Эволюционная патология - [17]
>A. Alu содержат poly-adenine (poly-A) — регион в концевой части. На схеме он показан как «aaaaaaaa» (также см. рис. 10). Poly-A Alu в антисмысловой ориентации становится poly-T (комплементарной poly-A) в смысловой цепи ДНК. Эта последовательность показана как «tttttttt». Б. Теперь, после транскрипции poly-T-региона, мРНК содержит poly-uracile (poly-U) — регион. В. AU-обогащенные элементы находят именно в этих poly-U-регионах (B) (по Hyeong Jun An et al., 2004).
Hyeong Jun An et al. (2004) обнаружили, что не менее половины наиболее протяженных ARE являются производными от (poly-T) — регионов, комплементарных (poly-A) — регионам Alu. Они предположили, что Alu не только участвуют в экспрессии 5'-генов и, в альтернативном сплайсинге интронных регионов генома, но и перемещаясь по геному через ретропозицию (см. «Эволюционная роль L1 ретроэлементов»), они способны увеличивать или сокращать период полураспада мРНК (особенно в области 3' UTR) через образование ARE. Это еще один и, видимо, далеко не последний, из механизмов воздействия на экспрессию отдельных генов, обусловленный активностью ретроэлементов.
Эволюционная роль ретропсевдогенов. В геноме человека имеется более 20 тыс. псевдогенов — «молчащих» копий известных генов. «Ретропсевдогенез» — это процесс образования псевдогенов через обратную транскрипцию с мРНК. Вследствие утраты регуляторных элементов ретропсевдогены почти всегда функционально неактивны, начиная с того самого времени, когда они впервые внедрились в хромосомную ДНК. По этой причине они обычно не подвергаются природной селекции и, следовательно, являются идеальным объектом для изучения нейтральной эволюции (Csuros M., Miklos I., 2005). Например, по нуклеотидным различиям в псевдогенах цитохрома С. Grossman et al. (2001) показали ускоренную эволюцию этого белка в период формирования предка человекоподобных приматов 40 млн лет назад.
Ретропсевдогены могут участвовать в образовании ретроэлементов, что продемонстрировали K. Szafranski et al. (2004), использовавшие в качестве экспериментальной модели одноклеточный эукариотический организм — Dictyostelium discoideum. Эта саркодовая амеба содержит семейство LINE-подобных ретротранспозонов, специфически интегрирующихся с генами тРНК (TRE-элементы). Исследователями было установлено, что ретротранспозированный рибосомальный 5S(r5S) — РНК-псевдоген в геноме D. discoideum содержит в своем 3’-концевом участке 8-bp последовательность, производную от 3’-конца TRE и полиаденилового хвоста. Ретропсевдоген фланкирован через дупликации, имеющие сайт узнавания (target-site duplications), которые характерны для TRE, и вставляются «выше» гена тРНК, точно также, как типичный TRE. r5S-ретропсевдоген имеет структурные особенности SINE, но он не может быть амплифицирован, вероятно, вследствие 5’-усечения, которое происходит во время инициации транспозиции. Обнаружение такого ретропсевдогена означает то, что SINE могут создаваться de novo путем обратной транскрипции LINE-транскриптов, если кодируемая LINE обратная транскриптаза диссоциирует от LINE РНК и «перескакивает» к другим клеточным РНК, транскрибируемым РНК-полимеразой III (см. «Классификация транспозируемых ретроэлементов»). K. Szafranski et al. (2004) предположили, что высокая концентрация транскриптов генов полимеразы III в ядре клетки может способствовать переключению обратной транскриптазы на создание новых SINE. Эти короткие вставочные элементы и другие копии фрагментов геномной ДНК будут занимать новые участки в хромосоме, приводя к модификации уже существующие гены.
Однако роль самих псевдогенов в эволюции еще только выясняется. Обращает на себя внимание и то обстоятельство, что их количество в геноме многих современных позвоночных на порядки превышает количество активных генов-предшественников. Например, число псевдогенов В-тубулина человека превышает количество функционирующих генов этого белка в 10 раз; а число псевдогенов глицеральдегид-3-фосфатдегидрогеназы мышей превышает количество активных генов этого фермента в 200 раз. К тому же дальнейшая судьба гена после его псевдогенизации не предполагает его участия в эволюции таксона. По данным D. Graur D. et al. (1989), после того как ген теряет свою функцию (т. е. становится псевдогеном), он подвергается воздействию двух процессов, обычно относимых учеными к проявлениям нейтральной эволюции.
Первый включает в себя быстрое накопление точечных мутаций и неизбежно стирает сходство последовательностей псевдогена и его функционального гомолога, который эволюционирует гораздо медленнее. Нуклеотидный состав псевдогена будет становиться все более и более похожим на состав его нефункционального окружения, он будет «смешиваться» с этим окружением. Этот процесс получил название композиционной ассимиляции. Второй процесс характеризуется тем, что псевдоген становится все короче по сравнению с функциональным геном. Сокращение его длины вызывается преобладанием делеций над инсерциями.
Оценки показывают, что процессированные псевдогены млекопитающих теряют около половины своей ДНК примерно за 400 млн лет. Но первые млекопитающие появились значительно позже, т. е. этот процесс начался еще при появлении первых позвоночных. Геном человека, например, все еще содержит основные участки ДНК псевдогенов, найденные у самых отдаленных предков. Следовательно, процесс образования псевдогенов — это торможение эволюции таксона. По своему биологическому значению он противоположен ретровирусной эволюции и уравновешивает ее (более подробно см. в подглаве 2.3).
