Михаил Голубовский - Век генетики: эволюция идей и понятий

В группу ретровирусоподобных входят элементы из геномов дрожжей, насекомых, млекопитающих и растений.

Второй класс МГЭ образуют собственно транспозоны, имеющие на концах короткие обращенные повторы и в середине — ген, кодирующий транспозазу. Сюда попадают: знаменитые контролирующие элементы кукурузы семейства Ac — Ds, мобильные элементы Р и Hobo у дрозофилы; удивительный элемент mariner , найденный впервые у одного эндемичного вида дрозофил с о-ва Маврикий и оказавшийся распространенным от нематод до человека (Kidwell, 1993).

Возникает вопрос о происхождении разных семейств мобильных элементов. Чем объяснить резкие различия наборов МГЭ у близких видов и отсутствие упорядоченности в их встречаемости, факультативность. Виды одного рода зачастую не имеют одинаковых МГЭ в геномах как, например, D. melanogaster и D. virilis. Подобные факты служат веским доводом об экзогенном, вирусном происхождении мобильных элементов. Можно думать, что такие виды заразились разными вирусами уже после дивергенции. Данные факты также говорят о сравнительной независимости эволюции МГЭ от эволюции других генетических компонентов.

Для понимания действующих в природе процессов реорганизации генома очень важны данные, полученные шведским генетиком Гуннаром Изингом. Он провел систематические наблюдения за передвижением по геному в разных линиях большого транспозона, имеющего в своем составе ген white и расположенный поблизости ген "грубые глаза". Этот гигантский транспозон длиной в десятки тысяч нуклеотидных пар, возник спонтанно. Благодаря большой протяженности он оказался виден в участках своего внедрения на политенных хромосомах слюнных желез в виде избыточных дисков. В результате целенаправленных поисков Г. Изинг идентифицировал более 200 различных транспозиций. Перемещаясь по геному, этот супертранспозон прихватывал фрагменты соседних локусов. Г. Изингу удалось обнаружить явление похожее на чудо. Транспозон встроился в район центромеры, захватил сегмент центромерной ДНК и превратился в минихромосому! (Block, Ising, 1990). Так могут возникать новые хромосомы и новые генные конструкции.

Практически одновременно с выделением подвижных элементов было сделано совсем непредвиденное открытие: мозаичная структура генов у эукариот. Впечатление от этого открытия хорошо выразил патриарх молекулярной генетики Фрэнсис Крик: "За последние два года в молекулярной генетике произошла мини — революция. Когда я приехал в Калифорнию в сентябре 1976 г., у меня даже мысли не возникало, что обычный ген может быть расщеплен на несколько кусков. Я сомневаюсь, чтобы кто-либо подозревал об этом" (Crick, 1979).

Гены эукариот оказались мозаичными, составленными из сегментов, которые входят в матричную РНК, и сегментов, которые вырезаются перед тем, как зрелая мРНК транслируется в белок. Таким образом, если у микроорганизмов действует правило колинеарности, т. е. однозначное соответствие между последовательностью ДНК в данном гене и кодируемой последовательностью аминокислот в данном полипептиде, то у эукариот это правило не работает.

Число нитронов в гене колеблется от одного до нескольких десятков. Рекордное число интронов (около 50) обнаружено в коллагеновом гене. Суммарные размеры интронов в составе генов зачастую превышают таковые экзонов, частично объясняя С-парадокс в количестве ДНК. В лаборатории Г. П. Георгиева впервые было проведено клонирование человеческого гена для белка, называемого клеточным опухолевым фактором или р53. Этот ядерный белок — один из ключевых в канцерогенезе, он обладает способностью связываться с ДНК хромосом и обнаруживается в клетках многих опухолей. В этом гене 11 экзонов и 10 интронов. Общий размер генар53 равен 18 300 п. н., из них на долю экзонов приходится всего около 2600. Иными словами, примерно 85 % ДНК, входящей в состав гена, не транслируется в структуру белка. Гены р53 у мыши и человека, отличаясь по составу нуклеотидов, имеют сходную ингрон-экзонную организацию (Георгиев, 1989).

Открытие генной мозаичности произвело ошеломляющее впечатление. "Разорванная структура эукариотических генов была одной из крупнейших неожиданностей в молекулярной биологии. Она не вытекала из каких-либо априорных соображений, а просто явилась неумолимым выводом из результатов эксперимента… Возник вопрос, зачем природе понадобилось вводить сложный процесс сплайсинга, включающего разрывы и соединения концов РНК и уничтожение трех четвертей про-мРНК, вместо того, чтобы просто иметь непрерывные гены, как в случае прокариотических микроорганизмов" (Георгиев, 1989, с. 48).

Термины экзон и интрон были введены в генетику Уолтером Гилбертом в его короткой заметке, опубликованной в 1978 г. Статья эта вовсе не экспериментальная. Она из ранга мини — обзоров, которые публикует журнал "Nature" в начале каждого выпуска в разделе "News and views" ("Новости и мнения"). Тем не менее сами термины с быстротой молнии вошли в науку, а заметка У. Гилберта остается до сих пор одной из самых цитируемых, знаменуя новое мировоззрение в генетике.

Последний за 1991 г. номер издающегося в Англии журнала "Контекст науки" ("Science in Context") посвящен проблемам стиля в науке. Автор одной из статей проанализировал, как стиль написания связан с необычной судьбой спекулятивной заметки У. Гилберта "Почему гены состоят из кусков" (Gilbert W., 1978).

Начать с того, что по оценкам G. Myers (1991), заметка У. Гилберта является одной из самых цитируемых в области молекулярной генетики в десятилетие с 1978 по 1988 г. Уже в год ее появления (март, 1978) на нее было 20 ссылок, затем рейтинг возрос и оставался устойчиво высоким: 1979 г. — 66 ссылок, 1980 г. — 79, 1981 г. — 73, 1982 г. –66, 1983 г. — 80, 1984 г. — 58, 1985 г. — 86. Ситуация удивительная для работ в такой сверхбыстро развивающейся области, как молекулярная биология! Повторим, заметка У. Гилберта, опубликованная в разделе "Новости и мнения", по жанру спекулятивная, в ней не сообщается о каких-либо новых фактах. Но именно в этом ее сила — она давала автору возможность в ясной форме показать значение новых фактов. Она знаменовала собой новое мировоззрение в генетике, особенно в генетике высших организмов.

Хорошо помню на собственном опыте, как прочитав заметку У. Гилберта в 1978 г., испытал сильное возбуждение и даже некоторое потрясение. Можно указать три причины большого влияния заметки У. Гилберта:

1. Статья обсуждала самую болевую точку в процессе ломки представлений и переходе от классического к новому представлению о гене;