Презентации 2020 / 05-20-DNAGenom structures

Редактирование генома

I. Системы ZFNs и TALENs – белки с цинковыми пальцами

1.TALEN (Transcription activator-like effector nucleases)

2.ZFN (Zinc finger nuclease)

Для каждой ДНК-последовательности

– свой новый белок

11

Геномика и протеомика

3-я хромосома человека

Геном организма

-суммарная ДНК гаплоидного набора хромосом и каждого из внехромосомных генетических элементов, для многоклеточного организма - содержащиеся в отдельной клетке зародышевой линии.

1.Хромосомная ДНК.

2.Внехромосомная ДНК: плазмиды, эписомы, для эука-риот еще и михондриальная и хлоропластная ДНК. Хлоропластный и митохондриальный геномы.

3.Подвижные генетические элементы:

инсерционные элементы, транспозоны, мобильные диспергированные гены, вирусы.

Поскольку существуют многочисленные аллельные вариации, половые различия и индивидуальные различия, можно говорить об усреднённом геноме, который сам по себе может обладать существенными отличиями от геномов отдельных особей.

12

Бактериальный геном

Схема бактериальной клетки

1.Хромосомная ДНК.

2.Внехромосомная ДНК: плазмиды, эписомы, F-фактор, определяющий пол.

3.Подвижные генетические элементы: инсерционные элементы и транспозоны.

У бактерий обычно имеется одна замкнутая

кольцевидная хромосома, содержащая до

4000 отдельных генов. Представляет собой один репликон. Находится в центре клетки – нуклеоид. Прикреплена к клеточной стенке петлями.

Некоторые виды (например, Brucella melitensis) стабильно содержат две кольцевые хромосомы, другие (Leptospira interrogans)

— одну кольцевую хромосому и одну большую плазмиду, третьи — одну линейную хромосому (Streptomyces ambofaciens), то есть обладают сложными геномами.

13

Бактериальный геном: плазмиды

Почти все бактерии содержат внехромосомные генетические элементы.

Схема бакт-й клетки: 1. Хромосома.

2. Различные плазмиды

Плазмиды – автономно реплицирующиеся кольцевые молекулы ДНК. В зависимости от содержащихся в них генах, и соответственно, кодируемых функций, плазмиды первоначально были идентифицированы как криптичесие, R-плазмиды, колициновые, вирулентные, пл-ды деградации и др. В одной клетке могут содержаться много различных видов пл-д, принадлежащих к различным группам совместимости. В E. coli найдено 7.

Эписомы – + способные встраиваться в хромосому и существовать как ее часть. Умеренный фаг Р1 и фаг могут рассматриваться как эписомы, образующие внеклеточные формы.

Эписомы могут быть инфекционны – могут переходить в другие клетки. Иногда содержат гены устойчивости к антибиотикам, что может создавать проблему распространения устойчивости среди патогенных штаммов. Наиболее изученная эписома – F-фактор или фактор фертильности, определяющий14 пол у бактерий и дающий возможность генет-кой рекомбинации штаммов.

Бактериальный геном: F-фактор

Передача F-фактора от – F+-клетки к F- в процессе репликации по типу катящегося кольца. Одноцеп-ный конец проникает в другую клетку по цитоплазм-му мостику, где синтезир-ся 2-я цепь.

При встраивании F в хромосому образуются Hfr-клетки (high frequency recombination). При контакте с F--клетками Hfr образуют конъюгационную трубку и интегрированный F инициирует

перенос бактериальной хромосомы, начиная с части F-фак-ра.

Между двумя хромосомами происходит рекомбинация. При конъгации часто происходят разрывы КТ, поэтому целиком хромосома и F-фактор передаются редко. 15

Конъгационное картирование генов.

Митохондриальный геном

Митохондрия – полуавтономная саморазмножающаяся цитоплазматическая органелла, осуществляющая реакции клеточного дыхания с синтезом АТФ в процессе транспорта электронов и окислительного фосфорилирования. Число М-й на клетку – от нескольких десятков у дрожжей до 1000 в печени крысы и миллионов в яйцеклетке лягушки. Имеет собственную генетическую систему.

Мт геном как правило представлен кольце-вой ДНК, у нек-х видов однокл. водорослей линейной. У простейших (парамеции, трипаносомы) размер 22 kb, у животных 16-19 kb, у растений на 1-2 порядка больше – 150-2500 kb. У животных в одной М-ии может быть от 2 до 50 молекул ДНК. М. геном кодирует некоторые мит-е белки, субъединицы комплексов дыхательной цепи, большинство митРНК, за исключением нек-х малых РНК и части тРНК. Остальное кодирует ядерный

геном. Некоторые м-е гены представлены копиями
и в ядерной геноме.	16

Митохондриальный геном растений

•Растительные митохондрии сильно отличаются от митохондрий животных. Они имеют дополнительные пути электронного транспорта, не сопряженные с синтезом АТФ.

•Геном м-й растений является наибольшим, например у арабидопсиса (крестоцветные) 370 kb, в 20 раз больше человеческого (17 kb), но всего в 7 раз больше генов. Размер мт генома растений сильно варьирует, даже внутри одного семейства, иногда в 5-10 раз. Большая часть мт генома растений имеет различные некодирующие посл-ти, в том числе повторы, создающие возможность внутримолекулярной рекомбинации. Отсюда большая вариабельность мт генома раст-й.

17

Митохондриальный геном растений

•В М-ях растений (кукуруза, сорго, подсолнечник) встречаются кольцевые и линейные молекулы геномной ДНК.

•Количество митохондрий в растительной клетке составляет от 50 до 2000, и каждая митохондрия содержит от 1 до 100 копий генома.

•Рекомбинации и мутации митохондриальной ДНК ведут к

цитоплазматической мужской стерильности (ЦМС), вызывая нарушения созревания пыльцевых трубок.

•При созревании раст. мтРНК осуществляется сплайсинг транскриптов при наличии интронов и редактирование транскриптов с преобразованием С->U и U->C для формирования правильных кодонов.

18

Митохондриальный геном человека

•16 569 пн кодируют 13 белков, 22 (все) транспортные РНК, две рРНК. Интроны отсутствуют, транскрибируется с двух промоторов двумя полицистронными мРНК.

•Доля мтДНК достигает 5% от всей ДНК.

Особенности генетики митохондрий:

1) МтДНК наследуется по материнской линии. Яйцеклетка содержит 100 тыс, сперматозоид 100-1500 М-й.

2) МтДНК гены мутируют с более высокой скоростью, чем ядерные гены. Нет репар-и

3) М-ии подвергаются репликативной сегрегации при делении клетки – распределяются случайным образом.

4)При мутациях мтДНК наблюдается гетероплазмия – присутствие различных мтДНК. Для проявления мутации (заболевания) необходимо превышение некоторого порога содержания мутантной мтДНК.

5)Соматические мутации накапливаются в тканях с возрастом, снижая

способность М-й генерировать АТФ.

19

6) Митохондрии – центр контроля апоптоза (запускается при повышении ROS).

Геном хлоропластов

Х-ты - полуавтономные саморазмножающаяся цитоплазматические органеллы водорослей и растений, осуществляющие процесс фотосинтеза, в процессе которого за счет энергии света образуются АТФ и NADPH, необходимые для превращения СО2 в углеводы.

Кольцевой геном х-тов представлен во многих копиях на одну пластиду, которых до десятков в клетке. Варьирует от 135 kb

у Euglena до 200-220 у Pelargonium. У

зеленых растений в хлДНК 100-120 генов.

Встречаются гибридные белки, когда субъединицы имеют разное происхождение. У однокл-х водорослей Chlamydomonas встречаются гены устойчивости к антибиотикам.

В отличие от М-й, система трансляции хлоропластов очень схожа с бактер-ной и представлена 70S рибосомами, собственными тРНК и аа-тРНК-синтетазами, многочисленными факторами трансляции и т.п. Геном х-в содержит гены всех

рРНК, которые кластеризованы и транскрибируются полицистронно.

20

В соответствии с теорией эндосимбиоза х-ты произошли от цианобактерий.