| Головна |
| «« | ЗМІСТ | »» |
|---|
Модифікаційні зміни традиційно протиставляють мутацій, оскільки мутації - це результат порушення процесів відтворення генів, а модифікації - результат зміни генів.
З урахуванням особливостей модифікаційної мінливості при її вивченні необхідно дотримуватися деякі загальні правила:
Недотримання цих правил призводить до неможливості інтерпретувати результати.
Причини модифікаційних змін, особливо адаптивних модифікацій, слід шукати в механізмах регуляції дії генів. Очевидно, індукція адаптивних ферментів, регульованих по оперон схемою у бактерій, являє приклад адаптивної модифікації. Дійсно, адаптація клітин Е. coli до лактози як нового субстрату являє модификационной зміна в межах норми реакції клітини.
Як показав в 1962 р Ф. Рітосса, в гігантських хромосомах личинок дрозофіли в результаті реакції на різкі температурні впливи (37 ° С), а також на дію багатьох інших агентів, що ушкоджують утворюється специфічний набір пуфів. Цих пуфів небагато: від 5 до 10 у різних видів Drosophila. Вони виникають протягом першої хвилини після впливу на личинок або ізольовані слинні залози. Пуфи мають підвищену Транскрипційні активність: до них направляються молекули РНК-полімерази П і білки, що дестабілізують подвійну спіраль ДНК. У пуфах теплового шоку зменшується кількість гистона Н1. Все це узгоджується з уявленнями про те, що синдром теплового шоку зачіпає рівень транскрипції.
Через 30-40 хв після впливу величина пуфів зменшується; якщо раніше знизити температуру, то цей процес прискориться. Пуфи теплового шоку не вдається індукувати на ізольованих ядрах, і в той же час вони утворюються, якщо ядра з непрогрегих клітин слинних залоз інкубувати разом з цитоплазмою клітин, підданих тепловому шоку.
У всіх клітинах організму при тепловому шоку йдуть подібні (можливо, і однакові) процеси, про що можна судити по активації в них одних і тих же генів: з'являються одні й ті ж білки і іРНК. Реакція теплового шоку розвивається у дрозофіли при дії багатьох агентів, що ушкоджують, наприклад антибіотика антіміціна А, азида натрію гідро- ксіламіна, колхіцину, хлориду амонію та ін.
Характерна риса реакції на тепловий шок - зменшення пуфів, присутніх в політенних хромосомах до нагрівання. При цьому припиняється синтез ранішесинтезовані іРНК, а транскрипція генів гістонів, рРНК, тРНК і генів мітохондрій зберігається на колишньому рівні. Правда, спостерігаються порушення дозрівання 18S, 28S і 5S рРНК.
Трансляція в клітинах організму, що зазнає теплового шоку, перемикається з старих іРНК на нові іРНК, синтезовані в результаті реакції на шкідливу дію. Старі полісоми руйнуються, і утворюються нові. Продуктами цих полісом у D. melanogaster служать вісім основних білків теплового шоку. Через 6-8 год після початку прогрівання вони складають до 10% всього білка клітини.
Якщо синтез білків теплового шоку придушити при підвищенні температури, то після зниження температури клітина не може повернутися до синтезу нормальних білків. Це вказує на адаптивний характер синдрому теплового шоку. Самі білки теплового шоку виявляють підвищену спорідненість до хроматину. Вони мігрують в ядро і зв'язуються з хромосомами переважно в районах розташування еухроматину.
Про важливу роль білків теплового шоку свідчить і високий рівень їх еволюційної консервативності. Так, ген дрозофіли, який кодує білок теплового шоку масою 70 000 Д, був клонований і виявив гомологию в дослідах по гібридизації з ДНК людини, миші, курки, ящірок, дріжджів і кукурудзи. У всіх цих організмів і ряду інших були виявлені білки теплового шоку, аналогічні таким D. melanogaster.
В даний час ще не ясні ті регуляторні механізми, які запускаються в клітинах при підвищенні температури та інших впливах, викликають синдром теплового шоку, але, очевидно, виявлений ще один універсальний генетичний механізм - механізм неспецифічних адаптивних модифікацій.
Причини модифікацій, мабуть, не зводяться тільки до механізмів репресій і індукції ферментів. Можливо, існують і деякі спонтанні порушення в дії генів, які можуть бути причинами Морфози і фенокопій. Вперше спробу дослідження таких «випадкових» модифікацій зробив Б. Л. Астауров в 1927 р Він досліджував відкриту їм мутацію tetraptera у D. melanogaster. Ця репресивна мутація призводить до перетворення ГалТер, або жужжалец, в другу пару крил. Б. Л. Астауров звернув увагу на сильне варіювання в прояві мутаційного ознаки навіть в умовах постійного місця і го- мозіготносгі по досліджуваного мутантного аллели. ознака tetraptera варіював не тільки від особини до особини: розміри додаткової пари крил були неоднакові, але спостерігалося розходження в його прояві на лівій і правій сторонах тіла дрозофіли. На підставі отриманих результатів дослідник зробив висновок про закономірну нестійкості в дію гена, експресія якого може спонтанно варіювати, і, мабуть, ця нестійкість служить основою прояви модифікацій. Аналогічний приклад представляє вивчення мутантного ознаки ваг у D. melanogaster. Число фасеток в лівому і правому очах дрозофіли також може варіювати. Надалі це явище отримало назву «шуми індивідуального розвитку» (developmental noise).
Причиною таких нерегулярних модифікацій може бути порушення експресії генетичної інформації на різних стадіях: від транскрипції до ферментативної реакції білка - генного продукту.
Один з підходів до вивчення закономірною нестійкості в експресії генетичної інформації на рівні трансляції намітився в
1960-х рр., Коли Л. Горині та інші досліджували явище фенотипичної супрессии нонсенс-мутацій Е. coli при дії стрептоміцину. Цей антибіотик зв'язується з рибосомами бактерій, що призводить до порушень в зчитуванні генетичного коду. Результатом цього можег бути феноко- Пія норми. Наприклад, деякі нонсенс-мутанти, що несуть нонсенс- кодони в гені, що контролює біосинтез аргініну, можуть рости на середовищі без аргініну, але в присутності сублетальлними доз стрептоміцину. Різні мутації, які змінюють білки рибосом, сприяють підвищенню рівня фенотипичної супрессии (білки S4, S5, L7 / L12) або його зниження (S12, S17, L6).
Аналогічні результати отримані для дріжджів сахароміцетів при дії аминогликозидного антибіотика Паромоміцин, також приводить до фенотипичної супрессии нонсенс-алелей, що виникають в різних генах. У дріжджів фенотипична супрессия мутацій-нонсенсов відбувається при дії таких звичайних умов, як зниження температури з 30 до 20 ° С при заміні глюкози на неферментіруемие джерела вуглецю (гліцерин, етанол або галактоза).
Таким чином, помилки трансляції, що посилюються при деяких зовнішніх впливах, характерні як для прокаріотів, так і для еукаріот і можуть бути причинами модифікаційних змін - фенокопій норми.
Інший можливий механізм модифікацій - тимчасові ненасле- дуємо зміни генетичного матеріалу, які усуваються потім системами репарації. Так, М. Резник і Р. Холлідей в 1971 р досліджували синтез индуцируемого ферменту нітратредуктази і гриба Ustilago maidis. Якщо цей фермент індукувати у Ustilago maidis безпосередньо після опромінення гриба ультрафіолетовим світлом, то ферментативна активність в порівнянні з нормою падає. При цьому в клітинах синтезується значна кількість білка, імунологічно родинного нитратредуктаза, але не володіє ферментативної активністю. Якщо ж перед індукцією ферменту після опромінення протягом деякого часу відбувається тем- нова (Ексцизійна) репарація, то активність ферменту знову підвищується.
Цей експеримент показує, що фотопродукти, що утворюються в ДНК, служать причиною зниження активності ферменту, появи його аномальних варіантів. Отже, подібні зміни виявляються неуспадковане, т. Е. Модификационной.
Подібні неуспадковане порушення структури генетичного матеріалу, мабуть, виявляються в критичні періоди індивідуального розвитку організму, при детермінації клітин. Більшість предмута- ційних змін ДНК усувається системами репарації. Тимчасові, що не успадковані далі пошкодження генетичного матеріалу можуть стати причиною модифікацій типу Морфози та інших вроджених аномалій розвитку.