Эволюционная патология - [15]

>Рис. 11. Архитектура Alu-элемента

^{Размер Alu-повтора около 300 п.о. В 170 п.о. от начала элемента расположен сайт узнавания рестриктазой AluI (отсюда и его название). Повтор имеет характерную димерную структуру. Состоит из двух похожих, но не эквивалентных прямых повторов длиной около 130 п. о. — левое и правое плечи (left and right arms). Правое плечо содержит вставку из 31 нуклеотида, богатую аденином. Плечи разделены A-богатым регионом (Mid A-stretch), правое плечо закачивается коротким poly(A) — хвостом (terminal A-stretch). Левое плечо содержит функционирующие, но слабые A и B боксы (boxes) внутреннего промотора РНК-полимеразы III (по Hasler J. и Strub K., 2006).}

>Рис. 12. Вторичная структура Alu-РНК

^{Подчеркнутые буквы и точки показывают связывающие сайты SRP9/14 и спаривание оснований третичной структуры между двумя петлями, соответственно. Типичная Alu-РНК представляет собой димер сходных, но не эквивалентных плеч, которые соединены через А-обогащенный линкер (Weichenrieder O. et al., 2000).}

Alu-элементы амплифицируются через РНК-производное посредством механизма ретротранспозиции, зависящего от других транспозонов (например, LINE-1). Сами они не кодируют генов белков.

К настоящему времени установлено их участие в следующих процессах, способствующих эволюции приматов по типу анагенеза.

Экзонизация. Из тысяч Alu-ретроэлементов, найденных в интронах генов человека, значительная часть их последовательностей полностью или частично представлены в кодирующих регионах мРНК. Некодирующие участки мРНК тоже не остаются без внимания ретроэлементов — см. «A — I редактирование».

Присутствие отдельных потенциально подверженных сплайсингу сайтов в Alu-консенснусных последовательностях дает основание предположить, что они были вовлечены в кодирующий регион через экзонизацию — процесс образования экзонов в интронных областях. Он стал возможен благодаря существованию у Alu-последовательностей участков (motifs), имеющих сходство с сайтами сплайсинга, или они образуют такой сайт посредством вариаций отдельных нуклеотидов интегрировавшимся Alu-элементом (рис. 13).

>Рис. 13. Экзонизация интронов Alu-элементами

^{Гипотетически Alu-элементы вставляются в ориентации, которая противоположна смысловой транскрипции интронного региона гена. Этот элемент имеет мажорный 3’-сайт сплайсинга вблизи позиции 275 и мажорный 5’-сайт сплайсинга вблизи позиции 158. Использование альтернативного сайта сплайсинга Alu-элементом ведет к вариациям зрелой (матричной) РНК.A. Pre-мРНК подвергается актам сплайсинга (1; 2; 3). 3’- and 5’-сплайсинг сайты показаны без скобок. Альтернативные сплайсинг-сайты включены в квадратные скобки. B. Под актом 1 показан правильный сплайсинг без Alu-экзонизации. C. Экзонизация интронного Alu-элемента через использование его 5’- и 3’-сплайсинг сайтов вместе с 5'—сплайсинг сайтом экзона 1 и 3’ сплайсинг сайтом экзона 2; результат актов сплайсинга 2 и 3. Экзонизирован только Alu-элемент. D. Экзонизация интронного Alu-элемента посредством его 3’-сплайсинг сайта вместе с 5’-сплайсинг сайтом экзона 1; результат акта сплайсинга 2. Alu-элемент и 3’-конец интрона 2 были экзонизированы. E. Экзонизация интронного Alu-элемента посредством использования 5’-сплайсинг сайта вместе с 3’-сплайсинг сайтом экзона 2; результат акта сплайсинга 3. Alu-элемент и 5’-конец интрона 1 экзонизированы (по Hasler J. и Strub K., 2006).}

R. Sorek et al. (2002) идентифицировали подмножество альтернативных сплайсингированных внутренних экзонов, из которых до 5 % были производными от Alu-элементов, и установили, что все экзоны, содержащие Alu, образовались в результате альтернативного сплайсинга. Эти же авторы показали, что до 85 % экзонов, содержащих Alu, являются производными от антисмысловых Alu-элементов и что благодаря существующим тонким взаимодействиям между сайтами сплайсинга, некоторые мутации способны привести к повороту сплайсинга от альтернативного к конститутивному. Эволюционный процесс, приводящий к экзонизации частичные и полные Alu-элементы, представляет собой случайное совпадение мутаций.

Например, S. Singer et al. (2004) реконструировали последовательность событий, приведших к образованию альтернативного 5’-экзона гена рецептора фактора некроза человека (p75TNFR). По крайней мере, пять мутационных событий, произошедших в течение 63 млн лет эволюции приматов, оказались необходимыми для случайной экзонизации и фиксации гена p75TNFR:

1) интеграция с геном примата Alu-элемента;

2) приобретение альтернативного сайта начала транскрипции;

3) образование альтернативного стартового кодона;

4) формирование сайта сплайсинга; и только после этого;

5) случайная, в 7 нуклеотидов, делеция привела к образованию открытой рамки считывания.

На рис. 14 суммированы результаты M. Krull et al. (2005), полученные ими при оценке возраста четырех генов и ранее описанного Singer et al. (2004) гена p75TNFR.

>Рис. 14. Оценка возраста интеграционных актов пяти исследованных Alu-элементов и их аффинации в субклассы

^{Интеграционные акты показаны в виде черных кружков с белыми надписями, указывающими субсемейства Alu. Стрелками показано спроецированное время экзонизации в миллионах лет после интеграции Alu. Вероятное полное аннулирование экзонизации этих же генов для Cercopithecoidea и Hylobates показано открытыми кольцами. Феномен аннулирования экзонизации уже сам по себе свидетельствует не только о возможности «прогрессивной эволюции» под воздействием процессов, в которых участвуют ретроэлементы, но и, наоборот, о возможности регресса вида и его замещения более примитивными эволюционными ветвями. Ген RPE2-1 (ribulose-5-phosphate-3-epimerase transcript variant 2) у людей найден в пределах хромосомы 2q32-q33.3.Ген C-rel-2 (изоформа C-rel прото-онкогенного протеина) у людей расположен в хромосоме 2p13-p12.Ген MTO1 (mitochondrial translation optimization gene homolog) у людей расположен в хромосоме 6q13.Ген PKP2 (plakophilin) у людей расположен в хромосоме 12p11.Судя по этим данным, большинство из экзонизированных элементов интегрировались с геномом приматов перед их дивергенцией на антропоидов. В локусе p75TNFR отдельные изменения последовали за интеграцией через период в несколько миллионов лет, рекрутировавшие эти последовательности как экзоны и зафиксировавшие их в линии, ведущей к Сatarrhines. Теоретически Alu-элементы, ретропозировав в MTO1-3 и в PKP2-4, могли проявить активность немедленно после интеграции. Ретропозированный в MTO1-3 Alu-элемент изначально обладал необходимой последовательностью для альтернативного сплайсинга. В случаях RPE2-1 и PKP2b-4, вставки Alu-элементов были активированы криптическими (cryptic — загадочный) 5’- или 3’-сплайсинг-сайтами в интронных последовательностях, которые в случае с PKP2b-4 привели к дополнительной экзонизации рандоминизированной (randomized) интронной последовательности. Более подробно эти наблюдения описаны в работе M. Krull et al. (2005).}