Значение для вирусов

Обратная транскрипция необходима, в частности, для осуществления жизненного цикла ретровирусов, например, вирусов иммунодефицита человека и T-клеточной лимфомы человека типов 1 и 2. После попадания вирусной РНК в клетку обратная транскриптаза, содержащаяся в вирусных частицах, синтезирует комплементарную ей ДНК, а затем на этой цепи ДНК, как на матрице, достраивает вторую цепь.

Ретротранспозоны эукариот кодируют обратную транскриптазу, которая используется ими для встраивания в геном хозяина подобно тому, как это происходит у вирусов. Обратной транскриптазой является также теломераза. транспозон геном эукариот В генетической инженерии обратную транскриптазу используют для получения к ДНК — копии эукариотического гена, не содержащей интронов. Для этого из организма выделяют зрелую мРНК, кодирующую соответствующий генный продукт (белок, РНК) и проводят с ней в качестве матрицы обратную транскрипцию. Полученную к ДНК можно трансформировать в клетки бактерий для получения трансгенного продукта.

Влияние транспозиции на геном хозяина

Транспозиция и ретропозиция могут оказывать весьма значительное воздействие на размер и структуру генома. Транспозиционные элементы рассматриваются в качестве наилучшего примера так называемой «эгоистичной» ДНК, которая не дает никаких преимуществ хозяину, но может распространяться по геному, поскольку продуцирует свои копии быстрее геномных последовательностей (Doolittle and Sapienza, 1980; Orgel and Crick, 1980). По этой причине транспозиция может значительно увеличивать размер генома (см. главу 9). В данной главе будет рассматриваться влияние транспозиционных элементов на эволюцию и экспрессию генов.

Во-первых, как уже упоминалось выше (см. 8.2.), бактериальные транспозоны часто несут гены устойчивости к антибиотикам и др. Таким образом, они могут способствовать выживанию «хозяина» в неблагоприятных условиях.

Во-вторых, экспрессия гена может изменяться за счет присутствия транспозиционного элемента либо внутри этого гена, либо в соседних участках. В простейшем случае встраивание транспозона внутрь белок-кодирующего гена сдвинет рамку считывания и, что весьма вероятно, будет иметь сильный фенотипический эффект. Сходным образом, вырезание транспозиционного элемента может быть неточным и привести к инсерции или делеции. Существуют, однако, и неожиданные эффекты. Например, транспозиционный элемент может содержать регуляторные элементы, такие как промоторы, которые вполне в состоянии влиять на уровен транскрипционной активности близлежащего гена. И действительно, LTR ретровирусов часто содержат сильные энхансеры, которые в огромной степени влияют на экспрессию соседних генов. Транспозиционные элементы, содержащие донорные или акцепторные сайты сплайсинга могут влиять на процессинг первичного РНК-транскрипта, даже в том случае, если сам элемент находится в некодирующем участке гена, таком как интрон.

В-третьих, многие транспозиционные элементы способствуют значительным перестройкам генома. Инверсии, транслокации, дупликации, инсерции и делеции могут опосредоваться этими элементами. Эти перестройки могут быть прямым результатом транспозиции (т.е. перемещения участков ДНК из одного участка генома в другой) или косвенным результатом изменения окружения. Косвенные эффекты будут иметь место, если, в результате транспозиции, две последовательности, которые ранее не имели сходства, будут содержать копии одного и того же транспозона, что позволит происходить между ними неравному кроссинговеру.

В последовательности гена липопротеина низкой плотности также наблюдается делеция экзона 14, происходящая посредством такого же механизма (Lehrman et al, 1986). У пациентов, гомозиготных по этой делеции, наблюдается высокий уровень холестерола в крови. Было также показано, что рекомбинация между двумя Alu-элементами приводит к делеции промотора и первого экзона в гене аденозин-деаминазы (Markert et al, 1988). В целом, нестабильность генома была обнаружена для всех участков, содержащих последовательности Alu-повторов (Calabretta et al, 1982).

В-четвертых, существует доказательство того, что некоторые транспозиционные элементы могут вызывать увеличение темпов мутирования. Например, было обнаружено, что линии E. coli, содержащие транспозон Tn10, имеют повышенную скорость появления инсерций (Chao et al, 1983). В большинстве случаев эта особенность будет вредна для своего носителя, однако, в очень неблагоприятных условиях повышенные темпы мутирования, возможно, могут явиться преимуществом, поскольку некоторые мутации, может быть, в новых условиях окажутся благоприятными.