МОБИ́ЛЬНЫЕ ГЕНЕТИ́ЧЕСКИЕ ЭЛЕМЕ́НТЫ

МОБИ́ЛЬНЫЕ ГЕНЕТИ́ЧЕСКИЕ ЭЛЕМЕ́Н­ТЫ (МГЭ, транс­по­зо­ны), дис­крет­ные нук­лео­тид­ные фраг­мен­ты ДНК с не­по­сто­ян­ной ло­ка­ли­за­ци­ей в хро­мо­со­ме; спо­соб­ны к транс­по­зи­ции – пе­ре­ме­ще­нию из од­но­го уча­ст­ка хро­мо­со­мы (до­нор­но­го) в дру­гой (ре­ци­пи­ент­ный). МГЭ при­сут­ст­ву­ют в ге­но­мах всех ор­га­низ­мов; их раз­ме­ры варь­и­ру­ют от не­сколь­ких со­тен до не­сколь­ких ты­сяч пар нук­лео­ти­дов (п. н.). Они мо­гут быть рас­сея­ны по хро­мо­со­мам или же груп­пи­ро­вать­ся в от­дель­ных (ге­те­ро­хро­ма­ти­но­вых) уча­ст­ках хро­мо­сом. Для од­них МГЭ вы­бор мес­та пе­ре­ме­ще­ния мо­жет быть дос­та­точ­но слу­ча­ен, для дру­гих – ог­ра­ни­чен оп­ре­де­лён­ны­ми нук­лео­тид­ны­ми по­сле­до­ва­тель­но­стя­ми ДНК в ре­ци­пи­ент­ном сай­те.

В кон. 1940-х гг. Б. Мак-Клин­ток, ана­ли­зи­руя на­сле­дуе­мую мо­за­ич­ность у ку­ку­ру­зы, при­шла к вы­во­ду о на­ли­чии груп­пы ге­нов, не имею­щих фик­си­ров. по­ло­же­ния в хро­мо­со­мах и спо­соб­ных вы­зы­вать хро­мо­сом­ные пе­ре­строй­ки, на­ру­шая упо­ря­до­чен­ное рас­пре­де­ле­ние ге­нов в ге­но­ме. Од­на­ко это от­кры­тие при­влек­ло серь­ёз­ное вни­ма­ние лишь в кон. 1960-х гг., ко­гда бы­ло по­ка­за­но, что спон­тан­ные му­та­ции у бак­те­рий мо­гут быть обу­слов­ле­ны встраи­ва­ни­ем в хро­мо­со­му боль­ших сег­мен­тов ДНК. В кон. 1970-х гг. бы­ли изу­че­ны пер­вые МГЭ у дро­зо­фи­лы и дрож­жей. В даль­ней­шем ста­ло оче­вид­ным, что МГЭ свой­ст­вен­ны ге­но­мам всех про- и эу­ка­ри­от, ино­гда они яв­ля­ют­ся гл. ис­точ­ни­ком му­та­ций. У эу­ка­ри­от на до­лю МГЭ мо­жет при­хо­дить­ся от 3 до 80% ге­ном­ной ДНК.

Транс­по­зи­ция обес­пе­чи­ва­ет­ся спе­ци­фич. бел­ка­ми, ко­ди­руе­мы­ми МГЭ; в ней мо­гут уча­ст­во­вать так­же бел­ки клет­ки-хо­зяи­на. Од­на­ко не все эле­мен­ты спо­соб­ны ко­ди­ро­вать бел­ки, не­об­хо­ди­мые для их пе­ре­ме­ще­ния. В свя­зи с этим раз­ли­ча­ют ав­то­ном­ные МГЭ, ге­не­тич. сис­те­ма ко­то­рых обес­пе­чи­ва­ет их пе­ре­нос, и не­ав­то­ном­ные (де­фект­ные), ис­поль­зую­щие для этих це­лей бел­ки ав­то­ном­ных МГЭ, а так­же др. бел­ки клет­ки. У рас­те­ний, напр., ко­ли­че­ст­во не­ав­то­ном­ных ДНК-транс­по­зо­нов зна­чи­тель­но пре­вос­хо­дит чис­ло ав­то­ном­ных. Вне­дре­ние транс­по­зо­нов со­про­во­ж­да­ет­ся вре­мен­ным раз­ры­вом мо­ле­ку­лы ДНК.

Раз­ные ме­ха­низ­мы пе­ре­ме­ще­ния МГЭ по­зво­ля­ют от­не­сти их к раз­ным клас­сам. При пря­мой транс­по­зи­ции «вы­ре­за­ние» мо­биль­но­го эле­мен­та (ДНК-транс­по­зо­на) и его «встраи­ва­ние» в др. уча­сток ге­но­ма обес­пе­чи­ва­ет фер­мент транс­по­за­за. В ря­де слу­ча­ев до­нор­ная ко­пия ДНК-транс­по­зо­на мо­жет со­хра­нять­ся в ге­но­ме на ста­ром мес­те, в то вре­мя как дру­гая пе­ре­ме­ща­ет­ся в ре­ци­пи­ент­ный сайт. Транс­по­зо­ны др. клас­са – рет­ро­транс­по­зо­ны – ис­поль­зу­ют для пе­ре­ме­ще­ний РНК, об­ра­зую­щую­ся по­сле транс­крип­ции транс­по­зо­на. Та­кие МГЭ ко­ди­ру­ют фер­мент – об­рат­ную транс­крип­та­зу, ко­то­рая ко­пи­ру­ет ДНК на мат­ри­це РНК, по­сле че­го ко­пия ДНК ин­тег­ри­ру­ет­ся в но­вые уча­ст­ки ге­но­ма. Рет­ротранс­по­зо­ны де­лят­ся на 3 осн. под­клас­са: 1) по­доб­ные рет­ро­ви­ру­сам (их дли­на со­став­ля­ет 5–10 тыс. п. н.), ко­ди­рую­щие не­об­хо­ди­мые для пе­ре­ме­ще­ний бел­ки и спо­соб­ные ино­гда об­ра­зо­вы­вать в клет­ках ДНК-со­дер­жа­щие ви­ру­со­по­доб­ные час­ти­цы; 2) т. н. не­ви­ру­со­по­доб­ные, или L-транс­по­зо­ны (от англ. Long – длин­ный) – мо­биль­ные эле­мен­ты, со­дер­жа­щие ты­ся­чи п. н. (их осо­бен­но мно­го в ге­но­мах мле­ко­пи­таю­щих, вклю­чая че­ло­ве­ка); они пе­ре­ме­ща­ют­ся с по­мо­щью ме­ха­низ­ма, от­лич­но­го от рет­ро­ви­рус­но­го (транс­крипт транс­по­зо­на при уча­стии ко­ди­руе­мой транс­по­зо­ном эн­до­нук­леа­зы на­хо­дит в ДНК дос­та­точ­но слу­чай­ную ми­шень для встраи­ва­ния, по­сле че­го с по­мо­щью об­рат­ной транс­крип­та­зы син­те­зи­ру­ет­ся ко­пия ДНК, ко­то­рая и встра­и­ва­ет­ся в ге­ном); 3) ко­рот­кие (75–500 п. н.) не­ав­то­ном­ные МГЭ, ис­поль­зую­щие ап­па­рат транс­по­зи­ций L-транс­по­зо­нов. Ко­рот­кие рет­ротранс­по­зо­ны вклю­ча­ют неск. раз­ных се­мейств, часть из ко­то­рых, по-ви­ди­мо­му, воз­ник­ла в ре­зуль­та­те не­пол­но­го ДНК-ко­пи­ро­ва­ния отд. ти­пов кле­точ­ных РНК (боль­шей ча­стью транс­порт­ной РНК). Они мо­гут быть пред­став­ле­ны в ге­но­ме очень боль­шим чис­лом ко­пий, дос­ти­гаю­щим у че­ло­ве­ка, напр., од­но­го мил­лио­на (в т. ч. т. н. се­мей­ст­во Alu), что за­став­ля­ет пред­по­ла­гать вы­пол­не­ние ими осо­бых, до кон­ца ещё не рас­шиф­ро­ван­ных функ­ций. Ок. 20% ге­но­ма че­ло­ве­ка пред­став­ле­но ты­ся­ча­ми ко­пий транс­по­зо­нов L1, из ко­то­рых толь­ко еди­нич­ные ко­пии спо­соб­ны к ак­тив­ным пе­ре­ме­ще­ни­ям.

В обыч­ных ус­ло­ви­ях транс­по­зи­ци­он­ные со­бы­тия дос­та­точ­но ред­ки (по­ряд­ка 10^–5–10^–6 со­бы­тий на по­ко­ле­ние бак­те­ри­аль­ной клет­ки), т. к. в клет­ке су­ще­ст­ву­ют пу­ти их ог­ра­ни­че­ния; при этом МГЭ на­сле­ду­ют­ся как обыч­ные (мен­де­лев­ские) ге­ны. Зна­че­ние МГЭ для ор­га­низ­мов по­ка не яс­но. Их рас­смат­ри­ва­ют как от­но­си­тель­но не­за­ви­си­мые, спо­соб­ные к раз­мно­же­нию фраг­мен­ты ге­но­ма (как эгои­стич­ную ДНК, или ДНК-па­ра­зит), за­ня­тые толь­ко сво­им собств. раз­мно­же­ни­ем, а взаи­мо­связь транс­по­зо­на с ге­но­мом на­по­ми­на­ет от­но­ше­ния ме­ж­ду па­ра­зи­том и хо­зяи­ном. Транс­по­зи­ции не­ред­ко слу­жат при­чи­ной му­та­ций. Рас­по­ло­жен­ные в раз­ных уча­ст­ках ге­но­ма оди­на­ко­вые ко­пии транс­по­зо­нов в ре­зуль­та­те ре­ком­би­на­ции мо­гут вы­зы­вать раз­ные ти­пы хро­мо­сом­ных пе­ре­стро­ек, со­про­во­ж­даю­щих­ся как по­те­рей, так и ду­п­ли­ка­ция­ми уча­ст­ков ге­но­ма. Рас­про­стра­не­ние МГЭ мо­жет сдер­жи­вать от­бор, от­сеи­ваю­щий ме­нее жиз­не­спо­соб­ные обо­га­щён­ные ими ор­га­низ­мы. Встраи­ва­ясь око­ло ге­на, транс­по­зон мо­жет мо­ди­фи­ци­ро­вать спо­соб его ре­гу­ля­ции (напр., инак­ти­ви­ро­вать или ак­ти­ви­ро­вать его). МГЭ яв­ля­ют­ся мощ­ным ис­точ­ни­ком ге­ном­ной из­мен­чи­во­сти, спо­соб­ны вно­сить су­ще­ст­вен­ный вклад в эво­лю­цию ге­но­ма и, по-ви­ди­мо­му, иг­рать боль­шую роль в обес­пе­че­нии при­спо­соб­ле­ния ор­га­низ­ма к ме­няю­щим­ся ус­ло­ви­ям сре­ды. Транс­по­зо­ны бак­те­рий мо­гут вклю­чать так­же ге­ны, от­ве­чаю­щие за их ус­той­чи­вость к ан­ти­био­ти­кам и ток­сич. фак­то­рам (напр., к рту­ти). Из­вест­ны слу­чаи «одо­маш­ни­ва­ния» транс­по­зо­нов-па­ра­зи­тов, ко­гда они на­чи­на­ют ис­пол­нять в ге­но­ме важ­ные функ­ции, оп­ре­де­ляе­мые бел­ка­ми, го­мо­ло­гич­ны­ми транс­по­за­зам. Напр., в им­мун­ной сис­те­ме у по­зво­ноч­ных раз­но­об­ра­зие ан­ти­тел и кле­точ­ных ре­цеп­то­ров оп­ре­де­ля­ет­ся хро­мо­сом­ны­ми пе­ре­строй­ка­ми с уча­с­ти­ем го­мо­ло­гич­ных транс­по­за­зам бел­ков. Ско­п­ле­ния не­ак­тив­ных транс­по­зо­нов в ге­те­ро­хро­ма­ти­но­вых рай­онах хро­мо­сом жи­вот­ных и рас­те­ний не­об­хо­ди­мы для соз­да­ния осо­бо­го ста­ту­са хро­ма­ти­на – обес­пе­че­ния нор­маль­но­го рас­хо­ж­де­ния хро­мо­сом в хо­де ми­то­за и мей­о­за.

У бак­те­рий воз­мо­жен т. н. го­ри­зон­таль­ный (меж­ви­до­вой) пе­ре­нос ге­нов с по­мо­щью транс­по­зо­нов при конъ­ю­га­ции. У эу­ка­ри­от та­кой пе­ре­нос ге­нов (в от­ли­чие от «вер­ти­каль­но­го» на­сле­до­ва­ния – от ро­ди­те­лей) так­же свя­зы­ва­ют с функ­цио­ни­ро­ва­ни­ем транс­по­зо­нов, что, напр., мо­жет осу­ще­ст­в­лять­ся с по­мо­щью ин­фек­ци­он­ных ви­ру­сов как пе­ре­нос­чи­ков транс­по­зо­на. Ор­га­низм мо­жет бо­роть­ся с МГЭ, пре­пят­ст­вуя их пе­ре­ме­ще­ни­ям (как у рас­те­ний, так и у мн. жи­вот­ных) с по­мо­щью ко­ва­лент­ной мо­ди­фи­ка­ции – ме­ти­ли­ро­ва­ния ДНК-транс­по­зо­на (при этом ци­то­зин пре­вра­ща­ет­ся в 5-ме­тил­ци­то­зин). Т. о. ме­ти­ли­ро­ва­ние мо­биль­ных эле­мен­тов пред­став­ля­ет со­бой за­щит­ный эпи­ге­не­тич. ме­ха­низм, ис­поль­зуе­мый про­тив рет­ротранс­по­зо­нов. В про­цес­се инак­ти­ва­ции транс­по­зо­на, ко­то­рый осо­бен­но стро­го кон­тро­ли­ру­ет­ся в клет­ках за­ро­ды­ше­во­го пу­ти – пред­ше­ст­вен­ни­ках га­мет, при­ни­ма­ют уча­стие ко­рот­кие РНК (25–30 нук­лео­ти­дов), яв­ляю­щие­ся не­об­хо­ди­мым ком­по­нен­том ме­ха­низ­ма РНК-ин­тер­фе­рен­ции, пред­на­зна­чен­но­го, как пра­ви­ло, для по­дав­ле­ния экс­прес­сии ге­нов.