir ivairiai nleliniq genq sqveikai
todel l1'ti Zyminiiu Zcnklq gali ir ncblti. DidZiclsiomisraidemis Zymimi dominuttjantvs, maZosiomis- rcccslvicii (lot. rcccs.irls- atsitraukimas)genai.
Palikuoniu Tcvq scnotlDal AA XAA 4,1 xAo
genotlPa
u c n o t i D ol o r m u l d A,a
AaxAa
A A ,A A AA, Aa,aa
AA xuo Aa\da
,4u ,4a,uu
uu tda
Q(I
AAxAA AAxAu Aa'Aa
AA A A ,A u AA, Aa, aa
fenotinai santvkis konketus fenotioas(oo2vmis A . V i s i S l s dominavimas dominuojantis A dominuoiantis A :2:l dominuoiantis/receswusis A ir a I dornrnuqantls A l:l dominuojantis/recesyvusis A ir a recesyvusis a I B . N e v i s i as dominavimas I dominuojantis* A l:l d o m i n u o i a n t i s * / t a r p i n i sA i r - l ' l:2:l dominuojantisritarpinisirecesyvusi s*
s a n t lk i s
5: I
I l:l I I I:l
Fcnotipq analizi,yra kur kas sudetingesne. Reikia isigilinti i geno veiklos (ekspresijos) esmg,kaip SisgenassEveikauja su kitais genais,su gcnotipineaplinka ir ivairiaisvidincs bei i5orinesaplinkos veiksniais. Paprasciausi4 atvejl buvo aptikgsMendelis: vienasalelisvisiSkaislopino kit4 aleli domi n uoj antis -------------+ recesyvqj !.
l : 2 :I
A.Tira AA xuu Au/aa u0 \du AtAI ,r1tA ,4t,
t ,A:.1
A,AI ,AIA t l
t :
,
t :
Au ,4tt,ttu
I
ad
I
A,A, iA) A'A' A 'A ' , , 1 A '
I I I I:l
1
l:l
A 'A ' , A 'A ', A ' 4 "
A'A'xA'a A)A)"A)u .llAt ,.fu A ), 1 : t r 1u1
A ' A ', A ' A :, A:. A:a Ati. Ata , l t . 4 ,t A : u A'A", A'a, A'u, aa
A'A' xuu ,l:A: ruu AtA) tau Atuxuu A)uxua da ^au
.)'1
l l:l I
AT AlAr Ar,ArAr
I I
:l: t
12
A r A r ,A l ^ l^l
^:
A'A', A', A', a
l:l:l
AII
,:
lla
Atu, iu , 4 t u ,u a ,) ,a 4, 0u uu
A r ,A r A"a At, o a
D. Suprrrdominavimas ( p a nri Sr i kaipnev i s i S k o d o m i n a v i r n o ) * DaZnaisunkunusprgsti, pagal kuris alclisdominuojantis, o kuris rccr:syvusis ir nustatomas susitarimil.T-tarpinislcnotipas,A-dominuojantispo4mis,a-rcccsi,vusispoZymis, palikuoniqsantykisnunrdvtasta paiia tvarka, kaip patcikianrigcnotipaiarba fcnotipai. I'aryikintuhcteroziqotincs ponrs ir ju palikuoniai. iokiq ZodZiq ii iios tirados raSyti ncreikia (claZnaklaida). Kai turima omenyjc paiius organizmus, raioma F, hihritiai ir pln. Zymeti F,, F, victoj ,,pirmoji hibridq karta", ,.antroji hibridq karta" labai patogu. Prisiminkime ir tai. kad uZraSantgenetines anzilizcsrezultatus pirmasis nuroclomasmotininis individas, antrasis - tcvinis,
574
gcltona lygi violctinc
rcccsyvusls Zalia raukilclta balta
l:l l:l
A', A'A-, A'
IS Mcndclio bandymqsu Zrrnrars: PoZymis/alclis d o m i n u oj a n t i s Scklu spalva Sckhl lirrrna Vriniklupiuspalva ir kt.
I
I:l
AA
A ' A "" A ' A "
A'axA'a
tarpinis T tarpinis/rcccsyvusis T ir a recesyvusls a C . K dominavimas
Kai vienas alelis visi5kai slopina kitq aleli (kaip Mendelio bandy(Aa tipo) visiSkaincsiskirianuo homozigotq,kumuose),hetcrozigot
612
(w;hitelokusas yra X chromosomoje, nors patineliq fenotipai tokie parys del drozofilos X chromosomosgenq dozds kompensacijosyparumq, Lr. p. 193) fenotipai buvo tokie:
-l a WW * wnw"
fr'r"
I
wr"
| ,*
x wowo l:i.i,kr.
I
Wwo
l---
|
*'ro
| *"r" * w,
irnasI I dornirrar
I WW*ww I twwJLwo'ntJ
, wowo-l
t4t"w
|l;."o*., I dominavinras
lwowoxww I
SukryZminusnormalq tipa su mutantais,ju F, hibridamsyra b[tlirrgasvisiikas dominavimas.o sukry2minusmutantus tarpusavyjc. pastebinrasnevisiSkasdominavimas. Pagal spalvos intens)',/ejimqgenotipus galima surikiuoti taip: ww(wow(w"w"(w"w(w'w'(w"w'(Ww
= Wwo= Ww"=
WW.
Pirmiausiakuo skiriasialcliniq genq vcikla, kad atsirandakiekybiniai fenotipq skirtumai, kuriuos lemia skirtingi aleliai. Abu nagriniti lokusai (melanino ir white) lemia metabolitosintezg.Metabolito sinteze priklauso nuo fermento. Alcliai ir lemia skirting4 sumini fermcnto aktyvurnq, nes del mutacijq fermento sintezis polqrdiai gali bIti ivairIs: . gali pakisti paciq fcrmcnto molekuliq aktyvumas iki visiikai ncaktyvaus haltymo (ruil mutactjr), t. y. kai fermento sintezd visi5kai nevyksta.Pasitaikcl,kad gaminasi imunologincmis savybimis tapatus aktyviam fermcntui, bet visiSkaineaktyvusbaltynras. Sis baltymas vadinamas CRM (angl. cross reactingnuterial - kryZmi5kai rcaguojanti medZiaga). Kitais atvejais, nors baltymas sintetinamas,jo aktyvumasyra pakitgs, silpnesnis; . gali pakisti fermento molekuliq skaiiius; . dil mutacijq, kurios nulemia fermento sandarq,gali pakisti fermento jautrumas ivairiems reguliaciniamsveiksniams- aktyvatoriams, inhibitoriams. Kad butq paprasdiaupaai5kinti,kodel vieni aleliai visi5kai,o kiti nevisi5kai dominuoja, tarkime, kad visi tirti aleliai lemia skirting4 f'ermento kieki, o tyrimq trukmi, substrato kiekis ir kiti veiksniai, kurie gali paveikti pasigaminusioprodukto (pigmento) kieki, yra pastovls dydZiai. Kaip priklausys pasigaminusioprodukto kiekis nuo
613
Vrsrikas
Ncvisrikas / dirrrrtnavimas
Visiikas clorntnavnnas
v'rr'< rrtr'< rt4t,o< rt,"lt < u "lt",111 min NKR SK visu Nykstantis ilgiu SK
. . D c i r cl c ' s
Iisilaisvinaniios chromosomos
5(,.l
Standanints s4lygos: l)-t
dvigrandZiai tmklxi: SK
srnapronernilis kcrruPlcksas:KI{ - krosirrtovcris,'krosovcrai; NKR , t)c krosingo\crio
Dauguma DT ,,kar5tqtaiku" yra tarpgeninise srityse.Matyt, teisus buvo Morganas manydamas,kad kcidiamasi genais. 'stlri:a'utclut'ot',.v-ft'.r ltttnl>t DT .,karitas taskas" yra nukleotidu seka 5'-ATGACGT:3'. Pric jirs jungiasi gcnq ntt.sllnttr2kclduojamibaltymai, pazistantysiias sckas. ,.Karstq taikq" clydis svyruoja -50-2(x)kb ribosc. bct kickvicnam lokusui yra po ,,karit4 taiki1".
Terigikrosingoverisyra uZprogramuotzls DT atsiranda iki sinaptoneminiokomplekso (SK). Klekner nustatc, kad tai lvyksta leptotenosstadijoje, o Holidejaus .iungfyssutampa su sK (10.1 lentele). Rekombinacijapasibaigiapachitenos-diplotenos sand[roic. Pachitenojeqrkstandiil DNR sintezg atlieka nesuporuotq nukleotidq rcparaciios fermcntai. Nustatyta, kad, blokavus krosingoveri, net jeigu po to r,yksta achiazmine mejozi, netiksliai paskirstomoshomologinds chromosomos ir dainesnd aneuploidija. Rekombinacijosgenu mutacijos gali lemti polinki aneuploidijoms: 6-50
tl ll
htrl t&tRs
llH
tr{
l- H w
Iffi ,z'\
tr ff +f il
+
l \ l c j o u c s r l .r
IffiI
1'\
r|ffi 1rtrffi HHiH| II Hffi
r'\'\
\
l16ff
Sutrikusios homologiniq chromosomq dalybos Krosingoveris Sutriko seseriniq Normalios homologinirl Per nrcjozesI dalijim4sii vien4 poliq nuijo bivalcnta: chromatidZiqdalybos chromosomqdalybos/ per mejozcsII dalijidvi lytineslqstcldsn*l kcturios haploidines milsi dvi lytincs l4stclis n-l lilstclis t-. O. Ross. D. S. Dawson, I997) (pagal C. A. Bascont-Slack,
?rigi ne vien achromatinds verpstds sutrikimai lemia aneuploidiiq. Keitimasis f'langiniaisscgmcntaisyra kur kas daZnesnis,negu jis nustatomas geneti5kai.Jo negalima nustatyti, jeigu abiejose homologinise chromosomoseyra genetiskaivisi5kai tapat[s segmentai(homozigotos). Nereiketq stebetis,kad krosingoverisvaldo mejozg. Lytinis dauginimasis ir atsirado del galimybiq keistis genetine mcdZiaga. Siuolaikiniais rekombinacijostyrimais nustatyta keletas netiketq, bet principiniq rei5kiniq: . DT yra bLrtini tiek normaliai mejozei, tiek rekombinacijai; sutrikus Siam etapui, nesusidarosinaptoneminiskompleksas,lyksta achiazmin6 mejoze su daugybe klaidq arba ji visai nelyksta; . hom