Genetika

vYTAUTAS RANcELTs Genetika

VYTAUTAS RANCELIS

ne. kr

LEIDYKLA LIETUVOS MOKSLV' AKADEMIJOS Vilnius 2000

UDK -575(07s.08) Ra-185

TURINYS

PRATARME 2000 0-s30 Nr. 0-5A-l0 Aukitqjq mokl,liiu bendrujq r,adoveliu Ieictl,boskomisijos rekomenduota.ISleistaSvietimo ir mokslo ministerijoslesomis Rankra5tisparengtasremiant Valstybiniammokslo ir stuclilrlfondui

I.

GENETIKA _ MOKSLAS APIE PAVELDIMUMA IR KINTAMUMA,.......,....

1 . 1 . Pagrindindsgenetikosproblemos

Recenzentasprof. A. SINKUS

t . 2 . Tiumpa genctikosistorijosapZvatga 1.2.1.Pirmosiospaveldimumoir kintamumo hipotezds 1 . 2 . 2G . e n e t i k a- X X a . m o k s l a s 1 . 3 . 1G . e n e t i k aL i e t u v o j e 1 . , 1 . 1G. e n e t i k o sm e t o d a i 1 . 5 . 1G . e n e t i k o sm o k s l or e i k 5 m d

A.

10 15 16 . . . - . . . . . . . . . . . . . . . . . -2. 2 ... 28 33 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .4. .5. .

GENOMAS................

I I . DNR - GENETINE MEDZIAGA. GENO SANDARA IR VEIKIMAS 2 . 1 DNR - genetinemedZiagair genetiniskodas ............

2.2

_:. -f.

1t ''l

-z

' ,' , i/f 't

i .,/ V/

rsBN 9986-08-033-9

,/ i(

llu

O V)tautasRanielis,20t10

10

2.1.1.Genetinio kodo hipotezeir kodonas 2.1.2.Genetinio kodo iSai5kinimas ir patikrinimasbiocheminiaismetodais... 2.1.3.Kodo patikrinimasgenetiniaismetodais 2 . i . 4 . B e n d r a sg e n e t i n i ok o d o a p i b u d i n i m a s. . . . . . . . . . . . . . . 1 . 1 . 5G . e n e t i n i ok o d o n s i c n a r e i k i m i s k u m a G s .e n o m o s t r a t e g i j a G e n a s. . . . . . . . . . . . 2.2.1G . enq simboliai 2.2.2.Funkcinisgeno dalomumasir alelizmas 2.2.-3. Thrpalelinekomplementacija ir polifunkciniaibaltymai Geno sandarair veikla 2.3.1. Tianskripcija(RN R biosinteze).Reguliacines-akceptorinds geno daliessandara 2.3.1.Tianskripto brendimas.Splaisingas. Intronind-egzonindeukariotq genq sandara geno daliessandara... 2.3.3.Tiansliacija.Baltymo sintezi. Tiansliuojamosios D N R r e p l i k a c i j a. . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2,4.1.DNR replikacijoslrodymai ir su jais susijeDNR tvrimo metodai. PusiaukonservatyviDNR sintezc l . + . 2 .D N R r e p l i k a c i j oesi g a . . . . . . . . . . . . . . . . 2..1.3. DNR molekulind hibridizacija,molekuliniaizondai ir polimerazind grandininereakcija

46 46 46 48 56 61 66 72 72 '73 80 86 88 93 101 105 105 109 115

I I I . GENOMO SANDARA IR VEIKLA

119

3 . 1 . Prokariotaiir eukariotai.Genomo evoliuciia

r79

3

Bendrasgenomo sandarosapib[dinimas 726 i33 K a r t o t i n d ss e k o s. . . . . . . . . . . . . 140 Judrieji genomo elementai 116 Chromosoma t46 3.5.l. Molekuline chromosomossandara 3.5.2.Eukariotq chromosonrqmorfologija.Kariotipas.r[Sinis jo savitumas. Heterochromatinasir specifinessandarosbei paskirtieschromosomos......... 1 5 3 160 3.5.3.Specialiosioschromosomosdalys 160 3.5.3.1.Telomeros 168 3 . 5 . 3 . 2C . e n t r o m e r o sA. R S . . . . . . . . . . . . . . 3.5.3.3.Dirbtinds chromosomos.Eukariotq genq klonavimasir genomo 172 bibliotekos 771 3 . 6 . S o m a t i n i ql q s t e l i qg e n o m oy p a t u n l a .i . . . . . . 181 3 . 7 . E p i g e n e t i n i agi e n o m op o k y i i a i i r p a v e l d i m u m a s . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 182 3 . 7 . 1 .G e n o m o i m p r i n t i n g a s. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 183 3.'7.l.L Genomo imprintingo tyrimo metodai ir irodl'mas 3.7.1.2.Genomo imprintingasir aleliniq genq veiklosypatumai.Imprintingo esmd i88 3.7.2.X chromosomosinaktyvinimas.Dozes kompensacija 193 3.7.3.Paramutacijos.Ilgalaikdsmodifikacijos 199 3.8. Genomo pertvarka 203 3.8.1.Viso genomo pertvarkair jo pertvarkapirmuoniu vegetatwiniq lqsteliubranduoliuose 203 3.8.2.Pavieniqgenq skaiiiauspokyiiai - amplifikacija.Prisitailq,masprie t o k s i n ui r k i t o k i qv e i k s n i q . . . . . . . . . 208 3.8.3.Lokusq vietoskaita. Somatiniskrosingoveris.Mieliq poravimosi tipai .........,... 215 3.9. Nebranduoliniai(nechromosominiai)genomai.Nebranduolinis paveldimum a s, , . . . . . . . , . . . . . . 222 3.9.1.Specifiniainebranduoliniopaveldimumoryrimo metodai 223 3.9.2.Eukariotq l4steldsorganoidqgenomai zJ I 3.9.2.1.Mitochondrijq genomas LJ\ 3.9.2.2.PlastidZiq(chloroplastq)genomas lJi 3.9.3.Plazmidds- nechromosominisgenetinesbakterijq strukturos.jq 237 ivairove.Plazmiddskaip vektoriai genu inZinerijoje................. ?z1i 3.9.4.Parazitizmas,simbiozear naturalls lasteleskomponentai? 3.9.5.Nebranduoliniopaveldimumopasirei5kimobldai. Netradicines 1 ,11 genetindsstruktiros (prionai. viroidai, supermatricos).... , ........ ... 3 . 1 0 . G e n o m ot y r i m o m e t o d a i . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 256 3.10.1.Genomo tyrimo metodai ir chromosomqgenolapiai 256 3.70.2.Zmogaus chromosomqkartografavimas.Restrikciniaigenolapiai...... l o / 3.10.3.Genomo bibliotekos.DNR sekvenavimas ............. 266 3.2. 3.3. 3.4. 3.5.

IV GENU VEIKLOSVALDYMAS.GENU GRUPES

271

lcc operonas 4.1. Operonas. genqsankaupos 4.2. Hemoglobino ir jq evoliucija Imunitetogenai.jq perfvarkair valdymas.... 4.3. Imunogenetika.

27r

/1

279 t6J

:1.3.1 g e n qe v o l i u c i j a . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .2. .8. .3. . . . . . i rsi m u n i t e t o B.e n d r aas p i b u d i n i m a ir rekombinacija somatinese genqpopuliacija 4.3.2.Imunoglobulinq ..........288 l4steldse......... (MHC) (TCR) ir audiniqsuderinamumo 4.3.3.T limfocitqreceptoriaus . . . . . . . . .2. 9 6 g e n a i. . . . . . . . . . . . . .1.4. CitochromqP-.150 genetibiodegradacijos genqpopuiiacija. I(senobiotikq . . . . . . . .3. .0 3 ka...,........,...... .1,,1.1. P-450ir iq biodegradacija ir jos fazds.Citochromai Ksenobiotikq . . . . . . . .3. .0 3 genai.....,........ 2t.4.2. Citochronq P-450genqvaldymoypatumai.Lytinisdimorfizmasir . . . . . . . . .3. .0 9 imprintingas . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3. .1. .6. . . 4 . 5 . G E N V V E I K L O SV A L D Y M A S . . . . . . . . . . .3. .1. 6 i aei .g u l o n a s 4 . 5 . 1C. i s -i r t r a n s - v e i k s n R . . . . . . . . .3. 2 1 e t a p a(i a p Z v a l g.a. .). . . . . . . . . . . . . . 4 . 5 . 2G . e n qv e i k l o vs a l d y m o . . . . . . . . . . . . . . .3. .2. .1. 4 . 5 . 2 . 1G. e n o m os a n d a riar g e n qv e i k l o vs a l d y m a s . . . . . . . . . . .3. .2. 4 4 . 5 . 2 . 2C.h r o m a t i nsoa n d a riar g e n qv e i k l o sv a l d y m a s vykstanttranskripcijai ..... 327 ir po transkripcijos 4.5.1.3. Genqveiklosvaldymas . . . . . . . . . . . . . . .3. .3. .1. 1 . 6 . L q s t e l ecsi k l ov a l d y m a.s. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . somatiniqlEsteliqdalijiNereglamentuotas diferencijuotq 4.1. VeZiogenetika. . . . . . . . . .3. 3 9 m a s i s. . . . . . . . . . . . . 339 ................ 4.7.1.Mutacindir virusindvdZioteorijos.Onkogenai ..... 343 mutacijqkaupimosipasekme 4.7.2.Yeiio supresoriai. Vezys- laipsni5ko ............. genetika........ 347 4.8. Genucvoliucija/lyginamoji

v.

RATDOS(ONTO-MORFO-)GENETIKA

............. 3s2

. . . . . . .3 . 52 -5.1. Determinacija TotipotenciSkumo ir diferenciacija. Transdeterminacija. 5.1.i.Determinacija nrnhlem:r . . . . . . . . . . . . . . . . . . .3. .5. .2. . . . . . . . . .3 5 8 5.1.2D . e t e r m i n a c i j o lsa i k a si r v i et a . M o r f o g e n a .i . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .3 6 5 5.1.3P . o z i c i n id e t e r m i n a c i j a . . . . . . . . . .3. 6 7 5.2. Morfogenezds/ontogeneg z e sn a i. . . . . . . . . . . . . 5.2.1.Anksryvieji nematodo Caenorhabditiselegansgenai. Nematodo morfo. . . . . . . . .3. 6 7 ir ontogenetika..................... genai ................ 371 5.2.2.Ankstln ieji drozofilosbendrojo plano ir segmentacijos ................3 . .7. .1 5 . 2 . 2 . 1M . o t i n i n i a ig e n a ii r j q v e i k l a ir homeoziniaigenai.HOM kompleksas... 374 5.2.2.2.Drozofilos segmentacijos ir kitq or5.2.3.Morfogcnezdsgenq veikla.HOX genaiZmogaus/Zinduoliq .... 377 ganizmq genome . . . . . . . . .3 . 82 5 . 3 . L y t i e sg e n e t i k a. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

B. MUTACINI

S KINTAMU

M A S . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3. .e. .3. . . .

VI. M U T A C T J O.S. . . . . . . . . . . . . . . .

393

6 . 1 . B e n d r a sm u t a c i j qa p i b I d i n i m a s 6 . 2 . Generatyvindsir somatines,tiesiogindsir griZtamosiosmutacijos 6 . 3 . Mutacijq grupds pagal genotipo pokyiius (bendra aplvalga) 6.3.1G . e n o m om u t a c i i o s

394 396 398 400

6.3.i.1.AutopolipIoidrja................... .....................400 6.3.1.2. Alopoliploidija. Tolimojilytinehibridizacija. Somatiniqlastcliuhibridizacija . . . . . . . . . . . . . . .4. .0. 6 .. 6 . 3 . i . 3H. a p l o i d a i . . . . . . . . . . . . . . . . . . ,. 1. .1. .5. . . . 6 . 3 . 1 . 4A.n e u p l o i d i j(ah e t e r o p l o i d i j.a. .). . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1. .2. .0. . 6 . 3 . 2C. h r o m o s o mm q u t a c i j o.s. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .1. 2 7 6 . 3 . 3G . e n qm u t a c i j o s . . . . . , . . . . . . . . .4. .3. .6.

117 VII. MUTAGENE,ZE.GENOTOKSIKOLOGIJA.............. .............. 7.1. Mutagenai ir teratogenai.Bendra samprata ....... 147 7 . 2 . F i z i n i a im u t a g e n a i . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .,.1. 4 . .9. 7.2.1.Mutageninisjonizuojaniiosiosspinduliuotespoveikis.Priklausomybd nuo dozdrs . . . . . . . . . . . . .4. 4 .9 7.2.2.Mutageniniojonizuojandiosios spinduliuotespoveikio prieZastys...,.....455 . .5. .9. . . . 7.2.3U . l t r a v i o l e t i n is p i n d u l i u o t eK. i t i f i z i n i a im u t a g e n a.i. . . . . . . . . . . . . . . . . . . , . . . . 1 7 . 3 . C h e m i n i a im u t a g e n a r . . . . . . . . . . . . . . . .1. .6. .3 po ivairiq saveikrl 7.3.1.Cheminiai mutagenai,susidarantys .... 465 7.3.2.Laisvaradikalinemutagenezd.Ligos, kurioms b[dinga sutrikusilaisvq,169 jq radikalq pusiausryra .........,........ 7.3.3.Biologiniai mutagenai.Topoizomerazindir insercine(iterptine) mutagenezd , . . . . . , . . . . . . . . . .1. .7. .1 7 . 3 . 4A . p l i n k o sm u t a g e n a ij ,q j v e r t i n i m op r o b l e m o s . . . . . . . . . . . . . .4. .1. 7 7.3.4.1.Aplinkos mutagenqypatybis ir genotoksiSkumojvertinimas ..............477 7.3.4.2.Naujq mutacijq aptikimo metodai ..........483 7.4. Mutagenq pradinio veikimo mechanizmai.PotencialiosDNR paZaidos.........490 7.5. Antimutagenezi ir DNR reparacija .................... 197 7 . 5 . 1M . u t a g e n e z e es t a p a ii r a n t i m u t a g e n e z d M.u t a g e n qt a i k i n i a i. . . . . . . . . . . . . . .1. .9. 1 7 . 5 . 2D . N R p a Z a i d qr e p a r a c i j a ...., 501 7 . 5 . 2 . 1D. N R p a Z a i d qr e p a r a c i j o a s p i b u d i n i m a isr t i p a i. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .5.0. .1. . . . . 7.5.2.2.TiesiogindDNR paZaidqreparacija.Ekscizini rcparacija................... 504 T.5.2.3.lndukuotaDNRpaZaidqreparacija.Atsakai .............5 . .1. 0 '7.5.2.4. Nesuporuotqnukleotidq reparacija.Zmogaus DNR reparacijosdefektai............. . . . . . . . . .5. 1 5 7 . 6 . D i r b t i n i si r g a m t i n i sm u t a g e n e z evsa l d y m a s . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .5. .2. .1. 7 . 6 . 1M . u t a g e n qv e i k i m os a v i t u m a s . . . . . . . . . . . . . . . . .5. .2. 3 . 7.6.2.Gamtinis mutagenezes valdymas.Genetinisnestabilumas.Genarm u t a t o r i a i r a n t i m u t a t o r i a.i. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .5. 2 .5 7.7. Morfozds ir teratogenai.Genotrofai. .,lgytqpoZymiq"pavelddjimoklausimas................ . . . . . . . . .5. 3 0

C. POZYMIV BINACIJA

PAVELDEJIMAS

VIII. BAKTERIJVIR VIRUSU GENETIKA 8.1. Bakterijos 8.2. Virusai...........

IR REKOM...................537 ....,.......... 537 537 541

IX. EUKARIOTV POZYMIV PAVELDEJIMASIR REKOMBI556 NACIJA 556 9 . 1 . D N R k o p i j q p a s k i r s t y m a sM. i t o z d st i p a i . . . . . . . . . . . . . . . 564 9 . l . l . M e j o z d .H o m o l o g i n i Lcl h r o m o s o m qk o n j u g a c i j a 572 9 . 3 . P o z y m i qp a v e l d e j i m aisr d i p 1 o i d i 5 k u m a s . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 572 9.3.1.Vienos chromosomq/genqporos paveldejimas 578 9.3.2.Lytindsechromosomoseesaniiq genq pavelddjimas.............. 9.1. Eukariotq genomo fragmentacijai chromosomasir genq/poZymiqpaveldeji582 m a s. . . . . . . . . . . . . . . . 9.,1.1.Nealeliniaigenai - nehomologinesechromosomose.Nepriklausomas 584 pozymiq pavelddjimas kai genaiyra vienoje chromosomoje.Genq sankiba ....... 5 9 1 9.4.2.Paveldejimas, 594 9 . 4 . 3K . r o s i n g o v e r i .s. . . . . . . . . . . 599 9.4.,1. NetipiSkaseukariotq pozymiq paveldejimas 605 9.5. Genq s4veika 605 9 . 5 . 1A . l e l i n i q g e n qs 4 v e i k a 9.5.1.1.Aleliniq genq sqveikostipai ir priklausomybenuo ivairiq veiksniq .... 605 610 9 . 5 . 1 . 2A. l e l i n i q g e n q s 4 r ' e i k ops r i e Z a s r y s . . . . . . 618 9.5.2.Nealeliniqgenu s4veika 61.9 9 . 5 . 2 . 1G . e n a i m o d i f i k a t o r i a iE. p i s t a z i n i agi e n a i . . . . . . . . . . . . . 621 9.5.2.2.Sumindsnealcliniugenq s4veikos 631 9.6. Paveldimumasir aplinka 635 9.7. Zemesniqjqeukariotq po2ymiqpaveldejimasir rekombinacla .......................

X.

GENE,TINESREKOMBINACIJOSMECHANIZMAI. GE642 NV INZINERIJA

s e c h a n i z m a.i. . . . . . . . . . 1 0 . 1 .M o l e k u l i n i a ir e k o m b i n a c i j om 10.1.1. Rekombinacijostipai. Saitspecifinerekombinacija............ 10.1.2.Homologine rekombinacija............ 10.2. Genu inZinerija

642 612 644 652

LITERATURA.............

660

PRATARME Genetikatiria vienqi5pagrindiniilgyvrlorganizmqsalybiq- paveldimum4,todelji savaimeatsiduriavisqbiologiniqrei5kiniqcentre.Bent taip turetqblti. Vis dar atsiliepiadidelisbiologijossusiskaidymas pagal problemas. tiriam4sias I5 daliestai neiSvengiama. Tadiauper pastaruosius 10-15metqgenetikapadaretoki dideliSuoli, kad ivairiost4 padi4organizmqgrupgtiriandiosmoksloSakossavaime susiliejai vien4bendr4moksl4apie augalus,grybus,gyvinus,Zmogq. Antra vertus,yra bendrigenetiniairei5kiniai,bltinas jq lyginimasivairioseorganizmqgrupese(lyginamojigenetika),todel i5liekair bendroji genetika. pradejgsskait"vti Skaitytojas, 5i4knyg4,busnustebintas, o galb[t net Sokiruotas neradgspradZiojeMendeliodesniq.Per laikotarpi,praejusi nuo pirmosios,,Bendrosios genetikos"laidos(1986),genetikosmokslo turinyslabaipasikeite, todelbutinapradetidestym4nuo DNR kaip genetinismedZiagos ir toiiauai5kinti,kaipsudarytas genomas ir genas,kaip jie veikiair valdomi.Be to, yra ir kitokiq prieZasdiq taip elgtis.Pirma, rei5kiniai,i kuriuospripratomeZiuretikaip i paprastus(netgiprastusblna ir taip) yra patyssudetingiausi. Antra, ,,C" dalyjedestomos mintyspirmiausiaZinotinoskiekvienam Zmogui.TaiZiniosapiemuspadius,nespagrindinis ddmesys knygojeski- Zinduoliams - Zmogui. riamaseukariotams TadiauatsiZvelgta i tai, kad kiekvienaaukitoji mokyklaturi sava,.Genetikos"kursoprogram4,o kiti skaitytojai-savospecifinius Ziniqi5 genetikosporeikius.Kiekvienas skyriusparaiytastaip,kadbltq ganasavaranki5kas, toddl galimaskaitytiir nuo galo,jeigu to reikia.Mat knyga skirtane tik studentams, bet ir ivairiqkrypdiqbiologams, biologijosmokytojams, medikams, Zemds Ikio specialistams. Nuo auk5tojomokslostudijq praeinadidesnisar maZesnis laiko tarpas,toddl suprantamas kiekvienoporeikispapildytisavoZinias. Darvienasklausimas, b[tinasaptarti,,Pratarmeje". Taiterminai.GenetikojepilnaangliSkos kilmeslodLiq.Lietuvi5kuterminq,ypadplataus v a r t o j i m o , k l r i m a s - s v e i k i n t i n a s r e i 5 k i n y sk, rt ,ari!'?i rsr kLirr i a m a n e m o kiniams,o specialistams (blsimiesiems ir esamicnrs), Todelautoriuslai8

kur galima,- verstiZodZius, kesikompromiso: kitaisatv'ejais Salialietu(ar kitokioskilmes)terminus,kadskaitytojuibuvi5kupateiktiangli5kus t u l e n g v i aour i e n t u o t i s . Knygasuskirstvta i 3 dalis:A. Genomas,B. Mutaciniskintamumas, C. Pozymiqpaveldejimas ir rekombinacija. Ypaddaugdemesioskirtagenotoksikologijai, kuriosproblemoskivadoveliuose tuose nedestomos arbaddstomos labaiglaustai,norsSioje srityjedirbamalabaidaugir ji yra labaisvarbiZmonijai,taigiir Lietuvos gyventojams. Laikantiskursoprogramos, nagrinejamispecial[sgenetikosklausigenetikos atskiras mai,sudarantys sritis,pavyzdZiui, lytiesgenetika, Zmogausir medicinine genetika, raidosgenetika, imunogenetika, taippat gepagrindai.ThdiauSiostemosnagrinejamos netiniaiselekcijos tuosebendrosiosgenetikosskyriuose, kuriuosedestomiteoriniaidalykaiir kurie sudaroSiuolaikini teoriniatitinkamqtaikomosios genetikos sridiqpamat4.TuopabreZiama, kad:a) aktualiteorijavisuometpladiaitaikomaprakjos veiksmingai tikoje:b) nesuprantant teorindsproblemos, neimanoma taillytipraktiSkai; c) taikomosios genetikosmetodaikuriami remiantis naujaisteoriniaislaimejimais; d) daugteoriniqproblemqprakti5kaidar neidiegta, bet tai netolimosateitiesdalykas. AutoriusdekojaLietuvosvalstybiniam moksloir studijqfondui,paremusiamknygosrengim4,knygosrecenzentui prof.A. Sinkui,kolegoms prof. B. Juodkai,prof. R. Lekevidiui,prof. J. Lazutkai,habil.dr. K. Sasnauskui.doc.K. Zuku| doc.D. ZvingilaiuZvertinguspatarimusir pastabas,G. Gudonieneiir Z. Petuchauskienei, paskatinusioms parengti5i4 knyg4,ir ypadE. Cesnienei, J. Patamsytei, D. Abraitytei,be kuriq pagalbosSiosknygostekstaiir paveikslai nebttq parengti.

I. GENETII(A KINTAMUM4

MOKSLAS

APIE

PAVELDIMUMA

IR

1.1. Pagrindines genetikos problemos Nors genetika yra palyginti jaunas mokslas,XX a. ,,k[dikis", bet ji uZima centring padeti tarp kitq biologijos moksiq, vienija biologijos mokslus i visumq. Thip yra del genetikos tiriamq problemq svarbos. Vieniems genetika - mokslas apie paveldimum4 ir kintamumq, kitienrs - apie genus, DNR grandinis atkarpas, lemianiias organizmo pozymius, ivairiausiasypatybes, procesus, kurie lyksta organizme. Bendra taisykle yra tokia: visk4 organizme lemia genai. Thiiau matysime. kad visu genetikos reiSkiniq i ..geno remus" sutalpinti negalima, todel senasisgenetikos mokslo apibreZimas,kad tai mokslas apie paveldimumq ir kintamumE. geriausiai apibldina 5l moksl4. Pats mokslo pavadinimasbuvo pasillytas angh] mokslininko Beitsono (W Bateson) 1906 m. ir rei5kia moksla apie kilmg (gr.genesis - kilme). Paveldimumasyra organizmugcbejimasperduoti palikuonims savo pozymiusir individualiosraidos savitumus.Thi bendra organizmq salybe, kuri budinga absoliudiaivisiems organizmams,tarp jq ir Zmogui. Paveldimi organizme lykstantys procesai, organizmo pozymiai ir savybes,jo santykissu kitais organizmaisir aplinka,net gebejimaskisti. Del Siosorganizmrl savybdsvaikai yra panaSfisi tevus. Tai istabiausiagyvq padarq savybe.del kurios organizmamsdauginantis atsiranda nenutrilkstama naujq individq kartq grandind,atsinaujinair palaikomosorganizmq rlSys ir formos. Prie to esametiek lpratg, kad visai nesistebime, jog nauji individai yra pana5usi savo tdvus ir kitus protevius. Thdiau ar ne stebuklas,kad iS vienos lqsteles.pvz., Zmoeaus,i5siq/sto sudetingasorganizmassu daug,vbespeciaiiq organq, audiniq? Visi jie puikiai tarpusavyjesuderinti, veikia tikslingai, net turi funkcijq ,,atsarg4",skirt4 kra5tutinemsaplinklbems, kurios ne visada numatytos. Naujasis individas yra pana5usi savo t6vus. Kas lemia 5i stebuklq ir kaip ryksta genetines infbrmacijos, genq perdavimas i5 kartos j karta, kaip pa-qaliauinformacija, esanti genuose,virsta kon- visa tai yra pagrindiniai genetikos uidaviniai. kreiiais poz-vrniais,

10

yra pozymiqperdavimopalikuonimsbldas. PaveldiPaveld€jimas orgami ne pozymiai,bet genai.Tadiaupozymis,ypadsudetingesniq nizmq yra suddtingqs4veikqtarp ivairiq genq ir tarp genq bei aplinkos veiksniqrezultatas.PoZymiogenetikojesvarbui5siai5kintine tik genus,kurie lemia pozymi,bet ir vis4 keli4 ,,genas- poirmis", toddl skiriamaatskirqpoZymiq,kaip antai fotosintezds, izofermentq, atsparumokonkredioms infekcinemsligomsir kt., antocianqsintezes, genetika. Pozymiqpaveldejimobfldas tiesiogiaipriklausonuo organizmq genetindsmedZiagos strukturosir dauginimosiypatumq.Bltent del genetikojeypai rySkiobjekto reikSme. SiosprieZasties Pirma,kielorienas objektas, taksonominds ir kitokiosorganizmqgrupes turi specifiniq,tik jam/jomsbldingq paveldejimoir kintamumo kuriuoslemia genetiniqstruktlrq ypatumai,genetindsme),'patumq, paskirstymo dukterinems dZiagos l4steld:ms ir keitimositarp organizmq (rekombinacijos) ypatumai.Thi lemiagenetikossubDdai,dauginimosi siskaidymE i Sakaspagalorganizmqgrupesarba atskirusorganizmus: eukariotqir prokariotu.mikroorganizmq,augah;arba gyvinq, virusq, bakterijqir kt., pagaliaumieZiq,Zmogaus, drozofilosir t. t. Antra, yra objektq, kuriuosekonkretls genetiniairei5kiniaiyra lyg ir pavir5iuje,lengviausiai prieinamieksperimentatoriui. NeilgagenetikosmoksloistorijaSiqtiesqpuikiai iliustruoja.I5 pradZiqvyravo augalqgenetiniaityrimai.Netrukusjuos iSstumevaisinemuseldDrosophilamelanogaster, dar prie5 Antrqji pasaulinlkar4 Saliadrozofilos atsirado grybasNeurosporacrassa.Po Antrojo pasaulinio karo vis labiau genetikojeisigalejobakterijosir virusai,po jrl aukitesndpakopa buvo Zemesniejieukariotai- vienal4sdiai grybai (ypadmieles), pirmuonys.Siuo metu vel pirmaujadrozofila,bet Saliajos vis reik5mingesniatradimaidaromi su Zinduoliais.Ir del daugelioprieZasdiq i lyderio pozicijasverZiasiZmogausgenetika. Kintamumasyra tokia pat svarbigyvq organizmqsar.ybe,kaip ir paveldimumas. Pirma,jis lemia organizmqivairovgir yra bazejoms evoiiucionuoti. Thi puikiai suvokdevoliucijosmokslokfirejai Lamarkas (J. B. de Lamarck) ir Darvinas(Ch.Darwin). Antra, ne maZiau svarbusjau gamtojeegzistuojandiq ruSiq kintamumasjq viduje. Jis yra pirmine populiacijqsusidarymoir polimorfizmo prieLastis.Populiacija (lot. populatio - gyventojai)- elementariausias mikroevoliucijos vienetas,ruSiesprisitaikymoprie geografinds (erdvines)aplinkos - daugialypis, ivairovesb[das. Polimorfizmas(gr. polymorphos lvai11

yra Zmogauspolimorrus) yra viduru$ineivairovd.Matvt. didZiausias fizmas.Vidur[Sindivairovdteikia miiai didesniqgalimybiui5glventi ir ypai kintandiojeaplinkoje.Populiacijqir polimorfizmoatsiradimas i5likimas.dinamikayra specifiniaigenetiniairei5kiniai.Juostiria specialiosgenetikosSakos- evoliucindgenetikair populiacijqgenetika' Paveldimasis(arba genotipinis)kintamumas.Tik jis teikia medZiagosevoliucijaiir vidur[Sineiivairovei.Thi kombinaciniskintamuir mutacijos. mas (rekombinacijos) Kombinaciniskintamumas- nauji genq, chromosomqir kitq kai ivairiaisbustrukturq arba jq daliq deriniai, atsirandantys, dais organizmaikeidiasigenetindmisstruktflromisarba jq dalimis. yra spekaip ir poZymiqpaveldejimas, Kombinaciniskintamumas, cifinis ivairiomsorganizmqgrupems.Genetindrekombinacijapriklauso nuo genetiniqstruktlrq ir dauginimosi- lytinio procesoypatumq. Sunkiaunusakyti,kas yra mutacijos(lot. tnutatio- kitimas) del jq lvairovesir ivairiausioapibldinimo (Zr. de Fryzomutacingteorijq, ypatybqVI sk.). Pagalsvarbiausi4 mutacijos yra nauji genetiniq strukturq pokydiai. kaip atsirandareVienas i5 genetikosuZdaviniqyra iSsiaiSkinti, kombinacijosir mutacijos,kaip Siuosrei5kiniusvaldo organizmaiir kaip tai galimepadarytimes,Zmonds,praktiniaistikslais,kokios paveldimq kitimq ypatybes,tipai, kaip paveldimosmutacijos. neverNepaveldimaskintamumasatrodytqnelabaireik5mingas, tas kiek didesniogenetikqddmesio.Taiiau taip ndra. Nepaveldimi kitimai - modifikacijos(lot. modificatio- keitimas) yra bDdas,kuriuo pasirei5kiadar viena bendravisr4organizmqypatybe,skirianti gyva nuo negyva.Gyvi organizmai geba prisitailryti prie aplinkos adapveiksniq,tiek prie naudingq,tiek prie Zalingq.Sisprisitaikymas, tacija,priklausonuo genetiniqstrukturq,genq veiklospokydiq,arba specialiqgenq, kuriq paskirtis- lemti prisitaikymqprie konkrediq aplinkosveiksniq.Genetikaai5kinaadaptacijosir modifikacijqpriekuri tiria genetiniqstrukZastis.Tai ekologindsgenetikosuZdavinys, tlrq nulemiam4organizmosantykisu aplinka. Del rystymosipokl'diq,kuriuos sukeliavidiniai lsonnlal 12

niai, gali atsirastiraidos sutrikimq- morfoziq (gr. moryhosls- atvaizdas),teratologiniqreiSkiniq(gr. teratos- pabaisa,apsigimelis). TeratologiniaireiSkiniai- tai ivairios prigimties pokyiiai. Gali bhna nepaveldibiti paveldimipokydiai- mutacijos,bet daZniausiai yra atskirti i5 genetikos pokydiai morfozds. Vienas uZdaviniq mi paveldimusorganizmqpokydiusnuo nepaveldimq. veiksniusteratogenusyra net svarNustatytimorfozessukeliandius (mutacija + gr. genesls- kilme) mutagenus negu i5aiSkinti biau veiksnius,kurie sukeliamutacijas.Mutacijosyra retos, o morfozds Antai ne5diosmoterys,vartojusios gali bfiti beveikSimtaprocentines. skausm4mal5inantivaist4talidomid4,vitamino- folio rlg5ties anagalunemis.Vaikai skyresi tik 1og4,gimdd vaikus neiSsilysdiusiomis paZaidosdydZiu. Epigenetinispaveldimumas.Atskir4 grupq Genai ontogenezdje. genetiniq sudaro struktfirq,genq,jq veiklospokydiaiindireiSkiniq vidualioje organizmo raidoje, ontogenezdje(gr. onlontos - es4s + suddtingossandarosorgageneze).Gerai Zinoma.kad daugial4sdiai, kiaunizmai (Zmogus,gyvlnai, augalai)\T/stosii5 vienosapvaisintos porq). (gr. L4steles ne zigotos zygote sujungta tik Sali4stes i jq diferencijuojasi. Atsiranda sandaros dalijasi,bet ir specializuojasi, ir veiklosskirtumq.Formuojasiaudiniai,organai. Diferencijuotql4steliqskirtumaigali btti labai stabil[s.Thi gerai iliustruojaveZiniql4steliqtyrimai. VeZineslEstelesgali be perstojo dall'tis,o tai normaliai nebtdinga somatin€ms(gr. soma - kfinas) l4stelems. Taiiau vdZiniql4steliqkultrlrosstabiliai(net iki 10 ir daugiau metq kultivavimo)skiriasipriklausomainuo audinio organo,i5 kurio auglio l4steliqpradetosauginti. Skiriamaypatingapaveldimumoforma - laikinasis,arba epigenetinis (gr. epi - po * genesis- kilme), paveldimumas.Thip Sispaveldimumasvadinamastoddl,kad 1)jis atsiradgsdel antriniq,vdliau,po DNR sintezes. lykusiu procesqir 2) ji sudarocitoplazminds, antrinds struktlros,kurios autonomiskos, nors ir kilusiosi5 l4stelesbranduolio genq.Deja, kaip atsirandaSislaikinasistik diferencijuotql4steliq paveldimumas, i5tirta tik i5 dalies,ir tai yra viena i5 Siuolaikines genetikosproblemq. Genetinessomatiniql4steliqypatybestiria somatiniql4steliqgenetika. Genetiniusontogenezds pamatusir stambiqmorfologiniqpo4mir.l, tokiq kaip bendra organizmo sandara, organq iSsilystymas, IJ

paveldejimas.tiria dvi glaudZiai susijusiosgenetikos Sakos onto' genetika ir morfogenetika. Suprantama, kad Sios dvi Sakos yra labai specifinds.nes tiria konkredias organizmq gruPes. bet ndra tik daugial4sdiq,suddorqanizmq motingos sandarcls. nopolis. Paprastesndgali b[ti ir vienal4sdiq organizmq raida. Antai i5 bacilq l4steliu iSsirysto sporos. I3 vienal4siiq grybu vegetatlviniq l4steliq r,ystosi lytinds l4steles. Dar suddtingesni pokvdiai ryksta kai kuriq vienalqsiiq dumbliq. ptz.. Acetahtl.l pav. Branduoliq transplantaciiadumbPaprasta l4steld diferencilaia. lio Acetabulanc r[5iq lqstel€se: juojasi / vettsteinii i struktfrq. imituojanci4 M - A. ntediten'nnea,W kepu16tuosiusgrybus. Susidaro Labai domimasi. gleiv[nu (1.1 pav.). rizoidas .,kepur€Ie,,,issiv-vsto i5 vienal4sdiq susqlygomis Jis blogomis DicNosteliLtmclis;coideum. struktlras lqsteliq daro daugial4stesdiferencijuotq ir specializuotq organizmus ir yra puiku. perejimo i3 vienal4sdiq i daugial4sdius parryzdvs. Sio rciSkinio genetika jau gana smulkiai iStirta' ' N"i nel4stelindmsgylybds formoms virusams bfldinga ontogeneze. Susidaro baltyminis apvalkalaskapsidas ir specifindsstruktlros, kuriomis virusas tvirtinasi prie Seimininko l4steles ir prasiskverbiai jos vidq. Ontogenetika ir morfogenetika Siuo metu yra intensyviausiaipletojamos genetikos Sakos.Pletotes tempais su jomis gali varzytis on' kogenetika ir su ja susijusil4stelesciklo (dalijimosi) genetika. Onkogenetika tiria genetiniusv6Zio pamatus,bct ,,pikrybinio",tiksliau' neieglamcntuoto, somatiniq l4steliq dalijimosi prieZasti galima suvokti tik i5tyrus tai, kaip geneti5kaivaldomas normalus l4stelesdalijimasis. Elgsenos genetika. signalinis paveldimumas. Gyv[nq elgsena, veikla. t. y. Zmogausmastymas.- suddtingiausipoaukStojiner'l,,ind zymiai. Del Sios prieZastieselgsenosgenetika kol.kas vra rei5kiniq lygio, todel Siojc knygoje atskiriri nenagrinejama.Siuo metu tik nu,iutun,'u. kiek kuri nors konkreti elgsenosypatybd (pvz.. paukSdiq I4

migracija,jq vestuviniaiSokiaiir kt.) priklausonuo genq,o kiek nuo aplinkosir i5mokimo.Mat nemaZaiinformacijosgyvfnai gauna i5 aplinkosper sqlyginiusrefleksus.Ir tai ne bet kokia informacija,o toji, kuri sudaro specifinesgyvfino elgsenosypafybesir kuria mes Vadinasi,5i4 elgsenosypatybgvertiname apibldinamepati gln/DnE. pozymi. kaip sistematikos Informacija,perduodamai5 kartos i kart4 per mokym4si,s4lyginius refleksus,vadinamasignaliniu paveldimumu. Ypating4reikSmgsignalinispaveldimumas turi Zmogui.Per sqlyginiusrefleksus,iSmokimaZmogusgaunalabaidaug informacijos.Be jos jis nebltr] ZUOCUS. GyvunqjaunikliamsSislaikotarpistaip pat yra svarbus.Jie irgi imlesnisignalineiinformacijai.Aniiukai, iSperintiinkubatoriuje,..nesusikalba"su antimis.O reikalingisignaliniairySiaigali atsirastitarp andiukq ir juos perejusiosvi5tos arba lapiukai gali sekioti paskui lazd4,kuria velka ZemeZmogus. Zinoma, ir tuo aweju. kai elgsenosypafybg lemia signalinis paveldimumas, dallvauja genai. PagrindinisZmogaussignalindsinformacijosb[das - kalba. susijusisu tam tikra kalbos padargq sandara.O tai jau lemia genai. S4lyginiairefleksaitaip pat priklauso nuo genrl.Kaip ir kalbospadargai,evoliucionavosmegenys, ju sandarair veikla, \ystesi aukStojinervine veikla. Visa tai fiksuota genuose,yra paveldima.Kuo toliau paZengusiauk5tojinervin6 veikla, tuo didesne yra signalinesinformacijosdalis ir jos reik5megyvlno elgsenai.Tos elgsenosypatybes,kurios pasirei5kia kaip nes4lyginiairefleksai,yra igimtos, tiesiogiaipaveldimos.Jas lemiandiqgenq, kaip ir kitq, veikla ivairiai priklausonuo aplinkos ir taip pat yra genetiniu ryrimq objektas. Trumpa genetikos

apZvalga

Dar visainetolimojepraeityjegenetikoskurs4buvo galimadestyti istoriniuprincipu.GenetikarySkiair.ystesi nuo paprasdiausiq iki sudetingiausiugenetiniqrei5kiniq,ju mechanizmq, nuo taisykliq- desniq nustatymoiki jq iSimdiqanalizds. Thdiaudabartai padarytineimanoma del didelio genetikosSakuir problemqskaidiaus. Genetikosistorija, 15

padedageriausuvoktibendniu genetiniureiSkad ir glaustaiiSdestyta, sprestqproblemqmomentus. kiniq esmg,pagrindinius genetikos istorijayra i5 tikrujq trumpa ta prasZemiau i5destvta genetikos raidosmomentai'Bet tik pagrindiniai me, kad nagrinejami tai ndra tradicin6kalendorinedatq, pavardZiu,irykiq istorija.Naugenetikos bendrosios dojantisistorinioddstymometodoprivalumais. visiems yra problemospateikiamoslaike. Taip lengviaui5skirti,kas bendra. esmingiausia, organizmams 1.2.1.Pirmosiospaveldimumoir kintamumohipotezds Citologija ir embriologtia - genetikos pamatas. Kad organizmai pasiZymi paveldimumo sa\ybe, Zmonds pastebdjo seniai, augindami gyvulius ir augalus,stebedamig.weie samtq. Tadiau norint paaiSkinti, kaip lyksta pozymiq paveldejimas,kintamumas, reikalingos esminds Zinios apie l4stelg. Tiro tarpu pati l4stele Huko (R. Hooke) atrasta tik 1665 m. Vis delto buvo suvokta,kad palikuonys nerykstant dvieju skirtingq lydiq kontaktr.rineatsiranda.Aristotelis mane, kad wri5ka lytis suteikia ,,glvybinQjigq" medZiagai,esaniiai ntoteriSkameorganizme. Didejo techninds mokslo galimybis, buvo iSrastasmikroskopas, atrastos l4steles.Pagaliau par,yko atrasti lytines lEstelesir i5aiSkinti lyini procesE,suvoktijo esmg.Pirmiausia7667m. Levenhukas(A. Lea. kilo kova tarp ewenhoek) atrado spermatozoidus.XVII-XVIII preformizmo ir epigenezdsteoriju Salininkq.Tai i5 tikniu buvo pirmas bandymas paaiSkinti,kaip lytinese l4stelese,,suraiyti" busimojo individo pozymiai. Preformistai n'irtino, kad lytinese lastel6se.konkrediai spermatozoiduose,galima iZilreti ma24 Lmogeliuk4 humunkul4. Kiek falsifikuojamuosespermatozoidopieSiniuoseiZiurimos atskiros Zmogaus klno dalys. O epigenezesSalininkai teige. kad visi organizmo poZymiai,nors ir uZprogramuotily'tinesel4stelese,rystosi i5 naujo, bet kaip, nepajege paaiSkinti. NuoZmi ilgamete preformistq ir epigenezesSalininkqkova lwirtino labai svarbiq mint!: lytinese lEsteleseyra btsimo organizmo pradai, planas. Tik klausimas,kokiu budu jose ,.sura5yti"busimo individo poZymiai. l6

= evoliucija.Kur kas daugiauneKintamumas* paveldimumas gu citologijosatradimaidometispaveldimumuir kintamumuXIX a. skatinoevoliucijosidijos: evoliucijabe paveldimokintamumonejmanoma,kintamumas ir paveldimumasyra tarp pagrindiniq evoliucijosveiksniq. Kova tarp evoliucijosialininkq ir tq mokslininkq,kurie mand, kad g,wiejiorganizmainesikeicia, buvo nuoZmesninegu tarp preformistq ir epigenezes Salininkq. Lamarkas(J. B. P.-A.de Lamarck)buvo vienaspirmqjq, tvirtinusiq, kad givieji organizmaikinta ir del to gali atsirastinaujosn-r5ys. Jo mintysapie kintamum4apibendrintos knygoje,,Zoologijosfilosotija" (1809).Deja, b[damaspirmasiskintamumotyrinetojas,Lamarkas suplakeI vien4 kr[v4 paveldimusir nepaveldimus pokydius.Su jo vardu siejama,,ifftrl poZymiq"problema,t. y. kad organizmo raidojeigyti pozymiaiyra paveldimi.LaikantisSiosnuostatos,galima jo raumenisturdteigti, kad jei Zmogustreniruojasi,tai galingesnius jo tu paveldeti palikuonys,kaip ir atsparumESaliiui,igyt4 gnidinantis. MaZa to, Lamarkasmane, kad evoliucij4,tai_eiir kintamum4 lemia organizmonoras.poreikistobuleti.Thdagalimadaryti iSvad4, kad juo protingesnisgyvlnas,tuo geriauyra lvaldgssavo evoliucija (Zr. M. Ydas ,,Apie biologijq",1994,34 sk.). Tiek ,,igytqpo4rmiq" paveldejimas, tiek vidinio poreikio skatinama evoliucijasukelediskusijqaudr4,kuri tgsiasiiki Siol. Darvino pangenezes hipotezd.Id6ja apie paveldimumovienetus. Dar didesngaudr4negu Lamarko,,Zoologijosfilosofija"sukdldDarvino 1859 m. paskelbtaknyga ,,Rh5iqkilmd". Joje nurodomi trys cvoliucijosveiksniai:kintamumas,pokydiq paveldejimas ir atranka. Bet suprantamas klausimas.kuri i5 karto teko iSklausytiDarvinui ir jo pasekejams: o kaip atsirandaorganizmr;pokydiaiir kaip jie paveldimi? Nori nenori i 5i klausim4teko atsakyti.1868m., praejus 9 metamsnuo ..R[Siqatsiradimo"paskelbimo.DarvinasiSleidoknygE ..Naminiqgvuliq ir kultlriniq augalqkitimas",kurioje i5ddste,,laikin4 pangenezes hipotezg''.Anot Darvino.r,ra specialuspaveldimumo vienetai gemulos,kurioslemia atskirqorganizmoorganqraidq. Jos gaminasiivairiuoseorganuoseir i5 jq patenkai lytineslasteles. Cia susitelkiavisasgemuhirinkinys.Jeiguorganaspakinta,tai pakinta ir gemula.Tokie pokl'diaipersiduodapalikuonims.Stai ir vel Lamarkasl ,Ii

t7

Darvinopangenezes hipotezepriestaravo tuo metu Zinomiems . fak_ tams (gemulq,,keliavimas:'lytines lqsteles)ir bul,o labai naivi. Tai 1 'set

n.l.lg iarininkai. oarvinas buvoi4*il; ir betkoks l^''ol1]T ,,nusiiiaudejimas" ,o buvovisiems zinomas. r"iei ffiasr.vdonepa_ stebetair pangenezes

hipoteze.Ne taip, kaip niekamneZinomo uZkampio vienuolioMendeliodarbas. vienerussusidomeio .. .farvino ideja apie paverdimumo kiti moksIininkai'Antrojoje pusejeprasidej.o ;'k;;;;;;io1ru.o ^irvo }rr' l i,ipoteziq kDrimo karitrige.Tobureinese is siq nip"r!r,,+ armesra Darvino mintis, kad paverdimumo vienetaikeriaujai lytinesrasteles. kad ontogenezeje igyti pokTiiai yra paveldimi.Remiantisaukidiau . minetaiscitologijostyrimais,buvo manoma, susi_ jgs su branduoliuir chromosomomis. kad paveldimumas Pasakde On"n V,ney)f m. paskeibtos pangenczes hipotezds. pavel_ T:l: yra rqstereje fff dimumo vicneraionn:^.,lui ir fersitruodaii rqsteres raitetgjoms i cla_ lijantis' Thigivisosras11re,s pangenaiyra branciuogcnellniu.uizr,itgii,-y-.o ll,giavertes. 'ne lyje, nes (i turi kiekvienar.stere. ar tai iiuoraikinepa'eldimunroreorrlai)l

veismano(A y:it-mann) paverdimumo ir ontogenezes hipotezd u pabaigoje(1882m.) iuuo ruuuipopuriari, IIT sukere dideles dis_ kusijas.Kai kuriosjos idejosatsispindejo. totesnele"g.".iik",raidoje. o kai.kurios joje keriamosprobremos dar neissprestos ir siandien. Paveldimumovienetqideja irgi p"rimtu ii Darvino. Viena i5 teigiamq,Veismano hipotezes. sarybiqy| ,u, kad jis 5,,pa_ ting4 reikSmgteike chromosomor, ,.

mumo vieneiai; armere Lamarko il#'Ihi;f,iffi ontogenezdje poiymiaiyra

rii.ril,ll$;

paveldimi;pirmasiru"riJ p*lst
rEl *.

sl

,q:

$rl

"r, 3r

Sr

s

ffi'm'ffi

s

'm

1.2 pav. A, \reismano pasiuly.taindiyidualios raidos schema: r - gcneratw'ines lasteles; J. Jj, J., s.. _ s o m a t i n i u l a s t e l i u s p e c i a l i z a v i m a s i ps r. a _ r a n d a n t g e n e t i n i u sv i e n e t u s

skaidi us.Darij antis

i d e j o s , d a Z n i a u s i a in e m i n i n t Veismano,pateikiamoskaip ul_ tramodernios.Nesigilinant gali_ ma pasakyti,kad lytines lqsteles yra savitosk[no l4stelds.Jos at_ lieka dauginimosiir rekombina_ cijos funkcijas ir, kaip bet kuri savitq l4steliu grupd, yra evoliucijos rezultatas.Kaip tik lvtines lastelesyra istori5kai vienos seniausiq savitqjq l4steliq, nes jas turi jau vienal4siiai eukariotai: grybai,pirmuonys.Bet Siq organizmq lytines l4stelesdiferencijuojasi i5 vegetatyviniq,t. y. iSsomatiniu, l4steliq. Veismanasmand, kad kiekvienoje l4srelejeyra didelis pa-

uie nulart.l!' llTiil "o#

;:'TJTlili: .zigotai. 'ie_nosrlsies paveldimumo vienet4,kita der netorygaus pasiskiistymo dali paveldimumo'ie.netqb[na praradusi prul;. si'r4srere ir yra 11.2 somatind.Jai dalijantis,gali bDriroliauprarandimipaveldimumo vie_ netai. o somatinesl4stelesgali vis labiau specializuotis. Taigi soma_ tines.ir genera[vineslqsteresgenetiniuatzvilgiu,anot Veismano,turetq b[ti nelygiavertds: somatineslastelesturJtq buti praralusiosda_ li paveldimumo vienetq.o generaryviniq isrikgsvisasiq rintinys.tao, pasakVeismano.yra generagvinis kerias: visos generafyvinesr4stereskyla tik iS generafiiniq lqsteliq. veismanohipotezeskrastutinumaisukeredaug giniq, tadiaukartu i5populiarinone tik veisman4,bet ir paverdinrui-ro vienetqidei4. Ypai giniytasidel dliejq teiginiq:1) kategoriskas organizmqskirsrysoma.ir idioplazm4:2) genetinissomatiniqr4itelir+nevisaveri Tjt ti5kumas.Pirmasisreiginysyra daugiaufilosofinis.Kas pirma? KiauSinisar viSta?O antrasjsskatinoJksperimentuoti. Pirmieji sukruto botanikai.Jie veismanoteigini, kad somatinds lqstelesgeneti5kainevisavertis. nuneigerabaipairastai.pasinaucroio l9

l

,.

ir !"r \,

\

':r

,t

"""'

1.3 pav. Askaridds (Ascaris megalocephala)chromosomq segmentacija ir dalin6 diminucija somatindsel4steldse: P , . P , - g e n e r a t y v i n e sl 4 s t e l c s ;A B . A , B , E . M S I _ s o m a t i n e s I a s t e l e s :j , 2 _ gcncratyvindselastelise y'r'advi poros stambirl chromosomq;J - A ir B somatindse lqsteleseyra daug smulkiq chromosomq; clalischromosomos(ealai) vra prarandama (vykstadiminucija) - pazymetae. Rvskiausiaicliminucijair fragmentacijapayaizduota J - EMSI lqstelejc

seniaizinomu faktu: i5 labai savitoaugaloorgano,pvz.,is begonijos lapo, galima regeneruotiaugalq pJzymiais,uuoingaismotininiam -su augalui.i5 kurio paimraslapas.Siuo metu palykrtui.g.n.ruoti augal4 i5 paviendssomatindsl4steles.Gaunamatiksli motlninioaugalo kopija. I5 somatiniqvarldslEsteliqregeneruojama varld su visaisdonorinei varlei btdingaispozymiais.Taigi lyg ir galimab[tq tvirtinti, kad visosorganizmol4stelesgenetiniuatzvilgiuyra lygiavertes, arba totipotencinds(lot. totalis- visiskas.pilnutinis).Thdiausi problema labai sudetingair Siuolaikineje genetikojeivairiai sprendZiama. stabilfis genetindsmedziagospokyiiai ontogenezdje. Tam tikrais atvejaisindividualiojeraidojegali arsirastistabilDsgenetiniusrrukturq pokydiai.Veismanasindividualausrystymosihipotezggrinde kai kuriais faktaisi5 bestuburiqbiologijos.yra gyvfinrl,kuriq somatines l4stelesai5kiaiskiriasinuo generatlviniqlEsteliqnet chromosomomis. Par,yzdZiui, askarid Liq (Ascais ntegaroc eprtara)generaryvinese l4steldseyra dvi stambioschromosomos. Somatinese jos subyl4stelese ra i daugelismulkiqchromosomq. Darisgenetindsmediiagosparenka i citoplazm4ir yra prarandama (r.3 pav.).Thi bDdingivabalams Dytiscus,nrusemsMiastor ir kt. ontogenezejestabil[s pokyiiai lqstelesbranduolyjenusratytiir branduoliqtransplantacijos metodu(Zr.p. 176),bet kol kas biu stabiliu 20

branduoliopolcydiqpobudisnepakankamai i5ai5kintas. Be to, pakako patobulintibranduoliqpersodinimotechnik4,ir i5 tos padiosru5ies varliq somatiniqlasteliqparyko iSaugintinormaliusbuoZgalvius net tada, kai branduoliaibuvo perkelti i5 buoZgalvioskrandZioepitelio iqsteliq i nediferencijuotas kiauSialEstes. Kaip paaiSkdstoliau (Zr. p. 27I), lasteliuspecializacijai visiSkai genetinds nebutinas medZiagos kitimas ontogenezdje. Nlaryt. VeismanoaiSkinim4apie individuali4 raid4 dabargalimavertinti tik kaip vien4i5 diferenciacijos mechanizmq, taiiau realiai egzistuojanti. Pastaruojumetu visuotinai pripaZinta,kad somatindsgy\unq l4stelesgali prarastitotipotencij4.Gyvfinamsnustatytasir generatyviniskelias. Kitas klausimas,ar Siepokyiiai yra grlLtamieji,ar negriZtamieji? Komplikuojasiir augalq somatiniqlEsteliqtotipotencijosklausimas (Lr. p. r79). Veismanasir ,,igytr1poZymiq"problema.NeabejotinaVeismano pasiprieitaka ir kintamumotyrimams.Kaip mineta,jis kategori5kai Sino ,,igytqpo4'miq" paveldejimui.Noredamasji nuneigti,Veismanas 22-jomspeliq kartoms kapojo uodegas.Nuo to peles netapo trumpauodeges. Sis bandymas.nors labai populiarusir mdgstamas cituoti, yra naivusir ner.ykgs. Taciaupati ideja apie tai, kad ,,igyti po4rmiai"nepaveldimi,buvo teisinga,kele gindusir skatinoeksperimentuoti,ie5kotitikrq paveldimokintamumoprieZasdiq. Kartu susiformavo bendra taisykle,kad organizno raidoje lgyti pozymiaiyra nepaveldimi, bet, kaip ir kiekvienataisykle.ji turi iSimdiq,kurios bus specialiai nagrinejamos(Zr. p. 2a7). jog idioplazmai(paveldiVis delto Veismanas klydo manydamas, mumo vienc-tams) aplinkavisi5kainedaro poveikio. Aplinkos reiksniai: . keiiia genq veikla; . sukelia pavcldimus pokyiius - mutacijas; . keiiia genetines rekombinacijosprocesus; . gali sukelti stabili4 genetiniq struktlrq pertvarkq somatineselastelese.

2I

1.2.2.Genetika- XX a. mokslas Eksperimentinds genetikos pradZia. XX a. pradZiojc jau buvo visos prieiaidos (suvokti dauginimosi procesai.turdta pakankamai Ziniq apie lqstelg ir jos dalijint4si,buvo tobulesnihibridizacijosmetodai) eksperimenti5kaispresti. kaip paveldimi po4'miai. Genetikos gimimo data teisetai laikoma 1900 m., kai trys mokslininkai - de Fryzas (H. de Vries) Olandijoje, Korensas (C. Correns) Vokietijoje ir Cermakas(E. T\chermak) Austrijoje nepriklausomaivienas nuo kito nustate pirmuosius pozymiq paveldejimo dtisnius ir pasirlle eksperimentini metod4 paveldimumui tirti. Thdiau Siq mokslininkq laukd nemaZasnusii,ylimas. Jie surado prieS 35 metus (1865) paskelbtEMendelio (G. Mendel) darbE, kuris visais atZvilgiais,ypai iSvadomisgerokai pranoko jq darbus. Mendelio darbas neatsitiktinai iSgulejo 35 metus neZinomas.Jis gerokai aplenke savo epoch4, ir mokslininkai, kurie buvo susipaZingsu Mendelio darbu, jo nesuprato. Greidiau galima stebetis,kad Mendelio darbas ne tik nedingo be pedsako, o dar nust[md i antrq vierq tuos, kurie i5 tikrqjq mokslui atrado pirmuosius paveldejimo desnius ir tyrimo metodq. Mendelis padare 5 stambius atradimus: 1. Suklrd pirm4 eksperimentinjmetodq poz,vmiupaveldejimuitirti tq organizmq, kuriems bIdingas tipiSkaslytinis procesas.t. y. hibridologini metod4. 2. Suklre auk5tesniqjqeukariotq lytiniq l4stetiq generindsanalizds metod4 - analizuojaniiuosiuskryZminimusir nustatd, kad lytines l4stelesyra geneti5kaigrynos. Veliau Sismetodas Morgano (T H. Morgan) ir jo bendradarbiq buvo labai sekmingai pritaikltas chromosomU genetinei sandarai ir rekombinacijai tirti. 3. I5ai5kinoauk5tesniqlqeukariotq poiymiq pavelddjimo d€snius: . pirmosios kartos vienodunto ir dominavimo; . skilimo - pradedant 2-qja karta palikuonys susiskaido grupes tam tikrais i santykiais; . nepriklausomo poZymiq paveldejimo.

Visi jie yra idealDsir elementar[saukStesniqjq eukariotqpozymiq paveldejimodesniajir pasireiSkiatik esant tam tikroms s4lygoms.Desniq galiojimoribos ir iSimtysyra vienodaisvarbiosir bus atskirainagrindjamos. 22

4. Nustatdkombinaciniokintamumotip4, bfiding4 tik eukariotams. Jo esmepaaiSkejoveliau,pakartotinaiatradusMendelio desnius. Mejozejesusidaronauji chromosomqir kartu jose esandiqpareldimumovienetqgenq deriniai. 5. frode. kad tikrai yra paveldimumovienetai.Si i5vadabuvo pozypadarytai5 lytiniu lqsteliqgenetindsanalizdsir nepriklausomo yra ir zigotoje l4stelese kad lytinese paveldejimo Minti, desnio. mio poZymiai. subfisimo individo b[simojo organizmoplanas,,,uZra5yti" Tik buvo neai5ku, Salininkai. brandinodar preformistaiir epigenezes kaip tai padaryta.Mendeliseksperimenti5kai irode, kad realiai yta paveldimumovienetai.Tai logiSkai5vadai5 nepriklausomopoZymiq desnio: paveldejimo jeigu lytinese lEsteldseyra uZraSytib[simojo individo poZymiai ir kiekvienaspoZymispaveldimasnepriklausomai,tai lytindse l4steldseir zigotoje kiekvienampoZymiuiyra atskiras * veiksnys,genas. pradas,,,uZra5as" savaranki5kas Nei Darvinas,nei kiti paveldimumohipoteziqautoriaijam jokios itakosneturejo.Hipotezdsbuvo pasiilytosveliau,ne 1865m. Termin4 genaspasi[le ne Mendelis.Jis nebuvoterminq klrejas. Tai irgi Dievo dovana.Daugiausiagenetikojeju priklre Beitsonasir JohanPirmasis,kaip mineta, 1906m. ,,pakrikStisenas(W. L. Johannsen). jo" genetik4,o antrasis1909m. paveldimumovienetuspavadinogenais. Vdliau buvo nustaryta,kad nors organizmailabai skiriasigenetin6mis struktlromis,jq paveldejimobldais, dauginimosisistemomis, bet genai yra visq organizmqvisosegenetindsestruktfrrose- tiek branduolio,tiek nebranduolindse. Chromosomin€paveldimumoteorija. Morganasir drozofilos,,era" genetikoje.Prabegovos dveji metai nuo pakartotinioMendelio desnirl atradimo,o 1902m. Setonas(W.Sutton) ir Boveri (T Boveri) suvokdMendelio desniqesmg.Juos lemia chromosomqpasiskirstymas tarp dukteriniq l4steliqmejozdje.Thi buvo Setono diplominis darbas! paveldimumoteorija (Lr. p. 256) Tadiaunuoseklichromosomind Morganoir jo bendradarbiq BridZeso(C. B.Bridges),Sfartevanto z_)

"d's.i' tr"\? ',.'-;ii""-

."g,--$i;

rU1, '\.' I r:' ./'

.i chrrinr,)s,rrn?]

. tl'

'" "'' to,)'1" a

t.r

$" itr.

I {ir.si' ....,,u'"# o. " "i i o,',r$'

:it

";tu,

'

=-j'

'-ltj. tllr.citlt.rr

': "*ft.'n' u.,',,,.-oP .(nlirq.\a'

1.4 pav. Drozofila: viriuje:.,1 - patele, B - patinelisl a p a i i o j e - p o l i t c n i n e s( g i g a n t i n e s ) drozolilosseiliq liaukq lilstcliu c h r c l n r o s o m o sK . o n j u g a v u s i o si r mitozeje. iSskyrusnedidele2-osic'rs c h r r r n r o s o m ods e i i n i o j o p c t i e s scgmentq Salia chromoccntro. ParySkintinedideli pufai ir chromocentrai, kuriais chromosomos sujungtos

X

,4 -

r,,*

Z I

€a.E i j

" .!,ir . nullrt

a,

''rt .'r"rr*,

d ;az

-

\i6; ',

a ':

r'i..o

i thr.'rr'snnr,r d'

')a 'ttar,-t1"i

%. o'%t*. -'oF u.rL,

(A. M. Sturtevant), Miolerio (H. J. Muller) buvo sukurta veliau, l9ll-1919 m. Jos csnre: . genas yra chromosomos dalis; . toje paiioje homologiniq chromosomrlvietoje (lokuse) yra ta_ pat[s arba giminiSki (aleliniai) genai - to paties geno strukt[rinis atmainos; ' chromosomoje genq yrer daug ir visi iisidestE linijiskai. vienas paskui kitq; vienoje chromosomojeesantysgenai pa'eldimi kartu, sukibg; jie sudaro tq paiia sankibos grupg; . kiek haploidiniame rinkinyje yra chromosomq, tiek yra ir sankibos grupiq. AnrZininkai sake: Morganui pasisekc,kad jis ..pasikinke" drozofi14.Si vaisine musele (Drosophilonrelanogaster) labai spardiaidauginasi.subrestaper l0-1,1 dienq nuo kiausineliq padejimo. ?i neiipasakytasprivalumas,palyginri net su \,ienmeiiais augalais.kuriq tyrimq rczultarq reikia laukti 2-3 metus. o k4 kalbeti apie organizmus, kuric bresta keletq metq ar net dciimtmediq! Drozofila turi daus kitu privalLrnrq.Galinra auginli termostatc gricztai valciom o r . n i s q l y g o m i sP . a t i n c l i a ir y i k i a i s k i r i a s in u o p a t c l i q ( 1 . - l p a r . . ) .A p s k r i t a i c h r o m o -

24

somq nedaug - tik 8. o seiliu liauku lasteldsejos ypai stambios,patogios smulkiau tirti - tai gigantin0s. arba politeninds, chromosomos.Drozofilos ,'era" genetikoje nesibaigd. atrandanri ris nauji jos privalumai. Labai daug reiikia ir itin aukitas d r o z o l i l o s g e n c t r k o s1 1 g i s .

atrado ir genetiTirdami clrozofilqMorganasir jo bendradarbiai tipq, kuri jie pavadinokrosingoveriu(angl.crosnds rekombinacijos susikirtimas+ over - per). Keidiamasisegsing - susikryZiavimas, Sie tyrinetojaipasifilemeto' mentaistarp homologiniqchromosomq. nustatyti.Pirmiausiaji buvo d4 genq vietai ir sekai chromosomose nustatytadrozofiloschromosomq(Zr. chromosomqgenolapiai.p. 255). Vdliau chronosomingpaveldimumoteorij4 papilde s4vokagenol71AS.

Genomas - genq visuma haploidiniame chromosomq rinkinyje, platesne prasme - branduolio genq visuma. Bendri d€sniai, sqvokos,metodai. Kai kurie chromosominespaveldimumo teorijos desniai ir sqvokos yra bendri visiems organizmams, o kai kurie i5 jq buvo pritaikyti tiriant kitoki4 genetinq sandar4 turiniius organizmus.Bakterijq DNR molekuld, kurioje yra didZioji genq dalis (arba visi), irgi vadinama chromosoma.Dar pladiau taikoma qenomo sqvoka visoms savarankiskoms(autonomindms) genetindms struktlroms: mitochondriju, plastidZiq,plazmidZiq DNR ir kt. Net Morgano ir jo bendradarbiq metodai labai vykusiai buvo pritaikyti genetinei virusq analizei (2r. p. 49). Taigi visus organizmus vienija Sie rei5kiniai ir struktlros: chromosoma, genas kaip jos dalis, linijine genq seka chromosomoje, genq sankiba, sankibos grupds, genomas' krosingoverio tipo genetin€ rekombinacija. Mutaciju atradimas. Vel de Fryzas. Paveldimieji pokvdiai, kuriuos dabar vadiname mutacijomis, buvo Zinomi seniai ir netgi buvo panaudoti kuriant naujas vaismedZiq,dekoratyviniq augalq veisles. Gyvulininkysteje buvo Zinomos Ankono a\ys trumpomis kojomis, nesugebejusiosper5okti Zem4 fvor4, botanikoje - pakitusios formos ugniaZolds ir kt. Sio tipo pokydius s4ZiningaisuregistravoDarvinas ir juos pavadino neapibr€Ztukintamumu. TaUiaujo evoliucijosteorijoje Sie ookvdiai nebuvo laikomi svarbfis.

25

Perversmqsukelede Fryzo darbai.Jis ilgus metus Wrinejoivairius paveldimusnakviSq(Oenotltera')po$(ius ir wrimq duomenis apibendrinodviejqtomq knygoje,,Mutacijqteorija" (1901-1903). Taiiau de Fryzasneteisingaimane,kad mutacijosyra tik stambts pokydiai ir rD5ysatsirandai5 karto, Suoli5kai. Sis teiginysvisapusi5kai neteisingas, nes pirma, rlSis yra sistema,visuma organizmq,kurie tam tikru bfidu santykiaujasu kitais organizmaisir aplinka,uZima tam tikr4 niSqbendrojeekologinejesistemoje. Tokiu santl,kiqtik del vienos mutacijosatsirastinegali. Jie kuriasi istoriSkai,palaipsniui. yra smulkiosmutacijos. Antra, daZnesnds Indukuotosiosmutacijos.Mutagenai.Morganobendradarbis Mioleris 1927m. Berlynelykusiame genetikoskongreseperskaitesensacing4praneiim4apie tai, kad jis suklre metod4naujomsdrozofilos mutacijomsaptikti, ir irode, kad mutacijassukeliarentgenospinduliai. Tai buvo pirmasisi5ai5kintas mutagenas.1932m. V Sacharovas jog drozofilos mutacijassukeliapoveikischemindmismedZiairode, gomis- jodu, sunkirjq metalqdruskomis.1936m. Blekslis(A. E Blakesle)nustate,kad poliploidij4sukeliai5 rudeniniovelyvio(Colchicum autumnale)i5skiriamasalkaloidaskolchicinas.Thdiaugalutinai cheminiqveiksniqmutageniniveikim4 irode 1946m. J. Rapoportas. Auerbach(C. Auerbach)ir Robsonas(J. M.Robson).Kai kurios alkilinandiosmedZiagos, kuriasjie tyre, yra net stipresnimutagenaiuZ jonizuojandiuosius spindulius. NaujasSiossritiestyrimq etapasir jq vir5[nd - valdomojimutagenezd:tiek natlralioji (specialiqgenq.genetinirlstruktln]), tiek dirbtin6. Pastaruojubldu kryptingaipertvarkomigenai:pa5alinami,istatomi nukleotidaiarba pakeidiamivieni kitais. Molekulindsgenetikospradiia. Morganasir jo bendradarbiai irode, kad genas- ne abstrakcija, o materialusvienetas,chromosomos dalis.Thi i5 karto sukeldspdliones, kuri cheminemedZiaga yra genas. O gal genasyra chromosomos, kaip tam tikros struktiros, dalis? Tada suardZiuschromosom4i5nyktq ir jos genetindfunkcija. 7944m. atsitikoir,ykis,kuris i5 pamatqpakeitene tik genetikos, bet ir visos biologijosraid4. Eiveris (O. A.Avery), Makliaudas (C.M.Macleod) ir Makartis(M. McCarthy)frode,kad pneumokokq (Streptococcus pnelmtone)transformacij4Qr. p.542) sukeliaDNR. Vien4 pneumokokqform4 palyko paverstikita, paveikuspastarosios DNR. Thi pirmasisirodymas,kad DNR yra genetindmedZiaga.Ve26

ur

(T)

.f,

o-l o ^

\

.c-c

" i

o , " r , , n nn ' " ntI c-c "--. o " ''u

l-"'orn "l

po)_,rn-..f--Nfijr Ln2

n

F

NF

[_a

O u

U

H

".-\rl,.i -oH

I CH" I

o I O=P-O

:tl H

-c

(c)

\-r

O P =O

0,, itr111,11|]t

\* tt,rrtnlrfl * N/

\c--N H

-0-

CH2

o O-P=O I

o

ab 1.5 par'. DNR sandara (a) ir sinteze (D): nukleotidai susijungeporomis G = C ir A = T: nauja DNR grandine komplementari senajai; tokios pat nukleotidq sekos grandine prisijungtu prie atitinkamos DNR grandines ir atliekant molekuline DNR-DNR hibridizacij4

liau 5i4 iSvad4patvirtinovirusq biologijostyrimai.I Seimininkol4stelg patenkatik viruso DNR (arba RNR), bet per j4 paveldimos visosvirusq ypatvbes.Be to, iterpusi l4stelglabai atsargiaii5skirt4 viruso DNR arba RNR, joje susidarovirusai. Kokio atgarsio susilaukeEivcrio. Makliaudo ir Makariicl atradimas,byloja tai, kad jau 1946 m.. r'os pasibaigus_Antrajampasauliniam karui' iryko simpoziumas. skirtas tik DNR. Du jo dalyviai Cargafas(E. Chargaff) ir A. Belozerskisirodd, kad DNR yra polimeras, bldingas lvairicms organizmams.

DNR sandarair sintez6.Kitas svarbus[ykis - 1953m. Vatsonas (J. D.Watson) ir Krikas (E H. C. Crick) paskelbeDNR sandaros modeli (1.5 pav.):DNR yra dvigranddmolekuld.Be to, viena grandine yra komplementariantrajai(kai l-ojoje yra G, tai 2-ojoje- C, kai l-ojoje - A, tai 2-ojoje - T), t. y. viena papildo kit4. Viena vandeniliniaisrySiais,toddl grandinesu kita sujungtosnepafvariais viena grandinegali lengvaiatsiskirtinuo kitos. Prie vienagrandZiq susidarytqdvi naujosmolekulds, struktlrq, prisijungusnukleotidams, molekulese vienagrandind naujosiose tokiospat kaip pradine.Be to, bltq sena.Toks sintezesbfidasveliau buvo irodytas.Jis yra pusiau konservatyvus ir vadinamasreplikacija(lot. replicatio- kartojimas).

27

Sito genetikaiseniailauke. Mat logi5kaim4stant, genetindmedZiagaturi sintetintisb[tent kopijavimosibudu. Si Genetiniskodas.Kq lemia genai?Dar vienassvarbus1v.vkis. kart4 hipoteze.1954m. velgi trys mokslininkaiGamovas(G. Ga- Amerikos lietuvis) mov), Ridas (A. Rich) ir M. Yias (pastarasis paskelbegenetiniokodo hipotezg.Pasakjos, DNR molekuldjeyra sekosbaltymuose. uZkoduotosarninorfig5diq Dar gerokaiprie5tai Bydlis(G. W.Beadle)ir Teitumas(E. L. Tatum) nustatd,kad genaslemia vienq konkreii4 reakcijq,katalizuojam4 fermento.1941m. savotyrimq rezultatusjie apibendrinoZinoma teze: I genas- I fermentas.Ji Siuometu yra patikslinta: 1 genas- 1 polipeptidas. Tad iki Gamovoie5kotarySio(paprastaicheminio)tarp DNR ir baltymo.ThdiauGamovokodavimoideja buvo i5 principo nauja ir biologamsbei chemikamsneiprasta.1961m. Nirenbergas(M. W. Nirenberg)ir Matejus (A. Mattaei) suradobld4 genetiniamkodui i5aiSkinti,o Krikas ir Breneris(S.Brenner)i5sprendedaug principiniq genetiniokodo problemq. 1.3.1.GenetikaLietuvoje Nepriklausomai tarpukarioLietuvai,kaip Zemdsukio kraStui,buvo reikalingataikomojigenetika- selekcija.Ji pradetadestl'tiDotnuvosZemdsukio akademijoje.Thi buvo ir Dionizo Rudzinskonuopelnas.Daug metu jis dirbo Rusijoje,Maskvoje,buvo Zemes [kio akademijosprofesorius,katedrosvedejas,Zymausrusu genetikoN. Vavilovo mokytojasir mokslinisvadovas.Pradinesiddjos,kuriaspuikiai pletojoN. Var,ilovas i5 augalqimunogenetikos, genetiniqiStekliqir jq geografiniopasiskirstymo, netolygaus buvo Rudzinsko.Mokslinesekspedicijasgenetiniamsi5tekliamskaupti taip par pirmasisrenge Rudzinskas. Thi nurodoN. Vavilovoveiklosryrinetojai(pvz.,Pe:lruur C. HurconailBaeunoe.Mocrna, 1968).Rudzinskas buvo vadinamasRusijosselekcijostevu.Jis pirmasisRusijojepradejomokslingselekcija, suk[re daug javq veisliq, 1909m. ik[re pirmqyqRus4ojeselekcijos stoti. 28

Lygiai taip pat Rudzinsk4galima vadinti ir Lietuvosselekcijos tevu. GriZgsi Lietuv4, 1922m. jis iklrd Dotnuvosselekcijosstoti ir deSimtmetq jai vadovavo.Sukure40 Zieminiqkvieiiq. avIL4,Zirniu. linq veislirl.Dotnuvos Zemis lkio akademrjojejis skaitd ,,Augalq genetikosir selekcijos"kursq. ThdiauLietuvojenaminiqgyvuliqir Zemdslkio augalqselekcijos pradLia sunku atsekti. Nors ji buvo ir iki Rudzinsko,bet j4 r.ykde megdjai,labiauprakutqdvarininkaiir dvarqvaldytojai.DarZoviq,ypad agurkq, selekcijosrezultataisgarsdjoTiakrtrkaraimai.MaZiausiai8 garsiosobelqveislesyra Lietuvosvietines.Garsls Zemaitukaiarkliai, Dzlkijos deglosioskiaulesir kt. A. Hrebnickis- pirmasisaugalq iStekliqkaupdjasir tyrin€tojas. Genetiniqi5tekliqproblemaLietuvoje.PirmasismoksliSkaiobelq selekcija uZsiemeAdomas Hrebnickis(1857-1941)savo dvare Ignalinos r. (Rojuje).Jis yra pirmasisLietuvojegenetiniqaugalqi5teklirl kaupdjasbei tyrindtojas.Suradoir pirmasisi5tyrevietinesobelqveisbaltqji' ir kt. les 'BerZininkqananas4','Jono pepina'.'Panemunes darbus.Vynmegejaiatliekanuostabius Ir Siuometu selekcininkai medis (A. Pauk5te.P.Gaili[nas ir kt.), abrikosai(A. Urbonas),atvaisa (A. Paketfiras)Lietuvojeatsiradodel jq veiklos.Daugybgdekoramegejai(P.Baldikonis, tlviniq augalqveisliqirgi sukureselekcininkai P.Ciplijauskas, J. Tarrydas,S. Eicher-Lorkair kt.). Tadiaujq veislems vis4 laik4 gresiapraradimopavojus.Net moksloistaigosenei5saugotos ir sunaikintosgenetiniqiStekliqkolekcijos.Toddlviena i5 svarbiq genetikosproblemq Lietuvoje yra kaupti genetiniusi5teklius,juos tirti ir iSsaugoti. Sudarytosir rykdomosaugalqgenetiniqi5tekliqprograma (A. B[dr,ytytd),naminiq gyvuliq genetiniqisteklirl (J. Sveisrys) programos.Bandomaikurti niikroorganizmqkamienqbank4. Sekmingiaukaupiami augalq genetiniaii5tekliai.Lietuvos sodininkystesinstitutasturi didelessodo augalq ir darZoviqkolekcijas (A. Tuinyla,A. Luko5evidius, A. Misevidiltd,M. Baranauskiene). Didelesgrldiniq, pa5ariniqaugalqkolekcijosyra LietuvosZemdirbystes institute.VilniausuniversitetoBotanikossodesukauptosdidelesvaiskr[miu (iniciatoriusA. Ryliikis),geliq (D. Dainauskaite), dekoratyviniq medZiqkolekcijos.Vilniausuniversitetas vienaspirmqjq praddjo kaupti selekcininkqmegejqveisles. Ypad gerai ir apgalvotaitiriami bei saugomimi5ko augalqgenetiniai i5tekliai(V. Ramanauskas, J. Danuseviiius,R. Gabrilavidius).

29

GenetiGenetikaprieSkarioir pokario Lietuvosuniversitetuose. m' 193-5 Tik vdlavo. gerokai universitete ka Kauno Vyiauto DidZiojo Zmopries tyrusi tai (1905-1996), Marija Natkevicaitd-Ivanauskiene gauskraujo grupiq paveldejimq.1935-1940m. kryZminotubes (lzerbascum)g"nii.t rlsis ir tokiu bfidu tikslino jq sistematikq.Tyrimq rezultatusM. Natkevidaiteapibendrinodaktarodisertacijoje.,Geneatliki l/erbuscumir Celsia gendiq tyrinejimai" (apginta ti5kai-sistem Matentatikos-Gamtos .fak.dar1943m., paskelbta:Vilniausunit'ersiteto destegenetikos bai, 1942,t. XIV s4s.2, p. 236-3a5).M. Natkevidaite universitete. Vilniaus m. pat 1948 iki kurs4Kauno,o nuo 1940m. irgi buvo medikai Kauno Vytauto DidZiojouniversitetostudentai su paveldimumoreiksmeligomsper J. Zilinsko,J. BlasupaZindinami Zio, P.AviZoniopaskaitas. prieikario vadovdliai ir leidiniai. Didelio atgarsio, bet nevienareik5miSkoverjoje tinimo susilaukdpopuliari P.sivickio knyga ,.G1voji gamta ir mes". Daug vietos 35-neiiui' atradimo pakartotinio desniq Mendelio problemoms. skirta paveldimumo -50 m. jo mirties ir i0 m. nuo Mendelio darbo pirmojo paskelbimo sukaktims paZ y m d t i b u v o i i l e i s t a ss p e c i a l u sZ u r n a l o . , K o s m o s "n u m e r i s ( 1 9 3 5 m . , N r . ' l - 6 ) . S i o Zurnalo 1936 m. Nr. 4-6 skirtas Dotnuvos selekcijos stoties iklrejo Rudzinsko 70-meciui. Siame ir kitanre populiariame Zurnale ,.Gamta" buro skelbianla gana daug straipsniq genetikos bei selekcijosklausimais. Dotnuvos Zem€s lkio akademija lenke universitetqne tik destymu. bet ir vao 1936 ir dovdliais. 1928 m. K.Aleksa iSleido ,,Paveldejimasg-lYulininkl',stdje", 1939 n. tr. Gimbutiene - .,Augalq genetika". ..Zemes ukio vadovo" gl'ruliq reisi- B. Vitkaus) mo skyriuje (1930 m. 1 leid. - S. Girsoviiiaus. o 1936 m. 2 leid. buvo daug Ziniu ii genetikos.

LysenkizmasSSSRir jo atgarsiaiLietuvoje.Po Antrojo pasaulinio karo ilga laik4 Lietuvojegenetikosnebuvo.Tuo metu Sovietq Sqjungojevyko asrri kova pries genetik4.Gana daug genetikrlbuvo buvo parepresuota,todel dirbti genetikos.citologijossritysetiesio_g (ViVASChNIL po vadinamosios ypad sustiprejo Sispavojus uo3ingu. serugpjtdio m' 1948 Zemdslkio mokslq akademijos) sasEjunginds buvo iteisintaskaip oficiali doktrina ,,soviesiloi. loje lysenkizmas genetika". tind Daug genetikuir juos palaikanbuvo laikomiliaudiesprie5ais. Jos nesilaikantys vardai ir laipsniai.Dalis jiems moksliniai atimindjami i5 <jarbo. buvo atleisti dirjq jq aisiduretremtyje,kalejimuosear buvo fizi5kaisunaikinti.Thip atsitikoN VavigenetikasG' Karjaunas'neiipasa$'taitalentingas iovui. Kalejimebuvo susaudytas i5 tolimosiosaugalu darbais pasaulyje jau pagarseti susp6jgs buvo peienka,kuris

(2r. hibridizacijos sritics. suk[rEs pirmqjq dirbtine augalq genti Rapl'tonobrassica p. a07). Chemincs mutagcnezis atraddjui J. A. Rapoportui buvo atimti visi vardai, jit bu"., atleistasiS darbo (tapo gcologu. geologijos mokslq kandidatu)' Pats genetikosmokslasbuvo paverstasabsurdu.Buvo t'''irtinama,kad paveldimumu pasiZ1'mibet kuri kuno. lasteldsdaleli. Pvz.. paveldimumas.organizmo poZymiai gali persiduoti per metabolitus.Igyti poZymiaies4 paveldimi (propaguotaskraitutinis iamarkizmas;.Ii bct ko galima iiauginti bet ka. tik reikia sudaryti tinkamas s4lygas. Ruiis gali gimdyti kitq r[Si (kviediai- rugius, o Sie- dirses;gegutd kitus pauksiius, jei pastarosiosir esaniios, tai tik laikinai, ir atvlrtseiii). Genu. chromosomq ncs3.,o moksluoseklestejo T, Lysenkos ja taikomuosiuose susijusiuose ir t. t. Biologijoje ir su kultas: ka jis pasake ar padard, buvo Sventa tiesa. Tvirtai buvo kalama, kad yra .,sovietindbiologija", ,.sovietini genetika''.Gcnetika buvo paverstaicleologiniumokslu. Vyko visiSkaizoliacija nuo mokslo pasaulio,didejo biologijos mokslq atsilikimas, kuris ir- dabar dar iauiiamas. Kai kuriose biologijos srityse iki Siol tebdra isigalejusi nuomoni, esa galima iSsivcrstibe genetikos Ziniq.

VASChNILo sesijos.jos anaPraslinkusmdnesiuipo .,garsiosios" logo susilatrkdLietuva.1948m. rugsejo20-22d. vyko Lietuvosmokshl akademijossesija(LieruvosMA iinynas, 1949,t. IV-V). AukStujq molqrkludestytojai,mokslininkaiddstejaunimuiapie genus,chromoaukstqsomas,mitozgir mejozg,todel labiausiaikliuvo universitetrl, jq mokyklq tiek prieikario,tiek pokario destytojams. TaciauLietuvojenebuvoskubamanaikinti biologijosmokslininkus. Autoritetingiausibiologai J. Dagys,A. Minkevidius'M' Natlaikesi P Sivickis,A. Madionislabai kategoriSkai kevidaite-Ivanauskiene, po kritikos o P. Snarskis neigiamospozicijoslysenkizmoatZvilgiu. ,,skraiste"sugebejodestytiMendelio,Morgano,de Fryzo,Johanseno darbq esmQ,ir studentaipuikiaisuprato,kad lamarkizmokritika tinslopinogeka ir T Lysenkai.Vis delto iStisus15 metq lysenkizmas netikosraidq Lietuvoje. Dabartin€genetikosb[kle Lietuvoje.Eksperimentindgenetikapirmiausiapraddtapletoti Vilniausuniversitete- 1963m. This metais m. jauni ivairiq auk(pradetasdestytiir genetikoskursas.1960-1965 J. VaR. Lekevidius, Rubikas, J. V Randelis, tqlq mokyklqabsolventai siliauskas,A. Janulaitis,A. Sinkus,A. Basys,D. Citavidiusistojo i Maskvosir Leningrado(SanktPeterburgo)universitetq,institutqaspirantlr4 ir sudardgenetikosLietuvojepamat4. Siuo metu genetiniaityrimairykdomi Vilniausuniversitete(VU) mokyklose.VU auk5tosiose ir visuosebiologinioprofilio institutuose, Botanikosir genetikoskatedroje(J. Lazutka,R. Lekevidius,V. Ransrityse.VU ir mutagenezes delis ir kt.) dirbamagenotoksikologijos istekliai, genetiniai augalq tiriami ir Botanikossodene tik kaupiami

bet ir buvo sukurta(A. Ryli5kis)11 vaiskrtmirlveisliq.VU Zmogaus genetikoscentre, kuriam vadovaujaV Kudinskas,tiriama Lietuvos gyventojqpopuliacijosgenetindsandara,kai kurios metabolizmoligos,jdiegtaprenatalinds diagnostikos, molekuliniqzondq technologija. Naujagimiqgenetiniaityrimai atliekamiir VU Neonatologijos klinikoje (V Basys). Zmogauscitogenetiniaiir chromosominiqligq tyrimai r,ykdomi Kauno medicinosuniversitete(A, Sinkus).MonografijuiS genetikos sritiesyra skelbgivairiqZmogausligq specialistai J. Lelis (apiepaveldimas dermatozes,1981m.), J.AviZoniene(apie nervq ir raumenq ligas,1990),G. Balevidiene(apie psoriazesgenerik4). Molekulindsmikroorganizmqgenetikospradiia buvo Biochemijos institute.Buvo tiriamavirusqmutagenezd ir transformacija (J. Rubikas).Siuo metu garsdjaR. Nivinskovadovaujama laboratorija,kuri tiria bakteriofagoT* vienosvelivqjq genq sankaupossandar4,veiklq ir valdym4. Botanikosinstituteatliekamiaugalqmolekulines genetikos- DNR paZaidqreparacijos, augalqgenq inZinerijos(K. Cieminis,J. Proscevidius),mieliq kileriniq kamienqgenetikostyrimai. Daugiausiamolekulinesmikroorganizmq genetikossrityjepasiekta Biotechnologijos institute.A. Janulaidiuivadovaujanr, tiriama restrikcijos-modifikacijos sistema,jos komponentqsqveikasu DNR, buvo atrastasnaujas DNR metilinimo tipas bei daug naujq restrikcijos endonukleazitr ir DNR metiltransferaziq. Taip pat lykdoma mieliu genu inZinerija(K. Sasnauskas). Janulaiiioir jo kolegq darbai labai vertinami kitose Salyse. Ekologijosinstitute,Lietuvos gyvulininlrystds institute,Lietuvos veterinarijosakademijojemokslininkqgrupesatliekagenetiniusgy^/uliq tyrimus.Antai Ekologijosinstituteatliekamipauk5diqimunogenetiniai (A. Sruoga,A. Paulauskas), trematodqcitogenetiniai(J. BarSiene)tyrimai. Lietuvosveterinarijosakademijoje(K. Janu5auskas, I. Miceikiene)tiriamasgyvunllpolimorfizmasir citogenetiniaiporydiai priklausomainuo ekologiniqveiksniq. Ir Zemesfikio institutuoseyra genetikoslaboratorijosar grupds. LietuvosZemdirbystes institute,o pastaruojumetu ir LietuvosZemds lkio universiteteatliekamipasariniqaugalqbiotechnologiniai tyrimai (A. Sliesaravidius). Panasius vaismedZiq ir vaiskrlmiq ryrimusatlieka Lietuvossodininlrystds institutas(V. Stanys).Pastarajame, kaip ir Lietuvos mi5kq institute,tiriama atitinkamqaugalqkiekybiniqpoZymiq

institutedirbo ir du produktlviausi genetika.Lietuvossodininlqtstes ypadi5garsejes obelq IpolitasStaras(1905-1966), pokarioselekcininkai per veis(1908-1980), 30 darZoviq suklrgs veislemis,ir JonasMadys ju buvo platinamosuZ Lietuvosribr+. liu. Kai kurios i5 bulviqimuinstitutoVokdsfilialaspagarsejo LietuvosZemdirbystes nogenetikostyrimais(A. Bujauskas).Sukurtos6 nematodamsir ligoms atspariosbulviq veisles. 1966m. buvo lkurta Lietuvosgenetikqir selekcininkqdraugija. Pirmuojuios prezidentu(196G1977)buvoJonasBulavas(1903-t984). suklrgs 25 Lietuvospokario selekcininkq, Jis buvo vienasrySkiausiq javtl veisles.ilg4 laika vadovavoDotnuvosselekcijosstodiai.Thip pat paraSdpirmqli augaluselekcijosvadoveli(1963m. 1-oji; 1970 m. 2-oji iaida). Lietuvosgenetikqir selekcininkqdraugijaorganizuojakonferencijas.simpoziumus, kongresus.1991m. ikurta BaltijosSaliq(Lawija, Pirmuojujos prezidenLietuva,Estija)genetiniqdraugijqf'ederacija. buvo V. Randelis. tu (1991-1993) 1.4.1.Genetikosmetodai chemijos,fizikos,matematiGenetikojenaudojamasiir.'airiausiais citologijos,sistemakos mokslq,kitq biologijossridiq(embriologijos, tikos) metodais.Tadiauyra metodq,kuriuosapibtdinamekaip genetinius.Jie irgi fvairrls,bet i5 ju galimai5skirtipagrindiniusgenetinius metodus 1. Hibridologinismetodas.Jis buvo sukurtaspirmasis.Kaip mineta (Zr. 1.3),ji suklre Mendelis,bet moksluiatradode Fryzas,Korensasir Cermakas.Jo pamatas- dviejq skirtingqpaveldimqformq hibridizacija (gr. h1,bri; -dos - kraujomaila),kryZminimas.KryZminimo produktaiyra hibridai (hibridiniaiorganizmai),hibridinesl4steles (kai suliejamossomatinesl4stelds),hibridinesmolekules(kai kai gaunamihibridiniaigeatliekamaDNR molekulinehibridizacija, nai). NaudojantisSiuometodubltina tureti dvi skirtingas,alternatyvias,klasikiniuaweju - to patiespoZymio(geno)formas,pvz.,gyvulius rudos ir baltosspalvoskailiu, augalusgeltonosir Zaliosspalvos sdklomisir pan. Ii tikrqjq tai ne ',ienas,o grupd metodq. Jie skiriasi priklausomai nuo qenetiniq t1'rimq tikslq. Vienais nustatomi poZymio pavelddjimol,patumai.genq savybis, genq JJ

metodasyra senesnisuZ hibridologinimetod4,bet Genealoginis jo reikSmesuvoktatik suktrus pastarEjimetodE.Jau seniaisudari- gimineskartq (gr. genealogia nejamoskaraliq.didikq genealogijos seka). Lietuvoje puikiai i5likusiRadvilq genealogija.Pats terminas geriausiaiatskleidZiaesmg- sudaromakartq seka.GenetikojeSiuo metodu tiriama, kaip paveldimaskonkretuspoZymis. 1.6 pav. Homeozinds drozofilos mutacijos: kairdjc - Arttcnnapedia(dalis antenos virtusi koja); deiinije - bithorux (dvi krltinclcs victoj vicnos kr[tinclcs ir toddl dri poros sparnrl vietoj vienosporos sparnq) sqveika,kitais - gcno vieta chromosomoje,tos vietos pakeitimas, treti taikomi norint nusprgsti,ar poZymispavcldimas pcr branduoll, ar per citoplazmosstrukt[ras. Metodas skiriasi ir priklausomai nuo objckto, jo gcnctiniq struktlrq, daugininrosi. lytinio proccso ypatumrl, pagaliau nuo objekto genetinis analizesgalimybiu: ar galima kryZminti grynqsiasgcnctincs linijas. ar apskritai galima dirbtinai kryZminti. ar tik tenka apsiriboti tik tuo, kas yra nat0ralu. Tokia 1'ra gamtiniq populiaciju. Zmog a u s g c n c l i k o st y r i m q p a d i t i s .

Siuolaikinejegenetikoje hibridologiniu metodu daZniausiainustatoma homofogija (gr. homoktgia - sutikimas), t. y. tapatumas,panaSumas,giminingumas. Galima nustatyti genomq, chromosomq ir jq daliq, genq ir jq daliq homologij4. Antai genomq homologijE (arba nehomologij4) svarbu nustatvti sistematikoje.Tokiais tikslais Verbascttmr[Sis kryZmino M. Natkevidaitd-Ivanauskicne(Lr. L3). Tiriant Zmogaus ir Simpanzesgenomu homologij4 nustatyta,kad jie beveik nesiskiria (skirtumas 1,5-2,5q.), Tiriant homologijE, galima aptikti tapadiq genq tose organizmrl grupese, kuriose jq nesitiketa. Antai Zinomos drozofilos mutacijos, kai vietoj vieno organo i5silysto kitas. Pvz., vietoj antenos r.1'stosi koja (Antennapediomutacija) arba dvi poros sparnq. vienam drozofilos segmentuivirtus kitu (bitlrcru mutacija). Tokios mutacijos buvct pavadintoshomeozinemis(1.6 pav.). Jas detaliau i5tyrus paai5kejo, kad tai mutacijos genll, lemiandiq vienq i5 pagrindiniq vabzdZiqmorfologijos savybiq - k[no segmentacij4.Visi Sie genai turdjo tapadi4 nukleotidq sek4. Ji buvo pavadintahomeo seka (bloku). Tiriant homologij4, 5i seka buvo aptikta ir kai kuriuose Zinduoliq genuose.Thi buvo netiketumas.MaZa to! Neseniaihomologineshomeo sekai nukleotidq sekos aptiktos ir kai kuriuose mieliu, augalu genuose. 1A

buvo tiriamasdar tada,kai jokios metodupoZymiopavelddjimas Genealoginiu genetikosnebuvo.Antai Habsburgrldinastijos.,etiketd"buvo ,.Habsburgqlupa", Oficialiaidaltonizmo(spalvqskyrimodefekapatinisZandikaulis. tiksliau- i5si5oves t a i ) . h e m o f i l i j o s ( k r a u j o n e k r e S e j i m a sp) a v e l d e j i m oy p a t u m a i n u s t a t y t i d a r XVII-XVIII a. riboje, bet ii tikni.yqSiq poZymiq,bent hemofilijos,pavelddjimo pobudisbuvo suvoktaslabai seniai.PasakThlmudo,berniukaiatleidZiaminuo apijeigu motinosgiminejebuvo nors vienasvyras,sirgeshemofilija.Mat 5i pjaustl"mo, Moterysklasikinetos ligos forma neserga,bet platina liga pavcldimasavotiSkai. tik jq sinums,bet ne dukterims.Dukros poZl'mi(tiksliau- genq).Liga pasirei5kia d i r 2 n i a u s ivari a g c n o p l a t i n t o j o s . Dabar apie tokius po4/mius kaip hemofilija, daltonizmas sakome,

kad tai ,,sukibg" su lytimi poZymiai. Juos lemiantys genai yra tik X chromosomoje (Zr. p. 579). Bent apie 100 pana5iai paveldimq Zmogaus pozymiq prigimtis buvo pirmiausia nustafyta i5 genealogijq. Oficialiai genealoginismetodas buvo pasiulytasGaltono (E Galton). Jis veiksmingas tik tuo atveju, jeigu Zinomi probando (mus dominandio Zmogaus) tdvai ir protdviai (i5 motinos ir tdvo puses) ir kiekvienoje kartoje yra pakankamai palikuoniq, taip pat jeigu turima duomenq apie daugelio Seimq genealogijaspagal mus dominantl pozymi. Genealoginis apra5as pagristas atitinkama Zenklq sistema (1.7 pav.). Spccialiaismatematiniaisgenealogijq fyrimo metodais nustatomas pozy'mio paveldejimo pobldis: ar pozymis dominuojantis, ar recesyvusis,atskiro asmens heterozigotiSkumasir kt. Genealoginismetodas svarbusir atliekant medicining-genetingkonsultacijq. Remiantis genealogijqtyrimais galima prognozuoti paveldimos ligos tikimybg tarp probando giminaidiq, konkrediose Seimose. Stai kodel pastaruoju metu ligos istorijose ira5omi duomenys ir apie giminaidius. Bet, tiesq sakant, Sis darbas atliekamas gana atsainiai, matyt, nepakankamai suprantant jo svarb4. Kita Zmogausveiklos sritis, kurioje taikomas genealoginismetodas,- gvuliq veislininkystd.Genealoginisapra5asyra privalomasveisliniq gyruliq ko$rbes ir veislesgrynumo dokumentas.Paradoksalu,bet veisliniq glvuliu genealogijosir Lietuvoje vedamos labai r[pestingai,

3-5

rI

+

lvtis neZinoma

rn

II nn

probandas

/1

autclsominio reccsp'iojogeno neSiotojai (heterozigotos)

I}_[

flfr #.i.e,u.,nuo U

\o/

o

r\atklntas it\nluo

,T'. zt..

LJJ '.l./

asmeniSkai apZilrdtas,serga

fo

I

lt iltr ]tt{ )l 1L---{[*zlfr,ij

]ll

tr I

\

l - r l l , ^ l L ,

vyras

.1.r

neg\ \ aglmls

neStumas nutraukta santuoka (skyrybos)

.l/ T-

santuoka

,-\--l--] \-/--11

giminiu santuoka

+-il

nesantuokinisrySys

dvisantuokos

s a v a i m i n i sa h t ) r l l s

CFil-:j

dirbtinis abortas

aHt -d-

vaiku skaiiius neZinomas

(-fl *t-

n e Z i n o m aa. r bu','ovaiku

moteris

?

TIOI

asmeni5kai apZiurdtas,sveikas neapZiuretas, tikriausiaisergakaip ir probandas X chromosonrojcesaniio patologiniogeno neSiotoja

/-'\ ( * l -l T ' l

T aft

OT {-Hl -r-

I

nesantuokinis stnus

santuokair iSjos gime vaikai

bevaikesantuoka

ogijq ienklai

Sismetodas kur kas rupestingiau neguZmoniq.Be to. veislininkysteje gyvuliuose, Zalingogenobuvim4veisliniuose ir taip iSvenatskleidZia giamadideliq nuostoliq. metodasvisi5kaiteisetaiyra tarp benBet apskritaigenealoginis dnjq genetikosmetodq. Genealogine(kartu) analizdatliekamair naudojantishibridiologiniubei mutaciniumetodais. 36

Mutacinis metodas.Sio metodo autoriais laikytini Morganas ir jo bendradarbiai.Pirmoji genetiniamstyrimams buvo panaudota drozofilos akiq spalvos mutacija - baltos, nepigmentuotos akys (white angl. baltas). Palyginus normalaus ir v.,hitegenr] paveldejim4, buvo i5ai5kinti ,,sukibg su lytimi" poZymiai,jq prigimtis (Zr. p. 580). Nuo Morgano laikq mutacijosZymimosangli5kaispavadinimais.Tiesa, pastaruoju metu ypad drozofilos genetik4 Qr. 1.1 ir I.2) uZplfido ir kitq kalbq ZodZiai, kaip antai shibire,fushi tarazu ir pan. (visi japonq k., bet angli5kosraSybos). Mutacinis metodas taikomas ivairiais tikslais:

. kaip hibridologines analizdspagrindas- sukurti alternatyviasto patiesgeno atmainas,polimorfizm4:' o normalausir mutantiniogenoveikimuilyginti,geno arba DNR sekosfunkcineireikimei nustatyti; . aptikti naujusgenus. Morganasmutacinimetodqtaike tik pagalpirm4j4paskirti- sukurti pradinl polimorfizm4ir mutantq sukryZmintisu normaliu (arba laukiniu) tipu, Taip genetikojevadinami normalls individai (po\miai). Antrasisir trediasistaikymoatvejaiyra bendriejibiologiniai.Mutacinismetodastaikomasivairiosebiologijossrityse,norint nustatyti, kaip organizmer,ykstalvairusprocesai,rei5kiniai,atskleistijq prigimti, valdym4.Siemstikslamsmutacinimetod4pirmieji labai veiksmingai taike Bydlis ir Teitumas,tirdami ivairiq metabolitqbiosintezg. Vienaspagrindiniqmetodiniqbiologijosprincipq yra veikli4 b[senq lyginti su neveiklia. Thi daroma dviem budais. 1. Proces4,rei5kini galima slopinti inhibitoriais.Antai proflavinas gana selektlviainaikinanebranduolingDNR (plazmidesir kt.); bet ne I; cr-amanitinas slopinaeukariotqRNR II ir III polimerazes, blokuodamaspeptidilchloramfenikolis bakterijubaltymq sintezQ, transferazing reakcijE(Lr. p. 101);CO slopinareakcijas,kuriosedalyvaujacitochromaiP-450(Lr. p.303) ir pan. Thiiau inhibitoriaidaZniausiaiyra svetimiorganizmuijunginiai,veikia ir kitus procesusir yra nuodai. 2. Proces4,rei5kini gali paveldimaislopinti mutacijos.Naudojamos nal mutacijos.Tai tokios genrl mutacijos,kurioms ivykusgeno

37

ju privalumasyra tas. kad paveikla visiSkainutrflksta.DidZiausias sidaroneveiklustik vienaskonkretusgenas.Labai veiksmingaitokio tipo mutacijomispasinaudojoBydlis ir Teitumas. Biochemindsmutacijos,kurias tyre Bydlis ir Teitumas,slopina sintezg.bet lvairts metabolitaiorganizmesinkurios nors medZiagos tetinami per tarpinesgrandis.Kiekvien4ju katalizuojafermentas.o mutaciji koduojagenas.ThigivienodaipasireiSkiandios biochemines jos gali bfiti ir,ykusios visiSkaiskirtinguosegenuose. Pateiksimepaiyzdi i5 drozofilosgenetikos.Drozofilos a$s paprastai yra tamsiai raudonos.Thdiau akiq spalva yra dvieju pigmentq - rudo ir Sviesiairaudono miSinys.Rudas pigmentassintetinamas i5 aminorlgities triptofano per kelet4 tarpiniq reakcijq: triptofanas r'-r'kdotriptofanpiroliazi J blokuoja vermilion mutacija -+ formilkinurenrnas

kinureninformomadaze tinurlin Jl'kdo rykdo kinurenin-3-hidroksilazi J blokuoja cinnabar mutacija -+ . 3 - h i d r o k siink ur en i n a s J rudas pigmentas

Jei tarpinesreakcijaskontroliuojandiqkurio i5 genq in,ktu nrrl mutacija,t. y. nutrlktq visa iuykirlgrandind,alrysbutq Sviesiairaudonos.Tokiosalrysyra ir vennilion,ir cinnabarmutanto.Mutacijq ir kitais genetiniaismetodaisgalima tiksliai nustatytiir,ykiq(reakciju) granding. bfldq bioBiocheminesmutacijosyra vienasiSveiksmingiausiq cheminiq reakcijq eigai, rnetabolitosintezeinusta{uti. b) juos Ji tiriamataip: a) i5skiriamadaugvienopozymiomutantr+; testas,p. 75),nustametodais(Zr.komplementacijos i5tyrusspecialiais sintezg.I5 to galimaapytiksliaisprgstoma,kiek genqlemiamedZiagos ti, kiek gali brlti tarpiniq reakcijq;c) i5 ankstonumatomosgalimos tarpindsreakcijos.Jomspatikrintimutantaipaveikiamigalimaistarpiproduktais. Pvz.,drozofilosvermilionmutantoakiu spalv4 niaissintezds o 3-hidroksikinureninas, kinureninas, normalizuojaformilkinureninas, toddl 3-hidroksikinureninas, cinnabarmutantotik vienai5 SiqmedZiagq 38

reakcijoseiga Siojerudo pigmento sintezdsdalyje tokia, kokia pateikta aukSciau. Suprantama,kad, pakitus akiq spalvai, drozofila neZus, nors gyr,ybingumas gali sumaZdti. Pakitus glvybi5kai svarbiam procesui, biochemine mutacija gali bnti mirtina, Ietali (lot. letalis - mirtinas), tadiau to galima i5vengti davus trtkstamos medZiagos.Thi palyksta padaryti anaiptol ne visq genq mutacijoms. PavyzdLiui, irykus DNR polimerazitl nul mutaciloms, joks metabolitas nepades. Mutacija bus mirtina, nes nutrlrks vienas i5 svarbiausiq gyvybiniq rei5kiniq - DNR sintezd. Santykinai mirtinos ir lealeymutacijos. Tokios keblios padeties i5vengiamadviem bldais, atsiZvelgianti pozymio prigimti. Pirma, gali bfiti naudojamos ne nttl mutacijos, o lealg mutacijos (angl. lealg - i5tekantis, nesandarus).Tai silpniau pasirei5kiandios mutacijos.Geno veikla nera visiSkaiblokuota, toddl mutantai ar bent dalis jq i5gyvena,nors jq glvybingumas sumaZdjgs. Antra, pasinaudojama santykinai mirtinomis mutacijomis. Mutantinis genas yra mirtinas, visi5kai nepasirei5kiavienokiomis s4lygomis (nepermisinemis)ir visi5kai normaliai veikia kitokiomis s4lygomis (permisindmis, angl.permissive- leidZi4s).S4lygos,i kurias reaguoja tokio tipo mutantai, gali blti ivairios: pH, osmosinis s16gis, temperatura. DaZniausiainaudojami temperatflriniai, arba /s-mutantai (angl. temperaturesensitive- jautrus t'). Pastarieji labai veiksmingai naudojami naujiems genams, poZymiams aptikti, irodyti. PatryzdZiu gali b[ti mutantai dna. Tai mutantai, kurie slopina DNR sintezE. Pana5iaikaip biocheminiq mutantq, gaunama kuo daugiau ts-dna mutantq, nustatoma, keliems genams jie priklauso, ir pagaliau, manipuliuojant temperatfrra,- kq lemia normalus genas (arba normali mutantinio geno b[sena). Mutacijomis aptinkami ir nauji genai. Jeigu parl,ko gauti mutaciiq. tai yra genas.o jeigu yra genas.tai yra polipeptidas ar bent RNR, kuriuos genas koduoja. Embrioninds letalds dar neseniaitaikytos tik mutageniniamsveiksniams lvertinti, o pastaruojumetu labai veiksmingainaudojamossuddtingiausiemspozymiams tirti - morfogenetikoje.Tai mutacijos, mirtinos ankstyviausiose embriono stadijose,kai lemiama bendra organizmo sandara,organr+raida. ParryzdLiui,drozofilos bicoid mutacija: du pilveliai i5 vieno ir antro galo ir nd vienosgalvos(1.8 pav.).Suprantama,kad ji Zuslabai anksti,vos praddjusirystytis.I5tyrustokias mutacijas,nustatomi genai, lemiantysesmingiausiusindividualiosiosraidos momentus,

39

kaip pvz.,bicoid atveju nustatoma, kas lemia gradient4 ,,galva- pilvelis". Delecijos.Mutacinio metodo apZvalga nebltr] pak a n k a m a i i S s a m i .j c i g u n c pamindtume delecijq (angl. deletion - iSbraukimas.i5naikinimas). Jos b[na lvairaus dydZio: didesniu ar maZesniq chromosomos segmentq - keliq genq dydZio, p?1.8 pav. Normalus (virSuje) ir mutantinis vieniq genrl, j.t daliq bicoid (apa6oje) drozofilos gemalai (pagal DNR nukleotidq sekq ar C. Nijsslein-Volhard,1977): net pavieniq nukleotidq i3./ - burnos sritis; 2 - uZpakaliniaikvcptukai kritos. Siuo metu delecijos itin populiarios. Jos labai veiksmingai naudojamos konkrediu DNR nukleotidq sekq ir pavieniq nukleotidq reik5mei nustatyti. Ar veiks genas, pvz., iSkritus TAIA sekai? (Zr. p. 90). Kokios butq tokios delecijos pasekmds? Citogenetinis metodas.Jis sukurtas citologijos ir genetikos mokslq sand[roje. Vizualiniai chromosomq tyrimai lvairiq tipq mikroskopais derinami su genetiniais metodais - hibridologiniu, mutaciniu. Citogenetikosir citogenetiniometodo raid4 labiausiaiskatino Morgano mokyklos darbai. Hibridologiniu metodu sudaryti chromosomq genolapiai (linijinis genq i5siddstymaschromosomose),aptikti rei5kiniai - genq sankiba, ,,sukibg" su lytimi pozymiai, krosingoverisskatino mokslininkus ie5koti b[dq, kaip Siuos reiSkinius irodyti ir tirti citologiniaismetodais. Labai svarbusatradimasbuvo politeninds (arba gigantines) chromosomos drozofilos seiliq liaukq lqsteldse (Zr. 1.4 pav.).Veliau jq surasta ir kai kuriq kitq organizmq specializuotosel4stelese. Naudojantis poiitenindmis chromosomomis,buvo galima daugeli svarbiqgenetiniq reiSkiniqpadaryti regimaispro mikroskop4.Pirmiausia - visq tipq chromosomqmutacijas(paveldimuschromosomqsandaros pokydius).TereikiasukryZmintimutantE,kurio chromosomqsandara yra pakitusi, su normaliu individu. Tokioje padetyje homologines chromosomoskonjuguoja savitai (Lr. p, 428). Pvz., jeigu tai delecija (i5kritgs chromosomossegmentas),matytqsi savita kilpa politenindse

40

R c rc r s i j a i i B c r i n o r m a l u

W

;'^w{

Dr igubas Bra.

1

II

1.9 pav. Chromosomq mutacijos pastoviai konjugavusiosedrozofilos seiliq liaukq politenindse chromosomose: / - mutacija Bar: A - normalus scgmentas ir akys. B - segmentaspadvigubejgs (duplikacija). C - segmcntaspatrigubejgs- vadinamasisdvigubas Bdl, segmentas patrigubdjgs ddl krosingoveriol 11 - delecija iSkritqs segmentas apatineje chromosomoje. tada antrojojc normaliojoje konjugavusiojechromosomoje buna kilpa

\ \4

?jlr 't

r{

rA

t

\

tf$ l'i$ *.t

1.10 par. Ziurkdno (Cricetulusgrisens)chromosomos,daZytos arlekininiu b[du: l4stelis paveiktos BrdU, todel daug sescriniq chromatidZiq mainq; kai kurie jq nurodvti rodl'klemis

chromo:,omose, kuriosyra pastoviaikonjugavusios ir somatindse seiliq (1.9pav.,11).Politeninese liaukulqstelese chromosomose galimaiZi[reti netgi nedidelius,geno dydZiopokydius.Par,yzdZiu gali buti Bar (padvigubejimai) duplikacijos (1.9pav.,1). 4I

^l!lf g "Ufl ^llill{ "lfil

"llll ll,ll rrlr lll "ll ll ft ir ryi|1l "l | ,l,l | | 't,l ll It 'lttf (.rs.2o)

c..ll 121-22)

l. lYl

6789

{;.t tt t,!

'11Y ':i

.l,l i t tf

';ffi

abcd 1.12 pav. In situ hibridizacija (a, b) ir chromosomq spalvinimas (c): c - svidres(Lolium nwltiflonnt, skaisdiairoZincspalva)ir eraidino(FestLtca arundinatea) t a r p e e n t i n i o h i b r i d o c h r o m o s o m o s ;g a l i m a a p t i k t i r e k o m b i n a n t i n e sc h r o m o s o m a s (paz-vmeta rodl'klenlis)(iS M. W Humprevs,I. Paiakinskieni,A. R. Janres,H. Thomas. 1998):b - Zmogar.rs chromosomqtelomeros(ii K. N{o1'zes, 1991);c - Tmogauskariotipas, m a t l t i t r a n s l o k a c i j o ts1 3 ; 1 1 ) t. ( 1 1 ; 1 - 5i)r t ( 9 : 2 2 ) .D e l p a s t a r o s i o a s t s i r a n d af i l a d e t { i n e chromosoma (Zr. p. 1-36)1i5 T, Veldman. Ch. Vignon. E. Schrock et al., 1997); d spalvinis diferencijuotas2mosaus ,5-osioschromosomos daZymas:kairdje - normali chromosoma.i'idun'je - su delecija.dcSineje- su insercija(i5 I. Chudoba et al.. 1999)

1.11 pav. Zmogaus (v-vro)kariotipas: Dvieju daZymobldu - iitisinio (kaireje) ir diferencinio(deiineje) palyginimas.DaZant diferenciniu budu ealima atskirti vienodq matmcnu chromosomas.pvz.. 2l-qja ir 22-qq

Diferencinis chromosomq daZymas- vienas didZiausiu Sio Simtmedio citologijos atradimq. Jis 1'ra dviejq tipq. Galima per vis4 chromosomos ilgi skirtingai dairyti nauj4 ir senq DNR grandines. Tai pav.).Antras daZymobtdas vadinamasisarlekininis dazymas_(i.10 skersindmisjuostomis, ruoZais.Sis b0das kartais Zargoni5kaivadinamas bendingu (angl. band - ruoZas, juosta). Dazrymo bfidai labai ivairls. Tai priklauso nuo to. kokius chromosomossandaros(per jos ilgi) skirtumus metodas i5rySkina.Gali tai blti skirtinga chromosomos daliq kondensacija,specifiniq DNR sekq ir netgi kurios nors nukleotidq poros (A-T ar G-C) sankaupa. Kiekviena chromosomq pora Siuo diferencinio daZymo metodu nudaZomaskirtingai. Thigi galima nustatyti (identifikuoti) chromosomas, atskirti jas pagal nusidaZymopobudi (1.11 pav.). Daiant iStisai, daZnai vienos chromosomq poros negalima atskirti nuo kitos del jq dydZio ir formos panaiumrl. Antai Zmogaus2i-oji chromosoma. kurios pokyiiai lemia Dauno lig4 Qr. p. 425), iStisai daZant nesiskiria nuo 22-osioschromosomos,bet visi5kai imanoma jas atskirti daZant diferenciniu bDdu. Hibridizaciia in situ (lot. buvimas vietoje) yra labai veiksmingas Siuolaikinescitogenetikosmetodas.Jis sukurtascitogenetikosir molekulines genetikos sandfiroje.Tai molekuline hibridizacija ant citologiniq preparatq. Pirmiausia Sis metodas pritaikytas I9'72m. Zmogaus hemoglobino genq vietai chromosomosenustatvti. Nuo to laiko hibridizacijairt situ nepaprastaispardiaitobuleja. Atliekama ne tik

DNR sekq, bet ir genq produktq polipeptidq ar RNR hibridizacija irt sittt. Pastaroji 1'padsvarbi ontomorfogenetikoje.Netolygus morfogenezdsgenq produktq (RNR. arba balrymu) pasiskirstymastoje paiioje lqstelejear tarp dukteriniq lqsteliq dainai lemia morfogenezesontogenezeseig4 (Zr. p. 361), Nlolekuliniai zondai. Kaip zondas hemoglobino genq vietai nustafyti buvo naudojama zymeta radioaktyviaisiaisizotopais hemoglobino mRNR. Dabar zondais naudojamosDNR atkarpos. Kuriamj neradioaktr,viejizondai. Jq prisijungimo viera nusratoma naudojant liuminescenciniusdaZusarba antiklnus, arba ir viena, ir kita. Molekuliniais baltymq zondais yra antikunai. Zondo prisijungimo vieta nustatoma liuminiscenciniu mikroskopu. i996 m. atrastasnaujas puikus bfldas dazlrti chromosonrasi5 karto keliais fluorochromais (liumenescenciniaisdaZais)- chromosomq spalvinimas.Kiekviena chromosomanusidaZoskirtingomisspalvomis. Labai patogu aptikti chromosomq sandaros pokydius arba atskirti vien4 genoma nuo kito (1.12 pav.). Lietuvoje 5j metodq yra jvaldZiusi l. Pa5akinskiene. Zondq technologijaiS esmes pakeitd genq ir jq daliq nusrary'mo strategijq.

42

+-)

I I I

-.--

Geno ar jo dalies viet4 galima nustatyti turint tik jo produkt4 polipeptidq, be to, nebltinai to paties organizmo. Technologijatokia: pagal aminorlg5diq sekq polipeptide i5 genetinio kodo lenteles (Zr. p. 55) nustatoma nukleotidq seka, kuri turetq koduoti 5i polipeptid4, ir po to automatizuotai sintetinama DNR seka. Ji padauginamapolimerazinds grandininds reakcijos bfidu (Zr. p. 116), Zymima fluorescuojandiqja medLiaga ar medZiaga, reaguojandia su antiktnu. Thi ir yra molekulinis zondas. Zondai sintetinami ir nuo RNR matricos. Sintezei naudojamasfermentas atvirk5tind transkriptaze (Lr. p. 110). Zondais gali b[ti naudojamosnukleotidq sekos,klonuotos i5 kitq organizmq, net i5 labai tolimrl. Tokio zondo palyzdys yra mindta homeo seka i5 drozofilos homeoziniq genq. Dirbtines chromosomos. Molekulines genetikos ir citogenetikos sandlroje buvo padarytas dar vienas stambus i5radimas - sukurtos dirbtines chromosomos (Zr. pladiau p. I72). Jos naudojamos genomui rekonstruoti ir genq veiklai tirti. Citogenetiniq metodq galimybes dideja tobulejant ne tik genetiniams metodams, bet ir citologinei irangai. Lazerinio mikroskopo spinduliu sunaikinamoskonkredios l4stelesar jq dalys arba chromososmos ar jq dalys. Liuminescenciniu digitaliniu mikroskopu vienu metu nustatoma dviejq skirtingq molekuliniq zondq vieta. Televiziniu mikroskopu (arba vadinamqjaNomarskio technika) tiriamos gyvosios l4stelds,o stebejimai ira5omi i vaizdajuostg.Kai kuriq nedideliq organizmq, pvz., nematodo Caenorhabditiselegans,iraSytavisa raida nuo zigotos iki subrendusioskirmelaites. Kompiuteriniais mikroskopais daugelis citogenetiniq fyrimq (chromosomq identifikavimas, sandaros tyrimai, chromosomq pokydiai ir kt.) atliekami automatizuotai.Pagaliau citofotometru, kuriame tiriamoji medZiaga prateka, galima i5skirti konkredirl chromosomq frakcijas. Matematinis metodas labai rezultatyviai taikytas dar Mendelio. Veliau jo galimybes praplete Galtonas (F, Galton) ir Johansenas (W. L.Johannsen) kiekybiniq pozymiq paveldejimui tirti. Ypad svarbus matematinis metodas populiacijq genetikai. Galima teigti, kad populiacijq genetika - tai matematine genetika. Kitose genetikos 5akose matematinis metodas irgi labai svarbus.Thip yra, pvz., skaidiuojant, ar nukrypimas nuo Mendelio desniq yra prieZastinisar atsitiktinis - del nepakankamo i5tirtq palikuoniq skaidiaus(Xt, Lr. p. 599). Thigi Siuolaikin€s genetikos ypatybd yra ta, kad rei5kiniai, procesai, poZymiai tiriami visapusi5kai- naudojantis ivairiausiais metoAA

++

dais. ParyzdZiui, Zmogauspopuliacijostiriamostokiaismetodaiskaip polimerazindgrandinindreakcija,molekuliniaizondai ir pan. 1.5.1.Genetikosmokslo reik5md Genetikosmoksloreik5mepapasakota auk5diau, be to, ji bus aptariama kituoseSiosknygosskyriuose,tadiauglaustaiji yra: 1. Paiintind - padeda paiinti, suvokti svarbiausias gyvosiosgamtos salybes(paveldimum4,kintamum4,individualiosios raidos mechanizmus). 2. Genetikosmokslai tiria, kaip paveldimi ZmogauspoZymiai, t. y. padedaZmoguipaZintipati save.KiekvienasZmogusyra Siek tiek genetikas,nes sprendZia,i k4 pana5lsjo paties,giminiq, kaimynq vaikai. Thm tikras genetikosZiniq minimumas apie save yra butinas kiekvienamZmogui. 3. Atskira taikomojiZmogausgenetikossritis yra medicinindgenetika. Ji atskleidZia paveldimqligq esmg,susirgimotikimybg,galimus gydymobudus.Paveldimosios ligos,imunitetasyra ne tik Zmoniq, bet ir Zmogausauginamqnaminiqgyvunr+ bei Zemes[kio augalq problema.Pagaliaumums svarbuir sveiki mi5ko medZiai,grybai, laukiniai gyvuliai ir kt. 4. Taikomojigenetika- selekcijayra labai svarbiZmogausveiklos sritis.Nes4moninga selekcija,nors ir rykdoma toliau, negali konkuruoti su genetiniaismetodais,specialiaisukurtaisnaujoms augalq, gyvlnq veisldms,mikroorganizmq kamienamskurti. Be to, naujiejimutagenezds, poliploidijos,somatiniql4steliqhibridizacijos, genq inZinerijosmetodai atveria naujas galimybeskeisti, perwarkyti genomus ir genus. 5. Genetikayra pagrindassvarbiomsekologijosproblemoms,tarp jq pagrindineiekologijosproblemai- organizmosantykiosu aplinka problemaisprgsti.Genetiniaismetodaisnustatomasaplinkosir vidiniq veiksniqgenotoksi5kumas, numatomospriemondsjam sumaZinti ar net visi5kaijo i5vengti.Taigi genetikaatskleidZiaatsakoi aplinkospoveiki,adaptacijosmechanizmus.

A. GENOMAS II. DNR - GENETINE MEDZIAGA. GENO SANDARA IR VEIKIMAS 2 . 1 .D N R - genetindmedZiagair genetiniskodas (1.2.3),genetiniskodasyra vieKaip minetaistorinejeapZvalgoje genetikos,ko gero, ir apskritaiXX amZiausmokslo nas stambiausiq atradimq. Pagrindiniaigeno ir genetiniokodo atradimomomentaiyra tokie: 1. Mendelis irodi, kad yra paveldimumovienetasgenas,o Morganas ir jo bendradarbiai- kad genas yra chromosonlosdalis. Todel visi5kai nuoseklus buvo klausimas.o kas yra genas chemi5kai? PradZioje manyta. kad tai baltymas, nes nukleortgStysbuvo labai menkai i5tirtos. Net manyta, kad jos nera polimerai. Vienas i5 teigiamq Sio etapo rezultatq - buvo numatvtos pagrinTai stabilumasir ypatingas sintedinds genetindsmedZiagossarryb6s. zis budas kopijavinasis. Naujos molekulds turi b[ti senosiosmolekulds kopijos. 2. lrodyta. kad DNR (kai kuriq organizmq, pi'2.. augaliniq virusq, - RNR) yra genetinemedZiaga,perduodantipaveldimuspoz,vmius. Pirmasisirodymasbuvo bakterijq transformacija.J4 atrado anglq bakteriologas Grifitas (E Griffith), nustatgs,kad viena bakterijq kamiena (R) galima paversti(transformuoti)kitu (S), paveikuspastarqjluZmu5tomis S kamieno l.lstelemis.Veliau jau kitq mokslininku buvo nustatyta, kad transformacijrlgalinia gauti ir S kamieno ekstraktais.Pagaliau 1944m. Eiveris, Makliaudasir Makartis ryZosii5ai5kinti,kokia medZiaga ekstrakte yra veikli ir sukelia transformac44.Kad tai DNR. buvo netikdtumas,privertgs naujai iStirti DNR salybes.Taip paaiSkejo,kad DNR yra polimeras,b[dinas ivairiems organizmams. Buvo ir kitu irodymq, kad DNR yra genetin€ mediiaga. Her5is ir Ceiz i5aiikino,kaip i lqstelgpatenka virusas.Pasirodo.kad ne visas. o tik jo vidine diilis - DNR arba RNR. Nepaisant to. paveldimos visos viruso ypatybes.Frenkelis-Konratas(H. Fracnkel-Conrat),nustat6, kad virusq infekcijq galima gauti Sr,elniaii5skirtaisgrynos RNR preparatais.Pana5[sbandymaisekmingaiatlikti ir su virusine DNR. 46

Lemiiinras irodvmas. kad DNR yra genetine mcclZiaga,buvo jos reikSmdsorganizmuinustatvmas- genetiniskodas. baltymq sintezd. 3. l5ai5kinta,kad DNR yra genetinis kodas. Nustatyta, kad DNR nukleotidq sekomiskodudamos aminor[gidiq sekos polipeptiduose. Kertinis j',ykis buvo pati genetinio kodo ideja, kuri priklauso fizikui teoretikui Gamor,ui.1954 m. jis kartu su Ydu ir Ridu paskelbegenetinio kodo hipotezg.Bet. kaip mineta, priei tai buvo irodyta, kad genas lenria aminor[gSdiuseka baltymc. PirmiausiaBydlis ir Teitumas nustate.jog 1 genas- 1 baltymas(polipeptidas). Po to 5ia idejil ypad sustiprino mutantiniu baltymq tyrintai. Mutantiniuose baltymuose vra pakitusi aminorfg5diq seka. Thi daugiau ne biologu. o chemijos ir fizikos specialistqIngremo (V. M. Ingram), Polingo (L. Pauling).Sengerio(F. Sanger)atradimai.Pastarasissurado pirm.{i zirninortgSiiusekos balrymuosenLlstarvmobldq, o Ingremas ir Polingas.be kitq labai stambiq ir svarbiu baltymq sandaros atradimq. iStvrepaveldim4Zmogauseritrocitu anomalijq- siklemij4. Siklemija - vicnas i5 maZakraujystes tipq. Ji taip pavadinta del neiprastospjautur.'o(angl. .ricle- pjautuvas)formos eritrocitq (2.1 pav.). Vieno i5 hemoelobinopolipeptidu.butent B-polipeptido,6-ojojepadet1,jevietoj ipriistosnormaliam p-polipeptiduiglutamo rug5tiesyra valinas. Sr savybcstabiliaipaveldima.Ths pat yra ir kitq mutantiniqbaltymu. Vadinasi. aminor[gStiq seka baltyme paveldima. Thigi genas turi lcmti aminorlgidiq sek4. 1961 nt. Nirenbergas ir Matejus surado bhd4 genetiniam kodui iSai5kinti. 4. Nustatytzt, kad DNR sintetinama kopijavimosib[du. Tai irgi visq lauktl genctindsmedZiagos savybe. PradZia padaryta 19-53m. Vatsoi. I par'. Siklemija tpjarrturin6 maiakrauj-vst€): ncl ir Kriko, kuric nustak a i r e j e - n o r n r a l a u sZ n r o s a u sc r i t r o c i t a i .d c i i n c te. kacl DNR sudarytaii 1 c - s c r q a n i i o j o m a Z a k r a u j v s t c .h t r n r o z i g o t i n i o r l ri c . j u k o m p l e m e n t a r i q Znrogauscritrocitai

4l

vandeniliniais grandiniq,sujungtqtarpusavyje nepatvariais rySiais(Zr. jq, grandinds gali pav.). viena nuo kitos, leng""aiatsiskirti 1.5 Pasak gali suir, i5 aplinkosprie senqjqgandiniqjungiantisnukleotidams, sidarytidvi naujos,visi5kaitapadiossenajaiDNR molekules.DNR sandaragarantuojane tik sintezgkopijavimosibtdu - replikacij4, stabilumE. bet ir dideli genetinesmedZiagos

t

lh.t r ot l

2.1.1.Genetinio kodohipotezd ir kodonas Kodavimohipotezd.1954m. Gamovo,Ydo ir Rido genetiniokodo hipotezdjebuvo numafytosvisospagrindinesgenetiniokodo vpatybesir problemos.Pirmoji- keliq nukleotidqderinyskoduojavien4 vien4 aminorug5tikoduojatrijq nukleaminorflg5ti.Pasakhipotezds, yra 20, o nukleotidqDNR otidq derinys tripletas,nesaminorDg5diq molekuleje- tik 4. Vadinasi,jeigu vienq aminor[g5tikoduotqvienas nukleotidas,b[tq uZkoduotostik 4 aminorlg5tys.Jeigu aminorfig5tl koduotq du nukleotidai,tai 42 = 16. Taigi bDtq tik 16 deriniq. Tadiau deriniq po 3 nukleotidussusidaro43 = 64, toddl neaiSku,ar (toks kodasbutq nei5sigimgs), dalis tripletq nekoduojaaminorug5diq ar vienEaminorug5tlkoduoja keli tripletai,- toks kodas i5sigimgs. Siole hipotezdjebuvo keliami dar 3 klausimai: . ar kodasyra nesanklotinis, ar sanklotinis.Palyzdiiui,pirmuoju atveju galima bfitq skaityti: CAT CAT CAT -.,., antruoju - QAI-CAT -...; . ar kode yra kableliai,t. y, nukleotidai,kurie patysnekoduoja aminor[g5diq,bet atskiriavien4 koduojantijiZenklqnuo kito; . ar kodasyra universalus,t. y. jis yra visq organizmqvienodas. Visa tai reikdjo i5ai5kintibandymais.Kaip nustafytidaugelibendrqjq genetiniokodo ypatybiq,sugalvojoKrikas, o eksperimentiSkai tai i5sprenddBreneris(S.Brenner)ir jo bendradarbiai. Jie labai sekmingai panaudojobakteriofagoTrrII mutantus,kuriuosgavo paveikg virususakridinodaZais.SiosmedZiagos DNR sukelialabai savitus pokydius:DNR molekulejeviena nukleotidqpora arba iSkrinta,arba Siuo atisiterpia.Thi rdmelioposlinkio (angl.fi'ameshift).mutacijos. veju kodo skaitymasgenoribosepasislenka viena nukleotidqpora, ir genastampa neveiklus(nul mutacija). 48

ll

r#

/'-\ -() T1t

.r.

ti7

ir .,,1 B

\

ll Ii

o o S

trr a 2.2 par'. Bakteriofago T4 r11 mutantai: deiineje - Eschcichin coli testeriniu kamienq sistemabirktcriofago T4 r11 nrutantams iclcntifikuotil kaireje - dimds ant E. toli B kamieno rr - normalaus T-1 (smulkios) b - rll mutanto (stambios)

Testavimo sistema r11 mutantams atpaiinti. Tarp T eiles virusq pasitaiko mutantU, kurie greidiau lizuoja bakterijq sieneles.Jie pavadinti r (angI. rapitl - greitas, smarkus). Siuos mutantus galima dar detaliau sugrupuoti pagal tam tikrus E. coli kamienus B, K ir S (2.2 pav.). I5auginamaE. coli kultura taip. kad i5tjsiniu sluoksniu clengtu Petri lek5tcles pavir5iq. Susidaro vadinamasisgazonas. Ten, kur ant gazono pakliDva bakteriofagasT", atsiranda dimd, nes virusas lizavo (.,iSedi") E. coli l4steles.Normalus T, bakteriofagasvisus iiuos kamienus lizuoja vienodu tempu. Atsiranda sntulkios demes (nelabai aiSkiaiskraitais, paveiksle neparodyta). K grupes kamienq rll mutantai visai nelizuoja (K yra kamientl grupe), o S kamienq lizuoja nornialiai. Stambios demes susidaro rll uLkrltus E. coli B kamien4. Taip rlI mutantai atskiriami nuo kitq r mutantq (rl, rlll). Sia bakteriofago T.,r11 aptikimo sistemEir viruso genetinds analizds pagrindus sukurd Benzeris.Ypad svarbusgenetiniam kodui tirti buvo komplementacijostestas. Sis testas buvo anksdiau sukurtas auk5tesniqjq organizmq genq funkcinei sandarai tirti (Zr. p. 75). Siekdamas tq padiu tikslq. Benzerisji pritaike virusams.Juo grilima nustaryti, keli genai (funkciniai vicnetai) lemia poZymi. Konkrediai bakteriofagoTrrll rajonui tirti komplementacijos(cistrans-) testas buvo taikomas taip: 1. Sukurta didele bakteriofago T, rll mutantr| kolekcija. Visi mutantai buvo vadinamieji savarankiSki. t. v. jq kilme buvo nepriklausoma, pvz., iSskirti i5 skirtingq

19

kultlrq ir pan. Per 10 veiklos metq, nuo 1953 m., Benzerio kolekcijoje savaranki5kqr11 mutantq susidard per 2 tlkstandius. 2. Dviem savaranki5kaisrll mutantais buvo uZkrediamata pati E. coli K kamieno kultlra. 3. Pagal komplementacijos test4, kai panaSiai atrodandios mutacijos yra skirtingrl genq (funkcinirl vienetq), mi5rioje kultlroje turdtq pasireik5ti normalus pozymis. Taigi E. coli K kamieno gazone turdtq atsirasti smulkios demes. Kai rII mutantai yra to paties funkcinio vieneto, turetq pasireik5ti mutanto sarybes. Tada ant E. coli K kamieno gazono visai nebfitq demiq. Sitaip atlikus analizg, visus bakteriofago T, r11 mutantus teko suskirstyti I dvi grupes. Taigi rll rajon4 reikia dalyti ! dvi dalis, I du funkcinius vienetus (genus).Benzerisjuos vadino cistronais(nuo cistrans-testo). Tadiau dabar vel sugrlZta prie klasikinio paveldimumo vieneto pavadinimo genas. Benzeris bakteriofago TrrII mutantams pritaike dar vien4 auk5tesniqjq organizmq genetikos metodq (Lr. p. 258) - tirti vien4 i5 rekombinacijos tipu - krosingoveri ir pagal ji nustatyti muracijq vietE gene (chromosomoje). Bakteriofago T., rekombinacija irgi buvo tiriama uZkrediant t4 padi4 E. coli kultur4 dviem savarankiSkais to paties geno rII mutantais (patikrintais komplementacijos testu). Retkardiais uZkrdtus to paties geno dviem r11 mutantais, atsirasdavo normaliai K kamien4 lizuojandiq virusq. Atsiradg pokydiai buvo paveldimi, toddl buvo nusprgsta, kad normalfls virusai - rekombinacijos rezultatas. TLro tarpu komplementacija yra laikinas rei5kinys. Jis trunka tik tol, kol du nealeliniai genai sqveikauja tarpusavyje. Breneris ir jo kolegos tiesiogiai naudojosi Benzerio tyrimais. Jie tyre krosingoveri, todel buvo svarbu, kad rII mutantai b[tq to paties funkcinio vieneto. Primename, visi genetinio kodo analizei naudoti rII mutantai buvo gauti paveikusbakteriofag4 T, akridino daZais.Del Siq mutagenq i5krinta ar isiterpia nukleotidq pora. Kodonas. Kaip mineta, tos genq mutacijos, kurioms lr,ykus gene iSkrinta ar i ji isiterpia viena nukleotidq pora, vadinamos (skaitymo) rdmelio poslinkio mutacijomis. Tokio pavadinimo prasmg ir kitus kodo pokydius lengva suvokti uZra5iusDNR Kriko pasillytu pusiau humoristiniu budu CAT CAT CAT - ..., (angli5kai,,kate" ,,kate" ,,katd"...). Geneti5kai Sios ,,katds" - nesqmond,bet toks raiymo bldas labai padeda suvokti ivairias situacijas.

50

Tarkime, kad gene iryko iSkrita (iSkrito nukleotidq pora):

El CAT1ATC ATC ATC ATC AT-... (iskrita) (kodassutrikgs) arba intarpas(isiterpenukleotidqpora)

trJ

CAT CTA TCA TCA TCA-... (intarpas) (kodassutrikgs) Abiem atvejaisnuo paZaidosvietosvisq tripletq skaitymaspasislenkaper vien4 nukleotid4.(PriimamaGamovoir kt. hipotezd,kad vienqaminortgStikoduoja3 nukleotidqderinys.)Stai kodel Siosmutacijosvadinamosremelio poslinkiomutacijomis. Krik4 sudomino tai, kad, kryZminantmutantus tarpusavyje,kartais rekombinantaiyra mutantiniopozymio- rII, o kartaisnormalls. Jam kilo mintis, kad Sisrei5kinyspriklausonuo to, kokio LenklorII mutantai tarpusavyjekryZminami.Kai kryZminamidu tokio paties Zenklomutantai,kuriq pakitusiamegeneiSkritusi(-) nukleotidqpora. saunamasrekombinantas su dviem i5kritomis:

tr

CATTATC ATCTTCA TCA T-... (dvi i5kritos) (kodassutrikgs) o sukryZminus du mutantus,abu su intarpu (+), gaunamasrekombinantassu dviem intarpais:

EJ

trJ

cAT C(nA TCA (A)TC ATC ATC AT-... (du intarpai) (kodassutrikgs) kai pavyksta Abiem awejaiskodas sutrikgs. minti du skirtingqZenkh;mutantus intarpas (-

g

CATIATC (T)AT CAT CAT eAT-... (i5kritair intarpas) (Ikiko reversija) 51

arba

ttrt-p"r tr i5krtt,G

A. TRYS ISKRITOS Du mutantai

tr

_T-L

CATtATC ATC ATC ATC AT- (koiiassutrikqs) ir

E

C A T C A T c t r c A T C A T C A T - . . . ( k o d a ss u t r i k q s ) Jq rekombinantas: C A T A T C T C A T C A T - . . . ( k o d a ss u t r i k q s ) Trediasisrnutantas

CAT CG)A TCATCATCAT eAI-... (intarpasir iSkrita) (Kriko reversija) Abiem atvejais(i5kritair intarpasarbaintarpasir iSkrita)gaunami rekombinantai, kuriq kodasgenetik labaimaZojedalyje(jeigu paLaiyra dos viena arti kitos) sutrikgs,vdl atsistatoCAT CAT CAT-... Pana5r-rs dalykaigali ',ykti ir del mutacijq,pakartotinaipaveikus remelio poslinkiomutantusakridino daZais.Dvigubq to patiesZenklo mutantq (i5kritair i5krita,- ir -, arba intarpasir intarpas,* ir +) kodasbus sutrikgs,o prieSingoZenklodvigubqmutantu (iSkrita ir intarpas,- ir *, arba intarpasir iSkrita,* ir -) kodo skairymas atsistatys. Tai viena i5 griZtamrjqmutacijqrfiSiq.Kadangijas pirmasis i5ai5kinoKrikas, tai Sio tipo griZtamosios mutacijosvadinamos Kriko reversijomis.Thip vien4 DNR paLaid4neutralizuojaantra tame padiamegene,tik kitoje vietoje. Pagal auk5diauiSdesrytas rekombinantqypatybes- ar rekombinanto pozymisnormalus(+ - arba - *) ar mutantinis(- - arba + +), - visusremelioposlinkiomutantusgalimasuskirstyti idvi grupes: + (intarpas)ir - (iSkrita).Taip ir buvo padarytasu bakteriofago T, r11 mutantais. Sismutantqgrupavimas ir pravertdtirti genetinikod4,pirmiausia nustatyti,keliq nukleotidqderinyskoduojavien4 aminorrlg5ti. NuosekliaikryZminantbuvo gauti rekombinantaisu ivairiu to patiesZenklo paZaidqskaidiumi. Pirmiausiatarpusar,yje buvo sukryZmintidu vienodo Zenklo rekombinantai(2.3pav.). Rekombinantas turejo arba dvi i5kritas(2.3 pav.,A) arba du intarpus (2.3pav.,.B). Kodas buvo sutrikgs.Rekombinantq poZymis mutantinis (rlD. Po to tokie rekombinantai vel kryZminti su atitinkamu (i5krita arba intarpas) mutantu. Rezultataipatvirtinotai, ko tikejosiKrikas.Kai visi trys mutantai to patiesZenklo,rekombinantosu trimis paZaidomis kodasatsistatd, ir pozymisbuvo normalus(2.3 pav.,A arbaB). Tik svarbu,kad visos paZeistosvietos bltq arti viena kitos, nes genasnuo pirmosiosiki trediosiospaZaidosyra pakitgs.Kriko reversijagali lr,ykti tik tada. kai paZeistanedidelegeno dalis.

tr

CAT C.{T CATTATC ATC AT- (kodassutrikqs) Trijq mutantqrckombinantas

cATtATCtrtlr

cAT cAT cAT- ... (kodas

atsistato) B. TRYS I\TARPAI Du mutantai

i=t I

CAT C(T)A TCA TCA TCA T- ...(kodas utrikqs) tr

E J

CAT CAT C(C)A TCA TCA TCA T- ...(kodas sutrikqs) .Iq rekombinantas CAT C(T)A TC(C) ATC ATC- ...(kodas utrikqs) T r e i i a s i sm u t a n t a s

ir T

CAT CAT c A T ( n c . { T C A T C A T - . . . ( k o d a s

sutrikqs) Tnjq rlutantqrckornbinantas rtsisrato) c.{T _ _ _ _q(DA Ta(O.{T(A c{T cAT cAT- ...(kodas 2.3 par'. Nuosekli rekombinacija tarp trijq to paties ienklo mutantq: k o d a s a t s i s t a t o k. a i l i k u s i o j eg e n o d a l l ' j ev c l s k a i t o m o s . . k a t e s C " AT CAT CAT-...; ulra(\'ta tik viena DNR grandinil isiterpg arba i5kritg nukleotidai kvadratc

<)

,s3

L

Tai, kad i5 karto i5kritusarba lsiterpus3 nukleotidamsatsistato kodas,irodo,jog vien4 aminor[g5tikoduojatrijq nukleotidqderinys. I5kritusarba isiterpustik vienamkoduojandiamnukleotidqderiniui. o i5kritusarba isiterpusmaZiauar genasbus tik i5 daliespaZeistas, daugiauuZ koduojantiderini nukleotidq,gene sutrinkavisq po paZeistosvietos esandiqkodonq atpaZinin-ras. vaTiijq nukleotidq derinys,kuris koduoja vien4 aminorfrgSti, dinamaskodonu.

1.1. lenteld. Universalusis (prokariotq chromosomosir eukariotq branduolio chromosomq) genetinis kodas Pirmoji pad6tis 5'-calas

U U

C

Mutacijq metodu taip pat buvo lrodyta, kad geno viduje nera kableliq ir kad kodasyra nesanklotinis. ir patikrinimasbiocheminiais 2.1.2.GenetiniokodoiSaiSkinimas metodais Genetinio kodo i5ai5kinimas.1961m. Nirenbergas ir Matdjus surado b0d4, kaip i5ai5kinti, kokias aminorfigStiskoduoja konkretls kodonai. Pasinaudotavadinamqjanel4stelinesistema.Thi frakcija, kuri lieka nusodinus ultracentrifuguojantvisus organoidus, i5skyrusribosomas. Priddjusije ATP (butinas energijosSaltinis),Zymetqjqaminor[g5diq ir virusinesRNR, ryko polipeptido sintezd.Kontrolei panaudojusdirbtini poliribonukleotid4,sudaryt4vien i5 uridilo rfig5ties- poli U (poliuridilo rtg5tis), taip pat vyko polipeptido sinteze.Bet polipeptidasbuvo tik i5 fenilalanino. Bandant kitus dirbtinius poliribonukleotidus,kurie buvo susintetintipanaudojusOdojos (S. Ochoa) iSskirt4ferment4 poliribonukleotidfosforilazg, iStirti visi 64 tripletiniai nukleotidq deriniai (2.1 lentele). I5 j,l tik 3, bltent UAA, UAG ir UGA, nekoduoja jokiu aminorlg5diq.Jie buvo pavadinti beprasmiais (nonsensais).Apie juos bus ra5oma toliau. RNR polimerazes sintetina RNR iS ribonukleozidtrifosfatq tik esant matricai (DNR arba RNR), toddl nukleotidq seka yra i5 anksto uZprogramuota.Poliribonukleotidfosforilazdsintetina poliribonukleotidus i5 ribonukleoziddifosfatqbe matricos, atsitiktinai, bet kokia tvarka, todel kod4 ai5kinti teko su skaidiavimoma5ina.Apskaiiiuota, pagal koki4 tikimybg gali susidaryti ivairls tripletai, keidiant ivairiu nukleotiddifosfatq santyki. Rezultatai lyginti su aminor[gSdiq ljungimo i naujq polipeptidq santykiu. Zinoma, toks kodas keli abejoniq ir ji reikejo patikrinti lvairiais metodais. -l-

ar

LrUU UUC 'he IJUA UUG CUU CUC CU-{ ,eu CUG AUU AUC lle A Lr.A.

AUC G

T ret ioji pad6tis 3'-galas

A ntroji paddtis

GUU GUC GUA GUG

{et

al

C

UCU UCC UCA UCG CCU CCC CCA CCG ACU ACC ACA ACG

GCU GCC GCA GCG

ar Ser

UAA UAG CAU CAC r ro

er Tlr

UAU UAC

CAA CAG AAU AAC

Term His Gln

Lys GAU GAC

Asp

GAA GAG

Glu

ar C vs

AGA AGG GGU GGC GGA GGG

U C

Term Trp

G

U C

CGU CGC CGA CGG

AGU AGC

Thr

Ala

G UGL] UGC UGA UGG

G Ser

U C G

Glv

U C G

Kodo tikrinimas biocheminiaismetodais.SusintetintiZinomos nukleotidq sekos poliribonukleotidus ir juos panaudoti kodui patikrinti par.yko Koranai (H. G.Khorana). Jis cheminiu bldu sintetino nedidelius (tri- tetra-) oligonukleotidus,po to juos jungdavo i didesnius oligonukleotidus (maZuosiussegmentuspo 4-6). Pasirodo, tokiq oligonukleotidq (sudarytq i5 vienos grandines) pakanka kaip matricos DNR polimerazei, Su Siuo fermentu gautos dirbtines DNR - polimerai i5 dviejq grandiniq su Zinoma nukleotidq seka. Tokios DNR panaudotos kaip matricos RNR sintetinti, o Sios- ,,nel4stelinejesistemoje" kodui patikrinti. Pailiustruosime Sias manipuliacijas konkrediu pavyzdliu. Susintetintas oligonukleotidas(TTC)*. Jis naudotas kaip matrica DNR sintetinti: -'l T

I r-r-c... I

ltrtl fa-a-cI " Si OXn toliau naudotakaip matricai5 karto dviem skirtingoms RNR sintetinti.Mat gyvojel4stelejenuo DNR sintetinasitik viena RNR (fiksuotakryptimi,nuo 5'-galolink 3'-galo)- nuo vienosDNR 55

grandinds,o kita DNR grandindreikalingareplikacijai.Izoliuotose ir nuo kiekvienosDNR gransistemose RNR sintezcnereguliuojama, RNR, bfitent: dines sintetinasidvi skirtingos RNR 5', -

+-A-G-A-A-G-A-A-G-3',-... T_T-C_T_T_C_ T- T_ C_...

DI".R

lllllllll

A _ A _ G_ A _ A _ G_ A _ A _ G - . . .

R N R . . . - 3-'U , -U-C-U-U-C-U

Hb(A)

I

-U-C-5',

Su kiekvienaSiq RNR yra patikrinami3 kodonai,nes izoliuotoje sistemojeRNR nera tiksliai fiksuotosatpaZinimopradZios,ir polipeptido sintezdgali prasidetiarba pirmu, arba antru. arba trediu nukleotidu:kiekvienuatvcju bus skirtingikodonai.paryzdZiui,AAG arba AGA, arba GAA: G_... A-A_G-A-A_ G-A-A_G-A-A_G-A-Aarba A - A - c - A - A - G- A - A - G - A - A - G- A - A d - . . . arba G-A_A-G_A-A- G-... A_A-G-A-A-G_A-AThigi visiems64 kodonamspatikrinti reikejo susintetintitik 11 pradiniq oligonukleotidq. 2.1.3.Kodo patikrinimasgenetiniaismetodais Genetiniam kodui patikrinti naudoti mutantiniai balrymai, kuriq i5ai3kintaaminorlgSdiq seka, t. y. pirmind sandara. Tai tabako mozaikos viruso kapsido baltymas,triptofansintazd,bakteriofago T. galvutes baltymas ir kt. Gene gali pasireik5titrijq tipq mutacijos. kurios pakeidia baltymo sintezg ir sandarE:misens,nonsensir rdmelio poslinkio. Pagal jas buvo tikrintas kodas. Misens mutacijos (angl. rurssense* klaidinga prasme) bflna tada, kai baltyme vietoj vienos aminorfig5ties yra kita aminorfig5tis. Sias mutacijas galima ir kitaip apibfidinti: tai geno pokydiai, kai viena nukleotidq pora kodone pakeista kita, ir kodonas koduoja kit4 aminorug5ti. 56

Misensmutacijosyra ir mutantiniaihemoglobinaiS ir C. Hemoglobino S p-polipeptide6-ojepadetyjeglutamortgitis pakeistavalinu, o hemoglobinoC - tame paiiame p-polipeptidetik 7-ojojepadetyje vietoj glutamo rfig5tiesyra lizinas. Tikrinantkodq reikia nustatyti,ar galimasperejimasi5 kurio nors glutamorlgities kodono atitinkamaiI valino ar lizino kodonus,pakeitus glutamorlgStieskodonuosevien4 nukleotid4kitu:

G U UG U C

visi Val (HbS) HbA

Lvs (H!Q)

Taigi GAA ir GAG kodonuose pakeitus jq antr4;i A nukleotid4 U nukleotidu, susidaro valino kodonai GUA ir GUG, o pakeitus glutamo rlgities kodonu pirmqyi G nukleotid4 A nukleotidu, susidaro lizino kodonai AAA ir AAG. Panaiiai patikrinta daugybe ivairiq organizmq baltymu. DaZniausiai perejimas i5 vieno kodono i kita pakeidiant viena nukleotidq por4 kita buvo imanomas. Nonsensmutacijos (angl. nonsense- niekai, nes4mond). Vienai nukleotidq porai keiiiantis kita, kodonas, kuris anksdiau kodavo kuri4 nors aminor[g5tl, gali virsti beprasmiu. It{onsensmutacijos inaktyvina gen4. Baltymo sintezd nutrflksta, nes polipeptidine grandine sintetinamatik iki pirmojo beprasmio kodono. Tad irykus nonsens mutacijai, pasigamina didesnes ar maZesnes neveikliospolipeptidinds atkarpos.Priklausomainuo to, koks beprasmis kodonas susidaro, Sios mutacijos vadinasi: UAA - ochre; UAG - amber; UGA - opal Nonsensmutaciju reversijassukelia alkilinandiosiosmedZiagos.Tuo jas galima atskirti nuo remelio poslinkio mutacijq, kurios taip pat inaktwina genq, bet jas revertuoja akridino dalai. {lykus grlZtamajai

57

mutacijai,i pirrningnukleotidusekagene labai retai griZtama.Kad polipeptidasvel bltu sintetinamas,pakanka i5 beprasmiokodono susidarytikokios nors aminome5ties kodonui.Tad revertanto(organizmo. kuriame ir1'kusigriZtamojimutacija)balry'me,palvgintiji su pradiniubaltyntu,daZniausiai b[na kuri nors kita aminclmgitis, pvz.: U G G - Trp (pradinis baltymas) .1. UAG - amber (traltymasnesintctinamas) J AAG - Lys (rer,ertantobaltynras)

Kai kodui tikrinti naudojami nonsensmurantai, pirmiausia gaunami revertantai, po to Ziurima, ar galimas perejimas i5 esaniios normaliame (pradiniame) baltyme aminorlg5ties kodono (pvz., triptofano) per nonsens mutant4 (pvz.. amber) i kodon4, kuris revertanto baltyme koduoja kitq aminorDg5ti(pvz..lizina) vis keidiantvienq nukleotidE kitu. Tiiptofano kodonas yra tik vienas: Trp - UGG

J Nonsensas- UAG (amber) J Lys - du .dAG ir .{AA

Siuo aweju perejimas i5 triptofano i lizino kodonq yra galimas. Supresorines tRNR mutacijos. Mutacijos gali r,ykti bet kuriuo metu bet kuriose lqsteleseir bet kuriuose genuose.Taigi ir genuose, koduojandiuosetRNR. Detaliai iStirtosIRNR anrikodononukleotidu mutacijos. Perna5osRNR atlieka dvi viena nuo kiros atsijusiasfunkcijas. Ir abi specifines- tik konkrediai aminorlgSdiai. Pirmoji - prie rRNR specifi5kaiir labai tiksliai prijungiama konkreti akryvinta aminorug5tis (Zr. 2.3.3). Antroji - tRNR su prijungta aminorlg5timi atpaZista vietapant rnRNR. tRNR yra 3-jq nukleotidu seka, vadinama antikodonu. Antikodono nukleotidq seka tRNR yra komplementari mRNR kodono nukleotidq sekai. PavyzdLiui, triptofano kodonas yra UGG, triptofano tRNR (Trp-tRNR) antikodonas yra ACC. 58

Misens ir nonsensmutacijq supresoriai. Bet kurios IRNR gene del mutacijos viena nukleotidq pora bct kurioje vietoje (ir antikodone) gali bfiti pakeista kita. Pakitus antikodonui, tRNR kontaktuoja ne su tuo kodonu, kuris koduoja prijungt4 prie tRNR aminorlgiti, o su kitu. kurio nukleotidq seka komplementarimutantiniam antikodonui. Kaip mineta, dvi IRNR funkcijos viena nuo kitos atsiiusios. Ddl Sios prieZastiesmutacija tRNR gene gali slopinti mutacij4 gene, koduojandiame baltymq. 6. colr triptofansintazesgc-nebuvo aptikta nrl.rensmutacija su triptofanu (Thp) v i e t d e l i c i n o ( G l 1 ' ) n o r m a l i a n r eb a l n ' m e : norrnalus tipas - Gl1' kodonas GGG misens mutacija - Trp kodonas UGG Tiriiau aptikta G11.1pNI*mutacija,kuri UGG kodonE (Trp) atpaZinokaip Gly. Jos antikodone buvo ACC scka kaip normalios Trp-tRNR. Sio reiikinio pricZastistokia: Gly-tRNR antikodone irryko mutacija:viena nukleotidq pora buvo pakeista kita: normali Glv-tRNR - antikodonas

C C C

mutantin6 Gly-tRNR - antikodona, @C

C

Del mutacijos IRNR gene antikodono seka gali pakisti ir taip, kad bltrl komplementari kuriam nors beprasmiam kodonui. Tirda 5i IRNR beprasmio kodono vietoje pastatysatitinkam4 aminorfigiti, ir baltymo sintezd nonset$ mutante nenutruks. Tik balryme vietoj vienos aminorugStiesgali buti kita. Bet baltymasbus sintetinamas,o tai ir yra svarbiausia. Thdiau tokio tipo reversija yra visiSkai kitokios prigimties, negu iki Siol nagrindtosreversijos.Tai dviejrr genq s4veikosrezultatas.Abu genai mutantiniai. Vienas genas su nonsensmutacija. o kito - tRNR geno mutacija ilykusi antikodone. Pastarojogeno koduojama IRNR slopina nonserTsmutacij4. Tad vieno geno (IRNR) mutacija slopina kito geno (mRNR) mutacij4. Tokia eenq s4veika, kai vienas nealelinis genas slopina kit4 nealelini genq, vadinama epistaze(gr. epi - ant, vir5 + stasisstovejimas),arba supresija (lot.przssas- slegimas).tRNR antikodono mutacijos, slopinandiosnonsens mutacijas, vadinamos supresorindmis. Genai, slopinantysmutacijaskituose nealeliniuosegenuose,vadinami tarpgeniniais (nealeliniais) supresoriais, arba slopinaniiaisiais genais. Jie Zymimi sup (arba su).

59

Nonsenssupresoriq taikymas kodui tikrinti. DaZniausiaidel bep r a s m i ok o d o n o s l o p i n i m oy r a s i n t e t i n a m absa l r y m a s u p a k e i s t aa m i norlgitimi nonsenso vietoje. Tik retsykiais arba specialiai parinkus supresoriqbeprasmio kodono vietoje bus ijungiama tiksliai tokia pati aminorhgitis, kaip ir norm:rlaus geno koduojamajame balryme. kodui tikrinti Zilrima, ar galimasperNaudojant5iotipo supresorius kuri aptikta balqvmeesantgenocjimasi5 antikodono tos aminorfigSties, tipe supresoriui.i antikodona,atpaZistantf beprasmlkodona, pakeitus vicn4 nukleotidq por4 kita. ParyzdZiui,kai nonsensasperskaitomaskaip leucinokodonasir ibaltymq ijungiamasleucinas,Zifirima,ar galimasperejimasi5 leucinoantikodonoAAC i nukleotidqsek4AUC, komplementari4 beprasmiamkodonui UAG: AAC

J AUC ! to paties beprasmio kodono viet4 gali blti atgabentosivairios aminorugitl,s. Tai priklauso nuo to. koks yra supresorius. Rdmelio poslinkio mutacijos. Kaip mineta, ll,vkus Sioms mutacijoms, nesintetinamas baltymas,nes, nukleotidu porai iSkritusi5 geno jl arba i isiterpus, sutrinka visq po paZaidoskodonq skaiqvmas.Be to, gene atsiranda beprasmiai kodonai. Tokiq mutacijq reversijassukelia akridino daZai,kai netoli nuo pirmosiospaZaidosatsirandaantra, prieiingo Zenklo rdmelio poslinkio mutacija. Zinom4 revertanto kode nuo vienos paZaidosiki kitos koduojama pakitusi aminorlgidiq scka (2.4 pav.). Tikrinama, ar Siame ruoZe galimas perejimas i5 vienq aminorDgidiq kodonu i kitq aminorfigSdiqkodonus dvigubajame mutant Jei"

-gf"

Sei

.-I*}i,,:.i 6* :-Ala

-

Nonnalus tipas , 1C L ,.\i O

A G

ASU CCA

te, jeigu vienoje vietoje iikristq, o kitoje isiterptq nukleotidas (arba atvirkiiiai). 2.1.;1.Bendrasgenetiniokodo apibldinimas Kodas iSsigimgs.I5 64 tripletq. kurie susidaro derinantis lvairiais deriniaisketuriemsnukleotidamspo tris, 61 tripletaskoduoja aminorugitis (ir. 2.1 lentelg).Thi galutinaiivairiaismetodaispatikrinti duomenys. Taigi kodas i5sigimgs,nes vienai aminorugidiaigali tekti keli kodonai. Daugiausia jq (po 6) koduoja leucinq, serinq ir argininq, o triptofan4 ir metioninq - tik po vienq kodonq. DaZnokai viena aminorigitis 2.1 lenteleje uZima visa kvadrat4.Siais atvcjais trediasisnukleotidas kodone gali buti bet kuris i5 keturiq nukleotidr]:U, C, A ar G. Vis tiek bus koduojama ta pati aminorlgitis. Thd daZniausiai iisigimgs trediasisntikleotidas. Tik vienu atveju kodo i5sigimim4 lemia 1-asis ir dviem awejais 2-asis nukleotidai. Kableliq problema. Kableliai tarp genq. Kableliq problema kur kas sudetingesnd negu manyta. Kad vien4 genq nuo kito skiria specialios nukleotidq sekos, pirmieji nustati Benzeris ir Campas (S. P. Champe). Jie aptiko bakteriofago T., mutant4, kurio rll rajone i5kritusi (ir,ykusi delecija) nukleotidq seka tarp A ir B gew4. Tokie genai yra sulieti. Genq susiliejimasr,yksta ir natlraliai gamtoje. Tai vienas i5 b[dq atsirasti naujiems genams, koduojantiems polifunkcinius baltymus, i5 esmes hibridinius baltymus. T. bakteriofago rII rajone remelio poslinkio mutacija ,,4 gene neturejo jokios ltakos B geno veiklai, ir awirk5diai:

t4s4 cw sau sff' V

,4

Normalts gcnai,abu veiklDs A

f\

nonlalausripo .. "ecf- ffin GUC CAU CAC LIUA AU;l lnutantas --Tlr---:ilfr-l'a1-His-His-Leu-ivler-Ala-

,Sfl,..

2.4 pav. Kriko reversija - i5krita ir intarpas bakteriofago T. gene, koduojandiame lizocimq(pagal M. Yia. 1971)

60

B ---tnR

+G arbaA / Dvigubastariarnai

Skrriamasistarpas

t--'-

RNR

RemelioposlinkiomutacijaA gene,veiklustik B genas AB

Remelioposlinkio mutacijaB gene,veiklus tik u{ genas

61

ISkritus tarpui tarp A ir B genrl, Sre susiliejo.Tada remelio poslinkio mutacija A gene slopino ir B geno veikla.Tuo tarpu iv,vkus rcmelio poslinkio mutacijai B gene, A geno kodasnesutriko: AB - nll{NR jq baltymas Susiliejq',l ir B genaiyra veiklDs,bendras AB

RemelioposlinkiomutacijaI gene.neveiklusvisassusiliejqs genas AB

Remelio poslinkio mutacija B gene, neveikli susiliejusiogeno dalis tik nuo mutantines vietos.

I5 Siq rezultatll galima sprgsti, kad kodas skaitomas tam tikra kryptimi. Genus skiria nukleotidq sekos, vadinamos tarpikliais (angl. spacer). Funkcinio vieneto (geno) koduojaniiojoje dalyje kodas yra be kableliq, tarp funkciniq vienetq yra kableliai. Skaitymo kryptis yra savita konkrediam genui arba genq grupei (kaip r11). Vienq genq kodas skaitomas viena kryptimi, kitq - kita, nuo kitos DNR grandines.Mat RNR sintezd r,yksta 5')3' kryptimi. Genetiniskodas,kaip ir mlsq ra5tas,pilnasvisokiausiqZenklq.Pagaliau yra bendra genomo sandara- genrl jungimasisi maZesnesar didesnes grupes.Genomo sandar4,matyt,bltq galimapalygintisu knygosturiniu. Yra labai stambfisskyriai,po to smulkesni,dar smulkesni... Kableliai mRNR. Specialls kodonai Zymi polipeptido sintezdsant ribosomq pradZiq ir pabaig4. Pirmiausia trys kodonai, kurie nekoduoja aminorflg5diq,ndra beprasmiai.

Aralogiikai yra polipeptido sintczis pradZios - iniciacijos kodonai. Bet dia prasidedatai, ko gal nesitiketa:skirtingosgenetindskalbos. Prokariotq ir eukariotu iniciacijos (pradZios) kodonai Siek tiek skiriasi: Proka Eukariot

Met

Val

AUG

GUC

AUG Met

Leu UIjG

lle

AUU

UUG

AUA

ACG

CUG

Leu

lie

Thr

Leu

Thiiau pagrindinis prokariotq ir eukariotq iniciacijos kodonas sutampa - tai AUG. Visi iniciacijos kodonai yra savitos paskirties tik mRNR pradZioje, o vidineje dalyje jie koduoja auk5diau nurodytas aminorugStis. Kodas yra nesanklotinis. Tai irodyta mutacijll metodu. Jeigu kodonai bltu sanklotiniai,tai viena nukleotidrl por4 pakeitus kita iS karto kiltq gilesnes pasekmds:mutantiniame baltyme pasikeistq ne viena, o dvi ar trys aminorrtg5tys.Tuo tarpu paprastaipakeidiamatik viena aminorlg5tis. Taigi kodonai eina eilute vienas paskui kit4. Skaitymo rdmelis. Bet kuri DNR atkarpa teori5kai galetq blti skaitoma trejopai priklzrusomainuo to, nuo kurio nukleotido pradedama skaityti. Par,yzdys: ( l ) AUA AUC FCGI UAU GAU *

GGU AUA AUA AGU Acc [uAAl

"ff (2) A UAA ucA UGU Fud AUA GUU ffilCUa

(3)AU AAU CAUGUAFc7reff

n*

m@

cuA GCU AA

UAUAAU AAGMICUA

A

Tadiautik pirmasisskaitymorcmelisgali koduoti polipeptid4.Jis turi pradZiosir pabaigoskodonus,o tarp jq visi tripletai koduoja aminorlgStis.

UAA, UAG, UGA yra chromosomq DNR kodo terminacijos (pabaigos) kodonai. Jais baigiasi baltymo sintez€.

Nukleotidq seka,koduojantibaltym4 (aminorfg5tis),vadinama atviruoju skaitymo rdmeliu, o jo ribas zymi iniciacijosir terminacijoskodonai.

Polipeptido sintezd r.yksta iki pirmo beprasmio kodono. Tadiau Sie kodonai nera visiSkaiuniversal[s (Zr. toliau).

O kas atsitiktq,jeigu kodo skaitymasgeno ribosepasislinktqper vien4 ar du nukleotidus?Tokieposlinkiaigenetiniamekode yra ,,u2-

A)

63

drausti". Pasislinkusper vien4 ar du nukleoticlus.skaitl,mo remelio ribose bltinai atsirastq beprasmiai koclonai. Kaip ir jl1'kus remelio poslinkio mutacijoms (zr. aukiiiau), balrymo sintezi nutruktLl. Kaip tik taip atsitinka ir dviejuose is triiq auksiiau pateikrq galimq skaitymo remeliu. Tik pirmasis ju yra atvirasis,o kituose dviejuose atsiranda beprasmiaikodonai. pastarojo tipo skaitymo remeliai vadinami blokuotaisiais. Thiiau yra iSimdiq.Tokios isimtys yra sanklotiniai genai. Thi genai gene arba dalis vieno geno yra dalis kito geno. Juose pasislenka kodonq skaifymas nuo tos ribos, kur prasideda antrasis remelis. Sanklotiniuosegenuose,pasislinkusskairymoremeliui.naujo skaitymo remelio ribose ruri atsirasti ji ribojantys pradzios ir pabaigos kodonai. Zemiau pateiktame par,yzdyjeyra naujas iniciacijos kodonas AUG ir parodyta, kaip iveikiamasbeprasmiskodonas uAG, kuris reiSke pirmojo skaitymo rdmelio pabaig4:

llil'lli' M

kl,:Iii," | ;;,"

Genetinio kodo universalumu isitikinta dviem budais. Pirma, tas sistemose" pats poliribonukleotidasjvairiu organizmq .,nel4stelindse koduoja tas padias aminor[gitis. Antra, kodo universalumasitikinamai lrodytas tiriant mutantinius baltymus (tikrinant kod4 genetiniais metodais). Chromosomq DNR kodas, kuriuo baltyme koduojama aminorlg5diq seka, yra universalus,t. y. visq organizmq vienodas. Tadiaudabar lrodyta, kad mitochondrijq DNR kodas yra neuniveratradim,4.1979m. dvi tyrinetojq grusalus. Thi vienas sensacingiausiq pes,vienavadovaujamaBarelo (8. G. Barell at al.), kita Makino (G. Macino et al.), i5ai5kino,kad UGA kodonas,kuris branduolio chromosomose yra stop signalas,beprasmiskodonas nekoduoja aminorlg5diq, Zmogausir mieliu mitochondrrlq DNR kodlroja triptofan4. 2.2 lentele. Ivairiq organizmq mitochondrijrl genetinio kodo skirtumai nuo universaliojo kodo (pagal NI.D. TLr Avanesiiinq ir S.G. Ingg-Veitomov4. 1988) Kodonas

Taksonas

2 baltlmas

UGA

Sariklotiniai genai vra tuose genomuose, kuriuose itin taupoma genetini medLiaga,daZniausiaivirusq. Del sanklotiniu skaitymo rdmeliq ta pati DNR seka gali koduoti du balry,mus. Panasiai tos padios DNR morekulds komplementarios granclines gali koduoti visi5kaiskirtingusbalrymus.Kad tai imanoma, itikinamai frode Korana (Lr. 2.r.2), raiiau izoliuotoje dirbtineje sistemoje in vitro paprastai yra kitaip. L4steleje (in viv-o) genetine informacija nuskairoma tik nuo vienos DNR grandines. Nuo kurios - individuali geno ypatybe. Thme padiame genome vienq genq informacija nuskaitomanuo vienos,kitq - nuo kitos DNR grandines.siai tvarkai reguliuoti irgi yra specialiosnukleotidq sekos. Taiiau yra daug i5imdiu is iios taisykles, kai genetine informacija skaitoma nuo abiejq grandiniq. 64

Zinduoliai

rrp I

@

CUN Leu

AG

ffi

CGG Arg

ffi

iie

Leu

Aro

Dlozofila

@ @

Lcu

re

Aro

Pirmuonvs

@

Lcu

Arg

Arg

{ieles (5ac'cy'raronttces cerevisioe)

m

Aro

?

.\'eu t'osp o r u r'r as.tu

H

Augalai

Tem-r

AUA

J n i v e r s a l u ski os d a s( 2 r '3. . 1l e n t c l q Term

Ile

M ffi Ile

Lcu

Arg

?

Ilc

Leu

Aro

Arq

R d m e l i u o s e p a 2 y m c t i n u k r l ' p i m a i nuo universaliojo kodo. inicijavimo kodonai 2induoliu nritochondrijoseyra AUU ir AUC, o vabzdZiu- AUA ir AUU.

65

Tiriiau skirturnai tarp universaliojo (branduolio) ir neuniversaliojo (mitochondriju) kodu, kaip matyti i5 2.1 ir 2.2 lenteles.nera esminiai. Tie patys kodavimo principai: kodas tripletinis" i5sigimgs,nesanklotinis, koduojaniiojoje dalyje tarp tripletll nera kableliq. netgi dauquma kodonu sutampa. Kodai skiriasi tik 5 kodonais, bet tarp ju yra iniciacijos ir terminacijos kodonq. fdomu ir tai, kad Siek tiek skiriasiivairiu organizmumitochondrijqkodai (2.2 lentele).Ths pats tripletas ivairiq organizmq mitochondrijq DNR koduoja skirtingas aminorug5tis. Branduolio DNR kodas irgi gali blti nukrypes nuo universaliojo' Antai pirmuoniq Stylonvchia,Parameciurn, ktruhv-mena UAA yra ne terminacijos kodonas, o koduoja glutamin4 arba glutamo rugStl. Ierrahymena ir kitas universaliojo kodo beprasmis kodonas UAG koduoja glutamo rfig5ti. Tad ktrahvrnena turt tik vien4 terminacijos kodon4 - UGA. Tiro tarpu Mycoplasma cupricolum, kaip ir daugellle i5tirtq mitochondrijq, branduolio DNR jis koduoja triptofana. Pagrindine genetinio kodo neuniversalumoprieZastimi laikytinos IRNR genq mutacijos. Pastaruojumetu lrodyta, kad genetinis kodas priklauso nuo daugelioveiksniq:jis yra nevienareikSmis.

Genomostrategija 2.1.5.Genetiniokodo nevienareik5mi5kumas. Nevienareik5misatitikimas (Zargoni5kai- voblingas, angl. w'obb/e svirduliuoti, klibeti, virpeti). Kiekvienam kodonui teori5kai turetu bfiti speciali tRNR. Tadiau i3tyrus. prie kuriq kodonq jungiasi atskiros tRNR, buvo nustatyta,kad nemaZaitRNR atpaZistadaugiau kaip vienq kodona. DaZniausiaiIRNR skiria ir kitus tos pacios amialanino IRNR iS norugStieskodonus, bet nebltinai visus. Pav.vzdZiui, keturiq atpaZistatris kodonus: GCU, GCC ir GCA, bet kai kurios tRNR skiria tik vien4 kodon4, pvz., Esc'lterichiacoll leucino tRNR tik UUG (i5 6 kodonq). 1965 m. Krikas tai paaiSkino nevienareik5miuatitikimu. Sqveikaujant IRNR antikodonui ir mRNR kodonui, tik pirmieji du nukleotidai sudaro standartinesnukleotidu poras. o trediasisnukleotidas antikodone gali sudaryti poras su daugiau kaip vienu nukleotidu: antikodonts kodonas-

66

U AarbaG

C

A

J

J

G

U

G

r-=

(l arba A

I (inozinas)

r-_-'---1---l

U. C arba A

atitikimovisus61 aminorlgSdiqkodon4gali Dil nevienareikSmio DNR dar didesneekonomija). arpaZintitik 31 tRNR (mitochondrijq S! rei5kinireguliuojaribosomqbalrymai. Konteksto(supandiqnukleotidq)reik5mdSiuometu nekeliajokiu abejoniu. Kodonq skairymaspriklausonuo jq padetieskitq kodonq nukleotidq,jq sekq atZvilgiu,t. y. nuo konteksto. Galima prisiminti jau Zinomq fakt4 - iniciacijoskodonus.Ths Tai priklausonuo pats kodonaskoduojadvi skirtingasaminorfig5tis. jo padeties.Antai AUG (Met) ir GUG (Val) ir kt. (Zr. p. 102) skairymordmelio pradZiojekoduoja savitqaminomg5tiformilmetionina. Si kodon4 atpaZistaspecifineIRNR. Labai stipriai nuo kontekstopriklausobeprasmiaikodonai.Gali kilti klausimas,a.r IRNR mutacijos- beprasmiqkodonq supresoriai nerabaisinelaimd,mirtinosletaliosmutacijos. B[tent Siesupresoriai slopinanonsensmutacijas,pastatydami i beprasmiokodonoviet4 bet kuria aminorlgSti(ir. 2.2 lentele).Thdiaulygiai ta patl jie turdtq padarytiir su beprasmiais kodonaisskaitymoremelio pabaigoje.Be to. terminacijoskodonaiyra visosemRNR. Kiltq baisuss4my5is, faktiSkaivisi5kaisutriktq normali balrymqsinteze.Gelbstintvieno baltymo sintezg.sutriktq visq. ir jo paties,sintez€.Bet taip ndra. Terminacijoskodonai normaliaiatlieka savofunkcij4 net esant genometRNR supresoriui. Pastarojiproblemalabai padejosmulkiaui5tirti baltymqsintezds terminavimq(Lr.p. 105).Paai5kejo, kad ne tik beprasmiaikodonai butini baltymosintezdspabaigai.Terminacijapriklausoir nuo gretirnq nukleotidq,ir nuo keliq baltymu- terminacijosveiksniq.Vyksta beprasmiqkodonq konkurencijadel Siqveiksniq,ir laimi beprasmiai kodonai,esantysskairymoremelio gale. Bc to, IRNR supresoriq aktlvumas yra miiZas. Beprasmiq kodonq slopinimas niekada nesiekia 100'2. vidutiniikai - apie 4-57c.Mietiu ir Escheichia coli kai kuriq supresoriq aktp'umas didesnis - 60-15%. bet jie slopina gynrybingumq. Taigi Zalin,uus supresoriusveikia ir Salina atranka.

Kontekstas yra ne tik viso genomo,tret ir konkreiiq genq problema. Genai (ir be specialiqjuvaldymob[dq. Zr. toliau) yra nevienodai

67

i veiklls. Kontekstas(gretimqnukleotidqitaka)- vienai5 SioreiSkinio jis yra paveldimagenetiniokodo neuprieZasdiq. Kai kuriuosegenuose Zinduoliq,pauk5diq,augalqsomatindsedifeniversalumoprieZastis. genuoseUGA beprasmiskorencijuotose arbakonkrediuose lqstelese kaip aminor[gStikoduojantistripletas. donasgali blti perskaitomas centreyra nepeliqfermentoglutationperoksidazes Antai aktyviajame (geno viduje!) UGA Ji koduoja selenocisteinas. aminorlgStis iprasta konlemia kitq nukleotidq Siuo aweju kodonas,kurio neuniversalumq tekstas. Genomostrategijair tRNR mutacijosbei modifikacijos.Dalinis yra savoti5ir nevienareik5mi5kumas genetiniokodo neuniversalumas ir sukurtos evoliucijos Visos kas gudravimas,strategija. ,,gudrybes" yra paveldimos. Skiriamagenomoir geno strategija.Genomostrategijapasirei5kia bent trimis aspektais. 1. Genetiniskodasvisiemslyg ir vienodas,bet ilyko menkudiai, ypad reguliaciniqiniciacijosar terminacijoskodonq pokydiai,ir jau skirtingigenomainebesusikalba. Tai ypadsvarbus4veikai,.paraSvetimogenomoveikla sunkesnd. - l4steldsgenomas".PakeidaZniausiai zitas Seimininkas", ,,virusas nuo parazito,arba tus genomevaldymokodonus,galimaapsisaugoti awirk5diai,iveikti Seiminink4. 2. Genetiniskodaspritaikomasnaujomsreikmems,nekeidiantvigali buti iniciacijoskodonai.Tie patyskodonai sumos.Kaip par,yzdys koduoja aminortg5tisir yra igijg naujE iniciacijavimofunkcijq. 3. Tai vienas i5 b[dq taupyti, kai genomo apimtis ribota. Vel virusai,kuriq genomasi5 tiesq labai ribotas,ir vel beprasmiaikodonai. Kai kuriais atvejaisir ne nuo sanklotiniqgenq koduojami du baltymai.Pirmojo sintezdvykstaiki beprasmiokodono,antrojo atveju terminacijoskodonasatpaZistamas kaip koduojantisaminorlg5ti. Taigibaltymosintezdbeprasmiokodonovietojenenutrfiksta.ir pasigamina ilgesnis- i5tisinio skaitymo (angl. read-through)baltymas. Thip sintetinamilvairiqvirusq (Qb, f1, m13 ir kt.) kapsidobaltymai. Naujasisbaltymaspadidinainfekcinesvirusq galimybes.I5tisinioskaitymo baltymq aptikta E. coli (reguliuoja triptofano operon4), Zinduoliq, augalqir kt. l4stelese. Geno strategija. Jos patryzdLiugali blti kai kuriq genq veikla lqstelese. diferencijuotose Pana5iaikaip glutationperoksidazds.

Beprasmiskodonas skaitymo remelyje gali biti labai veiksmingasbudasgenq veiklai valdyti. Kai kuriq l4steliqdiferenciacij4lemia specifinisbaltymas.Antai Tiiu5ioretikulocitqheeritrocituosetoks baltymasyra hemoglobinas. moglobinoB-polipeptidomRNR vidinejedalyjeyra beprasmiskodonas UGA. Siosel4steleseUGA ,,lveikia"triptofanoarba serinotRNR. Tuo tarpu kitokios diferenciacijos l4steldseSio polipeptidosintezg beprasmis kodonas. ,,draudZia" Fenotipindsupresija.Kodo skaitymopriklausomyb6nuo ivairiq veiksniq.fprasta,kad glvybiniaiprocesaipriklausone tik nuo genotipo, bet ir nuo aplinkosveiksniq,ir atrodeneitikdtina,kad ir genetinio kodo skaitymaspriklausonuo aplinkosveiksniq.Bet taip yra. Kad genetiniokodo skaitymaspriklausonuo aplinkos,pirmieji nustatdGorinis(L. Gorini) su bendradarbiais dar 1961m. Jie isitikino, kad antber(UAG) mutacij4vienamei( E. coli arginino genq slopina streptomicinas. Paai5kejoir Sio reiSkinioprieZastis: kodas skaitomas kaip dupletinis,tik su kableliais(trediasnukleotidas- kablelis). Kodo skaitym4keidiandiqi5orinesir vidinesaplinkosveiksniqs4raSasjau Siuometu yra ganaispudingas. Ir jis vis ilges.Kod4 keidia kai kurie kiti antibiotikai,purino-pirimidinoanalogai(pvz.,fluoruracilas),senejimas, poliaminai,aminortgidiq Mg:* jonq koncentracija, badas,temperatDros pokydiaiir kt. Patogiarrsia Siuospoveikiusnustatyti pagal beprasmiqkodonq iveikim4. Sie pokydiaiyra nepaveldimi,todel pavadinti fenotipine supresija.Pagrindinejos prieZastisyra IRNR pokydiai:antikodonq ir nukleotidq sekq, nuo kuriq priklauso specifinisaminorflg5ties prijungimasprie IRNR, modifikacija.Thdiauji gali ivykti ir del kitokiq prieZasdiq,pvz., ddl ribosomq pokydiq. Minoriniai nukleotidai.tRNR i5siskiriai5 visq RNR dideliu minoriniq nukleotidqdainiu. Jie susidaropo tRNR transkripcijos, veikiant specialiemsfermentams,i5 iprastiniqnukleotidq.Pagal Siuos fermentuskoduojandiqgenl mutacijasparyko nustatytiIRNR minorinirl nukleotidqreik5mg.Siek tiek pavyzdLi4yra 2.5 paveiksle.Minoriniainukleotidaikeidiane tik sqveik4,,kodonas-antikodonas", bet ir tRNR s4veikqsu aminoacil-tRNR-sintetaze+aminortg5timi, IRNR s4veikqsu reguliacinemis mRNR sekomis(Zr. toliau). Dupletinis-kvadrupletinis kodas.Jau mindtasGorinioir jo bendradarbiqatradimasapie streptomicino poveiklgenetiniokodo skaitymui 69

68

n,1.-[1'N,.,

lnozinas

I

Nevienareikimis atitikimas (r'oblingas)

\/-"' I'lHCH""CH=CriCH.) n-izo2-metiltio-N I,J-J.\-L\ ',) p e n t e n Ii a d e n o z i n a s li

mstiuA

cH,s-\r*lr , i

NHt H2LtH=CiCHr)2

r.r,+1--\r,

N"-izopenteniladenozinas

MaZesnis am-rnorugSiiqijungimo tiksiumas,efektyviai slopinama umhcr (UAG) mutacija. gali kisri kai kuriq bakrerijq operonq(.F1ls,Irp) veikia

Keidiasi ochre (U.\\) mutacijr supresija

Wrr' 'J

5-metiluridinas

fr

HN^*{HrC

til

IOCHr

orl

H,l-\. ROf._ .r' HY-

TN n

QH:

m'U

TyC kilpoje beveik vrsq elongacrjoje dalpaujandiLl tR\R: didesnisaminorug5diqijungimo tikslumas

5-(metoksikarbonil mcm's'u Kinta eukariotrloclire (UAA) ir metil)-2{io uridinas opul IUGA) nonsensq supresija

Kjuzinas R=H B=p-D-manozil R=p-D-galaktozil

nry-V1..

a

manQ calQ

Keiiiasi eukariotq bet ne pro kariotq akceptorine funkcija eukariotq opal (UGA) nonsen so supresija

llll +AJ

\---r:,-Jr=,-: -(;

(tc

Gr

r! f;"r'rRNRj*

L--) it-ry

cc

Cli

o.\

i* '"c

ca' iRNR (suf J)

1.6 pav. Kvadrupletinis antikodonas mutantin€je tRNR (su/ ./'), kuri yra r€melio poslinkio mutacijos (intarpo) supresorius: lpagal M. D. Ter Arancsjana ir S. G. Inge-Vedtomova,1988) remelllc - normalaus ir kvadrupletinio antikodono scka

),ra principinis.Amber kodonasUAG buvo perskaityraskaip dupletinis, tik su kableliu. Ne maZiau reik5mingasir kitas atradimas, kad kodas gali btti kvadrupletinis. Keturiq nukleotidu derinys skaitomas kaip koduojantis aminorlgSti. Pasirodo, yra genq, koduojandiq IRNR, kurios slopina remelio poslinkio mutacijas.Primename, kad Sios mutacijos atsiranda arba iSkritus, arba isiterpus nukleotidq porai. Abiem atvejais visq tripletq skaitymas pasislenka per vien4 nukleotidq, ir geniISyra neakt)'I/us.Siuo metu jau 1'ra Zinoma daug supresoriqtRNR mutantq, kuric- slopina jvairius intarpus.

ltl

n-rl\.ri-{

Pseudouridinas

v

Eukariotqopal (UGA) nonsenso supresija

2.-5pav. Kai kuriq minoriniq nukleotidq tRNR molekuldje reiksmd transliacijai: i5 kaires - bazc. pavadinimas.jo santrumpa. funkcija; formules ir pavaclinimaiii B . J u o d k o s , , N u k l e i n o r l g i i i q c h e m i j o s i r b i o c h e m i j o sp a g r i n d a i . '( 1 9 8 6 , t . Funkcija - i5 M. D. Ter Avanesjano, S. G. Inges-vedtomovo..Genetind baltymq sintezeskontrole" 198.9(rus.)

70

Antai mRNR nukleotidu sekos GGG ribose isiterpus dar vienam G, kodas sutrinka. Taiiau 5ia skaitymo remelio mutacijq slopina Glir tRNR, kurios antikodr>ne vra keturi CCCC. Anatogi5kai mRNR kodonq AAdA slopina Lys IRNR su antikodonu UUUU. mRNR kodonus ccGG ACCA, ACCU, ACCC slopina Thr I R N R s u a n t i k o d o n uU G G U ( d e l n c v i e n a r e i k i m i oa t i t i k i m o ) .m R N R k o d o n a C C C C -slopinaPro IRNR su anrikodonu GGGG.

Slopinamosir i5kritos.Tada antikodonasyra dupletinis. Skairymordmelio supresoriq- tRNR genq antikodone(arba visi5kaiSaliajo) irgi yra atitinkamaiisiterpusiarba iSkritusinukleotidr.l pora (2.6 pav.). Jau Zinoma atvejq, kai ir normaliose.nemutantincsemRNR yra kvadruplctiniq kodonu. Antai gerr>kaiveiksminsesnimieliq terminavimo kodonai yra kvadrupletiniai - ne UAG. o L,,-4G;,.

Del sqveikos,,mRNR kodonas-tRNRantikodonas"pokydiq kodas skirtingoseivairiq organizmqlasteleseir net genuose yra nevienareiKmisir priklausonuo genetiniqir aplinkosveiksniu. Mutacijosir aplinkosveiksniaigali pakeistigenetiniokodo sandarq:tripletinis-+ dupletinisarba kvadrupletinis. Pagrindiniaiveiksniai,lemiantysgenetiniokodo nevienareik5miSkum4,yra IRNR. 2.2. Genas 2.2.1.Genq simboliai Genq Zenklai (simboliai). Tvark4 z,vmetigenus simboliais - raidemis pirmasis lvede Mendelis. Jis dominuojandiuosiusgenus (po4mius) Zymejo didZiosiomis,receslviuosiusgenus - maZosiomisraidemis, alelinius genus - ta padia raide, nealeliniusgenus - skirtingomis raidemis (tarkinl. A ir a, B ir b). Morganas Siq zymejimo tvarkq patobulino. Kaip mineta, drozofilos genusjis pavadino angliSkaismutacijq pavadinimaisir jq 1-3. o kartais ir ketr.rriqraidZiu santrumpomis. Antai mutacija baltos drozofilos alqs uZra5omawhite - r,. Sitaip zymimas recesyvusisalelis. Thciau dominuojantis drozofilos alelis (tamsiai raudonos alrys) gali buti imimas dvejopai - W arba n'*. Geno zymejimas,,*" (plius) reiSkiane tiek geno dominavimE,kiek normalq, arba dar kitaip vadinam4 laukini, tip4, t. y. simbolizuoja gen4. blding4 normalioms konkretaus organizmo formoms. DaZnai abi Sios geno sarybis sutampa, bet ne visada. Antai drozofilos akir] formos (sumaZejgsfasediq skaidius)mutacija Bar (simbolis ,B/ yra dominuojanti, o normalusis alelis, z1'mimasB*, yra recesyvusis. SavitaiZymimi polialeliniaigenai.DaZniausiaito patieslokuso genai4,mimi tuo padiu simboliu tik su,,priedais" (w, w", w'i,wn, arba I'a, IB). Thi bendri genq z,vmejimoprincipai. Konkrediq taksonq ir pozymiq genetikoje yra savagenq zymejimo tvarka.Si4 warkq nustato tarptautiniai atitinkamossritiesarba taksonogenetikoscentrai ir yra visiemsprivaloma. D6l SiosprieZastiesperiodi5kaispausdinamikonkrediu organizmu genq s4raSai.Si darba atlieka centrai. Mikroorganizmq genetikoje genai daZniausiaiZymimi pagal tai, jie koduoja (baltym4, RNR, metabolit4, proces4). Prie geno simk4 bolio vir5uje raSomas.,+", kai genasveiklus (normalus).ir..-", kai

12

genasneveiklus(nril-mutacija;. Si 4mejimq palvairinaspecifiniaigeno pokyiiai - tarpines(leal{\,),temperaturines (rs) mutacijos.Genai gaii bDti zymimi i5 eilesraidemis(drmA,dnaB,dnaC) arba skaidiais (cdc2,cdcl8, cdc27).Eile sudaromaarba pagalgenrl atradim4,arba pagal koduojamqivykiq eigE.PradedantdidZiqjaraide uZra5omine dominuojantysaleliai, o genq produktai. Pvz.,geno dnaA produktas yra baltvmasDnaA. atitinkamai,cdc2 ir Cdc2.Kai reikia skirti normalq aleii nuo mutantinio,ra5omas,,*", pvz., dnaA*. Si4 &ark4 pastaruojumetu perima ir genetikai,tiriantyskitus organizmus. Mieliu Sacclrarotnyces genai ir nukleotidq sekos 4mimi didZiosiomisraidemis CDC 2, CEN-A. CEN-B ir pan.

Zmogausgenai daZniausiaiZymimi arba pagal pozymius.sa,,ybes, kuriasjie lemia, arba pagalpaveldimqligq pavadinimus. Kaip Zinome, ligq pavadinimaiyra lotyni5ki,tad ir genq simboliaidaZnaiyra kilg ne i5 anglq,bet i5 lotynq kalbosi.odiiu. Jie ra5omididZiosiomis raid6mis,pvz..HOX. Tie patvspelesgenai uZra5omiHox. 2.2.2. Funkcinis geno dalomumas ir alelizmas

Morganasbuvo fvirtai jsitikings,kad genasyra nedalomasir yra pats maZiausias paveldimumovienetas.Kuri laik4 tai buvo viena i5 genetikosdogmq.Pasakjos, maZesniquZ gen4funkciniqpaveldimumo vienetqnegali b[ti. Manyta,kad genastaip pat yra maZiausias mutacijosir rekombinacijos vienetas. Geno centrq teorija. Kad genasyra dalijamasfunkcijos atZvilgiu ir kad mutacijosgali iv,vktiivairiosegeno vietose,1930m. pirmasis Tiriant drozofilossc-ac(scuteirode rusq genetikasA. Serebrovskis. achaete,angl. scute- Sarvai.aclmete- be Sereliq)gen4, nuo kurio priklausoSereliqr.ysrymasis kflno pavirSiuje, paai5kejo,kad Sisgenas sudarytasi5 daugeliosubvienetq, akry.viqjq centrq,kuriuosSerebrovskis pavadinotransgenais. Visasgenasbuvo vadinamasbazigenu,o geno teorija, pagal kuri4 genassudarytasi5 aktyviq centrq - geno centrq teorija. Sio genomutantiniaialeliailemia Sereliuredukcij4ivairiosektno dalyse.SukryZminus homozigotinius mutantus,heterozigotiniams organizmams Sereliaineaugdavo tik tosevietose,kurioseabiejqmutanjeigu del vienosmutacijossc, Sereliainesirystd trl sutapo.Pavl-zdLtui, -a t-)

ABC, o del kitos sc, - BCD, tai drozofilos buvo plikos tik BC kuno pavir5iausvietose. Neabejotinai kiekviena Sereliqvieta buvo funkciSkai ir geneti5kaisavarankiSka.Vyko ne viso geno, o tik atskirq centrq mutacijos. Krosingoveri geno viduje - tarp to paties geno atskirq daliu i5ai5kino Liujisas (E. B. Lewis), Grinas (M. Green) ir Oliveris (C. P. Oliver). Thi buvo irodyta komplementacijostestu.Jis yra vienasii prieinamiausiq ir paprasiiausiubIdq nustaryti.ar mutacijosyra to patiesgeno - alelinds,ar skirtingq- nealeliniqgenq.Primename,kad to paties geno strukturinesatmainosyra aleliniai genai, arba aleliai, o skirtingi, nors ir lemiantyst4 patl pozymi genai yra nealeliniai. Organizmo genetiniq galimybiq visuma vadinama genotinu (gr. genos - gimind, kilme+typos - atspaudas, paryzdys). Si s4voka taikoma ir konkretiems genams. Atitinkamai organizmo poZymiq visuma vadinama fenotipu (gr. phaino parodau*tipas). Si sqvoka taikoma ir konkrediam pozymiui. Antai fenotip4 nusakome Sitaip: normalus pozymis - mutantinis poZymis,Seriuotas- plikas drozofilos klnas ar jo dalys ir pan. Bet kuri vieta gene (nukleotidq sekos,paZaidos)vadinama saitu, skirtingai nuo geno vietos - lokuso. Kai mutacijos yra to paties geno, pirmosios kartos hibridai (F,) yra mutantinio fenotipo, t.y. nenormalauspoz1,mio.

tra n s - p a d dti s, nrutantinis poiymis

Cia a, ir a, - paZeisti saitai (geno dalys), pliusas - normali to paties geno dalis. Auk5diau pavaizduotq paZaidq paddtis viena kitos atZvilgiu vadinama trans-paddtimi. Esant paZaidoms tame padiame gene trans-padetyje,fenotipasyra mutantinis, nes abu aleliai paZeisti. Thdiau retkardiaishibridai tarp mutantq, kurie paZeistitame paiiame gene, yra normalaus fenotipo. Thip atsitinka, kai tarp geno daliq ilyksta krosingoveris,apsikeidiamageno dalimis: '7L

al

chiazma

uz

u1

k r o s o v e r i n i agi e n a i ,c i s - p a d d t i s , normalus poifrnis

Si geno daliq padetis viena kitos atZvilgiu vadinama cis-pad6timi. Taigi kai abu (arba visi) paZeisti saitai yra tame padiame gene cis-padetyje, iSsirysto normalus fenotipas. Sis reiSkinysaiSkinamastaip: cis-paddtyjeabi paZaidosyra viename gene, o kitoje chromosomojegenas yra visi5kai normalus (funkcionalus), ir jis pasireiSkiafenotipe, dominuoja prie5 aleli su dviem paZaidomis. Pagal trans-padetinustatoma,kada du tokio paties fenotipo mutantai priklauso tam padiam genui, o kada yra skirtingq, nealeliniq genq pokydiai. Sis trans-testasdar vadinamaskomplementacijostestu. Ji pirm4 kart4 panaudojo 1938m. Morganas, BridZesasir Startevantas. Tai vienas i5 b[dq alelizmui nustatyti. Tbans-paddti gauti nesuddtinga: reikia sukryZminti du mutantus, ir jq F, hibridai atitinka Siq padeti. Kai dvi mutacijos yra skirtinguose genuose, trans-padetyje buna normalus fenotipas, o kai dvi mutacijos yra tame padiame gene, - mutantinis fenotipas. Tarkime, kad dvi mutacijos yra skirtinguose lokusuose, bet abu genai toje padioje chromosomoje: rar,-T-

-

trtl

-

75

Thda mutantinl gen4 a stelbia antrojoje homologineje chromosomoje esantisnormalus (+) genas,o mutantini gen4 b, esanti antrojoje homologineje chromosomoje,stelbia normalus (+) genas pirmojoje homologineje chromosomoje,todel abu mutantinius genus nustelbia normalls aleliai, ir fenotipas yra normalus. Kai mutacijos yra skirtinguose to paties geno saituose,kaip mineta, abu genai ir pirmojoje, ir antrojoje homologineje chromosomoje blna paZeisti, o fenotipas trans-paddtyjeyra mutantinis, nes abu aleliai paZeisti,toddl negali normaliai veikti: ,

or

+l

i5 poZyAlelizmo irodymai.Ar genai yra aleliniai.sprendZiama poZymio genai paties skirtingas, (fenotipo): lemia to aleliniai mio Bet tai labai nepatikimasrodiklis.DaZnaidu alternatyvias i5rai5kas. genai,lemiantysto patiespozymiovariantus,yra nealeliniai.PalyzrudodZiui, sukryZminusvaisinesmuseles(Drosophilamelanogaster) mis ir Sviesiairaudonomisakimis,visosF, museldsyra tamsiairaudonomisakimis,o F, pasiskirstotaip: 9/16 tamsiairaudonomis:3/16 rudomis:3/16 Sviesiai raudonomis:1/16baltomisakimis,t. y. 9:3:3:1. Tai dihibridinio kryZminimosantykis(Lr. p. 584). IS to galima daryti iSvad4,kad rud4 ir Sviesiairaudon4akiq spalvEnulemiaskirtingi, nealeliniaigenai.Taigi antrasisalelizmoirodymasyra hibridologine analizd,.Kai genai yra aleliniai, sukryZminustiriamEsiasformas,F, gaunamasantykiu3:1. Tuo tarpu kai F, yra santykis,atitinkantisdihibridini(bendrasuma 16, pvz.,9+3+3+1 arba 9+7, arba 15+1, arba 9+3+4 ir kt.) arba suddtingesni kryZminim4.pozymiq genai. skirtum4neabejotinailemia nealeliniai Tadiaunet hibridologineanalizdnegali irodyti alelizmo,nors genetikojedaZnaitik ja ir remiamasi.Esantgenq sankibai(Zr. p. 591). t. y. kai genai toje padiojechromosomoje, monohibridiniokryZminimo santykisF, gali b[ti ir tuo atveju,kai skirtumustarp tevq nulemia nealeliniaigenai.Todel patikimiausias ir svarbiausias alelizmo kriterijus- genovieta chromosomoje. chromoAleliai homologinese somoseuZima tq padiqviet4 - lokus4. Komplementacijostestas labai palengvinaalelizmo nustatym4. Kaip mineta,sukryZminus drozofilasrudomisir Sviesiairaudonomis 76

akimis,F, hibridai esti normaliomistamsiairaudonomisakimis.Vadinasi,jau i5 F, galima sprgsti,kad rud4 ir Sviesiairaudonq akiq spalv4lemiantysgenaiyra nealeliniai,arba mutacijosyra skirtinguodu visi5kaitokios se genuose.Tas pat gaunamakartaissukryZminus padiosspalvos,bfltent Sviesiairaudonomisakimis drozofilosmutantus, paryzdZiui,mutantusv (vermilion,angl. cinoberis- rySkiairauangl.cinoberis).Jq F, yra normaliomis dona spalva)ir cn (cinnabar, tamsiairaudonomisakimis,taigi mutacijosyra nealelinds,priklauso skirtingiemslokusams.Tik kai mutantaiSviesiairaudonomisakimis yra to patiesgeno (pvz., cn), Frfenotipasyra mutantinis- Sviesiai raudonomisakimis. labai veiksminKomplementacijos testas,arba kitaip trans-testas gas, kai norima i5ai5kinti,keli genai nulemia pofmi. Reikia gauti kaip gaudaugtokio patiesfenotipoatskirqmutantr].Panagrinekime, nami mieZiqmutantaieceiferum(augalaibe va5koapna5os).Paveikus mieZiqsdklasmutagenu,kiekvienoaugalopalikuonyssudaroSeim4. Joje gali pasitaikytine vienas,o keli augalaibe va5koapnaSos, taiiau jie tikriausiaibus kilg i5 vienos pakitusiosl4stelds,t. y. yra tapatfis.Atskirais mutantaisjq laikyti negalima.Tadiaui5 dviejq skirtingq Seimqtokio patiestipo eceiferummutantaiyra nevienodi,nes po mutacijosarba tame padiamegene,tik tas pats fenotipasi5sir.yste skirtinguosesaituose(tiksliai to paties saito mutacijos tikimybd yra labai maZa),arba skirtinguosegenuose. Visi Siemutantai i5bandomitrans-testu(sukryZminamitarpusalyje) ir sugrupuojami. Grupdsviduje yra tie mutantai,kuriq F, hibridai yra mutantiniofenotipo.Jie yra skirtingqto paties geno saitq mutacijosir gali bfiti panaudotismulkiai Siogeno analize| Mutantai, kuriq F, hibridai yra normalausfenotipo, priklauso skirtingomsgrupems, taigi ir skirtingiemsgenams.Kiek yra grupiq, tiek ir genq, nulemiandiqpozymi. SvedqmokslininkeLundkvist(U. Lundkvist)i5tyre 13,47mieZiq eceiferummutantus.Visi jie buvo sukryZmintitarpusavyjeir suskirstyti net i 66 grupes.Vadinasi,mieZiqlapusir stieb4dengiandio va5ko sintezgnulemia ne maZiaukaip 66 genai (gali blti ir kiti kol kas neaptikti lokusai). Aleliai yra to paties geno struktlrinds atmainos,nulemiantios skirtingasto patiespoZymioi5rai5kas.Apie alelizm4sprendZiama i5:

' fenotipo - aleliniai genai lemia t4 pati pozymi; ' hibridologinds analizds- kai genai aleliniai, F. hibridq santykis 3:1, visais kitais atveiais(kai 9:3:3:1ir pan.) tikrai genai I'ra nealeliniai: ' geno vietos - nustatytosivairiais bldais; . komplementacijostyrimrl - aleliniq genq F, yra mutantinio, o nealelinirl - normaiaus fenotipo. Polialelizmas.Alternatyvi pozymio iSraiSka.lemiama alelio, atsiranda del mutacijq. Pasitaiko, kad pozymis turi tik dvi alternaqvias i5rai5kasarba i5 viso pozymio variantai neZinomi, tadiau gali brlti ir atvirkidiai: irgi del mutacijq tas pats genas yra igijes keletq strukt[riniq atmainu. Toks rei5kinysvadinamas polialelizmu. Stai tik dalis drozofilos polialeliq, nulemiandiq ivairius akiq atspalvius:normalios tamsiai raudonos alqs (Wite, lI/ arba lr,*) - r,ynines (w,ine, rr,"") kraujo spalvos (blood, w'') - koralq spalvos (coral, \\n") - r,ySnines (chen1,,w''') - eozininds (eosin, w") - abrikosinds (apricot, w') - buivolo odos spalvos (buff, *-bt) - dramblio kaulo (iuory1rur) - medaus spalvos (honey, w/') * perlu spalvos Qtearl,p't'; - baltos spalvos (white, w). Vienos peles kailiuko spalvosgenll yra 6 polialeliai: vienos spalvos pilkos (aguti) - pilkos su ivairiais margumo tipais - geltonos juodos su gelsvu pilveliu - juodos su gelsvaisplaukeliais ant ausq visi5kai juodos. Drylikos polialeliq serija nulemia ivairiai sumaZejusius drozofilos sparnus. Visi Sie genai vienas kito atZvilgiu yra aleliniai, t. y. F. skilimo santykis 3:1, ir visi jie yra ivairios to paties chromosomos lokuso atmainos. Tadiau vienu metu atskiras individas genotipe (heterozigotineje blkleje) gali turdti ne daugiau kaip du tokius genus. pa\yzdiiui. Ww, trrw, w"rroir t. t., nes auk5tesnirlq eukariotu branduolyje yra po dvi homologines chromosomas(Zr. p. -56a). To paties geno struktfiriniq atmainu - aleliq skaidiusyra viena i5 geno ypatybiq,geno evoliucijosrezultatas.Jis priklauso nuo to, ar reikalinga geno produktq ivairove, ar bltinas labai didelis vienodumas. Kraujo grupiq ABO sistema - r,ienasgeriausiq aleliniq genq subalansuotossistemospatryzdLiu.Yra trys pagrindiniai aleliniai genai. Formaliai genai 1'air 18 lemia atitinkamq antigenrl A arba B sintezE;i - nei vieno, nci antro nelemia ir yra recesyvusis. Taigi Zmogus, kurio kraujo grupe O, yra homozigotinis ii, ABO lokusas koduoja galaktoziltransferazg, kuri prijungia skirtinguscukrus prie bazinio antigeno O:

Gcnas I1 IB ii

Substratas Antigenas UDP acetilgalaktoze A UDP galaktoze B (bazinis O)

Koduoja ,r-- acetilgalaktoziltransfcrazg galaktoziltransferazg (-) rrril-nrutrrci.ie

Vienas fermentas nuo kito skiriasi 4 aminorlg5timis. Bazini O antigenq turi visi individai (ir ii genotipo). A ir B antigenai skiriasi prie O papildomai prijungtais cukrais. Zmogus, kurio kraujo grupd yra A, gali b[ti arba IAIa genotipo, arba 1]i genotipo. Atitinkamai B kraujo grupes Zmogus gali bnti homozigotinis1B1Barba heterozigotinis18i. Normalu, kad, susituokus dviem asmenims,kuriq kraujo grupe A, vaikai gali gimti ne tik A, bet ir O kraujo gruptis, kai abu tevai yra heterozigotiniai - IAixIAi. Pana5iaiyra ir susituokus dviem asmenims,kuriq kraujo grupe B. Asmenl's. turinrys kraujo AB grupg. kaip ir O grupds, yra ai5kaus li^irJgenotipo. Jie yra heterozigotiniai,bet ypatingo tipo: abu genai vienas kito nestelbia,ir kiekvienasnulemia atitinkamas transferazes. Tokia s4veika vadinama kodominavimu. Kai motinos kraujo grupe A. o tdvo B arba atvirk5diai,gali blti labai ivairi situacija: . abu tevai homozigotiniai IAIAXJBIIt, vaikai IAIB genotipo ir yra AB kraujo grupds; . vienas i5 tevq homozigotinis, antras - heterozigotinis, pvz.. I'1l'lxJRiarba ItixJBII]. pusd vaikq AB (F Iu), o kita puse arba A (Fl), arba B (1Bi) kraujo grupiq; . abu tdvai heteroziqotiniai: lAi -7---i

o Gametos

lH

t8i

' i

'../' lE

e

\,

\ i T o k i t r j ei e i m o j e v i c n o d a t i k i m y b e( 1 : l : 1 : l ) g i m t i bet kurios kreujo grupcs vaikui. Sis skilimo santykis yra del kodominavimo.

Palikuonvs /

E] ''i

yra tiksliai suderinta.Mat ABO kraujo grupiq Antigenq sintezcr yra kraujogrupiu sistemomis. sistema.palygintisu kitomisZmogaus gamiir kraujo serume ypatinga:i5 ankstogeneti5kaiuZprogramuoti be jokios pirminessqveinasi atitinkamiantik[naicr ir B, Vadinasi, kos eritrocituosesintetinamiantisenai.o krauio serume- antikr-rnai. Bet jie suderinti: A kraujo grupds eritrocituosevra A antigenas.kraujo serume - p antikDnas; B kraujo grup€s critrocituose - B antigcnas,kraujo serume - ci antiklnas: AB kraujo grupds eritrocituose - A ir B antigenai. serume antiklnu nera; O kraujo grupds eritrocituose antigenq nera, serume 1'ra o ir p antikunai.

Krauja perpilant svarbu. kad nesutaptr+A antigenasir cx antikfinas, arba B antigenasir B antikfinas. Sutapus sulimpa (agliutinuoja) eritrocitai. Izoaleliai. Kartais normalls ir mutantiniai aleliniai genai labai maiai skiriasi. Tokios normaliam genui artimos jo atmainos vadinamos izoaleliais (gr. isos - lygus). Norint juos aptikti, reikia atlikti specialiusfyrimus: i5bandytinelprastojegenetineje (tam tikros ru5ies heterozigotos,genai modifikatoriai) arba iSorineje aplinkoje. Paq,zdZiui, genas Wite (tamsiai raudonos akys) lvairiose populiacijoseskiriasi mutacijq daZniu. Si skirtuma lemia izoaleliai. Jie itin svarbls organizmamsprisitaikant prie kintaniiq aplinkos s4lygq. Zinomi ir Zmogausnormaliq genq izoaleliai: normaliq raumenq (alternaty,'araumenq distrofija), ABO (2.3 lentele) ir kt. Antai, kaip mind:ta.ll ir 18 gcnu produktai yra atitinkamai A ir B antigenai.11 ir 18 turi izoalelius. Jq koduojami antigenai imunologiSkainesiskiria.bet bendras genq skaiiius Siame lokuse ne 3, kaip mindta. o 12. Kai kuriais atvejaistai svarbu Rh*(reir perpilant kraujq. Be to, perpilant krauja svarbiosir kitos kraujo _erupes: zus), Lewis ir kt., kuriq pas Zmogu jau surasta maZiausiai29.

Kai kurios i5 ju labiau paplitusios,irgi nurodytos2.3 lenteleje. Taigigeriausiaperpilti savopatieskraujq.Sia kryptimi ir tobulinama kraujo perpylimostrategija- turdti asmenskraujo bankus. 2.2.3. Tarpalelin6 komplementacija ir polifunkciniai baltvmai

Polifunkciniggenq sandarosklausimasgali buti labai komplikuotas tais atvejais,kai reikia atskirti,ar yra vienasfunkciSkaidalijamas genas,ar yra artimai sukibggenai.Pastarojisituacijablna tada, kai 80

2.3 lenteld. Labiausiai paplitusios imogaus kraujo grupes (remiantis \'1 Efroimsonu, 196ti, ir G . P e t r a n i . 1 9 8 2 ) Kraujo sistema

Globaliai arba plaiiai paplitg aleliai'*

ApytikrisbendrasZinomq alcliq skaiiius

ABO Rezus**

o, Ar, 42, B Cdelcde, cdelcde, CDElcde, CDelcDE, CDelCDe M,,YS,S

t2 36

MNSs P Kell* L e w i s ** Lutheran Duffy* * Kidd Diego Sutter Xga Sekrecija

PP P2' p Krk Le, le

6 4 8 2

Luo,

J

Lttb

Fy', Fyb, Fy' Jl(, Jlc Di", Dio Jf,, Jsb

x{' xe Se, se

1 3 2 2 2 )

* - aleliai,aptikti100milijonqir daugiau patikslinti Zmoniq;** - duomenys remiantis G.Petrani(1982). chromosomoje greta yra du arba daugiau artimus ar netgi tapadius pozymius lemiandiq genq. Tokia situacija, pvz., b[dinga kartotiniq genq (Zr. p. 131) sankaupoms.Koks suddtingasklausimas,labai gerai rodo rezus (Rh+) kraujo grupiq genetiniaityrimai. Rezus kraujo grupiq sistema formaliai diagnozuojamakaip Rh+ (yra antigenas) ir Rh- (nera antigeno). Ji svarbi ne tik perpilant krauj4, bet dar svarbesndvaisiausigimtos geltos (eritroblastozes)profilaktikai ir gydymui. Dauguma Zmoniq turi Rh+ grupg, o visi kiti 754c - Rh- grupg. Rh* genas yra dominuojantis, R/r recesyvusis. Taigi paveldejimasyra pats paprasiiausias,pagal klasikinius Mendelio desnius. Iftiti5ka padetis bflna tose Seimose(2.7 pav.), kuriose motina yra Rh- grupes, o tevas Rh* grupes (b[tina nurodyti, kad fenotipai Zymimi Rh+ arba Rh-, genai Rh* arba Rft-). Pirmiausia i5nagrinekime paprastesngsituacijq, kai tdvas, kurio kraujo grupe Rh*, yra homozigotinis Rft*Rft*. o motina su recesyviuojupozymiu (Rh- kraujo grupes). Suprantama,ji yra homozigotine. Tada

B1

't

++

i

Seimos,kuriose tevq Rh neatitinka, gali blti ir daugiavaikes,jeigu normaiiai veikia placenta arba tdvas yra heterozigotinis, bet atsibus apvaisinamostdvo spermatozoidais tiktinai motinos kiauSial4stds su R/i genu, ir gims vaikai Rh- kraujo grupes: Tdvai

x

Fht

(r,

Gametos

Vaikai

cd

2.7 pav. Rezus veiksnio paveldejimasir eritroblastoz€siisirystymas: 4 - tevas R/r+ geno donoras: b - motina. kurios kraujo grupc Rh-: c - pirmasis nd5tumas.nors motirtos kraujlje pasigamingantikunai. r,aikasnormalus:r/ - antrasis nOitumas - antiklnams i5 motinos kraujo patckus i gemalo krauja ir rcasa'us su gemalo critrocitais. iSsivysdiusi eritroblastoze

Tevai Gametos Vaikai

(Rh-) (Rh+) Rh-Rh- x RlttRht RhRh' Rh*Rh(Rh+)

Visi vaikai Sioje 5eimoje bus heterozigotiniai,bet kadangi genas Rh* yra dominuojantis, tai vaisiuje gaminsis rezus antigenas. Paprastai toks neatitikimas nekelia problemq, nes motinos gimdoje besiq,stantis gemalas atskirtas placenta. Tik kai paZeidZiama placenta (tik ll20 Seimq, kuriose yra rezus neatitikimas), prasideda eritroblastozE.lr tai ne pirm4 kart4 gimdant, kai gemalo antigcnai patenka I motinos kraujE ir serume gaminasi antikfinai. o esant antram ir trediam nd5tumui, kai prasideda gemalo eritrocitq hemolize (eritrocitq irimas i5siskirianti5 jq hemoglobinui).fgimta gelta gali pasireikiti ir pirm4 kart4 gimdant. jeigu pries tai buvo savaiminisar dirbtinis abortas arba pries nestum4 motinai buvo perpiltas kraujas su rezus veiksniu. Laiku i3ai5kinusantikunq susidarymq,galima imtis priemoniq gemalui i5saugoti.

82

Iki pirmo Rh* Rh, kuris bus dar sveikas,bet motinos kraujyje gaminsis antikunai, ir kitas gimdymas bus nesdkmingas.Taigi Rh kraujo grupiq sistema skiriasi nuo ABO tuo, kad kraujo serume i5 anksto antikunq nebfina. Jie susidaro tik patekus antigenams. Rezus kraujo grupiq sistem4 irgi lemia polialeliai (Lt. 2.4 lentelE). Jq net daugiau negu ABO kraujo grupiq sistemos- 36. Thdiau Rh antigen4 lemia sudetingasvienetas,sudarytasi5 trijq dal\ CDE. Iki Siol svarstoma,ar tai vienas genas, ar operono tipo (Zr. p. 271) genq sankaupa. CDE lokusas turi bendrE valdymo sek4. Tarp CDEI cde aleliq r,yksta krosingoveris, C(c), D(d) ir E(e) heterozigotose yra funkci5kai savarankiSki. BakteriofagoTrrll rajono smulki4 genetinganalizqatliko Benzeris. Jo naudota genetineEscheichia coll kamienq sistemar/1 mutantams, komplementacijai,rekombinacijaitirti buvo jau aptarta (.Lr.p.49). Benzerio nuopelnastas, kad jis suklrd virusq genq analizesmetodus: sanklotiniq delecijq metodq, metodus delecijosvietai ir riboms nustatyti, delecijosir krosingoveriodydi nukleotidq poromis,pritaike krosingoveri ir komplementacij4virusq genetineianalizei.Nustate,kad geno viduje krosingoveris r.yksta ivairaus dydZio nukleotidq sekomis ir kad homologines DNR molekules gali keistis net viena nukleotidq pora. Nors genetindsistemabuvo labai jautri, leidZiantiaptikti rekombinantus,kuriq atsiradimqdaZnislygus 0,0000|qa,tadiau nd karto nepagauti maZesniokaip 0,0I7a rekombinantqdaZnio.Paslaptispaai5"yko kejo. kai buvo apskaidiuota,kam lygi viena nukleotidq pora krosingoverio vienetais.Visa viruso T. DNR sudaro 7500Vo,o nukleotidq portl Sioje DNR yra 150000.Thigi viena nukleotidq pora rekombinacijos

83

vienetaislygi \500c/c:150000= 0,017c.Suprantama,kad maZesniukaip vienernukleotidq pora DNR segmentuapsikeistidi'i DNR molekulds daZnisnegaliblti maZesniskaip A,1Iqc. negali,todel ir rekombinacijos Tai patvirtino ir mindtq bandymq duomenys. Suradus rekombinacijos tarp dviejq saitq daZnl, suZinoma, kam lygus atstumastarp jq. iSreik5tasnukleotidq poromis, arba kokio dydZio DNR segmentu buvo apsikeistatarp dviejq virusq. Thiiau Benzerio nustatyti funkcijos, rekombinacijos,mutacijos vienetai (atitinkamai cistronas, rekonas, mutonas) Siuo metu yra tik istoriniai. neteke reik5mes tcrminai. I5liko tik policistrono savoka,vartojama tada, kai nuo genq grupds transkr i b u o j a m a sv i e n a s b e n d r a s t r a n s k r i p t a s .

Tarpalelin€ komplementacija.Nustatytasgana netikdtas rei5kinys. Komplementacijagali blti ne tik tarp neaieliniqgenq, bet ir tarp to paties geno daliq. Tarpalelin€ (geno viduje) komplementacija r.yksta tarp genq produktq - polipeptidai gali s4veikauti tarpusarryje,sudarydami hibridines baltymo molekules. Si rei5kini 1959 m. pirmasis aptiko Vudvardas (D. Woodward). Sujungus ekstraktus iS dviejq mutantiniq It[eurosporagrybo linijq, nesugebandiqsintetinti adenilsukcinazes,gautas akryvusis baltymas. Fermentinis akryvumasatsistato.Tiesa, jis niekuomet neprilygo fermentq aktyvumui, kuris yra normalaus Neurospora grybo. Vdliau, 1965 m., Findemas (J. R. S. Finchem) ir Kadingtonas (A. Coddington), panaudojg radioaktlviEl4 qtmQ, irode, kad, sumaiSiusapvalytus mutantinius glutamatdehidrogenazdsbaltymus (neturindius fermentinio akryvumo), atsistato fermentinis akbryumas.susijungus skirtingiems fermento subvienetams:arba atsistato fermentas i5 atskirq fragmentq, arba ryksta kooperacija tarp balrymo funkciniq centrq. arba i5taisomos konforniacinds (erdvines) baltymo paZaidos. Tarp domenq esanti ry51lengvai atakuoja proteolitiniai fermentai, ir, jam nutrfikus, domenas ve] labai lengvai susijungia. Taciau mutantiniai baltymo subvienetai sunkiai jungiasi - jie neatitinka vienas kito. Normalls subvienetai, atvirkSdiai,lengvai komponuojasi vienas su kitu. Si savybe priklauso nuo konformaciniq baltymo ypatybiq. Ne tarp visq aleliniq genq pastebima tarpaleline komplementacija. Pagal tai genai skirstomi i heteroalelius,tarp kuriu eali blti re84

kombinacijageno viduje ir tarpalelindkomplementacija, ir homoalekuriems reiSkiniai nebudingi. Sie lius, VisiSkaiimanoma,ir tai irodomabandymais, kad, susidariushibridinei baltvmo molekulei,baltymasgali igyti naujq sarybiq.Antai Pearleneck linijosbalandZius su ker5uliais, hibridaisintesukryZminus bet atsirantina visusantigenus,kurie aptinkamitevq organizmuose, da ir naujq. Del tarpalelineskomplementacijos kilo du svarbfisklausimai: . ar apskritaipriimtinaskomplementacijos testasgenq alelizmui nustalyti; . kodel vieniemsgenamsbldinga tarpaielinekomplementacija (yra heteroaleliai). o kitiemsne (yra homoaleliai)? Abu Sie klausimaiyra susijg.Norint atsakytii pirmE;i klausim4, kodel r.ykstatarpalelinekomplementacija. reikia i5siai5kinti. Monofunkciniaiir polifunkciniaibaltymai.Genq skirstymas I homoaleliusir heteroaleliuspriklausonuo genq koduojamqbaltymu sandarosir funkcijos.Baltymaipagalfunkcrj4yra dviejqtipq: monofunkciniaiir polifunkciniai,o pagal sandar4gali buti sudarytiiS domenrl. Domenai - tai baltymo dalys, kurioms budingos tam tikros konkrediosfunkcijos irlarba sandarosautonomija.Thdiaupolifunkciniai baltymai skirtingai paveldimi.Jie yra vieno arba keliq genq produktas. Geriausiaitai gzrlimaparodytisugretinantdvi bakterijqDNR poIimerazes:DNR I polimerazgir DNR III polimerazg.Pirmoji yra DNR paZaidqreparacijosfermentas,antroji yra replikacind- rykdo DNR replikacijq. Abu fermentaisudarytii5 domenq ir yra polifunkciniai:atlieka polimerizacij4- elongacij45'-+3' kryptimi nuo 3'-OH pradmensir kartu yra nukleazis- paialinaneteisingaiijungtusnukleotidus.Taigi jos yra 3'-+5' egzonukleazes. ThdiauDNR III polimeraze- holofermentasi5 10 subvienetq. J4 koduojabent septynigenai,ir jos korekcing funkcij4 atlieka specialus(e) polipeptidas. DNR I polimerazekoduoja tik vienasgenas.Tadiauir DNR I polimerazdje yra frasmentzri su skirtingomisfunkcijomis:terminalinio

8-s

galo 36 kDa fragmentas, atliekantis 5'-+3' egzonukleazinqfunkcij4; didesniajam70 kDa (Klenovo) fragmentui b[dingos i5 karto dvi funkcijos: 5'-+3' polimerazine ir 3'-+5' egzonukleazine(korekcine). Vadinasi, ir Sio tik vieno geno koduojamo baltymo skiriami du domenai. Komplementacija ir poZymio genetika. Dabar galima i5 karto atsalryti i abu del tarpalelinds komplementacijos kilusius klausimus. Kaip alelizmo testas,komplementacijavisi5kai ai5kausatsakvmo neduoda. Komplementacija parodo, kad arba po4mi lemia keli genai, arba genas yra funkci5kai dalomas. Komplementacijayra tolesniq tyrimq pamatas.Antai apie tai, ar genai aleliniai ar nealeliniai,galima sprgsti i5 komplementacijosgrupiq vietos chromosomose.Jeigu komplementacijos grupds nustatomos nutolusiuoselokusuosearba net skirtingosechromosomose,galima tvirtinti, kad po4mi lemia du arba daugiau nealelinirl genq, Netgi paprasdiausiaF, analizd gali vienareikSmi5kaiiSsprgstiklausim4 apie mutacijq aleli5kum4.Kai F, pasirei5kiakomplementacija,o F. palikuoniq skilimo sanfykisyra dihibridinio (pvz., 9:7,9'.3:4,9:3:3:1) arba suddtingesniqkryZminimq, mutacijos yra ne tik nealelinds,bet ir skirtingose,nehomologindsechromosomose. Sudetingiauyra tuo atveju, kai abi komplementacijosgrupds yra greta, kaip bakteriofago T, rII A ir B cistronq. Bet apie A ir B cistronus galima pasakyti, kad jiedu savaranki5ki,nealeliniai genai. Thrp jrl yra genus skirianti nukleotidq seka - tarpiklis. Heteroaleliai yra tie genai, kuriq koduojami baltymai pagal sandar4/funkcij4 yra dalijami i domenus. Jiems bldinga tarpaleline komplementacija. Tad tarpaleline komplementacija irodo, kad genas yra dalus. Ji gali buti dingstis detalesneigeno vidinei sandarai tirti.

2.3. Geno sandara ir veikla Ir to paties genomo genai skiriasi dydZiu, sandara ir galutiniu produktu. Pats didZiausiasZmogaus raumenq distrofijos genas net 86

2000kb dydZio.Normalusjo aleliskoduojastambq500 kDa baltym4 distrofina.Bet ne tik koduojamasproduktaslemia 5io geno dydi. Genasturi didelgvaldymuiskirt4 dali ir apie 60 intronq (Zr. toliau), kurie nekoduojabaltymo ir paSalinamii5 brgstandiosdistrofino mRNR. Del ilgq valdymoseku ir intronq eukariotqgenai apskritaiyra gerokai didesniir sudetingesni uZ prokariotq. Kiekvienasgenasyra dalijamasi dvi dalis: . valdymo (reguliacing-akceptoring), . transkribuojamEj4. Geno valdymodalfie yra nukleotidqsekosRNR sintezeipradeti valdymo(reguliaciniq)genq produkir sekos.su kuriomiss4veikauja tai. geno daliessintetinamaRNR. TianskriNuo transkribuojamosios geno buojamoji dalis irgi turi valdymosekq.Jos butinos sekmingai baltymasisijungia baltymosintezei.Be to, genai,kuriq koduojamasis nukleotidq gabenamas l4steles ribq, turi specialias membranq ar uZ i vadinam{i signalinipolipeptid4.Sispolipeptidas sekas,koduojandias 1'rareikalingasbaltymuiisiterptii membranasarba jam perne5tiuZ Specialiasnumembranosribq. Po to Sispolipeptidaspa5alinamas. kleotidq sekasturi ir genai,kuriq koduojamiejibaltymaijungiasisu DNR - yra transkripcijosveiksniai (Lr. p. 317). Kai kurie genai koduoja speciaiiusbaltymusSaperonus(Lr. p. 320), kurie sukuria arba atkuria balrymqtreting sandar4. Pagaliaune visi genai koduoja baltymus.Kiekvienoorganizmo genomeyra daug genq, kuriq galutinisproduktasyra RNR. Thi ribosominiq(rRNR), perna5os(tRNR), maZqjqbranduolio(mbRNR) genai. bei citoplazmos(mcRNR) ribonukleorlg5diq Pagal tai genai skirstomi i dvi grupes: 1) transkribuojamuogenus(arba nukleotidqsekas), sius,bet netransliuojamuosius galutinis produktas Siuo atveju yra RNR; 2) transkribuojagenusir nukleotidrl sekas- jq muosiusir transliuojamuosius produktasyra baltymas. ir Genomeyra nukleotidqsekq, kurios yra netranskribuojamos netransliuojamos. Jq paskirtislabai lvairi (Zr. III ir IV sk.) B7

(RNR biosintez6). geno 2.3.1.Ttanskripcija Reguliacin6s-akceptorin6s daliessandara -Thanskripcija - perra5ymas) - tai matricindRNR (lot. rranscriptio sinteze.Matrica paprastaiyra DNR. Kai genetin€medZiagayra RNR, ji yra matrica. Visq RNR nukleotidqsekayra komplimentariDNR grandinei-matricai ir sutampasu kita DNR grandine(skiriasituo, kad vietojtimidilo r[g5tiesRNR yra uridilo rng5tis).Pirmasistranskribuojamasis nukleotidasvadinamas startotaiku ir zymimas*1. Nuo jo transkripcija visada vyksta5'-+3'kryptimi(2.8pav.).Sia kryptimi(pasroviui)nukleotidai nurodomi,,+" Zenklu,o prie5inga kryptimi(prie5srovg)nuo starto ta5ko- SU,,-" Zenklu.TianskripcijqatliekaRNR polimerazes. Prokariotqyra tik vienabendraRNR polimerazd.Specifineprokariotq genq transkripcijapriklausonuo papildomqveiksniqir RNR polimerazdskomplekso(Lr. toliau). Eukariotq transkribuojami branduoliogenai skirstomii 3 grupes pagal tai, kuri i5 trijq RNR polimeraziqrykdo transkripcij4. RNR I polimerazdlokalizuotabranduolelyje, kuris susidaroantrindje chromosomos yra s4smaukoje ir ribosominiqRNR (rRNR) sintezdscentras.Si RNR polimerazesintetinadideli pirmini transkript4. Jis brendimometu sukarpomasi 3-jq tipq rRNR: 18S;5,8S ir 28S. RNR II polimerazdtranskribuojatransliuojamuosius genus,Jos transkriptasyra mRNR. RNR III polimeraz€transkribuojamaZqjq RNR - IRNR, 55 rRNR, mbRNR, ;ncRNR ir pan. genus. RNR polimerazdtiesiogiaiar per tarpininkusatpaZistareguliacines-akceptorinds daliesnukleotidqsek4,vadinam4promotoriumi (lot. promolio - pasistumejimas i prieki). Jq sqveika inicijuoja transkripcij4. Promotoriusyra netranskribuojamas, bet prie jo jungiasi RNR polimerazeir kiti baltymai,kurie b[tini transkripcijaipradeti. fvairioms RNR polimerazems promotoriaiyra skirtingi.Bakterijq polimerazesapglebiaDNR nuo -55 iki +20 bp. fvairiq genq promotoriuose i5skiriamoskanonindssekos.Tai 6-7 n.p. seka TATA blokas (prokariotqji vadinamaPribnovo,o eukariotq- Hogneso-Goldbergo bloku). Kitos kanonindssekosbfidingesnes konkrediomsorganizmu ir genqgrupems.Skiriasiir Siqsekqpadetis.Kanonindssekosnustatomos statistiniaismetodais. 88

fL\R poLlmrraze

i ZJaraskonlFleksa5

promc.r._-rraus

' zt*_li

narcikos

--v

*.qtL*:

.\lflro..f.Tf...*

/il

. IL\R Eandrnrrs , rnlclacl.la

.
-

-E--*

=

R\R elongacrta

nr-r.f fi

LJU

f\

R\R polLm.raze

I

--

.:\

\^

5 *--*---"--,-a*

An'iras kompleksas

2.8 pav. Transkripcijos eiga

kry?trs.kwra RNR polimeraze tudaD\R

Josenurodytitie nukleotidai,kurie SiojepadetyjeclaZniausiai pasitaiko.Be to, Saliapateikiamiskaidiairodo,kokiu dazniu(procentais) Siojepadetyjesutinkamas nukleotidas. Juo aukitesnisiis procenras, tuo konserva[vesnis nurodytas nukleotidas, ir awirksiiai,kuo Zemesnis procentas.tuo labiauiioje padetyjenukleotidasvarijuojaivairiu organizpagal mq ir netgi to patiesorganizmoskirtingqgenq pronlotoriuose. susitarima didziosiomis raidemisnurodominukleotidai,kuriu daZnis - ne tokie konserva6r,'ts, didesniskaip 54.i, maZosiomis bet daZniau neguesantatsitiktiniampasiskirsrymui pasitaikantys nukleotidai.Thpadd:tis,kurioje nera pirmenybes kuriam nors nukleotidui,zymimaN. Stai kaip arrodobakterijLlpromororiqpribnovobrokas(pateikiama dvigubaiilgesnenukleotiduseka,negu pribnovo bloko; Sis pary5kintas): A.oT*,,Tr, Gr,NTroAnrt.,rAuofl ,oTroG,, Palyginimui eukariotupromotoriqHogneso-Gordbergo blokastoks: T'AnrTr3ArrA6r/t3 4$ a.0/t.,r Nors promotorius yra netranskribuojamanukleotidq seka, bet ji Iemia daugeli svarbiq geno ypatybiq. viena is svarbiausiqpromotoriaus yparybiq - geno aktyvumas normalioje ir krastutinese (ekstreminese) situacijose. Prokariotq promotoriuose nustafytos keturios konservaryvios iq sandarosypatybes/sekos, nuo kuriq priklauso promotoriaus stiprumas: *1 - starto ia5kas, * 10 - TATAAT seka, -35 - TTGACA seka, - atstumastarp Siq dviejq nukleotidq seku (16_19 bp). Thdiau promotoriaus stiprumui reikimingos ir nekonservaryr,ios nukleotidrl sekos. Konkreiiq nukleotidq ir iq sekq reiksmd promotoriuje nustatoma mutacijq metodais:pakaitomis (keidiantvien4 nukleotid4kitu) arba delecijomis (pavieniqnukleotidq arba jq sekq iskritomis).Antai po TArA bloko delecijos transkripcija nenutrlksra, bet netiksliai pasirenkamas starto taskas,kuris eukariotq dazniausiaiyra A, o prokariotq A arba G. Prokariotq promotorius. E. coli ir kitq bakteriju TATA blokas nutolgs nuo starto ta5ko 10 bp (-10). T[o tarpu eukariotq genuose Sios sekos nuotolis sr,yruoja -10-120 ribose. TATA blokas yra iS A-T porq, todel Sioje'ietoje DNR grandineslengr,'aiatsiskiria.(prisiminkite,kad tarp A=T yra dvi, o tarp G=c - trys vandeniliniai rysiai).

90

Antroji kanonind sekayra ivairi.Prokariotqtai prikiausonuo to, koks - RNR polimerazds komTai poiipeptidas sigma veiksnysj4 atpaZista. plekso dalis (2r. toliau). VisasE. coli promotoriusatrodo taip: -70

_ l0

reikdmind 5' 3'

TAtAat-

TTGACanereikdmine

AACTG t +l ?rt+

-24

ll -18

+20

nruruffi_*ta l-1

-42

+'l ll cat-

+3

lal

+3 [b]

pradZiojeformuojasi Vir5uje(a) nurodytosribos,kuriosetranskripcijos (ir.2.8 pav.).TATA blokastelpa i Siasribas. atviraskompleksas Eukariotq promotoriuskur kas sudetingesnis. fvairios eukariotq Antai RNR III RNR polimerazisjungiasisu skirtingaispromotoriais. geno dalyje. promotoriaiyra transkribuojamojoje polimerazes Genq, kuriuos transkribuojaRNR II polimeraze,promotoriuje 1'radviejq tipq kanonin€ssekos: . pagrindines,su kuriomiss4veikaujaRNR II polimerazd, . specifinds. budingoskonkretiemsgenamsarba palygintinedideregulonams. lems genq grupdms,vadinan-riesiems Nuo pagrindiniqkanoniniqseku priklauso,kokiai stambiaigenq konstitutyviu ir pan.)grupeipriklausys (audiniqspecifiniq,adaptaciniq, pagrindiniaitranskripcijosveiksgenas(Zr.IV sk.).SiassekasatpaZista pagrindines kurie atpaZista niai. Taivaldymogenqkoduojamibalr.vmai, kanoninesnukleotidusekasir su jomis jungiasi. yra keletaspagrindiniqnukleotidq Eukariotqgenqpromotoriuose eukariotqgenr] grupes. seku. lvirir[s ju deriniai lemia stambiqsias gali Be pagrindinessekos, b0ti motlvai (pranc.motif - iia anapagrindinielement4)- pana5ios logija muzikiniotermino,rei5kiandio i pagrindingsekos. Prokariotqir ypad eukariotqgenq labiau nutolusiojenuo starto taSkodalyje(daugiaukaip -80-120 bp) yra nukleotidqsekos,kurias atpaZistavaldynio genq produktai. Visi genai, kurie sudaro vienq genr]grupg - regulonqir klausovieno valdymogeno komandq,tokias sekasturi vienodas.Thspats genasgali ieiti i keliasreguliacines Toks keliq genq-reguliatoriq. genrl grupesarba brlti reguliuojariras genasturi atitinkamaidaugiausekq, skirtq valdymui. 91

Promotoriuosedausiau negu visoje kitoje genq dalvje 1,rajudriqjq genomo elementq isiterpimo (integracijos)vietq (2r. p. 140). Tai irgi specialios nukleotidq sekos. Jos bldingos arba genams. kuriq veikla valdoma judriqjq genomo elementq, arba genams. kurie mutabills,,pagal uZsakym4". Kai kurie genai turi du tris promotorius. Thi genai. kurie priklauso skirtingoms gcnq grup0ms ir veikia skirtingaisreZimais:arba konstitut)'r,ziu,arba ivairiu adaptacinitr ir pan. Skiriami trys transkripcijos etapai: pradzia, elongacija ir pabaiga. Prokariotq transkripcijospradZia yra tada. kai RNR polimerazd prisijungia prie promotoriaus (2.8 pav.). Tiri r,yksta ram rikroje (Zr. auk5diau) promotoriaus vietoje. RNR polimerazes, pradZioje prisijungusios prie DNR atsitiktinai, juda DNR, kol suranda reikiam4 nukleotidq sek4. Ten susidaro uZdaras kompleksas. Jame DNR yra dvigrande. RNR polimerazessudaro labai sudetingusbalrymr.lkompleksus,apie kuriq dydi galima sprgsti i5 molekulinds masds.Ji bDna iki 500 kDa. RNR polimerazei tiksliai prisijungti prie promororiaus b[tinas sigma (o) subvienetas.Sigmzlpadidina tikslumq atpaZintipromotoriq iki 10000 kartql Sigma subvienetai gali blti lvairus. Kai kurie i5 jq jungiasi tik prie tam tiknl genrl. UZdaras komplekszis virsta atviru kompleksu (2.8 pav.), kuriame iniciacijos vietoje iSsiskiria DNR grandines. I5skirtq DNR grandiniq ilgis lygus 12-17 bp. Siai stadijai bDtini RNR polimerazes substratai - nukleozidrrifosfatai. Susintetinus8-9 nukleotidq atkarp4, pasiSalinasigma subvieneras ir prasideda kitas RNR sintezesetapas - elongacija (2.8 pav.). Eukariotq transkripcijos pradiia yra kur kas sudetingesne.Tai priklauso nuo trijq skirtingq RNR polimerazir; ir nuo sudetingesnes promotoriq sandaros. Svarbiausia RNR transkripcijos pradZioje tiksliai nustatyti starto taSkq. Pirmiausia tai priklauso nuo TATA bloko. Prie TATA bloko jungiasi TBP (angl. UTA-binding protein), paskui kiti veiksniai TAF (angl. TBP-associated factors). Jq yra keletas. Thdiau promotoriuje svarbios ir kitos paerindines nukleotidu sekos. Elongacija. Su RNR polimerazemis sqveikauja kiti baltl'mai elongacijos veiksniai. Jq kompleksas toliau transkribuoja RNR nuo DNR matricos. RNR sinteze wksta 5'-+3' krvptimi. c),)

Tlanskripcijospabaiga(2,8 pav.) gerokai skiriasi prokariotq ir eukariotq,bet ji turi ir dar.rgbendra.Pirmiausiaabieju oreanizmq grupiq mRNR susidaroterminatorius.Thi ivairausilgio nukleotidq seka,sudarantidvigrandgstruktDr4segtukq.Segtukasyra RNR polimerazdskliltis. Antra, RNR transkript4nukerpaendonukleazes. terminacijaisvarbiosribosomos.Mat jos Prokariotqtranskripcijos Risqveikaujasu dar nebaigtatranskribuotimRNR (Zr. transliacija). bosomostrukdo ro (p) veiksniuijudeti transkriptu.Taiiau jau pasiekus jam beprasmikodonaribosomosprie jo nesijungia.Ro veiksnys netrukdomaspraeinair atskiriaDNR-RNR hibrido grandines. Nukleorlg5ciq(DNR ar RNR) sintezei,tarp jq ir transkripcijai, reikia dideliq ATP ir GTP energijosiStekliq. 2.3.2. Tfanskripto brendimas. Splaisingas.Intronin6-egzonin€eukariotq genq sandara Labai svarbios funkcines geno sandaros ypatybes paaiSkejo paly-

ginuspirmini geno produkt4- transkript4su mRNR, kuri dalyvauja Ji labai pakeista.PirmindsRNR modifikacijavadinama transliacijoje. - gaminio perdirbimas).Brendimasb[(angl. processittg brendimu jis r,ykstaeukariotq bet sudetingiausiai dingasvisiemstranskriptams. branduoliuose.ThdiauRNR brendimasbranduoliuneapsiriboja,jis per branduolioapryksta ir tada, kai transkriptastransportuojamas valkaldlioporas i citoplazm4,taip pat citoplazmoje.Ypad tq genr+, RNR citoplazmojegali buti neveiklios,atsarginds. kuriq koduojarnos (Zr. p. 329). Siq nNR aktyvacijasusijusisu jq sandarospoLrydiais Apskritai transkriptobrendimasyra vienasi5 genq veiklosvaldymo bldq (Zr. IV sk.). Transkripto 5' ir 3' galq modifikacija.Tiroj pat po transkripcijos pradZiosprie pre-mRNRprijungiamakepurd(angl.cap - kepure).Thi (*tG). Jisyra ne tik guanino,nukleotidas vienasmetilintas,daZniausiai 180")ir jungiasisu kitu nuklemetilintas,bet ir invertuotas(pasisukes ppps'N"'p.Invertuootidu ne 5'-)3', o 3'->5'.todel dar zymimasm7G5' prisitvirtinti yra reikalingas gal4 ir tas nukleotidasblokuojamRNR 5' prie ribosomos. Daugumoseukariotqgenq mRNR 3' gale yra uodega.Thi seka vien i5 adenilorug5ties- poliA, I5imtis- histonqir rRNR genai. Daugumosjq mRNR neturi poliA sekos3' gale.PoliA yra prijungiama, bet prie5 tai transkripto3' gale atskeliamosilgos (Simtq n.) 93

vietq lemia nukleotiduseka nukleotidusekos.Gene poliadenilinimo A{TA{A. Apkarpytospre-mRNR 5i sekayra per 11-30 nukleotidqnuo 3' galo. poliA ilgis ne rik nevienodasivairiosemRNR, bet ir keidiasi molekuleisenstant.Jos paskirtisyra apsaugindir valdymo (Zr. toliau). Be to. poliA inicijuojabaltymujungimqsiprie mRNR. Thdiau bfitina.Kitais awejaissignalasAr{UArdA gali 5i sekanira absoliudiai buti labai nutolgsnuo transkripcijosterminaciiostajko. Antai Zinduoliq p-globulinogene Sis signalasyra per 1400 nukleotidq nuo transkripto3' galo. PrijunguspoliA, paprastaivykstasplaisingas'tadiaujis nesustojair po to, kai poliA prijungimqblokuojainhibitoriai. Tai terminasi5 jlreiviq (ir cirko artistq)atliekamotriuko: r'irve karpoma ir karpoma,o galai kirpimo vietoje sujungti(angl.splicing virvdssuri5imas,nepaliekantgalq)' Pertrauktaeukariotqgenq sandara.Egzonaiir intronai. splaigenq inZinerijos singas.Labai idomus rezultataigauti sukryZminus metodaisisskirtusgenus su jq koduojamamRNR. DNR susidare kilpos.Vadinasi,geneyra nukleotidqsekos.kurios praleistosRNR, nors jos ir yra genoviduje.KryZminantDNR su pirminiu transkripGene yra nukleotidq cijos produktu pre-mRNR,kilpos nesusidaro. jq galutindjemRNR. nera bet transkribuojami, kurie intronai, sekos Islikq susplaisingui. r,ykstant pasalinamos I5 pre-mRNR Siossekos brendusiojemRNR transkriptofragmentaivadinamiegzonais. Dauguma eukariotq ir archebakterijqgenq transkribuojamojoje geno clalyjeyra pertrauktossandaros- sudarytii5 egzonq ir intronq. Vykstanttipi5kamsplaisingui,intronai i5 pre-RNR paSalinami. Eubakterijqgenuoseintronai yra labai retos iSimtystaiiau jq T, turi yra kai kuriuosebakteriofagqgenuose.Antai bakteriofagas dydis ir intronq genuose egzonq Eukariotu intronais. genus su tris aptikti intronai DidZiausi (ir tame padiamegene) labai ivairuoja. ZinduoliqMHC (audiniq suderinamumo,Zr. p. 297) ir drozofilos Antennapedialokusuose- 70-100 kb. Skiriasi genai ir pagal intronq skaiiiq. Jq visiikai neturi dauguma histonq, interferonogenq. Tieddalisvisq drozofilos28S rRNR genllyra be intronq.Mieliq 28SrRNR genuoseintronq i5 viso nera, rRNR genai turi po vienq tuo tarpu jq mitochondrijqanalogi5kos

introna. Pasitaikonrieliu kamienu. kuriq mitochondrijqgenai be intronq. Intuzorijos Tbtrahtnwtapigmentosa Siq RNR genuose vienq kamienq yra po 1 intron4, o kitq nera. Kokiq nors funkciniq skirtumq tarp Siq kamienq nepastebeta.I5 maZdaug 400 mieliq tRNR genrl tik apie 40 turi po vienil intron4. Jr1 dvdis nuo 14 iki 64 bp. Vi5tu kolageno genas turi net 51 intronq. Thi daugiau kaip 86o/c viso qeno. Nereikia manyti, kad intronai yra beprasmiai. Juose yra daug jvairiu nukleotidq sekq, bltinq genq veiklai valdyti ir kt. Intronai gali koduoti polipeptidus arba ribozimus (fermentus - RNR molekules. ne polipeptidLrs),tarp ju ir katalizuojandiussplaising4. Bltinosjvairiqoreanizmq ir genqsplaisingo sekosganaskiriasi. GU-AGsekos labai konservatp,ios(apie 100%). Norint tiksliai i5kirpti introna, butinos trys konservatyviosnukleotidq sekos pai i a m e i n t r o n e : n u k l e o t i d q s e k a i n t r o n o 5 ' g a l e , a t S a k o ss r i t i s - k o n s e n s u s a s UACUAAC ir introno -i' gale Py,NCAGN. At5akos seka bltina laso tipo kilpai s u s i d a n ' t i( 2 . 9 p a r , . ) . Splaisingo tikslumas priklauso ir nuo gretimq nukleotidq (konteksto;. Splaisingasr1'kstabent 4 budais. Pagal tai intronai skirstomi I grupes. Tiijuose splaisingobuduose daugiau ar maZiaureiSkiasiribozimai. DaZniausiaisusidarosplaisosoma.Joje yra maZosiosbranduolio RNR (mbRNR): U1, U2, U1, U5. U6 ir keli b a l t y m a i ( 2 . 9 p a v . 1 .S p l a i s o s o n rsau a r t i n ai n t r o n o 5 ' g a l q s u v i d i n e - a t S a k o ss e k a . Susidaro laso pavidalo figDra.Ji i5kerparna,o dviejq egzonq galai sujungiami.Po to splaisosomair iSkirptas intronas pasiSalina.

Ribosominiqir transportiniqRNR brendimas.Brgstane tik genq, koduojandiqbalt-l'ntus, bet ir rRNR, IRNR pirminiaitranskriptai. RibosominiqRNR genaisutelktivienojevietojeir sudarosankaup4. Nuo jos transkribuojama vienabendrapre-RNR.Del SiosprieZasties tokios genq sankauposvadinamostranskriptonais. I3 pre-rRNR transkriptoi5kerpamine tik intronai (jeigujie yra), bet ir skiriandiosvien4 genq nuo kito nukleotidqsekos.Thi transkribuojamieji tarpikliai. Jie skiria vienas RNR nuo kitq bendrame transkripte. (2.10pav.). Susidarokilpa.Ji i5kerpama Eukariotaipasiz.'"mi dar viena rRNR brendimoypatybe.Ribosominiu rRNR genai-sankaupos yra daug kartq pakartoti,sutelktivienoje vietoje,todel ir jq transkriptassutelktasvienojevietoje- branduolelyje.Cia formuojasiir ribosomossubvienetai- rRNR sudaro komolcksussu baltvmais.

pre-mBNR

Vieta Operonas

5 Kep Intronas Splaisosomos komponentai i

Uo3

Egzonas 2 M b R N RU 1 , U 2 ,U 5 .U 4 l U 6 ir baltymai

l ' r o r r l . . r i u si i . r i )

'

t

tR\R

5t

z--r2l

V

(1)

,UQ Egzonas2

rep I:

-

a'

Intronas

+K

l ruslriPtas

B

\tzc lll

6irpimo vietos

t

i lli s

t

** 5.8 S

3, 2ti S

10 par. Pre-rRNR splaisingas:

- bakteriju opcronas: B - Zinduoliu operonas Splaisosomossaveika su intronu

(21

Uo 2

s t<ep-__:-Egzonas1

(3)

Sujungti egzonai1 i 2

5 Kepj

Egzonas'l

=

. uptarsosomos .A/

I komponentai .! ,v (ciklaskartoiasis#

. Uo-s Egzonas 2

+

mRNR

Splaisingo eiga, dallvaujant splaisosomair Ili"- c'gzonai; I lrr i n t r o n a s :K . p _ k e p u r e ; U o _ u o d e g a l I_ 1_ S p l a i s o s o m a -U r i r k i t o s m b R N R s u a r t i n a introno -;'gara su atsisatqimo seka: 2 intronas kcrpamas -5' gare, o introno atsiiaktjimo ,.toj.'csantis i .ru.1rngiun-'u, su rntrono 5' galc csandiu G; J _ kerpamas introno 3, galas, laso pa'idalo kilpa. rntronas pasiialina, o egzonu I ir 2 galus sujunria Iigazes

Pcrna(os(transportiniu)RNR intron4 fiis tik vienas)pa5alinacndonukleazd,o cgzonussujuneiaRNR ligazcs.Kai transkriptas)-rabendras(gali b[ti keliu skirtingqtRNR g c n u s l n k r r u l ' r o) .sj i : i r g i k r r r p t t n t l s . Sios tRNR modifikuojamos ir kitokiu budu. Susidarospecifiniai minoriniai nukleotidai. kuriq nera kitose RNR, pav.vzdiiui.keletas uracilq paveriiami dihidrouracilais. adeninas dgnrninuojamasi inozina ir t.t. Eukariotams b[dingos ir transkribuojamosios tRNR genu reguliacinessekos. kurias fermentai paSalina brgstant IRNR. Be to. prie kickvieno IRNR 3' galo prijungiamos CCA sckos.

Egzoninds-intronin€sgenq sandarosreik5mC.Alternatyvusissplaisingas. Kokia prasmi geno sandaroje tureti intronus, kodel vieni genai juos turi, kiti ne'l Kaip mineta, intronuose yra daug reguliaciniq nukleotidq sekq. Kai kuriq genrl intronai gali koduoti ir polipeptidus. Be to, intronai gali buti judrieji. Neabejotinaiegzonind-intronind geno sandarapadidina genetines rekombinacijos tikimybg, ypad geno ribose. Del nekoduojandiq sekq labai pailgeja genas,kartu atitinkamai dideja krosingoverio tikimybe. Manoma, kad intronai yra rezervasilgainiui naujoms geno savybems, funkcijoms formuotis. Bet ne tai svarbiausia. Jau vien tai, kad intronus turi archebakterijqgenai. vertd manyti, kad egzonind-introninegeno sandara lemia funkcini organizmo labiluma. geresni prisitaikvmEprie kintancios aplinkos. Mat archebakterijos gali glventi labai nelprastomis, sunkiomis s4lygomis: auk5toje temperatfiroje, rlgSdioje terpeje ir kt. Pasi5alinantvienam ar kitam intronui, gali susidaryti skirtingos RNR. Egzonines-introninesgeno sandaros reik5me galutinai paai5kejo tik tada. kai buvo irod,vtasalternatlvusis splaisingas.Jis pasireiSkia labai jvairiai. Kai kurie jo tipai pavirizduoti2.11 pav.

96 97

TIPISKAS SPI-AISINCAS

-rv^tl rAPr,' I nGlGIJFua.6u_-*P''rNP''tuFr ia;lreuonas E--

litr1nl

cn';lEJEonai7l

fltrl s -_--i

i.r,

f -

egzonas

Yry

splalslllgri nbi;

nnnnlS

g3@

KAI KURIE AITEBNA_IIVTOJA SPLAISINGO TIPAI

(il# -

\Jry Lr

lrfunPr -4--{- ^--

r.l -

-r)---zzn=A -:.'

." r'd

"oznr:r

)

Slg'dhauke

(n)

reztnasarb,ru

r",'n''"o'*o .A(n)

aulular Smegenrl Smegenrlaulular

Ev.E_v,iqw'fx lialcrtonfLo mRNR

2.11 pav. TipiSkas (a, b) ir alternatyvusis (c - l) splaisingas: ribose:b - tipiSkas dvieju ,,egzonas-intronas-egzonas" a - nukleoticlqsekos- konsensusai c - gali buti ir intronai: egzonai splaisingasgeno. turincio daug egzonq,ivairausdydZio e intrc)ni] splaisinuas; alternatrvus r1 egzonas(ai): ir bet ne tik intronai, iikcrpami alternatyviaiSalinamadalis egzono:.f to patiesgeno keli egzonaituri poliadenilinimo sait4 (A,)l N - bet kuris nuklcotidas:Pu - bet kuris purinas;Py bet kuris pirimidinas; (c-e) gali wkti ir visais atvejais splaisingasl prc-mRNR ,g alte;natlvus kalcitonino tipiSkassplaisingas

l . I i t o p a t i e s t r a n s k r i p t ov i e n u a t v e j u p a i a l i n a m i v i s i i n t r o n a i . 2 . 1 I p a v . , g . a n t r u o j u - n e t i k i n t r r t n a i ,b c t i r d a l i s e g z o n q( 2 . 1 1 p a r ' . .c , g ) , p a t e i k t a si r k o n k r e tus pav.vzdys- tas pats kalcitonino gcnas koduoja du skirtingus baltvmus: viena - specifini subrcndusi mRNR (egzonai 1. 2, 3, l) - kalcitonin4. o kita mRNR audiniq baltym4, aptinkama smegcn)'se. 2. Alternatyviai Salinanriintronai (2.11 par.. d). Tik maZa dalis drozofilos potiniq lqsteliq (Zr. p. 3-57)virsta qcncrat\l,inimis. t. l'. tik tos. kuriosc judriojo genomo'elemcnto P kocluojamapre-mRNR patvrC splaising3.Po splaisingomRNR koduojir baltymil. aktyvinanti genrr veiklq. o mRNR be splaisingo.atvirkidiai. koduoja baltym4, kuris slopina gencratyt,iniulasteliq v1'stvmqsi )'ra reprcsorius.laigi splaisingas valdo gcnq veikl4 ir l4steliq dilerenciacilrl. 3 . $ a l i b u t i p a s i r i n k t i n aiia l i n a n a s n e v i s a se g z ( ) n a so. t i k d a l i sj o ( 2 . 1 1 p a \ ' . ,t ' ) .

turi blti numatytasgenosandarqe.Pvz., splaisingas Alternatyvusis poliadenilinimosek4gali tureti ne tik paskutinis,bet ir kiti egzonai ( 2 . 1 1p a v . .f l . Taigi i5 to paties geno,jam nesikeidiant,del lvairiai atliekamo RNR. splaisingogali susidarytiskirtingossubrendusios 98

yra dar vienasbtdas baltymqivairoveisusidaTrans-splaisingas TiesiogineprasmesusidarohibridindnRNR, genams. nesikeidiant ryti, kovalentiniais susijungus ry3iaisdviejq genq koduojamospre-mRNR fragmentams.Thip atsitinkatripanosomrlmikrovamzdeliqbaltymo tuelegansaktino ir keliq bulino pre-mRNR. Nematodo Caenorhabditis vietoje,ir transkkitoje atskirai koduojama kitq genq lyderindseka viename i5 chloriptas yra prijungiamas.Dumbliq Chlamydomonas roplasto genu (psa) pirmasisegzonasyra per 50 kb nuo antrojo egzono,o iis - per 90 kb nuo trediojoegzono.Thrpuose(intronuose) yra kitq genu.Pana5iaiyra Zinduoliqpagrindiniameaudiniq suderinamumolokuse (MHC). Thi irgi bfidassukurtiRNR ir baltymqivairoRNR redagavimas. vg. nesikeidiantgenui. Be to, Siuo atveju mRNR atsirandasekos, arba nukleotidai.kuriq ndra padiamegene. Buvo nustatyta,kad i pirmini transkript4iterpiami arba, atvirk5iiai, i5 jo iSkerpamipavieniainukleotidaiarbanukleotidqsekos.DaZTokie mRNR pokydiaivadinamiredagavimu. niausiaiU nukleotidas. trys RNR redagavimotipai. Pirmasisbent Siuo metu skiriami Tai rdmelio poslinkio vienasnukleotidas. iterpiamasarba i5kerpamas visi5kaitos paiios.Nuo nukleotidoitermutacijosimitacija.Pasekmds pimo arba Salinimovietosvisq kodonq skaitymasmRNR transliacijos metu pasislenka. Antrasis redagavimotipas - iterpiamaarba i5kerpamadaug nukleotidq. Toks redagavimotipas aptiktasivairiuoseZiuZeliniuose Leishrtnnia. Tn'pattosotna, Trediasisbfidas- tik vieno nukleotidopakeitimaskitu. Jis aptikir chloroplastuose. augalqmitochondrijose tas daugelioauk5tesniqjq arba atvirk5diai, virsta U; ir tada C Nuo C pa5alinamaaminogrupd, prie U prijungiamaaminogrupel Sit virsta C: .i1 tr amlnogrupespruunglmas

Thi tikrai vieno nukleotidovirtimaskitu, konversija.Tokiu budu redaguojamos ir kai kuriosZinduoliqmRNR. Antai didZiuliamepirmiB geno transkripte,kuris koduoja niame Zinduoliqapolipoproteino ,1563aminorugitis,2153-iamekodone C pakeitusU, vietoj kodono CAA atsirandabeprasmiskodonasUAA:

One -+ UAA 99

PradinemRNR koduoja stambq (512 kDa) B apolipoproteinakepenq l4stelese,o po redagavimokoduojamasperpus trumpesnis(iki ncrnsenso)B apolipoproteinasLarnynol4stelese.Dumblio Spizellomv' cespunctatu.rir amebosAconthantoebacastellaniimitochondrijq tRNR genq transkriptepirimidinaskeiiiamas purinu arba A keidiamasG. Nauda akivaizdi. Siq organizmu mitochondriju DNR 1,'rai5 viso tik 8 tRNR genai, o del redagavimosusidaro24-25 skirtingos IRNR. To paties geno transkriptas redaguojamasivairiose vietose. Tai sukuria tos padiosRNR ivairovg- populiacijq.o jeigu 5i yra mRNR. tai ir baltymq populiacij4 (izoformas). Redagavim4atlieka specialusbaltymai. Jie lvaims, priklauso nuo redagavimotipo. Sie baltymaivadinamieditazdmis(angl.- clottblestrand RNA-specificeditase).Mat daZniausiairedagavimuibutinos specialios RNR. Jos naudojamoskaip matricosnaujiemsnukleotidamsiterpti i RNR (2.12 pav.). Tokios RNR vadinamosgidais (gRNR). Editaziq genq defektai (mutacijos),sutrikgsvaldymas,pakitusi veikla, arba veikla ne tose l4stel€se,kuriose normaliai turdtq genas veikti (pvz., kepenq lqstelesegaminasi ZerrnynoB apolipoproteinas),sukelia Zmogui ligas. Antai editazes geno REDI sutrikimai sukelia fatali4 epilepsij4. Pirminio transkriptopokydiaibrendimo metu yra budassukurti RNR ir baltymq iverirovgnesikeidiantgenui; RNR ivairove sukuriama: . alternatlviu splaisingu arba trans-splaisingu, . pre-RNR redagavimu. . bahymq lvairovg padidina pokydiai transliacijos metu, tarp jq ir atsiradg del IRNR modifikacijos Sioms RNR brgstant. Pre-mRNRkontaktassu RNR gidu

.GAAAAGn-A4'

:ill

rcGGUUG-pre-mRNR

llllilillllltl

-AUAAAUfuuuaeeuRueeuacasnuucaecd

gidas UCAGU-RN'R

{ PapildomqU iterpimas

-GAAAAG

UGUCUUUUAACU u-eAlccuuc-pre-mRNR

l| ||lltl

-AUAAAU LU,U,U444 U4 U44!AG4444U UGA{EU UCAGU- RIrlR gidas I

nuo gido V RedaguotosmRNR atsipalaidavimas -GAAAAGAAA UUU A U G UU G U C U UUUAACUUCAGGUUC-nIRIT.R 2.12 pav. Pirminds mRNR redagavimas,dalyvaujant RNR gidui: ([.eishmaniacitochromo b pre-mRNR/mRNR atkarpa: itcrpti U parlikinti)

100

2,3.3. Transliacija. Baltymo genodaliessandara sintez6.'Iransliuojamosios Transliacija- tai balgvmosintezd,,ribosomq+mRNR"komplekse. AminorugSdiqseka polipeptideyra uZkoduotamRNR. Baltymo sintezer,ykstaSiaisetapais: . aminorrJgStiq akryvinimasir prijungimasprie tRNR, . ,.ribosomu* mRNR" kompleksosusidarymas, . transliacija, kuri irgi yra skirstomai etapus:iniciacijos,elongacijos, terminacijos,reiniciacijos(pastaroji,matyt, ne visuose organizmuose ir ne visq mRNR) Aminorlgidiq aktyvinimasir prijungimasprie IRNR galetq b[ti skirstomii du etapus,bet juos katalizuojatie patysfermentai- aminoacil-tRNRsintetazes. Sie fermentaiyra saviti kiekvienaiaminorfigiiiai. Aminorlgitys akryvinamos irgi etapais,dalyvaujantATP ir susidarantaminoaciladenilatams (smulkiauB. Juodkosknygoje,,Nukleino rlgSciu chemijosir biochemijospagrindai"). PernaSosRNR (IRNR) yra savitosne tik kiekvienaiaminorDg5tiai, bet ir kodonams.Tadiaudel genetiniokodo nevienareikimiSkumo jq gali brlti maZiauarba daugiau,negu turetq btti pagalkodonq - tik 24. Dai.skaidiq.MaZiausias tRNR skaidiusyra mitochondrijose nesnisIRNR perteklius- daugiaunegujq turdtq bnti. Ypad didelis pertekliusyra eukariotr]tRNR. Tbkio pertekliausprieZastista, kad kodasyra ner.,ienareik5mis gespecializuotose l4stel6se, konkrediuose nuose del IRNR modifikacijos(minoriniq nukleotidq). Aminoacil-tRNRsintetazes labaitiksliaiprijungiaaminorlg5ti.Thi pirmasisatpaZinimorei5kinystransliacijoje. Nuo to, kaip tiksliai jis ryksta,labai priklausotiksli galutiniomRNR genq veiklosprodukto balwmo sintezd.Vadinasi.Siamtikslui turi blti priemonir;sistema. Pirmiausiaaminor[gStistiksliai prijungiamaprie aminoacil-tRNR sintetazes.Pastarojoje yra tr)'s prijungimo centrai: aminor[gities, ATP ir IRNR. Antra, sintetazd tiksliai jungiasi su atitinkama IRNR. Ivairios sintetazdssqveikaujasu IRNR skirtinsais bldais. Ir pagaliau tredia. IRNR tiksliai atpaZistamRNR kodona. Klaidq gali buti padaroma bet kuriame i5 minetq trijq etaprl, bet jos iStaisomos. Vadinasi.r'isuosetrijuose etapuosedar yra kontrolis - klaidu iStaisymobldai. Paskutiniame- ,.kodonas-antikodonas"s4veikos- etape klaidas taiso ir ribosomos. Vienas iS tRNR reparacijosfermentq yra IRNR nukleotidtransferaze.Sis fermentas akccptorinio stiebelio 3' gale prijungia arba pataiso nukleotidq sekq CCA, kai Sios sckos ndra arba ji nepilna. Aptikta mutacijq, paZeidZianiiqaminor[gStiesjungimasi prie sintetazis, o 5iosjungimasi su IRNR.

i01

Ribosomos yra organizacinis transliacijos centras. Jos yra vienos i5 nedaugelioeukariotq nemembraniniqorganoidq, kuriems budingas savaiminissusiformavimasi5 i jq sudeti ieinandiq biopolimerq. Si proces4 par.1'koatkurti in vitro. Siuo bldu gauta daug Ziniq apie ribosomq sandara. rRNR s4veika su ribosomq baltymais. Ribosomos sudan'tosi5 dviejq subvienetq.ProkariotU ribosomose baltymrl yra maZiau. Ir patys subvienetai, ir visa eukariotr+ ribosoma yra didesn6 uZ prokariotu ribosom4. Eukariotq ribosomu RNR taip pat stambesnes:didZiajamesubvienete(605) yra 28S, 5,8S ir 55 rRNR, maZajamesubvienete (40S) - iSS rRNR. Atitinkamai prokariotu didZiajame subvienete vra 23S ir 55 rRNR, maZajame subvienete- 165 rRNR.

X nrR\R

..I* lniciacijos r cikniri

Nlct

v

padetis lqstelese yrakitokianeguprokariotq. Ribosomq eukariotq Pirma,eukario-

3-

Thi vicnosmRNR ir keliu ribosomqkomtamsbtdingos polisomos(arba poliribosomos). pleksas.Polisomayra lyg nedidele gamyklele,gaminanti vieno tipo baltlma. Mat ant kiekvienosribosomos,ieinaniios j polisomin! kompleksq,nuo tos paiios mRNR vienu metu sintetinamapo vien4 baltynra.Tokia sintezelabai intenslvi. Antra. ribosomq iisidestymaspriklauso nuo l4stel€sdiferenciacijos. Tai ypai b[dinga toms ribosomoms.kurios yra ant grldetojo endoplazminiotinklo. Jo sandarair funkcija (ivairiu medZiaeq specifinesintezeir pirmind pernaia). kaip Zinome,lemia l4stelesspecializacija.

I Phc l

---..}

{:

Elougacij os \ eiksniai

Ribosomose yra Sie ju veiklai reikalingi centrai (vietos): . . . .

aminoacilininis (A) - aminoacil-tRNR jungimosi sritis, peptidilinis (P) - peptidil-tRNR jungimosi sritis, i5laisvinimo (E) - nereikalingosIRNR iSlaisvinimo, atpaiinimo (R) - beprasmiokodono atpaZinimosritis (2.14pav.).

- *--->

Transliacijos pradZia (2.13 pav., 1, 2) prasideda nuo to, kad susidaro kompleksas: ,/ {rJ

30 (arba 40) S ribosomos subvienetasx x mRNR'fM et- tRNRf" .IF2.GTP Speciali iniciacijos fMet-tRNR (eukariotq - Met-tRNR) prisijungia prie komplekso, kai vienoje i5 ribosomos vietq - A saite atsiduria iniciacijos kodonas, daZniausiaiAUG. E saitas-nereikalingostRNR iSlaisvinimo(lot. exit)sritisribosomoje. be savotiesioginespaskirties,reguliuojatransliacija.Kol 5i vieta uZimta, A saito giminingumasaminoacil-tRNR yra labai sumazdjes,todel transliacijai,yksta ,,Zingsnispo Zingsnio"- kodonas po kodono.

r02

r"r?

".

mR\R rilu

.-.-(;l)'' Laisvas polipeplidas

2.13 par. Escherichiacoli transliacijos eiga: /*2 - iniciacija; -3-5 - elongacija;6-7 - terminrcij:t

103

'r.r

\

''t".

-

T'\

\

\ L, r'ieta

\

,{

P rieta \ r'ieta

i[] S subr,ienetas

2. l4 pav. Ribosomos-mRNR kompleksas: viriuje - polipeptido sinteze ir mRNR saveika su A. P ir E r.ietomis:apaiiojt _ A P v i e t o s i r k o n r r k l a ss u l 6 5 r R N R

R saitas (1or.reco,qnitictll - atpazinimas)kol kas tik posturuojamas:RNR srcnka .. rib.sonra. Pastaroji tiesi.g ..ieiko" atitinkamu nukleotidu scku-kodonr.r.Kai prie konlpJeksoprisijungia -50 (60)S ribosonrrr. suhr,ienetas. galutinai susiformuola A ir P saitai. PasiruoStatransliacijai.

Kompleksassusidaroir prasidedatransliacijadallvaujant specialiems baltymams.Jie vadinamiiniciaciiosveiksniais. Jq prokariotai turi 3: IF1, IF2, IF3. e'kariotai - t0. luos nesunku atskirtipagar uzraiymob[dq: pries visq tipq eukariotqveiksnius rasomae: eIF1, eIF5 ir t. r. Iniciacijosetapasbaigiasi,kai ribosomosA saite atsiduriaini_ ciacijoskodonas.su juo kontaktuojasavoantikodonu iniciacijos aminoacil-tRNR.

Elongacija('2r.2.13pav,.3-5) - polipeptidin€sgrandindspolimerizacija. Ji prasidedanuo to, kad iniciacijosaminoacil-tRNR atsiduria P saite, o i A sait4 pagal ..kodonas-antikodonas"s4veik4 stoja kita aminoacil-tRNR. Susidaro polipeptidinis rySys.Po to ribosomosevel v1'kstaposlinkis po poslinkio per vienq mRNR kodonq. Ribosomq vaidmuo itin svarbus. Jos tikrina, ar teisingai I A sait4 pastatoma aminorflgitis. Sis reiSkinysvadinamasribosomine korekcija. Thansliacijos tikslumui vieno tikrintojo nepakanka- yra dar specialls baltymai. Pabaiga (2,I3 pav., 6, 7) baigiasi vienu kuriuo i5 terminacijos kodonq. Thdiau, kaip mineta ankstesniuoseskyreliuose (Lr. 2.1.3 ir 2.1.5), tai labai suddtingastransliacijosetapas.Jame dalyvauja terminacijos veiksniai. Jie ivmimi atitinkamai RF arba eRF. Vienas i5 jq (RF3) reguliuoja lEsteliq dalijimqsi. Baltymq brendimas. Naujai susintetintaspolipeptidasivairiais b[dais modifikuojamas.Polipeptido modifikacijosdaugeliu atZvilgiumena pre-RNR brendima. Polipeptidasnet yra karpomas ir vel sujungiamas arba baltymas sujungiamasii atskirq polipeptidq - domenq (lr. p. 291). Tai labai pana5u i RNR splaising4. Kaip mineta, reikiamu momentu Salinamassignalinispolipeptidas. Nuo daugelio baltymq pa5alinama ir aminorug5tis,nuo kurios prasidejo polipeptido sintezd. Prokariotu tai formilmetioninas, o eukariotq - metioninas. Da2niausiaibaltymai prasidedakuria nors kita aminomgitimi. Vadinasi,Siuo atveju forrnilmetioninas(arba metioninas) buvo atskeltas. Kai prokariotq baltymas prasideda metioninu, nuo formilmetionino galejo blti atskelta formilo grupe. Visa tai atlieka specialls fermentai.

2.4. DNR replikacija 2.4.1.DNR replikacijosirodymaiir su jais susijgDNR tyrirno metodai. DNR sintez6 Pusiau konservatyvi Pasak Vatsono ir Kriko (Lr. 1.2.2.ir 2.1.). DNR grandinesper nepawarius vandenilinius rySiusgali viena nuo kitos atsiskirti. Jeigu i5 aplinkos prie vienos ir kitos grandindsprisijungia nukleotidai ir po to jungiasi tarpusaq,je,susidaro dvi naujos molekul€s,visi5kai tokios pat, kaip senoji molekule. Be to, puse naujos molekules, tiksliau viena jos grandind. yra i5tisai i5 pradines molekules:

104 105

tl

tl

tl

llll

G'

C_G

C_ _G

C_G C_G

C_G C_G

tt

tl

ll

llll

T_A

tl

A_T

tl

G_C

tl

T_ -A

li.

I

A_ _T

tl

G- _C

T_A T_A -+l it I A_T A_T

tl

G-C G_C

t

iltl

I

T_A T_A

-) | li'l

I

A_T A_T

rttl

G_C G_C

ttll

0 Naujose DNR grandinesenukleotidai ijungiami komplementarumo matricai principu. Jei matricoje yra A, tai naujoje grandineje I jei matricoje G, tai naujoje grandineje C, ir awirkSdiai.Primename! kad tai lemia vandeniliniq rySiq skaidius:tarp G ir C - trys, tarp A ir T - du (Zr. 1.11 pav.). Siuo metu niekam nekelia abejoniq pusiau konservatyvi DNR sintezd (naujose DNR molekulese viena DNR grandine yra sena, o kita - nauja), arba kitaip replikacija (senoji grandind yra matrica naujai grandinei sintetinantis,ir dvi naujos DNR molekulds yra visi5kai tokios pat kaip senoji molekule). Tadiau buvo laikas, kai tai reikejo irodyti. Siuo metu Sie irodymai bltq tik mokslo istorija, jeigu jie neb[tq pagrindiniai molekulinds genetikos metodai. Jq atradimo istorija geriau atskleidZiaSiq metodrl esmg. Pirmiausia buvo nustatyta, kad DNR grandinds gali viena nuo kitos atsiskirti ir vdl susijungti vandeniliniais ry5iais. Taip pat buvo i5skirti fermentai DNR polimerazds, atliekanfys DNR sintezg. Bet paai5kejo, kad sintezei reikia Siek tiek senqjq DNR molekulirl. ir naujosios DNR molekules yra visiSkai tokios padios kaip senosios molekul6s. Vadinasi, DNR sintezei bfltinos matricos. DNR grandiniq i5siskyrimoir susijungimo metodas taikomas labai lvairiai. Svarbiausiasjq - molekulind hibridizacija. DNR polimerazds ir matricos naudojamos ivairioms polinukleotidq sintezemsin vitro (Lr. toliau). Specifinis DNR Zymejimas ir autoradiografija. 1957 m. Teiloras (J. H. Taylor) pasiile metod4,kaip DNR specifi5kairymetiradioaktyviuoju izotopu, o Zymesisijungimoviet4 chromosomojenustatyti autoradiogramoje.Thm tikslui naudotastridiu Zymdtastimidinas. Thi timino nukleozidas(timinas* deoksiriboze).Jis tinkamasdel dviejq prieZasdiq: 106

HH

k,

%tp

fE***w & 'ff#

%-

t"l vv ; ; I

\i i''o

^ ll ll

rl ft

Ir l Il . r1

't 't ,ll

{e, I

h

h

\\,,' +' ti I' irt l.r'\ lr ; [J

*

2.15 pav. Pupq chromosomrl iym€jimas rH-timiCinu: kaireje - chromosomosII dalijimosi metafazdje(pagal J. H. Taylor, 1957);dc5inejechromosomosir DNR prie5 bandym4 (0), po pirmojo (I) ir antrojo (lI) dalijimqsi. hykg seseriniu chromatidZiu mainai (pora ju nurodyti rodyklemis)

a) DNR yra timinas, kurio nera RNR (ten vietoj jo yra uracilas),todel zymetasistimidinasisijungiatik i DNR ir kituosejunginiuosejo nebfna; b) timidinasskverbiasii l4steleslengviaunegu timinas.Zymint tridiu, galima tiksliai nustatytiisijungimoviet4, nes tridio i5spinduliuojamqB-daleliq trekai labaitrumpi, todel ten. kur isijunggstritis, autoradiogramose susidarotaSkas. Thip buvo Zymetospupq Sakneliqmeristemos l4stelds.3H-timidinas panaudotas tik prie5 pirmqji l4steliq dalijim4si (po to Saknelds b[davo nuplaunamos).Kaip ir buvo tiketasi pagal numatyt4 schemE (2.15 pav.), po pirmojo dalijimosi buvo paZymetosabi chromatidds, o po antrojo l4steliq dalijimosi - tik viena. Thi patvirtina pusiau konservafyvi4DNR sintezg. DNR autoradiografijosir zymejimo radioaktyviaisiaisizotopais metodai pladiai taikomi ivairiems tyrimams eukariotq l4steldse,ypad DNR sintezei tirti. Siuo metu yra keletas bfidq konkredioms DNR molekulems zymeti, tarp jq ir neradioaktyvusis Zymdjimas.

Pastaruojumetu stengiamasikiek imanoma neZvmeti DNR radioaktyviaisiaisizotopais. Neradioaktl,r.iojoivmejimo bldai: 1) gali b[ti prijungiamos nukleotidq sekos, specifiSkaireaguojanc'iossu kai kuriais daZais; 2) naudojami nukleotidq-biotino dariniai, prie biotino liekanosprijungianrasferntentas(krienu peroksidazearba Sarmind fosfataze, fcrmento substrataslirsta spalvotomis nuosedomis -

tl-I !

I

---' I t

r t* l* r

r

Il \

tl t- -t tl

ilr-

"H 1'H tt

II ./

JL

/

'\

rt l.l t-l l1 t1 -1 r- --'1

r-'.j L-l

l,l

l-l r'\

I

Fil I rlrl rt i I

ir\

t-

f,l

3r 211N,-.N 15N

i.N

t-l

/.\

illlllrllltl

l-1r.1 i-lI I

t-'1 | ill

tl Ij

-j -t

l]1.I li 1 Fl ft [-]

[

I 1,,il| 1 f-1

3r

2.4.2.DNR replikacijoseiga N.N

4 "rul'r J \--./L

2.16 pav, Escherichia coli DNR frakcionavimas ultracentrifuguojant tankio gradiente (Mczelsono ir Stalio bandt'rrras): I5N-],N0 - priei bandyml, 15N-riN- viena irakcija: I - po pirmosios replikacijcrs,, vicna frakcija, pakitusi jos padctis; II - p<-rantrosios rcplikacijos. 1:N-1rN(padetis ta pati kaip I). ir rrN-rrN - ii viso di,i frakcijos: III , po trediosios replikacijos. rrN-rrN (jos po kickvienos naujos replikacijos daugcja) ir iick tiek Lj\-r.N

108

taip aptinkama jo vieta: 3) prijungiamasdigoksigeninasi5 augalo rusnrenes (Digitalis).Jo vieta nustatoma arba specifiniu antikDnu, arba daZais. liuminescenciniais Ypac svarbu neradioakty/iai zymeti dalant DNR ir kitus biopolimerus (RNR. baltymus) h situ - lastelesearba organoiduose,konkrediose chromosomose.Neradiaokryviojodazymosivieta daZniausiai nustatomaliuminescenciniumikroskopu. DNR frakcionavimasultracentrifuguojant tankio gradiente. Galutinai DNR replikacij4 irode 1958m. Mezelsonas(M. Meselson)ir Stalis (F. W Stahl). Jie surado b[d4, kaip frakcionuotiDNR molekules, ultracentrifuguojanttankio gradiente (ivairaus tankio sluoksniuotame tirpale). fvairios lyginamosiosmasesDNR molekul6msgauti bakterijos Eschericltiacoli ilg4laikq buvo auginamosterpdje, kurioje vietoj lengvojo azoto HN buvo jo sunkusisizotopas r5N. Po to bakterijos buvo perkeltos i terpe su irN, periodiSkaii5skirtaDNR ir ultracentrifuguota cezio chlorido tankio gradiente. Pusiau konservafyviubudu sintetinamos DNR ultracentrifugavimorezultatai pavaizduoti 2.16 paveiksle. DidZiausiasbuVo pradines DNR (0) tankis. Visoms l4stelemspasidalijus viena kart4 (I), DNR tankis maZesnis,bet turetq bnti tik viena DNR frakcija, nes visq molekuliq vienoje grandineje (senojoje) y'ra r''N. o kitoje (naujoje) - L4N.Pasidalijus l4stelems du kartus. ultracentrifuguojant turetr+ susidaryti dvi frakcijos. Vienos frakcijos tankis toks pats, kaip po pirmosios sintezds- vel vienoje grandineje i5N, antroje laN. Kitos frakcijos (dar maZesniotankio) abiejose .vra DNR grandinese turetq blti 'rN. Thip i5 tikrqjq ir gauta. DNR ultracentrifuguojama ne tik CsCl, bet ir sacharozdsgradiente. Frakcijos padaromos matomomis uitravioletiniais spinduliais arba daiant, daZniausiai etidZio bromidu.

Pateikta 2.4.1 poskyrio pradZioje replikacijosschema labai supaprastintzr.Thip supaprastintaiDNR replikacija pradZioje isivaizduota. Manyta, kad uZtenka tik surasti ferment4, kuris jungia nukleotidus (nukleozidtrifosfatus)i polinukleotiding granding, ir DNR replikacijos problema bus i5sprgsta. 1956m. Kornbergas (A. Kornberg) i5skyrepirm4ja E. coli DNR I polimerazg. Dabar bakteriju jau Zinomos trys (o gal ir 4), eukariotq - keletas DNR polimerazi4. Mat vis dar atrandamosnaujos DNR

polimerazes. Tadiaugiliau iStyrusDNR sintezgir dna mutantus,irodyta, kad DNR replikacijav,vkstalabai sudetingai.primename(Zr. sk. 1.4), kad dna mutantaislopina DNR sintezg.Jie aptinkami ir tiriami kaip santykinailetalus- temperatfiriniai mutantai.Kiekvienas naujasnealelinisdna mulantas- tai vis naujasgenas,naujasveikejas DNR irykiq grandineje.E. coli yra per 150. Pagal tris nealclines mutacijas pou, pr:lB, polc paryko isaiskinti. kacl E. coli yra ir trys DNR polimerazes.Be to. \,iena i5 jq - DNR III polimeraze vra holofermentas.kuris turi maziausiai10 komponentq, ir jq sintezg lemia. matr.r. 7 genai. Mutaciju poL4, polB, polc tyrimais taip pat irodyta. kad retkariiais i'iena DNR polimeraze gali pakeisti kit4. stipriai paZeisrE. Kitais dna mutantais i5ai5kinta praimosoma. Tik vienas is iios grupes genrJ. btttent dnaG, koduoja praimazg. Nemazai aptikta ir dna genu, kuriq produktai Siandien neZinomi, bet zinios apie jq buvimq skatina ieSkoti produktq ir procesq. kuriuos iie genai lemia. vadinasi, mrlsq zinios apie DNR replikacija dar negalutines. Ypad mazai iinoma apie dna ir kitq genq, dalpaujaniirl DNR biosintezeje, valdyma. Labai svarbu i5siaiikinti, kaip valdoma asinchroniSkaeukariotu ivairiu replikonq replikacija ir kaip DNR sinteze suderinta su l4stelds ciklu.

DNR replikacijos tipai ir etapai. Skiriami du DNR sintezdstipai: r e p l i k a c i n en. e p l a n i n e . Replikacind sintezd- tai .,planine" viso genomo DNR sinteze.Ji r,ykstaprie5 lqsteleidalijantis.Tai esminegenetindsmedZiagospaveldejimo dalis. Antras svarbusetapas- tiksliai paskirstytiDNR molekules tarp dukteriniq l4steliq.Tiek bakterijr],tiek eukariorq replikacingDNR sintezgatlieka baltymq kompleksasreplisoma.Suprantama,kad esmingiausi fermentai Siamekomplekseyra DNR polimerazes. Eukariotq mitochondrijos ir augalq plastidesyra santykinai genetiSkai savaranki5kos:ne tik turi DNR, bet ir autonomiskai sintetina baltymus (.2r. p. 231). Jq genomo DNR replikacijai yra specifines DNR polimerazes,atitinkamai y ir 6. Specifines DNR polimerazes turi ir kai kurie DNR virusai (pvz., bakteriofagasT' plslelines virusas). Ir pagaliau ypad specifing DNR polimerazg turi kai kurie judrieji eukariotq genomo elementai (retrotranspozonai)ir rerrovirusai. Tai atvirkstind transkriptazE, arba nuo RNR priklausanti DNR polimeraze. Ji sintetina DNR nuo RNR matricos. Neplanind DNR sintezdnesusijusisu l4steiesdalijimusi (i5 dia jos pavadinimas), yra ne viso genomo, o tik atskirq DNR segmentq. Zinoma keletas tokios DNR sintezesawejq. pirmiausia tokiu budu uZtaisomiDNR vienagrandziaitrfikiai. atsiradg ne tik del mutageni110

D\R Lll polrmeraze

f)\R

I polrmerazc

2.17 pav. DNR replikacija

niq veiksniq (reparacindDNR sinteze).Ti[kiai atsirandabei uZtaisomi ir normaliuose lqstelejerykstandiuoseprocesuose,kuriuose dalyvauja DNR. Visais Siaisawejaisveikia vienas fermentas:prokariotq DNR I polimerazd, eukariotu - DNR B-polimeraze. Nepianine DNR sinteze yra ir tada, kai specialiai padauginama tik dalis genomo, o kartais tik pavieniai genai - ryksta amplifikacija. Dar du neplanines DNR sintezestipai aptikti per pirmqji mejozes dalijimqsi- zigotenojeir pachitenoje(Lr.p. 569). DNR segmentai. kuriq replikacija rl,ksta minetose mejozes stadijose, atitinkamai vadinami zyDNR (zigotenine) ir pDNR (pachitenind). DNR replikacijos eiga (2.17 pav). Smulkiau DNR sinteze nagrinejama ,.Molekulines biologijos (genetikos)" kursuose ir B. Juodkos vadovelyje ,,Nukleino rfig5diu chemijos ir biochemijos pagrindai" 111

(1988).DNR sintezeprasidedanuo nukleoridrlsekos- replikatoriaus, arba ori (angl.origin - pradiia). Sia nukleoticlusek4 atpazista speciallsbaltymai(zr. toliau).Dazniausiaiiniciacijossignalasis abiejq pusiq apsuptasnukleotidqseku,kurioseyra daugA-T porq. Tose vietosekur daugA-T porq, DNR grandineslengviauatsiskiriaviena nuo kitos, nes tarp A ir T yra tik du vandeniliniairyiiai. Thi palengvina DNR helikazdms, arba Rep-baltymams, iirynioti dvigubqjaDNR spiralg,kad DNR grandinesiSsiskirtqir taptq matricomisnaujai sintetinamomsDNR grandinems. Vienagrandes DNR dalis stabilizuoja SSB baltymas,kuris jungiasisu vienagrandeDNR. DNR grandiniq iSsiskyrimovietoje susidaroreprikacindsakutd (2.17 pav.).Ji juda DNR sintezeskryptimi. ir vis naujosmotininds DNR dalys iSryniojamos. Prie5 aprasyruslrykius DNR II topoizomeraze pasalinaDNR kilpas, o I topoizomeraze(eiraze) keidia superspiralizacijos pobfdi: iS ,,+" (plius)vijq susidaro,,-,, (minus) vijos. DNR sintezer.ykstaviena kryptjmi: 5'-+3'. Vienoje, pirmaujaniioje (arba l1'derineje) grandinejekaip rik ir yra tokia krvptis.Antrosiosgrandindskryptis priesinga:3'-+5'. Si grandinevadinamaveluojandiqia.Ant jos nauja DNR grandind sinterinamaatskirais, vadinamaisiaisokazakio fragmentais.Ant sios grandinessintezt-r prasidedanuo to, kad specialusfermentaspraimazd(o kai kuriq organizmqRNR polimerazd)sinretinanedideliuspradmenis(angl. ptutrcr). Sie turi 3'-OH gal4. bltin4 DNR III (arba a) polimera_ zei. Veliau Siasatkarpassuskaidonukleazes, ir trlkius uZstatoDNR I polimerazd,kuri atlieka reparacingDNR sintezg.DNR fragmentus sujungialigazds.Kol kas neaisku,kaip prasidedapirmaujindiosios DNR grandin6siniciacija:ar irgi dallvauja praimazd,ar pa_ kanka to, kad fermentas,kuris iniciacijosvietoje kerpa DNR grinding, padaro ir 3'-OH gal4. tinkam4 DNR polimerazei. lvairfis DNR replikacijos bldai. Nors pagrindiniai DNR replikacijos rnomenrai yra bendri visiems organizmams,bet jvairiq organizmq DNR replikacija turi savitq bruoZq. Tai priklauso nuo DNR sandaros (ziedine-linijine,vienagrancle-dvigrande). Priklauso ir nuo replikatoriaus(ir. toliau) sandaros.Gali bfiti vienakr;,pte.prasidevi913me replikono gale ir tgsiasi iki kito galo. Rcplikacind iakuti vra y pavi!a dalo. Kitais atvejaisDNR sintezd yra dvikryptd. Tokiq replikonq o' seka 1,rapadvigubejusi, ir abi kopijos nukreiptos prieSingomiskryptimis. Kai DNR I'ra 2iedine (bakteriiq, prazmidziq, didcrio skaiiiaus virusu ir kt.), rykstant replikacijai, gali susidarytigraikq abecelesteta (g) raides pavidalo figura teta kilpa.

tt2

Dar vicnas 1'ra .,besisukandioZiedo" sintezes b[dirs. Siuo blclu ryksta DNR amplifikacija (Zr. p. 208). DNR segmentas(su atitinkamais genais) daug kartq padauginamas.Ziedines DNR viena erandind ikerpama. ir nuo jos 3'-galo prasideda naujos grandinds sintezi. Antroji grandin€. r'isq laikq r,yniodamasi,panaudojama kaip matrica. Labai sr.rddtinga1ra Zinduoliq mitochondrijq DNR replikacija: nuo tam tikro momento ant vienos ir antros iiediniu DNR molekuliq grandiniu replikacija lyksta r r t s k i r a i .2 i e d a i a t s k i r i r m i .

Replikonas.Tai yra genomodalis,sugebantisavaranki5kai sintetintis. Eukariotq tyrimai privertdpripaZintiesantreplikacijosvienetqreplikon4.EukariotqDNR sintezelyksta atskiromisDNR molekules dalimis.Tokiq replikonqskaiiiusvisi5kaineatitinkachromosomqskaiciaus.Antai mieliq (Sacclrar()ntvcescerevisiae) Drosophila nrclanogaster ruplZes (Xenopus laeis) peliu (,it/us nw.rculus) pupu (Vicia Juba) bakterijq (Escherichia coli)

replikonq 7_s0 3500 15000 2,5000 35000 11

chromosomq(n) 16 4 18 20 6

'

Taigi auk5tesniqjqeukariotq replikonq yra nuo t[kstandiq iki deSimdiqtlkstandiq, o bakterijq - tik vienas. Vadinasi,eukariotq genomui bDdinga multireplikonind sandara. Be to, jq replikonai gerokai maZesni (plg. E. coli 4639 kb, tuo tarpu drozofilos ir mieliq vidutini5kai 16 kb, peliq - 150 kb). Bet kur kas svarbiau.kad jq dydis to paties genomo ribose sryruoja daugiau kaip 10 kartq. Ir itin svarbu, kad atskirq replikonq replikacija v,vkstanors ir S stadijoje, bet ne vienu metu, asinchroni5kai.Tai siejama su chromatino sandara ir genq veiklos valdymu. Nuoori prasideda DNR sintez6. Jojei5skiriami trumpuiiai(mieliq1l bp) segpradZios mentai,turinfysdaugA-T poru.JuosatpaZista replikacijos baltymai. Jq 1'rakeletas.Antai E. coli 245bpilgio ori yra 3 kartuspakartota13bp seka G.{TCTNTTNTTTT ir 4 kartus9bp sekaTTATNCANA. Su jomiss4veikauja balrymasDnaA(sqveikos vietojejo molekuliq paskuiir kiti baltymai(DnaB. daug:2G-40), DnaCir kt., i5 viso6); 13bpsekqvietoseatskiriamos DNR grandinissudaroreplikacine Sakutg. O toliau- jau Zinomiiwkiai (Zr.aukiiiau). (ler) sekos.Kaip Abiejuose replikonosaluose. net E. coli, irgi yra pabaigos minita. replikatoriaussekos, mieliq dar vadinamosARS (angl. autonotnousreplicating sequences- savaranki5kaireplikuojancios sekos), labai svarbios DNR molekuliq

113

gcnetinci lLrtr)nomijai 0ustatvti. Jei_suDNR arba jos dalvse aptinkama ARS, tai n c a b c j o t i n l i s a l i m a t v i r t i n t i .j o g j i r r a s a v a r a n k i i k ag e n c t i n e s t r u k t [ r a Vistrs savarankiSkoscitoplazminds genetinds struktfiros (plazmides. plastides. mitochondrijos ir kt.) turi tokias sekas. Dazniausiaiju DNR rra iiedin6, unireplikonind.

Labai svarbus DNR replikacijos tikslumas. Neiitaisytos klaidos, kurios lieka naujai susintetintojeDNR, yra paveldimi pokydiai - mutacijos. Auk5tas muracijq daZnis claZniausiaipriklauso nuo DNR sintezdsklaidu. Pirrniausia DNR replikacijos stabilumq s4lygoja DNR sandai.os ypatybes. Be to, ryksta iiungiamq nukleotidu kontrold ir korekcija. Manoma, kad ijungiamojo nukleotido kontrole atliekama du kartus. Vis delto klaidingai ijungtq nukleotidu daznis turdtu buti apie 10r. Tuo tarpu tikrasis klaidq daZnis blna 10 r(r-10-r+. Padarytasklaidas i5taiso,pasalinaneteisingaiijungtus nukleotidus DNR polimerazes.Jos yra ir 3'-+5' egzonukleazes.Atliekama DNR korekciia. VienagrandesDNR kompleksassu SSB balryrnu sumazina klaidq daZni 10 kartq. vis delto klaidingai ijungtu nukleotidq tebelieka. pirmiausia juos Salina nesuporuotq nukleotidq. paskui ir kitos DNR reparacijos sistemos. Aptikta mutagenlf ir ypad genrl mutaciiq, kurios padidina klaidingai iiungtq nukleotidq dalni. Kai kurios mutacijos paclidina 50-100 tDkstandiqkarttl. DaZniausiaislopinamos DNR polimeraziq korekcinds sav,vb6sir nesuporuotq nukleotidq reparacija (Zr. VII sk.). DNR modifikacija. Kaip ir RNR transkriptas,DNR po replika_ cijos gali blti modifikuojama. Mafyt, pagrindine ir iiuo metu geriausiai istirta DNR modifikacija yra metilinimas.Metilinimo fermentai metilazes(metiltransferazes) yra jvairios, ski'iasi pagal metilinamus nukleotidus (m6A, m5c, m4C) ir pagal atpaijstamas sekas, pvz,:

sekaG [{lfC

sekaC g

- metilina Dam-metitazd

; GG- metilinaDcm-metitaze

Auk5tesniuosiuose augaluoseir stuburiniuosegyz[nuoseyra ap_ tiktos tik m5c metiltransferazis. Jq genomedaZniausiai metilinamos II4

- .,CGsalelds".Jos sudaro apie 2Vc CG sankaupos(120-2000kb) zincluoiiu genomo ir daZniausiaiyra geno 5' dalyje. Thitau ne visq organizmq DNR metilinama. Metilintos DNR neaptikta, pvz,. drozofilos ir mieliq genome. IV{etilinimasyra labai svarbi DNR modifikacija. Nuo jos priklauso keletas svarbiu genetiniq rei5kiniq. I5 ju pagrindiniai genomo imprintingas ir apsauga,chromatino sandara, lqstelds ciklo ir genq veiklos valdymas. Jie bus nagrinejami atskirai. 2.;1.3.DNR molekulind hibridizacija, molekuliniai zondai ir polimerizacindgrandinind reakcija

DNR replikacijosir grandiniqi5skyrimopagrindusukurti svarbils DNR genetindsstruktlros tyrimo metodai. DNR lydymasisir molekulin€hibridizacija.Del silpnq vandeniliniu rySiuDNR grandinesgali atsiskirtiviena nuo kitos. Ir tai atlieka ne tik fermentai.Dar 1960m. buvo nustatyta,kad, laipsniSkai keliant temperatur4,DNR grandindsi5siskiria.Thi vadinamaDNR lydJ'musi.Lydymositemperaturapriklausonuo nukleotidq G-C ir Thigi A-T porq san['kio. Kuo daugiauG-C porq, tuo ji aukStesne. 'lr,dy'mosi temperaturagali buti vienasiS DNR sandarosrodikliq' Laipsni5kaimaZinanttemperatflr4,DNR grandinesvdl susisekomis. jungia. Jungiasihomologinemis komplementariomis SarminejeaplinkojeDNR sukeliapH polcydiai. Pana5ius reiSkinius irgi lydosi. Visa tai pritaikomaDNR genetineianalizei- homologijainustaryti. Jungiasitiek atskirqgenq - nukleotidqsekq,tiek viso genomo DNR segmentai,kurie yra homologiniai(tapat[s). Heterogeniniai DNR segmentailieka nesusijungg. Net gana tolimi organizmaigali turdti homologiniqDNR segtuo ruiyse DNR yra homologines, mentq. Kuo labiau lyginamosiose kuo labiau DNR yra heterogeniir atvirk5diai, tos r[Sys artimesnes, nds. tuo organizmaivienasnuo kito labiau nutolg. Vaizdumodelei galimapalygintiZmogausir primatq DNR: ZmogausDNR nuo SimpanzdsDNR skiriasi tik 1,5-2,57o,Siek tiek daugiauskiriasi nuo daugiaukaip l0%. gorilos.o nuo pusbeZdZioniq 115

metodu tiriami genasir genomas.nuMolekulineshibridizacijos ir nutolusiq artimq taksonominiq vienetqsistematika, statoma jq taksonominepadetis,evoliucijair kt. DNR grandiniq isskyrimasbei sujungimasdar vadinamasdenatfiracijabei renatfiracija, Siuo metu yra veiksmingesniq metodqDNR tirti, bet DNR grandiniq i5slryrimas ir komplementaris4veikayra daugeliojq esminis dalykas(Zr. toliau). DNR ir RNR molekulineshibridizacijosmetodasant citologiniq preparatq. Atskyrus DNR grandines,galima gauti ne tik ,,DNR-DNR", bet ir ,,DNR-RNR,, hibridus.RNR nukleotidq se_ ka yra komplementaritai DNR atkarpai,ant kurios si RNR buvo sintetinama, t.y.kuri yra iios RNR genas.Komplementarios DNR ir RNR sekosgali jungtis. Gaunamoshibridinei molekules,kurir] viena grandineyra iS DNR, kita - iS RNR. 7972m. tai paryko atlikti ant citologiniq preparatq.panaudotahemoglobino^RNR, kuri buvo iymeta radioaktyviaisiaisizotopais,kad 6utq galima nusta[ti, kur 5i prisijungeprie chromosomos. Konkredialji prisrlungd prie vieno Se5ioliktosios chromosomosir vieno vienuoliktosios Zmogauschromosomqsegmentrl.vadinasi,dia ir yra hemoglobino genai.Pirmasislokusasnulemia hemoglobinoo-poiip.ptido, o antrasis B-, y- ir 8-polipeptidqsintezg. Thigi globino mRNR buvo zondashemoglobinogenq vierai nustatyti.PagalZinomasRNR panasiainusratomair litq genq vieta chromosomoje. Tadiau,kaip mineta,zondaisdaZniaunauiojama susintetintaarba genq inZinerijosmetodaisklonuotaDNR. prisiminkime, kad DNR zondo nukleotidqsekagali buti ,,nuZi[reta"ir susintetinta nuo konkretausbalfymoaminomgsdiq sekosarba klonuotaiS taksonomi5kai tolimq organizmq. Molekuliniaiszondaisnustatomane tik genq _ iq grupiq, bet ir konkrediqDNR sekq vieta. Saliaradioakryviaisiais irot-opulr'zymetq naudojamiir neradioakryiejizonclaj(ir. 2.a.\. Molekuliniq zondq metodasSiuo metu yra pagrindinisZmo_ gaus chromosomoms geneti5kaitirti. Nustatomane tik chromosoma,kurioje yra genas,bet ir geno vieta joje. Polimerazin€grandinindreakcija(pGR, angl.pcR). Naudojantis DNR grandiniqi5skyrimuaukitoje temperatDroje ir DNR polimera-

r16

ze (konkrediai DNR I polimerazes dalimi - vadinamuoju Klenovo fragmentu) izoliuotoje sistemoje (in t,itro), buvo padauginami DNR fragmentai. Tadiau aukita temperat[ra degraduoja baltymus, tod6l po kiekvieno sintezdsciklo reikedavo vis naujos DNR polimerazes. 1988 m. Miulis (K. Mullis) atrado budq, kaip norimus DNR fragmentus padauginti neribot4 skaidiq kartq. Atradimo esmd - neiprasta

( Dauginamr rcka

I

1

l t

3',tr1s'

/ar\ -/a\

5',F

/l@l\

*3',

D\R dcnrri raciia (95 f )

tsc€

I

c.

t

l@l I F EF

:;$

*

3r tl

J

@l

E 1.1

utr H€

F .

*l

F EE

I ul 1 A

F

I:s

ht

F

w Fo

*l lh{tl Ir taiptoliau

r'\

2 . 1 Ep a v P o l i m e r a z i n d g r a n d i n i n d r e a k c i j a i r D N R s e g m e n t o a m p l i f i k a c i j a

II7

DNR polimeraze.Ji i5skirta i5 bakterijos Themutsaqtntictrs. Si Uakterija gyvena karStuosesieringuose5zrltiniuose. Jos DNR polimerazt) pavadinta Thq polimeraze.Ji pakelia temperatfrrqiki 95"C. Optimali temperatlra 72"C, toddl sinteze r,ykstatol, kol sunaudojami nukleotidtrifosfatai ir pradmenys. Sintezei butini pradmenys, kurie riboja dauginamqjiDNR fragment4 i5 abieju galq (2.18 pav.). DNR paveikiama95"C temperatlra. kad bfitq galima atskirti DNR grandines.Po to, sumaZinustemperat[rq iki 50"C, prijungiamipradmenys. Temperat[ra pakeliama iki 72"C, ir Taq polimeraze prijungia nukleotidus prie pradmens 3' galo. Ciklas vis kartojasi. Po 25 ciklu buttl 4x106kopiju. Siuo metodu padauginusDNR, galima nustatyti ne tik genus.bet ir nedidelius alelinius jq skirtumus, nukleotidq sekq po$,'diusdel mutacijq. Del Sios prieZastiesPGR naudojama kaip ..pir5tq arspaudq" metodas heterozigotiniusasmenispagal mutantin! genq nustatyti, kriminalistikoje. paleontologijojeir archeologijoje- visur, kur reikia geneti5kaiidentifikuoti asmeni. Galima manipuliuori seniai mirusir+organizmq genomaisir genais.I5 pradZiu pakanka labai nedidelio DNR kiekio - gabalelioodos, laSeliokrauto...

118

i-

III. GENOMO SANDARA IR VEIKLA

3.1. Prokariotai ir eukariotai. Genomo evoliucija Eukariotq ir prokariotq samprata. Istori5kai organizmq skirstynras I eukariotus (tikrabranduolius. gr. eu - tikras * karyon - branpro.duoly's)ir prokariotus (probranduolius,gr. po - prie5*Aaryot1: rei5kia ankstesnggyvl,besf
119

l.l lcnteld. Prokariotq ir eukariotq lqstel6s ir genetiniq strukttru skirtumai S a rt b e s

L,Scndre,argenhil$ $nd*rti

Prokariotai Vicnal4siiai Paprasta vicnos lEstelesribose. sudetingcsnesporilikacija

raidq

organ) ila t n r,lrtsle3 $n!q!*^i (lqstcleskompartmenlizaciJa) t a r pj q b r J n d u o l \ \ .r i h o i r r n . r J' r i g u bos mcrnbranos lqstelis dqliiima.sis

fll, Gcn*tl*!:n*tllr*

:

l. Gcnomo sandara

l lerli.tlrtias

Ne

Eukariotai N u o r i e n a l q s d i iqk i s u d d t i n g qd a u g i a lqsdiq L a h a is u d c t i n g ad. r u g r a l a s c i .. l t : n c c i a lizuotasl4stclcs.audinrus.organus.laikinas paveldirnumas Taip

N e . b e t D N R s u t t l k t : i n u k l e o i - Tarp dq Dali jasi skersaipersisnauciant \'litoze. mejoze \Iiena chromosoma.da2niaus i a i2 i e d i n e

Fragrnentacija i chrornosomas linijines struknrras

Dh\R kompleksassu nbrrtu baltymq skaidiumi

Nukleosominechromosomossandara

A t i t i n k ah a p l o i d 4

H a p l o n t o ' d i p l o n tkoa i t a .a u k i t e s n i g qc u k a r i o t qr 1 ' r a u j ad i p l o n l a s

DNR replikaciiu

L n i r e p il k o n i n e

\ l u l t i r c pilk o n i n e

D N R kopij4 pasiskirsnnLts

l'rimitpus. anr lr4stcltsmembranos

Sud€tingas:mitozC.nrejozi

gen4 unikalunas

U n i k a l u sg e n a i .t j k r R N R i r tRNR gcnai wa kanotiniai

U n i k a l 0 si r k a n o t i n i a is e n a i

konpleksassu balqnuis - pktiLliikuntas

.iudrieji genomo elementoi kurtotitris sekas 2, Nebranduolinds/nechromosonrinis scnetinesstruktiiros -1,Cenomo pertYarka

Transpozonai.insercinessekos Didesni ir airor e i\{aZai l\ airiq tipq ir labai daznos

R i b o t a( T n . I s . a m p l i f i k a c i j a )

Mitochondrijq. plastidZirl.kinetosomq D N R . p l a z m i d e s( l ) . k t . ( l ) L a b a ii r a i r i . s k i n i n g ai r a i r i q g e n o m qi r

Tik archcbakterijLl

Taip. bet ne r isq genq

Paprastcsnis

Daugumoseukariotqir daugumosjq senu labai suditinqas

Transformacija.transdukcija. bakterijrlrekombinacija.scksdukcija

Krosingoveris,gcno konr ersija

sttitspecilini

I uip

Taip. bet ma2esnireikimc

clil atsi t tkti rtro cItto nto.s onul,l ui u i -

.\c

Tarp

4. (;€nq sandara ir valdpmas: sanr/ara, pertrauktigenai 1c'gzonai /intronai) IaKtt tnas 5. Gcnetin0 rckombinacija: homologini

Plaarides

DIOSI

IV. P*veldiilmcs: gen4 s.Deika

rdr ir{r/d.1

sankibosgrupis n ep rikI u usonu s p olrtt i t1pu t't,I Jtj irnus

t r i p . . q l 1 r , ' ; ad r u s i n r m o . i .c e n o m oi J n d . l r o \\ p d t u m a r Tarp nealcliniqgenLl Taip. salygojaheterozigotiikumas.chrorrosomq skaidius \riena Kiek chromosomqhaploidiniarnerinkinlie Visi genai sukibq

Kai (a) genai nchorrologindsechromosontose. ( b ) d i d e l i sa t s t u m a tsa r p q e n u

Lqstel€sevoliucija.Suprantama.kad pirminiq lqsteliuliekanupaleontologainerandair neras,todel mokslininkamsreikia pirmuosiusgyvybes raidos etapus atkurti. Pirmasis etapas Siamekelyje - organinjll junginiq, ypad biopolimerq sintezi. Thigi pirmiausiareikejo irodvti, kad

r20

:s''*, *@,

r .,P

r.Cf

t '@-@'@

"

,{,,

h

,\

*' {.

tr

{r.

tunk , e*!l*, 3.1 par. Kaireje - dirbtiniai koacervatai su DNR; deiineje - isivaizduojamas koacen'atq susiliejimas ir skilimas pasiekus kriting masg i daugeli fragmentq

pvz..veikiant aukitai iie junginiaigalejoatsirastiprebiotindmiss4lygomis, ultravioletiniamsspinduliams.Thi temper2lturaiir elektros iSly'dZiams, buvo sikmingai padaryta. Kompartmentai (uZdaroserdvds)- antrasisetapas.PasakA. Opa(1ot. coocen'onts- surinktas, surino. susidari pr.tsleles-koacen'atai kauptas) ir juos supanti pirmine membrana. Kadangi koacervataspusiau uZdara sistema(3.1 par'.). tai ne visos medZiagosi ji galejo patekti. bet ir ne visos galejo i5 jo i5eiti,ypai polimerai. Taigi santykinai vidine aplinka igijo pastovumo. Koacen'atas- tai pirminis kompartmentas,atribota nuo isorines aplinkos erdv6. Atsiribojimas membranomis l-ra vienas paprasdiausiq.bet ir klabDdq glvu orqanizmrl homeostazei(pastoviaividinei aplinsi5kiausiLr kai) palai(vti. Palyginimui reikia nurodyti, kad ir dabartiniq organizmli atsparumasnebudingoms.svetimomsmedZiagoms,vadinamiesiems ksenobiotikams(antibiotikams,pesticidamsir kt.), pirmiausiapriklauso nuo nepralaidZiqmembranq. Tik tuo atveju, kai 5i priemone nepakankama arba neveiksminga (medZiagosyra skvarbios), veikia kiti a t s p a r u m om e c h a n i z m a i . Nesunku isivaizduoti.kaip koacervatai.uZgrobdamidaii jq aplinkoje plaukiojaniiu koloidiniu agregatq,virto erdviSkaiizoliuotq sistemrl populiacija. Turejo wkti gamtine Siq sistemq atranka. I5liko tic, kurie buvo .,uZgrobg"k4 nors vertingesni.Ir pirmenybe, matyt, buvo

121

teikiama tiems koacervatams-pfisleldms, kurie turejo pirminio genomo elementq. Siq pagrindine paskirtis buvo stabilizuoti pirmines lasteles sudedam4siasdalis ir r,yksmus(tiksliau, ju uZuomazgas).Kitaip tariant, pirmenybe buvo teikiama toms pirminems lastelems,kuriose buvo daugiau fvarkos ir pastovumo. Erdvinio atsiribojimo (kompartmentizacijos)krvptimi itin toli yra paZengusieukariotq lqstele.Eukariotq l4stelesesvarbiausiosfunkcijos sutelktos tam tikruose lqstelescentruose,organoiduose,kuriu neturi prokariotai: paveldejimo,genetinesinformacijossaugojimo,reprodukcijos ir transkripcijosi RNR, transkripto brendimo ir kompleksrl su baltymaissudarymo- branduolyje,fotosintezes- chloroplastuose,kvepavimo ir energijos kaupimo (AfP sintezes)- mitochondrijose ir kt. Net to paties organoido viduje gali buti suddtinga erdvine sandara, Branduolyje yra tanki plok5tele lamina, branduolelis(iai),nukleoplazma ir, svarbiausia.chromosomos.Mitochondrijoseir plastidese,kurios yra i5 dviejq membranq, sudetingayra vidine membrana su erdviSkai orientuotomis baltymq molekulemis. Prokariotq lqstel€se yra tik kompartmentizacijos uiuomazgos. Antai bakterijrl lqsteldse,ldubus plazminei membranai. susidaro mezosoma. J4 butq galima palyginti su pinocitozindmis eukariotq vakuoldmis, tadiau mezosomos funkcija yra kita - prie jos wirtinasi bakterijos DNR. Mezosomospaskirtis * taisyklingaipaskirstyriDNR molekules kopijas tarp dukteriniq l4steliu. Sudetinga strukt[ra yra ir bakterijq Liui.eliai. Cianobakterijos ,,1'k6s fotosintezg, todel ju l4steleseyra fotosintezg rykdandiq membranq, bfidingq ir eukariotq plastidems. Vienas organoidas yra bendras prokariotq ir eukariotq l4stelems. Thi ribosomos. Be to, skirtumai tarp prokariotu ir eukariotq ribosomq yra neesminiai. Daugialqsdiqeukariotq kompartmentizacijalabai stipriai lystesi toliau ir visi5kainauja kryptimi. 15pradZiq atsiradovienodq l4steliu sankaupos- kolonijos.Veliau r,ystesitikri daugialqsdiaiorganizmaisu specialios paskirties l4steldmis,audiniais, organais.fvaims dumbliai gali b[ti Sio etapo tarpiniq grandZi4 paryzdliai. fdomiausiasir geriausiai Siuo atzvilgiu i5tirtasyra gleivlnas Dicnosteliumdiscoidetun(3.2 pav.). Kaip mineta, Sisvienalqstisgleivfinasblogomis s4lygomisvirsta daugial4sdiu organizmu. Tokiam virsmui sisnala duoda lasteles.samjnaniios

;ffi

I

wffi A

3.2 pav. Gleivlno Dictyosteliumdiscoideum virsmas i5 vienal4siio daugial4siiu organizmu: .4 - r'ienalEsiiaigleir,'lnai;B - glcivunq agregacija;C - pseudoplazmodZiomigracija ii r ienos vietos i kita; D - kojeles ir sporq diferenciacija

daug ciklinio adenozinmonofosfato(cAMP). Apie tokias l4stelesb[riuojasi kitos l4steles,rikiuojasi I ilgus vamzdLiopavidalo daugialqsdius klnus, po to susidarovaisiak[niai, o ant jq sporos... Daugial4sdiu eukariotq organizme funkcijos paskirstytos erdvi5kai Atribotoms l4steldms,audiniams, organams. Pavelddjimo,rekombinogenezdsir mutagenez6sreiSkiniai tiesiogiai susijg su Sio tipo kompartmentizacija.Ypad progresavo bDdai apsaugoti,atriboti nuo aplinkos dauginimuisi skirtas l4stelesir struktlras (gametas, sporas. gemal4 ir kt.). Sia kryptimi tarp eukariotq matoma kylanti evoliucija suddtingumoir tobulejimo kryptimi. I5 pradZiq daugial4siiqdauginimuisiskirtos lqstelesatsidire giliame sluoksnfe (tai matyti dumbliuose). To visi5kai pakanka apsisaugoti nuo labai mutageni5kq. bet menko skvarbumo ultravioletiniq spinduliq. Jie lemtingi vienal4sdiamsprokariotams, bet maZiau pavojingi daugialEsiiams Gywnq tobulejo kiau5inis, o augalq - i5siryste sdkla. Sios struktDros turi maisto atsargq pradiniam raidos etapui ir apdangalais yra apsaugotosnuo iSords. Gaubtasekliq sdkla - augalq tobulumo virS[ne. Jos gemalo organogenezdtoli paZengusi.Ir tai r.yksta ant motininio augalo. Dar tobuliau nuo i5orines ir vidines aplinkos yra apsaugota Zinduoliq organogenezel.Ji visiSkai baigiasi motinos organizme, maksimaliai pastoviomis ir kontroliuojamomis s4lygomis. Tai atlieka placenta, kuri yra klittis net mutageni5koms,svetimoms organizmui medZiagoms- ksenobiotikams.

Dauginimosi ir genetinds rekombinacijos uiuomazgos koacervatuose. Pfislelesgalejo ir turejo tiesiog mechani5kaiviena su kita susilieti. Thip vienos ir kitos turinys tapo bendru ,,turtu", teigiamos sarybesirgi bendros. Tai bendras visq genetindsrekombinacijos tipu principas.Antra vertus, tokie p[sleliq susiliejimaiturejo ribas. Turdjo blti pasiekiama tokia koacervato kritine mase, kuriai esant sis tapdavo nepatvarus,subyrddavo.Tai jau pirmine l4steliq dalijimosi uZuomazga, Kadangi koacervato turinys fragmentuose pasiskirstydavo atsitiktinai, jie b[davo nevienodai ,,turtingi". Thdiau bent dalyje jq turejo i5likti per susiliejimuslg,vtasbendras .,turtas"- sud6tis, sandara (3.1 pav.). Stai ir pavelddjimouZuomazga.Atranka tobulino pradines l4steles.I5liko tik tobulesnes,toddl ,,susimestii krfiv4" tapo naudinga. Toki ii,yki turejo iteisinti atranka. Siuolaikiniq l4steliq pirmas ir vienas pagrindinirl signalq dalytis yra kritine l4stelesmase (Zr. p. 335). Augimui/l4stelesdalijimuisi reikia medZiagq ir energijos. Tik jas sukaupus ima veikti kiti l4steliq dalijimosi signalai. Genomo evoliucija. Kaip formavosi genomas ir labai sudetinga baltymq sintezdssistema,iki Siol tebera misle. Net patys primityviausi vienal4sdiaiorganizmai turi ribosomas.Thdiau pagristai manoma, kad pirmind genetindmedZiagabuvo ribonukleortg5tis. Ir Siuo metu RNR kaip genetind medZiaga nera visi5kai iSstumta.Tai daugumos augalq virusq, keliq bakterijq virusq, maZdaugpusds Zinduoliq virusq, kai kuriq plazmidZiq,viroidq, epigenq genetind medZiaga. Pirminese lqstelesegenetine medZiagabuvo RNR, matyt, del keliq prieZasdiq.DNR veiklai reikalingas tarpininkas, toddl i5 pradZiq buvo paprastesnebaltymq sintezdssistema,be tarpininko; RNR tiesiogiai dalyvavo sintezeje kaip matrica. Labai svarbu tai, kad RNR galejo veikti kaip autokatalizatorius.Ir Siuolaikiniuoseorganizmuose transkripto brendim4, kai kuriuos transliacijos procesus katalizuoja ribozimai (RNR, Lr. 2.3-2.4). Manoma, kad polipeptidai i5 pradZiq stabilizavo RNR struktlr4 ir tik veliau nurungd RNR kaip geresni biokatalizatoriai. Thip pat manoma, kad pirminese RNR, kuriq sinteze ryko abiotinemis s4lygomis,nukleotidai atsitiktinai jungesi i polinukleoriding granding. TLrejo r.ykti Siq molekuliq atranka, tadiau bendra visq vienagrandZiq nukleor[gSdiq tendencija sudaryti antr4 granding komplementarumo principu buvo pamatas matricinei sintezei - replikacijai atsirasti.

Netikdtai pastaruoju metu pradejo aiSketi detales, kaip ilgq iSbandymq (atrankos) b[du kr]resi sanrykiai tarp DNR ir RNR arba tarp DNR ir kitq junginiq, t. y. kaip klresi genetind sistema. Antai imituojant atrank4 (i5 10'r DNR variantq!) paryko atrinkti DNR molekules, s4veikaujandiassu neiprastaisjunginiais: trombinu, organiniais daZaisir kt., su kuriais anksdiauDNR nes4veikavo.Jau dabar Sisatradimaspritaikytaskuriant neradioaktyviojoDNR zymejimo metodus, vaistq pramoneje. Atrankos budu pakeisti ir kiti makromolekuliq s4veikosparametrai. Antai maLo E. coli RNR viruso Qureplikacijos laikas sutrumpintas net 15 kartq. 837o sutrumpejo ir viruso genomas. Ribozimas l3 ktralq,ntena tennophila pradejo karpyti ir susiuti DNR. Paprastai Sis ribozimas lykdo splaising4,vadinasi, karpo ir susiuva RNR. Thigi atskleistasdar vienas labai svarbus genomo evoliucijos momentas: kaip i genetinds medZiagosveiklos sfer4 ieinantys veiksniai ,,keite Seiminink4",kai RNR kaip geneting medZiagq nukonkuravo DNR. DNR - genetind medZiaga.Dvigrande DNR sandara labai stabili. Tai, matyt, viena i5 pagrindiniq prieZasdiq,kodel evoliucija pasirinko genetine medZiagaDNR. Thdiau ne vien cheminis DNR stabilumas ldmd tai, kad ji i5stlme kaip geneting medZiag4RNR. Dvigrandeje DNR slypi galimybes . DNR replikacijai, tiksliai paskirstyti molekules-kopijas; . DNR paZaidq reparacijai,iStaisytipaZaidas,naudojantis antrqja nepaZeistaDNR grandine kaip matrica trlkiui uZtaisyti. DNR paZaidq reparacijos atsiradimas. Mutageni5kq ir praZutingq veiksniq pirmineje terpeje gyq'bei tarpti turejo btti itin apstu. Pvz., tuo metu labai agresy/usmutagenasturdjo bfiti ultravioletiniai spinduliai (UV). Mat ozono apvalkalas,ekranuojantis,sulaikantisUY susidarti veliau del augalq lykdomos fotosintezdsir i5skiriamo deguonies. Taip pat lyko intensyvioschemines s4veikos,pvz., nukleotidq alkilinimas. Thigi tiesiog butinai turejo kurtis sistemos,apsaugandios pirming geneting medZiag4nuo skvarbiq mutageni5kqveiksniq. Vienal4sdiamstai itin aktualu. DNR reparacijos sistemq evoliucija yra pasiekusi virSlng jau prokariotuose. Thdiau ir Sios Siuolaikines DNR reparacijos sistemos gana sudetingos.I5 pradZiq turejo b[ti nesudetingasDNR reparacijostipas. Viena daZniausiqDNR palaidq

t25

vra vienagrandiiai DNR trfikiai, kurie atsirandakaip daugelio pirminiq RNR ir DNR paZaidq pasekme.VienagranddmsnukleorDg5tims tokie trDkiai butq fatali5ki.Todil, pirma, atranka turejo teikti pirmenybg dvigrandemsnukleorugitims. Antra, dvigrande nukleorrJg5diqsandara savaime leme paprasdiausi4DNR reparacijos b[dq - uitaisyti trfiki naudojantis antrqia grandine kaip matrica. Diploido genetinemedZiagavra dar saugesnd.Degradavusvienai DNR molekulei, iSlieka antra. Siuo atzvilgiu dar prana5esniyra poliploidai, kurie turi didesni kaip 2 chromosomu rinkiniq skaidiq. Neatsitiktinai tuose Zemes rajonuose,kuriuose sunkios ekologiness4lygos, augalq poliploidines m5ys yra daZnos.Gyv[nq, ypad Zinduoliq optimalus chromosomq skaiiius yra diploidinis, taigi Zinduoliq poliploidai neglvybingi. Didesni chromosomq rinkiniu skaidiq sunkiau tiksliai paskirstyti dukterindms l4steldms, paLeidLiamasgenq balansas. Thdiau somatineslEstelesgana daLnaiyra poliploidines. ypad tq organq, kuriq veikla susijusi su mutageniniaisveiksniais.kaip antai kepenq. Yra dar viena prieZastis,koddl diploidu DNR saugesne.DNR tr[kiai gali brlti uZtaisomi ir naudojant kaip matric4 antrqjq DNR molekulg. Tokiu bldu pa5alinami netgi dvigrandZiai DNR trikiai, yra mirtini l4stelei. kurie, ju nepa5alinus.

3.2. Bendras genomo sandaros apibudinimas Bendram genetinill struktlrq apibldinimui vartojamos dvi sqvokos: . genotipas (beveik i5imtinai tik eukariotu) - genetiniq organizmo ypatybir+ visuma; o genomas- klasikiniu aweju (velgi eukariotq) genq visuma haploidiniame chromosomq rinkinyje; platesne prasme - qenq visuma chromosomose;arba genq visuma konkredioje genetineje struktIroje: . bakterijq (virusq) genomas- genq visuma daZniausiaiZiedineje DNR (arba RNR); . konkreiiq nebranduoliniu genetiniq strukturq genomai (mitochondriju, chloroplastq, plazmidZiu ir kt.) - genq visuma Siq struktDrqDNR (arba RNR).

Genomas/genotipasvra iigametesatrankos subtiliai subalansuota genq visuma. Tiro isitikinta tiriant tris tokius esminius genetinius rei5kinius kaip genu sqveika, genq grupes, genq veiklos valdymas. Visi Sie reiSkiniai nagrinejami atskirai. Genq/chromosomq balansas gaii lemti poZymius (pvz.. drozofilos l1,ti).Genq balansas yra vienas i5 genq valdymo reiSkiniq (pvz., genq, kurie yra X chromosomoje). Sutrikus genq/chromosomubalansui, gali atsirasti mutacijos. Genomq dydis, i5reik5tasbaziq poromis (bp), sv,vruojalabai didelese ribose - nuo 5xl0r bp viruso SV 40 iki 10'1 bp augalo Trillium. Stai kai ku'riu genetiniq objektq genomai ftp): virusas - bakterioiasas T. bakterija Esclterichiu coli mields.Snccliaronl\'cas cerevisiae ncmatodas Caenorhubtliriselegans vaisind musele Drosolthila ntelanogu.srar rupltii Xettoprr /cors rairenis (augalas).lrubitlopsi.sthtliatru Zirnis Pisunt satiturrt 2nrogusHomo sapiens

1,6x105 1,2-4,7x10' 1.4-2x10r 8x10--1x10b 1.4-1,7x10" 3.1x10' 7x10; 5x10t 3,3x100

Genomo dydis turetq b[ti proporcingasdviem 'u'ienassu kitu susijusiems dalykams: . genetinds informacijos kiekiui. kurl koduoja konkretus genomas; . evoliucijos lygiui. Apskritai taip ir yra (3.3 pav.).Taiiau yra ir akis badaniiu neatitikimu. Ypai stebina labai dideli auk5tesnirjq augalq ir amfibijq genomai. Be to, jq dydis sr,yruojalabai didelese ribose. {vairiq Zinduoliq genomq dydis palyginti nedaug skiriasi. Pagrindinis genomo tyrimo kryptys ir metodai yra tokie: o nustafyti genq sek4 ir vietq chromosomose: . nustatyti nukleotidq sekas - sekvenuoti, i5ai5kintijq funkcing reik5mg ir ypatybes; . klonuoti ir tirti genus. Genorno tyrimo metodai bus nagrinejami atskirai. Jie visq laik4 tobulinami. Kai kurie genomai tiriami totaliai - sekvenuojamasvisas geno-

r27

Antai Zmogaus genome koduojandiosiosDNR sekos sudaro tik 37r. Buvo metas, kai manyta. kad Zmogaus genome yra 3-6 mln. genq. bet tuo metu nieko neZinota apie genq reguliacing dali ir kitas netranskribuojam4siasgenomo dalis, intronus. Veliau manyta, kad Zmogaus genome yra tik apie 50000 genq. Siuo metu Sis skaidius padvigubintas- jau 100000 genq. Nematodo Caenorhabditis elegansgenu skaidius .,padidejo" nuo 3000 iki 20000 genq. Thi bendra tendencija. Ji priklauso nuo genomo i5tirtumo ir nuo to, kokios nukleotidq sekos priskirianios genui, pagaliau ir nuo konkrediq genu dydZio. fvairus genai yra nevienodcl dydZio. Pasitaiko genq, kurie savo dydZiu griauna bet kokius skaidiavimus. Antai Zmo,qausgenome stambiausiasyra DiuSeno raumenq distrofijos genas. Jo transkribuojamoji dalis yra apie 2000 kb. Tai priklauso ne tik nuo nejprastai dideles 14 kb dydZio mRNR, bet ir nuo daugiau kaip 60 intronq. 3.3 pav. Cenomo dydiiai nuk_leotidrf

mas,i.aiSkinamivisi genai.pirmasissekvenuotas genomasbu,",osmurkaus,vienagrandZio fago QX\Tl (rik 537,5bp). tJliau ietu.nuoti t._ liq kitq virusq. Zmo.gaus kitq organizmq' ,nitocnonCnju genomai _i1 (zmogausmitochond'iq DNR apie 16 kb). Eukariotu b'aigtisekve_ nuoti saccharontt'ces cere,isiaeii Caenorhabaiti.s ,iegin !.no.ai ;. baigiamasekvenuori crroz.ofilo,s g.no.nq.Iki 1g97m. pabaigosvisiskai sekvenuoti13 trakterijuir mieiu qenomu. Pagrindinisdemesys suterkras i imogq r990 m. priimtastarptauti. nis ,,Zmogaus genomoprojekras,,. prade]usr,ykdytisipr;j"k;E, 1990m. Zmogaus genomeblvo.nustatyri1772genai,o- fggO m. iu lau buuo 3868,t. y. dvigubaidaugiau.tqg6m. kasiienq buvosekvenuojama apie 1 mln.nukleotidq,rr: pradejusprojektqtai buvovisrlrn.rq l1:p, lr.rp_ to darbo rezultatas.1999 metai baigesisensac,a:visiskaisekvenuota pirmoji zmogauschromosoma, o 2000m. barandyje- visasZmogzrus genomas. Genq skaidiusir dydis.Normalu,kad kiela,ienos organizmqgru_ p:s g:]romuoseyra netranskribuojamosios DNR sekos?arp jau mineta II skyriuje,jos bfitinos genq veiklai valdyti. Thdiaueukariotu ""'genomestebinagenomodydrioir genq skaiiiius neatitikiml;. 128

Eukariotq geno dydis evoliucionavo daugiausiareguliacines geno dalies ir intronq s4skaita. Pall,ginimuividutinis geno dydis: . grybq - 1.5-1,6 kb, . C.aenorlnbditis elegans - .1.0 kb, . drozofilos - 11.3 kb. . Zinduoliu - 16,6 kh,.

Genomq/genqhomologija. Suprantama,kad tarp giminingq r[Siq yra didesnegenomo homologija.tapatumas.Thdiauir nutolusiuosetaksonuoseyra homologiniq genq. Pirmasistai netiesiogiaiaptiko N. Vavilovas.Tyrinedamasau_qalq kintamum4,jis nustate,kad geneti5kaiartimoms augalq ir gyv[nq rD5ims,gentims ir net Seimomsbtdingas lygiagretuspozymiq kintamumas.Antai I'isuoseZaliuosiuoseaugaluose pasitaiko ivairiq chlorofiliniq mutacijrl: augalai visi5kai balti (albina), geltoni (xanrha) ir t. t. Albinosq buna ir augalq, ir gyvlnq. Vavilovas,apibendrindamassavo tyrimq duomenis, 1920 m. suformulavo homologiniq paveldimo kintamumo eiliq ddsni: . geneti5kaiartimq nr5iq ir geniiq yra toks panaius paveldimas kintamumas,kad, sudariusvienos gerai i5tirtq ruSiq grupes po4miq kintamumo eiles, galima numatyti ir kitq rflSiq lygiagredias formas: . iStisomsSeimomsb[dingas bendras kintamumo ciklas.

Sis desnis skatino ieskoti jo priezasiiq. pagaliau buvo nustatyra kai kuriq genomr,!ir genq homologij:r.Antai i5 19 Zmogauschiomosomq 16 yra tokios kaip kaiiu chomosomosir tik sepryniose zmogaus chromosomoseaptikti pastarqju sandarospok_vciai.kuriu nebuvo kaiiq chromosomose.Net Tllz ryZiu eenu atitinka kukur[zq genus ir t. t. Geno vieta chromosomo.ie. Genai gali blti pavieniai,iibarswti po genonritir sutelkti j jvairaustipo genq sankaupas(klasterius- angl. clttster),tadiau abiem atveiais jq vieta neatsitiktine. pasikeirur g.nq arba jq sankaupq vietai, keidiasi jvairios genq sar,ybes,pirmiiusia genq vcikla. Sis reiikinys vadinamas paddties efektu. Padeticsefektasskirstomasj stabiluji (S) ir variabilqii (\,). Sta_ bilqji ir apskritai padetiesefekt4 192-5m. i5aiikino Srarter,anras. Jis pastebejo,kad tas pats drozofilos genas vienaip veikia. kai jo aleliai yra po vien4 abiejoseX chromosomose.ir kitaip. kai po netoivgaus krosingoverioabu aleliai atsidurizr vienoje X chronrosomoje. o antroje iq nebtna. Thip arsirandzrjau mineta mutacija Bar. paitoviai perduodama palikuonims. variabilqii paddties efektq 1934 m. karru su savo bendradarbiais atrado N. Dubininas (todel kartais padetiesefektasvadinamasDubinino efektu).Jis yra laikinasir susijqssu heterochromatinu- stipriau -h.t._ kondensuota chromosomos dalimi (Zr. toliau). Genai, eruntlrs; rochromatine arba arti jo, inaktlvinti. pastebimas poliSkumas:kuo ardiauheterochromarino ynr genas,tuo silpnesnejo veikla (3.4 pav.). Geno padetisgali tureti itakosjo veiklai, clominavimokrypdiai ir mutavimo daZniui. Kartais del padetics efekto atsiranda gcnetinis nestabilumas(zr. p. 525). Prokariotqgenai neatsitiktinaiissiclestg genq sankaupose- operonuose(Zr. IV sk.). Unikalieji ir kartotiniai genai. Nurodvtas,pvz.. Zmogaus.genq skaiiius genome 100000 yra ,.vardinis,,.Mat genome daug genq kartojasi kelet4 deSimdiq,Simtq ar net rlkstaniiq kartq. Siuo utzvilgiu genai skirstomi i unikariuosius ir kartotinius. IS bendro genq silra5o imogaus unikaliqiq genu. kurie nesikartoja, yra apie 644i. drozofilos- apie 70c,/r.Thi genai. koduojantys tokius fermentus' kuriq l4stclei reikia nedaug, todel pakanka vicnos geno matricos. vienas i5 bDdq padidinti geno produkto kieki yra kartotiniai genai.

130

al,-1, l'"'-

7

3.4 pav. \ariabilusis pad6ties efektas: drozofilos X chromosomos segmcntas -lCr --64., translokuotas i ketvirtos chromosomosheterochromatin4.Genai, kurie yra ardiausiaiheterochromatino,i5 d a i i e s s l o p i n a m i ( p a s i r e i S k i am o z a i k a ) . lblstant nuo hcterochromatino (kryptis parodyta rodykle), slopinantis heterochromatino poveikis pamaZu nyksta; r,iclurincjc segmcnto 3C, .-6A, . dalyje gcnai nestclbiami

Prokariotq genome kartotiniai yra tik rRNR ir IRNR genai. Antai E. coli yra 7 kartotiniq rRNR (kartu su tRNR) genq sankaupos 12r. toliau.). Ti.ro tarpu eukariotu rRNR genu-sankaupqyra daug. pvz.. mieliq 140. Auk5tesniqjqeukariotq dar daugiau. Xertopuslaevis vra 450-28/5,8/185rRNR ir 24000- 55 rRNR genq. Zmogaus genome tokiq genu vra atitinkamai 280 ir 2000. Kai kuriose specialiosioseeukariotq lqstelese 5i11genq skaiiius dar labiau padideja. Vyksta j11amplifikacija (lot. ampliJicatio- i5pletimas). Be to. auk5tesniujqeukariotq 2Bl5,8/185rRNR ir 5S rRNR {enai yra atskirai. tuo tarpu bakterijq ir Zemesniqjqeukariotq genome visi rRNR genai vra kartu. i Eukariotu 28i5,8/18Ssankaupos.o daZnai ir 55 genai sutelkti i dideles kartotinirtrgenq sankaupas.Be to, eukariotq 28/5,8/18SrRNR kartotiniq genq sankaupachromosomojeiSsiskiriasavo ypatinga sandara: \'ra antrindje chromosomoss4smaukojeir vadinama branduol€lio orgnizatoriumi. Branduoldlis ir yra Siq genq veiklos produktas. Cia ne tik sintetinamosrRNR, bet ir susidarogranulds - formuojasi RNP (ribonukleoproteidas). Eukariotq genome vienas paskui kit4 kartojasi ir histonq genai. Kartotinejesankaupojeblna nuo keliq de5imdiqiki keliu Simtq histonq gcnq - sankaupq.Mat ir visus 5 histonus(H1, H2B, H2A, H3, H4) koduojanrys genai, kaip ir 28/5,8/185rRNR genai, yra vienoje vietoje - sudaro sankaup4. Genq grup€s - viena i5 bendrqiq genomo sandaros ypatybiq. Jos i ra labai lvairios. Kai kurios iS jq toliau bus nagrindjamoskonkreiiai. Tadiau visi genai vra organizuoti i vienokio ar kitokio tipo grupes. kurias vienija bendras genq veiklos valdymiis.Pagrindinemisreikia laikyti dvi genq grupes, kurios yra bakterijq genome: operon4 ir regulonq.

131

Klasikiniuatveju: . operonasyra genrlsankaupa, I kuriE ieina struktflriniaigenaiir bendrosuul,iyrnosekos,nuo operonostrukt0riniqgenq transkvienasbcndrastranskriptas ribuojamas po genom4genrl grupe' kuriq vie. regulonasyra issibarsdiusiq nija bendri Siq genq veiklosreguliatoriai' Ttumpai apie genq kilmg (genq evoliucija atskirasklausimas). bldas naujiemsgenamsatsirasti- duplikacijos'PadviKlasiskiausias gubejggenaiturdtq keistisdel mutacijqir genetinesrekombinacijos' - vienas genq divergencija i
se.Kartotindssekosyra labai ivairausdydZio,daZnioir kilmes.Pagal Siuometu jos yra skirstomosi grupes(zr. toliau). Siasypary-bes Judrieji genomo elementai (Sokin€jantysgenai). Juos atrado Maklintok (8. McClintock) kukurizuose.Manyta, kad tai i5imtinis reiSkinys.Taiiau judrieji genomo elementaibuvo aptikti bakterijq' jie vra viena o veliau ir kitq organizmqgenomeir isitikinta,kad ii genomo sandarosypatybiq,brldingi visomsorganizmqgrupdms' elementaiirgi yra ivairus (insercinessekos'transfuOlieli genomo "r.trotranspozonai). Jie skiriasi dydZiu.sandara,kilme ir poronui, pobIdziu. sie klausimainagrindjamiatskirai,kaip ir iranspozicijos judriqlq genomo elementqreik5me. Judrieji genomoelementaiyra universaliosgenetindsstrukturos, kuriq transpozicija- vienasi5 genomopertvarkosir gamb0dq' tinds valdomosmutagenezes 3.3. Kartotindssekos Eukariotq genomegausiaiyra nukleotidqkartotiniq sekq, kuriq paskirtisiki Siol nera ailki. Tadiautai i5skirtin€eukariotq genomo yparybe.Jas 1968m. pirmieji aptiko Britenas(R. Britten) ir Konas centrifugaib. korrne).Aptinkami DNR denatflracijos-renatura.ijgl,. metodais Siais metodais. zondq vimo tankio giadiente,molekuliniq nustatytidu svarbtsfaktai. i. DNR kartoriniqscku dalis eukariotqgenomeevoliucionavo gausumokryptimi.

. Prokariotaituri tik nekartotingDNR, o rRNR ir IRNR genai yra kartotiniai. . Zemesniujqeukariotqgenomeryrauja nekartotindDNR, tik apie20TcgenomoirravidutinioirZemodaZniokartotinds kos. Tarp iemesniqjqeukariotqyra ivairiq i5imdiq,kaip antai kuriameyra beveikvien kartotind pirmuoniqmakrobranduolys, DNR. Gyv[nq vidutinioir aukStodazniokartotindssekossudaroapie 507ogenomo. Augalq ir amfibijqvidutinio ir aukstodaZniokartotindssekos eali siekti iki 80% genomo. i aa IJJ

2. Kartotinds sekosvra ivairausdaZnio.Skirstomosi icmo, viclutinio ir aukito (labai aukSto) daZnio sekas.Somatinesei4stelesejrl d a 2 r r i sg a l i k e i s t i s . Zemo daZnio kartotines sekos daZniausiaiyra kartotiniai genai. Jq paskirtis aiiki (Zr. aukiciau). Kitos karrotines sekos Siuo meru skirstomosne tiek pagalju dai.ni,kiek pagal ilgi ir nukleotidq sekq. vadovaujamasimaZdaugtokiais suminiais iiu kartototiniu scku sankaupq ilgiais: l 0 r - 1 0 ' b p - p a l v d o v i n eD N R l0r-l0r bp - nrinisatclitas 1.1-200bp - mikrosatclitas

Paprastosioskartotines sekos.PalydovindDNR. paprastaitai trumpos dviejq ar keliq nukleotidq sekos. Thiiau pasitaiko ir suditingesniq sekq, kurias sudaro Simtai nukleotidu porq. Augah] B chromosomosesekos gali bfiti dar ilgesnes:1,1-1,3kb. Tiunrpq kartotiniu sekq sankaupossudaro konstitutF'qjj heterochromatin4._Sis aptinkamas chromoro.os" kaip labiau kondensuc-rti segmentai.Zmogaus tokiai DNR tenka apie 57c genomo. DNR, kuri sudaro dideles paprastuiq kartotiniu sekrl sankaupas.vadinama palydovine. Mat pirm4 kart4 ji isskirta ii krabo chromosomospalyclovo. Antai krabo palydovinejeDNR labai daug kartq kartojasiseka TAGG. DazniausiaipalydovineDNR yra centromerosearba ialia ju. telomerose. sios struktflros bus nagrindjamosatskirai. 3.2 lenteleje nurodytos jvairiq organizmu ir genetiniq srrukrfrq parydo'ines DNR kartotines sekos telomeru galuose.Dazniausiaigenome yra daugiau kaip vienas palydovinesDNR tipas. Iiskiriama ultracentrifueuoiant cscl tankio gradiente. Minisatelitai. Zmogaus qenome 1980 m. buvo aptikti labai polimorfiniai hipervariabills lokusai, kuriu ivairor'glernia skirtingasrrumpq kartotiniq sekq skaidius.Del iios priezastiestokios kartotines sekos vadinamos minisatelitais, arba wrR (angl. r,aiable rumher tanclern repeat- kintantis viena seka paskui kitq einaniiu kartotiniu seku skaidius).Rimtai Siomissekomissusiclometa rik 1985 merais.kai bJvo i5aiSkinta,kad lvairiq individq minisatelituosebaziniq kartotiniq seku skaidiuslabai svyruojair gali blti pritaikytasasmeniuigenetiikai identifikuoti (vadinamiesiemspir5tq atspaudams,angl. .fingiryintirg - nuo tikrojo pir5tq atspaudqnietodo identifikuoti asmenj).pacioskartotines sckos irgi Siek tiek skiriasi,suclarydamos vadinam4siasseimas. IJ+

l.l

lcntclc. Paprastosioskartotinds nukleotidq sekos telomerq galuose Orcanizmq grupi tipas

Etakstienotieji I Ci l i ophct d) I n fuzorijos (.Ci I i a t a\. buns F/r,relo.r/.)/ldtr? Pu rd ntc i u ilt) I'..I ru 11.\'DrctILI, lnfuzorijos ( C i I i atq). bu\ s H vpotri(hd (Sh l ont chia ' )\1 tri( he. Euplole.\) 7iu;eliniai 1\l astigopho ra\. burt s Tn po n osona tida I't t p u n oso nta, L ei sh tttLtrti d t C;fcir unai lPh.tsaruu [) t t rt,o:(cI i u n I

GenetinestrukturaDNR

Paprastojikanotine s e k a( 5 ' r ' l ) +

CC'CCA,A CC'CCA-dA-A rninichromosonta CCCI'A rDNRlckstrachrornosornin€) CCCTA chromosoma cr rA(cA)r r cltromos0ma CCCTAAA chromosoma GCC'TAA chromos0ma CCCTAA

"i)aznar nurodoma kiros DNR crandrnesnukLeotidqseka.p\2., znlogausTTAGGG arba Tetrahtmena TIGG(;G Taidaromadelttmrentotelomerazdssudat\jeesandiosribonukleoridqsekos.kurinaudojamakaip l ) r i l r j c r \ i n l e l i n l i t e l o n r e nkl a n o t i n e ss e k a s .

I d o m u t a i . k a d i n r i n i s a t e l i t upsa n a S i qs c k L ra p t i k t a n c t i k Z e m e s n i q j Letu k a r i o t u ( p i r n r u o n i q ,g r y b q ) . b c t i r b a k t e r i j u g e n o m e .

Mikrosatelitai. Thi irgi labai trumpos kartotinds 2-3 nukleotidu poru ilgio sekos. Normaliame genotipe Siu sekq suminis ilgis vienoje vietoje vra tik iki 200 bp, todel vadinamos mikrosatelitais. Irsi naudotos kaip pirStq atspaudq zondai. Tadiau pastaruoju metu rlikrosatelitais labai domimasi, ypai zmogaus genetikoje. Mat mikrosatelitai gali bDti trijq itin svarbiq imogaus patologijos reiskiniu prieZastis: . chromosomuluZiq saitu; . ligrl (kaip antai nenq-raumenq); . veZio (jis gali bhti susijgssu DNR reparacijos genais). visi Sie trys Zmogauspatologijosreiikiniai gali btti vienas su kitu susijg ir gali tureti bendra priezasri- mikrosarclita(3.3 rentere). Chromosomql[Z[s saitai, atrasti I974 m. Saterlendo(G. R. Sutherland). Pirmasis saitas buvo nustatytasX chromosomoje, konkreiiai X chromosomos ilgajame perle, 27.3 segmente,todel jis buvo vadinamasfraXq 27.3 (angl.fragile), arba (dabartinejekrasifikacijoje) fraX-E. Mat X chromosomoje yra keletas l[Ziq saitq. Formaliai X chromosomoslDZumaspaveldimaskaip dominuojantis, bet maZo penetrantiSkumo(Lr. p. 633) pozymis. DaZniau ir zymiai stipriau pasirei5kiaryrams (l:1500), kurie is morinos paveldejg fraX. Tokie s,rai )'ra atsilikusios psichikos, b,dingos isvaizdos:ju

135

3.3 lentelc. Kartotinds sekos - lliiq

saitq, payeldimq ligq, r'€Zio prieZastis

L i c a l u T u s s a i l a s .u c n a s -c h r u m o s o m al o k u s a s

Seka

FRAXA (Flt|R1.Xo27.3 FRA.Xf, (Xq28) FRAX F } RA I6.4

CGG CGG,CCG CGG CCG CGG'CCG CAG (GIu)

P r o g r e s u o i a n tci h o r e i a ( H a n t i n g t o n ol i e a ) ( H / 1 . a p l 6 . 3 )

M i o t o n i n ed i s t r o fiia t D V P K , l q q I l . l - I 1 . . 1 )

StorosiosZanros nepapilominisv€ivs I\{ut L PMSI ( 2 q 3 1 3 3 ) n e s u p o r u o t q Pirts? | 7p22) nukleotidq MLHl i 3 p 2 l . 3 ) r e p a r a c i j o s genai I\{ut S MSH6 ( 2 p 1 6 ) MSH2(t'.p21 22)

R I

I l'1-. E

,E fl

I g'E.! tlr

.F",,H= g::

I

T I I

300-500 l 000-2000

CAG

<.12t00 <100

CAG

10 12

CAG CAG CTG CA

200+000

Spinocerebrind(susijusi su nugaros ir stuburo smegenimis) ataksiia.l-asisripas(SCAl. 6p23) S p i n o b u l b o z i n(es u s i j u ssi u n u g a r o si r p a i l g o s i o m issm e g e n i m i s ) raumenu a t n r f i i a- K e n e d Z i loi s a ( l R . X q l l - 1 2 ) Machado-Joseph sindromas IMJD. Ilq 21.3-31)

Da2nis 200 1000 200 1000

< 100 ivairus.ikr 200 6000

'-i '= -i =l =--= i '!--i I

.i-,i

_i

UL/

U -r,\f

;:::::l:::''""'"''' ;,, Fl'1

q:7

1 n:l

tl l

:i,

p-,

fl

pll

. rbll

l rNoganas

, ut-r

3.-5pav. Zmogaus chromosomq l[Zts onkogenai ir vdZi sukelianiios chromosomq mutacijos: rodyklemis nurodvtos vietos. ) llZus saitas;) onkogenas; ' chromosomq kuriq delecija (+---) arba translokacija l e m i a l e u k o z es . ( R e m i a n t i s J. J. Yunis, A. L. Soreng, 1984)

veidas neproporcingas- sumaZejgsvidurinis treddalis ir padidejg virSutinisbei apatinis treddaliai, todel smakras ir kakta atsiki5g.Moterims fraX l[Zumas pasirei5kiadaZniu 1:2500.Thdiau neseniaiirodyta, kad chromosomq llZumas paveldimas ne pagal Mendelio ddsnius. 136

L u 2 i q r r c t u a p t i k t a i r k i t o s e c h r o m o s o m o s e( 3 . 5 p a v . ) . B e t o , n u s t a t y t ak a i kuriu luZiu vietu si'lsajasu vc2iu (pvz.. fra 16A). Atrandami vis nauji lDZussaitai. Siuo metu Zmogauschromosomoscju !'ra bcnt 21.

LlZi X chromosoma buvo pirmoji. kuriai i5ai5kintal[Zumo prieZastis.LuZumo vietoje yra genas (FMR-1), kurio reguliacinejedalyje vra paprastoji kartotine seka CGG. Ji gali b[ti, bet gali jos ir nebDti. Normalus jos daZnis 0-50. Nuo 50 iki 200 ar net iki 230 - dar premutacind b[sena. Tbks saitas yra potencialus kandidatas i l[Zum4. Ten, kur yra nuo 200-230 iki 1000 kartotiniq sekll, - l[Zi vieta. I i p r e m u t a c i n e si m u t a c i n eb l s e n a p c r c i n a m am o t i n o s o r g a n i z m e . r a r p 5 i r l 0 n d S t u m od i e n u . S i u o a t v e j ul u Z u m a st i k i S d a l i e ss u s i j q s su protiniu atsilikimu: CpG yra DNR metilinimo vieta (Lr. p. II4), o reguliacinejedalyje metilintas FMR-1 genas yra neveiklus.Tai lemia protini atsilikim4. Paprastqiq kartotiniq sekq kilm€. Kartotiniq sekq polinkis i netolygq krosingoveri. Manoma, kad paprastosioskartotinds sekos atsiranda ir ju skaidius dideja dviem b[dais: \ykstant: . Suoli5kaiDNR replikacijai, . netolygiamkrosingoveriui(3.6 pav.). Kartotiniq sekq ir genu sankauposyra netolygauskrosingoverio ..karstieji taSkai". Tokiose sankauposehomologines chromosomos gali konjuguoti netiksliai. pasislinkusios,kaip tai pavaizduota 3.6 pav. ir 3.7 pav. Likg laisvi vienos ir kitos homologiniq chromosomq kartotiniai segmentai sudaro kilpas (3.7 pav.). Po netolygauskrosingoveriovienoje i5 chromosomq segmentasyra i5kritgs - atsiranda delecija, o kitoje homologindjechromosomoje- atitinkamassegmentasyra padvigubejgs - atsiranda duplikacija. Thdiaususiduriamasu tokiu rei5kiniu, kai kartotiniq sekq skaidius padideja labai staigiai. Parlzdys gali buti fraX-E. Toks rei5kinys aiskinamas Suoli5ka replikacija. Jis tik postuluojamas,dar neirodytas. Gali blti, kad SuoliSkareplikacija vyksta dalyvaujantspecialiemsfermentams - atvirk5tindmstranskriptazdms.Kai kuriq jq sand3rojeyra RNR seka, kuri kaip matrica naudojama DNR sintezei. Sia RNR matrica gali bDti paprastosioskartotinds sekos. Kaip tik tokiu bldu fermentas telomerazi sintetina paprast4siaskartotines sekas telomeru saluose. LJ I

. retropozonainera sukaupti vienoje vietoje i sankaupas,o iSbarsn,tipo gcnon14.todil jie dar \,'ttdinamii5sklaidytaisiais(disperguotaisiais)genomo elementais; . skiriasi kilme, taigi ir nukleotidq sekomis.

I'olyguskrosingoreriskartotiniqsekqvietoje 1 7h' pI - r i . $ { A A T G T I (i \ A { L A ]u I l C q A \ \ { T c t -

i:':ii:i:: :i::l;il: :iitr::::; i :i : 27bp gaaaaatgt lgaair:rrtgt lgaaa aat st.|

Sinapse

Rekombinacija

2 7b p G A A A A A T G T I S a a I a r g t gr lSaaa aat rr 27 bp g a a a ir a r g r IcAA-A-AATGT lc.AAAAATcif-

e R c k o r . n b i n a n t i nDe\tR c r a n d i n e s

Netolygus krosingoveris kartotiniq sekq\ icto.ie t7 hn

Sinapse-+ 2 7b p

G { A r \ A t ( ; t ll rc q r n q . r I c f l c . L { \ L A T G T

-g aaaaat gtl aaaaat gr S lg aaa aar c r

Rckombinaciia + l:bl g aaa3atg t g r aai arrr s,,, ur rtg tla L{\.\.\fcTlc{{ I f lduplikacijat rr 9bp (dclecUa) G{A.ddATGT-

\{\IGT-

3.6 pav. Netolygus krosingoveriskaip kartotiniu DNR seku amplifikacijos bfidas: po netolvgauskrosingovcrioIienoje DNR molckulcjc scenrcntirspadriuubeja.kitoje D N R n r o l c k u l d i ei v v k s t ad c l e c i i a s c s n r c n t a si S k r e n t a

,'l

,2

,'l

,

2,

3,

b 3.7 pav. Netiksli homologiniu chromosomq konjugacija a , su poslinkiu kartotiniq seku sankaupos vietoje, D - j o s p a s e k n r d s( p l l . s u - 3 . 6p a r ' . ) l 1 . 2 , 3 kartotines sekos

Retropozonaivrzr kaip tik tokios kartotines gcnoriltr sckos,atsiradusios del atvirkitines transkriptazes. Thrp paprastqjr4kartotiniqrseku ir retropozonu yra du pagrindiniai skirtumai: 138

Retropozonq nukleotidu seka tiesiogiai priklauso nuo to, kuri RNR buvo naudojama kaip nratrica DNR sintezci. Pagal tai retropozonai vra dviejq tipq: - II'\'ES - ilgi, sintetinti nuo pribrendusiq RNR II polimeraz€s transkriptq. 'fipiiki 6 - 5 0 0b p i l g i o . 2 i n d u o l i u S L - n L r r nj ue v r a a p i e 1 0 0 0 0 - 5 0 0 0 0( Z m o g a u srupic 10000. sudaro apie -5-6'2 genonro). DaZnai baigiasi poliA. LINES sekos yra neveiklios, neturi promotoriaus. intronq. Bet gali b0ti ir atvirq skaitymo remcliq. - SINES - trumpi. sintetinti nuo RNR III polimerazds transkriptq. Zmogaus senome z1ll Seima (pavadinimaskilgs nuo to, kad j4 kerpa Alul restriktaze) turi apie 700000 kopijq, y'ra 300 bp ir sudaro apie 6',1cgenomo. Alu kllE i5 vienos maZos 1 - 1 0 5b p ) 7 5 R N R . S i Z S R l v R j c i n a i s t r u k t [ r 4 d a l e l i u .k u r i o s a t p a Z j s t as i g n a l i n e s p o l i p e p t i d o s e k a s .S i a m i n t e g r u o j a n t i sj m e m b r a n 4 .

Kartotiniq sekq reikime iki Siol neai5ki.Vis dar sklando nuomond. kad tai yra parazitine DNR, privalomas (ultimatyvus) genomo parazitas. Ilet net pagal bendrus genomo evoliucijos principus taip neturdtr+b[ti, nes nereikalingasDNR sekas Salina atranka. Be to, kaip mineta, visos DNR sintezesreikalaujadideliq energijos iStekliu. Thigi neekonomiSkaper 50Vo Senomo tu5diai dauginti, neturint i5 to naudos. Del to, kad kol kas kartotiniq sekq. ypai retropozonu, funkcija genome nei5aiSkinta,dar nerei5kia, jog Sios DNR sekos nereikalingos.Kartotiniq sekq reik5mg rodo pirmiausia neatsitiktinisjq pasiskirstymaslqstelesgenome.Telomeros,(prie) centromeros satelitine DNR tiesiogiai susijusisu Siq chromosomosdaliq funkcija. Be to, drozofilos chromosomq telomeriniuose galuose yra ne palydovine DNR, o retropozonai. Retropozonq vieta genome irgi ncatsitiktind.Jie yra arba genq 5' ir 3'ionuose, arba intronuose, arba tarpikliuose. Retkardiaisretropozonai yra transkribuojamoje gcno dall'je. Nustatvta, kad nuo tokio geno transkribuota RNR sudaro specifing antrine sandar4 ir dallvauja vidiniuose branduolio dariniuose. Matyt, neatsitiktinis dalykas ir tai. kad kaip rctropozonri vra gausiai multiplikuotos tik kai kurios subrendusios RNR. pi'2., minetoji 75 RNR (i5 jos kilusi -4irr Seima). DidZioji kartotiniq seku dalis )ra netranskribuojama.Kai kurie mikrosalelitai )'ra ir transliuojami.Siuo atveju baltyme yra turtingi vienos kurios nors aminorlgStics rajonai: (CGT)" - turi daug glicino, (CCA)" - prolino. {domu ir tai, kad iuoli(ka mikrosatelito amplifikacija gnli rrykti ir transkripcijos,ir net transliacijosmetu. t. \'. ne DNR. o RNR. Tai irgi sukelia Zmogaus ligas. I -1y

Kartotines sekos gali bflti transkripcijos reguliatoriai. Jas specifiSkai atpaZista kai kurie valdymo baltymai. Thi vaizdliai parodyta transgenuose(genq inZinerijos metodais perkeltuose genuose). Kartotiniu sekq reik5md rekombinacijos ir mutaciju atsiradimo procesuose nagrinita auk5diau. Kartotinds sekos, iStgsdamoschromosom4, apskritai padidina krosingoverio tikimybg. Kartotiniq sekq i5kritos ir ypad intarpai yra gana daina mutacijq prieZastis. Tokie irykiai nustatyti lvairiuose Zmogaus genuose (a- ir p-globiflU, LDL receptoriaus, net X chromosomos centromerinio heterochromatino). Pseudogenai.Konkrediq organizmq genome, nuolat, kaip sistematikos pozymis aptinkami neveiklDsgenai, vadinami pseudogenais. Sis taksonominisjr1 pastovumasgenome skiria pseudogenusnuo rutlmutacijq. Pseudogenaizymimi V. Jq kilme dvejopa: brendimo pseudogenai.Thi aukSdiaunagrineti neveiklus retropozonai, atsiradg del awirk5tinds transkriptazdsveiklos; pseudogenai del mutacijq. Nuo retropozonq jie skiriasi tuo, kad turi intronus ir, tai ypad bndinga, - reguliacing geno dali. Tuo tarpu retropozonai paprastai Siq geno daliq neturi. Pvz., triu5io hemoglobino B-polipeptido pseudogeneryB2 yra ir intronai, ir reguliacine geno dalis. Tik Sis genas neveiklus del rdmelio poslinkio mutacijos.

Kodel pseudogenai yra pastovusvisamtaksonui?Galimatik spelioti, kad kaZkuopseudogenai svarbfis,ypad genq sankaupose, kaip genq sankaupos (Zr. p.279). B-globino 3.4. Judrieji genomoelementai Judriqiq genomoelementqatradimas.Daugeliuimargosaugalq (Zirniq,lubinq, pupeliq ir kt.) sdklosnera naujiena.Lygiai taip pat, kaip ir glvuliq veislds,kuriomsbudingamargaklno spalva.Tai paveldimaypatybe,vienasi5 brldingqveislespoZymiq.Thdiaugenaigali netolygiaipasireik5tiivairioseklno l4steldseddl ivairiq prieZasdiq. Be to, ne tik k[no spalvosgenai. Pavir5iauspigmentacijayra tik labai patoguspozymisstebejimams atlikri. TUo pasinaudojoMaklintok, atkreipusidemesii kukurlzq grfido margum4. 1940m. j4 sudominonc tiek nestabiligrudo pigmentacija, kiek iio nestabilumo

140

prieZastis- miltacijos. Thiiau tik po 10 metq intenslvaus darbo pradijo ai5kiti Siq reiSkiniq prieZastis.

.!

-{r

Paprastai kukurflzq grldai b[na ivairiq spalvq, bet aplvaisis vienspalvis, ne margas.Maklintok bandymuose ant geltonq grldq atsirasdavoivairaus dydZio violetiniq demiq (3.8 pav.). Mat vienspalvd (geltona) tirtq kukurflzq apyvaisiospalva buvo ne del to, kad jie neturdtq antociano -

s**'":

W @

.1.8 pav. Genetinis kukurfizq nestabilumas (pagal B. McClintock): kairdje - nestabilios gr[du mutac r j o s :v i d u r l j e - s t a b i l i o sm u t a c i j o : (r,ioletine spalva); deSindje- lvairaus laipsnio gr[dq margumas

violetinio pigmento sintezg lemiandio C geno, o toddl, kad, be C geno, genotipe buvo dar nealelinis1 genas.Sis genas slopino C geno veikl4. Kukur[zrl genotipas buvo IICC. Nealeliniai genai, slopinantyskitq genq veikl4, buvo Zinomi jau seniai. Jie vadinami epistaziniais genais, arba supresoriais.Taigi 1 genasyra epistazinis.

Spalvotagrldo ddmd atsirasdavo tada, kai vykdavo1 gen4 inakjis mutacija, ir negaledavo slopinti spalvosC geno.L4steles, ryvinanti kuriosetai atsitikdavo,ir tos, kurios i5 jq buvo kilusios,buvo pigmentuotos.Thd kuo anksdiaugrldo raidoje ilykdavo mutacija,tuo didesnebuvo spalvotaddm6. Mutacijassukelegenas,kuris keite savoviet4 chromosomoje. Tai nustatytahibridologiniumetodu.Aptikti du tokie judrieji genai:Ds (disociatorius) ir Ac (aktyvatorius). Ds, isiterpgsSalia/ geno,sukeldavo toje vietoje chromosomqtrfikius ir geno 1 mutacijas.Bet Ds tapdavojudrus tik akryvintaskito SoklausgenoAc (pastarojojudrumas buvo i5ai5kintas veliau;Maklintok vis4 savodemesibuvo sutelkusi i Ds). Del SiosprieZastiesMaklintok priskiriamasir atradimas,kurio ji i5 tikrqjq nepadare.Tai valdymo genai, genq veiklos valdymas. Manyta, kad Ac valdo (akryvina)Ds. Net judriuosiusgenus Maklintok pavadinokontroliuojaniiaisiaiselementais.Taip jie vadinami ir Siuo metu. I4I

Thdiaumoksiaspilnas paradoksu.Kukurlzq kontroliuojaniiqiu elementll Ac ir Ds sqveikospobldis paaiikcjo tik tada, kai buvo atrasti juclricji baktcrijq genomo elemcntai,o Ac ir Ds - sckvenuoti(apie judiai toiiau). Paradoksasyra tas. kad viena i5 dviejq pagrindiniq riqju genomo elct.ncntqfunkcijq 1'ra valdyti genq veikl4 ' arba lsiterpianti genq ar genQ grupq' . arba kcidiant gcnq vietq del padetiesefekto' Antroji pragrincliniiiq elementqpaskirtis mutageneze,mutaciju daZnio valdyrnas. Maklintok ne tik pirmoji atrado judriuosiusgenomo elementus. bet ir i5ai(kino. kad jie sukelia gcnetini nestabiluma padidejusi genomo ar plvicniq genq mutaciju dazni. Daznos .I geno mutacijos yra Sio rciikinio paryzdYs. Bakterijq Is ir Tn. Judriuosiusbakterijq genomo elementus atraclo tik 1968 m. Starlingeris(P. Starlinger)ir Sapira (J. A. Shapiro)' Jie labai lvair[s, ber pagal struktura skirstomii du trakterijqjudriqju g e n o m oc l c m e n t ut i p u s : . insercinds(iterptinds)sekos (IS). ' transpozonai(Tn). IS sekos yra trumpos (700-1000bp) ir turi tik jt1 perna5ai reikalingus genus. Visu IS struktura bendraisbruoZaisvra vienoda. Judruma lemia dvi strukturos ypatybes: - IS galuose yra invertuotos kartotinds sekos (9-41 bp)' ?ti tos -Ibkios paiios nukleotidq sekos. tik priesingq krypiiu nuo lS centro. sekos clar vadinamos palindromindmis \gr. palindromeo sugriZtantis; palindromasyra kalbininkq terminas fraze, turinti tq padia reik5mq skaitant i( kaires i deiine ar atgal, pvz.. ,,sunis"). - tS vicluje yra vienas arba dr.rgenai (kartais ir daugiau). koduojantys transpozicijosfet'mentus. Ta vieta, kur isiterpia IS (ar kitas kuris judrusis clementas),vadinama taikiniu, arba itarpos seka. Ji labai nedidele - 3-13 bp. IS karisiterpus,ii seka arba jos dalis padvigubdja.Susidaro tiesiogin€s IS isiterpialr,airiototinds sekos.Jos supa IS i5 abiejq pusiq. Vienos se gcnomo vietose, kitos tik tam tikrose vietose, tik I konkreiius genus.Tai priklauso nuo taikiniu. 141

Nedidelio. bet tipiSkoE. coli ISi strukt[ra yra tokia:

T ---;4' IKS

tKS --i

T -i

23 bt

e bp

W.r-=-JH e bp

23 bp --AFT---)

n

U-------2

Cia t - lS isiterpimo victa. taikinvs. tiesiogineskartotines sckos: IKS - invertuotos kartotincis sekos IS galuose; of. . o(B (angl. open rcatling franrc - alviras sklritrnro rdmelis) - genlri. koduojantvs transpozicijclsfermentus.

Transpozonai (Tn) yra labai ivairaus ilgio, bet gerokai ilgesni uZ IS (2-25 kb ir ilgesni). Tili susije su Tn struktfiros ypatybemis. Nuo IS transpozonaiskiriasi dviem sandarosypat-vbemis: . turi ne tik genus, lemiandiustranspozicij4,bet ir su ja visi5kai nesusijusiusgenus, . daZniausiaiTn sudarvti iS dvieju IS (galuose). 3.9 paveikslepavaizduotosne tik Sios dvi sandarosypatybds,bet ir pagrindiniai ivairiq Tn sandarosskirtumai. Pirmiausiayra labai didele Tn lvairove pagal galinessekas.Net tipiniu atveju. kai Tn galuoseyra po IS, Siossekosgali blti jvairiai orientuotos: prieiingomis kryptimis (kaip Tn5) arba viena kryptimi kaip (Tn9). Tiro tarpu Tn3 1,'rapav_vzdys transpozono.kurio galuose apskritai ndra IS, o tik trumpos (38 bp) invertuotossekos. Labai didele Tn jvairorc 1,rair pagal transpozicijqkoduojandius genus: ne tik pagal Siu genq skaidiq,bet ir pagal viet4 - centrindje dall,je (kaip Tn3) ar [S sekoie. Be to. Sie genai gali b[ti veiklDs abiejose IS arba tik vienoje ii ju. Antai Tn5 veiklDs transpozicijos genai yra tik ISR, t. 1'. de5iniojoje IS. Vidineje Tn dalyje vra genai. nuo kuriu priklauso bakteriju atspirrlrmasantibiotikams ir kitiems nuodams, pvz., gylsidabriui. Tuo Tn labai panaSusj R plazmides (Zr. p. 239). Siq gcnu skaidiusjvairiuose Tn taip pat labai nevienodas(iki 5 genq). Tianspozonqtipo judrieji elernentaiyra ir dirbtinai konstruojami ii dvieju judriqju elementq (panaiiai kaip i5 dviejq IS natlralaus transpozono galuosc). Tokios konstrukcijos naudojamos kaip vektoriai genq inZinerijoje. Thip, pvz., konstruojami vektoriai i5 dviejq drrrzofilosP elementu.

r43

I S 5 OI S R

I S 5 0tiS L 9999 <__ i5 j j bn _____"<_ IIGKS


Tn9f-

IS I

Cnr

ISI

)r,:.:-,:.:::r--<

9999 <--768 bp---?
-

)

res

ttrp R

_ Jie turi genus,kurie koduoja speciali4endonukleazgtranspozazg. Sis fermentas labai tiksliai i5kerpa judrqji element4 i5 abiejq pusill, tik skirtingosegrandinese.Thikinio vietoje kerpamos abi DNR grandinds, tik velgi skirtingosevietose, susidaro lipnus galai:

-+

)

.--' 1102bp ' - -------+ <-768 bp ITCKS lDn

Tn ir IS sugeba pafys save perkelti i5 vienos vietos i kitq.

- A Cf A C - K i m i m a s- . { C T A .T,GATC-€.T-: :: Taikinys

--+ -qcrnc | *" lo.t^'.' , ::-c-Rcptikaciju ll*J r'- - _crrc. --) i, c..rrc L .-'r, cerc

bla

Tn3 ( <-lR hn ->

4600bp 3.9 pav. lvairiq transpozonq struktlros palyginimas: Tn 5 - genasKni koduoja atsparum4kananticirtrtiigaluoseinvertuoti IS50 - atitinka IIGKS - ilgas invertuotas galines kartotines sekas (angl. LRI): I550 galuose 1'ra 9 bp invertuotos kartotinis sckos. galuosedu tiesioginiai IS1 Tn 9 - genas Crr koduoja atsparumqchlorant.fenikolirri; atitinka ITGKS - ilgas tiesioginesgalines kartotines sekas; IS1 saluose yra 9 bp invcrtuotos kartotines sekos, Tn 3 - genas b1a koduoja atsparum4antpicilinui (B laktamazc):galuoscvra trumpos invcrtuotos galines kartotinis sekos - TIGKS (angl. lIR): genai tnpA ir tpnR koduoja transpozicijosbaltymus; res yra reguliacind seka. Nuo jos priklauso, ar rcplikonai bus sulieti - sudarys kointegratq. ar bus iiskirti geno riip R produkto rezolvazes. IS, - kairioji (angl left), o ISR - deSinioji (angl. nglrt) insercinessekos

Visi5kaipagristaiprie judrirjq genomoelementqpriskiriaminuosaikiejivirusai ir plazmidds(Zr. p. 237).SiosstruktIros,jsiterpusios irgi gali keisti genomoveikl4. Tai vienodaitinka ir i chromosomE, bakterijoms,ir eukariotams. viruVienija plazmidesir nuosaikiuosius sus su Is ir Tn ir labai pana5lsisiterpimoi chromosom4bfidai. Transpozicijaryksta labai ivairiai.Skiriami du jos tipai: . replikacind, kai judrusis elementas ir iSlieka senojoje vietoje. ir atsiranda naujoje, perkeliama tik vicna DNR grandind, o po to abiejosevietose rni'ksta n c p l a n i n eD N R s i n t e z e : ' konservatyvioji,kai judrusis elementasiikerpamas i5 scnos vietos ir perkcliamas i naujq viet4. Senojoje vietoje lieka dvigrandis trukis. kuris arba uZtaisomas, arba yra mirtinas. Eukariotu jis gali buti chromosomq mutacijq prieiastis.

UZpildZiusvienagrandZiustarpus, taikinio seka arba dalis jo padvigubeja. Tn ir Is ealiisitcrpti nc tik ichromosomas. bet ir ikitas genetines struktlras,

turiniias DNR (pvz., plazmides). Del (ios prieZastiesbakterijose gali irykti reiSkinvs. kuris vadinamas replikonq susiliejimu. I5 dviejq genetiniq struktlnl susidaro vicna (vadinamasiskointegratas).Pvz., taip gali susilieti dvi plazmides.Tokiu atveju r,iena geneting struktiri] (plazmide) nuo kitos skiria Is arba Tn kopijos.

Judrieji genomo elementai gali koduoti ir ferment4 rezolvazg,kuris iSskiriadvi sulietasgenetinesstruktlras. Pasitaikodviejq tipq judriqjr+ elementrl mutacijq, del kuriq Sie praranda judrum4. Mutacija gali paZeisti galing nukleotidq sekE. Siuo atveju judrusis elementas lieka visq laik4 toje vietoje, kur jis tuo metu buvo. Nebent i\yktq griZtamoji mutacija. Bet Siosyra retos. Gali lvykti transpozazesgenr+ mutacijos. Siuo afteju elementas irgi tampa nejudrus, tadiau toks judrusis elementasgali pasinaudoti kitq, normaliq judriqjq elementq genq produktais - fermentais, reikalingais transpozicijai. Y6l Ac ir Ds. Pastarojo tipo mutantas yra kontroliuojantysiskukurlzq elementasDs. Jis turi normalias galines sekas,bet yra ir,1'kusi fvairausdydZio delecija transpozazesgene. Tad jis naudojasiAc transpozaze.Ac yra normalus judrusis elementas (4563 bp). Judrieji eukariotrl genomo elementai pana5usi prokariotq Tn ir Is, ypad I Tn3. Tik skiriami judrieji genomo elementai trumpomis invertuotomis galindmis sekomis (jiems priklauso kukuruzq Ac, drozofilos P, judrusis Alu sekt4tipas) ir ilgomis invertuotomis galindmis sekomis (LTR, angl long tetminal repeats), Pastarajam priklauso tik eukariotams bldingas judriqq genomo elementq tipas retrotranspozonai. Pavadinimaskilgs i5 savito transpoziciiosb[do.

atvirk5tine Retrotranpozonai isiterpiai genomqnaudodamiesi b[du. y. DNR-+RNR+DNR-+integracijos t. transkriptaze, sutampasu isiterpusiais Tuo retrotranspozonai i genom4retroviruvirukaip ir nuosaikiuosius Kaip minita, retrovirusus, sais(Zr.p. -5a9). sus,galimapriskirtiprie judriqjLlgenomoelementq.Nuo retropozonrl skiriasine tik dydZiu(5-8 kb). bet (kartotiniuseku)retrotranspozonai tai genai,koduojangenai. DaZniausiai ir tuo, kadiq vidujeyra veikl[s Siuo t,vsatvirk5tingtranskriptazgir kita ferment4,bltin4 transpozicijai b[du, - integrazg.Thi nukleazi,butina ikirpti DNR. Galindssekos (300-100bp) yra tiesioginis,t. y. vicnoskrypties. Galimi miSrls rctrotranspozonqtran\pozicijosb[dai - naudojant ne tik an'irk(t i n q t r a n s k r i p t a z Qb. e t i r t r a n s p o z a z g( k a i p T n r l s ) .

Tbanspozicijosvaldymas.Kaip min6ta, judrieji genomo elementai yra vienas i5 genomo pertvarkos bldu. Kai kuriais atvejaisvaldymo sekq (pvz., res) turi patys Tn. Bet apskritai transpozicijavaldoma i5 Salies:arba specialiq genq (daZniausiaisupresoriu), arba,/iraplinkos veiksnirl. Nuosaikieji virusai ir plazmidesdaugiau ar maZiau valdymo genq turi savo genome.

3.5. Chromosoma sandara 3.5.1.Molekulin6chromosomos Eukariotai skiriasi nuo prokariotq viena i5 esminiq genomo sandaros ypafybitl - chromosomomis. M a n o m a .k a d l e m i a m um o m e n t ue u k a r i o t qs e n o m o f r a g m e n t a c i jai I chromosomasatsirasti buvo genomo dydis. Jeigu visa Zmogaus DNR sudarytq vien4 molekulg, jos ilgis b[tq 1,74 m. Suprantama. sinteze,kopijq pakad tokios DNR molekules erdvinis i5sidestymas. siskirstymasnelmanomi. ThdiauZmogauschromosomair pagal esamq padcti yra labai didele - vidutini5kai 100 000 kb DNR. Taigi eukariotq DNR yra ne tik . fragmentuota i chromosomas, . bet ir stipriai kondensuota. t46

Bc to. chromosomoskondensacijakeidiasil4stelesdalijimosi cikle nuo chromatino funkcijos. priklausomai ir Chromatinas yra DNR ir baltymq kompleksas interfaziniame branduolyje. Thdiau pagrindinis DNR-baltymq kompleksasnukleosoma iSlieka ir l4stelei dalijantis. Keiiiasi tik nukleosomq ir bendras taip pat kondensacijaivairiose michromatino erdvinis iSsidesfymas, toz€s ir mcjozes stadijose ir fazdse. Chromatinas susidedai5 DNR ir dviejq tipq baltym4 - baziniq (histonq) ir rfig5dirjq (nehistoniniq). DNR+histonq kompleksas sudaro savit4 strukt[r4 nukleosom4. Ji yra pagrindinis kartotinis eukariotq chromosomos sandarosvienetas. Skiriama visa nukleosoma ir minimalioji nukleosoma, arba nukleosomosSerdis (angl. core). Minimaliqj4 nukleosom4sudaro savitai i5sidestg(3.10 pav., ,4) keturiq tipq baziniai baltymai histonai (po dvi molekules): H3, H4, H2A, H2B ir DNR. Apie ritinio pavidalo histonu SerdiDNR sillas apsir.ynioja1,75 karto (3.10 pav.,B). Lankstq vietoseDNR yra deformuota (3.10 pav., C). Tai svarbu biologi5kai. Deformuotos DNR vietos yra labiau atakuojamos lvairiq veiksniq: pvz.. HIV (imunodeficito viruso), Dnazes I, mutageniniq veiksniq laisvqjq radikalq (.OH), singletinio deguonies.Siuo atZvilgiu svarbi ir maZojo ir didZiojo grioveliq DNR grandindje padetis ant histonq -ierdies(3.10 pav.,A, C). Vienq nukleosom4 su kita jungia DNR atkarpa, vadinama jungtuku. Jungtuko DNR yra prieinamesnemutagenams,negu apsir,yniojusi aplink histoning Serd! DNR. Jungtuko dydis labai ivairus - nuo 8 iki 114 bp. Thi lemia ir visos nukleosomosilgi. Mat vis4 nukleosomq sudaro minimali nukleosoma * jungtukas. Vidutini5kai nukleosomos DNR ilgis 200 bp, tadiau mieliq Saccharomycescerevisiae nukleosomos ilgis yra tik 165 bp, Zinduoliu - 180-200 bp, o j[rq eZio net 260 bp. Prie jungtuko DNR jungiasi histonas H1 (arba kiti Sio histono Seimosbaltymai, pvz., H5). Nuo jq priklauso chromosomoskondensacija, veikla ir net l4steliq diferenciacija. DNR apie histoning ierdi gali apsivyniotiatsitiktinai arba tiksliai nustatytomis nuklcotidu sekomis (pastarasisreiikinys vadinamas fazavimu - angl. phasing, arba positiortittg). Pastaruojuatveju tojc paiioje chromosomojelvairiq nukleosomq dydis ncvicnodas.

ll]'

t41

domenai- tai 50-100kb ilgio 30 nm chromaChromosomos tino kilpos,kurios tvirtinasiprie pamato pastoliq,sudarytq ii balrYmq. €;.

Baltymaizymimi Sc (angl.scaffold pastoliai).Kol kas atrasti trys baltvmai:Sc I, Sc II, Sc III, bet ju turetq b[ti daugiau'

;q. @ a N'

'- pirmasis nustatytaschromosomosbaltvmas' Pasirodo,jis yra II topoizoSc I dalyvaujavisuosereiskiniuose' mcraze. Tai fermentas specifinccndonuklcaze,kuri ir kt.). Ji kerpa (replikacijoje. rekombinacijojc DNR iStiesinti iiwnioti. rclhu fur mutantai II topoizomcrazis trlkius. oNR or]i.1oregrandindseir po tO r,el susiuva pabaigoje' mitozis chromosomos 7[\'a. nes negali i5siskirti

@

T ^nn

lr

'i'

4-.::' 'i..''-€ - Y".i!. ..-'-' l:v

T

l"'"F

(.' 3.10 pav. Nukleosoma ir chromosomossandara: paraizduota tik viena DNR ,4 - lerdies histonu s4veika su DNR, nukleosomojc H4 molekule; ir H2B H.2A' histonu vienq po ir tik apvija apie Serdi g'-' oNn apsiiyniojusi apie histonu Serdi beveik du kartus' juodu apskritimu

galimahistonoH1 padetis; pavaizduota --+ vietos'kuriose apiiryniojantapie histoninq(erdi deforrnacija sillo DNR C integrazd(pagal (angl' HJ1] ZIV vietos,turiis atakuoia DNR skaidoDNRazel, A. P. Wolffe, 1995)

Nukleosominischromatinasbudingasinterfaziniambranduoliui. sanda(3.11pav'.A)' Del nukleosomintis DNR yra 2 nm skersmens nukleosominio yra ros chromatinosifllas storeja iki 11 nm' Toks chromatinasvra kamuoliukoskersmuo(3.10pav.,B). Nukleosominis galutinai jis susidaro' Kaip pav., C). 30 nm skersmens(3.1i t"1u Histonai bldais. isaiSkinta.Pastaruoju*.tu *unoma, kad lvairiais sanNukleosomq susidarym4. Hl skatinainterfazindschromosomos yra 5-7, iki 15,nukleosomq' kauposenukleomerose sandara(3.11pav.,D) pirmiausiaaptikbomenindchromosomos ir tik eukariotqchromosomose ta bakterijose,paskui metafazindse branduolyje. vdliau - interfaziniame

rb

:'j

I,,-.

g

ililildmil,' l,oo*.

l'*uu." 3.11 pav. Chromosomos kompaktizacijos lygiai: ,,1 - DNR skerspj[ris: -B - nukleosominis; c - nukleosominis (dar labiau k o m p a k t i i k a s\ : D - c l o m e n i n i s ( p a g r i n d i n i s i n t e r f a z i n i a m e b r a n d u o l y j e ) ; f ' nrctafazini chromosoma

r49 148

(l)Iolrlirlrllil\

X( ,\l'-C l:

X( .\l'-C I

|

|

X( AP-( f |

. DNR rekombinacija ir reparacijzr, . pradiniai lqstelesdalijimosi etapai.

\tti Kondensacrlos I afit\\'acla i

(((

I I'

Kondensuota

Todel visi5kai suprantama,kad ir interfazinio chromatino sandara keiciasi priklausomai nuo l4stelesr,yksmq.Vienokia ji yra specifines veiklos, diferencijuotose,bet nesidalijandioselqstelese,kitokia - l4stcl€se, kurios aktyviai dalijasi. ypad S ir G" stadijose. ' Jau senokai nustatyta,kad chromosomosinterfaziniamebranduol11c'i5sidesdiusiosneatsitiktinai. Chromatinas s4veikauja su dviem interfaziniobranduolio strukturomis.su:

cllrolllosonla

3.12 pav. Chromatino kilpq susidarymasir chromosomoskondensacijadalyaujant baltymui XCAP-C/E Sc II, arba XCAP-C/E (angl. heterodirnericcoiled-coil - dimeras ii C ir E polipeptidq) baltymas yra gal nct svarbesnischromosomosdomenams-kilpomsatsirasti. Jis yra juddjimo baltymas. Manoma. kad butent jis suartina chromatin.l ! domenu kilpas (3.12 pav.).

Metafazinds chromosomos (3.11 pav., E) yra labiausiai kondensuotos ir menkiausiai iitirtos. Jas iStirti trukdo tai, kad l4stelei dalijantis chromosomosvisa laika keiiia savo sandar4,ir tai trunka labai trumpai. Manoma, kad metafazinesechromosomosedomenind chromosomos sandara toliau $/stosi, kilpos glaudZiasiviena prie kitos. Be to, jos gali b[ti stambesnds.Toliau r.ystosiir baltyminiai chromosomos pastoliai. SuardZiusarba i5plovusDNR, chromosoma iSsaugo savo iSvaizd4.

. tankiEja plok5tele - lamina (os balrymais laminais A, B, C), kuri iSkloja branduolio apvalkaleli i5 vidaus; . branduolio skeleto-matriksosillais (fibrildmis). DNR yra specialiossekos.kuriomis interfazind chromosoma tvirtinasi prie matrikstr'laminosbaltymrl. Sios sekos vadinamos MAR (angl. matrLr attaclunentregiort) rrrba S.A.R(angl. sca.ffoldattuchntentregion).Gali buti. kad ir intcrfazines chromort)rnos i5 dalies sqveikaujair su tais paiiais Sc I. Sc II (XCAP-C/E), kurie yra ir dLrnrenines chromosomospastoliuosc.Antai branduolio matrikse yra 70o/ovisos II topoizomerazes(Sc I). MAR sekoje 1'ra II topoizomerazis paZinimo vieta. Joje vyniuja AT poros (apie 70r'l).

MAR/SAR sekq vieta DNR yra neatsitiktine.Ji susijusi su chromatino veikla. Antai histonq kartotindse genq sankauposeprie baltl,miniq pastoliq tvirtinamasi tomis vietomis, kur baigiasiviena histonu genq sankaupair prasidedakita (3.13 pav.).Interfaziniamebranduolyje chromatino kilpos yra nepastovios,nes ne visas chromatinas

Kompakti5kos, trumpos metafazinds chromosomos yra fizi5kai patogiausiospaskirryti tarp dukteriniq branduoliq/lqsteliq.Sandara atitinka paskirti. Chromatino sandara eukariotq interfaziniame branduolyje irgi geriausiaiatitinka intcrfaziniobranduoliopaskirti.Nuo jos priklauso: ' chromatino/genrlveikla, ' DNR replikacija. 150

3.1-3pav. Vietos chromosomos,,pastoliuose",prie kuriq tvirtinasi kartotiniai histonq qcnai

151

veiklus - veikli yra tik vos zymi jo dalis. Neveiklioji chromatino clalis gali blti labiau kompaktiika - gali sudaryti heterochromatin4. Prokariotq chromosoma,palyginti su eukariotu chromosoma,yra labai paprastossandaros..E. coli chromosoma- tai Ziedine (apie 1100pm) ilgio DNR molekuld.vis ddlto ji yra kondensuotair sudaro kompaktiSk4darini nukteoidq (3.14 pav., a). Prisiminkime, kad DNR molekulesskersmuoyra 2 nm. DNR yra neigiamaisuperspiralizuotair sudaro kompleksussu baziniaisbalwmais.Jq yra keletas(H4, H1, arba kitaip H-NS; P). Jie pasiskleidgpo vis4 nukleoidq. IS baltymq ner susidaro kamuoliukai, menantyseukariotq nukleosomoshistonine serdi. B e t t i k r q n u k l e o s o m qn e r a . Kaip ir eukariotq interfazinio branduolio, bakteriiq chromosoma sudarytai5 kilpq-domenq.E. coll chromosomojeyra apie 100 domenq. Vidutinis domeno dydis -apie 40 kb. D o m e n a i - t a i d a r v i e n a k o m p a k t i i k o sn u k l e o i d os a n d a r o sp r i e Zasdiq,ko gero, pagrindine, nes, kaip ir eukariotq afveju, tai bldas erdvi5kai-funkci5kaiorientuoti bakteriju genom4. Skiriasi lvairiq domenq dydis, DNR superspiralizacija. Bakterijq chromosomosdomenq (3.1,1pav., b) pamate yra ne tik baltymai, bet ir RNR. Thiiau apskritai erdvine bakterijq chromosomos orientacija nera visi3kai aiSki. Bakteriju nukleoidas neturi nei apvalkalelio, nei matrikso. Kokios RNR ir kokie baltymai yra jq chromosomos domenq pamate, irgi kol kas nenustatyta, Bakterijq chromosoma gali kontaktuoti su lqstelds apvalkaleliu, ypad kai r,yksta DNR replikacija. Del sio kontakto DNR molekules kopijos tiksliai paskirstomostarp dukteriniq l4steliq.

'.."._

i-A-', rAil. u-(]\--

*

b 3.14 p;. Bakterijq nukteoidai: a - Escherichiacolr glvose, besidalijandiose l4stelcse.skiriasi pagal stebcjimq trukmg (i3 kaircs i deiine nuo 0 iki 2l min.). marvri persismauggnukleoidii (remiantis E . J . D u P r a w , 1 9 7 0 ) ; b - E . c o l r c h r o m o s o m o sd o m e n a i ( k i l p o s ) . o k i l p o s e.kamuoliukai, menantys cukariotu nukleosomosicrdi

r52

tl tt II Y*.e'uEEsHEr['i'l'" ,#$# fidi-'g[[[EIEii'""v"V vvv

$$,i*

i'.'n n-A'X'A"l flBn'E flnn $tr&,

)Y)##'fik V Il ll II ll A:f,;t='il[[g[U[!

II I 3.i5 pav. Rtiinis kariotipo savitumas ir chromosomq polimorfizmas: kairdje - kariotipai: 1 - upinio veZio (98): 2 - lydekos (12); 3 - arklio (66); a salamandros(31): -5 - uodo (6); 6 - kates (3tt); 7 - jauiio (60); 8 - avies (54); skliaustuosenurodytas diploidinis chromosmq skaiiius; de5indje- jlrq sraigesTftals lopillus chromosomq polimorfizmas:I - kariotipas sraigiq, gyvenandiqvietovese, (kariotipe - 18 chromosomq); B - kur dideli potryniai (13 kur menki poh'_v-niai chromosomq dil susiliejimo centromeromis); C - tarpinis formos (chromosomq skaiiius tarp 13 ir 18). Thmsiai pavaizduotoschromosomos,kurios arba yra, arba gali susilieti centromeromrs 3.5.2. Eukariotq

chromosomq morfologija. Kariotipas,

savitumas. Heterochromatinas

r[Sinis jo

ir specifinds sandaros bei paskirties

chromosomos

Kariotipas. Idiograma. [vairiq organizmo rt5iq kariotipo savitumas. Kiekvienai organizmq rlSiai b[dingas tam tikras chromosomq Thi rodo 3.15 paveikslepaskaidius,dydis, kitos morfologinessar,ybds. vaizduoti kai kuriq organizmq chromosomq rinkiniai - kariotipai. B e n e d a u g i a u s i ac h r o m o s o m q t u r i k a i k u r i e p a p a r d i a i ( 1 2 6 0 ) , r a d i o l i a r i j a (1600), maZiausiai arkline askaridd - tik 2 (1 por4), augalas Haplopappus - 4. CitogenetiSkaipatogiau tirti organizmus,kuriq l4stelesenedaug chromosomq. kaip vaisines muselds (Drosoplila nrelanogaster),turiniios 8 chromosomas, ir kuriq chromosomos yra stambios kaip drozofilos gigantinds ar pupq (Vicia faba) (Zr. toliau) chromosomos.

Kariotipas - tai organizmo chromosomq visuma, apibldinama chromosomqdydZiu,i5vaizdair skaidiumi.Jis yra paveldimakiekvienai organizmo m5iai bldinga sarybd, kaip ir kiti poZymiai.

fvairios skirtingq organizmqir to paties organlzmochromosomos apibfidinamostaip: dydis, centromera jos padetis chromosomoje,pediai ir jq ilgis, antrind sqsmauka,palydovai(3.16 pav.). 153

rlgasts-t Per)s q

t_ 3.16 par,. Chromosomq tipai: 1 - a k r o c e n t r i n d( p e i i a i l a b a i n e l y g [ s ) ; 2 - a k r o c e n t r i n ds u p a l y d o v u : 3 submctacentrine(pediai nelygls)t I - metaccntrine (ly_eiapete)

Chromosomq dydis metafazeje yra nuo 0,2 iki 50 gm. Zmogaus nuo 1,36 * 0,3 iki 6,8 -+- 1,4 pm. Ilgiausio.jeZmogaus chromosomoje DNR siulas yra 16 cm. Chromosomosi5vaizdalabiausiaipriklauso nuo centromeros,Ji esti pirmineje s4smaukoje.I5 abiejq jos pusiu susidaro kinetochoras, prie kurio fvirtinasi achromatin6sverpstds mikrovamzdeliai. Centromera dalija chromosomqj petius. Pagalcentromerospadetl chromosomos gali bfiti metacentrin€s,lygiapetes,t. v. centromerosdalijamos i du lygius pedius,jq forma metafazejeX raides; submetacentrinis, kai centromera yra ne ties chromosomosviduriu, susidargpediai yra ne visai lygus; akrocentrinds (telocentrinds),kai centromera yra beveik chromosomos gale (tokios chromosomos metafazeje V raides formos). Nedidelese, ovalinese chromosomose (pvz., drozofilos IV chromosoma) gali buti difuzine centromera, t. y. verpstes si[lai gali prisiwirtinti bet kuriame taSke. Chromosomoje gali blti ir antrind s4smauka. Kaip mineta, joje susidaro branduolelis. Bet ne visada taip b[na. Kartais antrine sasmauka esti labai rySki. ir atrodo, kad viena chromosomosdalis susijungusisu kita plonu siuleliu.Tiumpesniojichromosomosdalis (ypai jeigu ji nedidele) vadinama palydovu. Pagal kariotipq galima apibndinti organizntq gentis, o kartais ir ru5is.Yra net mokslo Sakakariosistematika.Taiiau kariotipo specifiSkumo svarba organizmui kol kas neaiSki.Nenustatytasrv5ystarp organizmq evoliucijosir chromosomq skaidiausjq l4steldse.Par,yzdZiui, Zmogusturi 46 chromosomzrs. viSta- 78, avis - 54, drozofila - 8, upinis t54

- 98 ir t. t. ?riiau didesnisar maZesnis chrontosomuskaiiiusturi rcrzr,s rekombinacijai. genetinei ita[os Gcriiiusiai chromosomq morfologines ypatybes iZilrimos mitozes ir nrcjozesmetafazdje.3.17 par', kariotipai pavaizduotimetafazeje. C'hromosomosgali buti i5 metafaziq nuotraukq iSkerpamosir i5rikiuojamos pirmiausia pagal dydi, paskui ir pagal kitas auk5diauapt3rtas jq morfologines ypatybes.Toks grafinis kariotipo pavaizdavirlirs vadinan-rasidiograma (Lr. 1.11 pav.). Lytinds chromosomos (X, \') idiogramoje gali b[ti ten, kur joms priklauso blti pagal dydi ir iSraizd4,arba jq vieta yra po autosomq (nelytiniq chromosomq). Heterochromatinasir chromosomossandara. Ivairiais bidais nusraq'ta,kad ir toje paiioje chromosomojechromatinasyra netolygiai kondensuotas.Net Sviesiniunikroskopu galima iZilreti mazgeliuschromomeras.Gigantinesechromosomose(Zr. toliau) matyti tamsesnis juostos - Balbijanio Ziedai. Elektroniniu mikroskopu interfazindsc chromosomosematyti mazgeliai (angl. knobs). Skiriamos trys kondensuoto heterochromatino klasds: . kondensuotasis euchromatinas. . fakulta[nrusis heterochromatinas, . konstitutyvusisheterochromatinas. Euchromatinaspagal klasikini apibldinim 4 yra maLiaukondensuotas ir genetiikai akryvus,t. y. DNR turi geneting informacij4 - genus. Thdiau dzrugumagenq specializuotuose,diferenci.juotosel4stel6seyra neveiklls. Veiksmingiausias bldas genq veiklai slopinti - euchromatino kondensacija.Tai vienodai tinka ir kondensuotameuchromatinui,ir fakultaryviajamheterochromatinui.Skiriasijie tik kondensuotoschromatino daliesdydZiu,laipsniuir trukme. Neveikl[s interfaziniame branduolyje genai yra labiau kondensuoti ir sudaro smulkius mazgelius.Thi ir yra kondensuotasiseuchromatinas. Jis yra savitas ivairiems audiniams. Tik spermatozoiduose l rii inakryvintasvisas genomas.Pana5iaiyra ir augalq vyri5kojo gamctofito - mikrosporos generatlviniq lqsteliq branduoliuose. Fakultatpusis heterochromatinas- irgi kondensuotas,tik stipriau, euchromatinas.Be to, kondensuoti arba dideli chromosomos sesmentai,arba i5tisos chromosomos.Kondensuotosvietos i5rySkeja diferenciniodazymo bldu C juostomis. Siuo budu nusidaZobttent hcterochromatinas.Fakultatyvusisheterochromatinasgali bflti ilgalaikis, kaip Zinduoliq X chromosomos,pavirtusioslabai kondensuotu Baro ktneliu (Zr. p. 193).

155

Konstitutyvqli heterochromatin4,kaip mineta, sudaro kartotintq sekq sankaupos.Jis skirstomaspagal Vietq chromosomoie: ' o . .

centromerinis. telomerinis, region)- branduoldlio organizatoriausvlctoje. org,aniser NOR (ansl. rrrrclcolLrs Jis sudaro n,urg.iinii ivairiosc (nei aukiiiau minctose) chromosomosdal-u-se. c juosda2ant isryikeja irgi (angl. Jie knobs). mazgelius hetciochromarino mikrotomis. Interfazincsecnronlosomosenlazgeliaimatomi pro clektroninl skop4.

specifines sandaros ir paskirties chromosomos labai priklauso nuo ihromatino kondensacijos.Genetiskai inerti5kos B chromosomos. didele dalis Y chromosomosVra beveik vien i5 heterochromatino. Tuo tarpu akqviose l4stelesegali brrti dekondensuotos,specifines sandaroschromosomos.Thi politeninds chromosomos'chromoso' mos-,,lempq SePeiiai". Lytinfs chromosomosyra lrodymas,kad savitq paskirti gali tureti ir normalios kondensacijoschromosomos.Tokios yra lytines X chromosomos.Jos genetiskailabai talpios' Nors l-vtispaveldima labai ivairiai, bet daZniausiaija lemia lytines chromosomos. Jas turi ir kai kurie augalai: ' ' . . . .

kanapcs (Cannahus-vrtrla), apyniai (Humdus luPtrltts)' smidras (Asparagus offictualis)' vynn.redis(Vitis vinifera), iakinys (Melandiunt albunt). polipioidincs Zemuogiq (h.agoria) rliys ir kt. Sie augalai yra dvinamiai.

Lytines chromosomoslabai ivairios. Skirtingq lydiq individai skiriasi lytiniq chromosomq skaidiurni arba/ir i(vaizda. Kai jos skiriasi dvdZiJ ir fbrma, vadinamos X ir Y chromosomomis.DaZniausiaiY chromosoma yra maiesnd uZ X chromosom4,bet jos gali btti vienodo dyclZio.Tada skiriasi savo sandara,pvz., heterochrom-atinokiekiu. Zmogaus y chromosoma ne tik maZesnd,bet ir beveik vien tik i5 heterochrclmatino,turi nedaug genq. Kaliotipe gali bDti keletas nehomologiniq X chromosomrl porq ir tik viena arba ni vienos Y chromosomos.Pastaruoiuatveju lytis skiriasi chromosomq skaidiumi (pvz., taip yra Ziogo). Visos kitos chromosomosvadinamos autosomomis,arba A chromosomomis. 156

Papildomosios.arba B, chromosomosyra viena didZiausiucitogenetikosmlsliu. Jas atrado dar 1906m. Vilsonas(E. B. Wilson) vabzctyjetr[etapodiunt,bet iki iiol neai5ki nei jq funkcija, nei kaip jos atsiranda.Mat jos ndra kariotipo bltinybe. B chromosomosi5 tikrujq nebDti. iq yra papildomosioschromosomos.Jos gali b[ti. bet gali veisimas) b[du (angl. breeding tik autbrydingo Ile to, aptinkamos kuriq apsivaisinime besiveisiandiqorganizmq kariotipe, t. y. tik tq, clalyvaujadu partneriai. Pvz., jq neturi savidulkiai augalai. Kariotipe chromosomospapildomai atsiranda ir del heteroploidi' jos arba amplifikacijos (mini-chromosomos).Bet jq kilme aiSki. Jos vra homologines kuriai nors pagrindinio kariotipo chromosomai ar jos daliai. Tuo tarpu B chromosomosnera homologinds nd vienai ii A arba lytiniq chromosomu, arba jq segmentq. B chromosomas sudaro beveik vien konstitutyvinis heterochromatinas,bet kitoks, negu A arba Y chromosomose. Jos daZniausiaiyra smulkesndsuZ A chromosomas,(3.17 pav.), bet gali buti ir vienodo dydZio. Pastaruojumetu nustatyta,kad B chromosomosskatina mejozg ir rekombinacijqmejozesmetu, generatyviniql4steliqmitozg po redukcinio dalijimosi,selektyvqapsivaisinim4.Ir padiosB chronosomos i5lieka (paveldimos)del selektyvaus apsivaisinimo,teikiant pirmenybe toms lytinems l4steldms,ku(-, rios turi B chromosomas.Bet B chromosomu skaidius kariotipe negali dideti iki begalybes,yra Pasiekustam tiksubalansuotas. r4 lygi (rugiti kariotipe - 6 B chromosomas),sumaZejatokiq individq vaisingumas. -3.i7 pav. Augalq B chromosomos: Chromosomos-,,lempqSepekaireje - rugio (Secale cereale) chromosoestidaugeliostuburiniq gyiiai" mos su viena B chronrosomaZiedadulkes v[nq ovocituosemejozes diplo1-oje mitozije: padvigub€jusi B chromotenosstadijoje.Taipjos pavadinsoma paskirstoma netaisyklingai patendeSinije branduoli; vienq dukterini ka i tos del daugybesi Sonusi5sikeroeraiiino (Festuca pratensis) kariotipas j u s i q a t a u g e l i q( 3 . 1 8p a v . ; .S i q ( 2 n = 1 4 ) + l , 1 B c h r o m o s o m u( r e m i a n t i sA . chromosomqatradejui Riukertui Mtintzine. 1961)

,vF w)

i /ffi,)I \"i

t57

I.

'

r

kitt" ''"t-

d.{

"t

''&'

-4. 3.lE pav. Chromosomos - ,,lempq Sepediai": Scpeiiai" rr - konjugal,usiosdvi homologincrstritono (Triturus)chronttrsorntls-..lempu c h r o m osomosu r i d i n t l ( Z y m e t o j o m R N R s i n t e z c ljunuimas ( i S J . D . C a l l , 1 9 6 6 1b; . , l c n r p qS c p c c ' i o \"e p c t i l i u r r s e :p a 2 r n r i t a j u o d a i )

kuriais truvo Yalomi senrlq zi(J. Rtickert, 1892)Josprinline Sepedius, baliniq lempq stiklai. Chromosomos-,,lempqSepediai"i5 tikrqjq yra dviejq homologiniq chromosomq kompleksas - bivalenta. chromosomos viena kitos laikosi chiazmais - susikryZiavimovietomis. Tokioje bIsenoje chromosomos-,,lempuSepediai"gali blti keleta mdnesiq. Susiduriame su uZdelstqla nreioze. Chromosomos-..lempuSepediai"20-,10kartu ilgesnesuz iprastasias chromosomas.Tirip yra todil. kad jos dckondensuotos! atskirus domenus (3.18 par,.,b). Jie yra nepastor'Is...Pirmynir atgal" kilpomis iStempiamiskirtingi chromatino domenai. TLriatiieka baltvmai aktinas, nukleoplazminasir kt. Domenuose intensp'iai sintetinama mRNR. ?ri nustatyta 4metuoju uridinu. Panaiiq i ,,lempu icpciius" dekondcnsuotqchromosomq gali buti ir kitose lasteldsc. Antai panaii i juos vra Y chromosoma drozofilos spcrmatocituose.lisiiakojusios domcnq chromosompsaptiktos pupg iakneliq tistamajameaudinljc. Nelaime ia. kad galimirbes tirri chronrosomasdifercncijuotosc laste-liscyra lahrri ribotos. Tbkios lrlstcldsnesidalija.

Politenines,arba gigantines,chromosomasatrado dar 1881 nt. Balbijanis(G. Balbiani) uodo trlkiio (Clirortonus) lervose.jq seiliu liaukq l4stelcse.veliau jos arrastosir kitq I'abzdziq,tarp jq ir drozofilos, sekrecij4 rykdandiose lervq l4stelese. Politcnines chromosomos jau apra5ytosI skyriuje (2r. p. 40 ir 1.9 pav.). Patogu tirti Siq chromosomq sandarEir net nedidelius, vieno lokuso dyclzio. sandaros pokydius - chromosomq mutacijas. nes poiiteninds chrontosomostarytum i$margintosjuostomis ir brlk5niais. Thi Balbijanio2icclai.Jic gerai mar-vtiir pro Sr'icsinimikroskoi58

I d ara ir veikla (remiaintisW. Beermann. TT Clever, -1.19par'. P[psnio (pufo) re6-l): plp-snis.kuris susidaro pavcikus hornlonu ekdizonu - intcnsyviai t - (.'ltirononrrrs r r k s t a m R N R s i n t c - z ei .j u n g i a m a sZ v m e t a s i su r i d i n a s( t a m s [ s t a 5 k e l i a i ) b ; - ta pati \ icta sigantinejcchromosomojc.tik prici tai. kai buvo panaudotasckdizonas.paveikta 1 1 \ R - s i n t e z c si n h i b i t o r i u m i a k t i n o m i c i n u D - p u p s n i s n e s u s i d a r i ,m R N R s i n t c z e Llbrrisilpna:r: - hcndra p[psnio sandara:r1- atskiroschromonemoskilputds p[psn1,je, ii ionu - mRNR niolekulcs

.-

, -,

, ',-

,' 1'

,'

3.20 pav. Plpsniq kaita l-oje Chironomus dorsalis chromosomoje ivairiose raidos stadijose (remiantis L Kiknadze, 1965): juodais staiiakampiais pavaizduoti chromosomos segntentai,kuriuose yra susidare p l p s n i a i ; s t a i i a k a m p i od y d i s v a i z d u o j ap u p s n i o d y d i : 1 - 7 - t l p a r q l e r v a l 2 * 9 - 1 0 p u r u l e n , a i 3 - p r i c S . , i r s t a n tl e l i u k e : 4 - j a u n a l e l i u k e : . i * s e n a l e i i u k e

pq del tikrai gigantiSkoSiq chromosomudydZio.Jos 70-250 kartq ilgesnesui normaliaschromosomas, todel stipriai dekondensuotos. Thdiauimponuojane tik jq ilgis. bet ir storis. Politenindchromosomai5 tikrqjq yra bivalenta* dvi labai glaudZiaikonjugavusios homologineschromosomos,kuriose chromomera(DNR) daug kartq padvigubejusi. 159

Daug kartq lyko DNR sinrczi. bct DNR kopijos neiSsisklri. liko vicnoje chronr(rsom()je.Drozofilos pglitcniniu chronlosomqskcrspjurl,jeyra 20.18DNR molekul i ' s . o _ k a i k u r i q u o d u - n c r . j l 7 6 ( s .1 5i i a k i l e s 5 i q c h r o m o s o m rpl a v a d i n i m a s( g r , p o / \ ' - d a u g + t e n o s_ s i h l a s ) .

Atkreiptinas dirnesys ir i tai, kad homologiniq chromosomq konjugacija yra ir,ykusine mejozdje,o somatindsel4stel6se,Kaip mindta (ir tai mtrt),ti1.4 pav.), tai labai palengvinaaptikti chromosomqmutacijas. Be to, visos politenintls chromosomossudaro vienq kompleks4. Jas vienija vadinamasischromocentras.Ji sudaro konstitutlvusis heterochrornatinas.Antai drozofilos patineliq seiliq liauku lqstelese chromocentre yra Y chromosoma. Nors politenineschromosomosstipriai dekondensuotos,bet ju sandara nera pastovi.Tie lokusai,kurie yra labai aktlvis, issipuiia p[psi nius (pufus). PfipsniuoseDNR yra itin dekondensuotair r.1'kstainrensyvimRNR sintezd(3.19pav.).Thi nustatomaZvmetuojuuridinu. p[psniq vieta nepasrovi(3.20 pav.), keiiiasi organizmo raiclojeir ivairiuose audiniuosepriklausomainuo to, kokie genai tuo metu yra itin veiklls. 3.5.3.Specialiosios chromosomns dalvs 3.5.3.1.Telomeros Telomeros ir chromosomq aberacijos. Dvi svarbiosfunkcines chromosomos dalys buvo irodytos iswrus chromosomu aberaciias.

lol l.f;

I tJ lti il

,8+'

i:ft", '.; {(r , .,.;;!

l

l'E U#

3.21 pav. Chromosomq aberacijos: n - normali chromosoma;b - fragmentai;c - centrinisZiedasir ace-ntrinis fragmcntas; d - ccntrinis fragmcntasir acentriniszie
160

chromosomrl aberacijos tai ivairus chromosomq sandaros pokYciai.atsiradg spontani3kaiarba jas paveikus mutagenais. - chromosomines,chroChromosomq aberacijosyra ivairiq tipq chromosomq sanmatidines ir kt. Siuo atveju mus domina tik tie ir dazPaprasdiausias su telomeromis. kurie susijq claros polg,diai, (3.21 pav.). yra fragmentas tipas ni"rriui c'hro''oromq aberacijq telonetenka galo, Si atitrtksta nuo chromosomos Kai fragmentas *Stui Tilkio tada ir isaiskeja chromosomos galu reiksme. rn.ror. - centriniq, vietoje chromosomq fragmentq (tiek su centromera jungiasi. tiek be jos - acentriniu) galai yra lipnts, labai iengvai di' susidaro centromer4, turi Kai susijungia du fragmentai. kurie svarfragmentai, centrikai. $io tipo aberacijos,kaip ir acentriniai br.rstiriant centromeros paskirti (Zr. toliau)' Pasitaiko ir tokiq atvejq, kai fragmentai atitrUksta nuo abiejq jungchromosomosgalq. Likusi vidine chromosomosdalis galais gali tis ir sudaryti Zied4. Taigi svirbiausia telomerq paskirtis yra apsaugine:sar-rgotigalus nuo rulipi*o, taip pat nuo nukleaziq, kurios skaido DNR. Net tr[kio vietos neiveikia nukleazes.Ti[kio vietoje nuo -nukleaziq saugo junspecialfiskepures baltymai (angl. cappingprotein). Sie baltymai giasi prie bet kokio dvigrandZiotr[kio. Thi tik parySkinachromosoiros ir joje saugomosgenetinds informacrljosvientisumo svarbE.Taciau tel-omerutiik5-e yra ivairi (Zr. toliau), ne tik apsaugine. Chromosomosgalq problema. Si problema yra tik linijiniq generiniq struktrlrr.l:neb[ru galq, nebltq ir problemos. Bakterijq, daugumos virusq, diugelio nebranduoliniq genetiniq strukt[rq (mitochondrijq, chloroplasiq, plazmidZiq ir kt.) DNR yra Ziedine, neturi galq, tadiau pasitaiko ir linijiniq struktilrq' pvz', kai kuriq virusq' Telomerq sandara. Skiriamos dvi dalys: telomera (siaurqja pras- padiq me) ir subtelomera.15 tikrqjq reiketq skirti dar tredi4 dali atokiausiq chromosonrosgalq, Tik Si dalis, matyt, yra ne visq organizmq chromosomose. - paTelomeras(siaurqia prasme) sudaro savita palydovine DNR prastosioskartotines tclomerq sekos (Zr. 3.2 lentelg). lvairiq organizmu ir skirtingq genetiniqstrukt[ru siq paprastqjqkartotiniq sekq skaii'ius labai skiriasi. Antai Zmogauschromosomojejq yra iki 2000 (arba 10-14 kb), ktrahymena makrobranduolio chromosomq galuose tik 70, mieliq chromosomoje dar maZiau (bendras ilgis 300-450bp). MaZiausiaiyra ZiuZeliniqminichromosomq galuose- tik 3-5 (be to.

16r

skirtinguose galuoscncvienodai: ,5'gale- 20 bp. o 3'galc - 20 bp+1(, vicnagrandcs bp DNR). P a l y g i n t in es e n i a in u s t a t )t a s i d o n r u sr c i i k i n rs . K a r t o t i n i u s c k t t s k a i i i u s . n L - tt o s pirc'ioslastclcs chr()nr()sonrrr tclonrcrosc.)'ra nepirsto\ns.Senstaniio Zmogaus som3t i n c s c l a s t c l c s ct c l o n t c r o sv i s t r u n t p c j a .A n t a i o d o s i r k r a u j o l a s t e l i qc h r o m o s o n t o s e . anot e l o m c r o ss u t r u m p e j i r ; 1 ; l - s - : 1 0b p ( g a l b n t n e t S i o ss e - k o sv i s i S k a i S n v k s t a ) M m a , k a d t a i g a l i n u l e n r t i 2 m o g a u sg v v e n i m ot r u k m g . V s ' 2 i r r i ' sl rcr s l c l i : t ' \ u r i r \ l inl c p l r p r l r : l ut ri u m p u l c l ( ) m c r u i.r t t r rg e l i h l t i p r m a t a s t o k i o m s l q s t c l c m ss a v c s u n a i k i n t i ( a p o p t o z c .i r . p . 3 1 7 ) . B e t t a i p v r a n c v i s o s e l q s t c l c s c .A n t a i m a k r o c i t u t r s cl.i m f o c i t u o s es e k q s k a i i i u s n c k i n t a . o s p e r m o j e . a t v i r k i t i u i . s c n s t a n tt e l o m e r o si l g c j a .

Telomerul galuose aptinkami vienagrandZiai DNR tr[kiai, kuriq vieta yra kanonin€ (t. y. pastovito taksono individamsir chromosomoms). Antai ktrultmenu Sie trukiai pasiskirstgtaip:

5 , . . . C C C C AC ! C C C A A C C C C A!AC C C . . . lt tlt|t |t llt t t t t t t l t t|t |t t|l | l I t Il 3,.. .GGGGTTGGGGTTGGGGTTGGGG. .. Thdiau Siu tr[kiq paskirtis kol kas neaiiki. Manoma. kad juos paZjstaspecifiniai baltymai. Baltymai gali jungtis ir su paprastosiomis kartotindmissekonlis. Antai micliu Succltonltt.t'ce.r pric kartotiniu sc-ku.jungiasiitin svarbus rcguliacinis baltymas RAP I (angl. reprcssorlactitator prott,itt -1). be to. ne vienojc- rietoje. o kas 18 bp. Side chromt'sonrosdah,je jis rcguliuoja kartotiniu seku skaiiitl. Pana5iq reguliaciniu baltl,mu aptikta ir kitu organizmu lqstclcsc'.Zmogaus - nct keletas. RAP 1 baltymas valdo ir telomerojc bei subtelomerojccsaniiu genl] r,eiklq. Be to. kaip rodo baltl'mo pavadinimas.r,ienu senq veikla jis slopina. o kitu - aktyvina. Tiri priklauso nuo nukleotidq scku. su kuriomis savcikauja Sis baltl'mas. ir nuo suvcikos su kitais baltvmais.Aiikeja, kad telomerq sirvcikasu branduolio matriksu ir vidine branduolio mentbrlnzr irgi priklausctnuo Sio baltvmo. Antai kai RAP 1 birftvnrassqveikau.jasu SIR (anll. .rr/ort itt.fontrutiott regultttor)haltt'mai.-s.telomeros a p l i n k o j e e s a n i i r l g c n q v c i k l r Ls l o p i n a r n a :

'Ielomerq

ivairor'6. Paprastosiostelonteru kartotines sekos yra lrrbai konservat\r'ios(2r. 3.2 lcntelg). Seka CCCTAA/TTAGCG yra rtc tik Zmosaus.peles, bet ir kitu g,r,v[nutelomerose.Net ir labai 11tole organizmai apvaliosioskirmiles, auk5tesniejiaugalai,glei]iniai turi toki4 paci4 (arba labai artimq) palydoving r [r1ai. Zir"r2e galuose. tclonleru DNR Nciprastos)'ra drozofilos chromosomq telomeros.Jas sudaro karo judrieji genomo elementai.Jie roriltis sckos,bet ne paprastosios, \ra chieiLltipu: I'ieni retropozonai, o kiti retrotranspozonai.Jq sintcze ir prijungimaatlieka atvirkStinetranskriptaze.Kokiq dar netikesunku numatyrunru galima tiketis tiriant didesni skaiiiq orgzrnizmu, vabzdZiq iitirtu kitu telomeriniuose galuose yra \1at paprastosios ti. yra sekos. Jos net homologines Zmogaus telomenl papraskartotinis tosioms kartotinems sekoms - butent (CC1AA/TTAGG),,. S u b t e l o m e r ug e n e t i n es a n d a r ay r a s a v i t an e t i k t a k s o n q .g e n e t i niu liniju (kamienu).bet ir skirtingqtos paiios genetindslinijos chrom()soulrl.Sioje telomeros dalyje yra genai. R[iini subtelomenl savitum4 lemia specifineskartotines sekos. kurios r,ra ilgesnis negu paprastosios.Subtelomerojeyra genq. Jie irgi lcmia to patics taksono jvairiq chromosomqtelomenl genetini savituma.NciprastaSiu genq vieta lemia kai kurias Siq genq sa\Tbes. kurir,!neturi genai vidineje chromosomosdalyjc (Zr. toliau). PaprastLrjukartotiniu sekr] gali b[ti aptinkama ir subtelomerose.Subtelomerosey'ra ir nukleotidu sekos DNR sintezeipradeti (orz,ARS). P a l r g i n i n t u ip a t e i k i a m av i s a m i e l i u i r d r o z o f i l o st e l o m e r a . (C :A)..

ARS

|r(_-, I

(CI 'A)-

ARS

F-0

r (r.t kb ______9,

C i r ( . N - c e n t r o m c r a .( C , . A ) , , . "- p a p r i l s t o s i o kartotinis s sekos.y' ir x - specifines k l L r t o t i n e ss c k o s .j u s u d c n j e v r a A R S ; s e k a gali bnti pakartota i-4 kartus, o x 1' : c k t r : i l s i s s n r u o j a p l u c i o s er i b o s c - n u o 0 . 3 iki 3.7-i kb. D r i r z o f i l o st c l o n r c r as k i r i a s in e t i k t e l o m c r i n i a i ss a l a i s ,b e t i r s u b t e l o m c r o ss a n d a r a :

/L-o

eAel\+-A-l}ndcmas iS Tlndcmas ii Nutolcs subrctr() (trans) kartotinir-r tclomeros polonu 0.5-1.8kb r a j o n a s( ' J ) s ek u ( irre- r e t r o p o z o n a li F l c t - A ) rr retrotranspozonai(TART), jq skaidiusnepastovus: s r n i t o s k a r t o t i n c ss c k o s - ivairaus ilgio tiek partiossckos. tiek visas rajonas.

t62

163

di'dis ir nukleotidqsekos1'ra subtelomeros Ne tik kiekvienoschromosomos subtelomerosilgis 3D chromosomos Antai peiiq. savitos,bet net chromosomos bp ir kartotines;160 sudaro peti kb. PastarEii i0.5 13 kb. o 2K chromosomos l50bp ilgio sekos,t'r likusi Sio peties3,5 kb yra savita,koduojanti'

Telomerazds.Paprastqiq kartotiniq sekq sintez6.visiskai akivaizdu, kad telomerq kartotiniq sekq skaidius reguliuojamas.Ir tai yra butinybi. Po kiekvienos DNR replikacijos telomeriniai galai privalo sutrumpeti (3.22 pav.) ir turi bfiti fermentas,kuris kompensuotu Siq kartotiniq sekq netekti. Visa tai buvo i5 tikrqjq irodyta. Mat replikacinei DNR polimerazei reikalingi -OH galai, todel ji nepajegi uZpildyti padiq atokiausiq veluojandiosDNR grandines galq. Taigi po kiekvienos DNR replikacijos Siosegrandindseliks neuzpildytas tarpas. Kuo daugiau kartu r,ykstaDNR sinteze,tuo daugiau turdtq buti prarasta kartotiniq sekq telomerq galuose. 1984 m. mokslininkds Greider (C. W. Greider) ir Blekbarn (E. H.Blackburn) aptiko ferment4 telomerazg.Tai awirkstind transkriptaze. Ji sintetina paprast4siaskartotines DNR sekas nuo RNR matricos. Matrica yra telomerazdssandaroje. Tai ivairaus ilgio poliribonukleotidas (Ti:trahymena- 159 b, Ettplotes - I92 b ir pan')' Jame savo ruoZtu yra nukleotidq seka (irgi ivairaus ilgio), kuri komplementari telomerq paprastosiomskartotintims sekoms (atitinka 1,5-3 sekas). Ja paZistama vieta telomeroje, ir ji yra matrica telomerq galams naujai papildyti (3.23pav.). Bet ji aktyvi ne visose l4steldse.Generatyvindsel4steldsetelomerazesgenas yra veiklus (ekspresuojamas).

prisijungirnas Tclornerazds p r i eD N R 2z , 5 ' - T T G G G G T T G C TTGGGGTTG AAC 3'-AACCCC.AACCCC

dGTp

/iC /,C

/c

Telorneraze---J

/A /A RNR matrica

C

Naujqnukleotidri ljungimoprad2ia 5'-TTGGGGTTGGGG 3'-AACCCCAACCCC

AACCCCAAC

a tqsiasi Polirnerizacij 5 ' - T T G G G G T T G G G GTTGGGGTTGGGGTTG 3'-AACCCCAACCCC AACCCCAAC Telomerazdstranslokacii a I nauJ4\'let4


dGTP

5'-TTGGGG'TTGGGGTTGGGGTTGGGGTTG 3'-AACCCCAACCCC AACCCCAAC

Ciklas kartojasi 3.2,3par,. Telomeraz€sintetina telomerinius chromosomosgalus Vcl!.ijruli

!lrrn(|nc \'!'luoiaoti gr rtl(jrnc

I]irnrau]aoti Srirrdini

I(\li

l1!,rJrru,'

P r rr n r i l l i l r t l tU r i r t r d rl tc

3.22 pav. Telomerosgalo trumpdjimas vdluojaniioje DNR grandinije rykstant DNR replikacijai

r64

TLrotarpu daugumossomatiniq l4steliq telomerazdsgenas neveiklus, toddl, kaip mineta. po kiekvieno Siq l4steliq dalijimosi telomerq galai trumpeja. VeZinese lqstelese5is genas gali suaktyveti. Atrastas ir kitas telomerq kartotiniq sekq kompensacijosbDdasrekombinacinis:tmkstami telomerq galai uZpildomi naudojant matrica antrqj4 DNR granding (arba molekulg).

165

Prie genetiniu struktlru, kuricls atsiranda individo raidoje (infuzorijq subchromosomosar minichromosomos,ekstrachromosomind DNR) telomeros yra prijungiamos.ktralwntenu tai atlieka telomerazc. Pastoviq chromosornq 5i dalis sintetinama S stadijoje kartu su visos chromosomosDNR. Padius linijiniu strukturq galus gali .,uZlipdl,ti" baltl,mai. Manoma, kad dalyr,'aujatie patl's jau anksdiau mineti kepuris balqvmai' Telomenl reik5m6.Nuo scno Zinomane tik apsaugindchromosomq reik5me,bet ir tai, kad jos iemia homologiniq chromosomqsqveik4 stadijoseir I metafazejehornejozeje.I profazdsdiplotenos-diakinezes mologindschromosomoslaikosi viena kitos (sudaro bivaientq)tik teloryksta telomeriniaisgameriniaisgalais.Ir kitos chromosomqsEveikos lais. B[tcnt. . nuo telomeriniq galq prasidedahomologiniu chromosomq konjugacija mejozeje; . erdvinis chromosomu iSsidestymasinterfaziniame branduollie. Telomeriniaisgalais chromosomoskontaktuoja su vidine branduolio membrana ir tankiqja plok5tele(lamina). Genq veikla/genomopertvarka ir telomeros. Kaip mineta, subtelomeroje gali bnti jvairfis genai. Antai keturi kartotiniai mieliq maltozes metabolizmo genai (MALI, MALI, MAL\, XUL6) yra chromoPana5iaiir sacharozesmetasomq (Il, III, VII, XI) subtelomerose. bolizmo genai SUC yra subtelomerose. 'Inapanosoma genai, esantvs telomeroje, sqlyMiegliges sukeldjo goja lEstelespavir5inio antigeno - variabiliojo pavir5inio glikoprotei' no 1Vi'C, an'gl.VSG - v'ariablenuface gl),coprotein ) sintezg. Sio bat(jie sudaro apie genu tymo sintezg koduoja apie 1000 Tr1'panosontd 104logenomo). VPG genetika yra suddtinga,todel i smulkmenasnesigilinsime, bet b[tina nurodyti, kad lsg genai yra ne tik vidindje chromosomos dalyje, bet ir Salia telomeros. Pastarieji gali veikti arba neveikti ir neperkelti i5 vienos vietos i kit4. T1'rinetojusdomina ne tiek pastoviai Salia telomeros esantysusg genai, kiek tie. kurie i5 vidines chromosomos dalies perkeliami Salia telomeros. I5 Sios lsg genq grupds veiklus genas yra tik tas, kuris atsiduria Salia telomeros esandiame vadinamajameekspresijossaite. MaZdaug kas savaitg i Salia telomeros esanti ekspresijossait4 pakliuva (perne5amas)vis naujas genas: 166

TE

l'.ig-r

-

rr

r

r:r'g-l

F

-_l

)r,l:._r'.ig/

I

r'.ig/

Vidiniaigcnai(r,.ig7.1)

Pemasa i rE

|sg? V--7-1 TE GenoraiSka (rrg,,mRNR sinJ rlR.VR teze)

Kokia nauda parazitui iS tokios r'.rggenq perna5osir savoti5kojq rciklos valdymo? Mil2ini5ka.Tarp parazito ir Seimininkovyksta amZirta kova, Ir lsg genetika vienas i5 tobuliausiq parazito ,,iSraclimq". Scinrirrinkolqsteleje priei Tit'panosonlapavir5iniusantigenus sintetinrLnriantik[nai. Tadiau vos tik Seimininkasspeja isigyti atsparum4 pradeda gaminti antikfinus, parazit:rs- Sast, ir pakeite pavirSinius Vel viskas i5 naujo. rintiqenus... lr mieliq subteiomeriniai SUC MAL genai gali b[ti perkelti i kitas chromosomas.Tiromet irgi keisisju veikla, kuri ir taip jau sa..itai valdoma del Siu genq vietos subtelomerose. Ektopind konjugacija. Rekombinacija,,telomera-telomera,, (gr. ekropos - ne vietoje, perkcltas). Sie pokTiiai, kaip ir minetos s4veikos tarp chromosomq,priklauso nuo telomerq sandaros,butent nuo kartotiniu seku, ypad nuo paprastqjqkartotiniq sekq. Siomis sekomis girli konjuguoti net nehomologineschromosomos,ncs viso kariotipo paprastosioskartotines sekosyra tapaiios. Tai ir yra ektopine konjugacija. Telomerose, paprastqjq kartotiniq seku sankaupose,lengvai t t ksta nctcllyguskrosingoveris. Ektopinds konjugacijos pasekmdsgali buti dvejopos: . telomeriniuosegaluose esantysgenai lengvai perkeliami i5 vienos chromosomos 1 kitrl; . gali r.ykti netolygus krosingoveristarp nehomologiniq chromosomq - susidaryti delecijos ir translokacijos. Vadinasi, telomerq sandara ir su ja susijg reiikiniai ii dalics paaiskina labai starbiil gcnetikos problema - kodel atsiranda chromosomu mutacijos. Kaip galejottlc isitikinti, del netolygios paprastqjq kartoriniq sekq konjugacijosir po to netol\{aus krosingoverioatsirzindadelecijos ir duptikacijos.Del ektopines nehomologi-

r67

niu chromosomu konjugacijos.kurios pric2astisirgi y,ra telomeros sandara. atsiranda delecijos ir tarpchromosominestranslokacijos.

Vidineje chromosomos dallje del kartotiniq sekq tokios paiios chromosomumutacijos. 3.5.3.2.Centromeros. ARS Normaliai chromosomosveiklai bltinos dar dvi dalys: DNR replikacijos pradZios seka ir centromera. Centromera - genetiSkaiitin svarbuschromosomosdarinys.Jis paskirsto DNR kopijas/chromatides(dukterines chromosomas)dukteriniams branduoliams.Visi pagrindiniai eukariotq poZ,vmiqpaveldejimo rei5kiniai susijg su centromerosveikla. Kaip ir telonterq, centromerq paskirtis ir reikSmenustatytachromosomu aberaciju/mutacijq(deleciju) metodu. Netekusios centromeros,chromosomos daZniausiaiprarandamos.Anafazeje praradusioscentromera chromosomoslieka ekvacindje metafazesplok5tumoje.Jos netempiamosi polius ir vertinamos kaip atsiliekaniios chromosomos.Chromosomosbe centromeros prilygsta acentriniam, t. y. neturindiam centromeros,fragmentui. Per kiekvien4 lqstelesdalijimasi kas de5imtachromosomabe centromeros prarandama. Gali bfiti ir prie5ingai- susidarytichromosoma su dviem centromeromis. Tokia chromosomavadinama dicentriku. Ji atsiranda susijungus dviem centriniamsfragmentams,t. y. fra_qmentams, turintiems centromerq. fdomiausia tai, kad achromatinesverpstesmikrovamzdeliai nuo vieno poliaus tvirtinasi prie vienos centromeros,o nuo kito poliaus - prie kitos centromeros.Thigi dicentrikas vienu metu tempiamas i abu polius. Citologiniuosepreparatuosematomi vadinamieji t i l t a i ( 2 r . 3 . 3 1 p a v . ) .S i t a i p r e m p i a m a sd i c e n t r i k a ss u r r f l k i n e j a . Labai pana5i padetis yra ir mejozeje. Konjugavusioshomologines chromosomos sudaro bivalentus. Tai dviejq homologiniq chromosomq kompleksas. Jis irgi yra su dviem centromeromis. Tik centromerq padetis yra tiksliai orientuota. Vel prie bivalento vienos i5 centromerq mikrovamzdeliai tvirtinasi nuo vieno poliaus, o prie kitos centromeros - nuo kito poliaus. Del to viena ii homologiniq chromosomq tempiama j vienq poliq, o kita - i kita. Sis rei5kinys, galima sakyti, netyrinetas. Suprasti, kaip jis valdomas, galetq padeti ir dicentrikq t-vrimai. 168

Centromerq funkcijos yra tokios: . orientuoti chromosomas mitozdje ir mejozeje, ypad metafazdekvacinejeplokSse- chromosomoscentronreromisi5sidesdiusios tumoje ir orientuotos poliq link; . taisyklineai paskirstyti dukterines chromosomas (chromatides) ir homologines chromosomas ir judejimui suteikti krypti link poliq. Mitozes metafazese chromatidds kontaktuoja viena su kita tik centromeromis,o su achromatindsverpstdsmikrovamzdeliais- netiesiogiai, per kinetochorus (gr. kinetikos - susijgssu judejimu * choreo-juduiprieki). Centromerq sandara yra sudetinga.Thi DNR-baltymq kompleksas. Be to, abiejose centromeros pusese yra po kinetochora. Todel visu Siq komponentq sandar4 reikia tirti atskirai. Centromerq DNR. Pati paprasdiausiai5 tirtq yra mieliq Saccharonl,ces centromera (tik apie 120 bp). Thdiau Sioje trumputdje centromeroie delecijq metodu ir su dirbtinemis mieliq chromosomomis nustatytos3 nukleotidq sekos, kuriq delecijos arba visi5kai paverdia chromosomq acentriniu fragmentu, arba sutrinka tikslus chromatid2iq paskirsrymasdukterindms lqstelems.Sios sekos vadinamos CDE (anksdiau CEN). Dvi i5 jq (CDE I ir CDE III) yra centromeros galuose, o viduryje yra 80-90 bp CDE II, kurioje gausu A-T porq (per 90ir): AAATAA TTTATTAT.ITTTTT AAAAAAAGTAAA AA i- cr{c NcATl G.{TATITGAT

AGTGTACTAICTATAAACIAAAAIAATATAAAAA T T TT TTTC,AI-TTT TTATTTT CDE-I (CEN--I) CDE ll (CEN tl) 80-90bp: >90%A+-f vbp .{GTAG T T TAITTT TAAAAAATAAAAI'T TAAAAT.{TT TCACAA TCAT CA.A.ATAAAAATTTTT T.4TTTT A,A,AI T T TATAAAGTGTTT

CDE III (CEN III) ll bp CDE II sudarvta i5 paprastqju kartotiniq seku TTTTT/AA'Au{A. Pana5iai ir aukitesniqjLrcukariotq centromcrose aptinkamos paprastosioskartotinds sekos. CDE I ir CDE II mutacijos silpnina centromeros veiklq. Tuo tarpu irykus mutacijai CDE III sekoje CCG, centromera tampa neveikli, tarytum butq acentrinis iragmentas.

r69

Auk5tesniqiqeukariotq. tarp 1u ir Zmogaus.centromerospamatq sudaro palyclovineDNR, bet ji r,ra ilgesniu sekq - a (alfoidine) DNR. Viena tokia seka ,vra 171 bp. Bendras centromerosilgis apie pombe centromera 1'ra ke3x106bp. Net mieliu Schizosacc'haronly-c€s liq kb ilgio ir sudarytaii kartotiniu sekrl. Siuo metu vyrauja dvi nuomonis: . tarll kartotiniusekLt l s i t r ' r p u s i o ss a l c l c sn u k l e o t i d u s e k q . s u k u r i o m i s s l i t r i slre r i k a u i l rh l r l l rm r r i : . a l t b i d i n e iD N R t e n k a c c n t r o m e r ( ) sf u n k c i j a .o n u k l e o t i d us e k o s .s u k u r i o m i - c saveikaujabaltymai, yra paiioje alliridineje DNR. I-abai svarbus tokios nuornonesirodvnrasyra dirbtincs centromcros vien iS alfoidines DNR. Dirbtines Zmogaus chromosomos su tokia centromcrir stabilios ir jungiasi su centror.ncraibfidingais baltl'mais. A l f o i d i n e D N R s i r v i t a si a r e i k a u j as u h i s t o n i n cn u k l c t r s o n r oisc r d i m i . t o d i l c e n tronlcra yra pirmini chromosornossasmauka.Vienai alloidinei DNR sekai tcnka vicna histoninc nukleosomosierdis.

Kai kurios chromosomosneturi tikros centromeros.Paprastaitai nedideleschromosomos,kaip antai drozofilosIV chromosoma.Achromatinds verpstcs mikrovamzdeliai prie Sios centromeros tvirtinasi lvairiose vietose, todel tokios centromeros vadinamos difuzin€mis. CentromerosVaidmuo dia tenka heterochromatinomazgeliams. Centromeros/kinetochorobaltymai. Esmines centromerosnukleotidu sekos iS pradZiq buvo vadinanos CEN, toddl ir su centromeromis susijg baltymai pavadinti atitinkamai CENP (angl. centromere protein). Pagal atradimo eili5kuma buvo priduriama raide: CENP-A. CENP-B, CENP-C... Tadiau daug balt-vmq,susijusirl su centromera. Zymimi kitaip, Pagal paskirtl ir vieta visus centromerosbalr,vmusreiketq suskirstyti i tris grupes: baltymus, tiesiogiai kontaktuojandiussu centromeros DNR, kinetochoro balryrnus ir reguliaciniusbei motorinius baltymus.

'11ciauclirugelioiiu baltl'mn tiesioginepaskirtisSiuo metu clar iki AiSkesne turi transptvazessar'-vbiq. rrrlo neiiiri5kinta.Antui CENP-B 't.,,1t1'nro psskirtis. Sis baltyprotein) (angl. cenlromere inneT INCEP jungia chromatidZir"t ir skiria ,'1i turi dvcjop4 paskirti: vienu metu Siam rySiui nutrlkus, dukterinds chromosonlos turdtq dcr.lrronteras. pl.jLrcleti Poliu link. ' Kinetochoro baltymai. Achromatindsverpstesmikrovamzdeliaitiesu kinctochorais,ku,iogiai su centromerancsqveikauja.Jie sqveikaLrja riLrl'radu: r,ienasi5 vicnospuses.antras i5 antros.Abu orientuojachro-5baltymai' 1ro;omzrpoliu iink. I kinetochorosandaraieina maZiaLrsiai hibriduose l4steliu ('hromosomueliminavim4tolimuosiuosesomatiniq irei sqli'gojakinetochoro balrymai,kurie laipsniSkaiprarandami. Reguliaciniaiir judejimo baltymai.Ju irgi yra bent keletas.vieni pa\r()\'rJs. kiti keiiiasi, ltes centronera, kaip minita, dalyvzrujalabai dinajudant ekvacinds chromosomoms rliikuose. trumpalaikiuosereiSkiniuose: judant poliu link. pkrkitumos link, iSsirikiuojantekvacinejeplokStumoje, Kai kurie ii minitu baltl,nrudallvauja ne viename reiikinyje rrr strukturoje' Antai ( [:NP-A ne tik tiesiogiai saveikaujasu DNR. bet ir ieina i kint-tochoro struktur4. Ilaltrnras INCEP dalSauja lastclesvyksmc, kurio ryiys su centromelos funkcija yra komplcksa lrbar nctiesioginis.Tiri rienas ii ankstp'qjq citokinezdsbaltl'mu. Jis sr"rdaro achronratinesvcrpstis mikrovamzdcliais.Thip pra,u ckracintje plokStumojeesz,rndiais . l et i a f o r m u o t i sp l o k i t c l c : .d a l i j a n t im o t i n i n c l 4 s t e l ei d v i d u k t c r i n es l i l s t c l c s .

Centromerosmodelis. Centromerq judejim4 ir ijsidestym4ekvacilcrje plok(tumoje atlieka baltvmai. Thdiau kaip jie sudzrrovisumq ir CentrOmcra

Baltymai, kurie tiesiogiai kontaktuoja su centromerosDNR. Ju Zinoma keletas (INCENP, CENP-A, CENP-B, HN,IG-I/Y ir kr.). Anrai balrvmasCENP-B kontaktuoja su specifine nukleotidq scka (CENP-B bloku) alfoidinejc palydovineje DNR: ,',-CTTCG-TTG CAAACC G GA-3'. Reguliacinepaskirti turinris baltymas Hi\{G-liY (angl. higlr ntobilin grae, maZ o s m o l . m a s e s- 1 0 k D a ) i s i s t : r t oi m a Z d i D N R g r i o r e l i Micliq centronrcrojc su CDE I seka jungiasi baltvmas CBF-l (angl. (atttrontare bitilitrg Juc'tor),o su CDE III '_ trijq balrvnru kompleksas C B F - I I I A B C .

r70

3.2:1pav. Centromeros sandaros (,,sumuitinio") modelis

t71

veikia kaip vieningasdarinys.kol kas nenustarlta.Bet taiviena i5 intensyviausiaiSiuo metu tiriamq chromosomossandarosypatybiq. Siuo metu vyrauja ,osumu5tinio"modelis (3.24 pav.). Pagal ji chromatidZiq centromerasvienE nuo kitos skiria INCEP balfymas, o komplekso i5ordje i5 abiejq pusiq yra po baltymini kinetochor4. Prie kinetochorq jungiasi mikrovamzdeliai. sandarosmodelis pakankamaipamaSis centromeros-kinetochoro tuotas. Gali keistis tik detales.

3.5.3.J. Dirbtinds chromosomos. Eukariot4 gen4 klonavimasir genonro bibliotekos Dirbtinds chromosomoskonstruojamoskaip vektoriai (Zr. p. 653) genu inZinerijoje: . svetimiemsgenams perkelti konkreiiq eukariotq genomE bioi t e c h n o l o g i n i a issu m c t i m a i s : . klonuoti genus, sudaryti genomo bibliotekas. tirti klonuotq genq sandarqir veikl4 (ekspresija). Kaip vektoriai, dirbtines chromosomosturi labai dideliu privalumq. Svarbiausia,kad jos yra labai talpios svetimai DNR. DidZiausiaseka, kuri iterpiama i mieliq dirbting chromosomepYAC, yra ner 300 kb ilgio. I dirbtines chrontosomasgalima klonuoti ilgus eukariotq genus,kurir; netalpina kiti vektoriai. Thi labai aktualu ir sudarantgenomo bibliotekas. Antai visa drozofilos (D. melanogaster) genomo biblioteka sutelpa maZiau kaip 2000 mieliq dirbtiniq chromosomq YAC. i Genomo biblioteka yra klonuotq fragmentq rinkinys, kuriame telpa viso genomo DNR sekos. Eukariotq genams klonuoti ir genomo bibliotekoms sudaryti daZniausiai naudojamos mieliq dirbtines chromosomosYAC. Tiro tarpu genu sandaraiir veiklai, biotechnologiniais ir genq terapijostikslais turi blti konstatuojamoskonkreiiq genomq dirbtines chromosomos. Dirbtines chromosonios Zymimos pagal organizmus, pvz., yAC (angl. -yensrartificial cltromosotrte- mieliq dirbtine chromosoma). Dirbtiniq chromosomq sandara. Dirbtines chromosomos privalo turdti visastris pagrindineschromosomosfunkcinesdalis: telomeras. 172

ccntrornera.replikatoriq (orz, ARS). Visos Sios dalys turi blti to kurio.dirbtinechromosomayra konstruojama.Tik tokia ()rganizmo. jos DNR replikacija,o DNR kochromosomaprigis genome \yks neai$ki,bet PrieZastis oiios bus taisyklingaiir pastoviaipaskirstomos. chromoilgi dirbtines tikr4 tam pasiekusios tik stiibiliaipaskirstomos \r)rros. Mieliu 20-50 kb. IAC konstravimas,DNR klonavimas.PrieS ijungiant svetim4 DNR. 5i chromosomadauginamakaip Ziedineplazmide.Joje yra nrieliu ARS. centromera(CEN). 2 telomeros(TEL). Bet to nepakanka.si ziedineplazmidedar turi tris zymeklius,t. y. genus,nukleotidq sckas,kuriomisgenetiskaipaiymimachromosoma,lDNR TRPI. LiM3, SUP4.Be to, butinai yra trys nukleotidqsekos,kurias specikurios kerpa DNR tik Thi endonukleazes, fiikai paZjstarestriktazds. ram tikroje sekoje.RestriktazeiBamH III perkirpusDNR' tuoj uZ telomerqesandiojesekoje,plazmidevirsta linijine chromosoma:

TRP1

CEN +

Klonavimosritis (viduje yra SUP 4 genas). Ki.pi,oo vietositerpiantklonuojam4DNR

LIR{ 3 Kirpimo vietos.Ziedine DNR virsta linijine clrromosot'na

TEL

I BamH I I I ---->n Perkirpus A R S cEN

L'RA3

TEL

F---I-vienasZymeklisQRPI) ZymikaiPerkirpusBamH III restriktaze, Klonavimosriti zymi trediasis (URA3) segment4. riii, antras desiniji 4'meklis (SUP|), kuris, klonuojantsvetim4DNR, prarandamas. kuri padarolipniusgalus. Klonavimosritl kerpa tokia restriktazd, ji ir klonuojamojojesvetimoje padaro Lygiaitokius pat lipniusgalus DNR. DNR fragmentailipniaisgalaisatitinkavienaskit4. Juos suiungiaDNR ligazes:

I /-')

Tai bendrasbudas hibridinims DNR molekuldmsgziuti genu inZinerijoje. Znroqaus dirbtinc chromosomagauta ir labai savotiSku bfidu. Ji pati susirinkol:lstelejeii i jq iterptq pavienir+daliq: telomer U . C C n t r O m C r (0) sl '.i . Siuo metu sukurtclsir bakteriiu dirbtines chromosomos.

3.6. Somatiniq lqsteliq genomo ypatumai Sorlatincs daugial4sdirl organizmql4stelesir vegetat,lvinisvienal4sdiq organizmq l4stelcsgali i5 esmesskirtis nuo bazinirl - nediferencijr-rotqlqsteliq ne tik forma, sandara ir funkcija. bet ir genomo sandarii. DaZnai somatinemsl4stelemsb[dingas vadinamasislaikinasis paveldimumas - polq'diai, kurie i5lieka Sioms dalijantis mitozes budu. Thiiau rci(kiniai. nar:rincjamiiiamc ir kai kLrriLrose krtuose iio sklriaus poslryriuosc. kail-r epigenetinis paveldimumas, genomo imprintingas ir pertvarka, buvo n c t i k c t i . n c t s e n s a c i n s iN . e p a i s v c l a m ai t i k i n a m u g c n c t i n i u i r o d 1 , m u j. u k u r i l a i k a ncpripaZino oficialioji cenetika. IJerikoviiius (1. Herskor.',itz).r'ieno iS idomiausiq s c n c t i k o sr a d o v c l i u a u t o r i u s .s a v o k n v g o j c ( i 9 6 6 m . . r u s q k . - 1 9 6 8m . ) a p i e i i u c t s r e i ( k i n i u s i i r n i n t i n g a i a p r a i c . . N e i ( a i s k i n t u r e i i k i n i q ' ' s k 1 " r i u j cp. o k u r i o l a i k o s i e r ei i k i n i a i . . p c r s i k r a u s t i "I k i t u s s c n c t i k o ss k v r i u s .A n t a i S i u o m c t u g a l i m a t i k s t e bitis. kad i ii skvriLrbuvo pakliuvusi gcno konr,crsija- r,icno alelio virsmas kitu hctcrozigotosc. P a g a l i a ua t c j o e i l e i r p a r a m u t a c i j o m s g , e n o t r o f a m s( z r . t o l i e u l . S i e r e i i k i n i a i b u v o i s n o r u o . j a mni c t i k t o d c l . k a d i i e n c t i l p o i t r i i d i c i n i s g c n e t i k o sr i m u s . b e t i r todel. kacl ju atraclimasistoriikai sutapo su lvscnkizmo laikais. Formaliai iic rciSkiniai h.'s ir artimi r Lysenkos po2ilriui i paveldimuma ir kintamuma. Bet tik lbrmaliai. Tirici clabar galima suprasti. kodcl kiekvicnas toks ..nctclpantisi remus" g e n e t i n i sr c i S k i n l ' sk c l c n u o Z m ug c n e t i k u n e p a s i t c n k i n i m ai r. a t v i r k i i i a i . d Z i a u g s m a . j c i r u b c n t l a i k i n a i p a v r k d a v or c i i k i n i n u n e i g t i .- l a i p a t s i r i k o K i n g o i r B r i s s o a r r a dimui.

Branduoliq persodinimotyrimai. 1952-19-54 m. Brigsas(R. Briggs) ir Kingas(T J. King) suktrd metodq.kaip perkeltivarliagrviubrancluolius ii somatiniulqsteliui neapvaisintus kiauiinelius.kuriemspries tai buvo paialintasbranduolys.l,vrimaiatlikti su varleRanapipiens,kurios kiausincliubranduoliuslabai patogu pasalintimikropipetc.Jie yra nc kiausindlioccnrre.kaip dazniausiaipasitaiko,o pakrasryie.todel kiauiinelio citoplaznramikropipctencpaZeidZiantii. 174

Brigsoir Kingo sukurtaisbranduoliqpersodinimopamataispladiai l.rsdojamasiatliekantiiuo metu labaipopuliariusZinduoliqklonavimo Metodo esme- branduoliusperkelti i kiau5inelius/ovocitus, [.rrndvr-t.tus. visasorganizmas (3.25pav.). r.y. i r icnintelelastele.i5kurioslengvaiiSauga \ct Zincluoliugenu inZinerijojenaudojamasiSiaovocitqypatybe. Brigsasir Kingas pirmicji nustate, kad diferencijuotoselastelesegali . hlti nciZilrimi pro mikroskopil.bct pastovls branduolio pokydiai.Kai i bcbranduoliusovocitusb[davo perkeliamibranduoliaii5 blastulesl4steliu. gemalai r1'stydavosinormaliai. Vadinasi,Siosl4steldsgeneti5kai lr giavertes- totipotencines(lot. totalis- visi5kas,pilnutinis * poterttial4stelems.Kitokios buvo gastrules, -gllinl'be.pajegumas)gcneraryv:incms Jq branduoliuoucmaliniqlapeliu(ektodermosir cndodermos)l4steles. \c rtustiltytipastovuspokl,iiai. Persodinusbranduolius i5 ektodermos rurbaendodcrmos.branduoliainesirystearba r.ystdsisu gana savitaislqsrcliu-branduoliodononl tipo nukrypimais. Branduolio pokydiaibuvo tokie stabilfis,kad iSlikopo daug kartq pakartotopersodinimo(3.26pav.)arbabranduoliqpersodinimoiStransplrurtzrnto-+ i kitos r[5ics varliq ovocitus+ o i5 5iq dar kart4 i R. pipiens ()\ tlCltUS.

Pastovls branduolio pokydiai diferencijuotoselqsteldseprie5tararo nuostatai, kad visos lqsteles yra geneti5kai lygiavertds.Todel su pusitenkinimubuvo sutiktas Gardono (J. B. Gurdon) darbas. Jam pan'ko, kaitaliojant bandl''mos4lygas.i5auginti normalias pentinuotas rupuZes (XenopLtslaeis) perkdlus branduolius i5 difcrencijuotq Zarnr no iasteliq. Vadinasi.Siu l4steliq branduoliaiyra geneti5kailygiarcriiai zigotai. Taiiau i5 tikrqju Gardono, Brigso ir Kingo tyrimrl rczultatai beveik sutapo. Gauti trys rezultatai (3.25 pav.): . i5augonormalios varlis. . s . e m a l i r\ i\ s t c s i n c n o r m ; . r l i l i . . g e m a l a ir i s i i k a i n u s i \ \s t c . Skirtumas tik tas. kad Brigso ir Kingo bandymuosegcmalai nornraliai nstesi tik perkelusbranduoliusii blastulis l4steliq,o perkelus branduoliusi5 labiau diferencijuotqgastrulcsir gemaliniq lapeliq llrsteliu.gcmalai normaliai nesivl,ste. Manoma. kad skirtumus l€me dvi prieZastvs: . buvo skirtingos varliaglviq gentys; . Gardonas kaitaliojo bandymo s4lygas.Net ovocitq branduoliai bur,o paialinti kitokiu budu, ne mikropipete, o suardyti apivitinus ultravioletiniaissninduliais.

t75

;-:i\.

a#-_r-

:-S-

\-r.-.,;z

ti

t"^"Q

{

--r-_-\

+

,.lij

jjj1,.1i.""1. lli5:illl

('

llrarduoliri D

)J{paSalininas

I

1 I

{ *"'''"" //

( ) \./

,/

\ \/

"tt?'o

/ Persoornrma\ .

l --m illl

ii

t...

i*if '/- :, ;.' -':

,/l\

r', / { \

_ ffii i:-j.i S(^' tlllitule

\-

I

'

-)

--

t

,'.'--'.,

D branduolio klonas, ailtrasis peEodininras

1 'J

I

\e' r,l|, .:loo

'i'':"p{*:''"

I I inr'

i

r' r't'r' '

,.: ---..,

:

+

l) br!nduolio klonJs, pirnrasis persodinimas

i-_l-

i5_i rmrn la.relcs .y' bran,luch.s

.,r" Y

\,omalus buoaalus

l'

t

!')

,

i,i:T:l:,'',

,

Dr:rndr,rlr.

ili;lii; I

E

:n'

\

€

l""ii.l'?l'ti'i "lii",

ffi

i..tL 'r

',) \en..malu> qen)alas

,.,._,,

.\ .-,.,..

... _

,t-..

3.16 pai. stabills branduolio pokyiiai varl€s Rana pipiens vellvosios gastrul6s lastel€se.nustat)-ti pakartotinio branduoliq persodinimo bldu. Individuali branduoliq irairord pagal epigenetiniuspokydius (rcmiantis R. Bri-ugs,l9-56)

branSie abu skirtumaiyra esminiai.Pirmiausiatransplantuotuose duoliuosenet nat[raliai ryksta dideli pokydiai.Antai HeLa l4steliq branduoliai,perkelti i ovocitus.padidejo500 kartq. Srautasbaltymu branduoli.Per 75% buvusiq ii citoplazmos traukiai transplantuot4 branduoliobaltymq pakeidiaminaujais.Todel galima padaryti dvi iivadas:Pirma. 3.25 pav. Branduoliu persodinimas ii Xenopus /aevis iarnyno epitelio lqsteliq i n e a p v a i s i n t u sk i a u S i n 6 l i u s( r e m i a n t i sJ . C u r d o n . 1 9 6 8 ) : ovocitobranduolvspaSalintas ultravioletincspinduliuotc.normaluskiauiineliodalijimasis -7qc. ii jq tik 2.3fr lurejo normalr.Jraumenq atsak4:dalinis kiauiinclio dalijimasis36.42:abortyvuskiauSincliodalijimasis- 26c1c;nesidalijo- 3liZ

176

ryksiS diferencijuotul4steliq i ovocitusperkeltamebranduolyje ta suddtingi pokydiai; k e i c i a n ts q l y g a sg. a l i m a pakcisti Siq pokydiq ferenciitcijos(griZimo) kryptimi. 1.77

Antra, regeneracijanevienodaisekmingajvairiuoseorganlzmuose. Thi nustatyta augaluosc.Augalai regeneruojalengviau.bet ir ju regencrantai nevienodailengvaigaunami.Plati augalq amplitude nuo tabako (l/icotianu tabauurt) ar vairenio (Arabidopsistlnlianct'), kuriq regcnerantaiii atskiru l:rsteliqgan leng""aigaunami. iki varpiniq augalq - mieZiq, kviediu,ryZiq. Bet, kaip ir Gardono bandymuose.buvo parinktosbandymos4lygos,kuriomis gauti ir varpiniq augalq regenerantai. Augalq tyrimai parodd, kad regeneracijossdkme priklauso ir nuo visai menkuiiq skirtumq. Lemtingi gali blti ne tik skirtumai tarp gendiq/rfi5iqar veisliq/genetiniqlinijq. bet ir tarp tos padios linijos pavieniq augalq. Tai ncturetq stebinti, nes lvairove bldinga somatincms lasteldms,iS kuriq gaunami regenerantai. Somatiniq l4steliq populiacijos.Kad somatinis lastelesskiriasi nuo meristeminirlaugalo lasteliq genotipais,dar 1919 m. irode vokiediq mokslininkas Vinkleris (H. Winkler). Jis daug kartq Salino pomidorq [glius ir tokiu bfidu priverte pumpurus susidaryti ne iS meristemos,o i5 giluminiq somatiniq l4steliu (vadinamuosiuspridetinius, adven[viuosius pumpurus). Tarp iiaugusiq lgliu aptikta poliploidq, kurie turi kelis chromosomqrinkinius. Dar rySkiausomatiniq l4steliq genotipu jvairovg irode 1931 m. T Asejeva. Naudodamasi pana5ia metodika kaip Vinklerio. ji i5chimerino bulviq gumbus. I5 adventyviniqpumpurq i5auge[gliai ir bulviq gumbai buvo labai ivair[s pagal daugelj tirtu pozvmiu (gumbu dydi, spalv4, formq ir kt.). Skirtumai buvo paveldimi. Vadinasi. bulviq gumbuose to paties audinio l4stelesyra skirtingq genotipLl,sudaro populiacijq (lot. populus - liaudis, minia). Branduoliq persodinimo tyrimais papildomai buvo lrod,vta,kad somatinds l4stel€s sudaro populiacijq ir pagal branduolio pokydius, kurie r,yksta l4stelems diferencijuojantis. Antai nors i5 Rana pipiens gastruleslqsteliq, perkdlus branduolius ovocitus, visi gemalai r,ystesinenormaliai, bet pagal iSsirysty,mo lygi i jie labai skyresi (Zr. 3.26 pav.). Somatiniu l4steliq totipotenci5kumuilrodyti labai daZnai vis dar remiamasi augalq regeneracijostyrimais. Antai i5 vienos morku Saknq floemos lEstelesgalima regeneruorivisa augal4 (3.27 pav.). Sis savo poZymiaissutaps su morkos - lasteles donoro savybemis.

r78

'"{ll .,1+.. . tJ - , t

^;ia'

II

U

tl :' ll

I:

I

l-,Ii

;a,

tt/'

,,4

t

E :'

),

*)

*

,r-.

*

.ds ' - 1 t, -* '

t234s6; - morkos klonavimas i5 vienos .1.17par'.Augalo somatindsl4stel6stotipotenciSkumas sonratin€slqstel6s: 1 - pradinis morkos iaknis: 2--l - somatines l4stel6s mitybineje terpeje; l-5 inrbrioidas: 6-Z - rcgcncrantas

Toks augalq dauginimo budas vadinamas klonavimu (.9r. klon iakeld. [glys. atZala). Jis svarbus prakti5kai, nes juo galima greitai padaugintiaugalus. Vieno individo (augalo) palikuonys,dauginami nelytiniu budu ar i3 somatiniq jo l4steliq, sudaro klon4. Jj sudaro ir somatinds l4stelds,kilusios i5 vienos motinin6s l4steles.Lqsteliq klono dydis priklauso nuo to, kiek kartq pradin6, motinin6 l4stele dalijosi. Visais awejais vadovaujamasitaisykle, kad visi klonuoti individai bus to paties genotipo, kaip ir motininis individas ar l4stel6. Klonuojant i5saugomasir heterozigotinisar homozigotinis genq derinys, kuris keidiasidauginantlytiniu bldu (Zr. p. 584). Del iios prieZasties stengiamasiklonuoti net medZius(pu5is,egles),kurie paprastaivegetanr,,iniubudu nesidaugina,norint i5saugotiger4siasvadinamqiq ,,pliusiniq" medZiq sawbes. tiksliau, palankq Siq augalq genq derini. Thdiau klonuojant neiivengiama somatiniq lqsteliu genotipq ivairoves, tik nesamoningaiatranka atliekama pagal teigiamq rezultat4, kad tik bltq gautas normalus regenerantas. Thdiau 5iuo metu irodyta, kad ir pagal gebejimq regeneruclti somatines augalLllastelesyra populiacija. Vienos l4steles normaliai rc{Ieneruoja,ir regenerantqsar.ybespuikiai sutampasu augalo-l4stelds

179

lS kitq to paties audinio lqstelirlregeneracija donoro savybemis. Pasirei5kia visi5kaineryksta,o i5 trediq iSaugapakitg regenerantai. paveldima regenerantu vadinamasissomatokloniniskintamumas lvairove. Kad ir kaip kistq somatindslqsteles(Zr. toliau), i5saugoma Jos dalis l4steliqbe Siupokydiq,t. y. Sioslieka totipotencinds. yra rezervasnaujq pokyiiq, kurie butini prisitaikvtiprie naujq aplinkosveiksniqarba pradeti nauj4 diferenciacijoscikl4. Taigi soiFatinesl4stelessudaropopuliacijqnuo nepakitusiqlqsteliq iki lqstelirl,kurirl genomasnegriZtamaipakitgs,t. y. negrlltamai diferencijuotq,netekusiqtotipotenciSkumolqsteliq. Pakitusiqir nepakitusiql4steliqsantl'kisivairiuoseorganuoseir thaliana) rozetiaudiniuoseskirtingas.Antai vairenio (Arabidopsis labai didele niuose ir vir5utiniuoselapuose,stiebe ir seklaskiltese ploidiikumoivairovd- nuo 2 iki 32 C (iia C - DNR kiekishaploidiniame genome).T[o tarpu Ziedynql4stelesenustafytasabsoliutus diploidiSkumas. Be to, somatiniqlqsteliqpopuliacijojeivairiu santlkiu pasiskirsto l4stelessu griZtamaisiaisir negriitamaisiaisgenomopokytiais.Thi priklausonuo genomopokydiqpob[dZio. Pastaruojumetu labai populiarusZinduoliuklonavimas.Diploidinis branduolysi5 somatinesl4stelesperkeliamas kuriai i kiau5ial4stg, prie5tai pa5alintas branduolys.Matyt, klonavimosekmglemia aukSdiau aptartossomatiniql4steliqgenomoypafybes:

. chronatrno lr_ genq pokydiai, pastovus toje l4steleje, "'eiklos jie ber kurioje nepaveldimi dukteriniq l4steliq; . iryko, . epigenetiniai (gr. epi - potgenesis - kilme) pokydiai, kai mito_ ziSkai irlarba mejoziskai paveldimi genomo/geno pokydiai nekeicia DNR nukleotidu sekq; . genomo pertvarka, kai somatiniq l4steliq pokydius salygojagriZtamieji arba negriZtamiejiDNR nukleotidq seku pokydiai. visais trimis arvejaispokyiiai gali blti griztamieji ir negriztamieji. Pastaruoju aweju prarandamastotipotenci5kumas. Pirmojo tipo pokyiiai r,ykstadel daugelio prieZasdiq(Zr. IV sk.); riena jq - ilgalaikesmRNR. Par,yzdys gali bfiti ilgalaikeshemoglobino nrRNR. Hemoglobinasyra savitasisaudiniq baltymas.Jis yra tik retikuIociruoseir eritrocituose.Kitose organizmolqstelesejo nera. Hcmoglobino sinteze vyksta retikulocituose, bet juose ner.yksta mRNR sintezd. Naudojamasi mRNR, kuri buvo susintetintagerokai - bazofiliniuoseeritroblastuoseiki hemoglobino sintezdsreanksc*iau tikulocituose. Dar idomiau tai, kad Zinduoliq retikulocituose ir,yksra negriZtamojigenomo pertvarka:jie netenka branduolio, nes jis suyra. Taiei retikulocitai kategori5kaiuzprogramuoti tik vienam baltymui hemoglobinuisintetinti. Kamienines lqsteles,i5 kuriq r,ystosieritrocitai, turi vis4 geneting informacijq. Irykill grandine tokia: kamienines lqstel€s proeritrotun YisASenetinE + blastai +

i,romsgij4

bazofiliniai eritroblastai

retikulocitai eritrocitai -+ vyksta hemoglobinosinteze,-+ galutinai diferencijuotos

;Hii'lffl:j!- ;**;l;.Ti::.?;1;il "li;::#,;:flrn"ru ir sintetinti mRl{R

. somatinesl4stelessudaropopuliacijqnuo totipotenciniqiki negriZtamaipraradusiupotencijEl4steliu; . lEsteldsi5 ivairiu audiniqir organqnevienodaipraradusiosgenetinEpotencijq. Stai, matyt. kodel sekmingaiklonuojamibranduoliaiii gyr,uliu te5mensl4steliq. Genomopokytiq somatindsel4steldsepobfidis.Skiriami trys somatinesel4steleserykstantiq genomo/genq pokrydiu, tipai: 180

Po genomo pertvarkos retikulocitai ,,pasmerkti" sintetinti tik hemoelobinq, o suire branduoliai visiskai uZdraudZiadiferencijuotoms lastelemssugriZti i prading nediferencijuotq l4steliq busen4. 3.7. Epigenetiniai genomo pokydiai ir paveldimumas Siai rciSkiniq grupei priklauso pokydiai,kurie paveldimi lqstel€ms dalijantis mitozds ir/arba mejozdsbldu. Esmin€ iiq pokyiiq ypatybeDNR nukleotidq seka nesikeiiia. Be to, epigenetiniai pokydiai yra

181

tikslingi: ar zymeti motinos bei tevo genomus (Zr. genomo imprintingas), ar suvienodinti genq dozg (X chromosomos virtimas Baro kuneliu), ar susijg su l4stelesspccializacijair diferenciacija.

GenomoimprintingasistoriSkaiatsiradokaip draudimassusilieti savo patieslytinemsl4stelems.Kiekvienojehomologiniq chromosomrlporoje viena chromosomaturi buti motinos,anb[na negyvybingiar tra - t6vo. Kai 3i tvarka paZeidZiama, nenormalispalikuonys.

3.7.1.Genomoimprintingas ]totina

Terminas atklydgsI genetik4 i5 psichologijos,glvrlnq elgsenos.Thi isiminimas, ,,atspaudas"(angl. intptirtt 4md, pddsakas,atspaudas, jspausti, antspauduofi palikti gilq peclsak4,ismigti atmintyje), patirtis, kuri lgyta vaiklzstejeir i5saugotavisE gyvenimq. daLnai netiketai i5kylanti. Taip pat pri(si)ri5imasvaikystejeprie konkreiiq individq irgi i5liekantis ilgq laikE, gal ir visq gyvenimq. Sis ilgas paai5kinimasgana gerai nusako esmg rei5kiniq, kurie ir g e n e t i k o j ev a d i n a m ii m p r i n t i n g u : . genomo imprintingas, . genq veiklos (valdymo) imprintingas. PastarasisreiSkinyskartais vadinamas l4stelds atmintimi. Genomo imprintingo apibldinimas. Sis epigenetinisrei5kinys atrastas tik 19BB-1990m. Genomo imprintingas * tai atmintis, 4^d, i5 ko palikuonis yra pavelddjEschromosoma:i5 tevo ar i5 motinos. Zymejimas atliekamas ttjvo ar motinos generatyvindse lEstel6se,bet zymejimo budas DNR nukleotidq sekq nekeiiia. Genomo imprintingas aptiktas ivairiose eukariotq grupese: Zinduoliuose, vabzdZiuose,augaluose,net mieldse. Thd jis yra budingas organizmams,kuriq lytis diferencijuota i ryriSk4 ir moteriSk4,ar apskritai i lytinius tipus, bet dauginimosi bldas yra autbrydingas: susilieja dviejq individq lytines l4steles.AukStesniqjrl eukariotq, kurie dauginasi autbrydingo b[du, palikuonys vien4 haploidini chromosomq rinkini - genom4 paveldi i5 motinos, o kit4 i5 tevo. Tai naudinga, nes susidaro didesne genq, taigi ir organizmq lvairove, polimorfiz'lhd Siam dauginimosi budui buvo palanki atranka. mas. 182

DraudZiama. nesivvstoarba defektai

x

Tdvas

Palikuonis (nonna,esant autbrydingui)

DraudZiama, nesilysto arba deI'ektai

Imprintingo reikSmd tuo ncapsiriboja.Thi vienas i5 budq gcnq veiklai valdyti, rpai anksryr'ojojecmbriogenezeje.Siuo raidos etapu tevo genai buna neaktlvus, r r i k i r t i k m o t i n o sr . l c n a i . Mat1,t. ir eukariotams genrrmo imprintingas nera universalusrei5kinys.Neai5ku. kaip jis pasireiikia tuose organizmuose,kuric patys apsivaisina,t. y. veisiasi iraisos (inbrydingo) bldu - y'ra hermafroditai gy,unai ar savidulkiai augalai. Siuo rtZvilgiu dar idomcsni organizmai. kuriu autbrydingas kaitaliojasi su hermafroditizmu (drugiai. nematodiis Cuenorlutbtlitis elegans ir kt.). Paradoksalu. bet iirl orsanizmu genomo imprintingas risiikai nctvrindtas. Ir apskritai kol kas daugiauiia tiriami tik Zmogus ir Zinduoliai. Taip 1'ra ddl gcnomo imprintingo svarbos nredicinoje ir 2induoliq biotechnologijoje.

3.7.LL Genomo imprintingo tyrimo metodai ir irodymas

Genomo imprintingasirodytasir nustatomastrimis budais: . branduolio persodinimo, . aneuploidijos (heteroploidijos), . chromosomu mutacijq (daZniausiaidelecijq). Kiekvienas i5 Siq bldq savaipi5rySkinagenomo imprintingo reikSnq: pirmuoju affeju - r,'isogcnomo, antruoju - pavieniq, konkredirl chromosomq, treiiuoju - konkrediq lokusq (gen.+).

183

Metodo esmgsudarobudas atskirti moBranduolio persodinirnas. tinos ir tevo branduoli zigotoje. Pasinaudotatuo, kad po apvaisinimo (motinos)ir spermatozoido(teZinduoliq(peliq) zigotojekiau5alqstds galima atskirti pagal Branduolius vo) branduoliai kuri laika ncsusilieia. dydi ir formq. Taigi ii vienq zigotq pa5alinamasmotinos, i5 kitq - tevo branduolys.O toliau galima pasielgtiivairiai:

?v DO V' dt' \

J Abu tlranduoliai motinos arba visai nesivysto.arba gemalar beveik nonnalus. bct silpnai iSsirr stq placcnta ir trlnio maiSas

\_-/l

Atkurta normali padotis t d ! o = m o t i n o sb r a n d u o l i a i i d c a l ik o n t r o l i normaliis gemalai

I

/--Eo'u'

a9 I n

(o)

V

)-v"

/o o\ \/ \_-/

Abu branduoliai t6vo a r b a r i s a i n e s i Y y s t oa. r b a g e m a l a s s i l p n a ii s s i r l s t q s .o p l a c e n i ai r t r y n i o maiias bl'e ik nomal[s

Normaliai Zinduolio raidai palikuonis turi turdti vien4 genomq i5 motinos, o kita i5 t6vo.

F /\ Kai rokiam

kuri turi n.rmaltl ,*l"a r+k#ruriri.ra su kitatltinc l4stele.

skaiditln' palikuonisy'ralnonosomrkas: haploidinichromosotnrl -l d Ci' ir1 arba O ll O ln .l Tt'rai ?" \ /l /\ / \l.1ozi' /

(r ll,r )" l l r i incslqstel n c s t a s t.e l ces sO_f *E

6 4 I -1-:*:X'-

Prlikuonvsmonosomikai

I

islt'r-

{ t

- Monosomiko

+

\s .nro,.oro,'tu

F

n

,iYotino.

Abiem affejais nustaf,vtagenomo imprintingo tvarka yra paZeista. Viena chromosomayra tik tdvo arba motinos. Todel vien del to turi brlti nukrypimai nuo normalios raidos/fcnotipo.Nenormalq monosomikq fenotip4 Qr. p. a2l nulemd paZeisto genomo imprintingas. Tadiau tai iSai5kintine taip paprasta. Gpybingi ir vaisingiZmogausmonosomikaiyra tik kai kuriq chromosomrl, be to, reti. Taigi tikimybe, kad monosomikastures palikuoir apskritai aneuploidai r-rir.1, -u-ralabai maZa. DaZniau monosomikai neissiskiriahomologiMejozeje gimsia normalaus kariotipo tevams. niu chromosomq pora, ir abi homologinds chromosornospaklifiva i viena l,vting lqstelg:

Aneuploidija (heteroploidija) yra genomo mutaciios, kai pakinta pavieniq chromosomq skaiiius. Genomo imprintingui tirti pasinaudoiama arba monosomija (tik viena chromosomavietoj poros), arba disomija (tuo aweju, kai abi homologindschromosomosyra arba tik rnotinos, arba tik tevo). Pastarojo tipo pokytis anksdiau. iki atrandant genomo imprintingq. net nebuvo laikomas mutacija (Zr. toliau). Genomo imprintingui tirti specialiaikuriamos eksperimentiniu g1v[nq monosomines,sukibusiu chromosomq,su Robertsono translokacijomis linijos. Monosomija - tai toks aneuploidijostipas, kai truksta vienos chromosomos. Organizmas,kuriam trlksta chromosomos,vadinamzlsmonosomiku. Jeigu monosomikasvaisingas,puse jo ll,tiniu l4steliqyra n-t tariotipo, o kita puse - normaliq haploidiniq:

184

(1) Tiro ar motinos

---) d i p l o i c l i n i sk a r i o t i p a s (',ienoshor-uo\1c..1oze

(2)

(3)

l. I

ioginiq chromosomq p o r o sn e i 5 s i s k y r i m a s l),rines ir jo pasc'krnes) lasteles

chromosomqporai, po lygiai atsirandan*1 ir n-l Nei5sisl']'rus kariotipu lytiniu l4steliu. Pastarajaisusiliejussu normalaus kariotipo lvtrne lqstele n, palikuonis yra monosomikas, paveldejgs tik vieno livq chromosom4.

185

Daugelis Zmogausir kitq Zinduoliu monosomiku Z[va dar negimg. Genomo imprintingasveriia dometis ir Siq (i5 persileidimq)gemalq fcnotipais - kokius nukrypimus nuo normalaus fenotipo jie turi. Sunkiausianustatyti, kieno - tevo ar motinos - chromosomEpaveldejo monosomikas.Tiriamoji chromosoma turi bfiti zymima citologiikai arba gcneti5kai.Tyrimams naudojamos g1vlnq (daZniausiai pcliu) specialioslinijos, kurias galima dirbtinai sukurti. . GenetiSkaichromosomos.kmimos dominuojandiaisgenais, kuriq lemiami pozymiai nesunkiainustatomi fenotipe. . CitologiSkaichromosomoszymimosmatomais chromosomusandaros pokydiars.

Bct kai delecijayra Iopelecijos pasireiSkiakaip rrrrl-mutacijos. kuso, kuriam b[dingas genomo imprintingas, labai svarbu, kieno nrotinos ar tivo - 1'ra i5likusi normali chromosoma su nei5kritusiu re$nlentu. Kiasikiniu ir modeliniu paryzdZiu tapo du imogaus sindromai I'raderio-Vilio (Prader-Willi, PWS) ir Angelmano (AS). Abu jie atsiradg del tos paiios delecijos Zmogaus 15-ojoje chromosomoje. I5kritg 15-osioschromosomosilgojo peties 11-13 segmentai.Delecija Zy'mimadel15ql1-13- (delecijoszymimos po segmento raSant minuso Zenkl4). Sindromai skiriasi: . genotipu, i5 ko, tevo ar motinos, vra normali chromosoma; . fenotipu. ANGELMANO s. (AS)

P R A D E R I O - \ ' I L I O s . ( P V lS )

Antai pelirl genomo imprintingui tirti sukurtos peliq linijos su sukibusiomiskai kuriomis chromosomomis.Zymetoji chromosoma lengvai aptinkama. Prisiminkime,kad aneuploidijosmetodu nustatoma.ar genomo imprintingas b[dingas konkrediai chromosomai.Pvz., peles, abi 11-4sias chromosomaspaveldejusiosi5 motinos, buvo smulkios, pavelddjusios abi 11-qsiaschromosomasi5 tdvo, - gerokai stambesndsuZ normalias pcles,kuriq viena 11-ojichromosomabuvo i5 motinos, o antra - i5 tevo. Kai yra genomo imprintingas, monosomikai, pavelddjg chromosom4 tik i5 motinos arba tik i5 tevo, skiriasi poZymiais, fenotipu. Chromosomq mulacijq metodas.Chromosomq mutacijomis nustatomas konkreiiq lokusq/genq imprintingas. Siam tikslui pasinaudojama ivairiomis chromosomq mutacijomis, bet daZniausiai- delecijomis. Genomo imprintingas aptinkamastais atvejais,kai vienoje i5 homologiniq chromosomq yra delecija, o kita chromosoma normali. Joje segmentasneiSkritgs,t. y. delecijayra heterozigotindjepaderyje: - normali chromosoma

A B E F GH 186

- C D s e g m e n t od e l e c i j a

c

motinos tdvo d e l 1 5 qI l - 1 3 -

f d

l 5 qI 1 - 1 3 +

Fenotipai Sutrikqs judejimas, stipri hipotonija, ie- Sutrikusi judesiq koordinacija - ataksija, mas [gis, neproporcingaitrumpos rankos stiprus traukuliai, padidejqs aktyvumas, ir kojos, maitinimosi sunkumai. labai jukumas, protinis atsilikimas, gaii buti didelis apetitas ir nufukimas, protinis mikrocefalija. atsilikimas

Disomija su genomo imprintingo paZaidomis.Pasitaiko,kad PWS ar AS fenotipq asmenysyra normalaus kariotipo, nors jq fenotipas iiek tiek skiriasi nuo to, kuris bldingas, kai PWS arAS yra del del e c i j o s1 5 q 1 1 - 1 3 - . Taip gali bUti del dviejq prieZasdiq: . gali pakisti genq imprintingo pobldis (pvz., del genomo imprinting4 valdandiq genq mutacijq); . nors kariotipas yra normalus, abi chromosomosi5 tevo ar motinos.

Kaip gali atsirastitoks kariotipas? homologiniq chromosomq Kaip mineta, mejozdje neiSsiskyrus porai, po lygiai susidarolytinds l4stelessu abiem homologinemis

r8'7

chromosomomisn*l ir lytinis lzlsteles,kurios neturi sios chromosomos, bDtent n-1. Kai susiliejaviena nenormalauskariotipo n*1 lytine lastele su kita nenormalauskariotipo n-1 lqstele,palikuonis turi normalu diploidini kariotipa:

TTTMM

/ \ .'

P\\S zrrt:Dr5sn _ror

PrftT

-

r i e n o i ep o r o i ea b i c h r o m o i o m oiss r e r o

Bet raip yra tik formariai.Is rikruq tokiq disomikq pazeistas g:noT.o imprintingas- abi chromosomos arba motinos,arba tevo. Net jeigu tokie asmenysneruri ryikiq sindromupozymiq,lie liguisti. silpnossveikaros. polinkii susirgtiveZiu. rySkus 3.7.1.2. Genomo imprintingas ir aleliniq genq veiklos ypatumai. Imprintingo esnre

Zymimi konkretfis lokusai. Deleciiq metodu buvo lrodyta, kad zymimas ne visas genomas, o tik kai kurie lokusri.'si;; lokusuose yra nuo vieno iki keliq genq. Manoma, kad Zmogausgenome yra apie 200 zymetujq, imprinrin_ go lokusq. Mincruose l-5q11-13.scgmcnruose (apieg00kb),nuo kuriupriklauso. . ar bus Angelnran. ar pradcrio-Virio jra kerctas sindronrai. genu.tarpju GABRsankaupa (istriiqgcnq,koduoja 8-aminobutano A tiporeceptoriius suuuienlius;, glnass,\RpN

(angl.vnall_nu.lcurriboprotein pastarasis porvpepridej. koduoja'ienos mazosiosbran_ d u o l i o R N R ( n r b R N R I , b a l ? ! ? _ r : . i - .i s, ' p o r , f e p t i O q . N o r n r a l a uksa r i o t i p oa s m e n u veikiatik 'icnas iARpN gcno,butenttevo. aleris.chromosomoje. iuri paveldetais rrotrnos'alclisnevciklus.Specialiaisukurtoje periu Iinijje. k;;;;; inu .r,n.n", aleliusii morinos.iis gcnasapskritain.u.lte. Kaip priciinu'bejam -vrakirasccnasL'BE .izJ.kuris Iemiaubikvitinprotc-inliga_ zg ir.,r'eiki.tik iio gcno alc'ris. pavcictetas is moiinos.Aleris,p,,*r.iJ,r, r q ' e ' I \ r w r u r is te'o. vra neveiklus. Visas krkusas atrodo taip:

i,tanst

O GABRG.I

*---5---v---

(

/ Y-

AS LBEJA

s\Rr\ IPU'

Dt5s10

GABRA5

. S ir P\\'S C i a l C - i m p r i n t i n q oc e n t r a s A <- trumputes sekos.nuo kuriq prik)auso imprintingo pob[dis generatylindse l4stel€se ._(t+m arba m-+t).

PanaSusgenu duetas aptiktas ir 11-ojoje Zmogauschromosomojc. Sios chromor r r m o st r u r l p o j o p c t i e s 1 5 s e g m e n t o( d c l 1 1 p 1 5 - )d e l e c i j as u k e l i a p a v e l d i m E( S e i m i \'ilmso rc2i. Tri pikt;binis inkstq auglys, kuris atsiranclavaikams iki 3-jq metq 1111 rinrZiaus.Lokuse irgi yra keli genai, tarp jq du genai, kurie skirtingu budu Zymeti nrirtirros ir tivo chromosomose: IGF2 ir H19. IGF2 (angl. insLrline-likegrowth facrr,r'11)genas koduoja vaisiaus(fetalini) mitogen4. Mitogenai - tai medZiagos,kurios s u k e l i a p i r n a i m p u l s a l a s t e l e i d a l l ' t i s ( i i i i a i r j q p a v a d i n i m a sk i l g s i i m i t o z d s ) . 1(iF2 genas )'ra 4metasis. I5 dvieju iio geno aleliq, kuriq vienas paveldetas i5 placentoje veikia tik vicnas alelis, tik tas. nrotinos. o kitas i5 tdvo. iSsivvsdiusioje kuris pavelddtasi5 t€r'o. Tamc paiiamc Zvmetajamelokusc yra kitas Zymitasis gen:rs Hl9. kurio i5 drieju pareldetq aleliu veikia tik motinos alelis.

Genomo imprintingas ir aleliniai genai. Genomo imprintingas vra esminis nukrypimas nuo Mendelio, ypad 1-ojo - dominavimo, desniq. Paprastaihomologinesediploidinio organizmo chromosomose yra arba po toki pati aleli (yra homozigota) arba po skirtingE aleli (r'ra heterozigota).Klasikiniu atveju homozigotoseabu tapatus genai r u-iklus,o heterozigotosepasirei5kiatik vienas alelis - dominuojantis. Antrasis alelis - recesyvusisgana daLnai yra neveiklus (rzal-mutacija) arba apskritaijo nera. Genomo imprintingas sukuria skirtumus tarp visi5kai tapadiq genq - to paties geno tiksliq kopijq: . du visi5kai tapatfis genai s4veikaujataip, Iyg bfitq du skirtingi a l e l i n i a ig e n a i : . turetq pasireikStiabiejosehomologinesechromosomoseesantys visi5kai tapatls genai, tuo tarpu veikia tik vienas genas; ' autosomose(nelirtinesechromosomose)esaniiq genrl veikla priklauso nuo lyties (kas tevas, motina); klasikiniu afveju tai b[dinga tik tiems genams, kurie yra lytinese chromosomose.

188 189

Gal pagaliau ir amerikic.iinipripaZins.kad rra ne du. o rr1,sN,[endcliodcrsniai. J i c n u o M o r s a n o l a i k u t r i r t i n a . k a d r n r t i k d u l \ ' l e n d e l i od e s n i a i :s k i l i m o i r n e p r i k l a u s o m o p o 2 ) n t i u p a v c l d c j i n r o .L v g g c n u s a v c i k a .d o m i n a v i m a sn c b D t u . _ s e n e r i n i a i rciikiniai. Flktiskiiijic tai jau daro.

,i

Imprintingo esmi. Genomo imprintingas padaro du visiSkaitapaiius genus skirtingaisaleliniaisqenais.Bet skiriasine nukleotidq sekos. Jos iilicka pastcrviosir nesiskiria.Skirtingai modifikuojami DNR >' ir chromatinas. Monoalelind ir bialelind ekspresija(rai5ka). Kaip mindtii, genomo imprintingaspakcitc m[su poZilrj I aleliniu genrl veikla. Klasikiniu an'eju veikia abu tapathsgenai.esantyshomologinesechromosomose.Del imprintingo veiklus )rra tik vienas alelis. Be to. pasirinktinai - motinos ar tevo. Thigi 1'ra:

Pasirinktinis DNR metilinimas lytindse l4stel€se.Kol kas metilininras vra vienintelis iStirtasgenomo imprintingo brldas. Daugelis Genomo imi)NR rajonu pasirinktinaimetilinami po apsivaisinimo. printingastuo ir skiriasi.kad pasirinktinai metilinama DNR brgstant lytin€ms lqstel€ms ir metilinimo pobfidis po apvaisinimo paveldimas palikuonio lqsteliq.Metilinami tie genai,kurie turi metilinimo r ictas. daZniausiai5' dalyje CpG salelesarba CNG. Brestant naujoms ly,tinemslqsteldms,diferencijuotosel4stelesegal rr anksdiau.genomo pasirinktinio zymejimo pobldis iSnyksta,o jo r rc.tojelltiniu lasteliugenomai4'mimi i5 naujo (3.28 par,.).Sis ciklas klrtojasi i5 kartos i kartq.

. bialelind rai5ka, kai veikia abiejosehomologinesechromosomose esantysaleliai; . monoalelind raiSka, kai veikia tik r,ienoje i5 homologiniq chromosomq esantisalelis.be to. priklausomainuo to, i5 ko alelis paveldetas:ii tevo ar i5 motinos.Kitoje homologinejechromosomoje jis yra neveiklus. Zmoniq ligas, nenormahl fenotipq gali nulemti sutrikusi monoalelind raiSka.UZuot veikgsvienasalelis.veikia abu aleliai.Jo raiSka tampa bialeline. Antai apie 50% leukernijos atveju buna del jau ne kart4 mincto IGF2 geno bialelines raiSkos.Pasigaminaper daug mitoseno, todel pradeda neprogramuotaidalvtis somatineslEsteles.O tai ir yra veZio prie2astis.Nustatyta, kad bialeline IGF2 geno rai5ka gali lemti ne tik Vilmscl veZi. bet ir abdomiosarkom4ir kitas veZio formas. Kitq Sio lokuso genu bialeline raiSka (vietoj monoalelines) sukc-liaBekvito-Vyclenrano(Bechrvith-Wiedemann)sindromq (itin stambus vaisius, veZys). Seimini Sirdies defekta - LQT (angl. /orig Q f ) s i n d r o m ai r k t . Bialelind raiSka - nezymetiesiems(klasikiniams) genams y,'ra normali b[sena; zymetiesiemsgenams - imprintingo paZaida. Tam pac'iamsenui 'ienuose orqanizmuosebudinga bialeline ekspresija.kituosc rrtrnoalclinc c-kspresi.ja. Plstaruoju atveju pasirci(kia senomo inrprintineas.Taip 1,ra MCPIIGF2R gcnui. Jis kocluojabalnma. kuris vrii 1GF2 mitogenu represorius.slopina n r i t o g c n ov e i k l i r .P e l i ug e n o m eS i og e n o e k s p r e s i j ya r a m o n o a l e l i n e( t a i g ij i s 1 r a n ' m e t a s i s ) .Z n l o g a u ss c n o m c v i e n o d a iv e i k l u s a b u a l c l i a i ( h i a l e l i n ee k s p r c s i j a )A . leliniq h o m o l o g r lv ei k l o s p o b l d i s k ei i i a s i i r i r u i r i u o s eo r g a n u o s ea. u d i n i u < - r sr ca .i d o se t a p u o -

190

\ntai (r E savaiiiu placcntojevcikia zibueenu 1GI2 ir Hlt) alclia| I5sirysdiusioje abicju genu eksprcsijabuvo nronoalcline.Choriokarcir.romos lqstclcseda2lrl,rce-ntoje i r r i I r i i r r ab i a l c l i n ci i u g c n L rr c i k l a .

T b p a t i e sg c n o s t r u k l l r i n e s a t m a i n o s- a l e l i n i a i g e n a i d a Z n i a u s i am i odifikuojar n r i i c ' n o d a i .T i k k a i S i e g e n a i s k i r i r s i s c k o r n i s s. v a r b i o m i si m p r i n t i n g u i .j u Z y m e i i rrrtrpob[clis qali skirtis. Kai clcl mutacijosgenas praranda Zymcjimo viet4. pasckmcs \ra tos padios. hg bltq Sio geno dclecija atitinkamame (tcvo ar motinos) gcnome r L r b r si e n o c k s p r e s i j av r a b i a l e l i n d . i e t i l i n a n tD N R T r n t i m i g e n a i .p a r o d v s i m ep a w z d 2 i u ( t a i n e K a i p p a s i r i n k t i n am i ' i n r i n t i .o s u v r r k t i ) M . u s L rk l a s i k i n i sp a n z d v s - A n s e l m a n o i r P r a d c r i o - \ ' i l i os i n d r o n r r L i .K a i p j a u h u r o s a k v t a . 1 5 c 1 l l - 1 . 3s c g m e n t ev r a s e n q d u e t a s . S T V R P Ng e n o r i k l r l u s t e v o a l e l i s .o D 1 5 . S l 0g e n o - m o t i n o s a l e l i s .P c r 9 6 ? v i s u - i ' - C G - 3 ' ( i i r , i s o tLt13) dinukleotidu aplink S.\'RPN I-qji cgzona vra nretilinti motinos chrorrrrsrrmojc i r r i - . i i k a i n e m e t i l i n t it i r o c h r o m o s o n r o . j P r ' r. i e i i n , q Avsr a D l 5 S l 0 g e n o m e t i l i n i n t a s . S t L s t i p r e j et se r o a l c l i o i r s u s i l p n e j c sn t o t i n o sa l e l i o m et i l i n i m a s .

DNR metilinimasyra ne vieninteleepigenetiniqpokydiq,tarp jq ir genomo inrprintingo prieZastis.Thi irodvta mutacijq metodu. Tik kiti epigenetinio paveldimumo mechanizmai dar neiitirti. Nletilinimas keidia chromatino sandar4, nukleosomq fazavim4 itpsn"rniojaniiuapie histoningSerdiDNR sekq padeti. Manoma, kad ir kiti veiksniai ir r..vksmai. kurie keitia chromatino sandarE,gali bfiti epigenetiniq polg'diq ir laikino paveldimumo prieZastis.Antai kit4 cpieenetinlrc'i5kini- ZinduoliqX chromosomosvirsmEBaro khneliu lcnria ne tik DNR metilinimas,bet ir histonq acetilinimo po$diai. Genomo imprintingo valdymas.Nekyla abejoniq. kad genomo imprintingas yra gcnetiskai valdomas. Pagal metilinimo pobfidi DNR skiriamostns padetys:

191

( hronrosonra su lc\ o 7\ n1c

( hrornosonrasu nrotinos)rnrc

Manoma kad DNR metilazdspaZistapusiau metilintas victas, bet genomo imprintingui paai5kinti to nepakanka. TUri btti genai, kurie valdytq specifini konkreiiu nukleotidq sekq zymejim4 tam tikrrrse (lytinese) lEstelese.Antai IGF2 geno zymejimas reguliuojamas rc;F2R geno. Nekelia abejoniq, kad yra specifiniaibaltymai, valdymo genu produktai, skiriantys nukleotidq sekas,kurios turi btti pazymiruos ir kurios jau yra paZymetos. angl. trtetlil-CpG bintling protein), kurie paZista metilintE Du baltl'mai (McCP jos vciklE (paverdia monoaleline ekspresija),yra nustatyti. Bet tai ir slopina DNR rik pradZia. ncs apskritai senomo imprintingcl valdymas dar neiSsprgstaproblema.

Sonratincs laslclcs

Somati:rcs Iastclcs

Alsrrandx niluia ;\ n1i

/\tslr JlldA nau-117r ntc

3.2[i pav. Genomo imprintingo ciklas: chromosomos, paveldetos i5 motinos ir tcvo, zymdtos skirtingai: susidarant gc. neratlvinims l4stelems,dar prieS mejozg. 4'me iinyksta: abi homologines chiomosomos zymimos naujai: vienaip tevo. kitaip motinos. Ciklas kieloienoic kartoie kartojasi

m

-{-G-

--c-c-

arba

m

_{_G_

--4-CI m

N e m e t i l i n t av i c t a

192

VisiSkai metilinta victa

arba _{_G_

-__c_c_ P u s i a um e t i l i n r av i e r a

3,7.2. X chromosomos inaktlvinimas.

Dozds kompensacija

L,vtisnulemiamaivairiaisbfidais (Lr.p. 383). Daugelisorganizmq turi savitas lytines chromosomas. Dozes kompensacija (lot. cotnpensare- sudaryti pusiausr.yr4,atlrginti) yra problema visq tq organizmq, kuriq vyri5koji lytis nuo rloteri5kosios lyties skiriasi chromosomq skaidiumi. Kol kas 5i prohlema i5tirta tik Zinduoliq ir drozofilos. Drozofilos. kaip ir Zmogaus,moteri5kosioslyties individai turi dvi X chromosomas,r.yriSkosiostik vien4. Tadiau tais pozymiais,kuriuos lemiantysgenaiyraX chromosomoje,moteriSkojilytis niekuo nesiskiria nuo lyri5kosios, nors moteri5kosioslyties individq lqsteldseSie genai ir 1'ra dvigubosdozds.Jau senokaibuvo manoma, kad yra genq, kurie sull'ginagenq dozesr.yriSkosios ir moteri5kosioslytiesindividq l4steldse. Be to, paai5kejo,kad lvairiuoseorganizmuosedoz6skompensacijapasirci5kiaskirtingaisbldais. Baro ktnelis - neaktyvi X chromosoma. 1959 metais Baras (M. L. Barr) kaiiq pateliq somatiniq l4steliq branduoliuose.prie jq apvalkaleliq vidines dalies, aptiko k[nelius, kurie buvo pavadinti jo vardu, arba Iytiniu chromatinu. Veliau Baro klneliai aptikti ir kitq Zinduoliq, tarp jq ir Zmogaus,moteri5kosioslyties individq somatiniq lasteliqbranduoliuose. Somatindsel4steleseBaro kunelis (3.29 pav.) matomas kaip tamsi deme (Zmogaus- 0,7x1,2pr).Kartais jo vieta yra neiprasta - Salia branduolelio. Thdiau neiprasdiausiosformos lytinis chromatinas yra neutrofiluose - gruddtuose leukocituose (mikrofaguose).Siq l4steliq ir branduolys yra neiprastos sandaros - i5 3-4 segmentrl, sujungtq

193

\

*

'-r.

.

t

. - \ n t a ic s a n t K i a i n i c l t c r i o s i n r . l r o m uXi X Y . r i e n a s B a r o k [ n c l i s b l n a i r d i r u s u n r o j c r r r u s o m a t i n i ql i l s t e l i q .o m o t c r u . t u r i n d i u t i k v i e n q X c h r o m o s o m q( T e r n e . r i t r Vlrai su trimis X chromosomomis- XXXY, kaip ir moterys ,inclromas).- ne "ieno. Baro kunclius. Kai branduoly'jeyra keturios X chromosomos,tiek du turi \XX. rrnri. tiek motc+'s turi 3 Baro k[rnclius.

\

"|1

j I

.-'/

d *--

Vadinasi.i5 aneuploidu t1'rimq paai5kejobendra X chromosomos i r r r r k t ri rn i n t ( )t i t i s v k l c :

,F

C

\

5jt€

rF;

rn /-.r, \\ -'"'i

\' \

_ j ,'

|s*%

if

$ryk

l\\ / \\\ \\\'\

Y_

/---:\

1.:"\ t' a_.:

I

r

{ r . . 1" - . f \

\,/

.-'a

ir*,,-_.

.' r - .- r r

l

/

\ J f

.r.id@sffitu

Baro k[neliq yrzi vienu maZiau negu X chromosomq. Taiiau ii taisykle negalioja poliploidams, kurie turi kelis visq chromosomq rinkinius. Triploido (-3n) somatincsc lasteleseBaro khneliu skaiiius nenusistovejgsrrcnas arba du. Tetraploido (.ln) 1'ra du Baro klneliai.

Kuri i5 X chromosomq inaktyvinasi,yra atsitiktinis dalykas. T[o isitikinta tiriiint moteris. heterozigotinespagal kai kuriuos ,,sukibusius" su ll,timi genus,parvzdZiui,pagal gliukozo-6-fosfatdehidrogenazis arba raumenu distrofijos. genus. Siq moterq vienoje chromosomoje yra normalus genas (+), kitoje - mutantinisgenas.Jq somatiVienos somatines l4steles yra normalios, nes iastelis mc'rzaiki5kos. Thi priklauso nuo to, kuri i5 dvieju anomaliniu poz,vmiu. kitos su X chromosc'rmuinakryvinasi:ar ta, kurioje vra raumenq distrofijos eenas (tada raumens lastele normali), ar ta. kurioje yra normalus qenas (tada lasteleyra distrofinio tipo):

2 3.29 par". Lytinis chromatinas - Ilaro klneliai ir bfigno lazdeles: Baro klncliai parodvti rodvklr': 1 - tn s Baro klncliai r icname branduolije (kariotipas X\XX arba XXXXY): 2 - r'iriuje normaiaus vvrrr polimorlbbranduolis lcukocitas bc ,.bisno lazdcltls": apaiioje - normalios moters - su v i c n a . . b l g n o l a z d c l c " :- l i r I - B a r o k u n c l i u i r , . b l s n o l a z d e l i u "s k a i i i u s p r i k l a u sonrai nuo X chromttsonruskaiiiirus

plonais siulais.todel jos dar vadinantospolimorfobranduoliais leukocitais.Siq l4stcliull,tiniuchromatinuvirtusiX chromosomayra ivairios formos (blgno lazdeles,teniso raketds.kolbeles)branduolio priedas. Ono (S. Ohno) ir Lajon (M. tr Lion) pasi[le hipoteze,kacl Zinduoliq X chromosomojeesandiugenu doze kompensuojarna motcri5kosioslvtresindividqsomatinese l4stelese inaknvinantisvienai is dvieju X chromosonrq.vdlesni tyrinrai 5i4 hipotezg paflirtino. Tiro jsitikinta, kai buvo iitirti Zmogausir kitu ZinduoliuX chromosomosaneuploidai (3.29 pav.). 194

+

Heterozigotosbranduolys

{V\,--..

u^,",/(' " l) T;::il1,:?"""

k[rrelis-

\

-/

Mutantinis poZymis

S t e r b l i n i uZ i n d u o l i uX c h r o m o s t t m ainaktpinasi neatsitiktinai.Pirmenybe yra i5 -l'.tigi iiu g1^vlnq X chromosomos virsmq Baro tero pavcldetai X chromosomai. k r r n c l i r rn u l c n t i u q c n L l n r oi n t p r i n t i n u , l . .

X inaktpacrja - epigenetinis reiSkinys. Nors dar labai neai5ku, k u i p t a r r y k s t a . b e t X chromosomos inaktyvacijos pob[di paveldi didesnis ar maZesnislasteliu klonas. Tiio isitikinta iStvrus moteris,

t95

rei5kiniuslemia stabilfis Baro kunelio ir kitus epigenetinius valdymo genrl veiklos polryiiai.

1tt

ft!l I :i1 tirl i:r: q)

.--

3.30 pav. Ektodermos displazija. Trys heterozigotiniq moterq kartos, paskutinioji - identi5kosiosdvynds: tamsiau nudaZl,toskuno pavirSiausdalys be prakaito liauku (inakqrinta X chromosoma su normaliu genu); pavir5iaus ,,lopas" rci5kia lasteliu klonq; likusi oda yra normali, su prakaito liaukomis (inakt) /inta X chromosoma su ektodermos displazijosgenu)

heterozigotinespagal recesyviuosius,,sukibusius"su lytimi genus. Labai patogus, nors ir retas pozymis - ektodermos displazija. Tai irgi ,,sukibgs"su lytimi recesy/usispoz.vmis.Sutrikusi ektodermos raida. Vyrai, kuriu X chromosomoje yra Sis genas, bedandiai, turi maZai plaukq ir neturi prakaito liaukq. Pagal5i4 ypatybgtiriamos heterozigotinesmoterys (3.30pav.). Akivaizdu, kad i5tisasodos lopas be prakaito liaukq - tai l4steliq klonas, kurio pradineje lqstelejeinaktyvinosiX chromosomasu normaliu genu. Lqsteliq klonas kelia daugiausianeai5kumq.Mat dalijanris somatinems l4steldms,Baro kuneliu virtusi X chromosoma padvigubdja, kaip ir kitos chromosomos.Vadinasi,Baro klnelis vel turi virsti iprastos sandaroschromosoma.Pasibaigusmitozei, chromosomaturi inaktlvintis pagal motinineje l4steleje nustatyt4 tvarka. Taiiau kol kas bendra visil epigenetiniq reiSkiniq problema yra ta, kad neaiSku,kaip 5ie rei5kiniai iSliekapo kiekvieno naujo l4steliq dalijimosi. DNR metilinimas dar nei5sprendLiaSios problemos, nors Baro kfinelyje DNR yra itin stipriai metilinra. Metilinimas paai5kina X chromosomosinaktwacij4, bet to nepakankapaaiSkinti,kaip formuojasi Baro k[nelis - ypatingas X chromosomos chromatino virsmas. Taigi r,yksta ir kiti pokydiai. Anrai pirmiausia labai stipriai acetilinamas histonas H4. 196

Xis/ genas ir inakty"r'acijoscentras. X chromosomos inaktyvacija prasideda inaknr,acijosccntre. Sis centras aptiktas translokacijqmetodu. Translokacijos- tai chromosc)mLImutaciju tipas. kai chromosomossegmentasperkeliamasii vienos chromosomos vietos i kitq vietq toje padioje chromosomoje arba apskritai i kitE chromo\oma. Paprastai.pc-rkclti X chromosomos segmentai i autosomas ndra inaktyvinami. hiiau pataikius i autosomasperkelti segmentEsu inaktyvacijoscentru, gali virsti heterochromatinune tik iis translokuotasX chromosomos segmentas,bet ir jam artimi autosomr-issegmentai: A

FW A

rrc--.r

A

XbelC

XbelC

A

lryr

A

XsulC

XsulC

-r-ryV\A

neinakl\aintas X segmentas: \,A.n inaktprntas \ segmentas; Ciah c t e r o c h r o n a i i n ui)n a k t t , r a c i . l ocse n t r u ii l C ) a n i m i a u t o s o m o s( . { ) s e g n r e n t a i . Nuo inaktlracijos centro X chromosornosinaktylacija plinta abiem krlptimis; la c ----------------

Cia lC inakryracijo, centras.c centromera,ql itguri, O",rr, O f ,--Ouris p e t r s p . k u r i a m er r a a k t n u s i s r a j o n a s( X p l 2 . l l - : 2 . - l ) .

A

/il\l,"',_l ir{aktyvinti lvirtq

petys. Neu2brukSniuotastrumpasis

ISti;rusivairiasX chromosomossegmentqdelecijasir translokacijas,buvo nustat1'ta.kad inaktlvacijos centras yra Xq13 segmente.Siame lokuse yra labai idomus genasXrsr (angl. X-irtuctivatingspecifictranscipt). Xisl genasbuvo klonuotas. Paai5kejo, kad jis nekoduoja baltl'mo (neturi atviro skaitymo remelio). Aktynrusyra jo transkriptas - RNR. Jis tiesiog apgaubiat4 X chromosomq,kuri vra inaktyvinama.

I5lieka akryv-[sne tik genai, kurie yra neinaktyvintametrumpajame X chromosomos petyje p, bet ir kai kurie genai, esantys Baro ktneliu virtusiame chromatine. Manoma, kad jie yra isorineje Baro kr.rneliodalyje. X chromosomosvirsmo Baro kuneliu ciklas. Zmogaus X chromosomosinaktlvacija prasideda 5-4jq embriono vysty'mosiparq. Moruldje arba blastocistoje aktyvinamas Xlsl senas.Jis vcikia abiejoseX chromosomose,bet po to, kai Xist-RNR stabilizuojama ir apgaubiainaktlvinam4 X chromosom4,Xr:t genasveikia tik Siojechromosctmoje. InaktyvinamojeX chromosomojeDNR metilinimasprasidedaveliau - tik 7-q14 para. Pirmieji Baro k[neliai pasirodo trofoblastuose12-4j4parq. o paiiame gemale tik 16-zg4rystymosi par4.

C)vogondseBaro kflnelis dar yra, o ovocituose jis jau i5nykgs. InaktYvinta X chromosoma vdl reakqryinama:

r97

srir. bet iisaugojamasinaktyt'acijospob[dis. Sios chromosomos virlqsteliq cikle kartojasi: \p1ls Baro kfineliu kiekr,'icname

Lra.';krnerisJ lntcrfazi

DNR metilinimas

Dozds kompensacijasomatinesedrozofilos lqsteltiserrksta kitaip. Patinelio X chromosomojc genai veikia dvigubai akqn,iaunegu pateles X chromosomoje.Taip 1'ra del specialiqvaldymo gentl-numeratorir; veiklo.s.Tie genai moktr suskaidiuoti.ar )/ra lveinis (patele), ar nelyginis(patinelis)X chromosomqskaidius. Zmogaus X chromosomoje kol kas qcnu-numcraronl! nerasrit. taiiau turctq b t t i . n c s k a i p k i t a i p p a a i i k i n t i t a i s y k l e .k a d v r a v i e n u B a r o k L i n c l i um a Z i a u .n e g u 1'ra X chromosomrl. \trdinasi, skaiiiuojamos ir Zmogausbei kitu 2induoliq _X chromosomos. Gali buti Sios skaidiuotessutrikinrrl, pvz.. del duplikacijq.

J

fprastos sanclaros.

-

Barokuneris

-)

lnterlazc

;'*'.;l:llil'li,i, Mitozi

Sie ir,1'tlal kol kas nepakankamai i5tirti. Nlutantinio ..sukibusio"su lytimi pozymio pasireiSkimoheterozilotiniq moteru somatineselastelesepob[dis rodo, kad l4stelintsdaJijantisX chromosomqinakqvacijagali keistis (Zr. 3.30 pav.). VienE t'cnotipinilopa keicia kitokio fenotipo somatiniq lqsteliq klonas. Antras rei5kinys, kuri paaiSkinalaipsniSkaX chromosomosinakrs acija: kod€l ne visos moters somatinds l4stel6s turi Baro kflneli? \ntai 30'7,:fibroblastu fiq kulturose) neturi Baro k[nelio. ,,Bigno lrrzdeles"turi tik iiek tiek daugiau kaip lcic moters neutrofilq. Mat\t. kad tose normalauskariotipo moters l4stelese,kuriose nera Baro kunelio, inaktlvinta X chromosomanevirto Baro klncliu.

3,7.3.Paramutacijos. Ilgalaikdsmodifikacijos Zinduoliq X chromosoma inakt),vinasierapais: . ekspresuojamas(veikia) Xrsl genas; . signalasplinta abi puses nllo inakt).vacijoscentro, inaktyvinai ma didesne dalis X chromosomos: . inaktlvinta X chromosoma virsta Baro klneliu. Laipsni5ka X chromosomos inakryacija paai5kina du svarbius rciSkinius. Pirma, koddl dalijantis somatindmslqstelemsdukterindselqsteldse i5lieka X chromosomosinakt_wacijospobfidis, tipiskas motininei lqstelei? Dalijantis somatindmslqstelemsmitozijc. Baro kuneliu virtusi X chromoson-laneprarandama.jq paveldi dukterines somatines l4stelis. Kad abi X chromosomospadvigubdtqir jq kopijos butq taisyklingai paskirstytostarp dukteriniq l4steliu. Baro kDneliai kuriam laikui turi virsti iprastos sandarosX chromosomomis.Kadangi X chromosomos inaktyvacija ir virsmas Baro kfineiiu atskirti laiko tarpsnio, l4stele dalydamasivdl tampa lprastos sandaros chromoso198

Paramutacijq atradimas. 1956m. amerikieiiq genetikas Brinkas (R. A. Brink) tyrd vieno kukur[zq antociano geno R ivairiq aleliq suvcik4.Kry'Zminorecesp'iqji1linij4 r-g r_3 su hibridu - heterozigota pagal dominuojandiusgenus R-r ir R-s/:

x ? r-e r-g d

R-, R-t

Tai tipiSkasMendeliosugalvotas analizuojantysis kukryZminimas, rrLroko$biSkai ir kielrybi5kai tiriami lytiniq l4steliqgenotipai.Brinko tirtieji aleliaileme tokia endospermo spalvq: /Lg nenuda4t4, R-r raudon4,R-sl - marg4. Diploidinio heterozigotinio organizmo,koks buvo R-r R-sl, Iytin e s l a s t e l e tsu r c t ub l t i d v i e j ut i p u : Rt :' )tt

/--'t,..t

,{1,.)

R-st t.

t,/z

-r---_\

{at' 199

Ti-rotarpu visos receslviojo homozigotinio organizmo lytines l4stcles vienodos:

Alclis

Lrye!-&

'(-3) /---<-

. i . J l c n t e l e . P a r a m u t a g e n i S k i p. a r a m u t a b i l f r s i r n e u t r a l l s k u k u r l z q a n t o c i a n o s p a l v o s D i r p / genu aleliai (pagal V L. Chandler ct al.. 1996) Fcnotipas

Paramutacijq aktyvumas

B-lrttutSe(B'l)" B''

'l'.'g,,

Be to, per analizuojantikryZminimqjos nelemiapalikuoniqsarybiq (fenotipo).Viskaspriklausonuo tiriamojo heterozigotinioorganizmo: kokios ir kokiu santykiususidarojo lytines l4steles.Pvz., visaskryZminimas ir palikuonvsturetq b[ti tokie: 9 tr,"-g t

1.@

- Lytinesl4steles

r-g r-g R-st

fl

e3

Palikuonls

Paramutabilus Timsiai purpuriniai au_salai P a r a mu t a g e n i i k a s Silpnai purpuriniai augalai Paramutabilus Zali augalai h - t" Ncutralus S i l p n l r u u . r u l ur p a l r a : s l i p r i p u r p u r i n c Il-Pcnr'' scklu spalva Paramutabilus Tamsiai purpuriniai augalai ir kuokcliai l'l-Rltoatlas ( PI-Rhl' Pl'-rnahogan.r'( PI-nah 1 R a u d o n m e d Z i or a u d o n u m o a u g a l q s p a l v a ; ParamutageniSkas kuokcliai margi M a r g a d r ' m t r t aa u q a l q i r k u o k e l i u s p a l v a N c u t r a l u s Pl-Bloclrd (Pl-B11)''

ParamutageniSki, paramutabilfis ir neutral[s aleliai. Pokydius Brinkas pavadino paramutacijomis (gr. para - Salia, priei), alelius, kurie keidia kitus alelius - paramutageni5kaisiais,o tuos alelius, kurie pasikeiiia, - paramutabiliaisiais. Vadinasi, R-r' yra paramutacija, R-sl - paramutageniikasisalelis. o R-r - paramutabilusisalelis. Paramutacija - tai mitozeje ir mejozdje paveldimas polrytis, kuri sukelia heterozigotosevienas alelis (paramutageni5kasis) kitam (paramutabiliajam).

Margu endospermu r-8

Turet4hfrti raudoni, gnlrli silpnainudaZltuendospermu

Brinko bandyme santykis,kaip ir tikdtasi, buvo 1:l: pusd laukiamq margq (endospermo gcnotipas del dvigubo augalu apsivaisinimo yra triploidinis r-g r-g R-sr) ir pusd netiketai silpnai nudar,v"tq,kai turetq blti r-g r-g R-r - sodri raudona spalva. Brinkas hetcroziqotiniussilpnai nuda2ytu endospermu augalusrdl patikrino atlikdamas analizuojaniiuosiuskrl,Zminimus:

a

r-s r-s , & R-r' ,-s

P l l i k u t ' n v sh u v o t o k i c ' pus€ nenuclaZvtuendospcrmu , rj r-g r-g'. pusd - silpnai nudaZytu endospermu - r-g r-g R-r',

I5 Sio bandymo Brinkas padare iSvada,kad R-sl alelio paveiktas R-r alelis paveldimai pakinta. Si pakitusi aleli jis paivmejo R-r'. Pokytis paveldimasiki Siol (daugiau kaip 40 metq).

Pagal paramutaciiasto paties geno aleliai skirstomi j paramutageni5kuosius,paramutabiliuosius ir neutraliuosius. Pastarieji yra ir neparamutageni5ki,ir neparamutabills. 3,4 lenteleje pateikti 2-jq lokusq b ir p/ visq trijq aleliq tipq pav-vzdZiai. Idonru. kad paranrutacijapasirei5kiatik tada, kai r-g r-g yra motina. o R-st R-r - tdvas, nors paramutacija iryksta ir lada, kai heterozigota yra motina. tik paramutacija nepasireiikia fenotipe.

Paramutacija - epigenetinisreiSkinys. Iki Siol nustatyti 3 kukur[zq genai. kuriq aleliai yra pramutageni5ki ir paramutabills. Thi mindtasisr (red). pl (pale) ir b (booster).Visi trys genai valdo antociano sintezg.Thi valdymo genai. Jie koduoja HLH (angl. helLr-looplrclLr- spirald-kilpa-spirale)tipo transkripcijosveiksnius (Zr. p. 318). Dvi paramutacijq sai.ybesyra iSskirtines.Pirmiausiajos atsiranda tik heterozigotoseneiipasakytaiaukStudaZniu,nebldingu kitiems kintamumo rei5kiniams.ParermutageniSkai aktr,vioseheterozigotose(pvz., R-sr R-r) visos lytines l4steles gali bfiti pakitusios. Tiesa, ne visi

parirmutageniikialeliai vicnoclai stiprls. Pt,z.,R-ntb alelis nors ir paramutageniSkas, bet jo poveikisgerokai silpncsnisncgr:R-sr alelio. - epigenetinis Antroji savybi geriausiaiirodo. kad paramutacijrrs reiikinys. Nors paramutageni5kaiakfyv-uskukurfizu r b, pl genai yra klonuoti ir sekvenuoti,bet nukleotidq sekq pokydioparamutabiliuose aleliuoseneaptikta.Neaptikta ir DNR metilinimo skirtumu. Nors paramutacijqprigimtis kol kas neai5ki,bet manoma, kad tai paveldimi, stabillrsgcnq transkripcijospolg'iiai. Deleciju metodu nustatytos nuklcotidq sekos,del kuriu prarandamasalelio paramutageniSkumas arba paramutabilumas. Ilgalaikds modifikacijos nesusijr,rsios su heterozigoti5kumu,taiiau dia yra galiniybe aptikti naujus epigenetinio paveldimumo rciSkinius. Aplinkos poveikio sukcltos modifikacijos yra nepaveldimi organizmo organu, pozymiq bei sar,ybiqpolq,iiai. Jos paprastaiyra trumpalaikes,pasirei5kiatik toje kartoje, kurioie veikia modifikacij4sukeliantisveiksnvs.Kirose kartosejq sukeliandiam veiksniui nepasireiSkus, modifikacijos iSny,ksta. Tadiau aptikra ir ilgalaikiq modifikacilu,kurios persiduodakitai. o karrais ir keletui kartq, nors ir neveikia modifikacija sukeles aplinkos veiksnys. Ilgalaikiu modifikacijq prieZasc*iq vra daug. Kai kurios jq yra labai paprastos.Antai labai qeromis s4lygomisausantysaugalai ne tik duos ger4 dcrliu. bet ir kitais metais bus dcrlingesniuZ tuos, kurie i5augoiS blogomissalvgomisaugintq augalu.Mat ii geromis salygomis auginamq augalq seklos stambesnes.sukaupusiosdaugiau maisto medZiagq. IS jq iSaugastipresni daigai. Lygiai taip pat ir gyvuliai. Silpnesniq, blogomis s4lygomis gyvavusiqrevq palikuonys buna silpnesni. Veislininklstc\jetai svarbi aplinlrybe. Gana dzr2naiZmondssavo lkineje veikloje susiduriasu tariamu poZymiq pavelde.iimudel to, kad modifikacij4 sukelianfysveiksniai tant tikroje ekologineje aplinkoje per daugeli kartu yra pastovrls. Pirmasissu tokiu reiikiniu susidfireBone (G. Bonnier), bandydamas auginti kai kurias tariamai alpinesaugalqrlSis zemumose.Jis nustate. kad SiosrlSys 1'ra modifikacija.Tos padios rDiies au_salai kalnuose i5auga trumpu stiebu, daZnai sudarydami tik lapu skrotele (panasiai kaip gyslotis),o Zemumoseaugalu sriebasaukSras(3.3i par.'.).Mat nuolat aukitumose augantysaugalaituri vienoki fenotipq. 2emumosc - kitokl.

202

Panaiiai yra ir su kultlriniais augalais. NepriZiureti jie negali konkuruoti su laukiniais augalaisir i5augamenki. Thdiau visai kitokia jq genotipo sukeliama reakcija j palankias s4lygas. Laukiniai augalai Sia senotipo salybe nepasizymi,todel ir labai palankiomis sqlygomis neduos tokio derliaus priedo, kaip Zentestikio augalai. ?rdiau vra ilgalaikiu modipa\'. Paprastasis . 1. 11 sautenis fikacijq, kurias lemia mejozes ttttttttnttItrittnt\Zenrumosebldu kuri laik.1 paveldimi I Hr'IiantItt,tnLott epii r r ) i r k a l n u o s e( b ) genetiniai pokydiai. Deja, Sie pokydiai kol kas neririami. Epigr'netineskilmes ilgalaikiumodifikaciju, kaip ir paramutacijrl,daZnis sali siekti I00rL. ;i+:bh*%

Antai P S'etk^'as ir G. Korsakova nuo 1966 m. ii viso i0 mctq tyre dvi iirirzofilos mutacijas.l'(lbrked - iisiiakofe sereliai) ir a'(r,rr1e.rr- redukuotos akys, br'akes).Abieju genu pasirei5kimaealima jvertinti kokybiSkai.Thm rikrais jautriais r:Jrr.r7efil6q raidos periodais pareikus j4 aukita 3g'c temperatIra (iiluminio soko intiukcijos sallga). atsirado ilgalaikis modifikacijos. rrukusios per kelet4 desimdiq krrrtu ir buvo paveldimos tik iS morinos. Gali buti. kad iic pokl,iiai ekstrachronro' o n r i n i s p r i g i r n t i c s .n o r s t a i d a r n c t i r t a . .r.-.Christoliubora drozofilas pareike etjlendinitrilotetraaceratu(EDTA). Si med2ragasuriia dr,'ii'alcniiuir trivalcndiu mctalq jonus. Susidarepapiidomq branduolilru. Kitose karrose modifikacija pama2u bleso, mazejo inoi;iclll. kurir; lqstelese lruro atsirade papildomi branduolcliai. Siu skaitius l4stel6seirgi maZejo, tadiau vi:i(kui iin-r'korik 22-qoje kartrje. eia visisiai aiiku. kad pokyrii ,usijgi su chrornos o n t o mi s .

3.8. Genomo pertvarka 3.8.1.viso genomopertvarkair jo pertvarkapirmuoniq vegetatJviniq Iasteliqbranduoliuose Net toki gerai zinoma reiikini kaip diplofazeskaita haplofai z.^. ir ar'irkiiiai. per gyvenimo cikl4 reikdtq priskirti iiai reiskiniq

203

grupei. Juo labiau kad kai kuriq organizmq haploidinis chromosomq skaidiustampa diploidiniu ne apsivaisininimometu, o prasidejus individualiai raidai, somatinese l.lstelese.Taip yra. pvz., bidiq tranq. I5 pradZiu jie r,ystosii5 neapvaisintqkiauiineliq. yra haploidiniai. Tokios i5lieka jq gencratyvinesl4steles,bet somatinesel4steldse atkuriamas diploidinis chromosomq skaidius. Tirtini I skyriuje mindti askaridZiq (Ascaris megalocepltala), kai kuriu vabzdZiq reglamentuoti chromosomq skaiiiaus pokyiiai pereinant generatyvinemslEstelemsi somatines.Antai askaridesgeneratyvines l4steldsturi tik dvi chromosomas,somatinesel4stelesesusidaro daug smulkiq chromosomq.Dalis genetinesmedZiagosyra prarandama (Lr. 1.3 pav.). Si askaridesgenomo pertvarka prasideda4 l4steliq stadijoje,ir 16 l4steliu stadijojejau tik viena l4stele turi pradini 2 chromosomrl genomE. Si lEstele tampa generat)/ine l4stele, ir dukterindsjos lqstelesi5saugopradini genomE.Dar XIX Simtmediopabaigoje Boveri (Th. Boveri) nustatd. kad Siuos pokvdius valdo l4steles citoplazma. ISliekanepakitqstik tas branduol,vs.kuris besidalijandioje l4steleje patenka i tam tikrq citoplazmos vieta. AskaridZiu ryrimai, deja, toliau i prieki ndra paZengg,bet visi5kai panaSiaiblsimos generaty/ines lastelesyra determinuojamosdrozofilos ovocito polineje plazmoje (ir. p. 359). Citoplazmoje vra vadinamieji morfogenai, kuriuos atrasti labai padejo Boveri tvrimai. Nereikia manyti. kad askaridiiu ar kai kuriq musiq eenomo pokviiai somatinese lasteleseyra itin dideld ir rcta iSimtis.Tiesiog dar dauselio priminvesniu. bet stambiu taksonu genomai ncpakankamaiiitirti. Antai kai kuriu samanu tame paiian r e a u g a l ey r a h a p l o i d i n d - d i p l o i d i naer n e t t e t r a p l o i d i n e( J n 1 d a l i s .S i u r rm c t u s m u l kiai tiriami genomai tq eukariotq, kuriq grvenimo cikle vyrauja diplontas. taiiau ir jq somatiniq lqsteliu genomas gali i5 esmes skirtis nuo zigotos ir gemaliniu l4stcliu genomo.

Visam blakstienotqjq(Ciliophoru)tipui bldinga sudetingaviso genomo pertvarka susidarantmakrobranduoliuii5 mikrobranduoliovegetatyvindse l4stelese. Genomopertvarkainfuzorijq (Ciliata)makrobranduoliuose. Ii Sios infuzorijLlklasesgeriau iStirtostik kai kurios dvieju b[rit; - Hymenostomata(Tetralrymena ir Poramecium)ir Hvponicha(Ox,vnicha,StylorUchia,

Euplotes)

gentys. (Sistcmatikapateikiama pagal R. Kazlausko knyg4

,.Bt'stuburiqzoologija". 1988. nes pirmuoniu stanrbiuju taksonu sistematika ir lot1,n i S k i p a v a d i n i m a il i t e r a t I r o j e g c r o k a i s k i r i a syi .

204

lnfuzorijq ypatybe - dvejopi brand;roliai. Jos turi vien4 ar daugiau diploidiniq mikrobranduoli! ir vien4 arba daugiau poligenominiq makrobranduoliq. Makrobranduolys - vegetaryvines lqsteles pozymis. Jo ndra generatyvinesel4stelese. Rekordinis mikro- ir makrobranduoliqskaidiusaptiktas pilvablaksgrandis - daugiau kaip 100. tieneje infuzorijoje (Jrosry*lis Mikrobranduolys (Mi) yra smulkus, bet turi stambias chromosonras.Jis dalijasi mitoziSkai.o prieSinfuzorijq konjugacij4ar jos metu ir mejozi5kai(po mejozesMi yra 1n). Turi visE genU rinkini. Jo chronrosomoskondensuotos,todel RNR sintezdbeveik ner.yksta,i5skyrus kai kuriuos morfogenezeisvarbius(pvz.. burnos) genus. Vykstant konjugacijai,lastelesapsikeiciahaploidiniais mikrobranduoliais:

2n

2n vciozc nn

n n l;:ill,

ffJ:#ll n n i-" ill,il'",

'r"

oo o.TF: qg!l: gTFoo or..--..--...--.'

Makrobranduolys (Ma) yra stambus,dalijasi amitozes bldu. ISsir1'sto i5 mikrobranduolio. kai Sis dalijasi nesidalijant l4stelei. Kiek kartq dalysis mikrobranduolvs,priklauso nuo genties. Vienas ar keli rnikrobranduoliai i5lieka. Juose i5saugomavisa genetind informacija. Kitas arba kiti mikrobranduoliai virsta makrobranduoliu arba makrobranduoliais. Skiriami du pagrindiniai Mi virsmo Ma tipai. Vienam ju atstovauja klumpelines infuzorijos (Hltntertostontata), kitam - pilvablakstiends infuzorijos (Hypoticln). ktrahymena makrobranduoliuoseprarandama tik apie l0-20Vo gcnomo. Apie 100 susidariusiqvadinamqiq subchromosomq yra ilgos. vidutiniSkai600 kb. Hvpoticha burio pirmuoniq makrobranduolyjeprarandamadidZioji genomo dalis. Orrriclua i5lieka apie l0% viso Mi genomo. Susidaro daugybe- iki 20000smulkiq chromosomq.Josvadinamosminichromosomomis.Vidutinis jq ilgis apie 2,2 kb. Taigi minichromosoma,galima sakyti,yra vienas genas.Tuo tarpu Mi chromosomqvidutinis ilgis net 9000 kb. Sty'lonychia Ma i5liekaLik \6qc Mi genomo.Nors didele dalis genonlo paSalinama.bet makrobranduolyjeDNR yra 40-50 kartq dauq i a u .n e e u M i .

205

Ma didZii1j4genomo dali sudaro genai, koduojantl'sbalrymu sintczci reikalingusbaltymus ir RNR. daugiausiarRNR. M e k r o b r a n d u o l i qs u s i d a r y m a sr l ' k s t a d v i e m c t a p a i s i r l i r i u i s r u r i u n t a i s .b l d i n gais konkrcticnts taksonams.Pirmuoju etapu paialinama dalis chromosomu arba jq daIu. Vyksta tlinrinucija. I da likusioji genomo dalis amplifikuttjama. ir susidaro politcnines chromosontos(3.32 par,..',1). Ju sandara labai panaii i drozofilos seiliu liauku politcrrinir4chromosontq sandar4.

Euplotesir kt.) po to v,vkstaantrasisetapas. Hy-potricha(Sh,lonyc:hia, Politcnineschromosomossukarpomosi trumpus segmentus,kuriuos skiria membranos.Kerpama tarp politeniniq chromosomqdiskq. Tada kiekvien4juost4 ii visu pusiu apsupamembrana.Juostosatsiduriapusleleje (3.32 pav.,B). Tbliau vel vykstagenomo diminucija.Pa5alinami nctranskribuojamitarpikliai, vidinesjuosteliu dall's.Prijungiamostelomeros.

-/

c,A'

/---4,<{HH_kH!F

Plslcliu susidarymasprimena prlslelespern'arkomajamelscaris nrcgaloccplula s o m a t i n i u l a s t c l i u b r a n d u o l l ' j c( . i . . 3 2p a t . . C ) . Kiti pirmuonys. I5 pirnruoniu blakstienotiejieroliucijos pakoposc u2ima aukic i a u s i a p a d c t i . S u d c t i n q u n r oa t Z v i l g i ut a i i i r S I n c . k u r i a p a s i e k ev i e n a l a s i i a ig p i a i . Todcl nrikro- ir makrobranduoliusirgi galima vertinti kaip Siu gp'unu genomo difcrcnciacijos viriirnc. Nors kitu pirmuoniq tokios branduolio diferenciacijo\ nira, bet genomo pcrtviirka irgi. mat1t. r'r'ksta.GnIniniams 2iu2eliniamsatstovaujaniiq 7n'puttosotnubrzrccr.kaip ir daugclio kitu pirmuoniu. chromosomosncsikondcnsuoja l a s t e l e i d a l i j a n t i s .D i l i i o s p r i c 2 a s t i c sj a s n c i m a n o m a t i r t i i v i c s i n i L rm i k r o s k o p u . pulsuojaniiajamelauke meTirtiau chromosomostruvo nustat\,tosgcl-c-lcktroforezds toclu. Siuo mctodu galima lrakcionuoti stambias DNR molekules (r'isa chromosom:1). Kcletas T. hrucei chromosomu buvo tokios stambios. kad ncicjo i gcli. \'s bur,o apic l0(Xl kb. iciios - 200-700 kb ir apie 100 minichromosomu 30-1-50kb. Kitos ruiics T. r:ttrzi minichromosomosmaZcsnis: 2-1--t0kb. bet stambesnesuZ infuzorijq minichronrosomas. Tt1'putrctsonn brrrcciminichromosomukilmi nenustatl'ta.bet iio parazitrrgenomc aptiktas kitas. jau minctas scnomo pertvarkos bhdas - r,Jg genq translokacija i5 vidincs chromosomu dalies i telomerq. Taiiau minichromosomu DNR analize rodo. kad tai 1-patineoschromosomt'rs. Jose labai daug paly'dovinisDNR (177-lq-i bp ilgio k a r t o t i n i r ls c k q ) .

Sudetingi brandr.roliopokydiai \yksta miksosporidijt4(My'xosporidia) l4stclese,tret jie, matyt, paprastesni,susijg su poliploidija.Spejama. kad poliploidija bldinga ir ameboms.Antai Arnoeba proteus turi per -500chromosomu. 206

Magena '-'N \ -

Mi\ chromosoma IES

Tarpikliqlspeiseriq) DNR -

I DNB replikaciia V

/*/_TTHH.
susidarymas - Pusleliu

I

(.

ilHH>

{r:art'--ri:'*_r.-

genUiipiovimas {tvta // O O-

a I,-\r/I

O\

O

/ -

O / \

o-- o - F--*o Taroikliu ir kituseku r -------> Salinimas' ++ < |_retr_t-r]cll

----------{>

-itlttl:i

D N Rr e p l i k a c i j a

ts 3..32par'. Hypotricha makrobranduolio (NIa) susidarymasi5 mikrobranduolio (Mi): ..1 - .\tt'lot*'cJtiLt lenuruc'.u, b, c. r1 - nuo kondensuotu iki politeniniq chromosomq: c, .f - chromosomu frasmentacijair plslcliu susidarymas:14,tt, i, k - antrasis DNR rcplikacijos raundas ir jo fazes: 1 - subrcndes Ma: B - Genomo pcrtvarkos eiga. I E S ( r ' i d i n c sk a r t o t i n e ss e k o s )i r t a r p g e n i n i ut a r p i k l i u D N R I ' r a p a i a l i n a r n o sC ; ,A, kartotincs sckos. prijuneianros prie kickvienos ntinichromosontos:C - Sh.lony-chiu n r a k r o b r a n d u o l i rs-ur s i d a n n r ( rt t r p i n i \ m o m c n t r \ - k i e k r , i e n a s u k a r p y t a sp o l i t e n i n c s c h r o m o s o m o sd i s k a sv r a i z o l i u o t u sp u s l c l i i c

201

Poliploidija ir politenija - du genomo pertvarkos tipai, bldingi auk5tesniesiems eukariotams. Poliploidija daLna augalq somatindselqsteldse.Kaip mineta, pasinaudodamasSiuo reiSkiniu,vokiediq mokslininkasVinkleris (H. Winklcr) dar 1919 m. gavo pirmuosius dirbtinius poliploidus. I5 adventlviniq pumpunl i5augg pomidorq lgliai buvo poliploidiniai. Gyvfinq somatindsl4stelesyra daZniausiaidiploidinds,bet ne visq organq ir audiniq. Kepenq lqstelds,ypad neuronai yra poliploidiniai. Politenija - jau nagrindtasreiSkinys(Zr. p. 158). Politeniniq chromosomrl aptinkama dvisparnir+(Diptera) somatinesel4steldse.Antai j.l yra vaisinis muselds (Drosophila),uodo tmklio (Chironomus) lervq seiliq liaukq l4stelese,Kaip ne kart4 mineta, politenineschromosomos susidarodaug kartq kopijuojantisDNR, bet dukterinemsDNR kopijoms nei5siskiriant.Pvz., kiekviena drozofilos homologine politenind chromosoma turi 1024 DNR kopijas. Per abi konjugavusiashomologincs chromosomasbendras DNR kopijq skaidius- 2018. Del poliploidijos ir politenijos padideja visq genq skaidius l4steleje, todel Sie reiSkiniaivyksta tose somatinesel4stelese,kurios labai aktyvios arba jq veikla susijusi su genetines medZiagos rizika - mutageniniais veiksniais. Pvz., padidejusios rizikos s4lygomis veikia kepenq lEsteles.Jos skaido lvairius ksenobiotikus.Ir ksenobiotikai,ypad jq skilimo produktai gali bfiti mutageni5ki.Vadinasi ne tik l4stelesaktwumas, bet ir aplinlqrbds,kuriomis l4stele veikia, lemia poliploidija ir politenii4. 3.8.2.Pavieniqgenq skaitiauspokydiai- amplifikacija.Prisitaikymas prie toksinq ir kitokiq veiksniq Priei daugeli metq Sios knygos autorius klausesi labai vaizdZios, impulsyviosT Ivanauskopaskaitosapie tai, kaip gaminami prie5nuodZiai gyvatesnuodams.Karvei suleidZiamanemirtina nuodq doze. Po to ji didinama, vel ir vel... Kol galq gale keliasdeSimtkartq virSija mirtin4 dozg, o karvei - nieko. Ji gpa. Ji prisitaike prie nuodq. Tuo metu buvo Zinomas tik rei5kinys,bet labai nedaug Zinoma apie jo prieZastis. 208

Adaptacija - viena i5 bendrqjq organizmo savybir;. Prisitaikoma prie ivairiausiq aplinkos ir vidiniq veiksniq. Prpiraiko visi gyvi padarai, tarp jq ir Zmogus prie narkotikq, vaistq ir kt. Prisitaikymo budai ivairus. Adaptacija skirstoma i fiziologing ir genotiping. Genotipin€ adaptacija yra paveldimas prisitaikymas prie konkrediq veiksniq. Jis ryksta vejkiant atrankai. Genotipq atranka be palior,osryksta. Jos negali nutraukti jokia s4moningaar nes4moningaveikla. Genotipine adaptacijagarantuoja taksonui ilgalaiki, pastovq prisitaikymq. Fiziologine adaptacija - daugiau ar maZiau staigus atsakas i kintandiq aplinkq. Sio tipo adaptacija daZniausiai ryksta vienoje organizmo kartoje. Palikuonvs jos nepaveldi. Bet ir ji priklauso nuo genl}: . arba kinta genq veikla (genq valdymo klausimas); . arba r,yksta somatiniq l4steliq genomo pertvarka ir epigenetiniai polqrdiai. Prisitaikymo prie nuodq bfidai. Sis prisitaiklmas tiriamas Zinduoliq l4steliq kult[rose. Per palyginti trump4 laik4 i5tirtos atsparumo prieZastysdaugeliuiivairiq nuodingq ir nenuodingqaplinkosveiksniu, net fiziniq, tarp jq jonizuojantiems ir ultravioletiniams spinduliams, aukitai ir Lemai temperaturai ir kt. Prisitaikomaivairiai. Vienas i5 daZnesniqbldq * didesnesar maZesnis genq grupes - regulono aktyvacija, sukelianti atsak4 i konkretq veiksni (ar veiksniq grupg). Atsakai1'rai ivairiusr.'eiksnius, ne tik i toksinus: . . . . . .

S i l u m i n i oS o k o a t s a k a s : aminorlgidiu ir apskritai bado atsakas; SOS atsakas (i DNR paZaidas.ypad DNR trukius); Ada atsakirs(i alkilinaniiqsiasmedZiagasir jq padarytas DNR paZaidas); sunkiuju mctrrlurtsakii\: oksidacinio streso (OxyR. H,O, ir SoX atsakai i laisvuosius radikalus ir peroksidus) ir kt. atsakai.

Atskiras reiSkinysyra didejantisatsparumasstiprejantnepalankausveiksniopoveikiui(dozei). 209

Laipsni5kaiatsparum4didina . arba didesnl atsparurnElemiandiu genoripq (genu) laipsniSka atranka: . arba vienu lokuso (pavieniqgenq - genq sankaupq)laipsni5ka amplifikacija. Geriausiai iStirta amplifikacija lokusr.].salygojandiqatsparuma: '

f o l i o r h - e s t i easn a l o g a m s- i n h i b i t o r i a m sm e t a t r c k s a t u (i a m e r o p t e r i n u i )a. m i n o p t c r i n u i ( j i e y , r a i r k a i k u r i u p a p a r i i u n u o d a i ) : a r s p a r u r n as a l r g o j ad i h i d rofolatreduktazcs(r//rli) genas: . sunkicsicms metalams lkadmiui. cinkui. variui ir kt.): atsparuma sall'goja h r l t l m u m c t u l o t i u n e i ngue r r r i : ' nuodarns. silvcikaujantienrssu mikrovamzdeliq baltl'ntais tubulinais ir sukel i a n t i c m sp o l i p l o i d i j r l( k o l c h i c i n u i v. i n k r i s r i n u i r k t . ) : a t s p ^ r u r 3 5 3 | . , , g o jnae d i d e l e r sn r o i e k u l i n c sm a s e sl r a l t v m u p l 9 i r p 2 2 g e n a i : ' N - f o s f o n a c c t i l - l - - a s p i t r t a it ru ik i t i e m s p i l i m i d i n u s i n t c z c sp i r m i n i u erapq inhibitcrriams;atsparuma salvgojaeenq sarrkaupa,koduojanti ii karto tris fermentus: karbamoilfosfatsintaze. aspartatkarbamoiltransfcraze. dihidroorotazg ir kt. Visu iiq genq amplifikacija dideja proporcineai didcrjandiamarsparuniui minetiems nuodanrs. P r i s i t a i k l ' m qp r i e n u o d u l c n r i n n c : i rue n u a m p l i f i k a c i j an e r a v i c n z i n d u o l i u m o ntlpolis. Antai vabzd2irl,atspariu fosfoorganiniamsinsekticidams.estcrazesB gcnas amplifikuojlnras iki 32 kartu.

KryZmiSkas atsparumas nuodams. Tirti atsparuma nuodams ypad skatino zmogaus ir kitq zinduoliq somatiniq l4steliu prisitaikymas prie prie5veiinirl vaistrl. DaZniausiai tai labai nuodingos, mutageniSkosalkilinaniios medziagos.Prisitaikiusiqprie alkilinandiq medZiagq lqstcliu t1'rimai buvo labai sekmingi. Aptiktas Ada atsakas, apie deSimt iki tol neZinomq DNR reparacijos genq (Zr. p. 510), kuriq veikla prisitaikiusioseprie alkilinandiqmedZiagql4stelcse padideja iki 200 karru. Prisitaikiusiasprie pricsveZiniovaisroveZinesl4steiesbandyta ,.pergudrauti": naudoti kcliq skirtingoschemineskilmes cirotoksiniqjunginiq deriniai arba gydymascheminiaisjunginiais derintas su jonizuojandiaspinduliuote.Bet iia lauke staismena.Lqsteles.prisitaikiusios prie vieno nuodo, buvo atsparioskitiems nuodams. Thip buvo atrastasr,:rclinamasis kryzmiSkasisatsparumas.Jis irgi ncra l,ien zinduoliq lasteliumonopolis.Antai vaircnisir pupos,arsparesnes EDTA 210

- metalq jonus suriSandiaimedZialctilendinitrilotetraactorlg5iiai sai). buvo atsparts ir alkilinandiosiomsmedZiagoms. Kry'Zmi5kqliatsparum4irgi gali lemti vieno geno amplifikacija.Btrtcnt transmembraniniobaltymo - glikoproteino P. KryZmi$kaiatsparioSistransmembraninisbalrymasyra l1'eir pompa - baltymine se lzlsteldse srrukt[rra,kuria toksinai pa5alinanriii lqstelds.Nuodai Salinaminespecifiikai, todel lasteles,kuriose iryko glikoproteino P geno amplifikacija ir susidardpompa, yra atspariosivairiemsnuodams.Vadinasi,atsparunrasnuodamsgali priklausytine tik nuo genq, kurie lemia inaktyvinanc'iunuodusfermentq sinteze,bet ir nuo genq,kurie lemia membranos nepralaidum4nuodams ir/arba akr) /tl toksinq Salinimqi5 l4steles. Bakterijq atsparumas toksinams. Membranq nepralaidumo reikSmd nustatyta seniai. Jis aptiktas tiriant bakterijas, atsparias antibiotikams. Tai viena i5 svarbiausiqmedicininds bakteriologijos problemq. Konkretus antibiotikasbuna veiksmingastik kuri laik4. Vdliau hakterijos jau pasidarojam atsparios.Nors bakterijq atsparumasantrbiotikamsir kitierns toksinams (sunkiesiemsmetalams ir kt.) yra genotipine adaptacija, bet paralelizmasZinduoliq somatiniq l4steliq prisitailrymui prie nuodrl yra labai rySkus.Paai5kejo,kad bakterijq atsparumasnuodams (o tokie yra ir antibiotikai) priklauso nuo: . specialiqfermentq, skaidaniiu ar suri5aniiq nuodq, . arba nuo l4steliu nepralaidumo. Tai. pvz.. nustatytatiriant mikroorganizmq prisitaikyme prie penicilino. Gali bfiti aktlvi penicilinazd,bet gali blti ir nepraleidZiandios penicilina lqsteles. Atsparios antibiotikams ir kitiems nuodams bakterijos turi vadinamqsias R plazmides. Jos turi genus, lemiandius atsparum4 ivairiems nepalankiemsveiksniams:jonizuojantiemsspinduliams,ivairioms chemin€msmedZiagoms. A n t a i p l a z m i d i R l O l J t u r i S i u o sa t s p a r u m og e n u s : . tL't- tetmciklirrui. . \//' - \trcptL)miCirlui. . cntl - chloramfenikoliui. . r r r /- s u l f o n r m i d u i . . nt(r - g1,r'sidabrio jonams. . .fir.r- fuzido rlgiiiai. Vrdinasi. bakterijos. kurios turi Rlt)0 plaznridg, lra atsparios toms nrcdZiagoms. l-1'

sumrne-

yra daugiakopijin€s.Lqsteleseju Itin atspariubakteriiuplazmicles yra 10-20, taigi tiek pat kartl] padidejgsir lqsteliu atsparumas.Bet svarbiausia,kad atspariq nuodams bakterijq genome gali padideti atsparuma lemianiiu genu skaidius,t. y. gali v,vktitikra amplifikacija. Tai jrodo, kad amplifikacija yra universalus,ivairioms organizmq grupems bfidingas rei5kinys,kurio uZuomazgqreikia ieSkoti prokariotq genome. Amplifikuojami ne tik genai. kurie lemia atsparum4 nuodams. Labai aktlviose l4stelese (Zmogaus,amfibijq, vabzdZiq ovocitq, kai kuriq gyvfnq regeneruojandiqaudiniq, augandiosacetabuliarijos,besiv-vstandiovi5iiuko stuburo, infuzorijos makrobranduoliq. dulkiadaigio ir kt.) v,vksta rDNR geno-sankauposamplifikacija. KopU,+ skaidius yra proporcingas lqsteles aktyvumui. Jis gali padideti iki 20000 kartq. Drozofilos genome aptiktas dar vienas IRNR gcnu daugejinrobldas. Tiesa, jis yra kompensacinis.Siq genq padaugcja tik tada, kai del netolygauskrosingovcrio arba delecijos dalis rRNR genq prarandama. Tbkiu an'eiu dalis likusiq chromosonoje rRNR gcnu pasiialina i\ chromosomos ir replikuojasi. Tada visos kopijos ja stabiliai perduodamos dukterin€ms lqstelems. lsrjungiai chromosomq ir kartu su Sis rei5kinys vadinamas magnifikacija (lot. magnificatio - padidtnimas). Ji bldinga ir genams, kurie lemia chromosomu histonu sinteze.

Amplifikacijos bfldai. Pirmiausiabuvo aptikta ne genq, lemiandiu atsparum4 nepalankiems veiksniams, o rRNR genq amplifikacija. DNR segmentas,koduojantis SiasrRNR, iSkerpamas.Toliau besisukandio Ziedo bfidu nuo jo kaip matricos sintetinama ilga ekstrachromosomind:rDNR. Prie nuodq prisitaikoma keturiais b[dais: . susidaro ekstrachromosomindDNR; . po amplifikacijos ekstrachromosomineDNR susitelkia smuli kius mazgelius,kurie yra ne tik branduoll,je,bet ir citoplazmoje; SiosDNR replikacija r.ykstane tik S, bet ir kituose lqsteles ciklo tarpsniuose; . susidarodvigubosmikrochromosomos(angl. doublemirute chrontosomes).smulkios,suporuotoschromosomos,neturindioscentromeros; . amplifikuoti genai yra chromosomoje,bet nebttinai tame paiiame lokuse ar net chromosomoje,kaip pradinis genas.o tai 11)

il.

j

,o

o il,'

\o"'t\*

o.t

) -- -l', -

,l-t .'tt

a -iLj'

r?rl- : t tlt; r" "a

{i

}r'

a .l

I , -al.

',rs

I

123 3.33 par'. Atsparumq kolchicinui lemianiio geno amplifikacija diiungarinio iiurk€no chromosomose(rcmiantis B. P Kopninu ir A. V Gudkovu, 1982): / - ilga chrrxrosomasu homogeniSkainusidaZiusiuiigu segmentu(pazymdtarodykle); 2 - daug dvigubu mikrochromosomq: -3 - ckstrachromosomini DNR (smulkfis t a i k e li a i )

rodo. kad amplifikuoto segmento ijungimas i chromosom4 gali blti antrinis irykis: susidaropailgejusichromosomasu vienodai besidaZandiuilgu segmentu (jame yra amplifikuoti genai). Pastarieji trys bldai pavaizduoti 3.33 paveiksle. Amplifikuotq genq likimas. Skiriama . nestabilioji amplifikacija, . stabilioji amplifikacija. Tai priklauso nuo amplifikacijos bfido. Prisitaikant prie nuodo pirmaisiaistrimis bDdais,amplifikacijanestabili.Nestabiliausiajos forma - ekstrachromosomindDNR. Ji laikina net toje padioje l4steleje. Geriausiaspavyzdys- rRNR genq amplifikacija ovocituose.Subrendusiuoseovocituose5i ekstrachromosomine DNR i5nyksta.DNR mazgelius dar 1982 m. atrado B. Kopninas, bet iki Siol jq reikSme ir ypatvbes neiStirtos.Ypai neaiSki citoplazminiq amplifikuotos DNR mazgeliq paskirtis. Dvigubos mikrochromosomosstabilesnes,bet pasmerktos iSnykti dukterinese l4stcldse,nes neturi centromeros (vienoje jq telpa 2-4 dhJr genal). Stabiliausia amplifikacija yra tada, kai amplifikuotas segmentas yra normalioje chromosomoje. Jeigu l4stele su tokia chromosoma dalijasi, amplifikuot4 segment4paveldi visos dukterinds lastelds- klonas.

2t3

L4steliq populiacijos. Kaip ir pagal epigenetiniuspokf iius, taip ir pagal genomo pertvarkqsomatindslqstelessudaropopuliacij4.Geriausiai tai irodyta dh.fr genui. Somatiniq lqsteliq populiacija susidaro i5 karto pagal kelias sar'ybes: . . . . .

pakitusiq ir nepakitusiq lasteliu santykl; amplifikacijos budus; amplifikacijos laipsnl (kopijq skaidiq); pertvarkos stabilum4; grlZimo laipsnl (griZtamum4 - negriZtamum4).

KaZkuri l4steliq dalis lieka nepakitusi. Pakitusiosl4stelesskiriasi amplifikuoto lokuso skaidiumi ir amplifikacijos budais.

Olocitai - generat)\incs lastelis, todil csant stabiliai amplifikacijaij4 pavelditu palikuonys. Pirimidinu sintezdsgenq sankaupa.atvirkSdiai,amplifikuojama tik stabiliausiubudu - chromosomoje.Atsparumo kolchicinui atZvilgiu lasteldslabai ivairios. Net toje paiioje lasteldjepasireiSkiakeli amplifikacijos budai.

Zmogaus patologij4 gali nulemti sutrikusi amplifikacija.rDel kai kuriq genq amplifikacijos atsirandaveZys.Thi pirmiausia onkogenq c-tnvc, K-ras ir kt. amplifikacija.ThdiauveZi gali sukelti ir kitq genrl telomerazds,D ciklino amplifikacija. Pastarasisgenas, kaip ir onkogenai, valdo lastelesdalijimqsi (Zr. p. 336). Chondriosarkomosl4stelese amplifikacija aptikta net 8 lokusq, be to, ivairiq ligoniq skirtingq lokusq skirtingose chromosomose.

Nepakitusios l4stel6syra naujos genomo ar pavieniq jo lokusq pertvarkos rezervas.

Mieliq poravimosi 3.8.3.Lokusqvietoskaita. Somatiniskrosingoveris. tipai

Tai savotiSkaorganizmo strategija.Mala su kokiais aplinkosveiksniais dar teks susidurti organizmui per ilg4 jo gyvenim4. Taigi ir daugumos lqsteliq amplifikacija yra nestabili. Tadiau aptikta l4stelirl, kuriose dhfr geno amplifikacija i5 karto buvo stabili. Si lqsteliu dalis, matyt, svarbi l4stelesatmindiai. yra l4stel6satminties, arba kitaip geAmplifikacijos iSsaugojimas nq veiklos imprintingo b[das.

Lokusq vietos kaita yra vienas pagrindiniq somatiniq l4steliq genomo pertvarkos b[dq. Daugeliu atvejq del to pakinta genq veikla, pasireiSkiapaddties efektas. Pana5i peffvarka generatyvinese l4stelese sukelia paveldimus pokydius - mutacijas, rekombinacij4.

Pakartotinai paveiktos nuodu ar kitu nepalankiu veiksniu, l4steles prie jo prisitaiko greidiau, negu tos, kurios pirm4 kartq s4veikauja su Siuo veiksniu. Amplifikacijos valdymas ir genetika yra ateitiesproblemos. nors jau dabar kyla daug svarbiq klausimq: . koddl nepakinta lytines lqstelds,nors jq genome 1,ra tie patls genai, kurie amplifikuojami somatineselqstelese; . kodel amplifikacija vyksta tik tam tikrose l4stelese; . ar gali blti nukrypstama nuo genu amplifikacijostvarkos, ypai lytinese lasteldse? Labai nedaug Zinoma apie genus, kuric valdo amplifikacijq, taiiau akivaizdu, kad amplifikacija yra valdomas reiSkinys: . ryksta tik tam tikrose lqstel6se,pvz.,rDNR gcnq - Zinduoliqovocituoseir pan.l . nusistov€jgs santykis -tarp amplifikacijq sukelianiio veiksnio lqsteliq tipo ir amplifikacijos b[do. Zinduoliu ovocituosev.vkstancstabiliausiaamplifikacija. 't1A L l+

Keletas 5io tipo reiSkiniu nagrineti. Tai netolygi euchromatino translokacijaI heterochromatin4arba Saliajo, lokusq translokacijai5 vidines chromosomq dalies i subtelomerq,lokusq vietos keitimas del judriqjq genomo elementq ir Siu elementll isiterpimasnaujoje vietoje. Salia jq dar yra . s o m a t i n i sk r o s i n g o v e r i s : . kasetine pertvarka genq, lemiandiq mieliq poravimosi tipusl . inversijakaip genomo pertvarkosbudas (Salmonellafaziq kaita). Somatinis krosingoveris. Mejozeje homologiniq chromosomq konjugacija - bfitinybe, viena pagrindiniq Sio l4steliq dalijimosi ypatybiq, bet ir mitozeje homologines chromosomos gali suartdti. Pirmiausia tai nustatyta genetiniaismetodais - atrastas somatinis krosingoveris.

2r5

llc krrrringor erio

\tr1

Tdb

.\!.:, \tr 7

\i l, 6t :

' -M i t o z i n i qk r o s i n g o cr r i s

q

Pastarasis itikinamiausiaiirodomasdvigubosiomismozaikomis.Jomis ivertinamas ir somatinio krosingoveriodaZnis.Thi mozaikos, kuriq pusg pakitusio lopo sudaro somatines l4steles su vienu recesyviuoju pozymiu, kita pusg - l4steles su kitu receslviuoju pozymiu. Thip buvo ir hibridu .v*l*srt (2r.3.34 pav.). Tokios dvigubosiosmozaikos atsirado ddl somatinio krosingoverio.Thdiau bttinos dvi sqly\_ gos: 1) tam tikra aleliniu genq padetis dizigotose (heterozigotosepasal du nealeliniusgenus):

d-JE'frir(at ' r n . . o . - b

+"

H',Su...," go\ e'rio

, _,{,

{cl

SN

-{

arbaapibendrintai-

*

i

,tt u'!l

'.

-

l,l -tt *

-r

. .aa

-1.31 par. Dr.iguba mozaika - somatinio krosingoverio rezultatas: I - chromosomupasiskirsry'mas mitozd.lebe krosingoverioir po somatinio krosingoveriodrozofilos heterozigL)tose t,*.i1571;-B - fenotipinis somalinio krosingoveriorczultatasdviguba ntozaikaant drozofilos krut i n c l e s ( a r b a g e l t o n a sk [ n a s . a r b a . . a p s v i l c "i c r e l i a i )

Ji atrado 1936m. Sternas(c. Stern).Jis tyre drozofilos(D. ntelattogaster)hibridus, heterozigotiniuspagal du genus X chromosomoje: y Qellow) - geltonas ktnas, normali - pilka spalva: sn (singed)- ,,apdeginti.apsvile,,iereliai. Hibridiniq pateliq kunas buvo pilkos spalvos su normaliais sereliais, nes abu genai (r' ir.vr) yra recesFieii. Thciau retkariiais ant drozofilq kai k,riq k[no daliu atsirado crvig,bos demes: o puse demes - geltonaskfinas. normalls iereliai. ' kita pusd denies- normali pilka kDno spalva...apsvileiercliai,, (3.3-1pav.). Tai mozaika. Mozaikos. Dvigubosiosmozaikos po somatinio krosingoverio.Somatiniq l4steliu mozaikassukelia: . ivairios nrutacijos: ' genq veiklos pokydiai,ypad del variabiliojopadetiesefekto; . somatinis krclsingoveris. 216

ar{

={

2) krosingoveris turi r.y-ktitarp centromeros ir pirmojo nuo cenb[tent sn-t arba B, b'. tromerosgeno-zymcklio, Abt

Ab

-l

.4

A,!-_

aB ir

-)

e

ir

-aB ''-''..'...'

aB

€

I

aB

Ab Abu poZlmiai dominuojantvs

C ' h i a z m atsa r p h o m o l o u i n i uc h r o m o s o m q c h r o r r a t i c l Z isuo m a t i n e j el a s t e l e j e

P o l 1 ' g i alia s t e l i q ,k u r i o s ey r a p o , v i e n 4 ( aa r b a b ) r e c e s l v q j t poz)-ml

Normaliojemitozejevisos dukterinesl4stelesvienodos.Ddl somatinio krosingoverio atsirandaivairiq genotipusomatinesl4steles, tarp jq ir tos, kurirl genotiperecesyviejigenai yra homozigotineje brJkleje(hb arbaaa). Jos yra kamienines(motinines)dvigubajaimozaikai atsirasti.Krosoveriniqchromosomqsu vienokiuir kitokiu genu deriniu susidaropo lygiai,todel ir lqsteliq.kurios tampa homozigotinemispagala aleli ir pagal b alell, turi blti irgi po lygiai. susidarosomatiniql4steliqpopuDdl somatiniokrosingoverio liacija.Dvigubosios mozaikosb[dingostik somatiniamkrosingoveriui. 217

Gcnctindsjo pasekmesgali btti dvejopos:pirma. susikuriasomatiniq l4steliu ivairor,'edel gcnq naujq deriniq chromosomose.Antra. tai vienas i5 genomo pertvarkos - geno amplifikacijos- btdq somatindse lEstelese.Thi svarbu l4steliq diferenciacijai.Manoma, kad tokiu bhdu susidaroZinduoliu raumenq lastcliq ivairovd.Somatinis kro' singoveris- vienas i5 bndq somatiniq lqsteliq genotipq skirtumams atsirasti. Tai pagrindind ontogenetikosproblema, kuria pirmasis bande sprgsti Veismanas. Kiekvicnos krosoverinesl4stelds(kurioje itykEs krosingoveris)palikuonys paveldi naujq genq derini krosoverinesechromosomose.Jos sudaro klon4. Klono ir mozaikos lopo d1,dl lemia tai. kaip anksti organizmo raidoje iryko somatinis krosingoveris.kiek dukteriniq l4steliq atsirado per t4 laik4. Somatiniq lqsteliq genotipu lvairovd susidaro ir kai ryksta krosingoveris tarpe tarp dviejq iyminiiqiq genq (3.35 pav.). Atsiranda skirtingo fenotipo mozaika, bet ji vienguba. Kad tai somatinio krosingoverio pasekmd,reikia irodyti, nes, kaip mindta, lygiai tokios pat mozaikos gali atsirasti dei nrutacijq ar chromatino sandaros pokydiq.

aa = a ---' -i

a r.,/

]>--

".-/

Susilieja

UZdrausta

a\? .raf

ct,

UZdrausta

Susidarodiploidinesa/cxl4stelds.Bet kaip i5 tos padiosvegetatyr inds l4steldsatsirandadviejq skirtingqporavimositipq l4stelesa ir a? Mieliq poravimositipq ypatybd,yta ta, kad o gali virsti a, arba an'irk5diai:a virsta cx: Poravimosi

iefA -

riPq kaita

'\--l

MAT, HMLa ir HMRa lokusai. 3-iojoje mieliq chromosomojeyra 3 lokusai, kurie lemia poravimosi tip4: vienas veiklus MAT (angl. rnating h'pe) \r du neveiklDs- ,,tvlindios"neekspresuojamoskasetds HMLa ir HMRa (angl. hontothallic left ir right). Potencialiai kiekviena haploidine mieliq l4stele turi geneting informacij4 virsti s ir a porar,imositipais. Thdiau konkreti l4stele yra tik vieno kurio lytinio tipo: a arba cr (3.36 pav.).

\Iito?inis k.orinsor€ri\ llc krosinsoveri(l

-b

-i

Mieliq poravimosi tipq kaita. 15visq genomo perwarkos rei5kiniq stenetinisnrieliq poravimosi tipq kaitos valdymasgeriausiaiiStirtas. Mielinrs (Saccharomycescerev'isiae)bldingas homotalizmas (gr. Ittttrto - vienodas. pana5us * thallos - auglys, al2ala)' Susilieja to pirties gniuZulo dvi lasteles,bet tik dviejq skirtingq poravimosi tipq, t. y. a ir cr haploidin€s lqstelds.

1!

-

Poravimosi tipas yra tas, kurio kasetd (HMLa ar HMRa) yra MAT lokuse. VienE kasetg MAT lokuse gali pakeisti kita; kartu gali keistis poravimosi tipai (aea).

-. t

llotinind l4st.'ld

+

Dilktcrinas l4stelAs

5'.,_., +

llotinin€ l4steld

-I Dukldrina's l4stelAs

3.35 pav. Somatinis krosingoveris tarp dvieju genq - Z1'mekliq: parySkintadukterine lqstcl6.kuriclsfenotipe pasireiikia A. a ir B. b - gcnai-Zvmckliai; rcccsyvusisgenas d. nes po krosingovcrioji tampa homozigotine (aa) pagal 5! gen4, kitq trijq galimq genotipq somatinesc l4stelesedominuoja aleliai ,4 ir -B

218

Poravimositipu kaitai bDtinasdominuojantisgenasHO (angl. hontothallisnt). Sis genas koduoja endonukleazg,kuri kerpa specifines nr.rkleotidusekasmieliq DNR. MAT lokuse ji padaro dvigrandi trflki, ir po to i MAT lokusq istatoma prieSingabuvusiai kasetd:

HMRIiMATa arba

HMLa iMATa 219

I5lieka genetine informacija ir tame lokuse. i5 kurio (HMRa arba HMLU) kasete perkeliama i MAf lokus4. Vadinasi, perkeliama tik viena DNR grandind. Virsmas vieno tipo kitu 'uykstasantykiu 1:1. Thd a tipo lEsteleiyra cr tipo l4stele. Kai endonukleazesgenas yra recesyvusis(nll-mutacija), ho poravimosi tipq kaita ',yksta labai retai. 10 " daZniu. Kasetind vietos kaita ir jos valdymas. Tai sudetingi rei5kiniai. Pirmiausia yra genai S1R (angl. silent infotmation regrlalors), kurie slopina HMRa ir HMLr,,tylindias" (neekspresuojamas)kasetes.Jq yra keletas. S1R genq koduojami represoriai sqveikaujasu specialiomis nukleotidq sekomis, kurios abu neveikliuosiuslokusus supa iS abiejq pusiq ir kuriq nera veikliajame MAT loklse (Lr. 3.36 pav.). Kasetinis perjungimasnera unikalus rei5kinvs.Pana5iaiperjungiami Tiypanosotnavsg (variabiliojo pavirSinioglikoproteino) genai. Manoma, kad tokiu pat bfidu valdomi homotaliniq samanr] ir dumbliq poravimosi tipai. Inversija kaip Salmonelln faziq kaitos prieZastis. Salmonella ir Escheichia juda ZiuZeliais.DidZiqj4 ju ZiuZelio dali sudaro balrymai

flagelinai (apie 50 kDa). Jie yra pagrindiniai pavirSiniai5iq bakterijq antigenai. Tik E. coli turi vienq flagelin4, o S. t,vphimuium du, Lymimus H, ir H.. Dar 1956 m. Lederbergas(J. Lederberg)ir Ino (T Iino) aptiko idomq reiSkinj. Yra dvieju tipq to paties S. typhimuturru kamieno l4steles:vienos turi flagelin4H,, kitos - H.. Ir vienos, ir kitos l4ste16svienodai turi genus, kocluojandiusabu flagelinus. Be to, paai5kejo, kad nors ir retokai (10 r-10 5 daZniu/l l4steliq kartai), bet Hl serologinis tipas gali virsti H2, arba awirk5iiai:

SkirtingosS. tvphinutrilrnzserologinesb[senos vadinamosfazdmis. Vieno serologinio tipo virtimas kitu vadinamasfaziq kaita. S. t,nphimuium nauda i5 faziq kaitos yra panaSi, kaip Trypanosorna ii l,sg genq kaitos, - didesnis pasiprieSinimasimuniniam gyv[nq atsakui i parazit4. Flagelinq genetika ir faziq kaitos reguliacija.Abu flagelinusH, ir H, koduoja skirtingi genai, nutolg vienas nuo kito (3.37 pav.). Svarbu,

rhl

H:

P1

hin

-c=E>

^^_>

<-

d

karta

tl -. n( r cnuJnuklcalc

--ffiru

,. /,1 7.2

\

-:L M--_ailff>-

3.36 par'. Nlieliu sacccromycescerevisiaeporavimosi tipq lokusai HMLa, M4Ta ir HMRa ir jq valdymas: HMLa ir HMRa lokusq vcikl4 slopina sIR genq produktai: jie sa'eikauja su E ir I, vciklls yra tik tie gcnai. kuric yra MAT lokuse: transkribuojamigenai pavaizduoti .\/1,..t , translokacijaatlieka HO cndonukleaze

220

s l o p r n a m aI arba

l. I V I

<.,+

\\'

a-F* |

FlagelinoH2 sintezd vyksta

H,\fr?a

r 1.r ,' tI

a --:--r.

/1

Represorius Rh I

; f,tisgtino r-1l s.lnrezel

Ht

oPz

FlagelinoHlTinteze vyksta

Represoriaus Rhl ir flagelino H2 sintezenevvksta

3.37 pav. Faziq kaita - promotoriaus P, inversija: H1 ir H2 - flagelinai; Hl 1r H2 - flagclinu genai; rhl - reguliacinisgenas, kuris koduoja baltymq-represoriuRhl. Sis baltlmas slopina flagelino gen4 Hl. Jis saveikauja su geno H/ operatoriumi O. Promotorius P, ir genashin yra judriojo genomo clemento viduje, tik 5is elementas ncsikilnoja i5 vienos vietos i kitE, o apsiveriia (inversija) 180'. Genas /r}r koduoja baltymq (DNR invertazg),kuris atlieka elcmcnto i nversija

221

ar bus ak[vus H. genasir Saliaesantisgenasr/r1.kuriskoduojarepresoriq,slopinanti Flr genoveikl4.GenaiH.ir rhl veikiakartu,jq veikla priklausonuo promotoriaus P padeties, Ji gali kisti 180': . \__

Pt ___

I

- H) r r-li1 r'eiklls = Hz fazi H2 ir rhl neveiklfis= H' fazd

Kai rhl genasneveiklus,nesigaminarepresorius,slopinantisFI, gen4,ir Sisveikia. Faziq kaita irgi ncunikalus reiikinys. Panaiiai kaitaliojasi klunrpelts (Parumeciarrr) poravimosi tipai arba antigcnrl gamlba. Antai 2iu2eliu pavirSiujeesaniiq ant i g c n q s i n t e z gk o d u d a n c t 8 b r a n d u o l i o g e n a i . b c r p a s i r e i 5 k i ar i k v i e n a s .K u r i s i S ju. priklauso nuo aplinkos. Ivairhs poveikiai A serotipa eali paversti B serotipu, ir atvirkiiiai: B-+A-+B, bct kai sall'gosnekinta, serotipai rra srabilusir paveldimi per citoplazm4. ldomiausia. matyt, )'ra aukitesniqju augalq faziu kaita. tik kol kas maZai tiriama. Lenglriausiajr1 stcbiti \,esetaty/iniubldu dauginamq augalu. Skirtingo amZiaus arba iSaugc jvairiomis sall'gomisto paties augalo ugliai nikiai skiriasi. Skirtumai iilieka dauginant veqetatv\iniu bldu. bet, matvr, Siq pokviiu prieimtis kita - epigenetind. Kur kas sudctingiau negu Sttlnnnella, vyksta Pnrzurrccilrnserotipu kaita. Dvicjq virusu 1', ir ,!ftr genome invertuojami segmenrai. kaip ir Salntonella. Priklausttmainutt invcrtuojanto segmcnto padeties kiellicnls iiu nurtsaikiujqrirusu u 2 k r c i i a s k i r t i r r c r sl r u k t u r i i t r s .

3.9. Nebranduoliniai (nechromosominiai)genomai. Nebranduolinis paveldimumas Nebranduolinis paveldimumas - daug giniq sukelusi problema, kaip ir genomo epigenetiniaipokydiai. Nepaisanrto, kad prie nebranduolinio paveldimlrmo .,lop5io" XX a. pradZioje buvo tokie zym[s mokslininkai kaip Boveri (T. Boveri), Korensas (C. Correns) ir Bauras (8. Bauer) (pastariejidu atrado plastidZiupaveldimumq),ilgq laikzl nebranduolinispaveldimumas(rei5kin,vs vadinamasjvairiai: nechromosominis, citoplazminis) nebuvo viesai pripaZistamas.Tik po to, kai apie 1950-1955 m. Sonebornas(T M.sonneborn). Bilas (G. H.Beale), atrado ir smulkiai i5tyre lvairius Parantecirunnebranduolinio paveldimumo reiSkinius,tarp jq susijusiussu kapa dalelemis, Michaelis (P.Michaelis) nustate citoplazminiopaveldimumo svarba tolimuosiuoseaugalu hibriduose,Roudsas(M. M.Rhoades) iro-

222

stcrilunraspaveldimasper citoplazmq,Efkr.rkurtlztl dc, kad r_vri5kas imtrmq, pagaliau nerusis (B. Ephrussi) aptiko mitochondriju parelcf r,'ieSai paveldimumas buv() iteisintas. branduolinis Itampa iioje srirrje gali parodl'ti ir toks i'rrklls: net -l moLslininkai i.irinkti Anrerikos nacionalincsmokshl akrdemijos nariais u2 dalbus. susijusiussu nebranc l u o l i n i up e v e l d i m u m u .N c v i e n a i s e n e t i k o ss r i d i r r ir l ; r r n c b u v o s k i r t a t i e k d c m e s i o iioje presti2ineieMokslu akademijoje.

3.9.1. Specifiniai nebranduolinio paveldimumo tyrimo metodai

Nebranduoliniopaveldinrumot1'rimoproblemos.Kla:ikiniamsgenetikos metodamsbutinos to paties g.c-no(pozvmio) alteriratyvos"skirnebranduoliniq polymiu iirai5kas sunku tingos formos. Altr,:rnirt),rrias del keliu prieZasiiu: aptikti 1. Nebranduolinio paveldimumo vienetai daZnai nulemia glvybei svarbiuspo4/mius, pvz., mitochondrija yra kvipavimo centras. ir jeigu lqstele nekvepuoja.ji turi Zlti. 2. Chromosomosc esantysgenai daZniatrsiaiyra pakartoti tik du kartus ir toll'giai pasiskirstQtarp cluktcriniu lusteliu,toddl nesunku iSaiSkintijq genotipa ir fcnotip4. TLo tarpu nebranduoliniopavelclimumo strukturos kartojasi daugvbg kartu. Fvz., l4stelejeplastidZiq vra nuo deiimc'iu iki 5imtu, o mitochondriju gali b[ti ir tfikstandiai. Jeigu viena kita mitochondrija ir pakistq, lastelessar,ybdmstai neturetq ltakos. Pakitusi mitochondrija degraduotq ir jos viet4 uZimtq normalios. 3. Jeigu mutantines plastides (ar mitochondrijos) l4steleje i5gyvens ir pasidaugins.joje ialia mutantiniq plastidZiq(ar mitochondrijq) bus normaliu. Plastidestarp dukteriniq lasteliq pasiskirsto netoll,giai,o mutantines plastidespasiskirstoatsitiktinai, todel labai daZnai dukterinis lastelcs turi ne tik mr.rtantines, bet ir normalias plastides.Konkuruodamos normaliosiosplastides gali daZniau dalytis ir iSstumti mutantines plastides. Tik atsitiktinai gali susidarytilastelessu visomis mutantinemisplastidemis(3.38 pav.). Ir Siuo atr,cju daugialilstis organizmas bus mozaika - margalapis. Tbdel daZnos marcalapiu augalu plastidiiq mutacijos. Nors aukSdiauiSclcstl,tos aplinkybis ir ztpsunkinatirti nebranduolinf paveldirnunrq.bet iiuoiaikiniai molekulines genetikos metodai lcidZia apsieiti he alternatyiu qeno b[senu.

223

Y

Visoms genetinems struktfiroms, ku_ riq genetine medZiaga yra DNR arba RNR, taikomi tie patys nukleomgSdiqtyrimo mctodai. kaip ir branduolio DNR. Toli paZengtajais tiriant ir nebranduolinius genomus. Antai vienas pirmrjq visiikai sekvenuotq buvo Zmogaus mitochondrijq genomas net neZinant, kokius balrymus koduoja kai kurie awirieji (vadinamieji neidentifikuoti) skaifymo remeliai. Tiesa, Zmogausmitochondrijq geno3.38 pav. Atsitiktinis plastidiiq pasiskirstymastarp dukteriniq mas labai nedidukas (tik Siek tiek daul4steliq: giau kaip 16,5 kb, Zr. toliau). n () r m a l i o sp l a s it d e s p a Z rm c t o s Mitochondrijose ir kitose nebranduojuodu, mutantines- pilku skrilinese genetinesestrukt[rose esaniiq getuliukais. Linijomis AB ir CD nr+ alternatlvios formos (aleliai) yra b[pavaizduota citokinezc tinos, norint nustaryti funkcing 5iq genq reikSmg,jq valdymq, rodel klasikiniaigenetindsanalizesmetodai nepraradg savo vertes: ' jais, kaip ir anksdiau,aptinkami nauji nebranduorinio paveldimumo faktai ir rei5kiniai; ' l4stelejenustatomoskonkrediosstruktlros, kurioms budinga genetine autonomija, ir tik aptikus jose DNR (ar RNR) kaip geneting medZiag4,taikomi molekulines genetikos metodai; ' paZintine reikSme: klasikiniq metodq pagrindq visacla sudaro genetiniai rei5kiniai ir desningumai,kuriuos reikia Zinoti. Visais atvejais nebranduoliniq pozymiq paveldejimui yra bldingas nukrypimas nuo tipi5ko tam organizmui pozymio paveldejimo, bndingo branduoliniamsgenams. fvairiems organizmamstaikomi saviti metodai nebranduoliniam paveldimumui nustatyti. Jie pagr!sti Siq organizmq dauginimosi ir lytinio proceso ypatumais. pvz,, klumpeles (Paramecium) lytinis procesas yra konjugacija. Tiumpalaikes konjugacijos metu apsikeidiamatik branduoliais, o ilealaikes - ir citoplazma,todel nebranduolinemisgenetinemisstrukt0romis apsikeidiama tik r,ykstant itgalaikei konjugacijai (3.39 pav.). IS pavelrcejimo ypatumq sprendLiamair apie bakteriiq nebrinduolinio paveldimumo struktlras - plazmides.

224

lh/\i \ /

/;

I r u l r r p ; r l r i l i il , , K 4 7 L o n ju g r c i j r r

ft

\ I

\i r'';d r I

v/ \_/

Il{rlai ki konjugrciir

,/

fl\ i'i'i "\

\

r lf-> rapa F, ' n ' r , " 1 ' erarcrc. \,i/

n

n

tKl ir
50p,6

ffi li.^-..Jj \*'t9 \v

.lutogrrui.ir n

dh /l (f ) F,f''l

v/ \-/ 507o

trumpalaik€ a ir ilgafaikd

5O7o

b Paramecium

konjugacija: rr - apsikeidiamatik mikrobranduoliaisir juose esaniiais genais K ir k; citoplazma n c a p s i k e i i i a m a :k a p a d a l c l i u i S l i k i m a sp r i k l a u s o n u o b r a n d u o l i o g c n o t i p o : c s a n t rerkliam K genui (Kr( arba Kft genotipai) kapa dalelds iilieka, o kk genotipo Parattteciuntkapa dalclcs iinl'ksta: b - apsikeiiiama mikrobranduoliaisir citoplazma :u joje esantiomis kapa daleldmis: iiq iilikimas priklausys nuo K geno (Zr. a) Galima pasinaudoti ir savita kai kuriq mutacijq fenotipinc apraiSka.kaip antiri tirti ts (temperatlrinius) mutantus. Efrusis irodd genetine mitochondriju autonomija pasinaudodamastuo. kad vienalasiianrsgrvbams (tarp jq miclems) bldingi du kviparimo tipai: aerobinis ir anaerobinis.Dil mutacijos sutrikus aerobiniam kvdpavinrui. dar iilieka anacrobinis k"cpavimas. Mieliu Sacclmrontvcesmutacijospetite (pranc. smulkus. maZas) arba gnbo Neuro.sporacra.r.samutacijos polo (angl. skurdus) yra n r t ' d e l i am i itocltondriju g c n o m u it i r t i .

AbipusiaikryZminimaiyra klasikinismetodas.Net Linejus(C. Linne) jrodinejo,kad esminiai.stamblspozymiaiyra paveldimii5 motinos puses,o smulk[si5 tevo.Siq laikqterminologija tai reik5tq,kad stambls poz,vmiai paveldimiper citoplazmE, o smulkls - per branduoli. AukStesniejieukariotai i5 motinos paveldi ir trranduoli, ir citoplazmq,o i5 t6vo - tik trranduoli (arba tevo citoplazmines paveldimumostruktlros suyra).PoZymis, kuri nulemiandiosgenetindsstrukturosyra citoplazmoje,i5 tdvo nepaveldimas, nes 5l pozymi lemianiio geno branduolyjenera.

225

Tuo ir pugristasabipusiukrvzminimq metodas.Vadovaujantisauksiiau iidestyta taisykle,ii karto aiSku.kad visi poZymiai.kuriuos paliktronis pavcldejo i5 tdvo, perduoti per branduoli. o tu pozymir], kurie buvo paveldeti ii motinos, prigimtis neaiSki:jie galejo persiduoti arba pcr branduoli, arba per citoplazma.Kurie poz,vmiaiyra pavcldeti i5 motinos, ir nustatomaabipusiaiskn,Zminimais. Kad b[tu aiSkiau,iSnagrindkimekonkretaus citoplazminio pozymio, bhtent ryriiko citoplazminiosterilumo (VCS) paveldejimq,kai atliekamas abipusis krvZminimas. o JAV Roudsas(M. RhoApie 1930 m. Ukrainojc M. ChadZinovas, adcs) aptiko kukuruzus,kuriems buvo lemtas labai sv:irbusekonominis vaidmuo. Mat Antrojo pasaulinio karo metais JAV gelbejo SSSR maisto produktais. Pasak amerikieciq genetikq. JAV sav'gstuo n6 kiek nesuvarZd.Visa, kas buvo i5veZama,- buvo derliaus priedas. kuri (i Salis gavo i5 heterozds.

Vaisinga

^ -f+

rinrjos l->lii"i'1-1 .l ii

;M n

{hot

;vcs "

Fr

crx

VCS visiaugalaisu steriliomis Sluoteldmis.

Kai motinine linija buvo normali, o tdvinei iinijai buvo bldingas vyriikas sterilumas.F, hibridai visi buvo normal[s: 226

-

\':risinga

'' 'rM /l i

v '1

M. nP, nmfl)"

o^_.h^ [\%

^ ^W'

l^K

')ur'

,S','i. Jl-\l(*,

V-

;:

__\

*'/\i iVA

Heteroz€ - tai hibridind galia, rei5kinys,kai hibridai-heterozigotos lenkia savo sarybdmis,daZniausiaikielrybiniais pozymiais, tdvus-homozigotas. Atrodytq, kukuruzai, tam ir sutverti. Vyri5ki Ziedynai - Sluoteles ir moteriiki - burbuoles auga atskirai. Kad augalasapsivaisintrlgretimos linijos Ziedadulkimis,tereikia paSalinti5luotele,t. y. paprasiiausiai jq nukirpti. O juk reikia gauti s6klos milijonams hektaru. Kiek gi reikia prikarpyti Sluoteliq?Net naudojant specialiusirenginius tai neimanoma ir. svarbiausia.neapsimoka. ISeitis surasta labai paprasta. Panaudotoskukurlzq linijos su \yriikais stcriliaisZiedynais(3.40 par,.).Teko atlikti genetiniustvrimus. nes reikejo surasti genus, kurie atstato normalq vaisingum4. Puikiais Roudso bandymaisbuvo neabejotinaijrodl'ta, kad r,1,1i51ut kukuruzq sterilumaspaveldimasper citoplazma,todel jis pradetasvadinti ryri5kuoju citoplazminiu sterilumu (VCS). Tai irodyta abipusiais kryZminimais.Kai VCS au-ealasbuvo motina. o tevinis augalas- normalus,visi pirmos kartos palikuonys(F,) buvo sterills augalai:

\'('S

\-ClS

tit'irtiii.r;a16-..-.-----\/Vi(atstatlioja)

ifA\ )'nt

{$ .s \ iene'bieji (Panresi':ii)

ffi \i \h\

('vcs ArB) ,A ffi

n\\

S -' @

(CrD) vaisincas Driqub,jr,lirriirnio hihridoburhrr.'lc

[(AxB)r(CtD)l Vaisingas .i..10 par'. Dvigubqjq linijiniq kukur[zr; hibridq gavimas panaudojant vlriSkqji citoplazmini sterilumq: .1. B, C. D i r a i s o sl i n i j o s ; B i r C - V C S : , 4 - l i n i j a , i t v i r t i n a n tV i CS; D-linija' atstatanti vaisinsumq.jos hibridai su VCS yra vaisingi

?N F1

X N

,,

VCS

visi augalainormal[s.

tuo. kad dcrinl'si5 tikrqjq buvo. Pasinaudota Cia ne klaida.Toks kry'Zminimu kartaispasitaikoVCS auqalu.kuriu dulkindseyra (iek tiek gFybingqZicdadulkiq. gcnrl (gcnetiniqstrukturq)raiSkos.Thi fenoncvisi5kos Taip 1'raddl vadinamosios tipinisptrkl,tis.Genotipasdil to nesikciiia.todil nevisiikaraiSkagalimapasinaLrdot i a t l i c k a n tg c n e t i n i u tsv r i m u s .k u r i c f o r m a l i a ia t r o c l y t un e ! n r a n o mTi .h i p b u v o i r iisvk.

227

Ii aukidiau pateiktq abipusiq VCS ir N augalq kryZminimq bltu giilima padaryti iSvad4,kad VCS paveldimasper citoplazmq. Bet tai tik pirmine i5vada.Hibridas (VCSxN) turi pusg chromosomu i5 motinos ir pusg i5 tcvo. VyriSkasissterilumas galejo i5siryst-vti(ir tai irodyta kai kuriuose tolimuosiuosehibriduose) del tevc-rir motinos chromosomrlneatitikimo arba tdvo chromosomq neatitikimo motinos citoplazmai. Bltina paai5kinti vienq hibridq Zymejimo taisyklg. Kai hibridas uZra5omasnurodant jo tdvus, i5 kuriq jis kilgs, tai atliekama skliaustuose,kaip, pvz., (VCSxN). Taip i5 uZra5ymogalima atskirti. kur yra hibridas.o kur jo tdvai. Norint irodyti, kad poz,vnristikrai paveldimasper citoplazmq, reikejo pakeisti visas motinos chromosomastevo chromosomomis,Tai atliekama griitamaisiais kryiminimais. Siuo arveju - kryZminant hibrid4 (VCSxN) su tdvine linija N tol, kol visos motinos chromosomos bus pakeistostevo chromosomomis:i5 pradZiu hibridas turi 1r'2chromosomu iS tdvo, po pirmojo griZtamojo krvZminimo jq 3/,1,po kito jau 718ir t. t. Jeigu ir tada pozymis neiSnyksta,tai jis paveldimasper citoplazm4. Kad bltq itikinamai irodytas citoplazminis VCS paveldejimasir kad po griZtaniujq kryZminimq i5 tikrqjq visos Sios motinos VCS linijos chromosomosbuvo pakeistosvaisingo tevo (N) chromosomomis, RoudsasgriZtamiesiemskryiminimams kaip tev4 naudojo vaising4 linij4 su visomis 10-dia citologiSkaizymetq chromosomq. Su ja kryZmino tol, kol visos motinos normalios chromosomos buvo pakeistos citologiSkaiZymetomistevo chromosomomis,t. y. s$resi nuo normalaus kariotipo chromosomu. Hibrido (VCSxN) pozynris ir po to nei5nyko,vadinasi,jis neabejotinai paveldimas per citoplazmE. Abipusiq hyiminimq skirtumq prieZastys.Ne visuomet abipusiq kryZminimq skirtumai rodo nebranduolini paveldimum4. Skirtumai gali b[ti: . ddl nebranduoliniopaveldimumo, . ,,sankibos"su lytimi (kai genas 1'ra tik X chromosomoje), . motininio efekto (matroklinijos).

Palikuonis turetq bIti lcnotipo. lemianto ,.1 geno, bet vra atvirk5iiai. Jo fenot i p a s a t i t i n k a m o t i n o s f e n o t i p a - p a s i r e i S k cd g e n a s . 2. Cali susidaryti ilgalaikiai motinos branduolio vciklos prclduktai, kurie blnzt sraigiq spirales akn.r'us ir vtlcsniais etapais. T.1i s4lygojapreadaptacija.ParryzdZiui, kryptis priklluso nuo motinos sar,1'biq,net donrinuojantys tc\o genai pasireiSkia vicnli kurta viliau. 3. Gr1nzri motinos organizmo poveikis besiwstaniiam gemalui. Tai bldinga visiems gw'avedZiams.pirmiausia Zinduoliams.Iliustracijai galima patcikti normalaus d1'dZioarkliu krlZminimus su SkotiSkaisponiais (3.41 pav.).

Hibridai,,citoplazma*branduolys". Idealiausiasb0das nebranduoliniam paveldimumuitirti yra gauti hibrid4,,citopiazma+branduolys'' (citoplazma yra vieno organizmo, branduolys- kito). Tai pasiekiama ivairiais budais, net auk5diauapraSytaisgriZtamaisiaiskryZminimais. Vienas i5 bldq yra merogeneze(gr. nteros- dalis + genesis- kilme). Merogenez€- tai bebranduoleskiau5inio dalies apvaisinimas ir gemalo rystymasisi5 Sios dalies. Jlrq eZio kiau5iniusmechani5kaigalima susmulkinti I gabalus,kuriu dalis bus be branduolio. Toks gabalasapvaisinamasspermatozoidu.

Ginrus .i :r'.i

Motininio efekto (matroklinrjos) prieZastysyra kelios: 1. Tcvo branduolio gcnai pirmaisiais raidos etapais buna neveiklus. VeiklIs bttna tik motinrts branduolio gcnai, todcl palikuonio fenotipas (iSvaizda)qali neati-ftrrkimc, tikti jo gcnotipo. k a i t e v a st , r t A . 4 , o m o t i n a c a . P a l i k u o n i og e n o t i p a s . 4 a : x aa 4.4 Aa

228

'l

'-'tt-:'

I mdn.

'r:'

l:' '

-1.-11 par. Nlotininis efektas,Abipusiai poni kr-r'iminimaisu normalaus dydiio arkliais ( r e m i a n t i sF . B . H u t t , 1 9 6 . 1 )

229

Y

7

3.9.2.Eukariotql4steldsorganoidqgenomai 3.9.2.l. illitochondrij4genomas N{itochondrijq genomo apib[dinimas. Genetini mitochondrijq savarankiSkum4.kaip mineta, nustate Efrusis 1949 m., bet intensyviai rnitochondrijq genai pradeti tirti tik 1963 m., kai mitochondrijose aptikta DNR. Jau 1981 m. Zmogaus,mieliu mitochondrijqDNR bur.o visiSkaisekvenuota. Daugumos organizmq mitochondrijq DNR (zymima mtDNR) nrolekules yra Ziedines.bet kai kuriq organizmq ktrahymena, Parurrteciunt.Hvdru mtDNR yra linijinc. Organizmai labai skiriasi mtDNR d1'dZiu:

B{3 . , 1 2p a v . C i t o p l a s t q i r k a r i o p l a s t q g a v i m a s panaudojant citochalazinq B: ,4 - lastele ant objcktinio stiklelio prieS ccntrifuguojant:B - del povcikio citochalazinuB ir centrifugavintosusiclariusii(auqa. kurioje 1,ra l q s t e l e sb r a n d u o l v s :C - i S a u g a .j a i t i s t a n t . nutr[kusi - susidareskarioplastasir citoplastas

. augalq - I E0-l-100 kb, . gntu-mieliLr - l8-108 kb. . stuburiniq - 1 - 5 - 1 8k b , . Zmosaus 1 6 5 6 3 9b p .

ir i5 jo pradeda \,ystytisgemalas.Nors individas nesubrgsta,bet dali poZymiq (anks[vojoje embriogenezeje)galima i5tirti. Branduoliq persodinimas.Thi tobuliausiasbldas hibridui .,citoplazma * branduolys"gauti. Branduoliai persodinamilvairioms amfibijoms. pirmuonims,Zinduoliams,dumbliamsAcetabulaia. Ii Siu organizmq patogu mikromanipuliatoriumipaSalintibranduoli i5 r'ienosr[5ies l4steliq ir i tokias bebranduolesl4stelesperkelti sverima(kitos r[iies) branduoli. Atlikus tokiq operacij4dumbliamsAcetabttlaria,kepurele r,ystesitos ruSies.kurios buvo branduolys(Zr. 1.1 pav.). Citoplastq suliejimas su karioplastais daromas ivairiais tikslais, atliekant ivairius fyrimus, ne tik tiriant nebranduolini paverdimum4. Citoplastai - bebranduoles l4steles, o karioplastai (minilqsteles) turi branduoli ir labai nedaug citoplazmos. Ir vieni, ir kiti gaunami dirbtinai. Paveikus l4steles iS grybo Helminthospoiunt tlenntioitleurz i5skiriama medZiagacitochalazinuB ir po to jas centrifuguojant.branduolys atsiduria citoplazmos iSaugoje,kuri 'is labiau tista, kol pagaliau prie lqstelespagrindo i4 laiko rik siauras stiebelis (3.42pav.). Jam nutrukus, iikusi dalis lieka be branduolio. Surenkamos ne tik bebranduoles I4steles,bet ir karioplastai. cibridai. Citoplastai naudojami cibridams, lastelems (kartais ir organizmams)hibridine citoplazma gauti. Bet kartais gali veikti ilgalaikes RNR, kurios pasigaminalqstelesbranduolvje ir patenka i citoplazm4 dar pricS susidarantcitoplastui.

?rd tik stuburiniq mtDNR dydis maZdaugvienodas. Labai -skiriasiorganizmai ir pagal bendra mitochondrijq genomo szrndar4.Zmogaus ir kitLr stuburiniq mitochondrijq genomas sudaro vienq sankibos grupg. Thi atitinka vienq chromosom4.Thiiau vienoje rnitochondrijoie vra 1-8 mtDNR kopijos, o i5 viso mtDNR kopiju vienai lastelci 1100-8E00.Tnpanosontabrucei turi 20-50 stambiq ir iki 10000smulkiq molekuliq, sudaraniiq sudeting4kompleks4 i5 sunertq Ziedq - kinetoplastq. Daugumosorganizmu mtDNR nesudaro nukleosomu.bet yra jq kompleksai su baln,mais.Be t o . k i c k v i c n r m t D N R m o l c k u l c s p e c i a l i o m i s e k o m i s( D k i l p a ) j u n ciasi su vidine mitochondrijos rnembrana.

Mitochondrijq genai.Mitochondrijqir chloroplastqDNR koduoja tik RNR ir birltymus,reikalingus5iq organoidqveiklai. Tadiaujq nepakanka 5iq genetiniustrukthrqsandaraiir veiklai.Antai ZmogausmtDNR yra 37 genai. Jie koduoja 22 rRNR, 13 polipeptidq subvienetlt,tarp jlf citochromoksidazesI. II ir III subvienetus,ATP-azds6-4 ir 8-q subvienetus. septynisNADHdehidrogenazeskompleksoir citochromo b subvienetus.Thi sudaro tik 5o/r,mitochondrijq reikmiq. Visus kitus balrymus, ir ju subvienetr-rs koduoja branduolio DNR. Sie baltymai sintetinzrmicitoplazminese ribosomoseir perneSamii mitochondrijas.

230

U

--r I

ra-

Augalq. pirmuoniu mitochondrijosepirminis transkriptas (preRNR) redaguojamas.todel ju DNR y"ragenai. koduojanws RNRgidus. Micliu mtDNR yra 5 kartus ilgesnenegu Zmogaus.bet genu joje tiek pat. Kaip tokioje trumputije molekuleje,kaip ZmosausmtDNR, telpa tiek daug genq ir kur eikvojamas mieliq genomas'/ Genetindmitochondrijq genomosandara.Genetiniu atzvilgiuZmogaus nritochondrijq DNR 1'ra labai .,ekonomiika". Tai nebtdinga net branduoliochromosomoms.Nuo visosDNR sintetinasitik viena bendra RNR, turinti tik viena promotoriq. Kitokiq valdynio sekq ndra. Pirminis RNR transkriptassukarpomasi atskirasRNR. Tarpikliai tarp rRNR ir polipeptidus koduojaniiq genrl yra tRNR. Thigi nekoduojaniiq nukleotidq scku ZmogausmtDNR beveik nera. Tilo tarpu daugelio grybq, augalq mitochondrijosedidelg genomo dali sudaro nekoduojandios DNR sekos.Daugiausiatai ilgos AT porq sankauposir trumpos CG saleles.Mieliq mtDNR yra 8 replikonai.o Zmogaus- tik po vienq kiekvienaiDNR grandinei.

Zmogaus mitochondrijq genome pakaitomis koduoja tai viena, tai krta DNR grancline (Lr. 3..13pav.). Dalis geno, koduojandio taigi yra .\TP'azis (cit4 subvienetq.ii dalies uZeina ant kito eeno. translia\'ykstant ir medZiaga gcnctinc sanklotiniq genq. Thupoma sekq, kuNera cijai (polipeptido sintezei ant mRNR ribosomose). pabaigos sigrilrnis'mRXR pa2istaribosomas.Polipeptidosintezds dvi Sio 'alas yra UAA kodonas. tadiau DNR turi tik po vienq i5 panaudojama dalis kodono koclono nukleotidq poras. Kita UAA pati ta metu poliA, kuri prijungiama brestant RNR' Tiansliacijos paZisia ne vienq, o 2-.4 kodonus. Nevienareik5mis kodas infn 22 tors rysrui, kad zmogaus mitochondrijose transliacijai uLtenka 2-5 IRNR. rRNR. mieliu Prisiminkime, ir kad mitochondriju genomo genetinis kodas neuniversalus. per bendrus \Iitochondriju genq sqveika su branduolio genais.Ji r-rksta nc tik atstato kukurie genai. surasti mincta, Kaip genus. produktus. bet ir per raklvmo genai R/ branduolio Tai clominuojantys ,riring,.,*o. normalu VCS aug.lu lurlzu jie RJRf' ar honrozigota butq rieniclai pasireiskia.ar (ansl. r-c|crsron./1't'enilin'1. hctcrozigota R.li1:

Ikonrplekso-\,\DH dcllldrocena/es gcllai ):ii.ii l\ NrillDI:L:o- crto,lttoilr t;lr)r' ! Ok\ldll('i CCttlr

f li{{;L'il:l:l,r;: :"

\ k.rlolr'l.o - -\ fP srrrrr/

zcs lenal 'RM.lenai:.jie rra lr ttrprttlJ j taql pollp(pldus koduojrniiL!Lr genu

r

- tR\R

gcnai

8 , t 9 1( , C

IJA

l{l| ,r{t.

\

I

.: rfrf

VCS linija

"

:t RJR1

vaisingum4 Liniia.atstatanti

Rfrf palikuonys Vaisin-ei

Augalq mitochonclrijoseatrastos plazmidds, kurios gali lemti ,ryrist41 citoplazmini sterilum4. Branduolio genai neleidZia joms isiterpti i mitochondrijq genom4. vcS genetika nera tik kukurlzams bldingas reiskinys. PanaSiai paveldima per 140 i5tirtq augalq rliiq VCS' Mitochondrijos ir paveldimos imogaus ligos. Del mutacijq mtDNR kyla ivairios ldtin€s, degeneracindssmegenq,Sirdiesraumenu ir enclokrininiu liauku ligos. Taip yra todel, kad: . mitochondriios yra energiniai l4steles centrai. ATP sintezds Victa; sutrikus aprr.rpinimuienergija, sutrinka visi lqsteles pro-

3.43 pav. Zmogaus mitochondrijq genomas: i5oreje- gcnai; vicluje- rodvklemisnurodvti saitai,kuriq mutacijossukeliapaveldimas l i g a s .i r k a i k u r i u I R N R g e n a i

cesai: . mtDNR mutacijosyra labai daznOs;Zmogui senstant,jos kaupiasi sontatindsel4steldse. '-1J

:-11

Bet kaip ir kiti somatiniul4steriupokldiai (epigenetiniai, genomo pertvarka).taip ir ntutaci.ios somatineselastclese tik konkretaus l,ra organizmo problcma: palikuonysjq nepaveldi. T h i i a u n u o l a t d a u g t - r is. a r n s n : . p r r c l t r i m ur i g u . . t s i r a n t l a n i i ud c r m t D N R g c n u nrut.ci1L1. Pirm.sios ligos bu','o rcti sindromii. iaip r_cbcrio pa'cltJinia oprine neu_ r o p a t i . j aa r r l i o k l o n i n i c p i l c p s i j z \r '.r a p a ' c r d i n r u r i g u . k u r i a s i u k e r i l r n u t a c i l . sn c t g i I o k i u t . . r . k r r r i r .a n k s t i : r u\ u r n r o . s i r up, r t , r l , , g i j i n c h u r , , : i c j r r n r i f. r r . p . r n r r o , RNR genq muraci.jos.Anrai 2'9 bp igio lc.ucinorRl\R _',RNR,."" .trunrpuiije o.no atkarpclerjetarp 3r"i-r ir -rr7t n p. iu'.t aptikr,rs 'r mutacijos - nukreotidq porq pakaitos, lenriandios3 gana skirririqai lieai:

G e n e t i n ias t s t u m a s .{. Populiacijos: n

B. Lietuviai:

. 324-1bp- A-+G = e n c e f a l o p a r i j a ( e a l v o s s m c g e n r .l i g a ) . p i c n i n e a c i d o z e ( p a r [ g i t c j i m a s ) .p a n a S I si a p o p l c k i i j r lp r i c p u o l i a i : . 32-5{)bp - T-rC n i i r o c h o n d r i n cm i o p a t i j a ( r a u n r c n ui i g a , piinrine,t: . 326{)bp- A+G motrnine miopatija '

327lbp - T-;C

i r k a r d i o m i o p a t i j i f s i r c t i e sr a u m e n s liga): = taip.pat encefalopatija(galr,,gs smL.scltrlIiqa). prcnine aci_

Dc'gcnumutaciju.. sLr s3ii.{,Jl T:;iJI i:l"fi::?,1 :' J,f ;l[- ill,|.l:,u"i ; kinta raumcnu skaidulos.Lcberio par.,cldiira

optine neuropatija vra ivarnos genetines prigimtics Jrl sukclia mutacijds ivairiu nrrDNR gcnu. iu.ie ki.,ctrcrlirNADH dchiclrogenazcsr. 2. 4. -i ar 6 sub,,,ienctus. citochronrtksiclaze s I suLr'icneta.

Del daZnumrDNR muracijususidarodiderd mtDNR ivairov€, polimorfizmas.Siuo reiskiniuremiamasi tiriant zmogausfopuriacijas ir sprendZiant zmogausrDiies e'oriucijosproblemis.konkreiiai ZmogausrasiLlevoliuciia. Mitochondrijosir lT"q.rlr.rasiq evoliucija.Apie genorgenomo evoliucii4.galima sprgsrikeriaisbudais:is DNR 'o-otoi4os (raparumas.), iSreiSkiamos procentais pagarDNR nukreotidq,.ior. ir is evoliucijosperiodovieneto. Evoliucijosperiodo (EpV) _ tai milijonai metq, per .viene!1s kuriuos aminorlgsdiq sudetisbaltyme pasikeidiarvc. MitochondrijqDNR genq EpV labai i.urnpur, 0,2-5_0.5. Jis.deiimtkartutrumpesnis uz hcmogrobino genuEpv. I\,2.,pasinaudojantEPV buvonustaryta, kad dabirtineszlogau, ,ur., kilusios i5 pirmtako.-ryarenusio Afrikoje tik pries 140-rg0t,itstaneirlmeru. Pasinaudodamidideliu mrDNIi porimorfizmu. v. rrei"ril* i. v vitkiene iityrc rietu'iu grupes: zemaiiius ir pieru, r_r,tu .etnines bci vakarq aukstaiiius, pall'ginimui- JAV lietuvius.polimorfizmas

lll

(t1

0,6 0.8 I .0

I i eruviai suomiai italai Izlaelioalabai kinai ir japonai Izraelio2ydai b u i m e n ai r z u l u s a i

I.2

1,4 t.6

I ,8

l

Genetinisatstumas l).-l 0..+ 0.,s (1.6 0,7 0 , 8 0 . 9 1 , 0 1 , 11 . 2 1 , 3 :. ...i '''r'' - -l

-i

aukitaiiiai Zemaiiiai Amerikos l i e t u rr a i .i..1-lpai'. Filogenija pagal mtDNR: .l - lieturiu populiacrjos.11_rinanr su kitomis populiacijomis;B - pagrindiniu erninirl [-retuvossrupiu (pagal \{ Kuiinska, 1997; 1998)

ivertintaspagal DNR restrikciniq(suskaldZius resrriktazemis) frasmentu ilgi. Nors Lietuvabuvo kryZkelejetarp rytq ir vakarq,siaurdsir pietq, bet pagalmtDNR lietuviqpopuliacijahomogeniska (tapati).Ji homogeni5kiausia i5visukaukazoidiniq populiacij q. 2emai6aiyravienodZiausi tarp lietuvi'aQ.4a pav.,,4). o lietuviqpopuliacijaartimiausiasuomiq (.3.4'1 pav.,B). Lawiq ir esrqpopuliacijosnebuvotirtos. Kaip ir buvo galimatiketis,JAV lietuviq mtDNR polimorfizmas didZiausias. 3.9,2.2.Plastidii4fthloroplastegenomas Plastidziupa'eldimum4 1908 m. iSaiSkinoBauerisir Korensas. plasticles tirdami margalapiuaugalupaveldejim4. gebareduplikuotis. Kaip ir mitochondrijose, jose yra DNR. fvairiosplastidZiqmutacijos lengviauaptinkamosnegu mitochondrijumutacijos.Mat jos daLnai susijusiossu pigmentqsintezdspokyiiais,todel lengvainustatomos pagal fenotipa.Be to. jos daZnesnes, nes lEstelejeplastidZiqdaug maziaunegumitochondriiq.todel daZniaususidarolqstelessu qrynai mutantinemis plastidemis (Zr. 3.,15pav.).

234 235 -

Plastidiniopavetd€jimo ypatumai.plastidziqgenqnulemiamipozrymiaiyra paveldimitik ii motininiu augalu.nors rerkareiais iiH 0,29'bdainiu) aukstesniqiq augalqplasrides gali persictuoti ir per spermi*. Chlarnydontonas gametosyra vienodooyczio.bet zigotosevieno genomochloroplastaisuyra.panaiusreiikinl's rykstalr aukites_ niqiq augalqmikrosporose (Ziedadulkese). Taiiau isauginus haploidi-nesubrendusiq nius augalus(su vienu chromosclmq rinkiniu- n) is ziedadulkiq(kai jose ryksta pirmoji mitozd),isaugair Zaliqhaploidu. Kadangi aukstesniqiqar-rgalq rqsrerese prastidziqyru duug ir jos pasiskirstonetolygiai,galimaisskirti3 augilq tlpus: i; su normalio_ mis plastidermis, b) su murantin€mispla.sticlemis ir c; ciurious su normaliomisir mutantinemisplastidemis. Kai cibridasyra motininis augalas,galima tiketis rrijLl fenotipqpalikuonill (3.a5 pav.). PlastidZiq DNR telpa daugiaugenetines informaciios nesu mitoc h o n d r i i qD N R . J i 8 k a r t u si r g e s nuez 2 i n d u o r im q i t o c h o n u r r oj ' xuR , vidutiniSkai:

. auk5tesniqjuaugalq - apie 140 kb; . Zemesniqjqaugalq - apie 200 kb. DNR yra Ziedine.Kiekvienamechloroplasteyra nuo 10 iki50 DNR rnolekuliq. fvairiu augalq chloroplastrlgenomo sandara skirtinger,bet bendraisbruoZaisartima branduolio genomo sandarai.PlastidZiqDNR sekos,tarpikliai,i,ykstapre-RNR vra reguliuojandiosnetranskribuojamos brendimas ir splaisingas.genrl viduje aptikta intronq. Chloroplastq genai. Tipi5ka chloroplastqDNR turi apie 120 genq. Ji koduoja visasautonominei baltymq sintezeib[tinas tRNR ir rRNR, apie -50baltvmq, tarp ju RNR polimerazg ir keletq ribosominiq baltymq. Kaip ir mitochondrijq, chloroplastqDNR pirmiausia nulemia sinteze baltvmu, dalp'aujandiufotosintezejeir feinandiqi plastidesstrukt[r4, svarbiausia,,I frakcijos" baltym4 (arba ribuliozo-1,5-difosfatkarboksilazg).sudaryt4i5 dviejq subvienetq:didZiojo ir maZojo. Thi ypad svarbusaugalq balrymas.Jis sudaro apie 40% visq augalo balr,vmqir vra pagrindinisfotosintezesfermentas(jo funkcija fiksuoti COr). Chloroplastu DNR koduoja Sio fermento didZiojo subvienetopolipeptiding grandine. MaZasis subvienetaskoduojamas branduolyje. Vadinasi, ir dalis plastidZiubaltymq yra paveldima per branduoll. genetindsbakterijq struktliros, 3.9.3.Plazmidds- nechromosominds jq ivairovd.Plazmid€skaip vektoriaigenq inZinerijoje Plazmidiiq 1'ra aptinkama ir eukariotq (mieliu. augalq ir kt.) lastelese.Antai, kaip mineta, plazmideslemia augalq vaisingum4- VCS (ryri5kq;i citoplazministerilumq).Kai kurios eukerriotqgenetindsstrukt[ros balansuoja ant ribos tarp privalomq genetiniq strukttrq ir parazitizmo (Zr. 3.8.4), Iki Siol nera vieningo poZi[rio i plazmidiiu prigimti. Dvi kra5tutindsnuomones lra tokios: . plazmide yra parazitine DNR ar bent molekulinis simbiontasl . plazmide yra papildoma bakterijq chromosoma,daugiachromosominiogenomo uZuomazga.

-i.4,5 pav. Plastidiiq

ZJO

poZymiq (lapq spalvos) paveldejimas

Su parazitinemisinfekcinemisstruktfiromisplazmidessieja tai, kad jos gali pereiti i5 vienq lqsteliqi kitas ir, kaip nuosaikiejivirusai, bfrti dvejoposb[kl6s: aaa

/.J

I

Y

. aut0nominds; ' integruotos, plazmidds, i chromosoma. isijungusios kuriosgeba j chromosom4, isiterpti vadinamos episomomis. Bendrosiosprazmidziqsarybdsir tipai. Tipiniu

atveju lastere vr.at0-20to paiies tipopiazmiiziu. nuffir *t r"'o*:;JHffi: sudaro bakterijos pr"rirrait.'r"o*""ir":"i; chromosomos. 1.1jl1]:_o'l9Z

-.\

,"1:::t,1,:iy, _2 reriym_ |4.0 40rJ irei I ;;* #ii ; 3j : ",:lmikorizes lg: !1igrybuose. " ren jos p.trieri""l.ri rrtadanl::r:'*::-:lr1:" liui jrl brandut>liogenomo.

Plazmiddsyra Ziedinesekstrachromosominds DNR molekules' kurioms bldingas genetinissavarankiskumas: turi DNR replikacijospradziaiir reikaringur g;r.' -;aZniau.integracijai siai turi ir genus,lemianiius kitas l4stelei,uiyU.r. savarankiskaDNR reprikacija,tiksliaujos pradzia.- vrsq aurononriniqgenetiniustrukt[rq ypar]'be pagar iq irr,.n'r.ri, skirstomos i dvi grupes: . maZakopijiniu, . daugirrkopiiiniu. MaZakopijiniqplazmidZiqDNR replikacija yra grieitaisuderinta su bakterijos chromclsomos DNR reprikacija:T .h.on'ornrno, kopija - 1 plazmideskopija. Kitaip yru o'uugiatopr;iniu"pro zmidLiu. Jq kopiiq lasrcleieyru duug, tr i[ oxn ,;ltk-;JU;";ri#;;r; chromosomosDNR replika*cija. PlaznridZiuDNR reprikacija*ksta panaiiai kaip ir bakteriju chromosomos DNR rcplikacija. DNR tvirtinasi prie lastelci membranos..Manoma. kad prisitvirtinimo 'ictu skaic'iusniembran.jc ir nulcmi. tai. kiek bus Iilstcleje prazmid)iu kopiju.

Plazmidiiq pernaSaii 'ienrl bakteriiq i kitas - kita prazmiclzi' ypatybc.

Taiiau ji

,.,.uiro*.,pr"in'iol,or.

Sri"*r!,0i";*l; lllrneakonjugacinemis. tios plazmicles, vadinamos Nesugebandios perciti iS l4stelesi kitq l4stelgplazmideivaclinamos nekonjugacinrimis. Konjugacincsprazmi
3.-16par'. Plazmidds Rl00 genolapis: r/'d operonas (truA-troL) - plazmiddspernaSosgenai.finO, filP - pernaios valdynro senai. .)/.lf - pernaios praclZiosseka. rzpl - DNR replikacijos gcnasi atsparumo genai: lrer - gvlsidabrio jonams. .sr1- sulfonamidui, srr - streptomicinui, cntl c h l r r r a n r f e n i k o l i ut it.' t - t e t r a c i k l i n u ' kr ,t n - k a n a m i c i n u i iI S l , I 5 2 , I S 1 0 - i n s c r c i n c ' s sekos: Tn10. Tn3. Tn.l. Tnl571. Tn903 - transpozonai

valdymo genq. Vieni jq aktl,vina perna54,kiti j4 slopina. Apie pusg r,? genq lemia pilg - ilgq atauga(apie 30 mM), kuria ..uZkabinama" ir priartinama kita bakterija (3.47 pav.). Pilg paSalinus,konjugacija nerl,ksta. T:rda plazmides ii vienos lasteles i kit4 neperne(amos. F veiksnys(taip tradiciSkair.'adinama5i pirmoji atrastabakterijq plazmide) pasizymi neiprasta salybe. Visos l4steles,kurios turi 5i4 plazmidg (vadinanlos F-). turi ir pilg. Kitq konjugaciniq plazntidlit4tra genu sankauposveikla daZniausiai yra slopinama,toddl pile susidaro retai (tik apie 0,192 lasteliq). PernzrSospradiia panaii i plazmides DNR replikzrcijospradli4. Plazmide pirmiausiaprisitvirtinaprie bakterijosvidines membranos. Vicno i3 rrn genq produktas perkerpa vien4 DNR granding. Si vieta vra pcrnaios pradZia ari Z (angl. oigitt of trans.fer).Susidaro linijiSka DNR. kurios r,ienagrandini pcreina i kita baktcnyq.Thigi donorineje

239

3.-17par'. Bakterijq konjugacija: litsteles.sujungtoskonjugaciniotiltelio: pailsa lastele_ Hfr. ii jos ilga iiauga _ pile; apvali l.lstele - F'

lastelejeir recipientindje rastereje yra po vienqprazmides DNR granding. Jos replikuojasi,ir atsistatoZiedineolazmide. Integracijai bakterijoschromosmqbldinga tik episomoms. F veiksnysyr' episoma.plazmides isiterpiaI bakterqoschromosom4 per IS sekas.Tokiaspaiias sekasturi ir bakterijo,.hro*oromii, toddl tarp plazmidesIS ir jai komprementarios bakterijoschromosomos IS susidaroheterodupleksas. - hibridineDNR molekuldsdalis, Heterodupleksas kuriosviena grandineyra i5 vienosDNR molekulds,antra - is kitos DNR molekules.Jis susidarodviem DNR morekuremsjungiantis komplementariomis grandinemis. Heteroduplekso vietojeplazmideisiterpiai bakterijoschrom,somq. Tianspozonai gali isiterptii bakterijoschiomosomq ivairiosevietose. Integruotaplazmidereplikuojasi kariu su bakterijos.h.on'orora. Bakterijomskonjuguojant, tokiaplazmidenepersiduoda recipientinems rqstelems,neskonjugacinis tiltelislabai len.svai nutrfiksta. 240

fsiterpusplazmideii chromosomq,bakterija igyja naujq salybiu, gair bakterijos.ir plazmiddsgenr4veikla. Pavyzdliui,isiterpusi F pakisti li plazmidd bakterijq rekombinacijapadidina Simtuskartq. Del iios prie2astiesbakterijukamienai.kuriuoseF veiksnysyra lsiterpgsibakterijos chromosoma, iymimi Hfr (angl. high freqtrencl of recontbinution). Plazmidei pereinant i5 integruotosbfikles i autonornine,bakterijos eenai gali i ja isiterpti.AutonominejebDklejeSie genai perne5amii5 vienu lasteliqI kitas. Thivyksta ne tik tarp giminingq,bet kartais ir tarp labai tolimq bakterijq. pav,vzdliulli Eschericltiacoli /ac-operonasperneStasj fotosintczg atliekandiasbakterijasRhodopseudomonas sphaerrtitles arba net i mikoplazmq Mycoplasma caprisolium. PlazmidZiq ivairovi pagal koduojamas sarybes. Plazmides skirstomos i grupes ir pagal koduojamus pozymius. Jq genai koduoja ivairiausiasbakterijq sar,ybes.Tik E, Col, R plazmides tarp bakterijq vra labiausiai paplitusios ir geriausiai i5tirtos. F veiksnys - pirmoji bakterijq plazmide, kuriq 1961 m. i5tyre Zakobas (J. Jacob) ir jo bendradarbiai.Tai itin svarbi plazmidd. nes jos genai lemia geneting rekombinacijqir lvtinius tipus. Col plazmidds koduoja pavir5iniusbaltymus kolicinus. Kolicinai tai pavirSiniaitoksinai. kuriais vienos bakterijos naikina kitas tos r[iies bakteriias. Jautrios bakterijos kolicinq negamina arba gamina kitokio tipo kolicinus, bet neturi imuniteto pirmojo tipo kolicinams. R plazmides - labai svarbiosmedicinai ir veterinarijai. Jos s4lygoja atsparum4ivairiems nuodams,tarp jq antibakteriniamsvaistams antibiotikams. Ypat pavojineos yra tos infekcines bakterijos, kuriq plazmides lemia atsparuma i5 karto keletui veiksniq, kaip plazmidd R 100 (ir. 3.46 pav.). Daugelis R plazmidZiq yra konjugacines.Dcl iios prieZastiesatsparumo antibiotikams ir kitiems vaistams genai labai greitai paplinta bakterijq populiacijose.Atsparumo genai pernciami net kitq gendiq bakterijoms. Bakterijos, mafyt, noriai dalijasi atsparumo genais,o plazmidiiu genomo sandarapritaikyta Siam keitirnuisi. DaZnai visi atsparumo toksinams, nepalankiemsveiksniams genai sutelkti I bendr4 lokus4 - r-determinant4. Pagal sandar4 r-determinantas yra transpozonas. Didejantis bakterijq atsparumasdai.naivartojamiemsantibiotikams )'ra atsakasi nesaiking4ir netinkama antibakteriniq vaistq ir sterilin i m o p r i e m o n i qv a r t o j i m a . Plazmides,kuriq genomeyra DNR reparacijos genai. Jos irgi didina atsparum4,bet tik genotoksiSkiems, sukeliantiemsDNR paZaidas

241

vciksniams- jonizuojantiemsir ultravioletiniams genotokspinduliams, si5komscheminims medZiagoms. gimdymo Thi operaciniq. namu r1'k5ti. Tirkiusgenusturi plazmidesR46. R205.pKM101. Antai plazmideje p K M l t ) 1 _ y r a g e n a s - h o m o l o g a sb a k t e r i j u c h r o m o s o m o sg e n a m s umtrDC.Sie genaipadidinaatsparum4ivairiemsmutagcni5kiems veiksniams,bet lemia mutagcni5k4- su klaidomisDNR reparacija. Ent plazmides irgi svarbiosmedicinoje. Jq genai koduoja enterotoksinq sintezg.Gali sukelti keliautoju diareja (viduriavim4) ir kelet4 dizenterijostipq. Daugelis enterotoksinuskoduojandiq plazmidZiukoduoja ir pilg, kuria E. coli wirtinasi prie plonosios Zarnos epitelio, todel ir susergama.PaprastaiE. coli g) /ena storosioseZarnose. Hly plazmidds koduda sintezeveiksniq, sukeliandiqeritrocitq irim4 (hemolizq:). PatogeniniqplazmiclZiqgenai koduoja sintezgntedZiagq,nuodingq Seirnininkoorganizmui. kuri uZkreiia bakterijos, paryzdZiui.fitopatogeniniq bakterijq plazmides- agrocinq,stafilokokai- stafilocinu ir kt. Kriptinds plazmidds (gr. kryptos- slaptas)i5 tikrqlq paslaptingos. Jos ncsuteikia bakterijai kokiu nors fenotipi5kai apdiuopiamq saq/biq, yra smulkios ir nekonjugacines.Jq reikime kol kas neaiiki. Kai kuriq plazmidZiu koduojami pozymiai turi Dkines reikSmes. Antai Psclrdontonasyra plazmidZiq su biodegradacijosgenais. Lqsteles, kuricls turi tokias plazmides,skaido kampar4, toluen4, naftalen4 ir kitus organinius junginius. Kai kurios dirvoZemio bakterijos gali isisavinti atmosferos azotq. Tai irgi gali nulemti plazmides. Dirbtinds plazmidds - vektoriai. Tai labai svarbi ir veiksminqa plazmidZiq panaudojimo sritis.

vimo vieta. Cia istatomasvetimojiDNR, kuri turi tokius pat lip_ nius galus.kaip ir restriktazes perkirptaplazmide(kerpamata pa_ iia restriktaze).Kad vektoriusbttq talpesnis,i5 plazmidespa5alinamos visos nereikalingossekos. Thip sukonstruotair viena ,,klasi5kiausiq" dirbtiniq E. coli plazmidZiu- vektoriuspBR322.Si plazmiderik 4363 bp. L4stele,gavusi Sia plazmidg,iS karto yra atspari dviem antibiotikams:ampicilinui (.ampn)ir tetraciklinui(rerR).Tai selektyv[s(tinkami arrankai) zymekliai.Sios plazmidesnaudojimogalimybesklonuoti DNR labai dideles,nes pBR322 plazmiddturi labai daug skirtingq restriktaziqkirpimo vietq (Zr. 3.48 pav.). Atitinkama restriktazeperkirpta plazmidetampa linijine su lipniaisgalais.Susijungus Siemsgalams,vel atsistatoZiedineDNR. Prie5 fn-tlpSCI t)l EcoF I

cla I EcoRv I Aatlll I Hrndlll / l:l/

Nhel

Tn-i p,\lB I

Vektoriai (lot. vector - veZ4s,ne54s),arba klonavimo vektoriai, - struktfiros, kuriose laikoma lterpta klonuota svetima DNR. Thi atliekama dviem tikslais: saugoti ir dauginti klonuot4 DNR.

8sm I 'Stv I Ava-I

Vektoriams konstruoti daZniausiainaudojamosplazmides.Kaip konstrucljarnosplazmides - dirbtines mieliq chromosomos (YAC), gana smulkiai buvo nagrinejama (Lr. p. 173). Pana5iu bfidu konstrrrcrjamiir vektoriai - dirbtinds plazmidds. Jos bDtinai ruri ori, be kurio plazmide negaletq savaranki5kai replikuotis. Joie blna zyrnekliniaigcnai, pagal kuriuos nustatomostos lqsteles.kurios igijo 5i4 dirbtine plazmidg. BItinai turi buti nukleotidu sekos, kurias kerpa Zinomos restriktazes.Rcstriktaziq kirpimo sekos yra klona-

A l l l t N d " t ]l m r t r r -i.-1llpav. Dirbtin€ klonavimo plazmid6 pBR322: ji sukonstruota iS 3-jq daliu: on (rcplikacijospradZiosseka) i5 plazmiddspMBl; /c/ (atsparumo tetraciklinui) genas ii plazmides pSC10l; amp (atsparumo ampicilinui) genas i5 transpozono Tn3; parodyti unikalls restrikcijos saitai

)1",

-

/

^^a

t6'

I

L

/+J

tai prie linijines DNR galo irgi lipniu galu gali prisijungti svetima, klonuojamoji DNR. Susijunguslipniems salams. Ziedineserekombinantindse plazmidise bfina ijungti ivairls svetimos DNR fragmentai. Pasitaiko ir nerekombinavusiqplazmidZiq.Atliekama jq atranka. Kai klonuojamoji DNR iterpiama i kuri nors zymeklini gen4, lastel6 tampa jautri vienam iS dviejq antibiotiku. Taip atrenkamos visos rekombinantinds plazmides,paskui pagal atitinkamq genq veiklos produktus ie5koma plazmidlirtr, i kurias klonuoti reikiami genai. Daugiakopijinds plazmidds naudojamos kaip vektoriai konkreiiq produktq/medZiagqsuperproducentamssukurti. Kiekviena plazmide l4steleje- klonuoto geno kopija. Kuo daugiau plazmidZiq, tuo daugiau klonuoto geno koptj,t, tuo daugiau bus gaminama pageidaujamo produkto. Netgi specialiai stengiamasipadidinti daugiakopijiniu plazmid2iq skaiiiq. Augalq v€Zi sukeliandiosTi ir Ri plazmidds. Sios plazmides nustebino ir visko madiusius,prie jvairiq netiketumq pripratusius genetikus. Jos atlieka natlralia genq tnZinerija.Be to, genai perkeliamiklonuojami netiketa kryptimi - j dviskildiq augalq genoma. Augalq veZi sukeliandiosTi ir Ri plazmides turi DNR sriti, kuri i5 plazmides perkeliama i augalo l4stelds genom4 ir pastarqfi perWarko. Tai ypatingas genomo perfvarkos bfidas. Siq plazmidZiq aptikta Agrobacterirrrlgentyje: . Ti plazmid€ (angl. tuttnr irtducirtg)iiAgrobacteriuntntmefaciens. Ji turi T sriti, kurioje yra genai,inicijuojantysaugalq viZi (galus), ir genai, kurie koduoja neiprastq aminorfig5ti - arginino darinl. Pagal 5i4 aminorrlg5tiTi plazmiddsskirstomos: a) nopalino - T sritlje vra genas rros. kuris koduoja nopalinq [N:-(1.3-dikarboksilpropil)-L-argininzll, b) oktopino - T sritlje yra genas ocs, kuris koduoja oktopinq [N]-(D-1-karboks i l c t i l ) - L - a r g i n i n q li,r k t . Atrandami vis nauji jvairiu aminorlgidiq (arginino. clrnirino. histidino ir kt.,1 dariniai. kr-rrievadinami opinais.

Ri plazmidd (angl. root inducing) i5 kitos ruSies - Agrobacteium rhizogenes.Del Ri plazmidZiq augalams iSauga ,,barzdotos" Saknys(Saknq kuok5tas) arba ant Saknq atsiranda gaiai. Pana5iaikaip ir Ti plazmidd, turi DNR sriti. kuri pereina iS 1AA Laa

bakterijosplazmiddsj augalogenomE.Si sritis turi kitokius genusir koduoja kitus opinus. Abiejq tipq plazmidZiqgenetika bendrais bruoZaisyra artima. UZ T srities ribq vra (r qenai rrr (angl. r'intlettce- nuodingumas,plktis, tulZingumas),kurie lemia T s r i t i e sl t e r p i m 4 i a u g a l og e n o m a .J q v e i k l 4 s u k e l i af e n o l i n i a ij u n g i n i a i . S i e j u n g i n i a i susidaro ausalo Zaizdose.Tni vadinamieji Zaizdq hormonai. Tad Agrctbacteium puola tik paZeistusausiilus. Opinai reikalingi paiiai bakterijai.

Ti ir Ri plazmidds - tiesiog gamtos dovana augalq genetikams:

' pati plazmideljungia dali savogenetinesmedZiagos, T sriti, i eukariotqgeaugalogenomq(tai vienasunkiausiqauk5tesniqjq nrl inZinerijosproblemq); . genai,kurie lemia T sritiesisiterpimq,ir genai,kurie inicijuoja pastaruosius, vezysnesi'u1'saugalqvdLi, yra atskirai.PaSalinus to. Vietoj Siq genq T srityje galima istatyti genq inZinerijai genus/nukleotidq pageidaujamus sekas. klonuojamuosius Ti ir Ri plazmidZiqT sritis augalqgenq inZinerijaiyra unikalus.nat[ralusvektorius. simbiozdar natlralls lqsteldskomponentai? 3.9.4.Parazitizmas, Jau plazmidZiq sarybes verdia susim4styti apie jq prigimtj, nes savo ypatvbdmis plazmides labai pana5iosi nuosaikiuosiusvirusus profagus. Simbioz6 yra daZnasrei5kinys.Kartais l4steleskomponentq simbioze neabejotina. Antai amebq Pelomyxapalttstris citoplazmoje randama bakterijq, apie kurias susidaro speciali skiriamoji membrana. Partrnteciuniir kitq infuzoriju l4stelesepasitaiko dumbliq (Zoochlorella ir kt.). Kaip ir pridera, dumbliai rykdo fotosintezg ir aprflpina infuzorijas organine medZiaga.Taiiau Paramec'iunrbe dumbliq gali apsieiti, jeigu yra pakankamai bakteriju masds.Netekusios dumbliq, Parartrcciunrvel lenqvai uZkretiamos (jeigu iia tinka Sis Zodis) C/z/orellu. Ameba Pelomyxapaltrstris neturi mitochondrijq. Jas atstoja simbiontines bakterijos. Thiei santvkiai su endosimbiontu gali bfiti labai intl'mls. Kaip ir pastaruoju atvcju endosimbiontasyra tapgs butina amebos dalimi, be kurios 5i nei5gyventq. 1 . 4<

--

Kartaisendosimbiontais yra lqstelesorganoidai.Antai SliuZams maitinantislapais,i epiteliolqstelespatenkaplastidZiq. kurios ren egzistuojagana ilgzllaika. - nustatyti,kaip paveldimi GenetikquZdavinys ivairts konkretls pozymiai.Bet kaip vertinti tokiq padetj,kai svarbqorganizmuipozymi lemia infekcinesdalelesar endosimbiontai, o ne l4stelesgenomas?Thipyra ir su pavirsiniais roksinais, kuriuossintetinair isskiria Ustilago. I l4stelespavir5iuParamecium,Saccharontyces, Kapa dalel€s.1938m. Sonebornas (T M. Sonneborn) aprikoklumpeles(Pnrameciunt ourelia),iSskirianiias i aplinkakolicinq tipo antibiotik4 paramecinq,kuris uzmuSakitasjautriassiai medZiagaiklumpeles.Pozymispaveldimasper citoplazmojeesandiasdaleles,kurios buvo pavadintoskapa dalelemis.Klumpeliq Pnrameciutnkamienai. kurie i5skiriaSiuosantibiotikus,buvo pavadintikireriais,t. y. zudikais (angl.killer - Zudikas).Kapa daleldsruri DNR. pasireiskialvairios jq mutacijos,tadiaujomis galima uzkrestijautrias paramecinui klumpeles.Kapa daleles(1974m.) buvo pripazintosbakterijomisir pavadintoscaedobactertaeniospiralis. Kiek veliau siosebakterijosekapa daleleseaptiktai virususpanasiqdaleliq.Jos ir sukeliaparamicino sintezg.Zinomi klumpeliq kiteriniai kamienai,kuriuose kapa daleliq nera. Juoseaptinkamatik ! virususpanasiqdareriq(galb[t plazmidZiq). Su infekcinemisstrukturomiskapa ir kitas daleles(gama,liambda, sigma)suartinatai, kad jomis galimauZkristi,bet. pvz.,kapa daleleii5gventi b[tina, kad branduolyjebutu K, S, ar S, genai (priklausomainuo kapa daleliq tipo). Kai mikrobranduoly,je Siq genq nera (yra tik recesyvusis k alelis), nesvarbu,kokiu bDdu lEsteleje atsirastqkapa daleles,ar uZkritus,ar del ilgalaikeskonjugacijos(Zr. parante3.39pav.),- Siosdalelesi5nyks.Tad kapa daleliqisgyvenimq cium citoplazmojelemia branduolio genai. Kileriniai kamienaii5skirtiir is kitu organizmqgrupiq - mieliu (saccharomyces), k[liq (usrilrzgornavdis).Sis iq pozymispersiduoda per pana5ias virusus strukt[ras,turindiasdvigrandgRNR. SiosRNR i replikacijavykstapana5iaikaip DNR replikacija. Endosimbiontaiir lyiiq santykioreguliacija.DrozofirossR. Vienoje i5 vaisindsmuseldsrfiSiq - Drosophilawillistoni buvo aptiktos vien pateliq linijos ir populiacijos.Veliau tokia padetisnustatytair kitosedrozofilosrfiSyse. Kaip ir vcs lin4q augalus,tokiasdrozofilas 246

lpvaisina kitu linijq-populiacijqpatineliai.Taigi glnybingospateles heterozd. vra - hibridai,luri pasireik5ti Sios drozofjloslinijos buvo pavadintosSR (angl. sex rullo). SR ntuseliqlinijosebuvo surastispiralespavidalodariniai.Jie Zudo tik t. y. btsimuosiuspatinelius. tas zigotas.kurios turi Y chromosom4, paZistantys l4stelessu Y chromosoma, Sie dariniai,taip specifiSkai pana5iqi virususdaleliq. spiroplazmose aptikta SR vra spiroplazmos. jos sunaikintizigotassu Y Manoma,kad br"rtent nulentiaSR sav.vbg chromosoma.Mat yra linijq su SR salybe,bet be Siq SR daleliq. Manoma,kad aktyvnsSR lokusai,ddl kuriq Z[va zigotos,turingenq inZinerijosmetodaisgali bfti i5 drozot]los cios Y chromosomE, Thip galima sukurti, kur tai reikalinga, perkelti kitiems g1'r'[nams. vien tik moteriSkoslyties linijas. Nesuderinamumotipai. Thi dar viena savybd,kuri4 gali lemti barjerasyra labai daZnasreiSkinys NesikryZminimo endosimbiontai. lemia branduolio nesuderinamum4 eukariotqgenetikoje.DaZniausiai genai.Bet uodo (Cttlexpipiens)5i sarybepaveldimaper citoplazm4. Nustatytabent Ju citoplazmojeaptikta riketsijutipo endosimbiontas. tipq, kuriuoslemia skirtingiSios 17 skirtingquodo nesuderinamumo riketsijostipai. 3.9.5. Nebranduolinio paveldimumo pasireiSkimobldai. \etradicinds genetinds struktlros (prionai, viroidai, supermatricos) Autonomijos

laipsnis. Visais aukSiiau iSnagrinetais atvejais ne-

branduolinis paveldimumasniekuo nesiskyrdnuo branduolinio: ji s4lygojo paveldimumo medZiaga DNR. Kaip ir virusq, genetine mediiaga gali buti ir RNR. Jq turi mieliu ir klliu Ustilago kileriniai kamienai. Siq genetiniq struktfirl] autonomijE lemia: . jq vieta lqsteldje, . geb€jimas savaranki5kai sintetinti DNR (arba RNR). Pagal 5ia antrqj4 sar,ybgyra pladios ribos, bet nd viena i5 nagrinetu struktlrq ndra visi5kaisavaranki5ka.Vienos Siosstrukt[ros turi ne tik genus,lemiandiusDNR replikacijq,bet ir genus, koduojandius transkripcij4 (ivairiq RNR sintezg), pirminio transkripto (preRNR)

247

brendima ir transliacija(baltyno sintezg).taip pat ir konkreciuspolipeptidus - termentus arba jq subvicnetus.Tokios yra mitochondrijos ir chloroplastai.Be to. 5ie organoidai lqstelejesudaro uZdaras erdves - kompartrnentus.Juos nuo visos kitos lasteldsdalies riboja membranos. Thdiau ir Sios struktlros ndra visiSkaisavaranki5kos.DaZniausiai jos sudarytos i5 balrymq - branduolio genq produktq. Dziugclis kitq genetiniu strukt[rq, kurios apibldinamos kaip savarankiSkos,i5 tikrqju turi tik replikatoriq on. toddl jos tegali inicijuoti savos genetinds medZiagosreplikacijq. Jq DNR (arba RNR) replikacijq atlieka branduolio/chromosomqkoduojami fermentai. Branduolinio ir nebranduolinio paveldimumo sqveika ir integracija. L4stele - labai darni sistema: nei branduolys be citoplazmos. nei citoplazmabe branduolio normaliai veikti negali. Branduolio veiklos produktus panaudoja visos be iSimtiesnebranduolinesgenetines struktlros, kurioms b[dinga reduplikacija,t. y. padvigubejimas.Branduolio genq ltaka nebranduolindmsgenetinemsstrukturoms pasireiSkia labai ivairiai: koduoja suddtinesdalislpolimerus,i5 kuriq sudarytos nebranduolinesstruktfiros; lcmia struktflru, kurios neturi atitinkamq genq, genetinesmedZiagosreplikacija ir veiklq (transkripcij4 ir transliacij4); valdo nebranduoliniq genetiniq strukt[rq genr] veikla, kaip R/ genai - VCSI nuo jq priklauso nebranduoliniq struktfirq, kaip pvz., nuo S, K genu - kapa daleliu i5gp,gnlrn.r. Thiiau rySysyra abipusis.Per mitochondrijq produktq AIP ir chloroplastq lotosintezds produktus veikiamos prakti5kai visos pagrindines branduolio funkcijos.genq ir jq grupiq veikla (Zr. taip pat II, IV ir kt. slq,rius). Genomasvisiikai arba i5 dalies negali normaliai veikti svetimoje citoplazmoje.Tolimqjq hibridq citoplazmosneatitikimasgenome dideja ir gali briti stabilus,toddl Siuorei5kiniugalimapaaiSkintikai kuriuos nebranduoliniopaveldimumoafvejus,net ryriSkqji citoplazmini sterilumz1(pvz.,sukryZminusskirtingasnakviSosrflSis).Kad genomasneatitinka citoplazmos,ypad iSrySkejasuliejant tolimq taksonq somatinesIEStcles.Jis pasirciSkia vieno i5 sulietqgenomqeliminavimu.Antai suliejus Zmogausir pelcs somatineslEsteleselirninuojzrsi Zmogausgenomas, - Ziurkcsgenomas(Zr. p. 413), o Zmogausir Zir.rrkes, Reneris (O. Renner) aptiko grupg ypatingq genu, kuriuos pavadino citoplazmai jautriais genais. 248

Epigenai.Tailabaisaritancbranduoliniqgenetiniqstrukt|trq branduolio.genai' bet grufe. Ii pradZiq iias struktilraskoduoja genetindmisstrukiejusios I citoplazmqjos tampa savarankiSkomis replikuotis,vasavarankiskai tliomis. kai furios j.l gafl sanrykinai dinasi' turi ori' Jas pa; atrado Sonebornas' Tokiasgenetincsstrukt[rasplrmasl! - Saiial' Thip paveldimiklumpeles(Pavadino epilenais (gr. epi tipai ir lqsielespavir5iniqantigenuserotipai ,r,,,rrrri,,,ri1"pur"uit-ori ( 2 r . 3 . 4 9P a v . ) . r'ienusserotipuskeidia kiti' Antai pasikeitussqlygoms, NeitiEpigenaigali lemti laikin4nebranduolinlpaveldimum4' genq' i5 Kilg t;tina buvo tai, kad epigenaisgali blti baltymai' jiegalipasicla rytituuut*tiSttiirveiktikaipdalel6s'sukelian-Sie baltymai vadinami prionais' eios'intetccija. prionq (baltyminiqinfekciniqdaleliq) atradimas.Prignu atradisensacijq'Susidomo istoriiayra ilga ir prasidejonesitikintypatingq nctaZmogausligakuruiruuiut.ioZkqliga,kuriirgineturilietu(skreipi)'Gal tiktq pavadinimas.."nugrandyviiko pavadinimosc:rapie a\Ts ar Ilel sutrikusioskoordinacijossergandios mas,,(angl. scrctpe). lyg jos inirtingai oZkosramstosii medZiusar kitus daiktus'Atrodo' ju vilna' kasytusi.Uel totio ramstymosinusigramdo

B

"lf 'll

paveldd'iimas: 3.-19 par'. Paramecium antigenu (serotipo) (trumpalaikd konjugacija); mikrobranduoliais tik _ neapsikJidiama. 1 kai ciroplazma B - serotipai A' konjugacija); it - .,prit'.iiiama ir citoplazma lilgalaike

249

Atkampiojc Naujosios Gvincjos kalnu rietovejc Forc gcnties Znroncs:ir-{rr ne_ pagvdoma liga. Ja vietiniai vadino kuru. Ligoniams laipsniskaisutrikclavokoordinaciia - vystcsi ataksija ir sunvkdavocentrine nenu sistema.Liea baisdavosi naralr,ZiLrmiir mirtimi. Mire daugiausiamoterys. Tadiau nustatlta. iad lig"a ira riepodai plveldima ii motinos ir tg'o puscs. Manyta. kad tai pa\,\,zclys genLr.kuriu veikla riboja lytis. Motcnl iioje gcntyje susersaiki 50t2. o r,1,,ru tik tflZ liitaitant mala_ mciius berniukus). Vyrai tokiu arr,'ejuyra geno platintojai. Gentljc susidare nenormali padetis pagal lviiu sanb;ki. Vyrai stengisi migruoti i k i t u s r a j o n u s ' B e t k i l o . p a v o j u s .k a d t e n j i e t o l i a u p l i t i n s i i i t i n p a i o j i n g 4 gena. Australijos valdzia. kuriai priklause ii salos dalis, uzdraude Ftre genties zmonems migruoti ir stcngcsi '"-rrussugr4zinti I gcntics uzimama teritorija. iai papiktino net g e n c t i k u s .A n t a i v i e n a s . z y m i a u s i g L l v u l i q g e n c r i k o ss p e c i a l i s t u ' H a t a s( n e . Hutt) k n y g o j e . . G l v u l i ug e n c t i k a ' '( 1 3 6 p s r . 1 9 6 9m . . o r i g . 1 9 6 4m . ) r a s c : . . I d o m u .a r b t t u imamasi tokiq eugcnikos priemoniq, jeigu (o tai visiskai tikerina) .
Kuru buvo vel susidomdta, kai buvo isitikinta,kad labai panaSrs yra Kreitzfeldo-Zakobo(creutzfeldt-Jakob), GersrmanoSrr.irr..io_ Seinkerio(Gerstmann-Streussrer-Scheinker) sindromqpozymiai.Neseniai atrastadar viena prionind liga - mirtina seimlneinsomniia (paveldimanemiga).Kanibarizmusiomisrigomissusirgusiqzmoniq negalimaltarti. Pamatuotaimanoma,kad ji galima uzs*ikresti suval_ gius serganiiqgyvuliqmesos. I5 esmestie patyssmegenllpolrydiaibudingiir galvijqspongifor_ . minei encefalopatijai, ir jau minetai aviq bei oztq Iigal"scrapie. sergantysgyvuliaitapo bandymqobjektaisvisomsspongiforrnindms en(kuru, Kreitzfelcro-zakobo sindroirai jq). irgi tarp :.fll:p1l!oms llrti stai kodel Anglijojenaikinamisusirgggalvijaiir vengiama"pirtti iio, Saliesmesosproduktq.Stebinair is gilios i.nou., aiejusiismintis ir patirtis- nerasytataisykle,savotiskas ,,tabu"- nevalgytikritusiq gyvulirl mesos. Nustatytidu itin svarb[sdalykai: ' uzkratasyra bartymas(o ne DNR ar RNR struktfiros): . galima uZsikr€stivalgant m€sq. UZkrestosbuvo beZdZiones, Ziurkenai,peles.pastariejidu gyvu_ liukai naudojamiprionq tyrimams. 250

A. ZmogausPrP genas ( P H G G G W G QM ) 5l 2 9 V V 1 8 0 I V 2 l 0 l M 2 3 2 R t, \ -/-/' Signalinis\ I --l/ -polipeptffir

-

-

lI

:.

I

f

qt Al l7v Dl78N \ 5l Q2l7R P l 0 2 LP l 0 5 LY t + s t . r uP I q S Sl ) o o k _* _ 2 456789 Kartotine sekaKZS B. Prionu atsiradimas (du spejami b[dai) Normalaus pavidalo

1)

o -

Priono pavidalo

Heterodimeras

Homodimeras

t=-]-l=t-----j'

Normalios formos s4veikasu prionu arDa

2) o ,-.-..-.t.o_-.!

*

^o t.

rrr --!-!:

Kristalind ,,sdkla" 3.50 pav. PrP genas ir prionq atsiradimas: 4 - kartotine seka lemia Kreitzfeldo-Zakobosindrom4. Sergandiojogenome, irykus 5io segmento delecijai. iprading pad€ti negriZtama;B'1 - ddl sqveikos normali forma virsta prionu, iis disocijuoja. kad kitas normalias formas paverstq prionais. B-2 - normalios formos, atsidlrusios Salia prionu, virsta prionais. Kaskart prionq sankaupa dideja. Vis daugiau normaliu formq virsta prionais. Sankaupa auga kaip kristalas (remiantis S. B. Prusiner. 1998; R. B. Wickner et al., 199-5)

PrP genas ir prionq atsiradimas. Nustatytas pradinis genas, del kurio atsiranda spongiformines encefalopatijassukeliantys prionai. Sis genas PrP (angl. pion proteine) koduoja pavirSini l4steles baltym4 glikoprotein4 (apie 28 kDa). Prionas - mutantine 5io baltymo forma. Pav,vkoSio geno mutacijas susieti su mindtais Zmogaus sindromais (3.50 pav., A). Visq auk5diauminetq ligq prieZastis yra alelines to paties PrP geno mutacijos. Antai kartotinds sekos, koduojandios 8 aminorfigStis, mutacija yra Ifueitzfeldo-Zakobo ligos prieZastis.Kiekvien4 Zmogaus lig4 lemia mutacijos ivairiose PrP geno vietose. Mutantiniai baltymai virsta prionais - savaranki5komis infekcindmis dalelemis.

25r

Trys prionq ypatybis yra labai svarbios: ' prionai atsparfls proteazdms,o nclrmalius. nemutantinius prp baltl,musproteazesskaidol ' didZiausi4 pavoiq kclia tai. kad prionrl negalima sunaikinti iprastomissterilizacijospriemondmis,pvz., ultra'ioletiniais spinduliais, kuriems itin jautrios nukleor[gstis turiniios infekcines daleles. r'irusai. Dil sios priezastiesprionai gali islikti ant chirurgi'iq irankiu. nat,raliuose Zmogaus augimo hormono p r c p l l r u t u ( ) s -e r u i s t u o s c . ' mutantiniai PrP geno koduojami baltymai paverdia normalius PrP balt,vmusprionais. Prionq paveldejimas.Infekcijos blclu patekes arba i5 mutantinio PrP baltymo kol kas ne'isiSkaiai5kiu blclu juo tapgs (3.50 pav., B; yra tik hipotezes)prionas sukelia lvg grandinine reakcijq: ( l ) p r i o n a s + n o r m a l u s b a l t v m a s+ 2 p r i o n a i . (2) 2 prionai * 2 normalr-rsbalt_vmai--; -{ prionai. (-3)ir r. t.

Thi irodyta eksperimentais.Sumai(ius normalius prp baltl,mus su prionais, normalls baltyniai virsdavo prionais. Pirminiams prionams irtsirastivien mutacijosprp gene neuZtenka. Klonavus PrP genq bakterijoms.prionai nesusidarydivo.prionams atsirasti reikalingi kazkas tas. kas ncnusratyta ir ka turi eukariotq lqsteles.Mat du prionai uRE3 ir pSI surastimielese.Jie kilg is kitq genq. Pirmasis vra kilgs i5 normalaus geno L,'RE2. kuris koduoja baltyma, skaidanti ureidsukcinata.Si medziagasusidaror.1'kstanturacilo sintezei. Antrasis (PSI) kilgs ii geno .sL/pJj, koduoiindio balwm a . s k a r i n a n t tj r a n s l i a c i j o(sp o l i p e p r i d os i n t e z e s p ) abaigq. Prioninds ligos ir ateriniq ge-nqsqveika. Gali b[ti, kad prionai kur kas daznesninegu manyta. Siuo metu susiclometavisomis ligomis, kurios rystosi laipsniskai.progresuoja.Ta.p potencialiq imogaus ligq, kuriu progresavimasgali bDti sicjamustu p.ionais, yra Alheimerio ir Parkinsonoliqos. Sonind amiotrofine skleroze (paZeidZiamos nugaros ir pailgosiossmegenys),miozitas (raumenr] uZdegimas). Gcnctikus domina visos tos l4stelesstrukturos.kurios dauginasi reduplikacijos b[du, r. y. sugeba padios padvigubcti. Sia sall,gApri_ kiai atitinka ir cenrriolis. centriolds. Labai mislingarasrercssrrukr[ra. Ji b'clinga tik gyv[nu lqstelems.UZima centringpadcti centrosomose. nuo kuriu lastelei

dalijantis nurista ivairiu tipu mikrovamzdeliai.Todel manoma, kad cenrrioles reikalingos i4stelei dalytis, tadiau augalq ir grybq l4steles ccntrioldsneturi, o lastelesnormaliai pasidalija.Del to kartais abejojama centrioliq svarba l4stelemsdalytis. Centrioles sugeba padr,igubeti,nors sudarytoslabai paprastai ii nrikrovamzdeliu.Dev-vniskartus po 3 mikrovamzdelius(3.5I pav., A ir C). Be to, centrioliq padvigubejimassusijqssu l4steliq pasidalijimu. Jos dalijasi prie5 branduolio dalijimosi pradZi4. Si centrioliq sar1,belabai jdomi, Centrioli padvigubejasavotiSkai.Salia senosioscentriolds statmenaijai susidaronauja centriole (3.51 pav., B)' Dukterinds l4stel6spaveldi po vien4 centrosomq su dviem viena kitai statmenomiscentriol€mis.Iki profazdspradZioscentrosomab[na 5alia branduolio. Ten ji ir pasidalija i dvi: centriolds atsiskiria Viena nuo kitos, 5a1iaiq statmenai susidaro po naujq dukterinq centriolg. Padvigubejusioscentrosomosjuda i prie5ingusgalus, inicijuoja mitozes mikrovamzdeliu susidarymq. Kai l4steldspasidalija,dukterindms lqstelemstenka po vien4 centrosom4 su dviem statmenai viena kitai cenrioldmis. Ir vel viskas kartojasi i5 naujo. Centriol€s yra puikus paryzdys, kaip i5 genq produktq baltymr1 gali savarankiSkaisusidaryti sudetingosstrukt[ros, be to. sugebandiosreduplikuotis. .*,f: nr.

-t"

'!^r

"'.r1' :&

.

:t.,..' t*'

,'

$i-,,

,;,".r1'.i1t:i; -

rf.;...i1 . ! ;..

',,!.

\t

',. t:. "$'li -' i: ' ; ' " :"v"

--1 ABC .1.51par. Centriolds ir iq reprodukcija: .i - centrioles S stadijoje, Salia stambesnesmotinininds centrioles yra smulkesne duktcrine centriole: B - centriolesmetiifazeje.i5 motinines (subrendusitls)centriolds r ivairiaspuscs iisidistq nrikrovamzdeliai(1); C - dumblio Nitella centriolesbazalines claliesskcrspj[vis, matlti mikrovamzdcliu, i5 kuriq sudarytoscentriolds. triados (2) (C - ii F. R. Turner. 19b8)

253

Stebinair tai. kad sudetingastruktlra susidaroi5 palygintipapra.stu sudetiniqdaliu- dviejubalrymqtubulinqcr ir B g.u,tuliu.Da. vicnastubulinas(y) ir baltymaspericentrinas yra centriolessupaniio_ je vadinamojojepericentrinejemeciziagoje. Ji irgi yra centrosomos sandarosdalis.Toliaumikrovamzdeliai susidarober,eikautomatiskai, kaitaliojantiscr ir B tubulinugranuldms. Tik neaisku,kas iuneiamik_ r o v a m z t l c l i ui ps l u o i r c l i u sp o 3 . p o t o j j u k o m p l e k s 1 a9x.31. Genetindsmcdziagos (DNR ar RNR) centriole.se aptiktineparl,ko. ,,Lopytosinfuzorijos".Tai dar vienasreiikinys,kuris siejamassu prionais.Pirmuoniu l4stelesiioreje 1'ra iiev€ (korteksas).Jis igyja laikinagenetinisavarankiikuma, nors neturi nei DNR, nei replikiiines RNR. Pirmasistai nustatdSonebornas, bet apie 30 metq reiSkinys buvo pamiritas. Klumpelei(ParanteciL*i) buvo pasalintasZievesgabalasir plysys uZ,lopytas Zievis gabaleliui5 kitos klumpeles.kurios zieveturejo kitoki piesini.Lopas ne tik prigijo, bet ir buvo pa'elclimasnell,tinese kartose.Dar isprldingesni buvo bandymai.atlikti su kita infuzorijatrimiteliu (stentor),kurio zie'es piesinysdar ryikiau skiriasi(sche_ mati5kaiSiebandymaipavaizduoti 3.52pav.). Skirtingainuo prionrlir net centrioliq.infuzoriiqzieveyra ne vieno, o daugeliogenqproduktas. Vadinasi. savarankiSkuma igfa erdvinisbalSiuo atzvirgiudominair membra]ior.n., naujos rymq iisidesrymas. membranossusidaroialia senuiq.Membranoslemia funkcine-erdvine

- 3 . - 5 2p a r . . T r i m i t d l i o ( S t e n t o r l k o r t e k s o transplantacija(schcmatinispavaizdavimas)

254

lqstelessandarq, i5 jq sudary.ta daugelislastelesorganoidrr. Kaip mineta, supermatricos, membraninds struktr.iros (lvairiu tipq endoplazministiklas, GoldZio rinklinis komnleksas.plastidds.mirochondrijosir kt.) gaminasi i5 senrl motininiq struktunJ. rykstant ju reduplikacijai. Ner ros lqsreles struktIros (chloroplastai, mitochrondrijos), kurios turi geneting mediiag4, nepradecla nuo nieko. Auealu chloroplastu sandara siklos gemale 1,ra kitokia. negu funkcionalaus

chloroplastolapo lasteldse,- sudaro proplastides.Thi smulkios (apie I mm ) ivairios formos struktlros, atribotos nuo kitos l4steles dalies dviem membranomis. Bet tai chloroplasto pradmuo. raidos stadijosepradeda formuotis sudetinga O toliau ankst_lvose vidine chloroplastosandara (3.53pav.). fdomu tai. kad susiformavg auk5tesniqjq augalq chloroplastai nesugeba dalytis. Tik Zemesniqjq augalu (samanu)jie dalijasi.Auk5tesniqjqaugalqdalijasitik proplastides. bet i5 nriujo chloroplastai neatsiranda. Pana5iaiir mitochondrijos,kurios dauginasipasidalydamospusiau arba pumpuravimosibldu. Pastaruojuatveju ,,pumpurelio"- promitochondrijos vidine sandarastipriai skiriasi nuo subrendusiosmitochondrijos sandaros,bet tai yra mitochondrijos pradmuo. z-4.. ' (( \.::7

l'h:rrelc; u;/u0ntltiag:t

i

,^-

o<

-i>\

.-\\ '':,...?." 1 - ',' ".

._\=>__::?r,

,-'*=>.. '...:-cB

-*l-

+

,l

+J'/

r /

I

,,.,,,','':.===-F\--

7_:€= '----S

,: l'l )\ 1C5i1ll

\)

r.

-: 'i\=_.==rZ 115135 .ixp 1135i[] 6v.-rpr

( irlL-rri!1riarstirs

3.53 par'. Chloroplasto raida i5 plastidds uZuomazgosir proplastid€s

255

Vadinasi,besidarijaniios lqstelesstruktrlrosiisaugo.perduoda nau_ joms, dukterinims strukrLrr.nlssavobazine.. pradinisandarq.Toks ge_ netindsinformacijosperteikimo bldas ua,inamas sup".mat.iciniu. L4stele _ savaranki5kiausiasupermatrica. Ji irgi ruri sa'o bazing r3rdltq, kuri toliau ruturiojosi ivairiomis kryptimis, bet Virchovo (R. Virchow) lg-5g m. tezes kiekviena l4stele iS l4steles nenuneigeniekas,nors bandvmqb[ta (pvz.,li[dnai pagarsejusi O. Le_ peSinskaja). Kgp:r - ypatinga simbiozesforma. Neprikrausomainuo ro. ar , botanikai laikvs ias atskiru ripu, ar tik krase,- iic organizmai paver_ dimumo atzvirsiu

irin jdomui. ni ir-ulio ir grybolimbior., pro_ duktas'Susidaioorganirmaisu stabiliomisvisiskainaujomissar,ybemis' kuriq ncturi nei grybas,nei dumblis. Net u..n.#"e iq sudetis abieiu..tra-e931u.lq ouiiq, jie sugebasintetinti visi.kai :ll:ft 1ug, nauJasmedZiagas (iq priskaiiiuojama'iii:ooi k;;';;;"mina nei grybas,nei dumblis, pyz,,sintetini kerpiq rugitis.kuriosslopinabak_ teril'a.s, todel naudojamosantibiotikamsgaminti. simbiontqsandaray.o purroui,sivita, nebOdinga ^^_l_lt kitiems or_ pasrovumg.l.^odl_^ ganrzmams. yra kerpiqsistematikal Skiriu,r_,u p..

iusiu(rnunornu, kadjq gatibrti gerokai 1?9_g:l,tu., daugrau- ikii..ipl:..26_0qg 40000).

Taiiau koi kas kerpes geneti.kai nei.tirtos. Mat jos labai l6tai auga' be to, eksperimenti.kai neparyksta gauti kerpes i5 simbioze. _

tomryllnrrl

dumbliuir grybq.

Maryr,SiJorganizmai dar atskleisdaug nau1a. Viena iiandiennelbejotinair akivaizdu. kacrvisumasiuo atvcju nelygii4 sudarandiqkompon.ntq rr-ui. Sistemargy:.^,"r;"s saq/bes,,kuriqneturejo'jqsudaraneior-Ouivr. Kaip roli siekia biologiide -ri"[i"'i"r"."r*i1)'iypi sios tezes.kor kas nera lgenetitoie)

kaipkiers'biskai ivertin...h;i.riizi""ii,

ldje kaip visumoje,

rqste_

3.10. Genomo tyrimo metodai 3.10.1.Genomotyrimo metodaiir chromosomqgenolapiai *? genetikq populiariameZurnale ,,Tiendsin Genetics,,1997m. ,buvo diskutuo.jama,ar reikia moklrti studentus ..skaiiiuoti iki triiu,,. 256

Tilreta omenyje Morsano bendradarbio Startevanto 191-5m. sukurtq metodq genq vietai chromosomojenustatytigenetiniu metodu pagal krosingoverio daZni tarp 3 genu. Kai kuriq diskusijoje pasisakiusiq nuomone, Siuo metu niekas tokiu metodu genq vietos chromosomoje nenustatineja, nes yra labai veiksmingq metodtl, todel kam ,,skaidiuoti iki triju"? Ar i5 tikrqjq nereikia mokytis .,skaidiuotiiki trijq"? Butina. Daugelio klasikiniq genetiniu metodq pamat4 sudaro genetiniai rei5kiniai,be to, patys bendriausi. b[dingi daugeliui ar net visiems organizmams. Antai mindtu Startevantometodu matuojamaskrosingoveriodaZnisir nustatoma genq sankiba.Tiek vienas, tiek kitas rei5kinysbtdingas visiems gyviemspadarams- nuo virusq iki Zmogaus. Visi genai. esantysvienoje chromosomoje,paveldimi kartu sukibQ, t. y. sudaro vien4 sankibos grupg. Jeigu genas pakeidiasavo viet4, t. y. . i5 vienos vietos chromosomojeperneSamas(translokuojamas)i kita, ar i5 vienos nehomologines chromosomos perkeliamas i kit4 nehomologing chromosom4, ar apsikeiiiama fragmentais tarp homologiniq chromosomq vyksta krosingoveris, visais atvejais pakinta sukibusiq genq seka. ir prieinamiauKrosingoverio dainio nustatymas- paprasdiausias sias bldas aukStesniqjqeukariotq genetinei rekombinacijai kielqrbi5kai ivertinti apsikeiciant segmentaistarp homologiniq chromosomq. Pana5usi krosingoveri keitimasis segmentaislyksta visose organizmq grupdse, tarp jq ir virusq (Zr. VIII sk.). Visi Sie reiSkiniai smulkiau nagrinejami B ir C dalyse. Linijiniq genetiniq struktfirq genolapis vaizduojamaslinija. Joje pateikiama papildomu svarbiq Ziniq apie chromosomossandar4:cenchromosomq mutacitromeros vieta, telomeriniai galai, sEsmaukos, jos. Visa chromosoma suskirstomasegmentaisir numeruojama. Thip lengviau nurodyti geno, chromosomq mutaciju, kartotiniq sekq sankaupq ir kt. viet4 chromosomoje. Zlediniq DNR molekuliq genolapis yra Ziedinis. Jame pateikiamos Zinios apie replikacijos pradLi4 @ri), judriuosius genomo elementus, o genetiniq struktDrq, kurios isiterpia i chromosom4 ar perneiamos i5 vienos lasteles i kita. nurodomos ir atitinkamos sekos:

257

gtt, tro ir pan. Su keliq tokiu genetiniu stmktDrU - mitochondriju. plazmidZiugenolapiaisjau buvo proqos susipaZinti. Chromosomu genolapiai - tai grafi5kai pavaizduota chromosomos genetind sandara - genai, jq sekos ir atstumai. Drozofilos genetiniai genolapiai. Morganui pirmajam kilo mintis, kad krosingoverio daZnis yra tiesiog proporcingas atsrumui tarp genq. Tiriant krosingoveritarp gen4A(a) ir B(b). fiksuojama bet kokia kaita tarp Siq genq. nesvarbukurioje chromosomosvietoje tai b[tu irykg. Kuo didesnisatstumastarp genll A(a) ir B(h). tuo didesne krosingoveriotikimybe:

AB

AB

m

arba

ah

XXXX ab

Cia X galimos keitimosi vietos, chiazmai tarp homologiniq chromo-

somu. I5 pradZiq nustatoma sankibos grupd. Visi sukibg genai yra toje padioje chromosomoje. PavyzdZiui,jeigu iSaiikinama. kad drozofilos genas Bar paveldimas.sukibes su genu camatiott. tai iie genai yra toje padioje chromosomoje.Norint konkreiiai nusraryri,kurioje iS .1 drozofilos chromosomu yra genas. kiekvienoje ju turi blti bent po 2-3 gcnetinius z,vrneklius.Paprastai tai dominuojanfvs genai. kuriq p a v e l d c j i m qn e s u n k un u s t a t y t i . Thrkime, kad pirm4 chromosom1 zymi genas l, antrq - B, tredi4 - C, ketvirtq - D. Jeigu tiriamasisgenas E sukibgs su,4, tai jis yra pirmojoje (t. y. X) chromosomojc. Geno vieta chrornosomojeir atstumasnuo kitq genl1nustatomi nuosekliai iStyruskrosingoveriodaZni tarp trijq genq. Par.yzdZiui, jeigu krosingoverio daZnis tarp genll A ir B yra 7.17c, galima teigti, kad atstumastarp Siu genq lygus 7.1olr.Tarkime, kad krosingoverio daZrristarp genu B ir C yra 3,2o/c,. Suprantama,kad genas C yra ariiau geno B nr-gugenasA, bet geno C pacletisyra neaiSki:jis gali b[ti per 3,2o/r:i de5ing arba i kaire nuo taiko B: ?

A

2-58

_4,0 _

C1 _3.2_

?

B _3.2_

C2

Geno C padiiiai A ir B atzvilgiupatikslintitiriamas krosingoverio daZnis tarp A ir C. Jeigu jis lygus 4,09"c.tai genas C yra tarp A ir .8. nes 4.0c/o*3,2cL=1,lVc Galutine genq seka ACB, ir visada atstumai tarp genq krosingorerio vienetais umuoiami:

A-B+B.C+C_D+D-E... Taip sumuojant galima gauti iki keliq Simtq procentq * priklausomai nuo chromosomosilgio. Antai III drozofilos chromosomos ilgis 106,292,ir tiesiogiai nustatyti atstum4 tarp labiausiai nutolusiq Sioje chromosomoje gew4Miru$e (smulkls, trumpesni Sereliai)ir roug' /ioid (Siurk5tokos,nelygiu paviriiumi akys) negalima. Rekombinacijos daZnis 0.01 (skaidiuojant nuo visumos - 1,00), arba lc/c (skaidiuojantnuo 1007o)vadinamascentimorgana. Zymima cM Morgano garbci. Maksimalus atstumastarp tiriamq genq neturi blti didesniskaip 25% (krosingoveriodainis nc didesniskaip 50oZ).nes didesnisatrodytu, l1,ggenai butu nesukibg- skirtingose.nehomologindsechromosomose. Krosingoveris tiriamas tarp gana artimu, nenutolusitl genq. Bendras jo procentasbeveik atitinka atskiros chromosomosilgi. Ilgiausiq drozofilos II ir III chromosomq ilgis krosingoveriovienetais atitinkatuo tarpu mazyteje IV chromosomoje visi mai yra 107,0 ir 106.2c/c. genai susitelkg vienoje vietoje nc vien del to, kad 5i chromosoma mala, bet ir todel. kad joje krosingoverisner,yksta(jai b[dinga vadinamoji achiazmind mejoz6. {vairiu organizmq rekombinacija gali rykti skirtingai, tai ir jq genolapiai sudaromi ivairiais bldais, priklausaniizrisnuo rekombinacijos budo. Antai bakterijq chromosomos genolapis sudaromas pagal laik4, pcr kuri ivairDs genai pereina konjugaciniu tilteliu (Zr. 8.2 pav.) i5 vienos l4stelesi kit4. Nustatant genu viet4 Siuo met o d u . a t s t u m a st a r p g c n u m a t u o j a m a sl a i k o r i e n e t a i s- m i n u t d m i s ir sekundcmis (Zr. p. 5a1). Be to, bakterijq yra keli rekombinacijos bldai: transformacijos,transdukcijos,seksdukcijos.Ir 5iais, skirtingais budais sudaromi genolapiai. Drozofilos genolapiai irgi buvo sudaryti skirtingaisbudais.

259

3.54 par. Zmogaus l-osios chromosomos genetinis ir fizinis genolapiai: Kaircjc: l-oji chromosoma - difer e n c i n i s d a Z v m a s ,d e S i n e j e- 5 o n u o s e g e n e t i n i a i ,r i d u n j e - f i z i n i s g e n o l a p i a i .c M - c e n t i m o r g a n o s l del nevienodokrosingoveriodaZnio moters (daZnesnis)- \\,ro (rctesn i s ) g c n c t i n i qg e n o l a p i ua t s t u m a i skirtingi

--_=--

Dls12 ---

13

ti ,t2

DlS14_

2 50:-_-\\-

1'l

\-\.L -

-

o1src-G-

t5O

91911----/,//= rsHB/NereJ//r DlS13 DlZ5

,/,/lE

2m 23

u 250

4 31 - - - L

_--

400_*-zJ-

! 42

a

J--

/---

cR1/CRz/DAF 01s70_

Daai'i

D1 D1

D'ts74_.J// D1SS ---Jl/

D1s'tozJl

IJ 5 0l -450

/,/r f-

01S08 D 1 S 6--J E-

'l I

I

cq -/

1-ojichromosoma moters molekuliniai 2ymekliai D

260

300 d

Citologiniai genolapiai. Reikejo sudaryti drozofilos genolapius kitais bldais, ne tik pagal krosingoverio daZni. Mat jo daZnispriklauso nuo ivairiU genomo sandaros ypatybiq (centromeros,chromosomq mutaciju), fiziologiniq-genetiniq (rekombinacijos genu mutacijq.senejimo. lyties) ir aplinkos (metalq jonq kiekio, temperaturos) veiksniq. Drozofilos patineliuose krosingoverisapskritai ne\yksta. Zmogaus, kaip ir peliq, daugelyje chronlosomos segmentq(bet ne visuos e! ) k r o s i n g o v e r i o d a Z n i s moteri5koje lytyje yra didesnis negu lyri5koje. Rekombinacija 2mogausovocituose v,vkstabeveik dvigubai daZniau negu spermatocituose. Todel motenl chromosomq genolapiai.sudarytikrosingoverio metodu, yra apie 40Vo ilgesni, atstumai tarp genq didesni (3.54 pav.). Antai

ABO kraujo grupiq genasyra sukibgssu nagq-girnelessindromo genu.Moterq kariotipeatstumastarp Siq lokusqnustatomas14cM, r.vrqkariotipe- tik 8 cM. Labai palankiaibuvo ivertintasrusq kilmesgenetikoDobZanskio (Th. Dobzhans$).dirbusiotuo metu Morganolaboratorijoje, 1928m. b[das sudaryticitologiniuschromosomqgenolapius. Pritaikysurastas mutacijos- translokacijos. Buvo tiriamosdrozofilos, tos chromosomrl i5 vienoschromosomos segmentas kuriq kariotipechromosomos buvo (translokuotas) perkeltas Del trani kitq nehomologing chromosomq. slokacijususidaronaujossankibosgrupds,kurios nustatomostiriant genq sankib4analizuojaniiaisiais kryZminimais (heterozigotakryZminama su recesyviqja homozigotinelinija, Lr. p. 592).AnalizuojandiaisiaiskryZminimais tiriamasir krosingoverio daZnis. CitologiSkaiaptinkamastranslokuotassegmentas,iSmatuojamas jo ilgis. I5 genq sankibosanalizdsai5kts ir genai,kurie buvo perkelti su Siuo segmentu.Siuo metu translokacijos ir vertinamosdel atsiradusiqnaujq sukibusiqgenq deriniq, kaupiamosjq kolekcijos Qr. p. a3l. Delecijq metodas.Chromosomomskartografuoti dalniau naudojamas kitas chromosomqmutacijqtipas- delecijos.Be to, BridZesas (C. B.Bridges)ir Painteris(T. S.Painter)chromosomqmutacijoms aptikti pasinaudojodrozofilospoliteninemischromosomomis, kuriose lengvaiaptinkamosir labai maZosdelecijos. Kaip jau ne kart4 mineta,delecijosaptinkamosgenetiniaisir citogenetiniais metodais.Jas,kaip ir kitas chromosomqmutacijas,galima sukelti jonizuojandiais spinduliais.ApSvitinamihibridai, kuriq yra dominuojantys, vienoje homologinejechromosomoje o kitoje genai.Normaliaifenotipeturetq pasireikSti dominuojantyrecesyvieji sis genas.Tadiau,kai iryksta delecijasegmento,kuriame yra domigenas nera stelbiamasir pasirei5kia nuojanflsisgenas,recesp'usis(yra hemizigotineje b[kleje). Zemiau pavaizduotuaweju hemizigotineje blkleje -vrab genas:

B A

B

C----|

___,

a

b

cA

AC ,_=________., a(.Qc

pozymiais.Jie tiriami Todel ir ieikoma individqsu recesyviaisiais jq toliau mejoze,chromosomq konjugacija. 261

Jeigu recesyvusisgenas pasirei5ketikrai del delecijos,- mejozes kai homologindschromosomoskonjugavusios, zigotenoje-pachitenoje, nepakitusioje chromosomoje matoma kilpa:

,:J r-?7 Tr= ;r\,1 l] u Jr

Pagal fenotip4 nustatomas genas, o pagal kilp4 - Sio geno vieta chromosomoje. Drozofilos homologinis chromosomos konjuguoja ir somatinese l4stelese.Tai budinga ir seiliq liaukq lqsteldms,kuriose yra labai stambiospolitenindschromosomos.Jose matyti ir labai nedideli chromosomq sandaros pokydiai. Palyginusgenetiniq ir citologiniq chromosomq genolapius,paai5kejo, kad genq seka, nustatoma skirtingais metodais, sutampa. Skiriasi tik atstumai tarp genq.

Restrikciniaigenolapiai 3.10.2.Zmogauschromosomqkartografavimas. Zmogaus genq katalogai. Diplomatiniais sumetimaisZmogauskartografuotq genq skaidiusdaZnainenurodomas,nes visada yra pavojus nurodyti netikslius duomenis: Sis skaidiusspardiai keiiiasi, dideja tiesiog dienomis.VadovaujamasiamerikiedioMakjusiko (V.A. McKusick) leidZiamaisgenq katalogais(1994m. buvo jau 1l-oji laida). Siamekataloge registruojamosir paveldimosiosZmogausligos. 1995m. apie 3400 genq buvo kartografuoti autosomose (nelytinise chromosomose),X chromosomoje apie 285 ir Y chromosomos nepseudoautosominejedalyje (holandriniq) - 23. Genq sankibos analizes metodais buvo nustatyta apie 20Vc genq, chromosomu mutacijq tyrimais - tik apie 5Vo genu,vieta, bct i 5i skaidiq ieina tokie svarb[s genai kaip Rb, p']r, kurie yra antionkogenai. ir jrl mutacijos lemia veZi. Apie pusg visq Zmogausgenq kartografuota somatiniq l4stelig hibridizacijos metodu. /.Dl

Somatiniq l4steliq hibridizacijos metodas. Somatineslqsteldssuliejamos apardZiusarba visi5kai suardZiusl4stelesapvalkalell Sendejaus viruso galvuiiu preparatu, fermentais ar polietilenglikoliu (Zr. p. a12). Thdiau suliejustolimq organizmq l4steles,vieno i5 genomq chromosomoseliminuojasi.Thi lyksta tam tikra kryptimi, kurios prie2astis dar reiketq i5tirti. Suliejus Zmogaus ir pel6s lqsteles,eliminuojasi Zmogaus chromosomos, Zmogaus ir iiurkds lqsteles,eliminuojasi Ziurkds chromosomos. Sia sarybe naudojamasi nustatant chromosomq, kurioje yra genas. Bc to, chromosomq eliminacijos krypti galima valdyti: to organizmo, kurio chromosomq eliminacij4 norima sukelti, somatinds 14stclcs ap5vitinamosjonizuojandiaisarba ultravioletiniaisspinduliais.Tada. pvz., ap5vitinuspeles l4steles,eliminuojasi ne Zmogaus,o peles chromosomos. Tyrimams lengviau pasirinkti reikiamq genotipq eksperimentinius srrruliukus, toddl kaupiamos ir saugomosjq genetines kolekcijos. PirmasisZmogausgenas,kurio sankibosgrupe buvo nustatyta tokiu bldu. buvo timidinkinazds. Peliq linija (TK-) nesintetino Sio fermento. LK lqsteleslengva atskirti nuo IK* l4steliq, kurios sintetina timidinkinaze. Peliq, kuriq genotipas buvo IrK-, l4steles neaugo selektyvioje (atranka atliekandioje)terpeje, kurioje buvo trijq medZiagq - hipoksantino,aminopterino ir timidino mi5inys(vadinamoji HAT terpe). Visos IrK- l4steles tokioje terpeje Zudavo. Suliejus ZmogaussomatinesIK* l4stelessu pelds IiK lqstelemis, kaip paprastai, ryko Zmogaus chromosomq eliminacija, tadiau kai kurios peliu l4steliq kultlros augo selekff/ioje HAT terpeje: ,,2--\

+

rqqS_f genSmgl :-.tgo 2 3 savaidrq ZS l7-oji chromosoma i5liko (+17)

,:.

il;1illj3,''"'ffi, S e l e k t ]\ i t e r p i lripoksantinas aminopterirrr.-

-timidinas

t r'F

/

l?\.,,,

.uiJX"'

r'';a\

,rx-L,t I \r' \_ _,,/

L4stele gynrenair dalijasr

Pasirodo,pavienesZmogauschromosomosgali iSlikti. Gaunami vadinamiejiasimetriniaihibridai. /.oJ

Tirigi po chromosomq eliminacijos susidare l4steliq klonat - asimetriniai hibridai, ir HAT terpeje gy,'os liko tik tos lqsteles. kuricrs turdjo l7-qq Zmogaus chromosom4. Vadinasi, TK* genas yra I 7-ojojc chromosomojc. I-1'giaitaip pat buvo sulietos somatincs Zmogaus lasteles. galindios sintctinti (G6PD') su pclds Ci6PD llstclemis. Siuo bandymu gliukozo-6-fosfatdehidrogenazg pasitikrinta. ar tuo metodu teisingai nustatoma genu sankiba. Mat iS anksto buvo Zinoma, kad G6PD* genasyra ZmosausX chromosomojetaigi G6PD- yra ..sukibes" su lirtimi. Vyrai. kuriq lqstelesesintetinantamaZai C6PD. serga liga. r'adinama fabizmu. Ligos pavadinimasrodo. kad tokie 2mones gali apsinuodvti nesunokusiomis pupomis (Vicia .faba). .Iiems pavojinga nct vaikidioti po 4'dindiu pupu lauka. taip pat gali pakcnkti kai kurie vaistai: sulfamidiniai preparatai. barbitlratai. Nesintetinantiems fermento Zmonims visi Sie veiksniai sukelia maZakraujyste. Suliejus ZmogirusG6PD. ir peles G6PD l4steles.gliukozo-6-fosfatdehidrogenazes sintezer,yko tik tose lqsteliu asimetriniq hibridq kult[rose. kuriose buvo i5likusi Zmogaus X chromosoma.

FISH. Molekulinds DNR hibridizacijos ant citologiniq preparatq metodas. Reikia dar kart4 priminti 5i DNR-DNR arba DNR-RNR hibridizacijosmetodq. Pakelustemperat[rE,DNR,,lydosi"- atsiskiria viena nuo kitos DNR grandines,ir jos gali jungtis su homologines DNR komplementariomisgrandinemis-sekomis arba su RNR. Si komplementariai jungiasi su ta grandine ir tik su ta vieta. nuo kurios 5i RNR buvo sintetinta, t. y. kur yra Sios RNR genas. Sujungus DNR-RNR ant citologiniq chromosomq preparatLl in situ (buvimo vietoje), galima nustatyti ne tik chromosomq, bet ir chromosomosvietq, kur yra tiriamasis genas. Siuo metodu genai nustatyti 1972m. Hibridizacijai in sittrnaudota Zymetoji radioaktyviuojuizotopu hemoglobino mRNR. Deja. i5sklrus tai, kad 5i mRNR jungdsi su dviem chromosomomis,visa kita (t. y. kokios i5 tikrqjq yra chromosomos)buvo neteisingainustafvta. Vis delto tai buvo pamatas atsirasti ivairiems DNR hibridizacijos ant citologiniq preparatq metodams,kuriais naudojamasilvairiais tikslais. daZniausiaigeno vietai, sandarai,alelinems mutacijoms nustatyti. Naudojami molekuliniai zondai, bet jie aptinkami ne Zymint radioizotopais,o fluorescenciniaisdaZais,todel metodas buvo pavadintas FISH (angl. fluorescencein situ hvbfidization). (Besidominriems giliau: ivairios 5io metodo variacijos ddstomosJ. Lazutkos ,,Molekulineje citogenetikoje",1998). /-o+

Dar kartq restriktaz6s. Prisiminkime YAC mieliu dirbtiniq chromosomq konstravim4 Qr. p. 173). Ten restriktazis naudotos klonuojamajam DNR segmentuiiterpti ir ZiedingDNR paverstilinijine strukt[ra. Restriktaziq paZinimo vietos yra kiekviename natlraliame arba dirbtiniame (pvz., minetoje plaznrideje pBR 322, ir. 3.48 pav.) vektoriuje. Naudojamasi Siq endonukleaziqsalybe specifi5kaipaZinti ir kirpti DNR trumputdse palindrominese sekose.Pvz., dalnai vartojama restriktazd ii E. coli - EcoRI kerpa DNR taip: kirpimo vieta

I

5'--GA-A-T-T-C--3'

-

- -C-T-T--{-A-GI kirpimas I

5'- - G-

I

puZinimo vieta

.-

t kirpimovicta

-A-A-T-T-C-

- _ C-T_T_A_A_

|

+

lipniis galai kirpimo vietoje

-G- -

Nors restriktazdsyra specifiniai bakterijq fermentai, bet jie vienodai paZlsta ir kerpa tas pacias bet kurio organizmo DNR sekas. Tuo ir naudojamasi klonuojant DNR segmentus,gaunant rekombinacines DNR. DNR karpymas restriktazemis praverte ir kitiems tikslams: . sudarant restrikciniusgenolapiusir panaudojantrestrikcijosvietas kaip molekulinius zymcklius; . tiriant populiacijq ir genu polimorfizm4; o nustatant genetinq asmenstapatybgvadinamuoju pirstq atspaudq metodu: tai svarbu teismo medicinoje; . nustatant asmenis su mutantiniais genais, sqlygojandiaispavelkonsultacijaiir predimas ligas.Tai svarbumedicininei-genetinei natalinei diagnostikai. Restrikciniai genolapiai. Siuo aweju pavadinimas neatitinka esmes. nes chromosomoselinijiSkaikartografuojamine genai, o restriktaziq palinimo vietos. DNR skaidoma ivairiomis restriktazdmis. Pagrindinis uZdavinyssurikiuoti teisingaseka fragmentus,nustatomuselektroforezi5kai. Tai atliekama ivairiais budais. DaZniausiai pirmiausia

265

genolapitl' vienasatvejis'kaip ir restrikciniq sirc)genolapius'Tai dar ne gett*tt' nes kartografuojami D N R s u s k a i d o n r a l s t a m b i u s S e g m e n t u s c l v i e m s k i r t i n g o mrei s r e s t r i k t a - kur tcrmina, g.no'up" neatspindi kaip ir sudarantresukeiiiant klonuoti iraginentai'Veikiama,.panaiiai' ;"*t, paskuigautiejit"gn.ttntuidar kartq.sy\a+omt' o nai. pagaltai' Kfn''1 sekanu-statoma btdu segmentaiuZdengia striktazes.eagattai' k;ii sukarpytitokiu strikcijospaZinimo;tttq tt""t;*' pav')' 3'55 kit4 (yra sanklotiniai' vienaskit4, nustatomajq iisidestymoseka' kurie klonai dcngiauienis zygenolapiuose (apie 500 bp) Zinomos- sekos fiziniuosechromosomu Molekuliniaizymef
Bibliotekos Yra dviejq tiPq: ' genomo arba chromosomq:jose saugtlmi tiesiogiai klonuoti chromosomosfragmentai' . kDNR (arba cDNR) - saugomosDNR kopijos, gautos sintetitranskriptazg)' nant DNR nuo mRNR (nauclojant atvirkStinq Taikonkrcdiosel4steldsearbaaudiniuoseveikianiiq(ekspresuojamq) genq bibliotekos' Kaipirkiekvienojebibliotekojejgenomobibliotekojeturibflti pasinaudoti reikalingu Narka, ka
CDi

B

+

I +

2 3 4 5 6

rri _

+

rr

-

i

I STS seka YAC kaitnwYstes (angl.corrlig) nustal)4nas

CB I I 7 a--.J I -...l

s#

{-

3 . 5 5pav. STS genolaPiosudarymas: bibliotekoje tr-iu liC ffnnu iidestymasscnomo

261

Sukurti pzrna5ilsmctodai RNR ir polipeptidams paZinti. Linkg pajuokauti tyrinetojai metod4 RNR aptikti pavadino Norterno blotingu (angl. rtorthent- Siaurinis.Siaurds,po Southem,iivertus pavardg, reik5tq pietinis, pietq). Atitinkamai .,isisilbavus",imunocheminis metodas polipeptidams aptikti pavadintas Vesterno blotingu (angl. western- vakarietiSkas,vakaru). Pastaruojumetodu polipeptidas aptinkamas labai maiais kiekiais. gali b[ti - net ii pavienes lasteles. DNR sekvenavimas.Nukleotidu sekai nustatyri DNR karpoma restriktaz6mis,ir nukleotidq seka nustatoma 100-200 nukleotidq ilgio vienagrandZiuose fragmentuose.Sekv-enuojant antrqjq DNR granding, patikrinama, ar pirmoji grandine yra sek-enuota teisingai. Siuo metu yra trys pagrindiniai DNR sekvenavimometodai: . Maksamo-Gilbertocheminis metodas, . Sengerio fermentinis, arba dideoksi, metodas, . automatinis metodas.

r

3'_ AACA - GATGTAATC_s' 5'_ TTGT _ 21'm6tasis pradmuo

141516

':

T AG T C G C A G T A C C G T A ATCAGCGTCATGGCAT

R e k o mb i n a n l n i e piazmide

;

i NRseka 1 . T i r i a m o jD _

K OOUOIa

o

I 1 . T i r i a m o s i o sD N R s e k o sk l o n a v i m a lsp l a z m i d q 1 d A - o '1 - o ol.:-P l po -e azel dG-P I

ddGTP

ddATP

ddCTP

ddTTP

,o 2. DNR Zymejimas

3)X",5e,qo "ccc,AF{o

J\e

a

Dl.lR seka

,4

3. Vienagrandissegmentas

a3 O -

G^

- ' " " , - - ' -- "

OY G

o

'

l-'"

cc 1.a

.'-

i:

o

)

o,

4. SpecifiniaitrDkiaikonkretausnukleotido (dia - G) vielose

art(Es9|.q K]

*CTACGCATTAddc

Amerikieditl Maksamo (A. Maxam) ir Gilberto (W. Gilbert) metodu DNR fragmentas specifiSkaikiekvienam nukleotidui suskaidomas cheminiu b[du. Suskaidytq fragmentq galai fiksuojami (y-P3r) ATP, kuri prijungia minetasis fermentas polinukleotidkinaze. Keturiais bDdais suskaidyti fragmentai frakcionuojami elektroforeziSkai. Kiekvienu bldu - atskirai. Zymetieji fragmenrai radioautografuojami ir skaitomi (3.56 pav., de5ine). Sengeriometodas.Anglq mokslininko Sengerio (E Sanger) metodas vra populiaresnis,juo daZniau naudojamasi.Sekvenuojamasis DNR fragmentas suskaidomasI maZesniusfragmentus. Prie klonuotu vienagrandZiqsegmentq 3' galo prijungiamas pradmuo. zvmetas radioaktyviuoju izotopu arba fluorochromu. pvz.:

2 3 4 5 6 7 I910il1213

c) L

*CTACGCATTddA

l I ,l a { i { ,I{ r . -

*CTACGCATddT

,t

.. '6

*CTACGCAddT

-cTAcGddc

i=>

G,.,

,G r 'l 1 ''-"1

''

. ,A . ,.:,, 'G r:6 c

rt tltll l v _v

'*cTACGCddA

<}

v

v T G

*cTACddc *cTAddc *

cT ddA

*

cddT

*

ddc

T G L

2 S p e c i f i n dD N R s i n l e z d st e r m r n a c r l a di d e o k s i n u k l e o t i d a i s

I

rG .G

c T

Ta

G

i i s i n i a si u s p e c i f i n i a i s 5 . K e l u r ir e a k c i n i am fragmentaisir jq elektroforeze

T T

C G

c

I reakcijosmi5ini dedama: +DNR l polimeraze. +dATP, dCTB dlTP, dGTP +nedidcliaiskiekiais(1:4 palygintisu dNTp) po vien4 kuri iS keturiq dideoksinukleozidtrifosfatq: ddATB ddCTB ddTTB ddcTp 268

T c 3. Fragmentqelektroforezeir sekos nustalymas

3.56 pav. Dviejq DNR sekvenavimobfidq palyginintas: kairdje - fermentinis, de5ineje - Maksamo-Gilberto

269

--

I( viso paruoiiami 4 reakciju miiiniai. kuriu kiekvicnameyra po skirtingq cidNTP. DNR I polimeraze prijungia nukleozidtrifosfatus,bet retkariiais pasitaikantisatitinkamasddNTP irgi prijungiamas.Ten. kur jis prijungiamas, tolcsnd antrosictsDNR grandinds sintezd nutrlksta. Susidaro ivairaus ilgio fragmentu mi5invs. kuris tirianlas elektroforezi(kai. Kiekr,ienoreakcijosmiiinio (su ddGTP. arba ddATP. arba ddTTP, arba ddCTP) - atskirai. Po to nuo radioautogramosarba fluorogramos tereikia nuskaitytinukleotidq sekq (3.65 pav., kaire). Automatiniai DNR sekvenatoriaiyra juos gaminaniiq firmq paslaptis. Bazes imimos fluorochromu (-ais), kiekviena bazd:turi savas spalvas.Pvz., Lymint A - Zalia,T - raudona, C - mdlyna. G - juoda. Automatinis analizatoriusuZraSospalvq sugdrimo maksimumus (vir5[nes), o atitinkamakompiuterindiranga analizuojair uZra5onukleotidq sek4. metu DNR sekvenavimas,kaip mineta, tobulija: pvz', Pastaruojr.r elektroforeziikai tiriami dideli DNR fragmentai, o tai labai paspartino totalini Zmogausgenomo sekn-enavimq.

I\: GENTJ VEIKLOS \ALDYMAS. GENV GRUPES i1.1.Operonas. Lac operonas Palvginus ivairias eukariotq somatines l4steles, buvo akivaizdu. kacl jose 1,ra veiklls skirtingi genai. Eukariotq l4steles yra specializuotos. diferencijuotos. DaZnai tai sr.rsijqsu vieno baltymo sinteze. PavyzdZiui.raumens lastelese sintetinasi miozinas, kuris lemia payra hemoglrinding liy lasteliq funkcij4 susitraukti,o eritrocituose lol.inas,del to (ios lastelesperne5aO. ir CO.. Raumens l4stelese jq nira hemoglobino,o eritrocituose miozino, nors kamienines lastelesturi geneting informacij4Siemsbaltymamssintetinti. Eksperimenti5kai paryko i5 l4stelit1.kurios taptll raumens l4steldmis,i5auveiksinti eritrocitus,ir atvirkiciai. KamienindseraumL-nslqsteldseyra Itts vieni genai. o kamieninise eritrocitu lqstelese kiti. thdiau genu veiklos valdymas pradtitas tirti nuo bakterijq. Eukariotq genq veikla valdoma iabai sucletingai.Siu n'rimu pradininkai buvo pranctzq mokslininkai Zakobas (F.Jacob) ir Mono (J. Monod)' Pracliitr didelio pasisekimo nezadejo. Mono susidomdjo Escheri' clia coli prisitaikvmu (aclaptacija)perdirbti laktozg, ivairius galaktoziclus. Paaiskejo.kad fermentq. kurie skaido laktozq i galaktozq ir gliukozg, sintezdqrksta ne vis4 laik4, o tik tada. kai yra induktorius. Juo gali bfti laktozd arba kai kurie kiti galaktozidai' Svarbiausia,kad ir fcrmentq yla ne vienas. I5 pradZiq buvo Zinomi du: p-galaktozidaz6ir p-galaktozidpermeazd' Vdliau 5i4 balt,vmugrupg papilde dar vienas fermentas B-galakbet tai operonui atrasti reikimds neturfio. tozidtransacetilazd, Kiekvien4 baltymq koduoja genas,o kiekvieno geno galima gauti mutacijas,kurios visiskai slopintq geno veiklq. Tokiq mutacijq paieskomis ir uZsiemeZakobas. Jis gavo ne tik mutacijas.kurios slclpina, sintezg,bet ir muarba B-galaktozidpermeazes pvz., p-galaktozidazes tantus. kuriuose vienu kartu nuslopinta abiejq fermenttl sintezi. Genetikas pasakl,ttt, kad tai dvigubas mutantas' t' y' mutacija ii'yko abiejuose genuose: koduojandiame ir B-galaktozidazg,ir B-galaktozidpert-ueaze.

2'7|

E. coli vieno geno mutacija Taiiau sudomino neiprastasreiSkin1,s. r,,ykstal0-' daZniu, taigi dvigubo mutanto tikimybe turdtq bDti lygi pavicniq genq mutavinio tikimybiq sandaugai: 1 0 r ' 1 0I = 1 0 I r . Ti.ro tarpu iios ,.dvigubos" mutacijos, kurias gavo Zakobas. irgi atsirasdavo iffr daZniu lyg bDtq vieno geno mlrtacija. Laimd, Zakobas buvo i5 tq mokslininku, kurie q're F plazmidg ir i5ai5kino bakteriju poravimosi tipq F*, F-. Hfr prigimti. Be to, jis surzrdobudq. kaip nustatyti E. coli genq viet4 chromosomoje.Si metod4 Zakobas ir pritaike gautq laktozis metabolizmo mutantq vietai nustatyti. PaaiSkejo,kad . genai, kurie lemia konkreiiq baltymq sintezg.buvo vienas Salia kito; . Salia jq buvo dar vienas, atskiras genas (tiksliau, nukleotidq seka, kuri4 netiktrl vadinti genu, bet tai paaiSkejovdliau), kurio mutacija nutraukdavo abiejq fermentus koduojanciq genq veikl4; . aptiktas dar vienasgenas,kurio mutircija irgi nutraukdavoabiejq fermentrl sintezg.Sis genas buvo nutoles per dideli atstumq nuo kitq genq. Apibendring tyrimq rezultatus.Zakobas ir Mono pateike schem4 (Zr. toliau), kaip valdoma laktozesmetabolizmogenq veikla. Operonas. Genq kompleks4, sudarytq iS vadinamqjq strukturiniq genq ir Salia esandiqnukleotidr+sekr:,kurios valdo struktlriniq genq veiklq, Zakobas ir Mono pavadino operonu. Pirmoji Salia struktDriniq genq esanti nukleotidq seka buvo pavadinta operatoriumi. Veliau 5iq valdaniiqj4 operono dali papilde . promotorius - nukleotidq seka,kuriq, kaip Zinia, paZistatranskripcijos pradZios baltymai ir RNR polimeraze; . cAMP (ciklinio adenozinmonofosfato)receptoriaus prisijungimo seka. Siuo metu manoma, kad visos nukleotidq sekos,prie kuriq jungiasi valdymo genq produktai ir kurios skirtos operono veiklai valdyti, jungiamosi bendra promotoriausdali. Taigi ir operatorius.ir cAMP

272

dalys.Sispajungimosivietayra operonopromotoriaus receptoriaus po du tris prorikslinimaslabai svarbus.nes yra operonq,kurie turi nrotorius.pvz., rRNR genq sankaupa' Lcc operonasir jo veiklosvaldymas.Lac operonastapo klasikiSu juo lvginamakitq operonqveikla.Kaip mineta. niu. standartiniu. lacYn genai:lacZ. ($-galaktozidazes), io sudetyjeyra 3 strukttriniai Pries [ lacA* (B-galaktozidtransacetilaz6s). 1B-gafaf.iozidpermeazes) (promotorius) P (operatorius). dalis:o -iurrgimosi 1uo", 'tr 1,tuvaldandiojioperono vieta (issidestg,,priessrovg"): receptoriaus cAMP l , t cc . l l l P

lat P-

prisijungimovieta

l t t t( )

lat 7--

lttc't-

la' l-

+

Tianskripcija(mRNR sintezd)/ar operoneryksta.tik nuo strukVadinamojilyderindseka reikaii daliesoperatoriaus, rhriniq genq *transliacijai, o kartaisir padiaitranskripcijaivaldyti. linga ir viena bendra mRNR' Ji yra Nuo operono transkribuojama trumpaiaikd.Nutrtkus transkripcijai,senosiosmRNR suyra'o naujq nesusidaro- fermentqsintezdnutr[ksta' Tai priklausonuo dviejq veiksniq:induktoriaus ir geno.reguliatoatpariaus /ac 1. kuris koduojabaltym4represoriq(R). Sis baltymas galaktozidq' nera jeigu terpeje Zistaoperatoriausnukleotidqsek4,ir prisijunkurie galetqsukeltifermentusintezdsindukcij4,represorius Tai tampa nelveikiamakliutimi RNR polimegia prle operatoriaus. razei.ir mRNR sintezi nutrlksta, Induktorius sqveikaujasu represoriumi.Induktoriumi gali buti erdvingsano tik tie, kurie keiiia represoriaus ne visi galaktozidai, toliau darq, ir" gis negali s4veikautisu operatoriumi.Tianskripcija subblti galaktozidas nesltpinama.ir-gaminasimRNR. Kartais .gali ir awirksdiai, bet nesukeliaoperonoveiklos, stratas(perdirbamas), L a r . r e p r e s o r t u s y r a t e t r a m e r a s . t t l d c l l , r a i r k i t c l k i q j o s q v e i k o s s u i n- d u k t o r i u m i pa'aizdu.tas. auroriaus nuomone, yra supranramiarrsias esmc l.;i;; *"d;ii;. su induktoriumi, rcpresorius taip pakeidia savo savcikauclamas ncnukeniia: nuo to erdving struktrlril. kird ncgali s4r'cikautisu operutoriumi'

Represoriusturi du aktyviuscentrus: . vienu paZfstaopcratoriaussek4 ir su ja jungiasi' ' kitu jungiasisu induktoriumi' 1?1 r . .J { r '

Dil to keidiasierdvini represoriaus sandara:

Genai operone issidestgneatsitiktinai,ir tai svarbu veiklai. iq

'o Veiklusrepresorius (slopinaoperonil)

lnduktorius

v

\ e r e i } . l u sr e p r c s o r i u s (operononcslopina)

i+ReR'

Siuo atveju represorius negali sEveikautisu operatoriumi. todel atstoja nuo jo. RNR polimerazeiklifiirl nebira. vvksramRNR sin_ tez€: BE h]TITiKTORLd TS

StI I]\DtiKT0RIfT'tr ,f

ntr.eikia

turP- O' Z' (R-ii= R'---T

(i) ['

.4' '-:-nrtrLNR baltlmai

l'erhta

Thi dar ne viskas. I5 tikrqiu /ac operono ','aldr,masvra dvigr-rbas. Kai aplinkoje yra ir laktozds.ir gliukozes,E. coli elgiasi..proringai": kam eikvoti energiiq ir skaidyti laktoze. jeigu yia gliukozes; nors yra induktorius.operonasneveikia. Genai supresoriai ir genai aktyvatoriai. Genas. kuris koduoja cAMP (ciklinio adenozinmonofosfato)receptoriq. gali blri priskiriamas prie aktyvatoriq. Mat be cAMp receptoriaus RNR polimerazd negali prisijungti prie lac promororiaus. Sis baltymas pati turi brlti akfi,vinamascAMP, kuris sudaro kompleks4 su iiuo receptoriumi. GliLrkozesvaidmuo cia nctiesioginis. Ji valdo cAMp sinteze- ja slopina, todel nesusidaro cANIp -) receptorius neakty"rinamas+ jis nesusijungia su DNR + RNR porimeraze neaktl.vinama J operonas neveikia. Tik kai nera gliukozes, irl,kiai pakrypsta kita linkme. Tada jau sv.rbu' ar yra induktorir.rs; kitaip tariant, ar yra k4 skaidlti, t. ),. ar yra galaktoziclu. Suderintas keliq operonq valdymas. Ciklinis adenozinmonofosfatas (cAMP) pana3iaivaldo ne tik lac operonE,bet ir daug kitq ope_ ronq. kuriq paskirtiskoduoti balrymus,skaidaniir-rs ivairias medziag:rs' pirmi.usia cukrus (galaktozc,laktozg.arabinozg.martozg). Toks sudcrintasdiclelioskaidiausgenu vardymasypai bDdingaseukariotams.Vien tik drozofilosbaltymaspolycornbvatctoapie 150 (l) genq. a1 /1

operono poliSkumas.Pirma. nukleotidu sekosvaldandiojojeoperono dalyje yra iisidesdiusiostam tikra warka: cAMp receptoriaus jungimosi vieta - RNR polimcrazesjungimosi vieta - operatorius. Antra. r,isosSiossekos atlieka savo paskirti tik bldamos cis-padetyje, ialia strukturiniu genq: lac cA'\[P-j.srn P* O* Z* Y* A, Tai nustatyta bakteriiq dalinese ir laikinose heterozigotose* merozigotose,kurias galima sukurti genetinesrekombinacijosmetodais. Merozigotoje lac P+ O* Z- y- Aluc P* O Z* Yr A* operonas neveiklus, nors ir yra visq genq dominuojanrys aleliai. Sis faktas veliau padejo -eenqveikl4 valdandiusveiksniusskirsqvti cis ir i trans veikianiius (Zr. toliau). Strukttriniq genq seka operone irgi neatsitiktine. Tuo isitikinta pirnriausia tiriant i'airias mutacijas. Kaip jau mineta, p ir o mutaciios gali pakeistivisu operono genq veikla, bet ir vienq strukturiniq qenq mutacijos gali veikti kitus struktfirinius genus - pastebimaspoliSkumas: mutacija IacZ- sumaZina genu lacy* ir IacA* ak\wum4, tLrotarpu geno lacY* mutacija genui lac'Z* itakos nebeturi, tik silpnina qeno lttcA* velk\4. vadinasi, vieni genai veikia kitus operone viena kryptimi. tolstant nuo operatoriaus,t. y. poliSkai:

lacP'o*7f ..a*. (al lacP'O-71/At operonas neveikia, (b) lacP'O*ZlnA* n*'eikia/ac'Z, susilpnejusi /acIr'ir lacA. veikla" (c) lacP-O'71-A'- neleikia/rrcl'-, susilpnejusi ircl* veikla, (d) lacP-O-Tl-A - neveiklus tik /acl genas. Ir normaliu 5iq genq aleliq akryvumasoperone nevienodas:veikliausiasyra genasprie pat operatoriaus,neveikliausias- esantistoliausiai nuo operatoriaus.Thi kiekybinis geno veiklos valdymo bfidas: l4steleje ne visu balty'mumolekuliu rcikia vienodai.Operone svarbiausias

275

baltymasyra B-galaktozidazi, todelii fermentqlemiantisgenasyra arjis ir aktyviausias. iiausiaioperatoriaus: TaigiB-galaktozidazds rnolekuI i u s i n t e t i n a mdaa u g i a u s i a . Operatoriausir geno-reguliatoriaus mutacijqypatybes.Kaip mineta, operono tyrimai pradeti nuo nlrl-mutaciju,del kuriq operono veiklavisiSkainutrDksta.Cia reikia isnagrinetikitaip pasireiskianiias mutacijas- kai /ac operonoveikla tampapastovi.Zakobasir Mono nenutr[kstamEoperonoveikl4 pavadinokonstitutl"lia(pastovia).Thi svarbusatradimas.Jis rodo, kad genu skirstymasj konstituryvius ir adaptacinius nera nekintamas. Adaptaciniaiir audiniq specifiniaigenai dil mutacijosgali virsti nuolatveikianiiais- konstitutyviais. Konstitut)^/iosgali bnti tiek operatoriaus, tiek geno-reguliatoriaus mutacijos. operonq ivairovd.operonai labai ivairr.rs savosandarosir valdvmo ypatybemis. Sandarosauzvilgiu: . gali turdti ne vien4promotoriq(kaip mineta,rRNR genq san_ kaupa- rrn operonas:zr. ir toliau); kiek'ienasiq dazniausiai valdo skirtingEoperono veiklos reZim4,pvz., konstitutJvqar - silpnesni); indukuotq(arba intensyvesnj ' promotoriujeyra ivairusskaidiusnukleotidqsekq,su kuriomis s4veikaujavaldymogenq produktai; ' transkribuojamojoje dalyjegali b0ti valdymosekos;del iq keiiiasi viso operonoveikla; toks ,vraateniuatorius(lot. anenuare - sumaLinti,suivelninti),kuris gali nutrauktioperonoveikl4 (ji turi aminorugSdiq sintezdshis,trp operonai); . operonaiskiriasigenq skaiiiumi (2-10 ir daugiau).

aruD

ctra,-l

lraB

-|-.--.-')_lrl ttl

Vvv Ribuliozofostat- Arabinozes cnirn,'r.r re

Ribuliokinaze

i un r n e r r z i

L-.Arabrnoze---)L-Ribulioze-)L-Ribuliozo-5-fosfatas-*D-ksiluliozo-S-fosfatas -1.I pav. Escherichia coli arabinozds operonas: uraO ir aral - lokusai,prie kuriq jungiasittraC geno produktai - baltymas-represorius (P1) ir baltymas-aktpatorius(P2), priklausomai nuo s4veikossu arabinoze,tas pats baltymas 1ra aktn'atorius arba reprcsorius:CC - geno rrraC konstitutyvi mutacija, po ktrrios rlrrl opcronas vcikia nenutr[kstamai. nes P, nesugeba sqveikauti su arabinoze

. ir atvirkidiai, nors genai sutelkti vienoje vietoje, subrendgs i5 pavieniq genq produktq (audiniq transkriptas,,sudurst\''tas" suderinamumogenai). Valdymo pobudZio atZvilgiu:

. skatinamas arba slopinamas: . to piltiesgeno-reguliatoriaus produktasgali bDti ir represorius, taip ,vraara (arabinozes metabolizmo)operone ir akryr'atorius: (,1.1pav.):geno-reguliatoriaus araC produktasgali b[ti ir repir akresoriumi,kai jungiasiprie lokusoaraO (operatoriaus), jungiasi prie Zymimo aral (iniciakito lokuso, [vatoriumi, kai toriaus).Siuo aweju geno araC produktasyra susijunggssu arabinoze.

TianskriptoatZvilgiu: ' bendrastranskriptas '"ykstabennuo viso operonotrumpalaikis, dra transliacija(kaip /ac operono); ' transkriptasyra bendrasnuo viso operono, bet po transkripcijos skylaI atskirasRNR (taip yra rRNR, histonugenq sankaupose)l ' genai yra sutelktivienojevietoje,bet transkribuoiami atskirai (kaip hemoglobinq o ir B-klasteriu); 216

Skirtingaiveikia ir aplinkosveiksniai,valdantysoperonoveikl4. Jie vadinamiefektoriais.El'ektoriaiveikia: . kaip induktoriai(pvz.,lac operonoinduktoriaigalaktozidai); . kaip represoriai- slopinaoperonoveikl4.Thip veikia aminoper daug. r[giws histiclinas. triptofanasir kt.. kai jq pasigamina Tokie aplinkosveiksniaivadinamikorepresoriais. Jie, panaSiai produktu su geno-reguliatoriaus kaip galaktozidai, irgi sqveikauja 27'l

represoriumi.bet S I S vienas yra neaktyvus,t. y. neslopina operono. Jis slopina rik po sqveikossu korcpresoriumi: R+

/

,-tt-----'t

\\]

"J"?",,:-ffi,

Operonai eukariotq genome.Operonas atrastasbakterijose. KaLkodel isigalejusi nuomond, kad eukariotams operonai nebudingi. I5 tiesq eukariotq genai, lemiantys tq pati pozymi, proces4,daZniausiai ne sutelkti i vien4 bendr4 grupg, o iSsibarstgpo ivairius lokusus ir chromosomas.Thdiau eukariotq genai vienijami bendrai veiklai kitu principu: turi tapadiasvaldymo sekas ir valdomi tq padiq valdymo genq produktq, panaiiai kaip bakterijq ara operonas. Tokia genq grupe vadinama regulonu. Regulonai yra ir pagrindines prokariotq genq grupes (E. coli - jiems priklauso apie 70% visq genq). Tadiau nuomone, kad eukariotams neb[dingas operonas.yra neteisinga ir net nesuprantama,nes vienas svarbiausiqoperonq, bltent rrn, bidingas tiek prokariotams, tiek eukariotams.Tiesa, jis gerokai skiriasi, bet eukariotai turi viena rRNR dausiau.

I 6 5R N R

IRNR

23SRNR

JS R,VR

55 RNR

lR\,R

IRNR

rj

r.

30SpreRNR subrendeRNR

Ypatybds:2 promotoriai (P, ir P.); 2 terminatoriai (t, ir t.)l 55 RNR genas;IRNR genai - j v a i r i o s ek a r t o t i n e \ es a n k a u p o s e( E . c o l i g e n o m e j q y r a 7 ) skiriasi.

P, promotorius- pagrindinis.Jis yra stiprus.p, promotoriussilpnas,jis veikia tada, kai P, yra nuslopintas.pvz., kai yra aminorngsdiqbadas.Tada slopinamarRNR sinteze,bet sustiprejaaminorug5diqsintezd.Kaip tik tada suaktlvdjap,. 278

rl::'

---_

''-

----ITSIRNR-

i

i f{^,:::lTil

rRNR a,,lrendQ genai sudaro genas; r'B1y'iJ 55 Ypatvbcs: nera -i.SIR,VR geno. bct 1'ra5.8S IR;VR b r g s t a n ti 5 t i k koduoja genq visas operonas kartotiniLt sankaupas: 1 p 5 l { ; atskiras pre rRNR pasiialina apie ;18'l viso pirminio transkriptil - ditlgll 1,;rnskribuojami tarpikliai.

Cia R - pirminis represorius,geno-reguliatoriausproduktas: Ko-R - korepresorius, arba efektorius (nenurodantjo veiklos pobndZio)l R' - aktrvusis represorius, po savcikos su Ko-R, arba kompleksas (R+Ko-R). panasios efektoriaus saveikos gali rykti ir su geno-aktyvatoriausproduktais (vadinamaisiaisapoinduktoriais)

Prokariotq rnr operonas 165 rRrVR /AVR 235 rRNR

28.SrRVR

i.8S lR,\?

185rR.\?

P

operonas:

I I sS,n.\R

Neaktyvus represorius K o r c p r e s t r r i u s A l i t l v u s r c p r c s o r r u :

Pr P:

Eukariotq ribosominiq R\?

5JS .R\R

Kaip mineta III s\'riuje, eukariotq genome rRNl{ g,'nq sankaupai bldinga dar viena ypatybe:Sie genai sudaro kartolip;rtrgenq sankaupas. Jq skaidiussomatineselqstelesegali kisti del gJnomo perfvarkos. Kartotiniq genq sankaupassudaro ir 55 rRl/R gcnar Jiems b[dingi labai dideli tarpikliai tarp Siq genq. Xenopui 5.S'.RlV{ .g:n} s a n k a u p o j e p s e u d o g e n a ip c r i o d i S k a i k a i t a l i o j a s i s u , r K t ) r u l a l S l ? r s 5"SrRNR genais.Stabili jq padetis sankauposeir chromoaomoseverpaiia manvti, kad vis delto pseudogenaituri kaZkoki4 nei:,rllsKtnt4 skirti. 4.2. Hemoglobino genq sankaupos ir jq evoliuciia Z-ogars ir kitq Zincluoliq genome yra dvi globinrf sankaupos (klasteriai):a ir B. Zmogaus genome: chromosomos Sesiolikt,rsio, [i[n*q]!pa vieta- 16p13.1l - 13.33(paiiame d2 1r d1' et1)' trumpojopetiesgalc).ilgis apie30kb. genai trysveiklus; (di HS-40: valdyn,o neai5ki, 3 pseudogenai V(, Vot. V/dtir vieno(dr)paskirtis "rya

:

IIS 40

(

ltl

r/(

Va:

Vdt

cr2

ctt

0t

p;qlliaifio .reta I lp l-s.5rT{ii.ffiofries gale,. itgrs apie60kb' genai 5 r'eikluse,Gy,Ay,di Bir vienaspseudogenas r4pi: Gl .4y VFt 6 P 3'H';l ?-LCR € )

5'

{II

ilI [I}-

TilJIH

Tamsiai pavaizduotiegzonai,Sviesiai intronai.

Zinduoliq genomehemoglobinogenq valdymoYpurybttYra dvi: . suderintau ir p-sankauptlveikla, . genrlveikla susijusisu individualiaorganizmorairla' 279

Genr; veiklos ypatumai. Viena i5 ZincluotiLr indiviclualiosrzridos ypatybiu yra tai. kad 3 kartus keiiiasi o. c'o. apvkaitossqrygos. IS pradZiq besidalijaniiasgemalo rasreiesaprupina o. ir salina co" g r c r i m o sl q s t e l e sp. a s k u iO . C O . a p l k a i t ar y k s t a p c r v i r k S t c l g . ir nuo ginrimo vis4 gyvenimq kvepuojima burna ir plaudiais. Gcnu veikla yra suderinta su iiais O./CO. apykaitospokydiais. Gemalo (iki s savaidiuamZiaus.;. uaisiausir suaugusiozmogaus I r e r n o g l o h i n as ik i r i a s i : ' genralo - q... (f! Gowerl). (,y, (Ht portland) ir a.e.(Hb Gou,cr2); . vaisiaus - o,,1 1UUfl

. suaugusi..ict_ 9Tci sudar. hcm.g.tbinas q.p. (HbA). 2c,1c _ (r..6-(HbAl) q,./,. apic I 'l

ir

Taigiabiejoscgenqsankaupose (a ir fl vien4veikrqgenqkeiiia kitas veiklusgenas.Jose .genaii(sidestgpagarveikros(raiSkos)raik4. Pirmiejiyra atitinkamai ( ir e genai.juos [eiiia u i, ygenai,paskui T ge.nqkeiiia 0 g.nnt..Vadinasi,dviejq senu sankaupq_ u ir B_ veiklayra sudcrinta.fdomu tai. kad it,i.Jor.'g"nq ,oituuposeremtingq genq kaitos momentqvietasskiria arba pseudogenai, arba di_ desnisatstumastarp genq. Hemoglobinogenq mutacijos. IS apie 300 _^ B_globino "tokios ir apie 100a-globino istirtu mutacijq didelg clali sudaro taSkines ('tis-ens)mutacijos.kur v-ienaaminorugstispakeista kita l+.2 pav.;. IJemoglobinopaxyzdiiu galima parodyti. kokia sudetingayra multimeriniq bartymq genetika,ypue i.igu tai yra heteromultimerinis baltymaskaip hemogrobinnt,-kurir suctarytas is 4 polipepridq: ::::*"" hemoglobinas

:Glu

l, \hl

Kodono numeris p globino gene q eE 12r :'3 :: :j Val Glu His Glu Val Glu

r.1-5

Sr.klcmija

HbS

l\.la2akraujysrc su siklemL.josrciikiniu NesraLrilus hernoglobina:

HbC Hb Freiburg

N c n e s r o g i avi r s t o s i p _ t a l r s c m r . ; a \lerhemoglobino susidan,ntas

HbE llb Zririch Hb Saskatoon

Policitcmija (erirrocitrlpreausejimas \lethemoglobino susidanmas

Hb Mahn
Homozigot,l

TVr

-!-_ Met

'Lvs Aso

,1.2 pav. TaSkindsnrutaciios transliuojamojo.lep_globino

280

geno dallje

pvz.. 2-jq o. ir 2-ju 0, t. y. s,0,. Hemoglobino mutacijos rocio, kaip gali sutrikti qcrai suderinta sistema net nedalyvaujant valdymo genams. formzr talasemija, yra suAntai sergant chroni5ka maZakraujystds trikusi c- arba B-globinqsintezd: ' o-talasemija - sutrikusi u-globino sintezd. . p-talasemija - sutrikusi B-globino sintezd. . p8-talasemrja- sutrikusi 6- ir B-globinq sinteze. o, genu szrnkaupoje1'ra du nealeliniai a genai (duplikacija), todel gali buti labai idomi talascmijospriklausomybdnuo genq dozds.Kartu tai labai geras polimerija vadinamos genrl s4veikosir su Sia s4veika susijusioreiSkinio kielgbini4 poi:mfu (medicinineje genetikoje - slenkstines genLydozes) paveldejimo paryzdys (Lr. p. 629). Esant polimerijai, liga pasireiSkia tik perZengus tam tikr4 slenksting genq dozg. Hemoglobinu genq dozds santykiuslabai patogu tirti: jie pasirei5kia tarp minimalaus nealeliniq genq skaidiaus- 2-j,l o genq porq: . kai 4 veiklus genai (po 2 homologindsechromosomose),norma; . kai veiklfls 3 genai, .,tylus ne5iotojas"; . kai veiklfis 2 genai, cr-talasemija,bet galini du variantai: . a-tlnl-l - po deleciiq abiejuose ct lokusuose, . a-tlnl-2 - delecija (homozigota) kurio nors o geno abiejose homologindsechromosomose; . kai veiklus 1 genas. esti rySkus B-polipeptido perteklius, toddl gali susidarytineiprastastetrameras 0, - vadinamoji HbH liga; nors silpnai, bet paZeistair psichika; . 0 veikliq genr.l- lctali anomaltja hvdrops.fetalis(vaisiausvandene); vaisiusZ[va gimstant arba iki gimimo. HPFH, stambios delecijosir genq susiliejimas.Gali atsitikti taip, kad del tarpiklio delecijos (ribqc. skirianiiojc du gcnus) eenai susilieja.Pirma kartq iis reiSkinys n u s t a t l t a s b t k t e r i o f a g o T J r 1 1 r a j o n c t a r p c i s t r o n qA i r B ( i r . p . 6 1 ) . T b k i a p a t i dclecija. tik stambesni. aptikta tarp genu ii ir B. uZgriebiantiir dali (apic 7c/r,)ittl dvieju eenLtsekq. todil ahu genai neveiklhs.Kita gcnq 6 ir p dalis susiliejusi- yra Hb Lepore. Kitais atvejais delecijos dar slambcsnes.4-5-100kb dydZio. Hb Kenya

281

i i k r i t u s i B - s a n k a u p o sd a i i s n u o A 7 u c n o g a l o i k i p g c n o s a l o . \ / i s a i s a t v c j a i s .k a i n u p l r T c i s t a r. t o r s r i c n i r s / S Ln l s . l r l . i l i n k u . k r d i r : L t l t r g t r 5 i (a) \ n t c n \ c r i l r o c i l u t r s e sintctinamasfetalinis 1r'aisiaus)henroglobinascr.1..Reiikinl,s sutrumpintai vadinamas HPFH \angl. ltcredittul persistertccof .tbtal ltenrctglobirt). Nestabil[s hemoglobinai- dar vienas blclas.kaip eali iisiderinti polipeptidu komp l e k s a sm u l t i m c r i n i a m eb a l t v m e .D e l e c i j o sa r b a d u p l i k a c i j o sl e m i a n e s t a b i l uh c m o g l o b i n q , n e s v i c n a sp o l i p c p t i d l s( q a r b a p ) 1 , r ai l g c s n i su Z k i t a . I t k i a p a d e t i ss a l i a r s i r a s t i i r d e l i n s e r c i j q( H b , . - h e n t o g l o b i n aC s r a n s t o n- l s i t e r p ed u n u k l e o t i d a iA i r G ) a r b a mutaciju,deI kuriu susidaro..iitisinioskaitvmo" (Zr. p. 68) baltl,mai.tokie kaip hcmoglobino Constant Spring (viu-tojstop kodonct UAA 1,raC,A,A).

Lyginamoji hemoglobinq genetika/hemoglobinqevoliucija. Lyginamoji hemoglobinq genetika yra lyderio pozicijose. Pirma, tai kol kas vienas i5 nedaugelioatvejq, kai morfologing-funkcing(kvepavimo sistemosir organu) evoliucijEgalima sieti su senu evoliucija. Antra, tiesiog chrcstomatiSkaigalima pademonstruotivisus pagrindinius geno evoliucijosmomentus (4.3 pav.). Pradinis genas gyvlnq genomuose neZinomas.Ji atitinka augah+ gumbeliniu bakteriju leghemoglobinas. Jis turi ne tris. o keturis egzonus. Matyt, r,yko dviejq cgzonu, surisandiq hem4, susiliejimas i vienE. PrimityviosiosZurys turi tik vien4 globin4, o amfibija Xenoptts jau turi du atskirus a ir p globino genus. p sanKaupa Dvi genqsankauPos I-KIP f I (paukidiaiir Zinduoliai) iI T-Im-T-f a;ankaupa -f

Jicms atsirastiturdjo r,1'ktidu irykiai - duplikacija ir divergencija (lot. div'ergc- iSsiskirti)del mutacijq kaupimosi duplikuotuosegenuose. Skirtunrai tarp duplikuotq genrl pagaliau susikaupe tokie dideli, kad jie tapo nealeliniaisgenais. Sudetinga abiejq (cr. ir B) sankaupq genetind sandara ai5kiai nulemta iSijimo i sausumq - kvepuoti deguonimi iS oro. Na.
P a k a r t o t i n dd u p t i k a c i j a ir divergencija .,.

Duplikacija ir a ..4 divergencija_r,:

l--r--r

Egzonq)7 susiliejimas--/

[rff

a ir p genai skirtinguose lokusuoseir chromosomose

4.3. Imunogenetika. Imuniteto genai, jq pertvarka ir valdymas

Sukibgoirpgenai (Xenopus\

4.3.1.Bendrasapibfldinimasir imunitetogenq evoliucija

Vienasglobinogenas (neges,rniksinos) Pirmtakas( mioglobinas) Leghemoglobinas

500 300 Milijonairnetq 100 =-f0-0 - , f 800 600 400 200 0 4 . 3 p a v . H e m o g l o b i n og e n q e v o l i u c i j a :j u o d a i - e g z o n a i ,p i l k a i - i n r r o n a i . uZbrlkiniuota- tarpikliairarp genq (remiantisB. Lewin. 2000) -

282

-.

-

Nepaliaujama kova,,parazitas-Seimininkas".Tai amZinai nesiliaujantis ,,karas". I kiekvien4 Seimininko priemong atsikratyti parazitrr Sisatsako prisitailrydamasprie jos arba net ,,i5rasdamas"nauj4 bld4, kaip iveikti Seimininko pasiprieSinimq.Cia atranka labai stipriai palaike kiekvien4 ,,naujovg",ir imuniteto evoliucija vyko labai spardiai. Dainai atsakoma net tuo padiu ,,ginklu". Jau trumpai aptardme TnpanosontaV'PG (variabiliojo pavir5inio glikoproteino) genq perna54 i telomerinius galus, kur Sie genai yra aktyvUs.Del tokios genomo perwarkos TrypanosontamaLdaug kas savaitg pakeidia vien4 pavirSini

283

glikoproteina - antigenq kitu. Nespeja Seimininkasantigenui sukurti antikinq, o jau viskas keidiasi, reikia naujo balrymo. Bet lygiai toks pat ,,iSradimas"panaudojamasir stuburiniq glv[nq limfocituose. Vyksta vadinamoji imunoglobulinq klasiu kaita (Zr. toliau). Mat parazito l4stel€sisigudrina sintetinti pavir5iniusl4stelds baltymus. pana5iusi Seimininko antik[nus, ir jq neskiria Seimininko imuniteto sistema. Nustatyta. kad naujas augalq atsparumo parazitui genas gali bnti veiksmingas-5.daugiausia10 metq, todel ligoms atspariosveislesturi bfiti nuolat keiiiamos naujomis. Pasakabe galo... Ir tai nepriklauso nuo metodq, nes pastaruoju metu labai sekmingai atsparios veisles kuriamos genq inZinerijos metodais. Parazitaspo kiek laiko vel prisitaikys prie naujo atsparumo geno. Imunitetas (lot. immunitas - nepriklausomumasnuo ko) organizmo atsparumasuZkrediamosiomsligoms. svetimiems genetiniams veiksniams (pvz., plazmidems), nuodams, pagaliau savo paties ne vietoj ir ne laiku besidalijandiomslqsteldms. Imunitetas parazitui yra labai suddtingaspozymis, todel suditinga ir Sio poZymio genetika.Be to. ivairiq organizmq grupiq, pvz., augalq ir gyvtnq, ji yra specifine. Tai:

. bendri,nespecifiniai - fiziniai apsaugosbldai, susijesu nepralaidumu ir fiziniu parazitopa5alinimu(oda, gleivine,a5aros, bakteriocidinds organizmoskysdiqsarybes);pana5iqapsaugos priemoniq (tik specifiniqpagaljq sandarqir biologij4)turi ir augalai; . igimtasimunitetasparazitams, budingiemsorganizmoaplinkai; ir 5is teiginysvienodaiteisingasgyvtnamsir augalams. Sio tipo imunitetasgali bnti specifinisnet skirtingiemsorganizmqkamienams,veisldms,populiacijoms, rasems.Pvz.,europiediqdidesnisatsparumastuberkuliozei,Zmoeausatsparumasglv[nq ar augalr.lligq sukelejamsir pan.; . specifin6ir labai suddtingaorganizmoreakcija antigenus, i paprastaii parazitol4stelespavir5inius balrymus.Si sistemabDdinga stuburiniams. Toliau Tmpanosomn pav-vzdys rodo. kad ji

gali pasitaikytiir kitose organizmqgrup6se(gal priskirti prie prarastqevoliucijosatradimq"). ,,uZmirStq, genais,nuo kuriq priklausopaSelekcijojekaip tik naudojamasi reldimas,igimtasimunitetas;ieikomatokio atsparumobldq ir genq. stuburiniai gvlnai turi specialiaslqsteles.kuriomis ryja ir supirmuonis,lastelesir lqsteliqliekanas,kitokiassmulskaidobakterijas, kias daleles.Thi leukocitaiir makrofagai.Skirianiahumoralindir lastelineapsauga. Humoralinis atsparumasgali buti bendrasir specifinis.Kraujo yra specifiniqypatingqbaltymq- antiserumeir kituoseskysdiuose gali blti perduotasneatspariamaskhnq. Sis specifinisarsparumas meniui serumoinjekcijomis. stuburiniai gyvunaituri specifingir indukuojam4imuning sistem4, kuri paZistair pa5alinasvetimuspatogenusbei medZiagas.Ji vadinamaimuniniu atsaku,o medZiaga,sukeliantiimunini u$^k4, antigenu.Imunini atsak4lemia B ir T limfocitai ir makrofasai, Tai sistema ne tik Prie5 infekcij4.bet ir prieSveZinesl4steles, arba del paskaidanti nenormaliaslEsteles.Zmones,kurie geneti5kai sistem4, imuning sutrikusi4 ZtV) turi del (Pvz., Saliniq prieZasdiq labai lengvai paZeidZiami. B limfocitai gamina antiklnus - dvi imunoglobulinq versijas:

. humoraling,laisv4organizmoskysiiuose(serume). ' lqsteling,transmembraninq (l4stelespavir5iniusbalrymus)' B limfocitai gaminasikaulq diulpuose. balrym4- T recepT l4stelesgaminapavir5ini,transmembranini toriq. Tai balrymas,bfltinasl4steliniamatsakui.T l4stelesbaigiabrqsti diobrialiaukdje(4'21ut,- i5 dia T raidd, kaip ir B - angl' bone kaulas).SergantyspaveldimaDi George liga neturi diobrialiaukes arba yra jos hipoplazija.Jie labaijautrls infekcijai,praradql4stelini atsak4. subpopuliacijas: T limfocitai sudarospecializuotas . T. (arba T*) - citotoksiniql4steliq,arba kileriq (Zudikiq);

Tn - helperiq (padeiejq):padedakitoms l4stelemsdiferencijuotis ir dalytis,sqveikaujasu T. ir B limfocitais: T. - supresoriu:manonta. kad iios lastelesskirtos itnuniniam atsakui valdyti. Vieni limfocitai citologi5kainesiskirianuo kitq. Skirtumai aptinkami pagal iu produkuojamusbaltvmus.Taigi produkuojamieji baltvmai vartojami kaip Zymekliaivienam limfocitq tipui atskirti nuo kito. Antai B lirnfocitai produkuoja imunoglobulinus.o T linttbcitai - T reccptoriq (TCR). Tolesnis tokiq n'rnckliu paieSkospaddjo aptikti CD (angl. cell di.fferentiutor)baltymus. Visos T l4stelesturi CD3. Jo paskirtis- perduoti signal4i5 lqstelds pavir5iausi lastelesgilumq, kai prie T limfocito prisijungiaantigenas. T,, limfocitai atskiriami nuo T. pagal CD4 ir CDS:

Imuninio atsako ir MHC genq evoliucija. Pakanka palyginti iiq dviejq baln,mu superieimu erdving sandarzl(4.4 pav.), ir paaiSkeja, kacl visi jie yra vieno gcno - ,,Adomo" vaikai, vienakilmiai.Visi ruri 1-3 konstantinius(c) domenus, variabiliuosius(V) domenus. genai.Jie laikomi timozino (Tft,r'-1)ir poli-Ig-receptoriaus Seniausiais geno, kukildinami i5 vieno pirminio lasteliq pavirSinioreceptoriaus ris po duplikacijos ir divergcncijos tapo sudarytas i5 dviejq daliq, koduojandiuC ir V domenus. Toiesnisimuninio atsako- MHC gettq evoliucijostempas tiesiog fantasti5kas,neturintis analogq. Rezultatas taip pat. Atsiradusios pirmosios antigenus suri5andiosmolekules ir visa sistema evoliucionavo I imunoglobulinus,1' reccptorius, MIIC. Siq super5eimqviduje

Gen.': ,r,,0,,,,,1;l];,ll:11iXi"..,",,u, ___f----t_

Yt

. T' turi TCR*, C D 3 * , C D 4 * , C D 8 , . T. turi TCR*, CD3*,CD,l,CDS*. I5mokus atskirti lqsteles,buvo iStirta jr"rpaskirtis. Pvz., nustatyta. kad T,, lastelemstcnkir centrinisvaidmuo: be ju organizmaspraransu CD4, da imuninio atsako gehejim4.ZIV uirusas.saveikaudamas patenka i Tn lqsteliqvidq ir jas sunaikina.Sio in'kio pasekmdsZinomos: stiprus imuninis nepakankamumas(imunodeficitas). CD baltymai dalyvaujaatpaZistantsavusir svetimus baltvmus-antigenus.Paprastaiimunine sistemayra toleranti5kasavo paties balrymarrs. Thdiaub[na. kad 5i tolerancijasutrinka,imuninio atsako lqsteles neatskiria.kas sava,o kas svetima.prasidedaautoimunineliga. Ji atspindi negerq organizmogenotoksikologing b[senq, todel genetikai autoimuninei ligai skiria daug demesio. MHC baltymai sudaro tredi4 stambiq baltymu grupg. Juos koduojantysgenaiyra vienoskilmcs su imunoglobinuir T receptoriuqenais. MHC baltymqpaskirtisirgi yra panaSi- rcaguotii svetinruspavir5inius ir savusendogeninius,bet nereikalingusbalrymus.MHC balrymai yra pavirSiniaiantigenai.Jie nei5pasakytaiivairts, kiekvieno individo saviti. Thi yra pagrindineaudiniqar organqpersodinimokliltis. I5 dia kilgsjq pavadinintas- MHC (angl. nmjor listocomputibili4' contplex- svarbiausias,pagrindinisaudiniu sr"rderinamumo kompleksas). 286

t+ r c ----il--

Sonratinr:rckontbinacija linlf ocituost-

tr:DJC

lla rcceptorlus

h n u n o g l o b u i i n a i C D E T - l 4 s t c l i qr e c a P t o n a r k l a s e

P)nt

I ktase klase

Baltvmai:

"1.;lplr

Imuninio atsako ir \IHC genq evoliucija ir baltymq sandaros palyginimas

281

Y irgi v,vko sparti evoliucija. Antai primityvtls stuburiniai. pvz., rykliai. turi tik vienos klasesimunoglobulinusIgM. o 2mogus turi 5 klases Ig. Be to, kai kurios jq skirstomosI subklases:IgG yra 4 subklases, IgA - 2 subklases,vadinasi, pakankamai rySkiai divergavusios. Visi5kai tiketina, kad 5i sistemaevoliucionuoiair toliau. pvz.. plintant AIDS IZIY, twi arsirinkti varianrai.atspaius Siam vinrsui, r. y. variantai,kuriq T,, l4steliq nej'eikia ZIV. Jau iiuo metu aiSku,kad 1r pagal atsparumil ZrY zmones sudaro populiacija: vieni uzsikretg ZIV suserga ir mir5ta, kiti yra tik ZIV viruso ne5iotojai, o tokir], kurie visiSkai atsparus, neimhls siai infekcijai. - kol kas nustafl'ti neimanoma.Nebent atsitiktinai. Susik[re genetine somatiniq t4steliq diferenciacijossistema,lemianti fakti5kai ncribot4 l4steliq ivairovg su neribotu deriniu baltymq,_galindiqreaguoti I bet kurl i5 anksto neZinomqantigen4. Zmogaus kDne yra apie 1'10r:B limfocitq, o 5ie savo ruoZru turi apie l0s-10eskirtingq receptoriausspecifi5kumu.Be ro, su tr"ropadiu antigenugali sqveikautine vienasB limfocitu tipas.Antikunas saveikauja ne su visu antigenu, o tik su jo dalimi, kuri vadinama epitopu, arba antigeniniu determinatorium. Tai dar labiau padiclina galimq s4veikq ..antikDnas-antigenas" skaiiirl. nes vieni antikunai pazistavienq epitopa, o kiti - kitE to paries antigenoepitop4. Kiekvieno limfocito pavirSiujei,ra apie 10i molekuliq transmembraninirlbalrymq, kurie yra antigcnq receptoriai arba susijg su Siq veikla. Kaip atsiranda tokia didele dil'erencijuotqlEsreliuivairove? vyksta sudetingas,bene pats sudetingiausias is iki siol nagrinetqgenomo pertvarkos tipq.

4.3.2.Imunoglobulinqgenq populiacijair rekombinacijasomatindse l4stel6se Artikunai yra priderinri prie antigenr]. Tad ilgq laika pati didZiausiaimunologijos ir genetikos misle buvo tai, kaip is anksto limfocitai numato, su kokiais antigenaisjiems teks susidurti. Dar 1950 m. Jernd (N. K.Jerne) ir Barneras(F. M.Burner) su bendradarbiaispasille hipotezg, kad wksta limfbcitu klonind atranka. I5 pradziq tai buvo rik tusiia ideja, bet Barnerui ir jo bencJradarbiams i5 tikrqjq pav-vkoirodyti, kad susidaro diferenciiuotu limfocitu klonai (Zr. toliau) 288

Labai svarbfis imuninio atsako esmei atskleisti buvo paiiu imunoglobulinq sandaros ir ivairovis tyrimai. Imunoglobulinq sandara dabar yra gerai istirta. Ji priklauso nuo imunoglobulino (Ig) klases. Jq yra penkios: IgM, IgD, IgG, IgE, IgA. o IgA - dimerasIgM yrapentameras, IgA - 2 subklasds. IgG yra 4 subklasis. imuninioatsako pirmoji ir B limfocitus, clifcrencijuojanti tlft'- pirmojiklaser, klase. Aktlvina komPlenlent4. IgD liisvo labai nedaug, tik B limfocitq pavir5iuje. Kol nera IgM ir IgD, tol n e r a i r i n r u n i n i oa t s a k o . IgG t,ra daugiausia.Jo ir IgM santl,kisl2:1. IgG genas pradeda vcikti imuninio yra atsaki l-ojo etapo pabaigoje ir 2-ajame etape, kai bakterijq lqstelds ir virusai kuri arclomi. IgC pristafo urdo-ut lilsteles makrofagui. Tai vieninteld Ig klase, praeina pro Placent4. IgE yra labai maZai (tik 0,001viso IgM kiekio) skatinamaitinaniiasl4steles, taigi ir imunini atsaka, toddl sersantbronchineastma,esant anafilaksijaiir kt., padaugdja l--1 kartus. IgA (jq irgi pall'ginti daug, 3 kirrtus daugiau negu IgM). Jie yra serumlnral lr gleivpad sekreciniai- aSarose.prakaite, seilese,piene, Zarnyno ir kvepavimo takq r e s e . S a l l g o j ar i e t i n i i m u n i t e t a '

Imunoglobulinqklasesskiriasiviena nuo kitos C domenu:IgM - C.; turi Cu; IgG - Cr,-r.(Y-.14 subklases);IgD - Cu; I8E IgA - Co,.o:(yra 2 subklases). Visq lg monomerqsandarapanaSi:sudarytiiS dviejq L (angl' tight,22 kba) ir dvieju H (angl.lrcavy,50-70kDa) grandiniu.Visos L grandinessusidedai5 2-jq domenq:v (variabiliojo)ir c (konstantinio). H grandindseirgi yra tik po vien4 V domen4,bet C domenq skaidiusivairus:3-4. Grandindsviena su kita ir domenq galai sujungti disulfidiniaistilteliais-S-S*. KiekvienasIg monomeraspana5usi Y raidg: i5 2-jq ',pediq"ir vienos.,kojos,,..roje" su ,,petimi''jungia lankstas.Ir i5 tiesq lankstas pediamssuteikialankstumo,gebejimokeisti padeti' v domenaiyra dviejqtipq: r (kapa)ir l" (liambda).Santykistarp 70:30.Veiklosskirtumqtarp siq dviejqtipq toks:peliq 95:5,Zmogaus r ir ), nenustatyta. hipervariabili4sias Kiekvienamev domeneyra po 3 vadinamEsias (lg) prie antigeno. sritis (4.5pav.).Jomis ir prisiderinaantiklnas HipervariatiliosiosL ir H grandiniqsritys sudaro lyg ir ki5eng,i antigenas.Del lankstumo,kuri suteikiamolekulds tuii4 ..it
289

lU tultlgeno Jungln

lrl\

t-? tl

l\

illi

grandine L grardine

Be to. galimu deriniu skaiiiq padidina: . H grandiniq 4 "/ (angl. ioining - jungtis), 12 D (angl' diversitv^- ivairovd) ir 9 C genai. . L. - 4 "/ genai. 1 C genas' ' L,. - 6 "IC genai'

Kaip ir hemoglobinqsanImunoglobulinqgenqyra 3 sankaupos. ZmogausH grandineskaupos,joi yra skirtingosechromosomose: 14 chromosomoje $a$l: LtLtt

rl

L:

Li:

L. I a,

I r:..r1

,,pediams"lankstas.ta pati molckul6 gali iS karto sEveikautisu dviem antigenaisarba su to paties antigeno dviem epitopais (arba kitaip su antigeno determinantais). Imunoglobulinq genq populiacija. Apie 1965 m. imunoglobulinq sandara ir dauguma klasiq buvo gana gerai i3tirtos, bet Zinios apie jq genus buvo labai menkos. Toddl daugeliui genetikq 1965 m. paskelbta Drejerio (W. Dreyer) ir Beneto (J. C. Bennett) hipotezd, kad V ir C domenq genai yra atskirai, bet ankstyvojojeB limfocitq raidoje jie sujungiami i vien4 bendrq gen4, be to, jvairiuose B limfocituose skirtingai, ir kad V genq yra Simtai,o gal tfikstandiai,atrodd kaip didZiausianes4mond.Net veliau, sukfirus genq inZinerijos metodus, atrode neitiketina, kad lEstelejenatlraliai ryksta toks sudetingas gonq konstravimas. Tatiau 1976 m. japonq mokslininkasTonegava(S. Tonegarva)visa tai lrode ilgamediaisbandymaissu peliq mielomos lqstelemis.Mieloma i.ystosijau i5 diferencijuotq B limfocitq, kurie gamina vieno tipo monokloninius antikfinus,taigi Sie Ig yra vieno konkretaus geno produktai. Ig sqveikauja su antigenu V domenais, ir i5 tiesq V genq yra daug. Zmogaus genome: . H grandines V clomenaskoduojamas - 300-1000 l./ genq, . L. _ 300 Iz genq, . L - 300 I'' senu.

290

L* grandinds Li l,*t L: Ia

-{I__+l-

JH--1t5

- CH Y3 Yl Ye alYY

I

.:: illlllllllll ll 3o-o

COC)H 4.,5pav. Imunoglobulino molekul€s monomero sandara (kairdje) ir antigeno jungimo vieta (de5indje)

-DP

.--

-,

tl

loo

lto

-st--2to

2 c h r o m o s o m o j e( 2 p 1 2 ) : L. I^"

llll

J-

lta2 Y'2

'

llll s0-

o rr

C',

**--*-r{{-1-I--

.. I I -

L, grandinds - 22 chromosomojc (22q11)'

L,. genqklasteriszmogausgenomeatrodopanasiaikaip ir l"genq' t,et peiesgenomeyra tik du l. genai ir susidarotik dviejq tipq Ig)". i,ekombinacija1g genq sankauposeir konkretausIg geno kon' stravimas.VystantisB limfocitui,kiekvienamei3 trijq 19 lokusq susidaro po vienq konkretq19 genq: ' L grandinesgene susijungiapo vien4 V J ir C gen4' . H grandinesgene- po viena V D, J ir C gen4. Kokiu deriniuSiegenaijungiasivienassu kitu' yra atsitiktinumas, tod6l esant dideliam v gen4 skaidiuisusidarolabai ivairis genai. (H) grandinejedar ir D lvairovg padidinair ./ genai,o sunkiojoje yra skirtingiH ir L genai. klone genai.iaigi kiekvienameB limfocitq Siq genq deriniq skaiiiusyra labai didelis,pvz': l ' , . 1 . 1 ' n . . .D 1 - t z. - J y

f,,,

C

arba Vt'i'V,

D+, Jtr

v:

Gaf utinis genas l'j1D jJ2C sankaupa

Dltz " t("

' C ' a r b at ' t " '

D,', J,t VzDtzJzCsankaupair t' t'

Genai jungiasitam tikra tvarka: D, su J.apaskuiprisijun. H grandindsgenepirmiausiasusijungia ir tik po to prisijungiaC genqsankaupa; giaV,,ir susidaroV.,D,J., . L grandinessusijungia v, su J,, o prie jq prisijungiaC genas' 291

Susijungimasryksta specialiu genq rekombinacijos(vadinamosros sait-specifinds)b[du, dallvaujant fermentq kompleksui. kuris vadinamas rekombinaze. Jungiamasispecialiomisnekoduojandiomisnukleotidq sekomis, kurios vadinamos atpaiinimo (arba rekombinacijos signalo) sekomis. Kiekvienas I.'genas tokiq sekq turi 3' galc. J genas - 5' gale, o D genas - i5 abicjq galq: -CACAGTG-GTGTCAC-

Klasiq kaita. Sukonstruoto sunkiosiosgrandinds (I1) geno C da_ lije vra visi C genai:

DJ

L:!f5ai

ttttttt-fitf-+'.-g "\^/

fES -rtHf f q.-,S

... 12 arba 23 ... -ACAd$ACG-... -TG TTTTTGCtarpiklis

I 9i I El |P4l c-;llEl | F;,ilEq|

Visada veikia (i5skyrusCu ir C, kurie veikia atskirai arba kartu) pirmasisC genq sankaupojeesantisgenas.

Ir sekos,ir nukleotidq skaidiustarpiklyje yra labai konservaqvus,t. v. pastovls, bet netiksliai susijungiama5' ir 3' galais. I jungimosi vietas gali blti jterpti papildomi nuklcotidai, todel keiiiasi "/ ir D geno dalys. Thi dar labiau padidina Ig it'airovg. Pagal kilmg Sis ivairovds ialtinis vadinanas jungimosi ivairove.

detales(tai speciaNesigilinanti Siq reiSkiniqir rekombinacijos kursoklausimai)vis ddlto nors bendraisbruolaus ,.Imunogenetikos" Atitinkamaitarp D ir J Zaisreikia Zinoti,kaip ryksta rekombinacija, arba V ir Dl (tas pat tarp V ir J lengvojojegrandineje) susidaro kilpa, kuri nukerpama.Tai, kas liko, sudaronaujaikonstruojam4genq ar jo dali:

Ti I El | tr! I grt 9r | tr;ilp.j +

Klasiq kaita r,yksta del Siq genq rekombinacijos ir veiklos pokydiq. PirminiaiB limfocitaipo ll geno susidarymo sintetinaIgM, kuri, kaip Zinia, koduda C,. 5ie limfocitaidar nesubrende, ir imuninisatsakasdar nepasirei5kia. Tik kai kartu pradedamisintetintiIgM ir IgD, atsirandaimuninisatsakas. C genu pertvarkatuo laiku neryksta.Paprasdiausiai susidaroveikliosdviejq tipq mRNR del savitoalternatyvaus splaisingo:

LDJ tgM-mRNR

,*r€'---E-J"-'-'> ,DJ

I,

D,J,

V geno hipermutabilumas- dar vienas19 genq ivairovesSaltinis. diPertvarkytuoseVJC ir WJC genuosenustatytasnei5pasalqytai sekq delis mutacijq daZnis.Be to, specifi5kair,ykstatq nukleotidq mutacijos,kurios koduoja hipervariabili4sias Ig sritis (CDRI ir CDR2).MutacijospadidinaIg lvairovg100-1000kartql! Siosvaldomos mutagenezes mechanizmas kol kas neZinomas,bet nustatyta, genai yra aktyviaimetilinami,todil padidejusirizika mC kad Sie virsti T Be to, Siegenai nereparuojami, DNR toddl nepaSalinamos paZaidos(Zr. p. 494). Mutacijosryksta tik somatindsel4steldseir ilgainiuikaupiasi.Taigijuo velesndsklasesIg, tuo didesnejo ivairovd, sukeltamutacijq. 292

LDJ

Iglvl-mRNR

ref---;, tgMTaiifras

'.

ir

-}{ffi-)

IgD-mRNR

lgD balty.rnas

IeM ir IgD baltvmai turi ta patl V domenq ir skirtingus C domenus. Tolesne klasiq kaita w'ksta del genomo pertvarkos, panaSiai kaip ir V gent; Dalis C genq, atsidurianiiu kilpoje, i5kerpami. I5 likusiq genq veikia pirmasis i5 eiles - nuo 5'galo.

DJ

t jl[--lcr

E

D.l

rj7tlf'-DJ " l]re,

-7;

*

pre-lgc,mR\R

-.tg^c.mRNR lgU4 balt).Tnas

l:.*

ga

-

V5C,agenas

H lokuse dar Klase gali bDti keiiiama tik ta, kurios C genaschromosomos tai butu IgE, IgAl arba IgA2. Auk5iiaupateiktamepav,vzdyje iSlikgsneiSkirptas.

Prie5 kiekvien4 C gen4 irgi yra specialiosnukleotidq sekos,kuriq p a s k i r t i s- k l a s i q k a i t a . Imunoglobulino isiterpimas i membranq. Kiekvieno V geno 5' dalyje yra L (lyderine) nukleotidq seka, koduojanti baltymo domen4, kurio ndra subrendusiameIg. Tai signalinis polipeptidas, reikalingas Ig isiterpti i membran4. Bet tai nieko neiprasto.Signalini polipeptid4 koduoja visi transmembraniniq ir sekretuojamq baltymq genai. Thdiau yra savitq, tik Siai genq grupei bldingq genq valdymo ypatybiq ir rei5kiniq: . imunoglobulino lokusq perfvarkos valdymas, . monoalelind raiSka, . limfocitq klonai ir imunine atmintis. 19 lokusq pertvarkos valdymas. PerFarka yra i5 anksto numatyta, geneti5kaiuZprogramuota.Tai rodo lokusq sandara: . specialls genai - jungtukai (D, J); . specialiosrekombinacijossignalo sekos;joms sqveikaujantsusidaro kilpa, kuri nukerpama ir pa5alinama; . specialls fermentai - rekombinazds. Net lokusq pertvarkos seka, kuriam lokusui pirmam persiwarkyti, yra valdoma. Pirmasis daZniausiaipertvarkomasH lokusas. Vieno alelio ,,i5jungimas" (angl allelic exclusion),arba monoalelin€ rai5ka. Diploido l4steliq homologinesechromosomoseyra du to paties geno aleliai. Abu jie turetq veikti, bet veikia tik vienas, yra monoaleline raiSka.Ji bldinga ir genomo imprintingui. Thdiau nors 19 genq monoaleline ekspresijanepakankamaii5tirta, jau dabar aiSku, kad jos prieZastyskitokios, negu genomo imprintingo. Ig genq monoaleline rai5ka priklauso nuo Sig genq pertvarkos.

ReiSkinys nepakankamai budai: alelio,,i5jungimo" 294

matyt,todel, kad

Nepertvarkytas Z genas V i e n a sl o k u s a sg a l i l i k t i

usaspertvarkomas klaidingai

re

LW

-mI{NR -Mityrnas V1-kstageno konversija

wv;ile Ll

T

V15J1C

Genai po (-konversijos)

fTI v'I'Is-n;Trc T Geno konversija yra toks reiikinys, kai heterozigotose vienas alelis virsta kitu (Zr. p. 6a$. Kad ir kokiu bldu rai atsitikrq, diferencijuotuose B limfocituose veikia tik vienas alelis, svarbiausia, gaminasi tik vieno tipo imunoglobulinai. Stai kodel l4steliq klonas (arba natlralus ir normalus, arba kaip nukrypimas - veZinesmielomos l4steles,arba dirbtiniu b[du gautos hibridomos l4steles)sintetina tik vieno tipo (monoklonini) antikln4. Limfocitq atranka ir klonai. Imunind atmintis - vienas su kitu susijg rei5kiniai. Ideja priklauso Barnetui ir jo bendradarbiams,labai nuosekliai irodZiusiems, kad r,yksta diferencijuotq limfocitq atranka. Atrenkami limfocitai, kuriq gaminamas antikunas geriausiai atitinka antigen4. Sie limfocitai labai spardiai dalijasi sudarydami diferencijuotq limfocitu klonq. Besidalijandiosl4stelesyra dviejq tipq. Jos skiriasi dydZiu ir gyvenimo trukme. Smulkesniq l4steliq gyvenimo trukme gerokai ilgesne. Tai atminties lqstelds. Jomis isimenamaspirmasis kontaktas su antigenu ir imuninis atsakas.Todel antr4 kart4 susidfirussu tuo paiiu antigenu, reakcija I ji (antik[nq sinteze) labai pasparteja:blna 3-4 kartus greitesnd.

295

pertvarkytq genq produkTCR lvairor,d atsirancladerinantis dviejq kaip ir 1g genq pertvarka, genq t"r, (o ir B polipeptidams). fCR netiksliai. Thi irgi \yksta konstravimas.segmentq jungimosi vietose somatinis hipermutabinaclidinaTCR lvairove. Tadiau ZCR genams iutut nebldingas.

<- Pimrasiskontaktassu antigenu

---,1,q)(9

@ (p;

.-\

1r-. -.

O

O /

'.-!r€, /

-\

^

E l e k t o r i a i .a n t i k l t n as a m i n a n t r s \

.^nn -t-^l isek) l 4 s t e l e -s 2 0 0 0 -m^ 1o^ lt e- -k, 1u: l. i, qlt g

Atminties l4steles antigenu <- Pakartotiniskontaktassu --,Q",u.*..,ui.,eikriosios

rqsreres

AiC, !o-l €' Susriprejusiatmintis

L4stelejeveikia tik vienasTCR geno alelis pasirei5kiamonoalelindraiSka.

f3l ''--'/

,| -

Ir Siuo reiskiniu TCR labai panaius i Ig. TadiauT limfocitai svarbiqir koduoja gerokaididesniskaidiqimuniniamatsakuilabai brltinuUa-tti,mq(CD'citokinq)'TuotarpuBlinifocitailabiauspecia lizuoti antikunussintetinti(Zr. toliau)' jq koAudiniq suderinamumokompleksas MHC' [r genai' ir polimorfiz' genome duojami battymaipasiZymididiiausiu imogaus -. 4000 kb' mu. MHC genrl totuso dydis irgi lspldingas (4'6 pav') jame per fO()genq.ZmogausgenomeMHC genaiuZimavis4 6-osios trumpqji peti (Op).NepaisantdydZio,jis yra pirmasis chromosomos (dar 1992m.) stambusZmogauschromosomos visiskaisekvenuotas segmentas. GeriausiaiiStirtosyra Zmogausir pelesMHC genq sankaupos' bet turi skirtingusPavadinimus:

atsakas , Greitesnis

susidaro Po imuninio atsakoir imunoglobulinqlokusqperrv-arkos unikalusdarinys,kuris vadinamasidiotipu. Taigi klonuojamosvieno idiotipo l4stelds,nes Sio idiotipo koduojami Ig geriausiaiatitinka antigen4. (NIHC) (TCR) ir audiniq suderinamumo 4.3.3.T limfocitqreceptoriaus genai Neatsitiktinai Siosdvi genq grupds, sudarandiosdideles genq sankaupas. nagrindjamoskartu. Nors audiniq suderinamumo genai sutelkti i MHC sankaup4 ir aptikti persodinant organus bei audinius (pirmiausia od4), jie tiesiogiai dalyvauja imuniniame atsake, kuriam T limfocitai ne tik ,,diriguoja". Jq koduojami baltymai TCR, CD3, CD4, CD8 tiesiogiai sqveikaujair su MHC baltymais. ICR genai ir jq pertvarka brgstaniiuose T limfocituose. 1CR genams bldinga pertvarka tokia panaSi i /g genq perh-ark4, kad net rekombinacijqatlieka tas pats fermentq kompleksasrekombinaze.Mat ir TCR genuose yra tokios padios (7 ir 9 bp) nukleotidq sekos, kuriomis suartdjussusidarokilpa. Pastarojinukerpama ir buvg kilpoje genai pa5alinami (ta DNR suskaidoma),o visi kiti segmentai sujungiami.

. Zmogaus - HL1 (tngl' htunan leukoct'te-ussociatedantigens)' . peles - H2 (angl hisrocontpatibilin')'

iia nagrinesimetik ZmogausHl-4 lokus4' MHC iodnojami baltymal skirstomi i I, il, III klasg' I5 tikrqjq koduojamibaltymaiformaliaitiesiogikai kurie Siosgenq sankaupos Antai nio rySio su iriuniniu atsatu neturi, ypad III klasesbaltymai. (C4A' C4 it C2 III kiasesgenai koduoja komplementobaltymus baltymu c6B, C2 genai), SiluminioSoko atsakovien4 svarbiausiq enatakuoja kuris hidroksilazE), Hsp70,citochrom4P-450(steroidq dogeninisubstrat4_steroidus(genasCYP2l),veZionekroz6sv ir veZines ni,is 1fl,lf',< ir Tl,lFBgenai).Thdiauimunind sistemaveikia lqsteles(TNF),degra"dauusiusarbanereikalingusbaltymus(Hs CYP2Lgenai). -tik Zvilgtelejusi pieSinl(Lt' 4'4 pav'), vaizduojantiI ir II Jau irgi klasesMHC, ai5ku' tad lie yra vienos kilmes su Ig ir TCR'

i5 (cr, F. y, 6) koduojaskirtingigenai,konstruojami polipeptidus Skirtingus

skirtingq genq sankaupu. Thdiau sankaupq yra ne 4, o tik 3. nes i a sankaupq isitcrpg 6 genai; B ir 7 sankauposyra atskirai, bet abi toje paiioje Zmogaus7-ojoje chromosomoje. o ad sankaupa atskirai - I.l-oje chromosomoje.

TCR polimorfizmas irgi jsp[dingas: gali bfiti 1015ivairiq TCR variantq. Toks skaiiius yra nc tik del genq pertvarkos,kaip ir Ig, bet

297

296

\--

CE\TRO}IER\ Genai: .(EJ\ Hsp70- SrlurnruoSoko. Z,VF-r.ezo nekrozis veiksmcr, R1,\G1a R,/_\G: COZ- kolagenrr. ' l:J-/A:r_,zDpB) IJP:I citouhromoP-J50, tt,-t./

/./L-J. .- | ll35g5.

D.. |Dl\{B,DPB . )- II klases C, G - komplenrentcr uk1

-a--

i--r,r.:.r

?#;\,\3:i;

- . ,\ 1- r . r r - j ;;:\ r.{-1 \D-1,r8 *Jr RI\G?-F !-n1p T iD1/ rlH/

.1)

Polimorfizmassukuriamas visiskaikitokiu bldu negu Ig ar TCR:

Y"-

l,\b01, 5.-\aPr-; 1 \D aB1 'DQ.l1 j

a a

J__

,oru G13 G16 G15 G11 G13 CI?)] C,4B c1-4 CIP2] Gll RD Bf C2 GI0, G9A' G9' G5 G9

OSG

.i, v) .q) a

HL1-.1 nLa-,4

HL.l.H mj-G HLl.F

Bul T,\IE{ T,VFB B,1T]

DR

T-x-l;-

,

1) r\

h '-- l

Cia yra tik dalisjr.l (plg. su 4.6 pav.).I kl. MHC genrl yra aple 10. II kL MHC genq - per 15. Labai daug yra pseuclogenq ir karrotiniqseku.Siu sckq paskirtisneai5ki.

)a_DP-.l:

-

': r- rr

LqP_q"F 9_crgu BBpcr I 000kb

"uttt;'.1'., -DP.4l r-'\ JR;;:; Ji n119-r-\i t tm-//

DP BZ p_OD1 p'_g

:- -

-{0i TELOMER{

4.6 pav. Zmogaus HI-4 (MHC) lokusas

atsiradgi5 bendropro.reviogeno del duplikacijuir divergencijos. Kiekvicn4 domenakoduoj.askirlingasg.nur. Genq konstrului,,,i,ner.yksta, bet to paties poripepticro g.nii daug kariu pakarroti,skirtingi. Pvz..ll klasesgenai:

kaip mineta,genq daug; kiekvienasgenasturi iki 150 aleliniqformq. kiekvieno heteiq rozigoti5kumas sudaronuo 10 iki 90%: veikl[s abu aleliai lbialeline raiska),pasireiikiakodominavimas: yra abieiq aleliq produktai,iq deriniai cluodaskirringus fenotious.

Nors qenai nekonstruojami, bet krosingoveris Hl.,4 sankaupoje vyksta labai netolygiai. Kai kuriose vierose jis itin daznas, kitose atvirkidiai. slipinamas, pvz., tiirp genq DQA ir DRB (lr kl.). Manoma, kad tokiu b!
Haplotipas.Del didelesaleliniq genq gausosir rekombinacijos tarp genq HIA lokuso (6p) viduje kiekvienoZmogausHrA rokuse susidaronepakartojamas ivairiqMHC I ir II klasesgenq derinys.Sis derinyspavadintashaplotipu. Haplotipas - tai artimai sukibusirlgenq ir iq areriq derinys toje padiojehomologinejechromosomoje. Thi miniatiniinis,nedidelesgenomodaliesgenotipas. MHC haploripai sudaro salygassaveikai tarp gcno produktq brQstant _ MHCmRNR. Manoma. kad net kiekvien4 MHC baltl,mq clomcn4 koduoja gana s a v a r a n k i S k a sg e n c t i n i s v i e n e t a s . T h s s a v a r a n k i i k u m a s - i r p a s i r e i s k i a brgslant MHCmRNR. Bresrant mRNR. ji gari susidaryti ,,hibridine", t. ,v. is abieiq diploidinio organizmo F1L,r lokusu, esaniiq abiejosehomologinese6-osiose chromosomose. Hl,'l lokuso. kaip ir kitq imuninio arsako (/g. rcR) lokusq, ypatybe ta, kad viena bu]ITo. domen4 koduoja vienas egzonas.tiigi brgsranr rnNR. ivairiais ,r"ri";.li gali derintis FILA'RNR egzonai. koduojami homologiniq chromosomq:

298 299

6-o1i chr pre-mRNR

l.___

-rr

F.R

EAr -::-lr Bt

Ar

Fn

Cr

, . li i b r i d i n c s " MHCniRNR

_

f A,

pre-mRNR 6-oji chr.

. f-

l -'E-A:

il

:l B.

C.

D.

_i

E.B:

a-

E.C:

(..

E-D:

D:"

Tai gali buti viena ii prieZasiiq, kodel 5iek tiek skiriasi to paties asmens ivairiq audiniq lqstelespavirsiniaisantigenlris.Sie skirtumai svarbis audinirl nesimai5ymui, autonomijai. Thiiau Sie skirtumai gali atsirasti ir brgstant baln'mams.juos modifik u o j a n t s k i r t i n - e a ihs u d a i s .

MHC veikla.I ir II klasesMHC baltymaipristaroantigenq(baltyme) T l4stelems. PagalpristatymEI ir lI klasesMHC balrymaiyra specializuoti. Specializacija yra pagal dvi ypafybes: . kokiomslqsteldmspristatomiantigenai: . I klasdsMHC baltymaiantigenqpristatoCD8+T. lqstelems (kileriams); . II klasdsMHC baltymaianrigen4pristato CD4+Th (helperiams); pastariejisavo ruoZtu skatinaB limfocitusgaminti antikunus: . kokius antigenusskaido ir suri5a visa veikianti sitema (nes veikia ne tik MHC I ir II klasesbaltymai): . I klasesMHC paprastaipristatoendogeninius (vidinius)balrymus; . II klasesMHC pristatoegzogeninius balrymus. 300

atakuojavirusiniusbaltymus I klzrsdsMHC baltymaidaZniausiai Bet veikia ir prieSkitus enbrgsti. 5i sistema baigiant prie5virusui kurios,pvz.,susidaro vdZinesl4steles,baltymrlatplaiSas, doparazitus. dcgraduojantballvmamspo SiluminioSoko.T. limfocitaiuZmuiavisas Siasl4steles.I klasdsMHC baltvmusgamina visos (ar beveik visosl4steles). II klasesMHC baltymaisintetinami,kai atsirandai5oriniqbaltyb[du. mu, kurie i lqsteleyra patekeendocitozds prie5kuriuos MHC veiksniais, gen4 su tais susijusi evoliucija MHC balt,vmainukreipti. Labai stiprusMHC genrl atrankosveiksnysyra virusai.Nobelio premijoslaureataiCinkernagelis(R. M. Zinkernagel) ir Dohertis (P. C. Doherty) nustate,kad ivairfisI klasesMHC aleliai lemia atsparumqskirtingiemsvirusamsir kitiems endogenimaliarijaipriklausone tik nuo niams parazitams.Antai atsparumas hemoglobinogenq mutacijq,bet ir nuo MHC (DRI, BW53) aleliq. Sie aleliai i5plitgVakarq Afrikoje. uZkrediamoms europieti5koms Amerikosindenaiyra neatsparumo 56 mln. indenq Zuvo del Siq ligoms (gripui, tuberkuliozei)pavyzdys: ligq. Indenaituri labai maZaiHLA-A aleliq.Tadiaupastaruojumetu indenq genomeatsiradobei plinta nauji HIA-B aleliai.Sio skyriaus reiSkinioreiketq tiketis ZIV viruso pradlioje mindta, kad panaSaus atZvilgiu.Tai mikroevoliucija,kuri ryksta ir Siuo metu, nepaliaujamai, ddl amZinoskovos,,parazitas-Seimininkas". NIHC specialiosiosformos. IIHC genai ddl i5nagrinetu veiklos ypatybiu yra rieni seniausiu tarp visq imuninio atsako gL-nq.Veikiant atrankai, atsirado labai siauros specializacijosMHC genu. Pt'2., HLA-DM genas koduoja pagalbini baltym4, kurio paskirtis- sukurti kitq baltvmq treting sandarq,priZilreti, ,,kad visi butq savo vietose". Tokie balry'mai vadinami Saperonais (pranc. chaperone - moteris. kurios i5 kelio". patektrl paskirtis buvo priZiuriti jaunas paneles,kad Sios,..neiSkrypdamos ii taiko A i taikq B...). Kai kurie genai dar labiau specializuoti ir veikia dar trumpiau. Antai HIA-G veikia tik iSoriniuose trofoblastuose,saugo praddjusias dalytis embriono lqsteles, kurios geneti5kai yra pusiau transplantantas,nes turi pusg chromosomq, svetimq motinos kariotipui, - bltent i5 tevo, Salia kitq genq ir lemianiius MHC haplotipus (genu derinius. lemianiius I klases baltymus).

Vieningasistema.Visosimuninioatsakosistemostokioje glaustoje kurso dalyjeiinagrinetineimanoma.Tik trumpai i5nagrinetiimuninio atsako,.pagrindiniaiveikejai":Ig, TCR, I ir II klasesMHC. Juos reikia papildyti balrymais,kurie nemindti (pvz., interferonais, 301

Y

daugeliu CD baltymq, kuriq jau yra apie 100), arba tokiais, kuriuos sumindjome tik prabegomis (pvz., CD3). Visa 5i sudetinga sistema veikia darniai, kaip vienas vienetas (4.7 pav.). Thi vieninga sistema,kurioje dera . univcrsirliosformos su siaurai specializuotomis formomis, . konstitutyviosformos (pvz., I kl. MHC) su indukuotomis formomis. Be to, vis4 laik4 yra tam tikras pastovus,bet Zemas lygis tr1 formq, kurios yra indukuojamos. Nuo to priklauso visos sistemospatikimumas.

fi \-/

,,u,"...#,1,,?,"" _b-a*2( rpilopds dkyva.a

\@,*''"n.o'.,,'.*

fi_),

\

'p/

I

,",r1$r,,r,

Panaiiai kaip imuninio atsako veikia ir kita labai stambi genq grupi, lemianti ksenobiotikq metabolizm4 - biodegradacij4. Ksenobiotikai * svetimos, nebfldingos organizmui medZiagos.

Konkreiiq kscnobiotikq biotransfirrmacijosfcrmcntq porcikis ii dalics prognozuojamas ii anksto. Tiii priklauso nuo istorincs taksono patirties, kuri sukaupta vykstant rliics evoliucijai (Zr. toliau). Egzistuoja labai didele citochromq P-450 genq populiacija.

r''ro'roa*v"a"uu

-'+ d 1-E O { ''"*'"' l x*:*, ,,{," \ -6D r.u*,ruu.,,u

,:il,:::"

I qsteles:tlE

,1.7 pav. Imuninis atsakas ?n')

4.4.1.Ksenobiotikqbiodegradacija ir jos fazds.CitochromaiP-450ir jq genai

Thi detergentai (ieinantys I skalbimo priemoniq sudeti), ivairios kilmds vaistai, ivair[s pesticidai ir kt. Daugelis jq ne tik nuodingos medZiagos,bet ir tiesiogiai ar netiesiogiaiyra mutagenai, kancerogenai. Bltent Sios jq savybesskatina tirti ksenobiotikq metabolizm4. Organizme Sie junginiai patiria biotransformacij4: arba suskaidomi, arba paverdiamijunginiais, kurie lengvai pasi5alinai5 organizmo. Metabolizmo pobldis labai priklauso nuo to, ar organizmai turi aktyvi4 ialinimo sistcm4.

nntgeno nrencirmas rr Dflstatvmas

l2lT

4.4. Citochromq P-450 genq populiacija. Ksenobiotiks biodegradacijos genetika

|

,'l'ffi'on"'

@

ou"''ll'"

t'il

Ksenobiotikq ativilgiu organizmo strategija labai panaii j imuninio atsako strategijq,nes pana5Dstikslai: nukenksminti svctimas organines medZiagasarba nereikalingq savq medZiagq pertekliq, nes ksenobiotikq biotransformacijanukreipta ir prieS endogeninius substratus. MaZa to, pirmicji Sios sistemos baltymai (pirmieji citochromai P-450) buvo skirti endogeniniams substratams- cholesterolio junginiams skaidyti. Kaip ir imuninio atsako, . yra universalios ir specializuotoskonkrediam ksenobiotikui sistcmos: . veikiandios visq laik4 (lemiamos konstitutyvirl genq) ir indukuotos biodegradacijosformos; . sistemosyra dubliuotos, t4 patl ksenobiotik4 atakuoja ivairiose padetyseskirtingos to paties fermento izoformos (4.8 pav., A) arba skirtingos fermentq sistemos skaido ivairiais b[dais (4.8 pav., B).

A, Testosteronas otl

I], Benz(a)pireilas 2,J-rpoksiBl'

.t {'l.\iBI'

{ J.6-chinonRP

0 t

{,5-epolirilll'

4 . f t p a v . T e s fo s t e r o n o ' - 1 . "U " r r f o l O i r e n o ( B P ) m e t a b o l i z m a s i i u r k i q k e p e n q nrikrosomose: A - pavaizduotos tik ktlnstitutyviosios citochromo P-.150 izoformos (rcmiantis V. Kobliakovu, 1990)

Ksenobiotikq biodegradacijos/biotransformacijos fazds. Salinimo neskiriant i atskir4 treiiq fazg d:rLrgclioksenobiotikqmctabolizmas skirstomas i dvi fazes. I biotransformacijos faz€je riebaluose tirpls kscnobiotikai virsta vandcnyjc tirpiais metabolitais,igyja reaktyvirl grupiq: OH. NH,, COOH, SH. Vyraujermonooksigcnaziniotipo (clviejq elektronu pernasos)rcakcijos:vicnirs molckulinio deguonicsatomas prijungiamas prie substrato (R), o kitas yra redukuojamas i H.O. DaZniausiaideguoniesatomas iterpiamas tarp C ir H atomq; susidaro hidroksilo grupd (dviejq elektronq reakcija): RH + O. + 2C + 2H+ -+ ROH + H2O. Bfitinas laisvasisdeguonistO.l. Sio tipo reakcijasvykdo citochromo P-450 fermentine sistcma: . citochromasP-450 (hemoproteinas), . NADPH-citochromo P-450 reduktaz6 (flavoproteinas), . fosfolipidai (pvz., fosfatidilcholinas). Sio tipo rcakciju alternatyvayra tiesiogine elektrono perna5a susidarant laisvam kationo radikalui (vieno elektrono reakcija). Cia dejo atomas gaunamasii pcroksidq ir prijungiaguonis nereikalingas. mas prie substrato.Thi atlieka peroksidazds.Si4 reakcijq gali katalizuoti ir citochromasP-450,bet ir jam butinas H,O,. 304

Vien4 sistemqgali keisti kita. Tas pats ksenobiotikasgali blti ir vienokiu,ir kitokiu b[du. Antai i5 benz(a)pireno(BP) zrktyvinamas pirmuoju btdu susidarolabai akryvUs7,8-dioliai,antruoju budu kationo radikalas(4.8 pav.,B). Kuris bldas D/raus,labai priklauso nuo objektoir net nuo to patiesorganizmoskirtingqaudiniq.Augasistema,Odoje yra tik 2-60/ocilq l4steleselyrauja peroksidazind palyginti P-450 aktyvumo, su kepenimis. tochromo po I fazesreakcijq,yra Daug ksenobiotikqmetabolitq,atsiradr.rsiq todel labaisvarbu,kad tuoj pat vyktq II fazesreakcijos. mutagcni5ki, II ksenobiotikqbiotransformacijosfazdjelyksta konjugacijosremedZiagos: hormonai,katecholaakcijos.Jas patiria ir endogenines mctarninas.bilirubinasir kt. Siojefazrjc prie t fazrrjesusidariusio bolito (jeigujunginystirpus vandenyjc,ir apeinantpirmqf:1fazE)termcntai prijungiaivairiusjunginius: . . . .

.

pcrncSa gliukurono r[g5ti nuo UDP-gliukuIJDP-gliukuronoziltransferaz6s rorro rlgitics ant mctabolitoi sr.rsidarogliukuronidai; glutation-S-transferazds prijungia glutationq; galutinaisusidaromerkaptorlgStys; arilsulfotransferazdsprijungia sulfato liekanq nuo 3'foslbadcnozin-5'fosfosulfato (PAPS); peptidai, dainiuusiai glicinas, prijungiami pric aromatiniq karboksirrlgiiiu (bcnzenkartroksirfigStis * clicinas = hipuro rugStis;ii rcakcija dtroma kcpcnq dctoksikacijosfunkcijai patikrinti); a c e t i l i n i m a sk s e n o b i o t i k q k, u r i e t u r i a m i n o g r u p g( a r o m a t i n i q a m i n q , s u l l a midq, hidrazinq).

Konjugacijosreakcijomiskscnobiotikaigalutinai nukenksminami; tada ialinami metabolitai. ?riiau ir po II fazds reakcijq gali atsirasti mutageni5kq mctabolitq. Antai labai stiprls mutagenai yra 1,z-dichloretano ir 1,2-dibrometanojunginiai su glutationu. Ksenobiotikai ir jq metabolitai gali blti kaupiami (deponuojami) vakuolese,aug:rlq lqsteliq sienelcse,kai kuriuose audiniuose.Thi irgi bldas apsisaugotinuo Zalingo Siq junginiq poveikio. Daugelis fermentq (UDP-gliukuronoziltransferazes,glutation-S-transferazis, arilsulfbtransferazes,peroksidazes)turi izoformq, brldingq konkretiems substratamsarba audiniams,tadiau Siq fermentq genetika nera taip gerai iStirta, kaip imuninio atsako baltymq, todel apsiribokime tik citochromais P-450. Citochromq P-450 genai. Tai viena i5 stambiausiqgenq populiacijq. Visos citochromo (c.) P-a50 izoformos sudaro Seimasir po5ei-

-305

rI

mius. Seimqyra daugiaukaip 20 (jos zymimosromdni5kais skaitmenimis,poieimiai- didZiosiomis raidemis,izoformosir genai- arabi5kais skaitmenimis. pvz.,citochromaiP-450IA1, IIC13; genai atitinkamai:CYPlAl, CYP2C13ir pan.). Kaip mincta, ivairioscitochromuP-450izoformoss4veikaujasu skirtingaissubstratais: . IA (2 genai,CYPIAI ir C:YPIA2),izoformoslAl substrataiyra policikliniaiarenai (PAA, Lr. p. 467),o izotbrmosIA2 - aropirolizesproduktai; matiniaizrminai, aminorfg5diq

a a

IIAI (genasCYP2A1)oksiduda testeronq,be to. labai spccifi5kai - tik 7-ojojc padetyjel IIB (1 genai) substrataiyra ivair[s ksenobiotikai; IIC (13 gcnq, ii iu 5 konstitutyvls,kitus indukuoja fenobarbitalis (Zr. toliau), Scirrrosizofirrmossudaro didZizf4Siuo metu Zinomq konstitutyviqjqcitochromq P-4-50dalil IIE, (2 genai), substrataiyra ctanolis,acetonas,N-dimetilnitrozoaminas ir kai kurie kiti nitrozojunginiai.ldomu, kad genq induktoriai yra ne tik ctan
Citochrcnrq P-4-50izoformu ivairove gerokai clidesnc ncgu yra C'YP lokLrsq.Thi priklauso nuo kcliq pricZasdiq: . kiekvienasgcnas gali tLrrcti savo alelines iiraiikas (kai kuriq gcnu alcliai ir polialclizmasnustatyti); . daugunracitochromq P-450genq yra sudetingossandaros,suclaryti i5 7-9 cgzonq, todcl gali vykti altcrnatyvussplaisingasir transspla isingas; . Sie scnai sudaro populiacij4 ne tik pagal genq produktus, bet ir pagal genq valdymo bldus (Zr. toliau). Suistratai-iymekliai. 2monc. lahli jveiriai reaguoja i tq pati kanccrogenq-mutagcna. Sio reiSkinio prieZasdiqdaug. lrct vicna ii jq - citochromq P-450 izotbrmos. lirdiau ticsiogiai tirti P-,1-50 ir jo izofrlrmasyra sunku mctodiSkrLi,ir toclcl inclividuali Zmoniu itnalizclllbui ribcita.Sumanvta konkreiiLr asmcnq P-450 izoti-rrrnqaktyvumil ivertinti pagal tipi(kas konkrcciai citochromo P-450 izolbrmai rcakcijas:naudojantis substratais-Zvnrckliais (4.9 pav.). Pvz.,norint jvertinti izoformos I,A2 kieki (aktyvum4), nustatoma,kick i5 fcnacctinopasiganrinoparacetamolio. Substratqpaieikos tssiamr)s.

306

iStirtos stambios Zmoniq grupes, nct popuNaudojantis substratais-zymekliais, liacijos. Nustalyta, kad stipriai ir silpnai metabolizuojandiqasmenq santykis populiacijojc daZniausiaipirsiskirstopagal Mendelio, Hardiio-Vainbergo disnius: domirruoja stipriai metabolizuojantysasmenys.Tiriiau aleliq pasiskirstymaspriklauso nuo 2nroniq rasds,populiacijos.Antai silpnai metabolizuojaniiq S-mcfcnitoinq (citochrobaltaodZiq ir kintl vra apie 57o, o mas P-450 IICt't-10izofbrmq substratas-Zymeklis) polimorfizmas pagal kai kurias 2moniq Nustebino Iabiri didelis net 18-23"t'r,. iaponq t-'1,50izofornras.Antiri pagal citochromo P-4.50IA2 izofornril. nustatom4 substratu-Tymckliu fenacctinu. Zmones skiriasi vienas nuo kito 100 ir daugiau kartq. Prisiminkimc. kad (i forma aktyvina ar
Citochromq P-450 genq evoliucija. Kaip ir imuniteto, hemoglobinq genai, citochromq P-450 genai yra turejg vienq bcndr4 pirmtakE (4.10pav.,l). CitochromoP-450pirmtakas atsiradobakterijosepricS maZdaug2 milijardus metq. PricS 1,5 milijardo metq i5siskyreprokariotai ir eukariotai. Thi buvo Iemtingas citochromq P-450 genq evoliucijos momcntas, ncs prokariottl citochromq P-450 genq divergencija buvo labai silpna. Susik[re tik viena genq Seima (C1). Tuo tarpu

..czHs 'f-*).:" | >(' (._NH

( 1n, (l- {.rn,-r:H, f'cnacetinas

+

Ir-N-C-ClI. llr

trll 1\-/l

v/a9

paracetamolis l2

S-mcfenitoinas

t

:Hs tl

)c=o Il.t

.l-h id ro ksim efcnito i n as

4-hidro ksidetrrisochinas

3

4.9 pav. Zmogaus citochromo P-450 genq markeriniai substratai: I - fcnacctinas ---} paracetantolis= CYPI42:2 - S-mcfenitoinas ---| .:l-hidrcrksimefenitoinas= CYP2Cll' 9 v 10: 3 - debrisochinas---) 4-hidroksidebrisochintts = CYP2DB

20'

307

r6chromoP-450formoskatalizavotik endogeniniqsubstratq(cholesPrie$maZdaug900 milijonq metq atreroliojunginiq) metabolizmq. Seimos(CYP17,f9' 2l). P-450 sirado steroidqmetabolizmo

'1,4 - Pseudomona't I

'vPt I Blsrcroidu

,I'P I IAJ L/ - rnields

,, s-i:r;,-i,:r( 'te

('r'PIg

. 1 7-

( ' Y P1 7 C'I'P4

pse nasll,,.,o, udoge ou J

I

,5

fl n;]$j,i\XljliLi 0",ou *"r"n,

,r

metabolizmo c y P2 D - debrisochino etanolio L'YP2f,- indLrkuojami

,'-f

didelisposeirrris) cyP2c ([vairfis.

, ' r r : l i n d u k u o i ai m io llnnbarbital ,,t r_,.rJ t'tElindukuoiami -t't lLr'lr/dpAA.dioksino

o 25p0 , l0p0 , l5oo Soo r-fili.ionainretq

Siq genq ieimq koduojami citochromai P-4.50svarbls normaliai Zinduoliq raipscudoherclai. Anrai CYPtl ir CYP2t genq Scimq mutacijos sukclia moteriikEii genitabet sutrikusia kiau5idemis, iSsirrysiiusiomis su XX, (kariotipas nrafroditizm4 pseudoherlijq raida), o CYPtT ieimos rnutacijos.atvirkidiai, sukclia vyriskaji (XY) nralroditizm4.

Tik priei maZdaug 800 milijonq metq pagaliau atsirado genai, kuric kocluoja izoformas, katalizuojandiasksenobiotikq biotransforrnacij4.Thip ZoledZiaigyvhnai prisitaiki prie augaliniq toksinq. Tolesni citochromq P-450 genq divcrgencijavyko labai spardiai. Kaip ir kitq genq, citochromq P-450 genq evoliucija vyko del cluplikacijq,genq mutacijq ir translokacijq.Del to citochromq P-450 qcnai tapo i$barstytipo ivairias chromosomas.Zmogaus citochromq t,-450 yra bent u chromosttmose.Thigi jei ivyktq vieno lokuso deleci.ja.liktq veiklls cYP genai kitose vietose ir kitose chromosomose. Gyvenimo bIclas, ckologija skatino atsirasti naujas citochromq p-4-50izofbrmas. Anrai lIEl (CYP2E1) atsirado pricS tiO milijonq mctU. Sio citochromo P-450 substratai yra nitrozoaminirs,etanolis, kctonai. Thdiau triuSio gyvcnimo bldas paskatino tolesng geno divcrgcncijzl i atskiras dvi izoformas: . vienos substratasetanolis (llE2), . antros - nitrttzoaminai(llE,l) (4.10 pav., B).

pradT.ia Divergencijos

M i l i j o n a i m e t(qx l 0 )

t

u i t r o z o a m i n qp i r m t a k q .Z o l e i k a i s t a n tg a Z a l i 0 j c 2 o l c ' j cc l r r u g i u n minasi alkoholis. Del to triuSistapo geneti5kaiuZprogrzrmuotu,,alkoholiku".

Dabartis

4.10 pav. visq citochromq P-450 genq (l) ir citochromo P-450 IIE (B) evoliuciia: njlkamc lbne * kscnotriotikq mctabolizmo citochromq P-4-5()Scimclsir poSeimiai

i daugeli eukariotamsblclingalabai intensyviCYP genq divergencija koduoja kurie seimq.Antai, priei 1,1 milijardo metq issiskyregenai, endogeniniqir egzogecitochromoP-450izofbrmas.katalizu
4.4.2.CitochromqP-450genqvaldymoypatumai.Lytinis dimorfizmasir imprintingas CI? genq valdymasyra labai suddtingas.Thi suprantama'nes sprendZiamasklausimas,.b[ti ar ncb[ti". Sistema saugo organizm4 nuo nuoclq, todel, kaip mineta, veikia dubliuojantys apsaugosbudai, t4

pati ksenobiotik4 skaido ivair[s fermentai. Patys citochromai P-450 gali atakuoti ivairius substratus,vienas kit4 bent i5 dalies pakeisti. CI? genq veikla tiriama naudojant ne tiek mutantus, kiek induktorius ir inhibitorius. Vicna mutaciia - CYP2D geno yra labai paplitusi: 5-107i Zmoniq turi 5io geno mutacijq. Ji buvo aptikta tiriant vieno anksiiau vartoto vaisto, maZinandiokraujosprldi- debrisochino (izochinolino karboksiamido) ZalingaspaSalinespasekmes. 'Iai.

kad CYP genai pasirei5kianc visosc lipstclcsc.audiniuttse.organuose.yra jprasla cukrrriotq genu valdymtt ypatybi. Aktyviausiai CYP gcnai veikia kcpenyse, plauiiuosc, placcntojc ir smcgenysc.Thiiau jq ypltybi yra ta, kad vienuose organuose jic gali h[ti konstitutyvls, kituosc inclukuojami kaip CYP2B poic-imio gcnai. Plauiiuosc jic yra ktlnstitutyvls, kcpenysc - indukuojami. Ksenobiotikq metabolizmui spccializuotamcorgane kepcnyse dauguma cititchromu P-450 gcnq yra indukuojanri.

Induktoriai yra ivairus,kaip ir pati sistema.DaZniausiaitai specifiniai substratai,kuriuos atakuoja atitinkami citochromai P-4-50. Genotoksikologijojesusmulkinta endoplazminio tinklo frakcija (mikrosomos,arba S-9) buvo pritaikyta promutagenamsnustatyti. Thi tokie mutitgcnai,kuric veikia ne ticsiogiai.o po kscnobiotikonletabolizmo I fazis. Prircikc surasti tokius indrrktorius.kurie indukuotq kuo d:rugiau citochromq P-450, t. y. icSkota universaliq induktoriq. fsitikinta, kad daZniausiaiinduktorius yra pats substratas.Vis delto surasti du induktoriai. kurie aktyvina dideles CYP gcnq grupes. Tai ir f'cnobarbitalis. 3-metilcholilntrenas ,,MC tipas". 3-mctilcholantrenasindukuoja CYPIA genus, kuriq koduojami citochromai P-4.50atakuoja svarbi4 kanccrogcnq grupg policikliniusarenus.Ju mRNR kickis padideja apie 100 kartq. Visi pana5usinduktoriai ir jq indukuojami CYP vadinami MC tipo induktoriais.Stiprls MC induktoriaiyra polichloruotibifenilai labai svarbi ksenobiotikq grupe, kaip induktoriai daZnai vartojami herbicidai. Labai stiprus induktorius yra herbicidas ,,Aroclor 1254", bet visus lcnkia (tiesiog visus tyrindtojusSokiravo)2, 3, 7, 8-tetra1,4-dioksinas: chlordibenz-[b,e]-

Cl ,,".

'D".. t"'

CI ,)

.!:',i I o,,,1a \ )ct 310

I

Jis net apic 3000 kartq vciksmingesnisuZ 3-metilcholantrena. Bc to, genq vciklE sukelia itin maZosjo dozds, faktiikai pedsakai (0,85'10-' mol/kg). Bhtcnt dioksinas buvo trrs prvojingus nuodas ,,oranZiniamc" defoliantc, kuri \,urto.ioVietnamc JAV kurinis pa.icgos.Dcfoliantc jis ltsirado dcrl aukitos Icmpcn r l i l r o s ( g a i s r q ) .D a r v i c n a s s k a n d a l a sk i l o ' l i i v a n e - . . a l i c j a u s l i g a " . 1 9 7 9 m . a p i c -l?rivano gp'cntojq. r'artojusiqalicjq ryZiamskcpinti, susirgo Sia liga (atsiranda 2(X)() budinga oclos ir niLgqpigmcntacija,plsles). Pasirodo,alicjuje blta hcrbicidq - pol i c h l o r u o t q b i f c n i l u p c d s a k q .T L ' n t p c r a t I r t t vs c i k i a m i ( k c p a n t ) 5 i c v i r t o d i o k s i n u .

Polichlonrotibifcnilai kaip hcrbicidainaudojamiir Lietuvoje vrirpuc'iui naikinti. PB tipas - kito induktoriausfenobarbitalio(sin. 5-etil--5-fenilbarbiturrr rlgltis, luminalis).Jis indukuojakitus CYP, tarpjq CYP2B ir CYI'2C taip bifenilqmiSinysherbicidas,,Aroclor-12-54", poicimiq. Polichlorucltq prrt ir dioksinas,indukuojaMC ir PB tipus. Priklausomainuo induktoriaus,pvz.,MC ar PB, pasigaminanctapatfisto patiesjunginio (ksenot r i o t i k o )m c t a b o l i t a (i 4 . 1 I p a v . ) . ,4ft lokus:rs. Baltymai - receptoriai. Su kokiu gcnu szlvcikauja MC tipo induktoriai, paaiikejo tik po to, kui par,yko aptikti peliq linija (DBA/2N). kuri ncrcaguojai iiuos induktorius.Sis dominuo.irurtisgcnas buvo pavadintasAlt (yra dvi jo pavadinimokilmis vcrsijos, istorinc - angl. an'llwdrog,lusc- pagal pagrindini indukr"rojanrq lrirltynrq f'ermcntini aktyvuntq,ir antra, iiuolaikinc - urom(ttic lwdrtt' - paqal pagrinding grupg ksenobiotikq, kuritl t'urhon rcsponsivutc.s.t jo valclomagenq grupd rcgulonas).l/r lokusasvaloksidacij4vykdo ckr apic 20 gcnq, t. y. per l0 mortooksigcnaziniqaktyvumq. Visi genai, valdomi vieno bendrcl valdymo geno, sudaro regulonq. Visi regulono gcnai turi tokias padias valdymui skirtas nukleotidq sekas,su kuriomis s4veikaujavieno bendro valdymo geno produktai - reguliavimo baltymai. ,4lr lokusas - tik lcclkalniovirSlne].Kaip ir daugelio genq, kuriq veikla yra atsakas j ekologiniq veiksniq poveikl, pvz., padidejusi poticikliniq arenq (PA) kicki, tradici5kaisignal4priima lqstelcs plviriiujc receptorius;toliau pcrnciamas i branduoli, o ten transkripciios veiksnys ijungia genus/visqregulonq ar genq sankaup4. Thi bldinga valdymo eiga. Tadiau CYI' genq ji r,yksta truputl kitaip.

311

r I t3:qi /-}-.r \Ah iH.p I \ _-/ 9a

9*

,, il

/

\

+

Neaktyvusrcceptorius

ff

* (OXO>(-il"".lt:r'"* (OXO>('" --\r/*-\rr*

,t--^.r) -' ,*aa-1 rlX).; (,t9 J{h/

tit;:i".::il"u"

Aktlwusreceptorius

Tiri labai panaiu i represoriausir induktoriaus silveikq /ac operone. Steroidiniq hormonq receptoriusirgi jungiasi su tuo padiu Siluminio Soko baltymu, kaip ir Ah receptorius.Mafyt, toks valdymas budingas CYP genams. Ah aleliai.Ah genzts,kaip ir daugeliskitq eukariotq genq, yra polimorfinis,turi daug alcliq. Kaip valdymogenai,jie skirtingostiprumo. fvair[s lft lokuso alcliq dariniai (pvz.,Aht'Aly'',Altt'All, AhtAhd ir kt.) lcmia individualiusZmoniq skirtumusskaidantaromatiniusaminus.

Ilrombcnzana!

cH,cH,cH,qcH,cH,

Valdymo genai gali lcmti ir kiekybinius individq skirrumus. lledt{o}pir.n.!

Q}@"

e$ \l

4.1I pav. Ksen
l/r lokusaskaip tik ir koduojareceptoriq,be kurio lEsteles nereaguotqi PA. tadiaureceptoriusyra ne ant membranos, o netoli jos - citoplazmoje. Be to, ten jis neaktyvus, susijunggs su vienu svarbiausiqSiluminioatsakobaltymq- Hsp70 (4.12 pav.).Todel bus reaguojamatik rada,kai PA (ar atitinkamaikitas ksenobiotikas) prasiskverbsi l4stele.Ah rcceptoriusbilna tol neaktyvus,kol lastelg i pA s4veikauja ncprasiskvcrbia PA. Prasiskverbgs su Ah receptoriumi, ir Sis i5silaisvina ii komplekso.,Ah f Hsp", akryvinasiir pernesai L.rranduol! signal4apie pavojq:

:1.12 pav. Citochromo P-150 CYP|,4l geno indukcija 2,3,7,8-tetrachlordibenz-[b, el-dioksinu (TCDD)

Jtz -) l -:)

l. L

l/r regulono valclynio kerias yra tipiikas cukariotu genq, kurie lcmia atsak4 j ekologiniusveiksnius: induktoriaussqveikasu reccptoriunri-+ signalopernasa bran! duoli -+ sEveika su transkripcijos veiksniu --r transkripcijos veiksnio s4veika su valdomais genais -+ gcnq veiklos uttynoucrja - mRNR transkripcija -+ transkripto brendimas ir perna_ ia i ribosomas -+ transriacija- bartymo sintezd -+ baltymo brendimas ir veikla. ?ri ilgas kelias. Thip galinra ir ,,kojas pakraryri,,. pavojingus I gyvybei .plinkos veiksnius turi buti grcitesnisir itin greitas atsakas - ,,grcitojo rc.gavimo" tipai. Labai critrercsekmJ garima raikyti tai, kad pavyk. aptikti Ziurkiq sublinijil, kurir.rsk"ienyse yra ncveikli citochrom. p-4-50IICI3 izoforma. Si izofcrrma oksiduoja tcstosteronE.Pats cyp2cr3 genas mutantinesZiurkiq rinijos kepenyse tr.nskribuojanrasnornraliai. Mutuntinio ir n.rmalaus ziurkiq cYP2cl3 gcno mRNR kickis mazdaug vicnodas, o citochr.mas ncsintetinam.s. Tirip ir p*aiskejo, kacl yra atsarginis, neaktyvios mRNR. Jas aktyvira ksen.bi.tikas, o iiu. atveju endogenincs medziagclstestostcronopcrtcklius. Del atsargi'iq mRNR atsak. kelias labai sutrumpcja:tcreikia aktyvinti mRNR, ir jau sintetinamas baltyntas. b.ltymai. tik jie ncvcikrls. Ir toks varclynrobldas iuip pzit aptiktas citochromq P-450.Baltymai sintetinanriir pcrvcclami neaktyvi4 b[i sen4 - citochromai p-4-50lirsforilinanri: Foslbrilinirnari citochromasP-450 proreinkinatd' citochromasP-420 aktyvus baltymas Defbslbrilinimasneaktvlus baltvnras F()sfatuzc FosfilrilintascitochromasP-120 (deI pasikcitusioiviesos sugcrimo maksinrunr' 420 nm) yra neaktwus tol, kol fosfltazd.i paialins foslaro r-ugst"ics Iickanq. lli labai daZnasgrcito atsako budas.

CYI' gem4valdymoisskirtiniaireiskiniaid,: rytinisdimorfizmas ir g c n qv c i k l o si m p r i n t i n g a s . 314

Lytinis dimorfizmas - tai skirtunrai tarp lyiiq pagal citochromq P--X50izoformas. Daugiau veikliqjq CYP gen4 turi r,yrai (pvz., CYPIA, kuris lemia benz(a)pireno ir kitq PA metabolizm4).Thi genai, kuriu veikl4 valdo lytiniai hormonai. Hormonq poveikis CYP genq vciklai ir daugeliskitq citochromq P-450gcnetikosklausimq tiriami grauZik u p c l i q . Z i u r k i q g c n o m e .T r i n e v i e n d e l p a t o g u m o .S i e m s g y v u nams bldingas itin aktyvus ksenobiotikq metabolizmas: ryja viskq, rrctziurkiunuodus... GrauZikq genomc lytinis dimorfizmas budingas ir ksenobiotikq clegradacijosll fazis reakcijoms.Antai gliukurono r[gitis prie nitrofcnolio intensyviauprijungiamaZiurkiq patineliq kcpenyse,o sulfato lickana, atvirk5ciai, pateliq kepenysc net pcnkis kartus intensyviau ncgu patineliq kepenysc. Cl? genq veiklq valdo lytiniai ir augimo hormonai. Bltcnt del ruugimohormonq daug CYP genq veikl[s tik subrcndusiqZinduoliq trrganizmc.Abiejq hormonq grupiq vcikla suderinta. Antai CYP2A2, ('\'P2Cll, CYP2C13 gcnq ckspresijarrykstatik subrendusiupatincliq kcpcnq lastclcse.Subrcndusiqpateliq l4stelise iic genai neakryvts. f l r r k o st u r i a n r Z i u so. b j c k t a s .Z m ( ) g a u si z o f o r m r r sl l l A g c n a s n c p r i klauso nuo lyties, o Ziurkdsvcikia tik subrendusiuose patineliuosc. prasCYP gentlvaldymashormonaisturi giliq ckologing-biologing rng - iisaugoti rlii ir jos genofbndq: - vaikams visa, kas geriausia! Saugomasbrqstandiqpalikuoniq organizmasnuo mutageniniqveiksniu. CYP genq veiklos imprintingas. Thi dar viena CYP genq ypatybc, irgi nustatytagrauZikanrs. Imprintingas, arba lqstel€satmintis, dtrLniausiai budingas gcnams, kuriq veikl4 reguliuoja hormc'rnai. Imprintingu Sis reiikinys buvo pavadintasdel labai didelio pana(umo i imprinting4 psichologijoje.Paveikus naujagimj ksenobiotiku, kuri metotiolizuojaniio citochromo P-450 genai veikia tik subrendusio gyv[no kepenyse,povcikis, pvz., benz(a)pirenu,ctilmorfinu, etoksikumarinu isidemimas.Pakartotinaijau subrendusiamgyvhneliui davus kurios i3 Siq medZiagq,atitinkamq genq indukcija buvo spartesnc negu tq gyvuliukq, kurie kontakto su ksenobiotikais prieS tai ncturdjo. Prisiminkime, kad pana5i atmintis bldinga ir B limfocitams.

315

4.s. GENV VETKLOS VALDYN4AS 4.5.1. Cis- ir trans-veiksniai.Regulonas

Eukariotq ir prokariotq genq veiklos valdymas is esmes skiriasi kad ir tuo, jog ' eukariotugcnq veiklaiypatingzr reiksmgturi chromatinosandara, . daugclis genq nesudaro sankaupQ,yra i5sibarstgpo genomq (chromosomas), ' daugial4sdiq'rganizmq genq veikla yra suderinta skirtingose lqstelese;vicnq l4sreliqproduktai reguliuoja kitq l4steliq u"iHq. Jau esamc iSnagrincjgkelctq itin svarbiq eukariotrl genq grupiq: . . . . .

baltymu sintezes/ribosominiq RNR, chromatino sandaros/histonu. O./('O, apykaitos/hcmoglohinq. zltsparumoinfekcijai/imuninio atsako (Ig, TCR, MHC), atsparumo ksenobiotikerms, jq biodcgradacijos/citochromq p_450,

taiei galejomc isitikinti, kad genq vardymo potr[dis - ar iie genai sutclkti i sankaupas,ar i5sibarstgpo chromosomas,kokia jq valdymo tvarka, - yra tikslingas,tenkina optimalias siq genq veiklos s4lygas. Thi, kad cukariotq gen()mcvyrauj. regulonas,irgi tenkina Siq.genq vciklos optimaliass4lygas: ' daugeliseukariotqgenq dalyvaujadaugiau kaip vienojegenq valdymo grupiu, sankaupassuda^r tik labai ribot.s veikrosgenai; ' iisib.rstymiispo gcnomq atitinka optimalias saugoss4lygas:vieno geno delccijaneslopinavisr; likusiqiqrcgulonogenq veiklos. Bet ir Siq genq veiklos valdymo pamatq sudaro Zakobo ir Mclno atrasti veiksniai- aktyvatorius,represorius,incluktorius,specialiosnukleotidq sekos (cAMP rcceptoriaus ir represoriauspaZiriinro,operatoriaus),v:rldymo gcnai (I) ir valdymo budas. crs-veiksniaiyra nukleotidq sekos,kurios valdomosikoduojaniios geno dalies ativilgiu yra cis-paderyje(t. y. toje paiioje chromosomoje). Prie jq jungiasi valdymo genq procluktai.

Konkrediai/ac operone- tai sekos,prie kuriq jungiasi cAMP receptorius,represoriusir RNR polimerazd.Kiek vdliau Siossekos (angl.enhan' pasipildesekomis,kurios buvo pavadintosenhanceriais En. zymimi cc didinti, stiprinti).Jie nukleotidqsekos, Enhanceriaiyra geno veikl4 aktyvinandios kurios dideliu atstumu nutolusiosnuo valdomojogeno, bet t. y. toje paiioje chromosomoje, paprastaiyra cis-padetyje. genas. valdomasis kaip ir Atstumastarp enhancerio(iki keliq de5imdiqkb) ir valdomogeno gali tik iitrodyti labai didclis,bet paprastaisusidarokilpa, ir enhanccrispriartejaprie promotclrizrus:

rc

EnP "

Geno oromotorius

Thigi priartejgs enhancerissudaro kornpleks4 su promotoriumi: arba s4veikaujasu RNR polimerazc ir kitais transkripcijospradZios baltymais, arba su transkripcijosveiksniais.

gali blti ii abicjq (5'- arba 3'-) geno pusiq.Jq apEnhanceriai tikta netgi intronuose. yra kita genq valdymuibutinq veiksniqgrupe. Thans-veiksniai Thi baltymai valdymogenq produktai. Jie gali skatinti arba slopintigeno arba genqgrupesveikl4.Sie veiksniaikitaip dar vadinami transkripcijos veiksniais.Jie yra trijq tiptl. 1. Pagrindiniai (baziniai),arba bendrieji,transkripcijosveiks' niai (zymimiTF) ieinai kompleks4baltymq,kurie bltini genotranskripcijai.Jie gali nulemti labai dideliq genq grupiq veikl4.Antai maZiausiastranskripcijos veiksniqTFIID, TFIIB, TFIIF kompleksassu JL /

.

spirafd-poslkis-spirald (HTH, angl. heli-r-tum-hela), isistato i didlji griovcli (Lac ir Tip rcpresoriai, l, reprcsorius,homecldomcnas.kuri koduda homeoziniai genai): . cinko ,,pir5teliq" motpas prrd2iojc aptiktas transkripcijosveiksnio TFlllA, kuris valdtr .5.S,-RNR gcno transkripcijq. Varlcs Xenopu.sSis veiksnys turi 9 c i n k o , , p i r S t c l i u s "( C i s a r b a H i s l i c k a n a j u n g i a s i s u Z n r * ) ; m o t y \ , q t u r i i r stcroidiniq hormonq rcccptoriai; . leucino ,,uitrauktuko" motpas ii dviejq polipcptidq. Kickvienamc jq rcrulirrriai iisiclcsi'iusiosLcu liekan
ooc ra

5i

ooc ,ii:

\ti " \,": b'- -/,lfu

Kilpa

Spiral6 - kilpa - spirald

L: L

Pa2inimo sptrale

s

Spiral6- posOkis- spirald

cooH cooH NH,

ooc---

Kai tik nustiltoma,kad baltymasturi kuri4 nors i5 minetq sandaruI.tai beveik automatiSkaitampa irodymu, kad 5i baltym4 koduojantis gcnas yra valclymo, o pirts baltymas yra transkripcijosvciksnys. 3. Koaktyvatoriai ir korepresoriai; jie jungiasi ne tiesiogiai prie DNR sckq, o pric valdymo baltymq. 'lai po genon)il iSsiharsciusiq gcnu grupe. vienijama Regulonas. bcndros funkci.iosir bendrq valdymo gcnq. Visi regulono gcnai turi tokias paiias valdymui skirtas nukleotidq sekas(4.1 lentelc).

NH:

LL

T F I I IA

Sqveikossritys Paiinrmo sprrale

Cinko "pir5teliai"

Leucino"u2trauktukas"

( i a n a d a Z n a it l s p a t s c u k u r i o t r tq c n a sp r i k l u u s t tr t c v i c n a m r c g u l o n u ia r b u k l u u s t r k c l i u . , v i r i i n i n k q " k o r n r r n d qk y l l n r ' i ut v a r k a .C i a l i b [ t i v a l d y n r og e n q h i e r a r c h i j a . ' l i r kia valdymo gcnq hicrarchija yplt bhdinsa morlirgcnczis - individualios raitlrs gcn u n r s .P a v y z d l i ug a l i b [ t i d r o z o f i l o sk u n o s c q m c n t a c i . j ogsc n a i 1 2 r .p . 3 7 a ) .

4. l3 pav. lvairfis transkripcijos veiksniai ir jq sqveikos su DNR modeliai: L l cu c i n a s - 1 I. I c n t c l e. M i e l i q a m i n o r l g S d i q b a d o i r d r o z o f i l o s i i l u m i n i o S o k o r e g u l o n q palvginimas

RNR II polimerazc aktF/ina visus gcnus, kuric lemia baltymus ir kuriuos transkribuojaRNR II polimerazi (Lr. p. Stl). Vienas kitas papildomas transkripci.josvciksnysgali s4lygoti maZesnes,specifiikesnds genq grupis, pvz., konstitutyviu.adaptaciniqarba audiniq specifiniq genq ir kt. aktyvacijq. Vienas ii Siq veiksniq TFIID kartu su TAIA nukleotidq sekEatpaZistaniiu TBI' baltymu (angl. MTA bindingprotein, Lr. p. 92) sudaro kilp4 tarp enhancerioir promotoriaus.Kai susidarokompleksassu enhanceriu,genas transkribuojamasakt)^/iaunegu be enhancerio.

2. Specifiniaitranskripcijosveiksniai,saviti konkreiiai genqgrupei - regulonui.Tianskripcijosveiksniaipagal jungimosi su DNR pobrldiyra keliu tipq (4.13pav.):

O r g : r n i z m a Gcnas M iclcs

HIS I

lndukcrja AntinoruuSiiq badu

HIS 3 HIS 4

f]cndra valdymo scka (cis-veiksnys) Kartotinc scka

e Nor<;nc|c

hsp 70 hsp 83 h.sp26 hsp27 hsp 68 hsp23 hsp22

tr9 18 89 78

T'RP 5 [ )rozofl la

Sckos h o m o l o u i i ao z

Si l u r n i n i u ioku

Karlotine seka C1'C]CAATGN'C. -GCGA

85 85 54 69 62 85 85

['adetisgcnc

-334-3I 9 -170 73 -99 33 -195 183 -139 88 -190 65 -62 62 -68 -61 147 -117

Signalq perna5a. Pavir5iniai receptoriai ir Saperonai.Gana daZnai signalas veikti arba nustoti veikti yra ne l4steles viduje, o i5 Salies.Thi bldinga ir Siluminio Soko genams.Signalasveikti yra membranos baltymq irimas, kurl sukelia auk5tesni temperat[ra. Plsleles (vezikules) 5l signalq nuo l4stelds membranos gabena i branduoli. Ten aktyvinamasvaldymo genas,kuris koduoja transkripcijosveiksni, o Sis aktyvina visus regulono genus. Valdymo ivairovd prasidedanuo receptoriaus.Vieni receptoriaiyra lEstelesmembranojc.Jie s4vcikaujatik su induktoriumi, o toliau signalas pcrne5amasi branduolj. Ten aktyvinamasbaltymas (arba baltymq kompleksas),kuris yra transkripcijosveiksnys.Vadinasi, nuo signalo priemimo iki komandos genamsveikti yra i5tisatarpine grandis: . receptorius -) perna5os struktfiros ir veiksniai -+ transkripcijos veiksnys. Thip veikia, pyz., mitogenai (Zr. toliau), t. y. vciksniai,kurie sukelia lelsteliqdalijim4si. Signalo pernaSos genetika labai sudetinga. Ji Siuo mctu labai snrarkiai tiriama. Tiriant signalo perna54,atrasta nauja grupe genq. Jie koduoja baltymus arba RNR (2r.Y sk.), kuriq paskirtis pernc5ti irlar pastatyti j vietE genq produktus (baltymus ir RNR). Siq ,,tiekimui ir statybai skirtq" genq labai daug, daugiau negu tiketasi. Pirmieji buvo i5tirti Siluminio Soko atsako gcnai ir jq veikla. Poveikis (nctgi trumpalaikis) auk5ta temperatfira sukclia didclio genq skaidiaus veikl4. Paaiikcjo, kad ne visq jq produktai tiesiogiai dalyvauja likviduojant aukitos tentperatlros poveikio pasekmes.Pirminis signalas yra apirg baltymai.Baltymo klatrino padengtomisvezikulemis(p[slelcmis) signalasperne5amasi branduoli. l9B7 m. Elis (J. Ellis) atrado Saperonus. Saperonai - baltymai, kuriq paskirtis padeti kitiems baltymams sukurti treting sandar4 ivairiose l4steles struktflrose ir balt,vmq kompleksuose. Patys Saperonai i Sig strukturq-kompleksq suddti neieina. Drozcrfilos iiluminio Soko atsako gcnai ft.rp70 ir hsp 60 (nuo heat-shockprotein) koduoja iaperonus, kurie veliau buvo aptikti ir kituose organizmuosc:bakterijose, ivairiuose eukariotuosc.Vadinasi,jie yra labai kttnscrvatyv0s.Sapcronai yra ir baltymai nukleoplazminai.Jic vcikia branduolyjc: tvarko DNR replikacijE,transkripcijE, RNR brcndinril, molekuliq pcrnaiE i branduolj ir i5 jo.

320

Hormonai - dideliq genq grupiq reguliatoriai' Tai ypatingi genq vciklos reguliatoriai: jie gaminasi vienose l4stelise (paprastai specialiose, liaukq), o valdo genq veiklq kitose lqstelese.DaZniausiai tik tam tikrose, kurios turi atitinkam4 baltymE-receptoriq. Hormonq, receptoriq,pernaSosbaltymq, Saperonqgenq mutacijos qali atsiliepti tiems lyksmams ir reiskiniams,kuriuose dalyvaujajq kovel gali blti steroidiniai hormonai. Pasiiluojami baltymai. Pa',ryzdLiu taiko moterq, kuriq kariotipasyra XY. Normaliai lyties raidai bttinai rcikalingi ir steroidinishormonas testosteronas,ir receptorius. Testikulin€ feminizacija bldinga XY kariotipo moterims, kuriq organizme nesigaminareceptorius. .lu l4stelesnegali reagucttii tcstosteron4,todil nesivystoryriSka lytis (Lr. p.391). TestikulinefeminizacijadaZnesni tarp manekeniq. Jq l'cnotipasatitinka Siuolaikingmoters groZio samprat4 ir tuos reikalavimus, pagal kuriuos atrcnkamos merginos Siai profesijai. 4.5.2.Genq veiklosvaldymoetapai (apZvalga) 4.5.2.1.Genomosandarair gen1 veiklosvaldymas Genq valdymo lygiai. Skiriami Seii gcnq vciklos (ekspresijos)valclyrnolygiai/etapai:l) gcnomo (stacionarusir pcrtvarkos), 2) transkripcijos, 3) RNR brendimo ir modifikacijos,4) pernaSosi citoplazm4 (aktyviq arba ,,atsarginiq"mRNR pavidalo), 5) transliacijos,6) polipeptidq brendimo ir perna5os(4.14 pav'). ll-lV skyriuosepatciktq Ziniq apibcndrinimas.Buvo galima isitikinti, kad gcnq vcikla. didcsnis ar maZcsniskclnkrediqgcnq aktyvumas,valdymo pobudis priklausc'r i l u ( ) g c n ( ) m ( )i r g c n q s l t n t l i t r o s .

Genomo sandara ir genq aktlvumas. Pirmiausia gcno aktyvumas priklauso nuo jo paddties genome, t. y. nuo: . . . '

jungimosi i genq grupes' paddties heterochromatino atZvilgiu, genq dozds:ar yra kartotiniq genq sankaupos'ar genai unikal[s' paddties kitq genq ativilgiu, ypad genq sankaupose.

321

i r .G E N O

2 TRA

I

BRANDUOLYS Funkclnd sandara (genqgrupes.vieta,kartorinds sekos,judrieji elementai) Programuota perfvarka (vietoskeitimar * transpozicija,genqdozespokvdiai,. amplifikacijadiminucija,laikinainaktyva.iia_ dozes KompensacUa, genqnrontaias,DNR modifikacija_ metilinimas) Chromatino pokyliai . (cnromosomq _ dekondensacija. kondensacija rakultatylTseuchromatinas, papildomafragmentacija(?), nuUeosomindssandarospokyeiai) RIP(.IJA (enhanceriq/promotoriU sqveikasu transkripcijos ' " veiksniais, ranskipcijos etapqvaldymas)

I. TRANSKRIPTO

I r M o o t p r r A c ' t LBnR E N D I M A S / | |

lbrendimas. redagavimas, nukleotidqmodifikacija, | - tipilkas,,tt.*urn r. trunri | .. splaisingas

4 P t : t t NS n A[ ( I T ( ) P a A Z M 4

_ signah/receptoriq, g9gZiaqlpalCktriias I branduol! nukleotidq *?jik".lr"s. reparacijos, rekomiinaci.los, .t rorn'uuoo, P_f1

liilfi::fti,R1t*q:

- ribosomq ilojimas subvienerrl mRNR,

I citoplazmos struktlras

Mitogcnai Hormonai

Signalai iS gretimrllqsteliq

I branduoli

4

ANSLIACU

6. POLIPEPTI BRENDIMASI /PERNAI Ui l4stel6s' ribrl

4.14 pav. Eukariotu genq veiklos Yaldymo etapai/lygiai

Aktyvcsni gcnai yra ariiau sankauposvalclymo (cis_veikian_ iiq) sckq. (Prisiminkime/ar. operonopoliskum4.). Valdymosekosyra cis-pacletyje.Tik pastaruoju mctu aptiktos sekos,kuriosgali keistiir valdyti geno veiklil bDdamostrans-padiryje, r. y. kitojc homologincje

322

chromosomoje.Tai aptinkama heterozigotose.Sis rciSkinl'spavadintas transvekcija. Skirtingai nuo aleliniq genq kitokiq s4veikq, transvckcija pasirei5kiatik tada, kai homologinds chromosomosyra konjugavusios.Kai vienoje i5 homologiniq drozofilos chromosomu yra dcfckflvus genas,nereaguojantisi hormon4 ekdizon4 (turitu susidaryti p[psnys), Sl kai kuriq mutantinir"lgenq defekt4 ,,iStaisc'r" kitoje homologineje chromosomojeesantisgenas,ir plpsnys susidaro ir tojc mutantinejc chromosomojc.Gali b[ti, kad nuo Sio reiikinio prinormalausp*tt baltymo virsmasmutantiklirusoprionr: susidarymas. niu lraltymu p"t (Zr. toliau) ir kt. Ncscniai nltstitlvta, kad hontologinis chnlnrosomosarba jq dalys yra konjugavusios ir somatini'sc lrlstclisc. todcl gali bnti. kad transvckcijavra claZnesni'negu iirr() mctu m:rnonta.

Genq padeties pokyiiai pasirei5kia kaip padeties efektas. Genq vciklai valdyti ypad svarbusvariabilusis padeties efektas, t. y. chronrr)sonros scgmento transkrkacijaSalia heterochrorlatino(Zr. toliau) lurbaeuchromatinovirsmus hcterochromatinu. Gcnomo sandaroje yra uZprogramuotosdinamines jo ypatybes: . pertvarka kcidiantis gcrnoveiklai ir nct genu sandarai (/g, 7CR gcnq), . funkciniai chromatino pokyiiai lqstelei dalijantis ir somatinese l4stelese,dil kuriq kinta gcnq veikla. Drozofilos gcnome aptiktas pirmasisgenas,kuris valdo vien4 i5 'lai trctllilt's,;. Sio gcno in{cn()m() pcrtvirrk()shldu - lmplil'iklcij4. versija arba translokacija kcicia genq amplifikacij4. Amplifikuojami ne tie genai, kuriq amplifikacija paprastair,yksta,t. y. uZprogramuota ii anksto, o nauji genai. kurie atsiduria Salia oc'ellilessddl inversijos ar transklkacijcls. Plrvaniiuose Iapuosc. Zievdjc gyvcnaniiq uodeliq Sciarith (pvz., Rhl'ttoscuriu ir kt.) chromosomose clcl anrplifikacijossusidaro DNR plpsniai. ISoriikai jie labai p r t n l i l s i p o l i t c n i n i u c h r o m o s o n r up l p s n i u s , b c t t a r p j q y r a e s m i n i s s k i r t u m a s . t'olitcniniq chromosomq plpsniai sudaryti ne' ii ampliiikuotos, o i5 dckondcnsuolos I ) N R . P o a m p l i f i k a c i j o sg e n a i i S l i e k at i c p a t y s , k e i i i a s i t i k j u d o z c .

Daliesgenomoperne5imas i kitq vietq.Sis jvykissukeliaminet4ji rciSkinjpadetiesefckt4.Genomosegmentqpernaieri5 vienosvietos i k i t r l g a l i v y k r id e l : -) /.J

. judriqjq genomoelementq,kuriuos turi visos organizmqgrupds; translokacijosi telomeriniusgalus,kaip Trypanosoma VSG genq (taip prisitaikomaprie Seimininkol4stclespavir5iniqbaltymq); translokacijos i specialiuslokusus,kaip HMLx arbaHMLa lokusq/kasediq i specialqlokusqMAT (t"ailemia mieliq poravimosi tipus); . lokuso inversijos(apsisukimas180'); taip lyksta Salmonella faziq kaita (Liui.elfi4tipai); . insercijos del plazmidZiq, kaip T:DNR iS Ti plazmidds augaluosc. Kol kas aptiktas tik imuninio atsako Ig ir TCR gcnq montaZas. Stabilfis epigenetiniai genomo pokyiiai somatineserqsterdse.Thi pirmiausia nustatytabranduoliq persodinimaisis diferencijuotq l4steliq i ovocitus. Veliau Paramecium aptikti epigenai - tai nuo geno nukopijuotos RNR, kurios citoplazmoje igyja genetini savarankiskumE, dauginasi ir netgi perduodamosnelytinems kartoms. Thip keidiasi Paramecium lytiniai tipai ir serotipai. Panasiu b[du susidaro prionai, kurie aptikti mieliq ir Zinduoliq l4stclese. Viena i5 epigenetiniqpokydiq prieZasdiq- lokalinis specifinis konkretiq genq metilinimas, arba, atvirkSdiai,demetilinimas. Kadangi mctilinimas daZniausiaislopina genq veikl4, tai aktyvfis lokusai clcmetilinami. Antai B limfbcituose demetilinami 19 gcnai, o a-aktino genas demetilinamasmioblastuose,insulino genas - insulinq gaminandiosel4steleseir pan. Stabil[s epigenetiniai pokyiiai generatyvindsel4stel6se,paramutacijos irgi sicjami su DNR metilinimu, kaip ir genomo imprintingas, kuris irgi ryksta generatyvinesel4steleseir persiduoda palikuonims. 4.5.2.2.Chromatinosandara ir gen4 veiklosvaldymas Pagrindine eukariotq chromatino dalis yra neveikli. Tik nedidele genomo dalis yra akfvi, transkribuojama. Thip yra del histonrl poveikio ir chromatino sandaros. Histonai visi5kai nuslopina transkripcij4. Tik atradus Si4 jq sar,ybg, manyta, kad nustatytasbldas, kaip valdoma genq veikla. Ma_ a^ ^ JZ+

nyta, kad kiekvienasgenas ar jq grupe turdtq tureti po savit4 histon4 ar jq form4. Tadiau paai5kejo,kad histonq tipq yra nedaug. fvairiausi vra histonai H1. Tadiau ivairios jo formos nulemia ne tiek konkreiiq eenq, kiek viso l4steles genomo veiklos pokydius, todel H1 formos svarbios l4steliq diferenciacijai.Antai pauk5diq eritrocituose vietoj histono H1 yra histonasH5. Kur kas svarbiau tai, kad slopinantis histonq poveikis susilpneja iicms jungiantis i kompleksus su rfig5diaisiaisbaltymais. Tokie yra visi su DNR s4vcikaujantysbaltymai (RNR polimerazds,transkripcijos veiksniai ir kt.). I-listonai yra Sarminiai baltymai, ir su Sia sarl'be siejamasjq slopinantis poveikis. Spermatozoiduose,kuriq genomas yra visi5kai nuslopinamas,histonus keidia dar Sarmingesnibaltymai protaminai. Histonai ivairiais bfidais modifikuojami. Zinomos penkios histonq modifikacijos: 1) acctilinimas,2) fosoforilinimas, 3) metilinimas, 4)ADP-ribozilinimas (q,kstant DNR reparacijai), 5) H2B ir HZA gali jungtis su baltymu ubikvitinu, kuris yra proteolitinis fermentas. Tik acctilinimas ir fosforilinimas tiesiogiai siejami su genq veiklos valdymu: jie bfidingi aktyviajam chromatinui, nes keidia histonq kr[vi ir chromatino kondensacij4. Tianskripcijos veiksniai arba patys yra histonq acetiltransferazes, arba sudaro kompleks4 su histonq acetiltransferazimis. Akfius chromatinas yra dekondensuotas,o neaktlvus, atvirk5diai, kondensuotas. Chromatino kondensacijospokydiaigali vykti visame l4stelesgenopolitenija - specializuome (pvz.,l4steleiclalijantis,spermatozoiduose, tose lqstelese,pvz., drozofilos seiliq liaukq lqsteldse,chromosomos..lcmpq Sepediai"kai kuriq g) i0nq ovocituosc),arba paviendsechromosomose(Baro k[neliu virtusi kondensuotaX chromosoma)arba tik atskiruosechromosomossegmentuose.Pavieniqgenq ir jq grupiq veikla priklauso nuo to, kaip valdoma chromatino kondensacijavienoje chromosomoje ir net viename gene. Pasirodo,valdymo sekos ir visa kita geno dalis gali buti nevienodaikondensuota. Aktyviq ir neaktyviq lokusq chromatino sandara yra skirtinga. Tiri irodyta ivairiais bfidais, tarp jq I DNR nukleaze. Sis fermentas pasirinktinai skaido aktyvius lokusus.Antai pauk5iiq eritrocitai i5saugo branduoli, kuriame aktlviai transkribuojami (hemo)globinq genai.

32s

P o l yc o r n b b l h Y n l q k o t n P t c L s a s

I DNR'aze suskaido globinq genus, o ovalbumino genas, kuris yra neaktlvus, neliediamas. Thdiau ir aktyvauslokuso sandaranevienalytd.Tuo padiu fermentu - I DNR'aze aptikti aktyviq genq 5' gale ypai jautr[s nukleazei saitai. Jq dydis ivairiuose genuosc nevienodzrs,kaip ir atstumas nuo ,,+1" taSko.DaZniausiaitai transkripcijosveiksniq jungimosi vietos. Chromatino sandaros skirtumai gene atsiranda del jvairiq prieZasdiq.Pirniiausia del nukleosomosfazavimo, t. y. kuriomis nukleotidq sekomis apsiryniojamaapie nukleosomoshistoning Serdl, o kuriomis DNR licka laisva(jungtukastarp dvicjq nukleosomqSerdZiq). Sqveika su baltymais. ypad tais, kurie jsistato i nukleosoming 5erdj, irgi keidia chromatino sandarq.Tokic baltymai yra HMG (angl. high mobility group). Siq baltymq ncdidelc molekulinc mase.Jie labai judr[s tiriant juos elektroforczis metodu. IssilaisvinaiS I DNR'azei jautriq vietq. F{MG baltymai padeda susidarytichromatin4 aktyvinantiems baltymq kompleksams. Viso I4steleschromatino pokydiai (politenija, ,,lempq Sepeiiai") vyksta itin aktyvioscl4stclese.Jose gaminasididcli gcnq vciklos produktq kickiai, daZnaiir ,,eksportui"uZ l4stelesribq (pvz.,seiliq liaukq l4stclcsc). Chronrosomq- ,,lcmpq icpci'iai" transkripcija iisiskiria nc tik ypatingu intcnsyvumu, bct ir kitonris 1,pa1ybcmis, sunkiai paai(kinamonrisvicn tik chrornosomq dek o n d c n s a c i j a l:) p i r r n i n i a it r a n s k r i p t a il a b a i i l g i ; 2 ) t r a n s k r i b u o j a n r a i r e s a n t ik i l p o s c . . , i c p c t c l i u o s c " s, : r t c l i t i n cD N R . t . y . p a p f a s t u . j qk a r t o t i n i q s e k t l s a n k a u p o s .

Chromatino sandara, kondensacijayra genetiSkai valdomos. ?ri isitikinta tiriant fakultatyvuji hcterochromarin4/variabilqji paddties cf-ekt4.kai euchromatinaslaikinai virsta hctcrochromatinu,arba atvirk5diai.Thi vienas i5 bfidq valdyri genq veikl4. Aptikti eenai, slopinantysvariahilq.jjpadcties et'ekt4.- Su (var) arba ij efi'krq skatirrantysEn (var). Thrp slopinandiq gcnu (lrukdo susidaryti hctcrochlorlatinui) vra drozofilos ir zinduoliq gents ntod (modulio). fvykus j
ktlyconth (arba ,,HPIlPcbox" genas), arvirkSdiai,sulaiko genus neaktyvioje fakultatyvausheterochromatinobfisenoje (4.15 pav.). Jis valdo apie 150 gcnq, tzrrp jq - homeozinius drozofilos genus, lemiandiusktno segmentacij4.Zinduoliq genomc aptiktas Sio geno analogas. .1 ,o

R.

f...sl

w.w)

C h r r r n a l i n t tg t l a

Virtimas hcterochromatinu

l-aisvasPol-vconlb

ll .lN ------>

gmt f.Vt"^ l \ ' l o d e l i s ,k t i p i i l i e k a v i r t i n t o h c t c r o c h r o n r a t i n u p o b l d i s p o l ) N R r e p l i k a c i i o s

ir virsti heterochromntinu .1.l5 pav. polycombbaltymoreikim6euchromatinui A. Il wolffe,1995) lqstcliqkartose(rerniirntis rirtimo pobudiioiSlikimas

4.5.2.3.Gen4 veiklosvaldymasvykstanttranskripcijai ir po transkripciios Geno sandara ticsiggiai atitinka jo aktyvunlel.Tiri stcrbimatranskripcijos, transkripto brendimo, perna5osi citoplazm4, transliacijosir potransliaciniamcctapc (Zr. 4.14 pav.). Nuo scno sandarosypatumq priklauso principindsgeno, jo proclukto salybds: . ar gcnas bus tik transkribuojamas,bet netransliuojamas(galu' tinis produktas RNR)' . ar bus transkribuojamasir transliuojamas(galutinis produktas baltymas), . ar kotluojami baltymai liks citoplazmoje laisvi arba ijungti i membranas. 11?

Y o ar bus pernesamipro lqstelesmembrana. . ar grji branduoli(ir. 4.14 pav.). i Ir normaliomissqlygomisgenq aktlvumas jvairus nuo keliq molekuliq kocluojarno procluktoiki 100000 ovalbuminomRNR kopijq vi5diukokiauiintakiolastelese. Gcno aktyvurn4lemiajo nukleosominis chromatin.sandaros ypatumai;cnhan_ ccrio ir p.m.t.riaus s:rndara,nukrcoridqsekos.rcmianii,,; ir;,;;t;i;cijos pracrziq (kaip grcitai susidar.uzcraras ir...tviraskomprcksai, Zr. p. g9). Gcno sancrar.je yra tr nuklcotidqsektl'nuo kuriq priklausoreiikini;ripo transkripcijos: transkript.brenclimasir modiiikacija(splaisingas - jprastinis, artcrnatyvusis,',ri".rrpi"ir,"gas. nukrc_ .tidu modifikacijrs,recrirgauirnns. p,rilA ir kcpurcsprijungimas), transkriptopcrnasa citoplazmrl ir vciklos i valdyrnaspries transriaciiq.' jo.sm-ctuir' p,, j,;;

Tianskripcijai,transriacijaiir bartymq brendimui varcrytilabai svarbi lyderind seka. Kai kuriq baktcrijq opcro nt1(ttp, ttis) lyde_ rinejc sckojc yra seka, vacrinamaateniuatoriurnijrot. attertuaresurnaZinti, suiverninti).Kai yra triptofanoar histidino perteklius, Siojcsekojesusidaropapircr.mas terminatorius, ir transkripcija nutr[kst.. Tai akivaizdZiaiirodo, kad ir gcnq vardyrno budai yra dubliuoti, kacl bDtq gautas reikaringas iardymo iezurtatas:siuo atvcju nutruktu aminor[giticssinteze.Nors ii taip jau ii4 sintezg nutraukia aktyvintasrepresorius(Zr. p. 273). Siuoscvyksmuoseyra ypatingasbranduoliomembranos ir ypai porq kompteks'vaidmuo. (4.16piv.). pro ii kaip p;;;i",4 ivairiomis kryptimispraleidzianri.,rbzi nepiareicrziumi branduolipcrneiam.ibaltymai(b[tini DNRr."u ""itr"., i."dukrai, i replikacijai,reparacijai ar rckombi*aciiai,chronr:rtino-clirom.somq. sandarai,aktyvintir.-c.-p_ toriai/transkripcijos veiksniai).nukleotidaiir kt. Kai kurievirusai(adenovirusai).sugcbejo isnaudotiir si4 eukariotq branduolio savybg.J.iegeba priveisti iqsterg veikti savo naudai, blokuodamiieimininko-r4stcres 'RNR pernai4is brancruoriocitoi plazm4.Lasteles'RNR riekabranduoryl'e Iyg .uis". Faii iqstereirgi gali valdyti si reiskini.pvz., mRNR m;lek;cs gali t,uii-uzoarytos branduolyjetol. kol jryksrajq splaisingas. Labai.svarbus genr+veiklos.valdymoetapas_ mRNR pernaSa ir paskirstymas citoplazmoje. sio etapo svarbajsitikintaiityrus morfogenezes genq koduojamrl mRNR paskirstymE ovociruose. sis vaoinarn"qiq *o.tog"i,q paskirstymas ovocitc ir nulemiabenclrqjjblsimo organizmo piun4., 328

I

I

i

,,Krep*elis" iS fbriliq

mRNR, IRNR, rRNR (ribosomqsubvienetai)

Inkariniar ball).mai

I

Lamina

I

il"";iT.T,@

Meftbran0s

nuldeotidai, DNR rqrliliaciios, reparacijos, rekombinacijos. hanskripciios, hansl
PemaSos arga

lvlikrovarnzdeliai Fibriles

4 . 1 6 p a v . P o r q k o m p l e k s a s i r pernasa pro Jl

Daug mRNR, tarp jq ir morftlgcnq, gali blti neaktyvios,,,atsarginds"- laukti. kol galcs veikti. Pirmosios tokio tipo ..atsargines" mRNR buvo aptiktos jlrq cZio ovocituose.Jos pradeda vcikti (yra tlansliuojamos) tik pradejus vysfytis gernalui. o tai jvyksta tik po apsivaisinimo. Kitas ,,atsarginiq"mRNR tipas s4lygojagreit4 atsakrli nepalankius aplinkosvciksnius- antibiotikus,kscnobiotikusir kt. Sios rnRNR yra dvejopos crdvines sanclerros: neaktyvios formos .p rRNR

aktyvios formos mRNR

Perejimasi aktyviq form4 priklauso nucl s4veikossu aprinkosveiksniu (pvz., su streptomicinu,bcnz(a)pirenuir kt.): -+ neaktyvi + aktyvatorius mRNR aplinkosveiksnys

aktyvi, transliuojama mRNR

Paprastai keidiasi mRNR lyderines sekos erdvine sandara. Geno produktq (mRNR) aktyvumq vykstanttransliacijaigari keisti specialfis baltymai arba RNR. Tirip valdomas net ribosominiq baltymq kickis. Nustatyta, kad kai sillygosrran. sliacijai ncpalankios,ribosomq baltymai (kai yra jq perteirius) suciaro kompleksus sit ribosomq baltynrq mRNR ir slopina jq rnRNR transliacij4.

Tiansliacijagali bfiti valdclmair antiprasminemis RNR. Aptikti genai. kurie koduoja antiprasminesRNR. AntiprasmineRNR yra komplementarimRNR -5' sridiai.Susijungusi su Sia sritimi komplementariaisry5iaisj dvigrandgRNR, antiprasmineRNR slopina mRNR transliaciia: l u n t i p r a s m i n cR N R

-Y--->

mRNR

K o r np l c n r c nt a r i a i ;. iirntilrri.tr..<,$ltlunlRNR_UA('--\erykstlr

-

Seino-Delgarno/ lydcrini seka

Inicilcijos kodonas

Su lyderine-5'mRNR sekagali jungrisir speciallspoliocptidai. P v z . , t a i p v z r l d o m a b a l t y m o t ' e r i t i n o s i n t c z e . F c r i r i n l s s u r i S ai r l a i k o : L r s a r t a i g c l c l i . k r r i v r a j o s p c r t c k l i u s .C i e l c 2 i si i l a i s v i n i r m ak, a i j o s p r i r c i k i a h e m p g l o b i n u i s i n t c t i n t i .K a i n i r a g c l c z i e s p , r i c l ' e r i t i n on r R N R j u n g i a s is p c c i a l u sp o l i p c p l i d a s , i r i i n r R N R n c t r a n s l i u o j i t n r a f c r i t i n a sn c s i n t c t i n a m a s .

mRNR ilgaamZi5kumasirgi y'ra labai svarbusgenq valclymovciksnys. Tuo buvo galima isitikinti ir 13lac operono. viena is svarbiu sicr operono valdymo ypatybiq yra ta, kad nuo operono struktlriniq genq transkribuojamamRNR yra trumpalaike.Eukariotq rnRNR ilgaamZiSkum4gali lemti ,,uodegc'rs"-poliA itgis. Juo ilgesne poliA, tuo ilgiau i5licka mRNR. llgaamZi5kumas gali prikrausytiir nuo aplinkos veiksniq.Pvz., mazasgcleZieskiekis stabilizuda kito bartymo transferino mRNR. o didelis- arvirksiiai,skatinasiq mRNR irim4. (Tiansfcrirrai perneia geleii j kcpenis arba kaulq diulpus.) Eukariotq rnRNR gali blti itin ilgalaikds.prisiminkime hemogIobino mRNR. Zincluoliq eritrocitq bianduoryssunyksta,o balrymo sinteze vyksta, nes hemoglobino mRNR yra ilgalaikes. Baltymq fosforilinimas - vienas is svarbiq genomo ir geno veiklos valdymo budq. Kcidiama: ' chromatino sandara (fosforilinant histonus, laminos baltymus), . valdymo ir signalo pernaios baltymq aktyvumas, . baltymq aktyvumas potransliaciniameetape. Kaip mineta, tai vienas i5 itin greito reagavimo b[dq. Thip, pvz., paverdiamine_ aktyviais. .,atsarginiais"kai kurie citochromai p-450: - aktyvus cit. P-450j'qlllil' 330

neaktyvuscit. p-450 (saugomasarsargai).

Genome uZprogramuotiir visi pokydiai,kurie i,ykstabrgstant baltymams. Genq veiklai, tre jau mineto fosforilinimo/defosforilinimo,svarb[s iic pokyiiai: . perdjimas iS neakty'viospre/pro-b[senos i aktyvi4 brlsen4. Pirminis polipcptidas yra karpomas ir i5 jo daliq susistatoaktyvus baltymas, nereikalingosaminorug5diqsekos paialinamos. Taip, pvz., pasigaminaaktyvusinsulinas; . integracija l4stelesstruktlras arba virsmas laisva tbrma (kaip i yra imunoglobulinq).Lemia signalinisdomenas,kuri koduoja signalinipolipeptid4paSalinaspelydcrinesck:r.NebereikalingE kaip cialus baltynras- lydcrine (signaline)peptidaze.lntegrzrcijE, (Saperonai ir kt.). specialus baltymai minita, atlieka Baltymq brendimo valdymas - greidiausiasatsakas i aplinkos ir vidaus vciksnir.rs. Jis nustatomaspagal atsiradusjhaltymo aktyvum4, nors nauju baltymq sintezi neryksta (tyrimo tikslais baltymq sintezd qali b[ti clirbtinaislopinama,panaudojanttransliacijosinhibitorius).

4.6. Lqstelds ciklo valdymas L4stelds skirstomos j nuolat besidalijancias,galindias dalytis tam tikromis sulygomisir nustojusiasdalytis (tai somatinis, difercncijuotos daugelioaudiniq/organql4stcles).Tos lqstclcs,kuritls dalijasi,pracina keletzlstadiju: . interfazg - Gr, S, G,, . mitozg (siaur4japrasme) - M, susidc:dandiE i5 profazes,prometafazes,mctafazes,anafazesir telofazes.Pabaigojclyksta l4stcles citoplazmosdalijimasis- citokinezd (4.17 pav.). L4steles ciklas gali nutrlkti laikinai dil nepalankiqs4lygqir visam laikui (difcrencijuotose l4stelese).L4steles,kuriose ciklas nutr[ko, Iaikomos esandiomisG,, stadijoje.Si stadija Siuo metu skirstoma pagal nutrukimo pob[di (laikinai ar visam laikui). Skiriami du eukariotq l4stclis dalijimosi tipai: mitozd ir mejoze. L4stcles dalijimasisyra valdomas,t. y. ji gauna signalq, kada jai clalytisir kada nustoti dalytis, kada lEstelei nustoti dalytis laikinai ir rcl grlZti i dalijimosi cikl4. Thip pat valdomi perejimai tarp stadijq/ faziq, tarp mitozds ir mejozds, citokinezes prad1ia. aa

JJl

I

Gn

tn DNR I)NI{

I I \.,*," I

r c a k r rv i n i r n a s

+

iG,

I

J. lii pav. Brendim4 skatinantio veiksnio (MpF) aptikimasiirodymas: 'esandios'rr r n i k r o p i p e t e p a i m t a c i r o p l a z m o si i k i a u i i a r i l s t c s , ,o.1or., darijimosi

csanii4G. siadijoje. i tqstele, rnjekcija pnrriuiino mejozq: ir l]:l:lii.:l:i.'r,.:li:.Li_:,,, KlllLlsllllilslCst)rCnLltmli

2n-4n DNI{

S

11 I'cre.iimasl(i" \

4. l7 pav. Lqstele'sciklas: z m o g a u ss p a r i i a i b a s i d a r i j . n c i qr ^ s t c l i q s t a c r i j r l trukmi tokia: G, apie l2 val.. S_ 6-lJ val'. (;. - j-4 val., M - nraziau kaij l val. Bcndra trukmc lu-24 var.

Pirmiausiabuvo.kuriamoshipotezis.viena sako,kacrsignalas l4stelcidalytisyra jos kritine mas6.Vykstant iq ;uoiriqmedZiagq(pirmiausiabiopolimcrq) sintezei, r4steres tlris didejair pasiekia tokiaapimti, kad ji pasidaronepatogi_ reliekalasteleiporijuffti. Dvi tyrimq kryptyssusiriejo vien4,ir taip atsirado ! iiu.raikine samprataapic l4stelesciklo valdyma. Brendimqskatinantisveiksnys(MpF). Viena tyrimq kryptisatrode csantiganatori nuo rqstcliscikro.Aptiktasbrendimq skatinantis - MPF (angl. ntaturation promoting veik_s1y_s factor). v1rfc1(Xenopus) ovocituoscdarijimasis stabdomas du kartus.pir. miausiajis sustojaG, stadijojctor, kor hormonai pradecr.skatinti mgjoze.Thda mejoze.sustojaanrrojo darijimosi n-'"ioture1.Tai jau subrcndgkiauSineliai, kurie apvaisinami. Varleskiauiineriaiganastambfis,toderbuvo nesunku mikropipete paimticitoplazmos ii subrendusitl kiausineriq, praejusiqt -"jo.es (redukcini)dalijim4si,ir ^suleisti citoprazmE i ovocit4,lrriuo'e branduorys yra G, (4'18pav').Tokiuoseouocituoreiuojpat prasidejo mejozi. Hipotetinemedziaga, sukeriantimejozg(sisveiksnyspapritgstarp organizmq- nuo nrieriqiki zinduoriq),buv. pavadi.ia brendimaskatinan-

i'iu veiksniu. Tadiautyrimainesustojo, ir rgggm. medziaga, skatinanti .v.citq brcndim4,buvo iiaiikinta. pasirode,kad rni rroTry*as, kuris pagalsavomolekuling.masg (.34kDa) huvopavadintas p.r.kiek veliau buvo rrustatyta, kad tai fcrmentasproteinkinaze. Proteinkinazcs jau buvo pakriuvusi.s moksrininkqakirati- jau i truvoisaiikinta,kad onkogenai loduoja pr*lrntinu zes(ir. .kai.kuric t.liau). Del t. susidomcjimas pt birtyrnu is k.rto rabai padidejo. Proteinkinaz.s- fermcntai,fosforilinantys balfymus.Jos yra ti.vigjUtipq pagal tai, kurios aminorDg5tys fosforilina*o, _ ,.rin/treoninkinazds ar tirozinkinazcs. Lqstete;edaugeriobarty_ mq aktyv,masvaldomasfosforirinant(proteinkina?iqy ir defosforilinant(fosfatazia)(a.19 pav.). cikro genai cDC ir kritiniai taskai. Kita tyrimq kryptis .Lqstelds tikslingcsne.Hartvelas(L. Harrweil) nuo 1914 m. .u([r. ir istyre cerevisiae muranrq, stopinaniiqt4ste_ lll,"l,::j: Ti:llu,saccharomyce.s rcs crKr4. Sruosmutantusir atitinkamusgenusjis pavadin o CDC (irngl.ccl/ div,isioncyc.te lqsreresdalijimosi"ciklasj. rralrio"fu buvo /s . ripo. ncs tik tokiusmuranrusgrri;u dauginti. ll::P:ll:oll]mutacljos,. lo_llro', r\()rmallal sropinaniios rqsteles dalijim4si,yra mirtinos. Svarbiausi4 atradimq padare Nuise (p. Nuise)'r" 6.noluoarbiais, .t1'rusiais mieliu schizosaccharomyces pombe rilsteresciklo mutantus. S.varbiausiasbuvo crtc2(didriorro.. iq ii ruzosiosraidesyra genetikq ir^b[dinga^s skirtingoms mieliq gentims).N"itje ir"od, kad illlit"riTT tarp prJ, CDC2B,ctrc2 garin'radeti lygybes"Zenklq: genasttouoja t4 Paii4 proteinkinazg. Hartvelasstengesinustatytikritinius r4steresdalijimosi taskusir ^.. gcnus, kurie valdo siuostaskus.Thip buvo nustatyta,kad svarbiausias

JJJ

JJ.'

kritinis taikas l4stelesciklc yra perejimas i5 Gr i S stadij4, vadinanurs pradZios (STARTO - taip jis Zymimas pagal susitarimq) taiku. (-r,stadijojeyra vidinis tarpsnisnuo kurio priklauso,ar l4steledalysis lur pcreis i G,,. Siuo metu G{}skirstoma i du tipus:

illmllai

P Larnrnar -----> LL0llll&ll l Fosforilinimas

B r a n d u o l i oa p v a l k a l d l i s u l r a apvalkal€lio pokyCiai

a. Branduolio

I .qi i'"irata.e ?---------->l

HistonasHl,r

III kinazc

Mitozd | <- s -----+ |
i

r

i

Hl + Hl

iil

>,Hl + Hl J

I oslirrilinimas

1''-r-|

HI + P

rt-l-

tirr

] iT

H l l - + F l , ] - , 1 1 1- , H l PP PPP PI) P

PP

P

-rft

;iI

;i,

Hl +;Hl]-+ Hl

>,Hl

Dcfosforilinimas

b. Ch romatino kondensacija/dekondensacija l) xtr€**bt ciklinS ffitozes \ - . - + & - s , . q R

d;ffih \L,

I,'

Thr . , .fr, , ; Thr '.

Thr Tyr Thr f4

t'

Suskilqsrrtit, ciklinas

I' ( iklinasskyla-

Thr Tyr Thr

'

- 4w

. kai visiSkainutr[ksta dalijimasis, . kai dalijimzrsis nutruksta laikinai. Dar vicnas itin svarbuskritinis ta5kas- perejimas i5 G, i M. Pagaliau,kaip mineta, l4stcles ciklas gali sustoti metafaz€je.Tiri chr vienas kritinis titikas, btidingas generat]ryinemslqsteldms: Fosfatazes, ciklinq degradacila =atsiranda branduolio apvalkalelis, dekondensuoJasi chromatinas

ffil,

,P r ppp pokyliai

{ t5 tdl pldefosforilinimas 'hr Tyr Thr 1 p': ys2

I Ncaktyvus p'o

li.

Lr(

t--r, l'hr Tyr T lr

IIasCIe'f

(i

I ciklas I

, P''1

PI'

( i r c i k l i n a s . ; N a u . j qc i k l i n q ' sintczt

p'r{ foslbrilinimas

\

\

Cdc2 Signalas daly'tis

$l-r

I

acralaa

m.co

mrtogenar, crklrnas, Cdc 2 fosforilinimas

pI fosforilinimas

\

ifh.qh'j

''

I Suskilqs G 1c i k l i n a s

c. L4stcl6s ciklo valdymas

MAPkinazc -+ lTilrornaiinelerpstei<- MAP fosfhtaze Defosforilinimas [-osforilinimas

d, Achromatin€s verpstis susidarymas/iSnykimas

.1.19pav. Lqstelds ciklo valdymas fosforilinant-defoslirrilinantir skaidant baltymus (ddl proteolizes). Keturi suderinti veiksmai mitoz6je, reguliuojami proteinkinaziq/ fosfataziq: b r a n d u o l i o a p v a l k a l c l i o k i t i m a s - i r i n r a s / a t s i s t a t y m acsh; r o m a t i n o k o n d e n s a c i j a / l4stelcsciklo valdvmas;achronratinisverpstassusidiirymasir suirimas, clckondcnsacija; MAPkinazc = mitogcno aktyvinta protcinkinazi, valdo CDC37. CDC20 ir kt. genai -')-')+

Cdc 25 --> H r s t o n aH s 1. F lamrnar, I\4AP - iSnyksla branduoho apvalkalelis, kondensuojasi cnromatnas

Schcmojekritiniai taikai paZymctiskersinimisjuostomis irrba rod1,'klemis; ialia paZymetipagrindiniaipokydiai (Zr. toliau). priklauso nuo l4stcliq tipo Kuris kritinis taikas yra'svarbiausias, jq ir raidos momento. tuip pat nuo organizmo.Daugelio daugial4scxiuorganizmq svarbiausiastaSkasyra

Gr-+S Proteinkinazdsir l4stel6sciklas. SusidomcjimaslEstelesciklo valdvnrupaskatinotreiizl tyrimq krypti. Buvo ic5komabaltyn.rq, kuriq kiekis kinta vykstantl4stelcsciklui. Taip buvo atrasticiklinai. Ii pradZiq manyta, kad tai vicnas baltymas,bet veliau nustatyta.jog tai grupe baltymq, kuric ri:iSki:rsiivairioselqstelesciklo dalyse.Ciklinai vieni jas ncveikia.Jic sudaro kompleksilsu lqstelesciklo proteinkinazemis,

335

akty/indami.Mielesturi tik vien4proteinkinazg cdc2,bet lastelescikro kritiniuosctaSkuose keidiasiciklinai. Zinduoliq l4stelesturi kelet4 kinaziq: Cdc2,Cdk2, Cdk3, Cdk4, Cdk6, Cdk7, kaip ir kelet4 ciklinq: Dl, D2, D3, H, E, A, B ir kt. Komplcksekciiiasi ne tik ciklinai.bet ir kinazes: . '

kritinis tirikas- Ci,+ , G, . n r i t o q c n a si n d u k u o j a k o n r p l c k s i rc d k 4 / 6 + c i k l i n a i D ( b c t o . v e i k i a c i k l i nas II + C'dk7): . kritiniamc taikc G, -+ S - Cdk2 + ciklinas E. . S s t r r d i j o l c. ( ' d k : + c i k l i n a sA , ' k r i t i n i a m c t a ( k c G , + M - c d c 2 + c i k l i n r L st s . S i s k . m p l c k s a s ir yra brend i m o v c i k s n v sM P F .

Nereikalingus baltymus suskeridr proteazis. Mcjozei vardyti yra specifiniq gcnq. Apskritai atrandami vis niruji genai/baltymai,kurie v e i k i a l 4 s t c l c ' sd a l i j i n r i l s i . L4stelds dalijimasis - suderintq ivykirt grandind. Nuo ko prasideda lEstelesciklasl Ir 5j klausimq padejo sprgsrimieles.paaiskejo, kad yra kclctas sienalq prasideti lqstclcsdalijirnuisi,ir jq vcikimas suderintas. Pirmasissignalasl4steleidalytisyra jos mas6.TLri buti sukauptos dideles,ypac=biopolimerq,energijosiitckliq, nuktcoticlqatsargos,kad l4stelepradetq dalytis.Kiausial4ste/kiauiinis bfina sukaupgstick atsargq, kad ju pakankii keletui dalijimqsi,tadiau po kickvicno clalijimosi lqstcle's masL'nrlzija. Siuo arvcju svirrbusdidclis dalijimosigrcitis. Santyki tarp auginro ciklo ir clalijimosiciklo valdo spcciarDsgenai. Nurse gavo mieliq mutantus (weel), kuriuosesis santykispaZeistas, lqstelesyra smulkios.Mutanto l4stclesdalijasi per anksti. Kito mutanto c:dr'25l4stclesyra labai stambios,dvigubaistambesnesnegu normalios,nes veluoja citokineze. Vadinasi. yra suderintas lqstelds mastirskaupimasis su DNR replikacija. Thip ir turi btti, nes vienas svarbiausiqrqstelesdalijimosi tikslq yra taisyklingai paskirstyti geneting medZiagq- DNR molekuliq kopijas ir vis4 l4stelesmasg. Kai vyksta asimetrini mitozd ir netolygiai paskirstoma citoplazma, veikia specialusgenai. Mielese nustatyta, kad kartu su cdc veikia ir tie genai, kurie lemia achromating verpstg ir kitas l4stelesstrukturas/baltymus,brJti-

336

4us mitozei/mejozei.Mieliq lasteles ciklo genu veikla yra suderinta :;u veikla genq. lemianiiq mieliq poravimosi tipus. Zinduoliq l4stel6s ciklo valdymas. Apie ii labai daug svarbiq Ziniq gauta, i5fyrusneprogramuotqsomatiniu l4steliq dalijim4si- auglio pradZiE.vrldymas dar sudetingesnis,nes suderintai claliiasi arbl rrcsiclalijanc viena lEsteli, o jL1 grupes. Zinduoliq l4stelesciklas daliiamasi . augimo cikla, . dalijimosi cikl4. Abu ciklai suderinti.Kol nira sukauptospakankarnosaminor[gsiiq, gliukozes,nuklcotidq, energijosatsargos,tol ncryksta antroji ciklo tlalis, bet bendrq impuls4 dalytis duoda mitogenai/augimoveiksniai: N t i t o ge n a s

Augimo ciklas

JJT . G r c i t a s a n k s l y v a sa t s a k a s --r

Dalijimosi

ciklas

('dk2+'iktinai

> S stadija

( p n t d e t l rvr c i k t i i n d r r k u t r j r r ngrcun u g r u p c )

Mitogenai,arba augimoveiksniai,valdo r4stcresclalijimqsi.Zincluoliqjie skirstomij keturiasklascs: I. I5oriniai (lqstelei)veiksniai:augimo hormonai,cpiclcrmioar,rgirnoveiksnysir kt. Jie gali bfiti speciarizuoti tik tam tikromsl4stelcnrs,pvz.,cpitelio,tadajie valdo tik Siq lirsteliqdaliiim4si; II. Lqsteldspavirsiausreceptoriai- daZniausiai proteintirozinkinirzcs,G baltymai; III. signalo nesikliai- irgi daugumapr.teinkinaziqgenq, pvz., kai kuriq onkogenq(zr. toliau) - scr,ras,erb, koduojamibartymai; rv r[anskripcijos veiksniai,pvz., onkogenqiun ir /os koducrjanras baltymasAP-l, onkogenqnryc, myb kocruojamibaltymai.Siai grupei priskiriamiir antionkogenq(pvz., RB, ptr) kocluojamibaltymai, kurie slopinal4steldsdalijim4si.Tai vdzio supresoriai.visiems iios grupesveiksniamsb[dinga s4veika/jungimasis su jq varcromr+ genq specialiomis nukleotidqsekomis. L4stelesdalijimqsilemiantysgenaiyra mitogenq/augimo veiksniq viildomitipi5kiausiu, klasikiniub[du: )Jt

t a o o

sqveika su lelstclis paviriiniu receptoriumi, signalo pcrna5aj branduolj, transkripcijosveiksniq aktyvinimas, valdonros genll grupes aktyvinimas:

4.7. YELio genetika. Nereglamentuotasdiferencijuotq somatinir; 14steliq dalijimasis 4.7.1.Mutacin6ir virusindveiio teorijos.Onkogenai Vezys yra normalaus augimo - l4steles dalijimosi sutrikimas.

I k l . a u g i r n ov c i k s n l s / l n i t o g c n a s J II kl. vciksnys rcceptorius J ttt tct.veiksnys* signalo ne$iklis

J tv kl .veiksnysr r ^_

transkripcijos veiksnys

r'r f'

--

ri;Regutono transkriicija mRNR

V

mRNR -Transliacija \-_-r Balfvmai I

Mitogenq veikla. Lqstelcsciklas - puikus kaskadiniogenq vzrldymo pavyzdys.Mitogcnai valdo kclis Sinrtusg.-nu. Sic genai lemia lilstclcs dalijim4si ir kai kurias kitas savybes,kurios atsiranda spardiai c'lauginantis lelstclcms.Pvz., ankstyv4sias ontclgcnczcsmorfcrgcnezcsstacli.iaslcmia IVF'kll icima. Jos koduoiamas baltymas yra transkripcijos veiksnys ir kocluoja baltym4, homologinj drozofilos baltymui I)orsal (iis lcmia dorzalinE-vcntraling /nugaros-pilvo kuno simctrijq). Mitogcnai indukuoja ir transkripcijos veiksni E2F, kuris ilungia tuos genus, bc kuriq vciklos neprasiddtq DNR sintcze\.t. y. pcrcjimas iS Ci, i S. f)augum:r jq yra nukleotidq sintezis genai butcnt dihiclrotblatrcduktazds. timidinkinazcs. ribonukleotidreduktazes, karbomoilfosfatsintazis-aspartatkart'romoiltransfcrazes-dihidroorotzrzis). Jis i.jungia paiios DNR polimcrazdscr gcnil, tuip pat c'rlk/ciklino kontpleks4, (-nlvc. E2F gcnq, slopina pBR (ir.toliau). Vadinasi, mitogenai ijungia veiklq gene, kurie valdo kelet4 stambiq genq grupirl, Sic - maZesniq grupiq, o pastarieji - dar maZesniq. 338

Tai Siuolaikine veZio kilmes samprata. Iki jos buvo ilgas kelias. Su genetika pradeta sieti. sukurus mutacing vdZio tcorij4. Mutacind vdZio teorija. Kancerogenai.T Boveri (1914), de Fryz l s . M i o l c r i s - m u t i r c i j qi r m u t a g c n c z c st y r i m o p r a d i n i n k a im a n e . kad veZysatsiranda del mutaciju. JeigLrtaip yra, tai turi blti mu'Iaip buvo atrasti kancerogetagcniiki veiksniai, kurie ji sukelia. (vciksniq, sukclianiiq muatcijas, Lr. p. 448) nai. Dirugelis mutagenq -l'Ii jonizuojantys ir ultravioletiniaispinii ticsq yra kancerogcnai. amiclrrliai,nitrozoaminai,policikliniaiaronratiniaiangliavandeniliai, norlgSdiu - peptidq pirolizcs produktai ir kt. Jq sarybis nagrinejanrt-rsVI I skyriuje. keidianiiq gcnus/gcnetincmedZiag4, Salia kanccrogcnq/mutagcnrl, atrasti vdZi skatinantys veiksniai (vdZio promotoriai). Tli veiksniai, kuric patys nesukeliaveZio,bct susidariuss4lygomsskatinajo raida. (iali buti ivairiossintetincs(forbolo cstcriai) arba gamtincs(fenoliai) nrcdZiagos. m. L. Zilberis paskelbevirusing vdZio C)nkogeniniaivirusai. 194-5 teorijq, pagal kuriil velZisukelietvirusai.Prasidcjoiir; virusq paieikos ir tyrimai. VeZj sukelia keliq grupiq - tick DNR (Zr. p. 547): polionros, adcnovirusai,EpSteino-Baro,tiek RNR virusai. Pastariejipavadinti retrovirusais (lot. rctro - atgal). S. GerSenzonasdar 1954m. nustate,kad Sie virusai gali blti laisvi ir isiterpg i l4stelesgenomE. 'fik iis nesugebijo i5skirti fermento, kuris nuo RNR matricos sintetina DNR. Atskirai vicnasnuo kito 1972m. tai atliko du amerikicdiu nrokslininkaiTeminas(H. Temin) ir Baltimoras(D. Baltimore). Fcrmentas, kuris sintetina DNR nuo RNR matricos, buvo pavadintas atvirkStinetranskriptaze (arba revertaze,nuo RNR priklausomaDNR polimeraze).

339

Visi5kai logi5ka Siq fyrimq tEsa:nustatyti, kurie onkoviruso genai sukelia veZi. Paai5kejo,kad dazniausiaitai vienintelisgenas viruso genome. Tik labai retais atvejaisbfina jq keletas.Sie genai pavadinti onkogenais.Pa5alinus,pvz., Rauso sarkomosvirusui onkogenq (kuris nuo viZio pavadinimo Zymimasscr; taip pavadinti ir kiti onkogenai, aptikti virusuose),virusas tampa neonkogeniniu. Prasidejusgenq klonavimo ir sekvenavimoepochai, ir,yko didziausia stai-rlmcna.Bi5opas(M. Bischop) ir Varmus (H. Varmus) nustate, kad onkogenq homologai yra normaliame Zincluoliq/Zmogaus genome. Tai aptink:rma nuo virusu klonuotq onkogenq pagamintais molekuliniaiszondais. Pagal kilmg onkogcnai yra skirstomi ! . l4stelinius,Zymimus c'-onc (pvz.. c-scr, c-mos, c_abl), . virusinius, Zymimus t,-onc (pvz., v-scr, v-mos, t,-abl). Atrandami vis nauji onkogenai. Kai kurie iq sudaro dideles seimas, pvz., r:-rasSeimojeyra per 50 genq, skirstomq kelis poseimius: i c-ras, c-rho, c-rab, c-a$ c-sar, c-ran. Seimoje genai skiriasi ne tik sandara ir nukfcotidq sckomis, bet ir funkcija (pvz., c_nrf, c.-rnb, c-sar,c-ran susijg su vezikulomis ir su baltymq pernaSa,o c-ras valdo l4steliq dalijimasi ir difcrenciacij'4,c-rho - aktino kompleks4 su citoskclctu). c)nkogenq funkcija. Aptikus onkogenus normarir;, ne vdZiniq lalsteliq genome, paai5kejo,kad yra dvi to paties geno funkcin€s/sandaros bfisenos: ' nesukeliantiveiio ir bfitina normaliai l4stelesveiklai (tai irodyta veliau), . sukelianti vdii - normalios geno veiklos anomalija. Nesukeliantysvezit-rgenai buvo pavadinti protoonkogenais. Nuo protoonkogenq priklauso normalios l4steresfunkcijos * l4stelds dalijimasis ir diferenciacija. Protoonkogenq koduojami baltymai grupuojami taip:

340

Sg!rytuo.iami balty;ai]- auginroveiksniai (r'-si.s,n.ntl, int2)

llra nsmemFrnniniai-baIS maf l Aug-rrno vCikSn.rl reeEploiiai- -

.ISithrrrembmnar-

]susiie baltvmai j I f, -rttB, t'-/ins, r'4il - G baltymai/sig""iq lcftoplazmind tcftoplazmind pernusO-. baltymai/signuj,l p.;.sO-. uatny,""l bttw

- c-resieima(r'-ras,c.-rho,c'-rab,

plqt-e!4linazds ]

- tirozinkinazds (c'-,sc:r, t' -a h l, r' -f ps)

c'-,arl, c,ran), gsp/gip)

serin/treoninkinaz€s (c-ra/, r: nto.s) c-nryg - HLH baltymai,

lBranduoliobattvmaiipSijsr yef!^llriall

cJos, c-jun - API - Leu ,,uZtrauktukas", c-rel - NFrB Seima, c-
Daugelio iiu baltymq paskirtis i5destyta4.5-4.6 skyreliuosc.Vienaip ar kitaip visi protoonkogcnaisusijgsu l4stelesdalijimusi.Antai r.'-./bsSeirnos(cy'bs, t:-.fosB,c-tra-1, c-tra-2) koduojami baltymai ieina i kompleks4baltymq,kuric lcmia l4stelesciklo kritinius ta5kusG,,-+S ir G,-+S. Kitas protoonkogcnasc-mos reguliuoja Xenopus mejozcs I ir II dalijim4si.Jo mitogcnasyra progcsteronas. V6l mutacind teorija. Atradus, kad onkogenai, tiksliau, protoonkogcnai, yra normalus l4steles dalijimosi ir diferenciacijosvaldymo (daZniausiai augimo veiksniuskclduojantys) gcnai. susim4styta, o kaip iic gcnai tampa patogeniniais,veZi sukeliandiais. Vel teko prisiminti mLrtacingvciio tcorij4. Labai intensyviai,kas apskritai b[dinga veZio tyrimams, praditos tirti protoonkogenq mutacijos, ir lDkesdiaivisiikai pasitvirtino. Kad prasidetq viZys, protoonkogenai turi virsti onkogenais, t. y. nevaldomais/nelaiku vcikiandiais lEstelesdalijimosi/diferenciacijos valdymo genais. Thi atsitinka ddl mutacijq. O kaipgi virusai? Pasirodo, v-cnc alsiranda sudetingu bldu: virusui i savo genom4 netiksliai ijungiant protoonkogenusarba Siq kopijas, pasigaminusiasnuo protoonkogenq subrendusiqmRNR. . Vadinasi, onkogeniniais virusais tampama seniai virusu genetikoje Zinomu bfidu (Lr. p. 544). virusas, iseidamas is l4stelii, gali jsijungti j savo genom4 dali Seimininko l4steles generines med.Liagos. Jeigu tai ilyksta netiksliai, tas ,,uZgriebtas,, genas savaime tam-

341

pa mutantiniu, nenormaliu. DaZnai v-onc neturi 5'-geno dalies. Daugelis i5tirtq v-onc neturi intronq. Intronai prarandami brgstant premRNR (i,ykstant splaisingui).Vadinasi, iie v-ortc pasigamino ir isiterpe i viruso genomq visiikai kitokiu bfidu, nuo subrendusios mRNR, dalyvaujant retnrviruso atvirk5tinei transkriptazei. Vel atsirado vietos ir kancerogenams.Siuo atZvilgiu labai gerai i5tirtas odos vdzys, kuris JAV sudaro per 50oh veZiniq ligq. Vienas i5 kanccrogenu,sukeliandiqodos vdLi, yra ultravioletiniai spinduliai (UVB). Jie yra mutageniiki, bet neskvarbDs,todel sukelia mutacijas tik tose lqsteldse,j kurias prasiskverbia.O prasiskverbtijie gali tik iatviras Saulesiviesai (UV) pavir5inesodos l4steles.Todel nuo UV spinduliuotes labiausiai nukencia veidas (ypad nosis - labiausiai atsikiSusi),rankos. Pirmiausia ir atsiranda 5iq kIncl daliq odos veZys. Thdiau protoonkogenu veikla yra valdoma. Thigi pavojingiausios nrutacijos yra tq genq, kuric valdo protoonkogenus. I5 pradZiq jie jq pavadinimasvdiio vadinti antionkogenais. Siuo nletu populiaresnis supresoriai, pagal veiklos pob[di. Jie slopina somatiniq ir kitq susiformavusiq audiniq lqsteliq dalijim4si. Del jq veiklos l4stelds pereina i5 Gr i Go. Vezys daZniausiaipradeda vystytis tada, kai iryksta kurio nors viZio supresoriq gcno, pvz., p5't,mutacija. Zmogus, auk5tesniejieukariotai turi po dvi homologineschromosomas. o mutacijos vra rccesyviosios.Tbdel mutantiniam
UV

5t p -' -+-

Pakartotinernutacija _]::,

-

uV

----r,- --;VeZys p'"

Amerikiediq genetikai nustate, kad pirmqj4 5io konkretaus geno mutacij4 .,parupina" mamytes, kaitindamos savo i5rengtusvaikudius sauleje. Pirmoji p5r geno mutacija atsiranda iki 15 m. amZiaus. Antroji atsiranda nelaukiama. Nustatyta, kad r,yresnioamZiausZmoniq somatiniq l4steliq mutacijq ir vdZio daZnispadideja dramati5kai10r-107kartq, nes senstant sutrinka daugelis b[dq apsisaugotinuo DNR paZaidq(Zr. p. 497),pirmiausiaDNR paiaidq reparacija. Be to, sutrinka laisvqlq radikalq/antioksidantqbalansas,ksenobiotikq metabolizmas ir kt. Todel Sioje amZiausgrupeje vezys yra daZnas. -)+/.

gali ivairiaivirsti onkogenune tik del mutaProtoonkogenas cijq, bet ir del iutrikusio genq veiklos valdymo, atsiradusio ctapuose: del fiziologiniqprieZasdiqtranskripcijos/transliacijos

pana$[si Prionq arsi*dim4(Zr.toliau)

4,T.2.YiLiosupresoriai.Vdiys_|aipsniSkomutacijqkaupimosipas Antionkogenai/v€Ziosupresoriai'Pricsingaionkclgcnams,vcZiosuGr i prcsoriaislopina l4steliuclalijim4si,nulemia l4steliqperejim4 i5 litsci,,,slopina G,--+S.-Kaiptik del Siq genq vciklos diferenciiuotos miltcies nustoja 6alytis. Siuo metu Zmogitus gcnome yra Zinomll pavel2iausiai 13 vcZio supresuriq.Dazniausiaijie aptinkami tiriant svarbi. ypad raidai vezio reiksmc Jq climas(Seintinio)vcZio formas. valdo VcZio iupresoriai sl.pina netgi viZinitl lqstcliu dalijim4si-.lie G,, licka l4stel6s ,.,nkogenuvciklir. Kol 5ie viZio supresoriaiveiklls, stadijljc. Gcriausiai iitirti vcZio supresoriaiRB ir p"' i3'g.r,u. aptiktastiriant retinoblastomq.Ji (daZnisapie 1:18000) prasideia dar vaikystejekaip balk5vademe ant vienos ar abiejq akitl pleciasi.Ligoniq 13-ojoje ivadinamoji ,,kares;'akis). Negydomasauglys chromosomojedaznai aptinkama ilgojo peties 14.1-I4.2 segmentodclccija (del 1iqla.1-1a.2-). Vcliau p:rai5kejo,kacl ir RB geno taikine n-,riu.iiu sukeiia retinoblastoffi4,o dar veliau, kad asmenys'kuriq g",1,r*. iqiko RB geno delecijaarba taSkinernutacija,linkg sirgti lvairiomis vdZio formomis, ne tik rctinoblastoma' Kaipjaumineta,pRBbaltymasjungiasisutran'skripcijosveiksniu E2E, ir tai slopina G,-+s. L4steles nesidalija.RB baltymo aktyvum4 Valcloproteinkinazes.'pRbbaltymas yra aktyvus,t. y. slopina l4steles dalijimqsi, kai yra defbsforilintas.Kai jis yra fosforilinamas, nustoja veikti kaip supresorius,ir l4stelds dalijasi: J+J

PRB aktyvus pRB Lqstelcs ncsidalija, veikiakaipsupresorius

Fostbrilinimas t reloslon ltnlmas

I

PRB neaktlvus Lqstelesdalijasi/ R.Bgeno veikla slopinarna

Gr-)S

Go

taskuose",turtrnguose kincs mutacijosyra keturiuose,,karstuosiuose C deaminuojantvirsmetilintas o .;a;".r1. C"galibtti metilinamas. ta T- Thip atsiranda ta5kines mutacijos' geno pir mutacijos Kadangi pil veikla susijusisu DNR reparacija' nestabilumas' genetinis kitq genq mutacijq daZni' Atsiranda pacliclina 'f,i,.l g.nq mutacijll claZnispadideja 20 kartq' yra recesyviosiosir Visq veZio supresoriq ypatyb6: mutacijos gali pasireiklti/sukelti veZi tik homozigotose'

pRB akty'racija/inaktpacija irgi yra valdoma. Fostorilinim4 sukclia onkoprotein a s E l A , o s k r p i n i i a u g i m o i n h i b i t o r i u sT G F - B l .

Vdiio supresoriusp'\r dar geriau i5tirtas. Ji aptiko 1990m. Malkinas (D. Malkin) su bendradarbiais,tirdamas kelet4 SeiminiovdZio formu, pirmiausiaLi-Fraumeniosindromq.Siam sindromtribfidingas polinkis sirgti veZiu gana anksf)'\iameamZiuje. Iki 30 m. amZiaus suscrglrapic 50'i lsntcrtq. tuo tarpu visoje Zmoniu populiacijojcvcZiu scrga lo/o ilrl amZiausasmenq. Genas (l7q13) koduoia -53 kDa baltym4, kuris slopina lasteles dalijimqsiG, stadijosviduryjc. I5 dia ir gcno pavadinimasp5'. Gentr vcikla susijr"rsisu DNR reparacija. Lelstcldse,kuriose yra paZeista DNR, rryksta intcnsyvi p5i gt:no rai5ka, ir lastelesciklas stabdomas, kol bus iitaisytos DNR paZaidos. Kai p5r baltymo pasigaminadaug (genasp5' yra itin aktyvus),gali visiikai nr-rtr[kti l4stelesclalijimasisir lykti jos difcrcnciacijaarba lilstclg gali iitikti programuotaZ[tis - apoptozti(Zr. toliau). ... g'tr nevcikia (Gn)---..--------.---* iGr .)==*

., \, i i, S ,)-rjtvlltozc

L 1

nepaVaclinasi,veZitri Vystytismutacijc]Svienoje chromosomojc gene p'r'* kitojc homologineje kanka, turi ilrykti mutacija ir antrame clrromosomoje:

+-

Mutaciia

r I

-5.i

Antrojo prr geno nrutacija

ffi .9n', ,l lllulaclla

o.

VeZys,genetinisnestabil

p'lj geno mutacijos yra vienas daZniausittZmogausveZiniu lqstelitt pokyiiq genome. Kai yra nepaveldimas(ne Seiminis)vdzys,mutacijos atsiranda somatindse lzlstel6se;ten ir r,ystosi auglys. Antai kai yra storosiosZarnos papilominis vizys, net B6oioligoniq genome aptinkama p't' geno mutacija, daZniausiaigeno delecija (75a/opacientq).ThS-

,r-t'

--Tr p

Vc2vs

yra viZio prtcZasBct nc tik mutacijos veZio supresoriu gcnuose s4veika' Po normatis. Cali rykti genq koituojamq produktq-baltymq onkoprotcinaispRB' p5r ir liu pRB ir p5] baltymq sqvcikossu virusq fiii t',attymaisupresoriaineslopinal4steldsdalijimosi' Darvienas|domusirsvarbussilvciktlsbr-rdasbuvtlaptiktastiriant p' 2-50)' Jis labai panalus iprionq atsiradinr4(zr' pi baltynrosandarzl. A' Bradlcy' 1993)' Anot Donhoverio ir Breidlio (L' A' Donchower' konformacijos(erdvinessandaros): ;r'' baltynrasyra trejopos Pronrotorius/mutan- Konfonnacijos pokyiiai tin€ konformacija

Lqstcliq di ferenciacija,

Antra mutactla

0 ci )<

c\

t)

.-suptcsorius/nornra--+ti konformaciia

I

II

+ P F o s l l t a-._--.---.---|^ zcs('.')

-r-C-P ---z,? Mutanto7r-''

Virsmas aktyviu baltynu

(

-P

II Kazcinkirrazc

LatentinC konforma'

cija/oligomeras

il8il

nn

Heterozigt.ltoscmutantinisbaltymas(l4stelesdalijimosipromo virsm4 (supresoriaus) rius) skatinanormalioskonformacijosbaltymo baltymoforma: promotoriumi/mutantine 345

344

5-l

p --rJ

Normali/-jls[] mutantini konfbrmaciia

j supresoitus 1

tl

n-'

-E--

-

('h rotnosoma

T

t-,

., (-

trdvlnes sandarospoky.tis

Mutantine/{'%mutantine konformaciia

Iityrus ivairiasseiminioveZiofbrmas,aptikti kiti veziosupresoriai: wT'l (ltp) - VilmsoveZio,NItr (17q)- 1-ojorip. neurofibromatozes,DCC ir APC - storosi.sZarnosvilio (zr. iemiau) ir kt. VeZio supresoriqkoduojamibartymais4veikaujasu genais,kuriq veikla yra atsakasi mitogen4: Velyvojo atsakogcnai I DHFR

7lt

TK DNA pola CDC2 Cvc'linA

0

lPC -,

llpJ2 AktyvacUa

DNR hipotnetilinimas

Padid€jqsepite_* Vidutine --, __*Ankstwoji ' adenoma lio dalijimasis adcnoma

l 8 q 2l . l D r ' l e ci l a

DCC Vetyvoji---adcnoma

17o12-13 Delecija Kiti pokydiai p a'-tleLI Karcinoma

melastazes

clcgans(Zr. V skyriq). NuGcriausiai apoptozi iitirta ncmurtodnCucnothafuliti.s statyti genai, kuric valdo si rciskini \t't'tlt)1. Zinduoliq prtttonkogcnai c-m1tc,H-ras, 1r" aktyvina apoptozg, o bt:l2 yra apoptozcs suprcsorius.Apoptozg valdantys gcnai ruktyvinadaugiausia tuos gcnus, kuriu kocluojamosnuklcazis ir proteazis skaid
vdzio raida. vezys - daugeriomutaciiq sankaupa.papilominis st.rosi.s zarnosveZys(ieimind adenomatozine polipoze)yra kol kas paryzdys,kaip, kaupiantismutzrcijoms, progresuojaveZys: I storosiostar. + no, karcinomq

Gcnas

Geno mutacija

Thigi vezys \ystosi i5 tq l4steliq, kuriq genome susikaupia daug nrtrtacijq.Ar neatrodo, kad vcLys yra savoti5kasdramati5kasbldas populiacijai atsikratyti genotipq, kurie yra sukaupg daug Zalingrl mutacijq? Todel neturdtq stebinti, kad r.yresniojoamZiausZmoniq populiacijoje veZio daZnispadideja 103-i07kartq. Laikui begant somatindsc lqsteldsekaupiasi mutacijos. Ry5yssu mutacijq kaupimusi akivaizdusir todel, kad kitas storosios Zarnos veZio tipas - nepapilominisvezys atsiranda ddl mikrosatclito (CA)n nesuporuotqnukleotidq reparacijosgcne. Apoptozd (gr. apoptosn'- i5kritimas)- rei5kinys,kuriuo Siuo meru visiSkaipamatuotai labai domimasi. Thi uZprogramuota(i5 anksto nurnatyta)l4steliq Z[tis. Pirmiausia1951m. ji aptikta l4steliq,kurios,atrodytq,neturi nicko bcndra su veZiu,b[tent kraujo l4steliq,kurios paprastaiatsinaujinakas 7 dienos.Susidariuslqstcliqpcrtekliui,SiosZtivaiki normalaus(tiksliau, rcikiamo) skaidiausribos.Kraujo vcZio/lcukoziqatvcjaiskaip tik sutrinka iis balansastarp senq lqsteliqZ[tics ir naujq l4steliqatsiradimo.

[Pro'"oi*i*'l

Nuo padiddjusioepitelio ._ - [ nepiktybing lqsteliqdalijimosi adenom4

2l Delecija

\orrnalus . pirclis

Sic konfurnracijospokydiai vyksta daly,raujantv:rlclymobaltymams/fosfatazems. _. 'lArAA (ie nas ncturi ir cAAT sckq, todel ncra gricztai nustatyt.s jo transkripcijos pradZios. Tianskripcij.s pradzia priklauso nuo prie geno prisijungianiiq valclymo baltynrq. Vyksta altcrnati,vussplaisingas.Dil Siq ypJybiu yra did-clisp,l baltymo polirlorl'izmas.psr geno homologq nerasta bestuburiq genome.

Ankstyvojo atsakogenai

Pokytls

Manoma, kad tik pradejusiosncreglamentuotaidalytis somatinds Iastelessunaikinamos i5 vidaus, akryvinant apoptozds genus. Be to, apoptoz6sgenams talkina imunin6 sistema,ypad makrofagai.

M-fryj

Sutrikus apoptozei, vystosi auglys.

Iki karcinomos turi j"ykti bent triiq veZio supresoriq homozigotines mutacijos (dvigubos abiejose homoroginer" lh.u-oromose): be jau minetojo p'''t, dar DCC (angl. detetion in colorectal carcinoma), APC (nuo udenontousporyposiscoli), onkogeno .r-ras ir kitq, kol kas nenustatytrJ:

4.8. Genq evoliucija/lyginamoji genetika Vienq smulkiau - hemoglobinq, citochromq P-450, kitq prabdgontis - kaip imuninio atsako, morfogenezds- svarbiq genq grupiq

346

J+/ I

lr

evoliucija apra5yta.Kaip buvo galima jsitikinti, Sie tyrimai padeda atskleisti genq/genq grupiq veiklos yparybes. Genq evoliucijos tyrimo metodai. Ypad daug Ziniq gaunama lyginamosios genetikos metodais. Palyginustq pati gen4 arba genll grupg jvairiuose organizmuose,nustatoma, kuriose organizmq grupdse atsirado pirmtakas gcnas ir pan. Metodi5kai tai tapo imanoma, kai buvo sukurti DNR nrolekulines hibridizacijos (vadinamasiszooblotingas) ir molckuliniq zondq metodai. Buvo galima nustatyri organizm q g i n r i n i n t u n l ol a i p s n ji r a p s k r i t a i k. u r i o s eo r g a n i z m qg r u p i s e y r a tiriamasisgenas; genai klonuojami ir sekvenuojami(tai panaudota ne tik girrninann t r o l c k u l i n i u sz o n d u s )- g a l i m a l y g i n t i t q p a t i g e n 4 ivairiuosc orsanizmuoseir nust:rtytijo evoliucijoskryptis. Daug Ziniq gauta ir iS tokil1sriiiq kaip mutageneze,genetindrekombinacija,nes taip iSaiikinti bldai, kaip vyksta gcnq evoliucija. Ortologiniai ir paraloginiai genai. Pagal kilmg gcnai yra dviejq tipu: . ortologiniai genai yra kilg i5 vieno bcndro geno-prcltcvio,bet tas pats genas ivairiuose organizmuoseevoliucionavo jvairionris kryptimis (pvz. citochromo c genas): . paraloginiai genai irgi kilg ii vieno benclrogeno-protdvio,bet i r t s i r a d od c l d u p l i k a c i i qi r c v o l i u c i t r n a v too p a t i c s o r g l r n i z m o gcrnomt:i skirtingasfunkcijas lcmiandiusgenus. Pvz., paraloginiai yra visi citochromq P-450 genai, visi imuninio atsako gcnai. Pastaruojumetu paai5kejo,kad ir didele grupe DNR reparacijosgenq, hemoglobinogenai Zinduoliq,Znrogausgenome yra p:rraloginiai. Evoliucijos greitis ir gcnr-1evoliucijos/iisiskyrimo(divergencijos) laipsnisnustatonlasdvicm budais: . pagal DNR homologijr/divergcncija, . pagal geno koduojamo baltymo divergencij4/homologij4. Baltymr divergencija iSrei5kiamaminetuoju evoliucijos periodo vienetu. Evoliucijos periodo vienetas - tai laiko tarpsnis (milijonais metq), per kuri baltymo aminordg5diq sudetis pasikeiiia lVo

(tr. p. Ta).

348

KaipirDNRdivergencija,jisyraindividua|igenoypatybe,taig baltymaiyra histonasH4 ir ivairiugenq labai skiriasi.Konservatlv[s imuninio atsakogenai, .ii,r.n.Jnruic. Ypad spardiaievoliucionuoja ir fibrino genai,toddl kito n., i, Siomisdienomis.Labai intensyviai iic tinka artimq r[5iq filogenijaitirti' -,'pakaitq daZnis(%) per Antri kai kuriq balrymq aminorugsdiq 100 nrilijonqmetq Yra toks: 90, iibrino augimtl hormctnct - J7' irnuntrglobulinq - 27-39, 14. l r em o g l o h i n o

- 4' instrlino c cittrchromo - 3' - 0'06' histono H4

kad gene Geno evoliucijosgreiti valdo atranka' Thdiaumanoma' Kimuros gali blti neutralfs fokyiiai (neutraliosmutacijos).Pasak i'ykti gali Jukes)' DZiukso(T' H' iN,4.finrura) ir Kingo (J. L. King), gincyncutrali geno ir visJ genomoevoliucija.Thdiauiis klausirnas poveikis, tiras. Gali pasireikitiicticsioginis pleiotropinismutacijos nukleotidq gretimq gcno lygmeniu- priklourc,*yt'" nuo konteksto' daugeliokodonq trediojo nukleoir,,ueitici. Atr.dytq, yra neutralios nuiido mutacijos,ncs ganadaZnaivisi keturi deriniaisu tredi'oju trediajame mutacija klcotidu koduoja ta padiq aminorlgsti.Thdiau nukleotik.dono nukleotideu"ltio mutacijqdaZnikituosedvicjuose duosc (Lr. p. 525)' Morfologindsirmolekulindsevo|iucijostempainesutampa.An Tai statistinds iirnpanzis DNR nuo Zmogausskiriasi Ltk 1,5-2,5o/o. tarpu p.kiaidosribose,nors morfologiniaiskirtumaiakivaizdhs'Tiro skiDNR boreulis) Xerutpus .t"i"jq Xenopttsruii'4 (Xenoptr'sluet'isir diatveju Siuo tarprflsineDNR divergencija Vaclinasi, riasi 15-2(X%. c|csndnegutarpgcntinO.DarrySkesnimorfologitesirmolekuli cvoliucijosnesutapimaipagalatskirusbaltymus.Zmogausirm nors abiejq takkos citochromasc skiria.sitik ui"nu aminorfig5timi, sonq divergencijalr,ykusiprie5 40-50 milijonq metq' dalysedivergencija/homologiKovarionai.lvaiiiosegeno,/baltymo jos praradimas$/ksta irgi nevienodugreidiu.Gene.ikkiriamoskondalys.Ypad konir labiau polimorfines/kintandiosios .scrvatyviosios, pavyzdZiui,yra valdymo sekos arba nukleotidq sekos' scruatyvios, koduojandioiaktyviusbaltymo centrus.Arklio ir kiaulds citochro-

maicskiriasilTaminorugSdiq(i5104),bet,nepaisantto,turibe identi5katretinE sandar4. 349

Baltvm. sandarojeisskiriamiko'arionai - aminor[gstys, kurios keidiasispardiaunegukita barrymodaris.To patiesbartyiro, bet skirting.qorganizmukovarionaidalniausiaiskiria.si. citochiome c keidia_ si tik 4--10aminorlc5iiu. Gen.me gali buii g.'nq. kuric organizmuose-pirmtakuose kodavo vien.ki4 savybc,o is iq kirusiu.seorganizmuose - kitokiE,arba dar kurioziikesnisatvcjis,kai gcnomc yra ,,uZsikonservavusiq,. gen.u.Tbkic, pvz., yrlr--g"r,o1l Iemiantysclantis.paukSiiqgenomegenai i.iliko ,.ty[rs" pcr 200 mirijonq *.tq. K.raras (E i i(oilar) ir Fi_ icris (c' Fischcr)1980m. atriko nejtiketinqbandymzl: peresmezcnchimosr4steres auginokartu su vi(tos rykiesepiteliojabaleriais. viitos .'linis cpitcris.rcagavo porcsoraring mezcnchlnr4, i ir ii cpitclio Iilstcliususidarcr strukturos,panasiosj clantqem:rliostruk_ turas (4.20pav.).Vadinasi,gcnai btwo potcnciariai vcikrus,tik uZsikonscruavg. Jq veikraitrtrko rcikaringosignaloii gretimq r4steliq (tcrksvirldymo bDclasiprasrasincliviclualiojJ raicloic]ir. p. 370). ortologiniqgenr;.evoriucija jwriri.i, gari rykti rr"t'pog.iiainisbD. d.s - taikinds mutacijosgcno rib.,r". Dazniausiai tai nJilcotidq pa_ kaitos:vien. nuklo.tidqpora kciiiam^ kita, vietoj ui.nu t,r,tunosusid,r' kitas koclonas. Tiripir kcidiasianlinrlrLigstys k.vari.rruose.Mutacijoskovarionuose gali sukeltimutacijast
AB 4'20 pav. ,,Hibridinis"dantis,susidargsis viitos gemaroorarinioepiterioir per€s gemalodentalin0smezenchimos: '4 viitos gcmal. .ralinis cpitclis,ii kurio \ystosi primityvuscmalinis.rganas,jame yra pclcsgcmal. mczcnchirna; B - gcrai issivl,stgs hibridinisdanris(is E. J. Koilar, C. Fisher,1980)

3-s0

pai (insercrtos)i genE. Kaip veliau paaiSkdjo,daug genq pasikeite del paprastqjqkartotiniq sekq (mikrosatelitq). Thiiau nauji genai negali atsirastitik del nukleotidq ir aminorlgidiq pakaitq. Genq susiliejimas - bfldas tiek ortologiniams.tiek ir paraloginiams genams atsirasti. Jis gali r,ykti dvejopai del rekombinacijos/translclkacijqir del tiesioginio gretimq genq susiliejimo, i5kritus tarpikliui (speiseriui),skiriandiamdu gretimus genus. Viena geno dalimi genai gali bDti homologiniai,kita - ne. Del tarpiklio tarp dviejq artimai sukibusiqgenq delecijosgcnai irgi susilieja i vien4. Tbkiu b[du atsirado daug genq, koduojandiq polifunkcinius baltymus. Pavyzdysjau kelet4 kartq minctas - tai baktcrijq DNR I polimcrazis (polA) gcnas.DNR I polimerazeatlicka tris funkcijas:pcllimcrazing,3'-+-5'ir -5'->3'- egzonukleazing, ir ji sudai5 Domcnini baltymo dvicju domcnq. sandara daZniausiai atsiryta jic'nrs randa susilic.jusgenams arba kciiiantis geno clalimis.Antai vadinanrasisVIII vciksnys.kuris svarbuskraujui krcieti. yra sudarytas iS trijq domenq A, B, C. Vienas i5 iiq domcnq - A yra homoIoginis ccrukrplazminui- scrunlo baltymui, kuris prisijungia vario jon4. Manoma, kad MHC genai pirmil karta ,,susikonstravo" bcnt ii trijL; gcnq prici 400 milijonq mctq. labai daZnai naudojamasgcnri inZinerijojc. Genq su(si)lic.limas Duplikacijos ir divergencija yra pagrindinis b[iclasatsirasti paraloginianrsgenams.DaZniausiainauji genai atsirandadel duplikacijq, o po to - clcl divergencijos, kuri iryksta kaupiantis duplikuotuosc gcnuose taikinems mutacijoms.Taip atsirandagenq ir baltyrnq Scinros. Jas kodLro.iaduplikuoti genai. Genq Seima - grupe bendros kilmes genq, kuriu koduojani'ios dalys yra pana5ios. Lahiau nutolg gcnai, bct kai kuriuos baltymo domcnus koduojantys tuos paiir"rs,sudaro super5eimas,pvz., Ig genu/imunoglobulinq yra gausios.'franslokacijos superieima.SuperSeimos Siuosduplikuotus gcnus gali iiskirti, i5barstytipo chromosomas.Taip yra, pvz., su gcnais. citochromu P-4.5() Del duplikacijq gcnome atsirado ir kartotinds sekos.Antai jaudio albumino gene yra 9 kartotines sekos. Jos Siek tiek skiriasi, kai kurios invcrtuotos (apsisukusios180') ir sudaro palindromus. Genq grupds/Seimosevoliuciioje daZniausiaipasirei5kiavisi auk5diau anra5vti bfidai.

v RATDOS (ONTO- MORFO-) GENETTKA

5.1. Determinacija 5.1.1.Determinacijair diferenciacija. Transdeterminacija, problema TotipotenciSkumo lvairios organizmrl grupes turi savitq raidos ypatybir], ir tai yra Siq organizmll genetikos tyrimq uZdavinys.Suprantama ir tai, kad centrinis onto-mortbgcnetikos objektas yra Zmogus. Bet nepaisant kiekvicno organizmo savitumo yra bendri morfogenezes-ontogenczes valdymo desniai ir onto-morfogcnetikojenaudojami tie modeliniai organiznlai,kuric parankiausivicnam ar kitam rei5kiniui tirti. Objekto rcikime morfogenetikojeyra ypad svarbi, todel Siai problcrnai tirti atsirado naujq genctiniq objektq, tokiq kaip ncmatodas Caerutrhubditi,s alegans,kurio raida Sviesiniumikroskopu tiriama nucr apvaisintclkiauiinclio iki subrcndusioskirmilaites, arba glcivlnas Dictt,o.steliurrt tlisutidcunt, kuris i3 vienal4siio organiznto gali virsti daugial4siiu, sudetingossandaros. Pravcrtc nctgi tokie paprasti,ncsudetinsiorganizmaikaip virusai ir baktcrijos. Virusams irgi bldinga raida nuo DNR arba RNR molekuliq iki jq raidos momentas- kapsido suintaktinio viruso. Sudetingiausias sidarymas. Bakterijq raida paprastcsnc ncgu virusq. Neir,yksta dideliq pokydiq, i5skyrLrsgcnq veiklos pokyiius, nagrinitus III ir lV skyriuje. Kai kurios bakterijos (pvz., Buc:illu.ssubtilis) nepalankiomis s4lygomis sudaro sporas. Thi tapo vienu i5 morfogenetikos modeliq. Sporuliacijos eigoje keidiasi trijq genq grupiq veikla. Ji priklauso nuo o (sigma) veiksnio. Palankiomis sqlygomis spora virsta akryvia l4stele. Vel vcikia rinkinys vicnas kitq keidiandiq sigma polipeptidq. Tokio tipo genq valdymas aptiktas daugelyjc organq raidos/l4steliq diferenciacijosreiSkiniq,tik veikia kiti valdymo veiksniai,ne sigma. Principas tas pats - laipsni5kai ijungiamos skirtingos genq grupds (ankstyvieji. vidutinio ankstyvumo, velyvieji genai). Pagrinding ontomorfogenetikosproblemil, kaip mineta, suformulavo Veismanasdar 1882 m.

352

Kodel lqsteldms dalijantis atsiranda nelygiavertds,diferenctjuotos l4stelds,kai jos turdtq bfiti vienodos? Zmogars organizmeyra daug ivairiq tipq l4steliq.Visq jq pradZia , r p v a i s i n tkai a u i i a l q sct. Ontogcnetikosuzclavinysyra dar sudetingcsnis nustatyti, kaip ii lravicniqlEsteliqformuojasi sudetingiorganai. Veisntano itakoje suformuluota ir kita bcndro pob[dZio probler1a. Jis mane. kad stlmatinis lqstelespraranda dali savo gcnetincs prcdZiagos. Taip atsirandaskirtumai tarp generatyviniqir somatiniq tuo daugiauji praradusigeJuo I4stcl6labiau spccializuota, lirstcliq. 'Iodel klausimas, kyla rrctiniq vciksniq (Lr. 1.2 pav.). . ar dif'ercncijuotosl4stelis yra gcncratyvinenlslygiavertes- totipotencin€s, . ar ios yra netotipotencines,skirtingu ir nclygiavcrdiqgeneratyvincms lilstelims gcnetiniq galimybitt. pertvzlrsie klausimai nagrincjanti trediajame sklriuje (Genomo 'lrumpai negaltrtinis. krr), ir atsakymasi juos yra ncvienareiksmis, u.ulimapriminti tokir.rsteicinitts: . sontatincs lltstclcs I'cnotipiikai skiriasi nuo gcncnrtyvinitl lilstcliq; . pokydiq potruclispriklaustr truo tlifcrcncijuotq [4stclitr Iunkcijos; . genotipo pokyiiai difcrcrlcijrrotoscLlstclc'scirairhs: I vicnosc iq ivyke-ncsriZtami viso gcrtonrrrarbrt .j
.

nuodo dozcs.

somatiniu l4steliq totipotcnciskumu,griZtamais-neSusiclomejimas grjZtamais genomo polrydiaisSiuo mctu ypad didelis del Zinduoliq klonavinro. Klonavimas. Branduoliq persodinimasi5 diferencijuotq l4steliq I kuriems prieS rtccliferencijuotasneapvaisintaskiau5ial4stes/ovocitus, -r-)J

5.1 pirv. Alofcniniq peliq gavimas: pronazc paialintl skaitlrioiizttnit ir sumaiiytosblastomenrsdvicjq pcliq linijLr:ju6dais 'Ijlkiu ir baltais plrrukais. b u d u s u k o n s t r u o t a sg c m a l a s i v c s t a s i m o t c i ( r c m i a n t i s B. Mintz. l9(r7)

i___*_-__._"._i -

',

r'l? ' . n**' , _ _ * '

ulllltrlllrrs -l 7lilstr'lcs

',

.f

:fu. 'l

oralokaicinonros I11 sl,:los

l ransplanlacija

N o n n a l u sp c l i s v a ls tu s

-5.2 pav.'leratokarcinomos lqsteliu transplantavimasi normaliq blastocistq ir normalizacija

3-54

tai paialintasbranduolys,pirmiesiems oficiirliai par,yko 1997 m. Edinburge V i l m u t u i ( 1 .W i l m u t ) i r b e n d r a d a r h i u m s .J i c k l o n a v oa v i . Z y m i a i a n k s diau tokius tyrimus buvo atlikusi Minc (B. Mintz), bct jos tyrimq rezultatai audringai buvo gindijami. Minc pagarsejogerokzriiki to kitokiais tyrimais. Dar 1967m. ji gavo alofenines peles. Pradcjusiems vystytis peliq embrionams [i lalstcliq stadijoje fcrmentu pronzrzebuvo paSalinamaskaidrio.iizona ir l:lsteles atskiriamos viena nuo kitos. Buvo sumaiiytosjuodq ir baltq peliq blastomcros, po to vel pcrncitos i gimd,l. Pcliuklrs huvtl juostuotas (-5.1pav.). Tyrimai vttizdLitri rodo, kad rezultatas priklausct nuo geno pobldZio. Mclanino genai i,ykdo savo program4 nepriklausomainuo kitq lqstelesgenq, ir tamsi alofcnines peles juosta yra l4stelessu melanino genu klonas. Kitais atvejaissu kitais genais ir kitomis l4stelemis lrodyta neabejotina gretimq l4steliq itaka. Tokie

bandymai atlikti transplantuojantteratokarcinomoslqsteles i blastocclio ertmg (5.2 pav.). Teratokarcinomosl4steles- labai idomus moclclis l4steliq diferenciacijaitirti. Jos rystosi i5 teratomq, o teratomos l,ystosi i5 neapvaisintqovocitq ir sudaro kamieniniq ir ivairiai difercncijuotr+ l4steliq miSinl. fvedus teratokarcinomos lEsteles i peliq blastocistosertmg, teratokarcinomoslEstelesvystesi normaliai. Lazeris ir transplantacija. Nematcldui Caenorhabditiselegans Iirti llbai sekmingai panaudotasmikroskopassu lazerio spinduliu. Juo salima sunaikinti norimq lqstelg arba jos dali ir po to stebeti, kaip vystysis organizmas. Tokiu b[du aptiktos l4steles, kurios lerria/valdo gretimq lqsteliq diferenciacij4.Antai viena l4steld, pavaclinta inkarine, nulemia kiau5intakiosusidarym4.J4 sunaikinus,kiauiintakis nesivysto: Inkarind lastel€

Sunaikinta inkarini l4stelc

gonados l4stelCs

I l n k a r i n eI 4 s t e l e

Normali kiaulintakio raida

KiauSintakis nesivvsto

Normali kiauSintakio raida. gonada nesivysto

Labai daZnai atliekant onto-morfogcnezis tyrimus l4stelesperkeliamos ii vienos victos i kita. Tai vadinamoji ektopija (lot. ectopusnc victde). Rczultatastrejopas:perkcltosioslqstelds . vystosi pagal gretimq l4steliq programEl . keiiia savo vietoje esandiql4steliq veikl4, . r,ystosipagal savo programE.gretimos lilstelesjokios itakos joms neturi. Thip, pvz., atsitinka, kai nematodo C. elegansl4stelesperkeliamos ii vienos vietos i kita. Jos r.ystosi pagal savo program4. Gretimos l4stelesjokios ltakosjoms neturi. Sios l4steldsjau yra determinuotos.

355

Determinuotos l4stel€s jau turi savo raidos (determinacijos) programE, kuri4 b[tq galima pakeisti tik tada, jeigu 5i determinacija bfltq griZtamoji. Determinacija padaro lqstelg ir jos palikuonis kitokiais kitq gemalo l4steliq atZvilgiu ir nulemia jq raid4 jau konkrediai numatytu b[du, tik tam tikra kryptimi. Diferenciacija vadinama rySki l4steliq specializacija,kai l4stelds akivaizdLiai skiriasi nuo kitq l4steliq. Dctcrminacijq ir diferenciacij4norisi lyginti su genotipo ir fenotipo s4vokomis.Determinacija - tai genetinis l4steliq potencialas,o dif'erenciacija- konkrctus 5io potencialo pasirei5kimas.Genotipas apima visas genetines organizmo galimybes,o determinuotos l4stelis, nors ir funkciSkai,bet ,,praradusicts" didelg dali gcnetinesinformacijos. Veikia arba veiks tik tic ,.prabangos"genai. kurie reikalingi uZprogramuotai lqsteliq diferenciacijai irykdyti. Tfansdeterminacija - rei5kinys, vaizdiiai irodantis, kad lEstcliq determinacija gali vykti skirtingo pobudZio ir nevienodo laipsnio:

Galima ir vienq imaginj diska pakcisti kitu, pvz., antenos diskq pakeisti kojos disku. Vietoj antenos lystysis koja. Vadinasi, ektopind transplantacijanepakeidia disko determinacijospob[dZio. Thdiau gamtoje vietoj antenos gali atsirasti koja ir pan. Thi atsitinka del dvieju skirtingq prieZasdiq: . h o n r c o z i n i qm u t a c i j q . . tritnsdetcrminacijos. Abiem atvcjais vienas imaginis diskas virsta kitu. Pakinta determinacija nuo jos atsiradimopradZios: Normali determinacrja T r a n s d e t e r m i n a c i i al l M u t a c ll a

-,ffi + @

W J

. grjZtamojc't. . negriZtamojo.

@

l-lomeozine mutacija

Kai determinacijayra grjZtamojopobfidZio,victoj vieno tipo determinuotq l4stcliq gali atsirastikitaip determinuotosl4stelds- vyksta transdeterminacija. Sis rei5kinysgcriausiai i5tirtas drozofiloje. Labai paranku tai, k:td drozofila, kaip ir kiti vabzdZiai,patiria mctamorfozg: kiauiinilis --> lcrua -+ lcliukc

; subrcndusi nrusclc.

Nors leruayra kitokiossandarcls negu subrendusidrozofila,bet ji turi l4steliqsalelcs- imaginiusdiskus,i5 kuriq rystosi konkretls suaugeliovabzdLioorganai.I5 viso yra 19 diskq. Imaginiai diskai yra determinuotosl4steles.Jie labai patogts determinacijaitirti. Vienasi5 bhdq yra transplantuoti imaginldiskqi neiprast4vietq drozofilatokiu i lervosertmgpriei patjai pereinanti leliukg.Suaugeld b[du gali igytipapildom4organq- aki,sparnq,koj4 ir kt. Thi tik patvirtina, kad Siosl4stelesdeterminuotos. 356

Homeozind mutacija yra tokia, kai victoj vieno organo i5sirysto kitas (pvz., kai victoj antenos vystosi koja - mutacija Antennapedia). 'l?ri pastovus paveldimas palikuoniq i5 kartos i kart4 pokytis. Tiansdeterminacijayrel nepaveldimaspokytis - tai modifikacija- Ji pasireiSkiatik toje kartoje, kuriojc atsirado. Tiansdeterminacijayra daug daZnesndnegu homeozincmutacija.Ji yra homeozindsmutacijos fenokopija. Tiansdeterminacijar,yksta tik tam tikra kryptimi:

>tAEv'l

\tr@ (storosrobfina daZnesnd. Kai kuria kryptimi transdeterminacija dykles;plonos rodykles retai). 357

5.1.2. Determinacijos laikas ir vieta. Morfogenai

Determinacija - vienas svarbiausiqmorfogenetikos rei5kiniq, todel jam skiriama daug demesio. Pagrindiniai klausimai yra tokie: . . . .

kada ivyko determinacija, kur ji ir.yko, kokiose lqstelcsc ir kuriose jq dalysc, kokie pokydiai ivyksta determinuotose l4stelese, koks detsrminacijos pob[dis (griZtamasis-negriZtamasis, pavcldimasis ar laikinasis).

I paskutini klausim4 jau i5 dalies atsakyta5.1 poskyryje.Atsakym4 j kitus klausimuskomplikuoja tai, kad determinacijoslaikas ir kitos ypatybds labai priklauso nuo organizmo. Determinacijos laikas. Zmogaus bent 8-iq blastomen+embriono lEstclesnederminuotos.Determinacij4lemia tai, ar l4stelesyra i5orines (diferencijuojasij trofoblastus),ar vidincs mases l4stclcs. Jau pirmosios dvi moliusko Dcntalium blastomerosyra dctcrminuotos. Atskyrus blastomerasvien4 nuo kitos, ii jq r,ystcsinevisavertcs lervos, palyginti su tomis lcrvomis, kurios vystcsi i5 viso kiau5inio (ncatidalytqblastomcrq).Skirtumai buvo dar didcsni, kai blastomcros buvo atskirtos vien:r nuo kitos 4 l4stcliq stadijoje (5.3 pav.). Thigi dctcrminacija gilcjo laipsniSkai.Tiri tipiSkasrci5kinys. Determinacija lyksta laipsniSkai,be to, ivairiose l4stclesene vienu metu. Thi priklauso nuo diferencijuotq lqsteliq ir organo, kuris i5 5iq l4steliq turetq i5sivystyti. Ncmatodo CacnorhabditHdcterminacija jvyksta pries pat pirm4li lEsteliqpasidalijim4netolygiaipasiskirstantgenq produktams(Zr. toliau). Thigi pirmosios l4stelesjau yra determinuotos. Be to, jos skiriasi dydZiu. Drozofilos dcterminacija ivyksta dar anksdiau - neapvaisintuose ovocituose. Kad ovocito citoplazma paskirstyta i determinuotas zonas, buvo pastebetajau seniai, bet tiksliau tai irodyta drozofiloms. Polin€ plazma. Sinsicin€ blastoderma. Drozofilos raidos pradLia gerokai skiriasinuo daugeliodaugialqsdiqgyvfinq.I5 pradZiqdalijasi ne lEsteles,o tik branduoliai. I3 viso 9 kartus. Jie sutelkti l4stelescenrre. Po to jie migruoja i periferij4, dar dalijasi.Ir tik po to vienu metu apie kiekvienq branduoli dalijasi ir citoplazma,susidaro l4steliq apvalkaleliai - r.ykstacitokineze.Tokia blastodermapavadinta sinsicine. 358

5.-j pav. Moliusko Dentaliwn lervq raida i5 atidalytq blastomerq: bcsidalijaniiamckiauiinclyjc ir normali raida; / nrorlirgcnq(ABC'D) pasiskirstynras a t i d a l y t ap o l - o j t r It n c n o r m a l i r a i d u p o b l a s t o r n c r qd i r b t i n i t t a t i d a l i . i i n r o1: plsiclalijinro(viena lcrva turi'jo rnorfogcnus(lD. kita AB); 2 - atidalyta po 2-ojo p r r s i d a l i j i n r (ov i e n a l c r v a t u r c j o D . k i t a - C )

Tidiau pastebita, kad i uZpakalingblastocelio dali kelctas branduoliu migruoja anksdiau.Apie juos citokinezcirgi ivykstaanksdiau, ncgu apie kitus branctuolius.Sios lilstelcrsbuvo pavadintclspolindmis. li jq vystosi gonados ir gcneratyvinesl4stelis (5.4 pav., A). Polinds plazmos transplantacija. Poline plazma i5 vicno praddjusio vystytis drozofilos embriono pcrkelta i kit4, bet neipraston vieton. Ji injekuota i pricki arba net i 5on4 blastocclio,kuriamc vos tik pradejcldalytis branduoliai.Vadinasi,polines l4stelesir juo labiau sinsicini blastoderma dar nebuvo susidariusios(5.4 pav., B). Tose cmbriono vietosc, I kurias buvo perkelta poline plazma, i5sirrystepolines l4steles.Akivaizdu, kad b[tent citoplazma i5 uZpakalinesovocito dalies lemia poliniq lqstcliq,o i5 jq - gonadq ir generatyviniq lilsteliq raid4. B[tinai reikdjo irodyti, kad atsiradusios nelprastoje

359

A/\,AAA

1.\ *i .sl i i-{ H u v \".J_ut w poline olazma

Poltneslqsleles

A. Poliniu lasteliu ir sinsicinds blastodermos raida

Il. polinds plazmos perkelimas i neiprast4 vietq (viriujc - i prickini gaLl; apadiojci b l a s t o c c l i oi o n 4 ) -5.4 pav. Drozofilos sinsicinds blastodermos bci poliniu lqsteliq raida ir polin€s plarzmostransplantaci.ia: B. Drozolilos lini.iosZymt'tos gcnais: polines plazmos donoras RllJ'y'(Bur ir Ycl/or.r,- ntrrntrli kIno spalviL).[:lItina kontrolirroti, kud pcr klaidlr ncbItq pcrncita clonoro branduoliq. Klaicl4 parodytq clu dominuojnntysgcnai. kuric yra lrranduolvic. l ) i r m : t s i sr e c i p i e n l a s2 v n t i ' l : r sr c c c s r r i r r i s i r rgi sc n i r i sl r r r ' l r i r r ' ( t r t t t l t i l t l t ' l u t i r u i r r y i r nciprirstojcvietoje, pcrkcltos cbotv). Pirnrojo rccipicnto polints lustclcs,iisivysdiusios j a n t r o j o r c c i p i c n t r rh l a s t r t c l c r n t ousZ p u k : r l i n gi l a l i ( i p n r s t a p o l i n i q l a s t c l i q v i c t a ) . Antr
vietoje polincs l4stelesvisi5kaincsiskiriasavo determinacijanuo trl poliniq lqsteliq, kurios susidaro uZpakaliniamcblastoceliogale. Thcizm supnrntirma,kad neiprastojevictoje atsiradusiospolinis l4steles ncgali rutuliotis i gonaclas.TLrdel dar kart4 atlikta transplantacija. Tik Slsyk nciprastoje vietoje susidariusiospolines lqstelesperkeltos i joms iprast4, normaliq vietq uZpakaliniamegale. Kacl nekiltq jokiq abejoniq del perkeltq lqsteliu,tiek pradine linija, i5 kurios paimta poline plazma. tiek abi linijos, kurios buvo polines plazmos ir poliniq l4steliq donoris (davejos),tiek recipiente (gaveja), buvo Zymetos geneti5kai (Zr. taip pat 5.4 pav.): 360

Polin€s t'olints Poliniq l4stelirl plarmos P()lini''nla/mt'splazmo! gareradarijl. +r\cmcirm,r\ --l!!ll!ll!:+ PolinAstl4ste1y,"i,u l6s neiPras,lominuotoi€ vietoje. jandiais ZYtnita recc*enlis syviais genais it.,Bty mwh C

Gonadq gencraty- Dviejq genotiptl Potiniq generatyYins viniq lqsteliq l4steliq g,avtir difcrcncrrci.ir l{stel6s: -t + mv'n e If LOnAOOS/generatyvints l4stel{r. Y snt mil Si gavija ZYmdta gena)s-yin-m4l

vel i uzpakalini lsitikinta, kad po poliniq l4stcliq transplantacijos susidavadinasi, lEsteles. generatF/ines gllrl rystesi dviejq genotiptl ii,,ri.,r neiprastojcvictoje polines l4stelesyra igijusiosnormaliq railqsclosprogram4.Jos clctcrminuotoslystytis i gonadas/genclatlYines vietoje' susidari iprastoje tclcs. kaip ir tos polinis l4stelis, kurios lirigi buvo irodyti clu svarbus raidos reiSkiniai: . drozofilos hrancluolius determinuoja citoplazma: citoplazmoje csantys determinuojantysveiksniai pavadinti morfogenais; . branduoliq determinacijapriklauso nuo vietos (pozicijos)blastocelyje,i kuri4 paklilva branduoliai. Poline plazma determinut'riabranduolius vystytis i gonadas/generutyvincs lqsteles. morfogeneMorfogenqnereikiapainiotislrgenais,kad ir lemiandiais zc. Morlbgenai yra baltymai, arba sudetingasbaltymq-RNR komplek'lhip yra ir polineje plazmojc,kurioje susidaroypatingi- poliniai sas. kiineliai. f jq sudcti, be baltymrl,icinu nuno.sRNR.Ovocite pasiskirsdiusius nrorfogcnuskocluojavadinamiejimotininiirigenai (Zr. toliau). Jie lerrriabendr4 bfisimojo indivicloplan4, nlodeli @ngl.puttct'nggrcs, karrrrissis tcrminaspatem, genuiv.artoiamaslietuviskojespaLrdoie). Motininiq gcnq koduojami yra, pvz', Bicoid. Hunchback (angl' krtprius),Nanos morfogenai. Jic lemia prieking-uZpakalingorganizrllo a3! (panasts morfogenai aptikti ir Zmogaus),o morfbgenas Dora5i. sal - nugaros-pilvo(dorzaling-ventraling) ir Dorsal mortogenu pasiBicoid Iiriant gradientai. Morfogenq skirstym4 po ovocit4/pradejusivystytis sinsicini drozofilos blastoccl!, llustatytasdar vicnas esminis morfogenetikosrei5kinys: ' morfogenq gradientai. Tiek patys morfogenai,tiek jq gradientaipirmiausiabuvo numaryti cmbriologqSpcmlno (H. Spemann),Caildo (C.M. Child) dar XX Simt-

36r

medio pradZioje,bet irodyti ir iStirtitik po daugeliometq Geringo (W. Gehring), Nobelio premijos laureatqNiusleinFolhard (C. Nrisslein-Volhard), Vieschauzo(8. Wicschaus) ir kitq tyrinetojq. Jq tvrimai tesiamitoliau. S i u t ,m c t u m o r f o g c n qv i c t a i r p a s i s k i r s t y mtai rsi a m in r o l c k u l i n i a i sz o n d a i s- a n t i k [ nais,kuriq vietanustatomaliumincscenciniumikroskopuin -i.-5 par'. Ilicoid morfogeno gradientits(c/o): i r t o s cv i er o d y k l c n u o p r i e k i n i oI u Z p a k a l i nkl i a u i i n c l i o v t l r ( t o s cl l l s t c l c s e j i c ( v i s a s p n r ) ilgis -5(X) rala I t r s c ,k u r y r u ) . I t t , s i t t zt o n dais nustatyta,kad bicoid gcncl koduojam:rsbaltymas sutcl ktas pricki n iamc ovocito/kiauiinelio galc. Tolstantj uZpakalinqdali,jo konccntracijastaigiaimaZija (5..5pav.).

u' 'L

3 joo_a

#

Bicr.rirlmutanto gradicntas ivairiai sutrikcs. Atitinkanrai sutrikusi ir clrozofilos r u i d a . K r u i t u t i n i u a t v c i u p r a d c d a v v s t v t i sl c n , u s u d v i c r n p i l v c l i i r i sb, c t b c g a l v o s i r krutinclcs (Zr. I.13pav.). Ttrkia blrr.,irlrnr.rtaci.j:r yra mirlina, todcl tokio tipo ntutrrcijos 1-ra'u'adintos embrionindmis letaldmis.

Kartu tai yra pavyzdys kaip, atrodytq. paprasta mLrtacija.aticl2iauj4 iityrus, l c r n i a d i d e l i u s a t r a d i m u s .S i c I , r k u s l i p i r n r i a u s i aa p t i k t i p c l i u g c n o m e . H e t c r o z i g o riniq pagal iiuos genus peliq buna trumpesni (daZniausiaigcnotipas +/r) uodcga, rrrbrrpclds visai beuodegis (gcnotipas Ttt) (5.6 pav.). Homozigotos ff arba tt (ivairiLr alcliq) yra mirtinos. Vadinasi,gvybingos (kad ir ,,nukcntejusitlnris"uodegomis) pclcs yra heterozigotos.Thi pavyzdyssubalansuotq letaliq, kai hcterozigotosg) /ylrinqos. o homozigotos mirtinos.

Morfogenq susidarymo vietos nustatymas. Dar 1929m. Starte\'rntas (A. Sturtevant) pasifile b[d4, kaip nustatyti viet4, kur susidaro (vra determinuojamos)l4stelcs,kurios toliau rutuliojasi i imaginius tliskus. I5 pradZiq tai taikyta lervoms, o v6liau tyrimu rezultatai tiesiog automati5kaibuvo pritaikyti daugiabranduoliamkiauiineliui (pratlcjusiam \.ystytisdrozofilos gemalui). Bet tik 1969 m., po 40 metq,

b c u o d c g c7 ' l

bcuodcgc7

Anksdiau cmbrionineslctalcs buvo naudojamostik mutacijq daZniui tirti. Siuo mctu tai vicnas i5 svarbiausiqmorfogcnetikostyrimuose naudojamq mutacijq tipq. Pagal jas aptikti ankstyvieji bendrojo plano (paterno) genai. Zinduoliq T/t lokusai. Sckniingaicmbrioninis lctales pritaikytos ir Zinduoliq mortirgcnetikojc. Taip aptikti I/r lokusai, kuric lcmia (gemalo trofoblasto, mezo_dermos ir kt.) raid4: t'.t",, ---l-+ Chorionas ----+'l'rolirblastas F.ktodcrma I' -+ Vidine l4steliq -+ Amnionas 1-l-+Negemalinc masd ektodcrma /ut -+ Odos r-_;_rGemaline /! ektoderma ektoderma I -+ Nervine

7' I', i h v ap o l 0 % paros l:*ine. sKlautere

cktoderma .-;

Nervinis /'/ vanrzdelis

362

7[r'a po 5 pary.nera mczodermos

l

Galvos smegenvs

T i fStuburo snlcgenys

-507o grnrsta bcuodegiq i.(r pav. Peliq Tlt lokuso fenotipai sukryZminus heterozigotas Tlt' (ii E. Sinnott, I-. C. Dunn, T. Dobzhanskv, 1958) -'tb-i

5iz1Startevanto minti iglvendino Garsija-Belido (A.Garcia-Bellido) ir Meriamas (J. Merriam). Thi i5ties milZiniskas darbas, kuriam ne kiekvienas ryZtqsi. Sio metodo smulkiau nenagrinesime.Juo nustatomasatstumas tarp trijrl irnaginiq disku vietq (erdviskai tai vaizduojama ne linija, ant kurios yra trys ta5kai, o trikampiu). Svarbiar-r kitkas - dar vienas drozofilos mutaciiq tipas, kuris naudojamas morfocenetikoje. Tai ginandromorfai (gr. .ryne (ginaikos) moteris -f uttcr (ontlro.s)- vyras * ntorplrc - forma). Ginandromorfai - individai-mozaikos,kuriq atskiros k[no da_ lys turi skirtingq lydiq kariotip4 ir poZymius. Bfidingi tiems organizmams,kuriq lyti lemia tik lytines chromosomos,pvz., vabzdZiams. Ginandromorfq kilmd. MoteriSkif4 drozofilos lyti lemia lyginis (xx), v,vriSkqia- nclyginis (XY arba x0) x chromosomu skaidius (Zr. toliau). Gali atsitikti taip, kacl tik pradcjusdalytiskiausineliobranduoliui, kuriame yra clvi X chromosomos(XX), viename is dukteriniq branduoliq viena X chromosontaprarandama: i

-+ Vyri5koji pus6J

Subrendusiosdrczofilos ktnas iiuo konkrciiu atveju b[na lygiai pcr pusg .,paclalytas"i vyri5krf4 ir rnorcri5kqirllyti. Atsekti ncdidelius,,wriskuosius"k[no lopineriusgarima.jcigu vienq i5 X chromosomqZymcrsime recesyvinisiais genais,kurie kitoje chromosomoje yra dominuojantys.Tai ,,sukibg,,su lytimi gcnai, kurie yra tik X chromosomoje.Pvz., labai parogu Lymetige.ais y (tettow - geltonas klnas; normali spalva,dominuojantis pozymis - pilka) arba sru (singed- ,,nusvilinti" Sercliai,Zr. 3.3.1pav.). Hetcrozigotiniqpateliu Sie genai nustelbti.Jie pasireiikia tik tq lasteliqklone, kuris kiles i5 branduolio,kai jzrmeprarastaX chromosoma su dominuojandiaisgenais. Vyriskojoje dalyje yra arba geltona k[no spalva, ar ,,nusvilg" Sereliaiir pan. vadinasi, pagal siuos recesyviuosiusgenus galima nesunkiai nustatyti r,yriikqjq mozaikos clali. Mozaikos dydis priklauso nuo to, kaip anksti individo raidoje dalis litstcliq prarado X chromosom4 su clominuojandiaisgenais. 364

naNl

5.7 pav. Imaginiq diskq determinacija ir vietos nustatymas drozolilos blastocelyje: I - v i c t a , a t s t u m a sn u r o d y l a ss a n t v k i n i a i sv i c n c t a i s- s t c r t a i s :A N T - a n t c n o s .K I , kt1u, G - gonadq.Sp lill. Klll s p a r n ( ) .S r - s t r a u b l c l i o .P , p c t i c s ; p i l v c l i o ' k ' " ' d c l i qT : - n u g a r i n i t p( t c r g i t q ) i r P S - p i l v i n i q ( s t c r n i t q ) ;K - k r u t i n c l c s ;B - k a i kuliq diskq ,,l'cnotipinis"pavaizdavirnas(pagal Y. Hotta. S. [3cnzcr, 1973)

Ginandromorfainaudoti nustatytivietoms,kuriose kaupiasimorlirgcnai,dcterminuojantysLrranduolius vystytisi konkrediusimaginius diskLrs(5.7 pav.).

5.1.3.Pozicinddeterrninacija

XX

/\ Moteri5koji pusO Q e- XX

\-cnlrallnc

Ginandromorfailabai itikinamai irodo nauja esmini paveldimumo rciikinj - pozicing deternrinacij4. Pozicin€ determinacija - k[no (erdvines) sandarosraida, kuriq negriZtamai (paveldimai) nulemia genq produktq, branduoliq ir kitq lllstelesstruktflrq, padirl l4steliq erdvine padetis. Prisiminkimc du dalykus: . pirma, drozofilos kiauiinelyje branduoliai i5 pradZiq dalijasi 9 kartus,bet dukteriniai branduoliainei5siskiria. Jie blna sutelkti centrineje gemalo dalyje. Tik po to jie juda i blastoccliopakra5tius; ' antra, kaip irtsiranda mozaika - ginandromorfas, kurio klnas padalytas lygiai pcr pusg i qrriSk4f4 ir moteri5kqjE dalis: dalijantis kiauSineliobranduoliui, kurio kariotipas XX, viename i5 dukteriniq branduoliq przrrantlamaviena X chromosoma.Dar kart4:

36s

i ..'' Motc-riikojipuse

I

afrAKiausin€tiobranduolys

;+j*_: (X^aX \--,/

Branduoliq' lggleliqklonas

(xx)

j---eukteriniai t ) Vn*-nuoriq' ]lilstelrqllonas

x

\

branduotiai V y r . i i k o lp r use ,'i

Ginandromorfas

?rtiau tai dar ne viskas.Kaip bus padalytasginancrromorfok[nas i vyriik:f:p ir nrotcriikqja clalis,priklausvsnuo to. kaip issidcsto XX il X branduoliaigemakr centrc (5.8 pav.): . taip, kaip pavaizcluota viriuje ir -5.8pav.,l, padalytasj vyri5kij4 ir moreri5k:1i4 lyti:

klnas bus i5ilgai

. kitais atvejais priekind ir uZpakalini ginandromorfo dalis yra skirtingu lyciq (.5.8pav., 1l) arba kDnaspadalytasper pusg,bet ilcypai (5.8 pav., C). Akivaizdu, kad mozaikos f'enotipq lemia erdvin6 branduoliq padetis. Dzrr idomesnis,bet iki Siol genetikq neiStirtaspozicinCsdetermi' nacijos rciSkinys- sraigdskriauklcs sukimosi kryptis. Ji gali bDti i clcSingir i kairg. Nustatyta,kad tai nulcmia erdvind achromatinds vcrpstes padetis per I mejozcs dalijim4si. Vcrpstc orientuota ikypai, qali blti nukrcipta i dc5ing arba i kairg. ldomu ir tai, kad ii oricndomitlci.ja yra paveldima,bct priklausoltuo motinos (veluojantysis nrrvitnas). n u r o d v t a . 5 l.. l i r 5 . 1 . 2 D l u g p o z i c i n i s d et c r n t i n a c i j o sl a k t q i r n c t p r i c Z a s c ' i q poskyriuosc: drozolilos sinsicindsblastodtrntosbranduoliq deternrinacijapriklatrsomainuct ju crclvinis pldctics po trrrrntluolir,lmigraci.iosi [rlastoccliopakraiiius; turp it! poliniq 14steliqdeterminaci.ia,kuri:1 lcnria polinc plaznta; Z i n d u o l i r ;g e m a l o l q s t e l i q d c t c r m i n a c i j a .k u r i i t n u l c m i a j u p a d c t i s : i S o r i n i o sluoksnio l4stclcs difcrcnci.juo.jlsii trofoblastq. vidincs lrlstclc's- l vidinds nrasds lasteles ( crnhrioblastrt ).

DaZniausiaipozicing dctcrminacijqlemia morfogenai,kurie pasiskleidZia,sudarydami koncentraciiosgradient1, t. y. vienoje vietojc morfogcno susikaupiadaug, o tolstant nuo iios vietos, jo koncentracija laipsni5kainraZeja.

17' ira

genai 5.2. Morfogenezdsiontogenez€s

[6

I

elegansgenai. Nematodo Coenorhabditis 5.2.l. Ankstyvieji nematod<> morlb- ir ontogenetika

ll

i't.--

\--l

.5.8 par. I)roz'lilos ginandrom'rfq susidarymas ir pozicin6 determinacija: t a m s i i r u- m o t e r i i k r l j i k t r n o d a l i s ; c l u k t c r i n i qb r a n c l u o l i up a d i t i s p o l - o j 6 c l a l i j i m o s i : , 4 - i i i l g a i p u s i u u .k a i r c . . r r r o t c r i i k a ,d. .c s i n c_ . . v y r i i k a . . ;B _ s k c r s a ip u r i n u ,v i r i u l i n c dalis.,motcriika'', rrpltinc -,,ryriika". (. - istrizai;ginarrclromurfai Zyrnctimutacijonris u/rllc (trrrltosakvs) ir ntinure (m'aiesni sparnai); brirncluoliai.kuriq krrriotipasXX, pavaizclirotitanrsiai, o kuriq kariotipas yra X (Xo) - ivicsiai (pagal R. A. Raff, T C. Kirufrlan. l9fi3)

366

Konkuruojantys objektai - drozofila ir nematodas. Du zym[s morfo- ir onvirusu genetikosspecialistai,,kirlti",kad susidomejimas labai padidejo. Thi Benzeris (nuo 19(r5 ribos) nr. togenetikostyrimais (S. Be-nzer)ir Breneris.Abu iic iki tol tyre bakteriofago f' r11 rajotro qeneting sanclarq,bet abu vicningai nt:tne, kad tirti suditingq morfologiniqpoZymiqgcnctikil galima tik pasitelkuspakankamaisudetingus ir kartu paprastus objektus. Benzerio ir Hotos (Y' Hotta)

367

1973 m. paskelbtaknyga apie drozofilos morfogenezg-ontogenezg iki Siol laikonta fundamentine.Jie ne tik apibendrino i5sklaidytusfyrimq rezultatus, bet ir numati galimas tyrimq kryptis. Jos vdliau sekmingai realizuotos. Brencrio nuopelnas dar didesnis.Jis genetikai zrtrado nauj4 objektq - ncmatod4 Caanorhubditiselegans.Si ncdiduke apvalioji kirmelle buvo Zinoma nuo i900 m., bet sistemingaijq tyre tik belgq-prancfizqzoologasNigonas (V. Nigon). Jo darbais ir susidomejo Brcneris. Nematodas (lacnorlrubditisclegansii tiesq atitiko Brenerio porciki. Jis tik 1-1,2mm dydZio,visq nematodoraid4 nuo apvaisintokiauSinclio iki subrcndusioskirmelytesgalima tirti Sviesiniumikroskopu. Vcliau, kaip rnincta,buvo pritaikytasmikroskopassu lazerio spinduliu. o dar vcrliau- ir mikroskopassu vaizdo kamcra (vadinamoji Nontarskio technika).Visil raid4 galima jraiyti i vaizdajuostg,o po to ramiai analizuoti. Brencriui, matyt, micliausietiirdZiai buvo tai, kad nematodai,pztnaiiai kaip ir bakteriofagasT.. ryja bakterijas,ir juos galima vcisti ant bakteriju gazono,iiauginto ant kietos mitybinesrcrpesPctri lek5telese. Ncsrrnku reguliuoti nentatodo kartas. Ncmatoclainusiplauna nucl kietos terpcs pavir5iausvandcniu.Licka tik kiauiincliai - bnsimoji naujoji karta.

a@ -5.9 pav. Nematodo Caenorhabditis elegan.s hermafroditas (iSor€je ir apaiioje) ir patindlis (viduje)

368

Nurs C'. clagans ncdidel i s i r t u r i t i k a p i e 1 0 0 0l a s t c lirl (riksliai 9-59),bet yra pirk a n k a n r i r is u d c l i n g o ss a n d a ros (5.9 pav.) ir subrandina l ( X X ) - 2 0 0 0k i a u i i n e l i q , k u r i e s u b r g s t al a i p s n i i k a i .P a t s a p s i v a i s i r r i n r ai rs l y t i c s r a i d a i r g i i t l o n r l r s .N c n r a t o d a i y l a hcrnrafroditai.Jq kariotipe y r : r d v i X c h r o m o s o m o sh, c t kai viena iS X chormosomq prarandama,vystosipatinelis. ldomiausia tai, kad hcrmafroditas linkqs apsivaisinti(turi atitinkamak[no sandarq) su lytics ncntatoclu "'1,riikos (-5.9pav.). Tbdcl iie ncmatodai labai parankls ir lytics gcnetikaitirti.

Ankstyvieji C. elegansgenai. Nematodas pradeda \,ystytis dar morinineje kirmelaiteje (-5.9 pav.). Pro mikroskopq nesunku nustafyti lrlstefiq genealogijas, kokie organai \,ystosi i5 pirmqjq C. elegans14stcliu klonq. Siuo privalumu ir pasinaudota.Nustatyta, kad jau po pirmoio dalijimosi dukterineslqstelesyra determinuotos(be to, jos rrcvienododydZio: AB stamtrcsne,Pr - smulkesne):

Po por nrcr-l gcnai >

S k n -I

AB - prickinccktoderma, EMS - cndoclcrnra ir prickini nrczodcrrra, E - cndodcrrna, MSt - prickinemezodcrma, C - uZpakalincektoderrna, D - uipakalini mezoderma, Pu-+P'-+P2-+Pj-->Pa g c n e r a t y v i n i sk c l i a s , P r - g ( ) r l a d o s ' g c r t c r ant cy sV i lqstclis. + Gonados/generatyvinds l4stelds

AB lqsteld yra somatinc, ii jos vystosi prickini ektodcrnta (ABa - ryklc. hipot i c r m a . n c u r o n a i , A B p - n e u n r n a i ,h i p o d e r n r a ) . P, l4stel€ claliiasii sonratirrgIIMS (o ii i dvi skirtingai detcrrninuotassomalincs lilstclcs: E - ii jos vystosi Zarna, ir MS i( jos vystosi uZpakalint rykles dalis. rlrun'rcnys)ir P,. P, lqsteld dalijasi j sonrating lipstclcC (uZpukalini cktodcrrna toliau vystosi rullltcnys ir hipoclcrma) ir P-,. P, lqstel6 dalijasi i sonrating l4stclq D (uZpakalinc mezoderma - toliau vystosi

nrunrcnys)ir P.. Ii Pn lqsteldsvystositik gonados/gcneratyvincs l4stclds,todcl yra labai ryikus gcneratyvinis kelias: P,, -> P, --+ P, -+ P, -+ P., + gonados/generatyvines lEstclis K i t i a u d i n i a i / o r g a nyar a i l 4 s t c l i u. . r n i i i n i a i("2 r . t o l i a u ) .

P r a d i n i ql q s t c l i qg c n c a l o g i j a

Po AB *EMs [

lbangprl,l

M

PI ]

P2 p.1

t,9

l.

l

Ii 2-ju l4steliq E ir P, toliau vystositik po vien4 diferencijuotq l4stcliq tip4/organq: ' i5 E ltlstcliq - palyginti stambi Larna, ' ii 1'.,l4stcliq - kaip mincta, tik gonados/gencratyvines l4steles. Ankstyvqjq l4steliq determinacija ir ankstyvieji genai. Patogcsnio objekto tarp daugial4sdiqorganizmq kaip Sis ncmatodits ivairiq tipq hibridizacijiriitt situ atlikti greidiausiainera (ii ypatybe ir pravertd nustatytigenams,kuriq koduojarli baltymai determinuoja l4stclcsvystytis pagal P, ir AB, P, ir EMS ir t. t. programas). Nustatyta, kad nctolygiai paskirstomasskn-l geno koduojamas balrymas.Si baltym4 sintctina motinos l4stclcs,todel gcnas vadinamas motininiu. Skn-l baltymasjau aptinkamasapvaisintuosekiau5incliuose. L:rbai svarbusvaidmuo tenka genams, kuriq koduojami baltymai paskirstoSkn-1.Sic baltymai,skirstydamiSkn-1, nulemia l4stelitldetcrminacijq (lastcliq,j kurias pakliuvgsSkn-l baltymtrs,branduoliai viriuic pavaizduotitamsiai). Genq par-l ir nrcr-l koduoiami baltymai paskirsto Skn-l tarp AB ir P, l4steliq, nukrcipia Skn-l i P, l4stelg.Geno pic-1 koduojamas baltymasnukreipia Skn-l iP. ir EMS l4stclcs.Skn-l patenka iP, ir EMS lqsteles, bet P, lqsteldsejis nepasirei5kia,ji slopina pie-L ko' duojamas bzrltymas. EMS l4steleseSkn-l baltymas veikia kaip morfogenas. f v y k u s ,p v z . , n w - l , , o i c - 1 m u l a c i j o m s .s u t r i n k a S k n - t p a s k i r s t y m a si r a t s i r a n d a vicno konkrctaus tipo lrlstcliq pertcklius, o kitas apskritai ncsusidaro.Pvz., sutrikus zrcx-1 geno vciklai, Skn-l gauna ir AB lilstclcs.Jos irgi vystosi pagal MS program4. Mutanto pit'-l yra Zarnyno ir rykles liisteliq pcrtcklius, mutanto slin-1 (angl. .rkil head - odos talva) ncsusidaro nci rykle, nci Zarna.

Velesncscraidosstadijoseveikiakitos genqgrupes.Mi5riemsaudiniams (raumenq,neuronq) susidarytireikalingavieta, toddl dalis 370

lasteliq Z[va. Thip aptikta jau mineta apoptozd (programuota l4steliq Zrltis) ir genai ced. kurie lemia apoptozg,taip pat genai, kuria lemia suskaidytu biopolimerq (,,antriniq Zaliavq") panaudojim4 (pvz', nuklcorugSdiq- genai rutc), o baltymams skaidyti koduojamas baltymas ubikvitinas. (Tarp kitko, ubikvitino homologas kaupiasi sergant Alhcimerio liga.) Dar yra grupe genq, kurie lemia l4steliq migracijq ir jq pastatynr:1i joms skirt4 viet4. genai 5.2.2.Ankstyviejidrozofilosbendrojoplano ir segmentacijos Vis dclto drozofila iki Siol nepralenkiama.Matyt, lemia dideles rrokslininkq grupds, tiriandios 5i4 muselg,dideles mutacijq kolekcijos ir duomenq bazi, suketuptaper kelet4 de5imtmediq. Ankstyvieji drozofilos genai net geriau i5tirti negu nematodo. Kol kas jie skirstomi i 3 grupes: . motininius gcnus, . segmcntalcijosgenus, . homcoziniusgcnus. 5.2.2.1.Motininiai genai ir j4 veikla Ne tik C. elegans,drozofilos,bet ir kitq organizmq raidos pradZi4 lemia motinos genai. Tai pastcbetadar tada, kai nieko neZinottl apic gcnus. Net Linejus (C. Linne) tvirtino, kad stambiuosius pozymius lemia motina. Po daugclio metq buvo nustatyta, kad raidos pradZioje gemalo l4steliq branduoliuose veiklfls tik motinos genai. 15 tevo paveldetq gentl rai5ka prasidedaviliau. Paskui buvo aptiktas motininis efektas - daugclio gemalo gcnq veiklE gali valdyti tokie genai, kuriq veiklos produktai susidaro motinos l4stcldse.Antai drozofilos X chromosomoje yra 10-l5o/o tokiq genq. Ir tik dciimtqji deiimtmeti hibridizacijossu zondais in situ metoclu aptikti motinos genai, kuriq veiklos produktai atlieka ovocito determinacijq. Sie genai pavadinti motininiais. Motininiai yra tie genai, kurie veikia (ekspresuojami) motinos l4stelese,bet reikalingi ne motinos, o brgstandioovocito veiklai ir jo

371

determinacijai.Tokiq genq mutacijos sukelia motinos sterilum4 - nesusidaro motinos lytines l4steles (ovocitai) arba nesii.ystogemalas. Jie lemia bendrdi b[simojo organizmo planq ir yra Cvlejrllipq: . somatiniai. . gemaliniq lqsteliq. Sia fenotipinc motininiq genq savybebuvo remiamasiieSkantdrozofilos motininiu genq. Jq daugiausiaaptikta tiriant paveldimai sterilias patcles (jq gcnetincs linijos saugomoshererozigotincjeblkleje). Motininiai somatiniai genai veikia motinos klno/somatinesel4stelerse,o jq veiklos produktai RNR arba bahymai gabenami i ovocitq. ?rigi reikimingi ir tie genai, kuriq produktai yra gabenarni.ir tie, kurie lemia pernaiq. Drozofilos tyrimais jrodyta, kad dalis motininiq somatiniu genq svarbusmorfogenq pernaSaiovocitoviduje. fvairiq organizmq senome iie genai gali skirtis, bet ontogenezesvaldymo principasyra vicnodas. Drozofilos folikulo dalj sudaro motinos somatincsl4stelcsir 16 haploidiniq lqsteliq,atsiradusiqpo mejozis ir 2 papilclomqmitoziniq dalijimqsi.I5 Siq l6 l4steliqtik viena yra ovocitas,o 15 yra maitinaniiosios l4steles.Motininiai genai yra veiklls fblikulo somatineseir maitinaniiosiosel4stelesc(-5.10pav.).

;@ \

\ii*/

,l ..-..,

,t5

w

A

ffit e.

Drozofilos (ir nematodo) motininiai genai lemia gemalo raidos kryptis/a5is: . prieking, . uZpakaling, . galing (terminaling), o nugaros-pilvo (dorzoventraling). Drozofilos gcnome jau aptikta palyginti daug motininiq genq, ir jLr skaidius kaskart dideia. lsiddmeti visus Siuos genus nera jokios prasmcs.Cia patcikiame kai kuriuos i5 Siq genq, kad isivaizduoti, klip suclctingaipavcldimasbendras kDno planas: AU!-J (lcnq grupes

Priekinc

bit'oid m R N R

rhomboid

EG F-receptorius

B -5.1t)pav. Drozofilos motininiai genai: I - priekines (A) - uZpakalines (p) aiies detcrntinavimas;B - nugaros (D dorzalinds) - pilvclio (V - ventralincs) aiics determinavimas

Nugaros-pilvo

Eqf'

Nott'h Delta

rhomboitl GAPl ptpe nudel windbeutel

l\{otininiai gemafiniai

eruperantia .st+'ul!on' staufen

- ^lrNotch 'r Deltu

mRNR

Galind

J Motininiai somatiniai

i\il

----., -4

UZpakalind

bicoid

capuccmo spre snufen o.rlg'r vara valois tudor magonashi nanos pumilio hunchfutk

K10 capuccino sptfe comichott gurken easter snake f,.tso polehole

spritzle gastrulation-defective

,

rbil tube pelle cactw no dl

Be to, Siuosgenus turi papildytitie, kurie koduojajudejimo (motorinius) baltymusir mikrovamzdelius, nes Sie perneSamotininiq somatiniq ir motininiq gemaliniq gcnrl produktus i vict4. Savo ruoZtu kai kurie motininiai genai (pvz., nanog capuccino, spire, Notch, Della) lemia mikrovamzdeliq a5i, kuria r.yksta perna5a.Vir5uje tamsiai i5skirti tie genai, kurie koduoja morfogenus, nors, kaip mineta, jie gali bnti ir baltymq-RNR kompleksai (Zr. poline plazma).

_)tz J /-)

Be.to, daugelio morfogenq nusistovi gradientai.Thi net pateikiama kaip viena ii pagrindiniq'morfogenq ypafybiq. 5.2.2.2. Droz.oftlossegmentacijosir homeoziniai genai. HOM kompleksas

. . Yirrr val'>zdiitrklnas sucrarytasii segmentq. Drozofiros k'nas su_ sideda i5 14 segmentg(5.11 iav.): C l-3 * galvos segmentai, T l-3 - krutincles (torakso) segmentai, A l-8 - pilvelio segmenrai.

\/isu grupiu genai valdonti plgal vicn:r grrincipu; iemesndspakopos(kaskados)genusvardoaukitesnespakop's genai, taip pat patys :r*'e 'afdo. Gap genus vardo motininis hicoid genas, taip pat jie va'ido vienas kita: . pats priekinis galas turi Hunchback lraltynrtl. . I{unchback bahyrnas akt1,,u,ina Knippell gcn4, ' kit.ls clvi .iu.stos atitinkanrai turi knirps ir giont gcnq k.dLrojamus baltymus. Sic du gcnai p.sirciikia tik uZpakariniamcgalc. Kiro motininio /.r/ror geno liotluojitmasbaltymas. Nanos (morfr)cenas)vra uipakaliniame galc ir sl6prna ftrrn_ , / r / ' , r4, r c i k l q i i o . i c d r r l y j c : Priekinisgalas

KiauSinis M o t i n i n i uo e n u

: iihrin produkrai

pltrrgustirti, ncs ryiki jau lervq.segmcntaci.ja, ,,,,rrl:,..|:tttis taiiau pavcldima KrcK Krrarp- parasegmentais (-,ka<J ncp.simestrr:';. segmcnto pabaigr'. U":].-I:lUria,pvz...f,,,_T.,, Furrr"g.r.,rif ii,roro ui"no urbn A,,,i,,-;;-;;; (p _ Iot. Ii lto.sterior - po; :l - nur.t _

Sinsicind blastoderma M o t i n i n i a ig e n a i transliuojami

Taiiau pati drozofiros segmcntacijos genetika prasiclcjo nuo kito galo - nuo homerziniq gcnq, truric i.i- tikrqiq vcikia paskutinejestadrjqe, diferencijuodanrl,"g."ntur.

Lastelin6blasloderma VeiklinaujaYv qenu q grupe v'uPw

onterior.

prici).

segmentaciiqremiabent-5genqgrupes, veikiandios'ienapaskuikit4: motininiai genai lcmiu p.,"ting jr uZRakalingdati ir vaitto titri -----) hicrarchijq genus; gap (angl. tarpas) genai, dcl ku_ riq kiau5inclisclalijasij 4 plaiias _> JuOsIas; pair-rule genai, clel kuriq gema_ las dalijasi j 7 juostas kaslntra segment4;iS tia Siq g.nu pouu- -+ dinimas - porinis tairyklei genai; ,segmentq poliskumo genai, ddl

kuriq gemaloktnas padalijamas i 14 segmenrq; homeoziniaigenai (arba selector g..n.ri surinkejai). kuriq produk_ . tai konkrciiussegmcntus dif.cren_ l, pvz.,T,o-T,n,A,n-A.,.,ir :l:"J, Pan. 1'7 A

q:-2

@

(Im

Uipakalinisgalas

**"'"1*r)

{fl,,ifl".

Nugaros-pilvo puse

sg dorsalballymas

.-We. .. . .;:)' 'g'ri#;".ffi'J7;t' --t)i8d[lf.

r:i-;

{:j:;:it ? giant

twtst, snail

Visi gap genai/jrr kocruojirnri bartvnrai virrd<.t pair-rule genus. sic kocru.ju k.s irrtrir scsnrcnta.Idomu tui, kacl vr' dvi ytir-nrlt,gcnLr lrrpcs. Vicna j. ' ' rcnria l. J, i . 7 . ^ 9 , I l , l 3 s c g n r c n r u sk. i r l _ l . - + .6 . l i , 1 0 , 12, lj scsnrcnlus. P:rglrliiluvrlt gen:ri' clcl kLrriuveiklos visas clrozofil,rs ku'na, rlirli.frrmas r l-l scglrlcrl{tl lr nct prickine-uzpaklrlingscqmcnto clali. ldornios iiu gcnq nrutaci.i.s.pvz.. !rtli. b'rti prarandrtntaparascsmcnto ulpakalinc P dllis, u atsrr:rndaprickine' dalis A, hct kaip vciclroclvjc- atvirkiiias varzclzrs. "l"rii1 .jos

Gcnq gap arbap.air-ntrc nrutacijosyra retarios,panasiaikaip mo. . t i r r i n i rgl c n q n r u t r r c i j o s . Kai pagaliauclrozofirosreruoskrnas suskirstytas visus 14 segi nrcntu,pradedaveikti kita grupcrgcnq,vadinamqselektoriais, arba homeoziniais genais.Si genqgirpe lemiasegnrcntq (tiksliau,imagi_ r r i q d i s k u )d i f c r c n c i r r c i j q : . 1-3 scgmcntaivirsta C,-C., . 4-6 segmcntai- T,-T., . 7 - 1 4 s e g m e n t a- i A , _ A r . pavadintitoder,kad jic ryg surenka krfiva . Sie genaiselektoriais visusgenus,lemianiiustuosorganus.kurieyru t
ir kt.). Suprantama,kiekvien4 organa lenria konkreti genq grupe. Kelctas tokiq genq grupiq jau gerai iStirtos. HOM kompleksas.Homeoziniai genai. Homeozinir] genq irgi yra 3-4 grupes, bet nagrinesimctik dvi, jungiamas i vien4 bendrq HOM kompleksq (pavadinimaskilgs i5 horncoziniqmutantq). Si genq grupe i5tirta gcriausiai.Jai bfidinga kaskadin€ sandara ir veikla: HOM kompleksassudarytasii dviejq genq sankaupqAN t-C ir BX-C, gana artimai csaniiq 3-ioioie drozofiloschromosomoje,o Siosdvi sankaupos dalijunrosiki konkrediq gcnq: HOll.Ikompleksas 3-io.jichrorrlosoma (-350 kb) n4A-B //vr{ t( neE l-4 BX{ (-300 kb) )) Lrbx luh pb zen bc'duma D/tl Sc'r./i:Anrp AbdA AbdB Ii ANT:.C gcnu srupes idonriausiasyra .\ntp. Jis pats didZiausias 103kb, turi f.i egzonus,bct tik l'la viso tcno koduoja baltvnt4 (43 kDa). Atviras skaitynro rcntcl i s ( t . y . [ r a l t y n l l k o d u o i a n t i n u k l c o t i d q s e k a ) y r a t i k 5 - a j a n r ec g z ( ) r l c .G c n a s t u r i t r i s l a b a i d i d e l i u s i n t r o n u s i r d u p r o m o t o r i u s :v i e r r 4 l - a j a m e c g z o n c ,o k i t l l - p r i e s 3 - i l j i c g z o n l t . P r o n r o t o r i a in u t o l g v i c n a s n u o k i l o n c t p c r 7 0 k b . P r i s i m i r t k i m ct l t p r o g u . k r t d c g z r r n a i t r u r r s k r i h u o j a m ogsc n L ln u k l c o t i d u s c k o s , k u r i o s i i l i e k a i r p o s p l a i s i n q o .K o k i l p a s k i r r i ss i q i i l i k u s i r l R N R s c k q . k u r i a s l c n t i t t n c t r a n s l i u o j a n rci g z o n a i .k o l k a s n c n u s t r r t y t ab, c t t a i I a b i a u s i adi o m i n a i i o g e n() tvrinat().ius.Bc to. ickrmu. kad ir altcrnatyvusissplaisingusvyksta gcno clalyjc iki .5-ojo esz()llo, t. y. nclransliuojirnro.jc geno dulljc.

BX-C kompleksas (-5.11pav.). Smulkiau nasrinesinleiizl HOM komplekso clali, nes joje labai ry5ki kaskadini sandara ir veiklos valdymas. Sis kompleksasdiferenci.juojaclrozofiloskIno dalj nuo T.. iki prrt galo - A. scgmcnto. ir jamc yra apie 2t) gem1 BX-C)komplcksas dalijamasj tris dalis: Ubr (.T:n-A4) c'b.r ub.r b.r' brd pb.r

BX{ (.Au. t AbdA A+\ iab2 iab3 iub4

5.ll pirr'. Drozofilos IIX-C ir judriqjq gcnomo elementtl isiterpimo vietos i UDr Iokusil

5.2.3. Morfogenez6s genq veikla. HOX genai imogausiZinduoliq

t AbdB (.Ar:4r) I iah,t iab6 iabT itth9

Nuo vienos ir kitos daliq transkribuojamapo bendr4 prcRNR, k u r i , j a i b r q s t a n t ,s u s k a i c l o r n a iatskiras RNR (panaiiai kaip 55 rRNR). ldomu tai, kad h-vl koduoja RNR (ne baltym4). Siq nedidcliq (,1,7kb, 3,2 kb ir 4,3 kb) RNR funkcifa kol kas nenusraryra, bet genq mutacijos irgi yra bithorux tipo. Jcigu ivyksta BX-C delccija. visi scgmentaiAntp. Konkrediq genq mutacijos paveriia vicnq segmentEkitu.

ir kitq

rurganizmq genome

,,Kzrmmums tie drozofilos genai?" - toks klausimas kilo ne vienam, studijavusiampric5 tai buvusius poskyrius.Neskubekinle ,,teisti" drozofilos dcl to, kad turi tiek daug morfbgenezdsgenq. Daugelio organizmq, esandiu visiSkai skirtingose pagal suddtingum4 ir morfologing kuno sandar4 pakopose, individuali raida ir morfogenezd lemiama tq padiq (homologiniq) genq.

UZbegant Siek tiek i prieki rcikia pasakyti, kad drozofilos homeoziniq genrl homologai yra ir nematodo Caenorhabditis elegans, it Zinduoliq, ir net augalq bei mieliq genome. Zinduoliq genome jie koduoja tE padi4 pricking-uZpakalinga5i. Homologija tarp Zinduoliq ir drozofilos homeoziniq genq tokia didele, kad, cktopi5kai perkelus peles Hox D4 ir Hox -86 genus i drozofilos gcnomul,iic perkelti genai veikd kaip ,,nat[ral[s" drozofllos DlLl ir Anrp gcnai. Homeo nukleotidrtrseka ir homeodomenas.Sveicarijosmokslininkas Geringas (W. J. Gering) ne tik smulkiai i5tyre drozofilos segmentacijos genetik4, bet ir atrado honrco genus. Homeo genai yra tokie, kuriq 3'gale yra 1tj0 n. p. ilgio specifinenukleotidq seka. Pasitaike taip, kad pirmicji gcnai, kuriuosc aptikta ii seka, buvo homeoziniai. f 5 dia kilo iios sekos pavadinimashomeo.I5 tikrqjq, honrco sek4 turi nc visi homcoziniai gcnai. Hontco seka aptikta 5-iuose Al\l't-C genuosc ir 3-juosc BX-C gcnuosc. Ji aptikta ir kitq grupiq morfogenezis genuose.Antai ja turi motininis gcnas bktitl. Drozofilos genome jau aptikta apie 40 horueo gen4. Rcikia atkreipti dcmcsi i tai. kad IIOM-C komplekse lnrnco genq pasiskirstymasyra toks, kad jie ,,apima" vis4 drozofilos ilgi: ANT-C

BX-C

lub pb Dld Sc'r Anrp Ubx AbdA AbtlB Homeo genai - transkripcijos vciksniai. Dar prie5 atrandant horTrcoseka buvo aiSku,kad homcoziniai genai yra valdymo genai. Kai kurie jq valdo Simtusgcnq. Thd ir atradusltonteosck4 homcoziniuosc gcnuosc, 5i scka ii karto buvo siejama su valdymo funkcija. Thdiau nustebino Sios sckos paditis. lprasta. kad valdynto sckos bfitq geno -5' galc. O homeo scka buvo aptinkzrma3' galc, t. y. tantc gale, kuris yra transkribuojamas.Bc to, homeo seka akivaizdLizri buvo skaitymo rcmclis, vadinasi, koduojantis baltym4. Ir i5 tikrqjq netrukus buvo nustatyta, kad homeo scka koduoja polipeptid4, kuris atitinkamai buvo pavadintas homeodomenu. Paai5kcjo ir Sio polipcptido fr.rnkcija.Jis yra HTH (,,helix-turnlrclLr : spirale-poslkis-spirale")tipo transkripcijosveiksnys,sugcbantis jungtis su DNR. Homeo genai koduoja transkripcijos veiksnius. Jie homeodomenu jungiasi su tais genais, kuriq veikl4 valdo ir kurie turi atitinkamas atpaZinimo sekas. 378

Zmogaus HOX genai. DidZiausia staigmena laukd, kai molekulirriu zondu (homeo sekos kopija) homeo genai aptikti Zinduoliq, tarp 1rrir Zmogausgenome. Veliau ltomeo genai buvo aptikti nematodo '('ttt:norhahditis elegans,nct augalq genome. ldomiausia, kad jie yra ir mieliq genome a2 gene, kuris lemia vienq i5 eukariotq r ierralqsdiq ,rlicrliqporavimosi tipq (Zr. p. 219), o per ji ir esminius mieliq raidos noslinkius. Zinduoliq genome atrandami vis nauji homeo genai. Jie vadinami kitaiP: . Zmogaus - IIOX - 1, 2. 3... .

Hox - A, B, C...

pcles

Drozofilos honteo genai (tiksliau, jq dalis) sutelkti i sankaupas (4lV'f-C: ir BX-C). Zmogaus gcnome aptiktos kcturios HOX genl sirnkaupos,lokalizuotosskirtingoscchromosomose: HOX-| HOX-2 HOX--I IIOX-I -

victii victa victa vieta

7pl4-p21, ilgis >l(X) kb, gcnq - 13, lTqllv-q22, ilgis ltt0 kb, gcnq - 9, l2ql l-q21. ilgis 160 kb. genq - 7. 2q3l-q37, ilgis 70 kb, gcnq - 6.

Be to, nustatyta apie l0 lokusq ivairiose chromosomose,kuriosc 1'ra pavieni\ HOX genq (atrandami vis nauji HOX gcnai). Zmogaus ir pelcs genome,visose4 gcnq sankaupose,aptikta ir papifdomq honteo genq, nchomologiniq likusi4fa dalirni drozofilos gcnams. Pvz., HOX-1 sankaupojetokic yra 4 genai, HOX-3 sankaupojc - -1 genrri.HOX-{ - 4 gcnai. Sic naujieji genai yra daugiau ar rnaZiauhomologi5kivienas kitam: |

2

,,vr-c

iII

lto.r A (HOX l)

rr'I-r

Iah

ttox B (IIOX 2)

3

pb

Dld

II-II_II |I- __II- |

2

5

6

7

jiffl

Str Antp

Uh

I:

IIII

t tox C (IIOX 3) l l o xD ( M X 4 )

4

rI_L

3

I

9

AbdA AbdB

r

l0

I

IfI---

5

6

_

7

12

r-!l

IILI'.J - - I_) E/X2 8

9

13

-Ilr,----I

rar--_T;_-I 4

ll

l

l0

ll

12

13

Homeo genq lyginamoji genetika/evoliucija yra nepakankamai i5tirta. Kol kas nenustatytasarchai5kiausias homeo genas.Kaip mindta, Zemiausiospakopos organizmai, kuriuose aptikta hctmeo genrl, yra mields, bet gal yra primityvcsnill organizmq.

379

Akivaizdu,kad stiprejogenq paskirtisnulemri prieking-uZpakaling blsimojo individoaii:

l ) r ( ) z ( ) f i l o sg c n a i j,airetl

meiail ----+at'

Lemia poravimositip4, per jt l 4 s t e l i qd a l i j i m q s i

I {/

, l??Tlrpiq@ Ferurodrs 11 t* si ] I

+ l,il{

; I lentelc. Kai kurie imogaus igimti defektai ir raidos sutrikimai (displazijos) d6l ilrutacljrl genuose,homologiniuosedrozofilos segmentacijosgenams

tnab5

I

.,-

- '\rr 'nlo-t

l

La ip t eI iu i.spavaizdui:ta genq honrologija Gcnolapis/uTLtomazga, lemia vcntralinqektodermq

> 3 0 0k b I

@wt

lYrq4q+visi ltt:rntco

DrozofllosANT'-Cn BX-C'(?\

g c n a iv i c n o . j eI i e t oj e I v

| I

'q ii

> > ,omlal lrurpinior.*i]

Kelios gcnq sankaupos

Micliq gcnomc Siq gcnq pradZia lcme poravimosi tipus, su ku_ riais susi.jusimicliq raida ir l4stcliq dalijimasis.Nematodo homeo gcnai jau lenriu morfologij4,bct jq rcikime dar neclidclc.Jic lemia ventraling cktoclcrmil. Drclzclfiloslrcmco genai j:rLr lcmia priekinguZpakalingaij ir konkrediq segmcntq difcrenciacija,panasiai,kaip ZincltroliqHOX gcndi. Zinduoliq homeo genai yra tos padios paskirties,kaip ir drozofikrs gcnomc:

horn(o

zmogaus genomeHoX genai.be priekines-uZpakalines aiies, lemia stuburo segmcntqir, svarbiausia, smegenqskyriq raicr4:priekiniu (tik ii dafies),tarpiniLl(kiti morfogenczes genai- EN, pAX;pastarasisturi ir ltomeo sek4),uzpakaliniqsmegenq,nerviniovamzderio;organq raid4: PAX-l - skeleto, PAX-6, HOX-10 - akies, GAX - Sirdies,lygiqjrl ir skeleto raumcnu ir kt. Atrandami vis nauji genai. Homeo genai - ne vienintele Zmogausmorfogenezesgenr+grupd, kurios veikla siuo metu iStirta. 380

Ypatybcs D c r y n i u r t i m : r is u k i h gg c r , i - P . t i 1 . F l f f i I p l n i l . l ' m a i t u r i l l u r f l c { ,\ e k i } I P4X 2 O p t i n c k o l ( ) l r o m a( p l v i y s 1 . i r r k s r qt l i s p l a z i j a . I v c z i k u k r r r r c t c r a l i rsrui ss r l i c j i m a : I PAX 6IAN 2 A n i r i d i j a ( r ; r i n el i ' s n c b u r i m : r s- h t r er o z i . s o r ( ) s) c: I r t u p l u l t u h n t t t h e t r k r s t i- h ( ) n t ( ) z i t ( ) t o s c ) I 1,.14'.1, 7 - I-KHR A l v c r r l i n er' l h d o r r r i o s t r r l t r m i rd, : r u * r t y h i n i p ao i kt,I c i u is u g l : r r r k o n rgJ c. n r \ l c n r i l p r i c k i n ga k i r . rd : r l i . I . k s t qr r r i r l ; t I n c r . r i n i rvrl r r n z d c l i ro: r i d l 1i n (2<112-14) PAX,9 i n r i t l t r s p e c i f i nlirsa n s k r i p c i j o r c i k s n 1 . s: t.r t r i k t r s i |'l I s k y t J l i a u k i sr a i d l WS (W'aarden lurgo sindromai) /TXtiwS I (2q35-.lo) K u r t u m l r s . , 1 r ' . \ 1 . ,(/())l r( !, : i l n ( h ) u v im ; r : n c i p r ; r s t o j c I v r t t r r j c ) .r d . n t l t t ) n u t r . . ( f r l ; r iii(;nr il c s t o sl t k v s l . I p l g n l e n t : r c u ( )s\ u ( f lt ( n l i l l I W SI I I W S t . u k r ) n r l ) l ' ) d i r k r i l i(jsi lu l n r r r k t pi i r i l l i ) . n c I I r i c l o j c e l i t l l : i sp i r i t ; r s g, : r l d n i qr i r i r l r sr r r l r i k i n r l r i

'l'(' R-Ho.rI I transkrkacija 1 - l a s t c l i ql c u k o z c 1.,2A-I'L]X U m i l i m l i r b l a s t ul c u k o z i i\,lNI''-la(12t1) M O D Y 3 a n k s t i p a s i r c i i k i a n t i s ,s u s i j g ss u b r c n dimu diabetas

I l,F'-l IIoX-1A HOX.I0 HOX-7 Llox 1-1

M ( ) D Y , 1 n t r p i l t k r n r l r i k i l \ { ) \ : r g (r ' l ( . z r S u t r i k u s ik r a u j r rg : r n r y b a I l c t i n o s r a i d o sd ef c k t : r i V r l f i r - H i r i h o r n o s i n c l r o n r a s( d c l c c i j a a p l 6 . l - ) S k el c t o i r s m c g c n q r a i d o s s u t r i k i m a i . l c t a l L r s pokyc'iai

n.yh-homeo

. l c n r i a p r i c k i n c - u Z p a k a l i naci j , . ssgmcntu()tuorganq/strukturqraid4, ' bet atsirandair nauiq funkciiq, tiksliau,jos modifikuotrs, pritaikytos sudetingai organizmclsandarai.

Z m o e a u sq c n a i

PAX

M.sX2 (-sq3a-3.s) rll.\-i-1 (.4p16..'16. I)

I'OU-honeo

P O U - tl . 1 I ) N t ; . l

( : r u n i o s rn () . \o| . t l s ( p r i c i I a i k i n i s k a u k r t I c r ss i h li q s u a u g i n r a s )B, o s t r t n ot i p a s G a l D n i q r a i c l o ss u t r i k i r . n a i , , S u k i b g s "s u l y t i m i k u r t u m a s ( a u s i c sk a u l c l i o p a d c t i s ,r r c n o r m a l u sa k u s t i n i o k a n a l o i l s i p l c trmas)

Jiuid-homeo t:vttt -skipped -h orn eo

v'ingless

PIT'-1

S u t r i k u s ih i p o f i z i o v c i k l a

PTX-I r-.VX2(2q24.3-31)

G a l l n i q r a i d o ss u t r i k i m a i

Kruppel

ll/NT-?(l7t12l-2?) HtNT2(l7q3t\ HtNT'l(12q13) {;Ll - 3(7p13)

engrailed

ENJ(7q-r6.1

R i e g o s i n d r r > m a sh,i p o f i z i o r a i d o s s u t r i k i m a i

G a l n n i q r a i d o ss u t r i k i m a i G r c i g o c c f a l o p o l i s i n d a k t i l i j ag, l i o b l a s r o m a( a g rcslviausias snrcgcnqvczys) C i a l u n i qr a i d o s s u t r i k i m a i

381

Nlorfogenezdsgenai koduoja labai lvairius balrymus - nuo transmembraniniq reccptoriq, signalo pernaSosir Saperonqtipo baltymq iki ivairiausiq tipq transkripcijosveiksniq. Antai . paired (.ij turintys Zmogausgcnai zymimi PAX, koduoja 128 a. r. polipeptid4), . 3 gap gcnai (hb, Kr. kni') - cinko ..pir5tcliq'' motyv4, . gianl - lcucino ,,uZtrauktuko" motyv4, . lilshi turazL!,tailless - hormonq receptorius. Kai kurie tiek drozofilos, tiek Zmogausgenai turi abu - lrctmeo ir ytiretl kocluojandiusdomcnus. Pvz., tokie yra drozofilos goosberry, cven-skippetl genai. HOXIPAX genq mutacijos - Zmogauspaveldimos ligos. Vis daugiau irodoma ligq, kuriq prieZastisyra morfogenczisgenq mutacijos gcnq mutacijq (-5.1lcntele). Suprantama,didZioii dalis nrorfogcnezcs yra lctalios ir pasiialina ankstyvojcembriogcnczdje.Jos neaptinkamos clabartiniaismctoditis. fdomios dvi honteo genq sand:rrosypatybes:

Vienq lyti galima prilyginti nuliniam variantui, o nukrypimas i kita lyti, raida ta kryptimi yra antstatas,rodantis, kiek paLengta nuo nulinlo varianto. Sis principas yra pamatinis, nes lytis nulemiama labai ivairiai. Lyties raidos valdymo ivairovd. Eukariotq lytis lemiama labai ivaib[das - specialiaisgenais,kurie lcmia vyriiriai. Bene paprasdiausias kzj4 arba moteriskij4 lytl, kaip raudonuogdsbriends (Brionia dioica). Kitq organizmq,kaip augaloAisuemu iaponica,j[rq kirmelds Bonellia viritlis(5.12 pav.), clvinamioasiriklio,lytis priklauso nuo aplinkos,nors toki4 priklausomybgnulemia genai. Progaminis(gr. pro lki, gamos santuoka)lytiesnulimimas yra retasrci5kinysir priklausonuo asimctrinis mitozis (susiclarostamblisir smulkls ctvocitai:po apvaisinimoi5 stumbiq ovcrcitqr,ystosimotcriskosioslyties organizmai,ii smulkiq vyriskosios)ir valclvmogenq. kuric reguliuojaovocitq augimzl:vieni gvocitaiauga litai, kiti - spardiai.Daugelioorganizmq(kai kuriq pirtaip pat prokzrriotq- bakterijq)lyti lcmia nebrandttoliniaipar11uoniq, Vcldimumovicnctai.Sic organizmaiskirstominc i motcriikala ir vyriikrj4 lyti, o I poravimosi(lytinius)tipus,kuriq gali blti labai daug.Tiptr

. daugclisdroztlfikrshonrcoziniqir scgmcntircijos genu turi paprast4siaskartotincs sckas,vadinasi.tose victose gali atsirasti mikrosatclitai: . ANT:C ir BX-C yra labai daug judriqiu genonroelcmenttl isiterpimo vietq (5.11 pav.). Tai gali lemti dideli Siq gcnq kintamumil. Kani tai rcikalinga,koks tokios gcnq sandarostikslinglrmas,iki Siol ncai5ku.

T

5.3. Lyties genetika

Smulkutis patinelispateles gonadosviduje

lstoriSkai lyties genetika - vienas pirmqiq morfogenetikosmodeliq. Tie organizmai, kuriq lytinis dimorfizmas labai rySkus,per palyginti trumpq laik4 to patics gcnomo bazeje patiria labai skirting4 raidil. Ir tai negali nedominti morfogcnetikos specialistq. Lyties raida daZniausiaipagrista alterna{va ,,arba-arba", nors yra ir tokiq organizmq, kuriq yra keli lytiniai (poravimosi) tipai. 382

'Gonada Vidaus

ffi

(lrgallal

5 . 1 2 p a v . J l r q k i r m d l € s Bonellio liridls patel€ ir patin€lis

383

viduje organizmai nesiporuoja.Lytinis procesasr,ykstatarp tam tikrq arba bet kuriq lytiniq tiprl. Thi budinga ir grybams,dumbliams. Bakterijq (2r. p. 540) ir mieliq (ir. p. 2-19)poravimosi (lyriniq) tipq genetika pakankamai smulkiai aptarra. Siame skyrclyje claugiau demesio skiriama gln/[nl] - aukitesniqjq eukariotq lyties genetikai. Daugumos eukariotq lytis priklauso nuo zigotq gcnetiniq savybiq. Toks reiSkinysvadinarnassingamrja (gr. syngamos- sujungti santuoka). DaZnai Sias sarl'bes lemia specialios lytines chromosomos, jq skaicius,balansas.Pagal tai, kaip chromosomoslemia lyti, skiriama daug tipq. Tirdiauncpaisantjq ivairovesdaZniausiailyties paveldejimas formaliai atitinka analizuojandiuosius kryZminimus(t. y. lydiq santykisyra 1:1). Viena lytis yra homogametind(susidarotik vieno tipo lytines lqsteles), antra - heterogametine (susidaro dvicju tipq lytincs l:lstcles).Jq galinrosivairios variacijos. Diploidija (mot.) - haploidija tryr.r. Sis lyri sqlygojanrisripas daznas tarp vabzdziu Hvnrcnoplrrz;jis b[djnsus sknrzdclcms,bitims, iiricms. Dalis kiauiinerliq apvaisinrrnri.ir ii 1q vvstosi nrolcriikosio.slytics pirlikuonys,o dalis licka ncapraisintu, ir ii iL1vystosi patincliai. Patinclir,rosc mcjozc ncryksta. spcrntatozoidaiformu6jasi 'hdiau vykstant nritozei. haploidincsyrl tik patinclio gcncratyvineslqstcles,o somat i n c s l i l s t c l c st l c l c n d o m i t o z i s t u r i c l i p k r i c l i ncj h r o r n o s o m qs k a i i i q , t o c l c l p l t i n c l i a i yra visiik;ri gy"yhingi (paprastai del hlploidijos rnuZc'jagyvybinlumas). XX (mot.) - XO (v-vr.)tipas (hctcrogirmctincvyri$koji lytis, puse vy,riikq lytiniq l4stcliq turi X chromoson.lil,kita puse jos ncturi). Jis bldingas kai kuricrns vabzdZiirnrs(Zitrgui, bltrkci l'ruttcnor).Lahai savotiikai rcguliuojanlr kai kuriq vahzdZiq ( a n r a r t l ) l y t i s . J i c n t s b [ d i n g a c i k l i n e p u r l c n o g c n c z Lv' :a s a n l d a u g i n a s ip a r t c n o g e n e tiikai, rudcni - lytinirr [riidu. Ruclcncjantiisir.'vstovat]inanrtrsiosseksuporin€spatelds, kuriu palikuonvs yra vyriikosios lvtics, ncs prarandama vicna X chrornosoma. Patinclio spcrmatttzoidaivystosi tik ii tq lastcliq, kurios turi X chromosonr4. L4stclr's be X chromttsomttssunyksta,lodcl po apsivaisinimovcl iSsivystotik pateles

(XX).

XY (mot.) - XX (vyr.,t arba XO (mot.) - XX (ryr.) tipai (hctcrorlmerini motcriikoji lytis) bldingi drugiams, paukiiiams, zuvinrs ir kr. Kai kuriosc sistemincsc qrupcsc (vabzdziai,Zuvys,aml'ibijos,zicdiniai augalai) pasitaiko rliiq su vyriiku hetcrogamctiikumu ir ruiiq su moteriiku heterocamctiSkuntu.Aptinkarlu rlsiq i r s u d a u g i a u k a i p d v i c n r l y t i n i m i s c h r o n r o s o m o m i (si r X , i r y ) . M a n o n r a , k a d l y t i nulcmia tik vicna ju pora. o kitos yra papildonros.

XX(mot.) - XY (vyr.)- tipas (heterogametine yra vyriikoji lytis). Thip nulenrianradrozofilosir zmogauslytis,bet tik formaliai.SkirtumasiSrySkeja tiriant individussu anomaliniulytiniq chromosomqskaidiumi. Drozofiloslytis daugiausiapriklausonuo to, ar X chromosomq skaiiius lyginis (patele;,ar nelyginis(patinelis): 384

XX. XXXX, XXY,XXIY (mot.) X. XY, X\Y, XXX, XXXY (ryr.) X chromosomqir autosomqbalansas.Prisiminkime,kad nelytines clrromosomosvadinamosautosomomis(A). BridZesasdar 1922 m. iSr r i i k i n o ,k a d drozofiloslyti lemia ne tik X chromosomqlyginis-nelyginisskaidius,bet ir X chromosomqtlei autosomqbalansas (santykis). lJridZcsasaptiko triploidincs (3X + 3A) drozofilq patcles. Kai kurios i5 jq buvo v:risingos.Jas sukryZminussu diploidiniaispatincliuis (XY + 2A), gauti palikuonysivairiu X chromosomqir autosonru santykiu. Kolckcijzl papildc ir ivairios aneuploidinis liniios su skirtingu X ir Y chrontosomqskaiiiumi. Santykiaiir rezultatzribuvcr tokic: - norrnali()spatclis sanfykisX:A=1,0 - normalls patineliai, santykisX:24=0,5 = 1,5 hipcrmorfines santykis3X : 24' patclds(stcrilios) 4X : 3A = 1,3

2X:3A=0,67 santykisX : 3A = 0,33

- hipcrmorfiniai patineliai

lirrp jq atsiradg interseksai (lot. inter - tarp + rc,rt/s - lytis), (santykis -0,7 - tarp 1,0 ir 0,5) yra tarpiniai tarp pateliq ir pntindliq. Juose, kitaip ncgu ginandr
385

,,}r . \\

-€'\

- - ' L\ r f u . , _ A # f

B

ra . . _ .. lw

ypatingaisvarbi nors Zmogauslyti lemia chromosomqbalansas, Y chromosoma: X (Ternerio liga), XXX, XXXX - mot., XYY, XXY (Klainfelterio liga), XXXY, XXXXY - vyr.

w

5.13 pav. Drugio Lymantria dr'.rparinterseksai: v i r i u . j c r c n r c l y j c :. 1 - n o r m a l i p z r t c l c ;B - n o r m a l u s p a t i n c l i s :k i t i - i n t e r s c k s a i

grupc. Tai genai numeratoriai. Daugelio Siq genq mutacijos sukelia benclr4 (vyriik;ji ir moteri5kqi) arba tik vyriSkzr.jj ar moreriikqji sterilumq. ?rip iic gcnai aptinkami ir tiriami. ?rrp iiq gcnLl aptiktas toks, kurj galima pavadinti pagrindiniu ^5i/ (rrngl.sc.rlctlrul), kuris valdo nc tik somating lytics difercnciecijq, bct ir X chromosomosdozes kompensacij4.Drozofilos X chromosomos dozes kompensacijairgi pasirei5kiakitaip ncgu zincluoliu.Baro kunclis ncsusiclaro('zr.p. 193).Paprasdiausiai patir-relio X chromosomoje esantysgcnai vcikia dvigubai aktyviau, negu tie patys genai patcle'sX chrtlmosorntl.jc. Vieni drozofilos lyties valdymclgenai yra X chromosomoje,ir jie yra numeratoriai, kiti genai yra autosomose.Jie yra silpni numeratoriq valdymo genai ir vadinami denominatoriais. Genq numeratoriq veiklq valdo X chromosomq skaidius. Zmogaus, Zinduoliq lyties valdymas. Formaliai lyti lemia lytines chromosomos,nt:t labzri panaiiai j drozofilos lyti: . rriotcri5koji lytis - XX ' vyriSkoji ll,tis - XY 386

Tadiaui5tyruslytiniq chromosomqaneuploidus,kuriq pakitgs arba Y chromosomqskaidius,paai5kejo,kad

Vadinasi, asmuo su keturiomis X chromosomomis,bet su viena Y chromosoma vis tick yra vyriSkosioslyties. Daugelis 5iq aneuploiclijcrssukeltq ligq nagrinejamosatskirai (Lr. p. 425). Thdiau Zinduoliams,Zuvimsb[dinga ir antrine lyties determinacija, kuriq valdo lytiniai hormonai (Lr. toliau). Zmogaus rySkus ir svarbusyra 3-iasisvaldymo kanalas,t. y. aukStosiosnervinds veiklos/ psichologinis valdymo btdas. Y chromosomojeesantys genai. Y chromosomojeyra nedaug geunq, bet jic lemia svarbiasorganizmcl savybcs- morfogenezQ,g1".q bingumq,lgi (stot4) ir pagal paveldcjimopob[di jie yra dviejq tipq: . pseudoautosominiaigenai yra abiejoselytindsechromosomoseX ir Y. lrumpajame Y chromosomospetyjeyra apie 2560 kb ilgio pscudoautosominis regionas.Jam hclmologinisrajonasyra X chromosomostrumpojo peties galc (Xp22.3).Siaissegmentaisir sqveikauja X ir Y chromosomosmcjozcje kaip viena homolo;iniq chromosomq pora. Rcgionc tarp X ir Y chromosomq vyksta ir krosingovcris. Pscudoautosominiame regioncyra ganadauggcnq (5.14 pav.,A), tarp jq tokiq, kurie vcikia ugi. Stai kodcl vyrai ar-rk5tesni, o jvairiq tipq heteroploidaisu Y chromosomayra i5tisg (Lr.p.426). Nors pseudoautosoniiniai genaiyra abiejose(X ir Y) jq pavcldejimassusijgssu lytimi (Lr.p.577). Siachromosomose, nre regione bent penkioscvietoseyra CpG salelds.Jos gali lemti nctolygq krosingoveri.Palygintinescniaiaptiktasdar vienaspseudoautosominisrzrjonasilgojo pcties (q) gale (apie 400 kb); . tik Y chromosomojeesantys genai, kuriuos paveldi tik qrriSkosios lytics palikuoniai; jq lemiami pozymiai vadinami holandriniais (Zr. p. 578). X chromosomojeiiems genams homologq nira. Y chromosomojeyra ir gcnas SMCY, kuris koduoja H-Y antigen4, lemiantj r1,ro ir motcrs audiniq nesuderinamum4.

38',7

.

--l

Dlcr

lt,

v)

tt

W

\p-\'p

-

p s c L r J , t c L l t ( t s o l l l l l l lt:i l O n r r

('n-lr, ( sf'-'R l, lL.tR 1. l\"f-i --:;---=&,4

Ll<,. j .r::'vffil; .1.\,r/r.\r:.,t//r I - I||FJY""' "' -.::...,,*.,,.-..i::.::l:j,:,'/ rrt,

=;lt>

v

: z pl ?l ;:

l L = = '

l>

I

t!

b "

Il -t! z

;IW ;l@ ;t

(funkcija ncZinoma), Xg - critrocitq anrigenq, ILgR - kito citokino receproriaus nutolgs genas

?a'

^

- 3 "

la ='

IF :

la .:

I

f:@

Hctertrchrornatinls

!ll

.:-

E a

,: ia

it I

i

M

Y specifiniai genai: SR)z - seklides lemiantis, ZFy - ,,cinko pir5teliq" baltymo. RPS4Y - ribosomq baltymo, AMELY - amelogenino (dantq emalio), SMCY(H-Y) - Y valdomo audiniq ncsuderinamumo,ZSPY RBM, DAZ * spermatogenezds

Xq-Yc1pscudoautosominisrqonls :ll,9R

X chromosomos genai: AMELX, ZFX, SMCX, RPSIX - genai, homologiSki Y chronrosomos gcnams (paryikinti gcnai, vcikl[s Baro khnelyje), XIST - X chromosonrosinaktyvinimo (Banr kfinclio), D.1.5- nuo dozes priklausomos SR (ionadq raidos valdymo genai: c-Kit, slJ (steell - gcneratyviniq l4steliq migracijos: t-Kit - Kit transmcmbraninio reccptoriaus,sf - steel veiksniq (transmcmbraniniq baltymu), JF-l - branduolio rcccptrtriaus.WTI - transkripcijosveiksnio, DAXI lrranduoli
A

Molckulincs gcnctikos metodais palyginus nuklcotidu sekas X ir Y chromosomosc, aptikta dar viena grupc gcnll, kurie, nors ir ncpriklauso pseudoautctsonriniams rajonams, yra honrologiniai (-5.14pil., A, jie pavaizduoti punktyrinemis linijomis). Dar vicna 5iq gcnq ypatybc: jie ncaktyvinami Baro k[rneliu virstandiojc X chromosomoje.Y chronrosomojcyra daug konstitutyviojohetcrochronratino.bct clcl jo genctinio aktyvumo iki iiol tcbcra daug neaiikumq. Be to, Y chronrosonroje daug paprastqjq kartotiniq ('|CTG, TATA, CATA) sckq. Jos sudaro mikrosatelilus.

Ccnet.itlttn\4m

lc-,tir,Sl.t1 l S

oj|Yi)s Bipolencinesg-onados

Scrtoliolu.tclcs Leidiuul4stelc's

r:l

YY Llw) tl

t\ilt_Rl

B

Miuleriolatako rcgrc:iir

Jbtt'l Y JR Vyriikosicrs lyticsrlida

5 . 1 4 p a v . Z m o g a u s X ir Y chromosomq palyginimas (A) ir lyties raidos valdymas (B): Pseudoautosominiaigenai (-2,6Mb): CSF2M ir IL3M * citokino receptoriaus cx subvienetq, .4NI3 - adenincr nukleotido translokazis, CD39, MIC2 - limfocitq a n t i g e n q , A S M T - acetilserotoninmetiltransferazcs,XE7 - branduolio baltymo

388

Lyties reversija. Senokai buvo Zinoma, kad Y chromosomoje yra ncturintis homologo X chromosomoje TDF (angl. testesdeternining fuctor) lokusas.Siuo metu SisgenasvadinamasSRY (sexreversal(gene) on n. Jo atrzrdimas- i5tisa istorija ir yra susijgssu viena neiprasta lyties anomalija,kai kariotipas XX, o fenotipas- ryri5kas. Thi - lyties reversija. Nuo jos ir SRY geno pavadinimas. PaaiSkejo,kad lyties reversija, kuri sutrumpintai zymima SR, atsiranda todel, kad i5 Y chromosomosi X chromosom4perkeliamas(translokuojamas)butent tas Y chromosomos segmentas,kuris lemia lyri5kafa lyti. Vcliau dirbtinai genq inZincrijos metodais S'RY lokusas pcrkcltiis i5 pcliq Y chromosomos i X chromosom4 ir isitikinta, kad dil to transgeninespcles yra vyriikosios lyties. be jokiq kitq fcnotipo sutrikimq.

389

SftY geno translokacijai X chromosom4nulemta SRI geno vietos Y chromosomoje.Sis lokusasyra arti telomeros,Salia gali,,tti'gtiebti" pseudoautosominio regiono,ir krosingoveris ir perkelti SRY gen4 i X chromosom4. Pclcs gcnome Sis gcnas vcikia trumpai - tik tarp 10,5-12,,5vaisiaus vystymosi dicnq. Pcr 5i trump4 laikil susiformuoja vyriikoji lytis.

SRY - dar ne viskas. Siuo nretu Y chromosomoje Zinomi 7 lo' Trys i5 jq idomfs tuo, kad turi kusai, kurie svarb[s spermatogenezei. ilgas i5augasi Sonus(panaiiai kaip chromosomq - ,,lcmpq Sepediq"), bct Siq i5augq paskirtis dar kol kas neai5ki. Be to, X chromosomoje aptikti lokusai, kuriq mutacijos irgi gali lemti lyties reversijq. Pastaruoju metu ypad domimasi dar vienu genu, kuris yra ilgajame Y chromosomos petyje. Thi genas DAZ (atba AZF). Sio geno mutacijos sukelia azoospermijq - visi5kq spermos nebuvim4 seklos skystyjc. Vdl genq balansas: XX ir XY lyties reversijos.Autosominiai ly' ties genai. Aptikta ne tik XX lytics reversija,kai kariotipas moteri5kas, o vystosivyri5koji lytis, bet ir XY lyties reversija.Kariotipas XY, o vystosi moteri5koji lytis. J4 sukelia kcliq genq mutacijos: . gali bfiti slopinamaSRY gcno veikla dil ta5kiniq mutacijq arba delccijq, . dil duplikaciiq X chromosomoje,esandiqDSS (angl. dosage' sensitivesex reversal) lokusq (DAXI) duplikacijq, . ir nctgi genq, csandiq autosomose(SOX9, WTI). fdomiausia tai, kad autosominis SOXS genas nct 600/r,yra homologinis 'lRY senui ir koduoja I{MG tipo transkripcijosveiksni, kaip ir SRY genas. WTI itgi koduoja transkripcijosveiksni. Jo mutacijos gali sukelti Wilmso veZi.

Vadinasi, kaip ir drozofilos, Zmogaus lytl lemia ne tik lytinese chromosomose,bet ir autosomoseesantysgenai - visq Siq genq balansas. Zinduoliq gonadq raida (5.14 pav., B).-Generatyvinio kelio lEstelds migruoja j viet4, kur vystysisgonados.Si reiSkini valdo autosominiai genai slf (Steel, 12q22) ir c-Kit (qlz). Abu genai koduoja tran-

390

smcmbraniniusbaltymus,vadinasi,priimandius signalusi5 Salies.Tacl lvties raidos genr+ kaskadoje yra ir aukitesnio rango genai, kurie vrrldo sf ir c-Kit genq vcikl4. Manoma, kad pirmasis genas, kuris lemia bipotenciniq (nedifcrcncijuotrl pagal lyti) gonadq raid4, yra autosominis - SFI(Ftz-F, t9q33). Jis lemia branduolyjeveikianti receptoriqir valdo kitus velirru veikianiius genus AMH, WTl, DAXI ir galblt net SRY. fclomu, kad SF1 yra homologiikas drozofilos scgnrcntacijosraidos gcnui [r,s/rl rttru:u. Tad dar kart4 galima jsitikinti drozofilos tyrimq svarba zmogaus gcnctikai.

Toliau bipotencinesgonados diferencijuojasii ryri5kqsias (seklidcs) ir moteriSklsias (kiauiides) gonadas. Stai nuo Sio momento rrridai ,,diriguoja"DAXI, SRY ir kiti X ir Y chromosomojeesantys scnai. Kai DAXI slopina SRY gcn4, bipotcncincs gonados r.ystosij kiauiides.NcslopinamasSRY genas lemia seklidcs(rcslls). Thiiau vel ncapsieinama bc autosominiqgcnqAMH(19p13.2-13.3), LVT.I(11p13), SOX9(17q24-25),didelesgrupcs genq, kurie lemia lytiniL!hormonq sintczgir metab
391

hormonu, ir buvo aptikta baltq patineliq.Abiejq grupiq Zuveliq pakeista lytis. Jos buvo vaisingos,todil buvo poruojamos su normaliomis priciingos lyties Zuvelimis, ir palikuonysbuvo tik pateles: Raudonospatclcs, p a k e i s t al y i s

R a u d o n ip a t i n e l i a i

,/\)'*

{XY

'lil

''l

XX :7 XYR r7 xY*t r,7y*\'*

Baltospateles

?xx

arba 1,jj0,.,,", raudoni

Ilalti patineliai, pakcistalytis

"

&x

i -'? XX baltos I

I,

rauooll I raudoni nj.ru;, patin6liai,tarpj11neiprasto kariotipo YRYR1beto'. vaisingi! !)

Tik patelds

Poruojant nciprastusYRYRpatinilius su normalauskariotipo patclinris, pzrlikuonysbuvo t i k p a t i n e l i a i :

'l

QXX

' 6/ vlv*

'

I Tik patin6tiai CFXY* Vadinasi,hormonaisgalima valdyti lyti, bet lyties pakeitimas nekeicia pavelddjimo pob0dzio. Pavcldimii taip, kaip lemia ne fenotipas, o gcnotipas,iir"roatvcju lytiniq chrontosomqkariotipas. B,ndymai pakcisti h,rnron.is zindLrrliu lyti buvo nesekmingi. Matyt, ..jsikiia" nrotinos organizmas,bet dcll honnonq sintezesarba veiklos sutrikimu nat[raliai pakitusios lytics asmcnq yra zinoma, 5is rciskinys nagrinctas.Prisiminkirnetestikuring feminizacij4: kariotipas XY, o f'cnotipasmoteriSkas,tiksliau, pasireiskiaivairaus Iaipsnio vvriikasis pseudohcrmafroditizmas, atsiradgsclel hornrono

receptonqmutactltl. Sutrikgslytiniqhormonubalansas gali sutrikdytilyti ir velesniais raidos ctapais.

392

B. MUTACINIS

KINTAMUMAS

Kintamumas - bendra visg organizmq salybe, viena i5 centriniq genetikos problemq. Jis sukuria organizmq ivairovg. Organizrnq ivairovi - tai, kas pirmiausia krinta i akis. Pirnrieji kintamunrotyrejai buvo visa Zmonija,auginantiaugalusir naminir_rs s\\/r-urusir atliekanti jq atrankq. Kintamumo moksliniotyrimo pradininku laikomasLamarkas,taip p:rt Darvinas.Abu evoliucijosmokslo kurejai. Evoliucija be kintamumo neimanoma. Visi organizmq pokydiai skirstomi I paveldimus ir nepaveldinrus. Nepavcldimi polqrc*iaiyra modifikacijos, kurios atsiranda del ivairiq aplink
VI. MUTACIJOS Nuo seno pastcbdta, kad retkariiais tarp augalq ir gyvlnq netiketai atsirancla individq, kuric vienokiu ar kitokiu poZyrniu rySkiai skiriasi nuo kitq tos rfiiics individq. Ne visuomet rokie pokyiiai yra mutacijos (lctt. rnutatio - pasikcitimas, pernraina). 1-590m. vienasvokiediqvaistininkasaptiko ugniaZolesaugal4gil i a i s u s k a i d y t a ilsa p a i s .S i l t l o m i u g n i a l o l e sl o r m a i r d a b a r a u g i n a m r r botanikos soduose.1791 m. vienoje NaujosiosAnglijos (JAV) fermoje avis atsivedeeriukq ilgu liemeniu ir trumpomis kreivomis kojomis. Taip prasidcjo Ankono aviq vcisle.

6.1. Bendrasmutacijrlapib[dinimas De Fryzomutacineteorija.Dc Fryzasirgusmetustyrinejo paveldimusnakviiq (oenothera)pokydius.Tyrimq ,tuo*eni, ivairius apibendrino dviejq romq knygoje,,Muraciiqteorija,,..lis iSaiStino pagrindi_ ncs mutacijqsavybes. cia de Fryzonuostat.spateikiamossu komentarais. l. Tokie pokydiai paprastaiatsirandastaiga, Suoliskai. Tevq genotipas tokiq pokyiiq neturcjo arba to paties individo dalis kIno l4steliq yra naujai pakitusios.

2' Mutacijosyra.grieitaiapriboti pokyiiai. Nesusidaro ncpertraukiamqkintamumoeiriq,kuriosbudingos variaciniam kintamumui(nrodifikacijoms). T.i istorini nuostata. li buu,,itin aktuariXX a. pradziojc,kai klcstejoramarkizrnas, o gcriausiaiiitirtas kintamumoti_ pas buvo variacijos(modifikaciiupa.sireiskim. fornra).si4 nuosrat4 verta Zinoti ir dabar. 3' Mutaciiq kryptis ivairi. pavyzdiiui,creFryzasaptiko 'akvisos augalusgigantus(6.r pav.) ir maZaDgius tamsiaiialiais ir iviesiai Zaliaislapaisir kt.-ypad daug gindq kilo del Zalingq ir naudingq mutaciiqsantykio.Vieni gcnetikai(tarp iq ir iios kiygo. aurorius) mano, kad daugumamutaciirl yra Z;rlingosir tik ioZo ira dalis (augalqgal vicna is r,tn' o gyvfnq - crir rciiau) yra naucringos. Kiti, ypad tic, kurie siile muticijaskaip nretocr4 nurion.,., veisrems sukurti,- kad naudingqmutacijuyra daug.

6. 1 pav. Nakvi5os (Oenotheralamarckiana\ normalus augalas (kair6je) ir de Fryzo aptikti mutantai nanncla ir gigos

394

Koddl dauguma naujq mutacijq yra Zalingos?KiekvienE taksonil salima lailryti ilgalaikes klrybos (atrankos) k[riniu. Nors jis ncra tlriSkai tobulas, bet yra optimalus variantas uZiniamai ekologinei nii1i. Labai maZa tikimybd, kad naujai atsiradgspokytis bltq geresnis uZ optimalq variantq. Thi galima palyginti su Zmogausveikla kuriant irankius. Ar leng\a patobulinti plaktuk4? Madiusieji (kad ir TV ar kine) automobiliq purzrdus,galejo jsitikinti, kokiu tempu jie tobulejo XX a. pradZioje. O clabar vis sunkiau patobulinti automobili. 4. Naujos fbrmos yra konstantinds.Thi santykinc nuostata. Diploirliniq eukariotq genome mutacija paprastaiir,ykstavienoje i5 chromosc)rnu.Antroje chromosomojc genas lieka normalus (i5skyrusvadinantlsias visiSkasmutacijas.kai mutacija vienu metu atsiranderabiejuose alcliniuosehomologiniqchromosomqlokusuose).Susikuriaheterozidel jo palikuonysgali bfiti ivairfis. sotiSkumas, Kitas rei5kinys- naujai atsiradusiosmutacijos gali b[ti geneti5kai nestabilios.Thi labai priklauso nuo mutacijos atsiradimo b[do. Paracltrksalu,bet ir nakvi5os ruiiai (Oenotheralamarciana), tarp kurios lugalq dc Fryzas aptiko mutacijq, bldingas genctinis nestabilumas dc'l to, kad 5i rDSisyra hibridinc. Tadiau daug nakviios formq, kurias aptiko de Fryzas,buvo tikros genq mutacijos. Kita dalis - aneuploidai (Zr. toliau), atsiradg del nedesningochromosomq pasiskirsrymo tolimuosiuosehibriduose,t. y. dcl jq genetinio nestatrilumo. 5. Mutacijos gali vykti pakartotinai ir vclgi ivairiomis kryptimis, tarp jq gali buti ir grjZtamqjumutacijq (Zr. toliau). 6. Galimybd aptikti mutacij4 priklauso nuo i5tirtq individq skaiiiaus. 7. Organizmamsbfidingi mutaciniai periodai.Ilg4 laik4 iis teiginys buvo atmetamas.Thiiau R. Berg ir M. Golubovskis,tirdami drozofilos mutacijq daZni gamtinesepopuliacijoseivairiaismetais (ilg4 laikotarpl), nustatd, kad mutacijq daZnis nepastovus.Buna laikas, kai nrutacijoslabai daZnos.Thigi mutaciniai periodai yra realus reiSkinys. De Fryzas neteisingaimane, kad mutacijos yra tik stamb[s pokyiiai, ir rt5ys atsiranda i5 karto, SuoliSkai.Thi visapusi5kaineteisingas tcieinys. Pirma, rlSis yra sistema,visuma organizmq, kurie tam tikru b0du santykiauja su kitais organizmais ir aplinka, uZima tam tikrq tti54 bendroje ekologindje sistemoje. Tokiq santykiq tik del vienos mutacijos atsirasti negali. Antra, daZnesndsyra smulkios mutacijos. Mutacijq klasifikacija sudetinga ir ivairiais aspektais:

395

.'f

pagal tai, kuriose l4steldsejos iryko ir kaip paveldimos, ncrilf)/int's ir somatinds: pagal hypti - tiesioginesir grlZtamosios; ' pagal atsiradimo b[d4 - gamtinesir indukuotos; . pagal genotipo pokyiius - itin sudetingasskirstynas grupes: i 1 - nebranduolines:2 - branduolines; . genomo (chromosomqskaidiaus), . chromosomq(sandaros), ' genq. Kickviena grupe skirstomasmulkiau: . pagal fenotipo pokyiius: morfologinds,fiziologines,biocheminds; . pagal poiymio pokydio krypti - hipermorfines, hipomorfinds, amorfines,antinrorfines,neomorfinis; . pagal vaisingumq- vaisingos,pusierusterilios,sterilios; . pagal gSrvybingumq - gylybingos, pusinu letalios, lctalios (mirtinos). Del mutacijos pakitgs organizmasvadinamas mutantu, o mutacijq sukelgs veiksnys - mutagenu.

6.2. Generatyvindsir somatinds, tiesiogines ir griitamosios nrutacijos ()cneratyvinds ir sonratinds mutaci.ios. Mutacijos atsiranda bet kurioje organiznrol4stelejebet kuriuo individualiosraidos momcntu. Tiri budinga visq tipq niLrtacijoms. ?riiau priklausomainuo to, kokiosc l4stelese(gencratyvincse ar somatindsc)atsiranda,.jos skirtingai pasireiikia fenotipe. Skiriasi ir jq pavelddiimas. Generatyvineselqstelese(ne tik lytinese,bet ir tose l4steld;se, i5 kuriq rystosi lytines l4steles)vykstandiosmutacijos vadinamos generatyvindmis.Jos gali b[ti paveldimos palikuoniq (lytinese) kartose. Tblesnis generatyvinesmutacijos likimas priklausys nuo to: . ar pakitusiclsgeneratyvineslqsteles dalyvaus apsivaisinime; . kokio pobldZio yra mr"rtacija- dominuojaniioji ar receslvioji; . kaip mutantineslastelesveikia atranka.

Recesyviosiosmutacijos gali buti paveldimos ilg4 laik4 daugelyje kurtrl nepasireikidamos,o ddl genq dreifb reccsyvusisgenasgali labai llrplisti populiacijoje.Tokios padetiespar,yzdZiudaLnainurodoma Anlliios karaliendViktorija. kuri per savodukrasiSplatinorccesyvqjimuyra labai daug. tlntini hemofilijosgenq.PavyzdZiq Kitaip pavcldimosir pasirei5kiasomatindsmutacijos. Kadangi i5 somatiniq l4steliq nesir,ystolytines l4stelds,mutacija kitoms kartoms nepersiduoda.Organizmai, kuriuose ilykusios somatindsmutacijos,genotipi5kaiir daZnai fenotipi5kai yra mozaikos.

ParyzclZiui.ant obcls vaisiausgali tr[ti kitokios spalvos ruoZas.Ir rlrozofila,kurios puse k[no vyriikos lyties, o kita pusc ntotcriikos, rra somatin0 rnutacija(Zr. 5.8 pav.). Ne kiekviena mozaika yra somatind mutacija. Kaip minila, mozaikos gali atsirastiir dcl somatinio krosingoverio,gcrrq veiklos pokvtiq somatineselastelese.Kartais mozaika susidaro del generafy'r'rincs mutacijos.Antai baltas, visi5kai be pigmento plaukq kuok5tas dlZniausiaiyra sclmatincmLrtacija.Vienoje ieimojc 5is pokytis buvo nct keliose kartosc, bc to, maZdaugtoje padiojc vietoje. Somatinir;lqsteliq genomo pertvarkq galima vcrtinti kaip sontatincs mutacijas.Kai kurie genetikaiSiuossomatiniql4steliu pokycius nct sifilo vadinti biologindmismutacijomis.Dirbtinai galima somating nrutacijil pllvcrsti gcnunrlyvine.rcgcncruojanl visil organizm4 ii vicnos somatinesl4steles.Sis b[das datrar pladiai taikomas,kai norirna gauti augalu mutantus su ivairiomisZmogui naudingomissarybcmis (pvz., atspariusligoms, ivairiq meclZiagqproduccntusir kt.). Tiesiogin€sir griZtamosiosmutacijos.Mutitcijclsii pradinio tipo i mu- prieSingai tunti1vaclinamos griZtaniosit'rmis mutacijonris. tiesiogincmis GriZtamosios mutacijos, arba reversijos (lot. reversio - grlLimas) yra budingos mutantams, t. y. jau kart4 del mutacijos pakitusiemsorganizmams. GriZtamosios mutacijos paprastai yra gerokai retesnds negu to Iratiesgeno tiesioginis mutacijos.Mat vicno gcno, ar jis bltq norntalus, ar mutantinis, mutavimo daZnis yra toks pats (gamtininris srylygomis apie l0-s-10-6),tadiau tikimybe mutantui pakisti taip, kad griZtq i pradini fenotip4, turi blti maZesndnegu nurodytas dydis.

Dalis mutanto pakartotiniqmutacijqryksta kitomis kryptimis,ne i pradinitipa. GrlZtamrjq mutacijrtdaZnjlemia genomopokydiopobudis.DaZniausiaitaip pakinta genai (genq mutacijos).Pakituschromosomg skaidiuiir sandarai,grjZtamosios mutacijosretos.Organizmas, kuris i5sir,yste po grjZtamosios mutacijos,vadinamasrevertantu. Griitamrlirl mutac[iq ivairovd.fvair[s griZtamqjqmutacijq tipai genetinlkoda (Zr. p. 60). Tokiosmutacijosbuvo mincti nagrinejant panaudotc'rs genctiniamkodui patikrinti. Tiksliai i tokiil pac'ia padctj mufaci.ja grjzta labai rctai. Kur kas daznesnds grjltanrositis nrutacijos.kai victoj bcprasnriokodono susidlrrokoks nnls kilas kodonlts, koduojantis antinor[rISti arba rrcvcikliamo remelio poslinkio nrLrtanteirykus Kriko rcvcrsijai (priciingo Zcnklo pokyiiui nctoli pirnrojo pokyiio), t. y. isitcrpus rruklcotich.lporai. jcigu anksiiuu buvo nuklcoticlu porir iikritusi. arba iSkritus nr.rkleoticlq porai. icisu anksdiaumutantc buvo isitcrpusi nuklcotidq pora. Nors po Kriko r c v e r s i j o sl r l r l l y ' n t avsc l s i n t c l i r r ; r m a b s ,c t j i s y r a m u t a n t i n i s ,n c s g c n c t i n i sk o c l a sn u o vienos puZuitkrsiki kitos. r'cvcltuojani'iospirmijq paZiridq.blna pakitgs.

Rcvcrsi.josgali atsirzrstiir dcl ncaleliniq genq supresoriq.prisirninkimc, kacl yra supresoriq,kuric revertuoja nonscnsmutacijas.Tai tRNR acnq mutacijos.kurios vykstaantikodone.Jo nukleotidq seka tampa komplcmcntaribeprasmiamkodonui. Revertantobaltymo sintezc vcl atsistzrto, bet baltymasbtina mutantinis,nes viena iS aminorrlgidiq, esaniiq normaliamc baltynrc,pakeista kuria nors kita priklausomai lruo to, kurit'rstRNR :rrrtikodonebuvo tokia nlutacija. Pagaliaurcvcrsijosgali atsirastidcl netolygauskrosingoverioarba IS, T'n pakeitusvict:1.

6.3. Mutacijq grup€s pagal genotipo pokydius (bendra apZvalga) Pagal branduolini ir ncbranduolinipaveldimum4iiskiriami ir du pagrindiniaimutaciju ripai: 1) branduolinesmutacijos,2) nebranduolincs nrrrtacijos. Branduolindsmutacijos.Su branduoliu susijg3 pagrindiniaimutacijq tipai. 1. Genomo mutacijos - pakitgs chromosonrqskaidius.Jos skirstomos taip: 398

poliploidija (eupoliploidrja, gr. ett - gerai), kai chromosomq skaidiuskinta iitisais kartotiniaischromosomqrinkiniais.poliploidija priklausomainuo to, kaip ji atsiranda,skirstoma taip: autopoliploidija (gr. oLttos- pats). kai ivyksta endomitoze padvigubejusioschromosomos,bet nesusidarodukteriniai branduoliai, neiSsiskiria,arba susilieja dvi tokiq padiq genomq sonratineslastcles;alopoliploidrja (gr. allos - kitas), kai skirtingq r[Siq genornai susiliejaivairiais tolimosios hibridizacijos,rarp jq ir tolimqjq taksonu somatiniq l4stcliq hibridizacijos,br-rdais. aneuploidija (heteroploidija), kai pakinta (sumaZeja- hipoploidija arba padideja- hiperploidija)pavieniq chromosomqskaidius. Organizmai,kuriq lqstelesepakinta chromosomqrinkiniq skaiiius, 1'rapoliploidai,o kai pakitgspavieniqchromosomqskaidius,- aneuploidai (hctcropkriclai).Poliploidaiir aneuploidaidar skirstomi paual tiri. ke-liyra chromosonrqrinkiniai arbzrkclios homologincschromosornos.Sis skirstynrasnagrinijarnasatitinkarnuoseposkvriuose. 2. Chromosomq mutacijos,kai pakitusi chromosomossandara: delecijos,kai iikrinta scgmcntasii chromr)somosvidurio artrir iS kurio nrlrs chronrusclmosgalcl; duplikaci.ios,kai tas pats chromos()mosscgmcntaskartojasidu kartus; . inversijos,kui chromosotnosscglxcntaspasisuka180", . insercijos,kai chr
399

'

galima iiiIreti ir labai nedidelius chromosomq sandaros pokydius (pvz., disko padcties pokyiio, Zr. toliau, 6.20 pav.). ' homologinds chromosomos nratomos konjugavusios ir mitozdje. Mat lengviausia chromosonlu mutacijas aptikti. kai vicnojc ii honrtlloginiu chromosomrl yra mutacija, o antra honrologini chn)mosonranepakitusi. Chromosornq mutacijas mitozcjc ealinra pastebdti ir claZantchromosomasdifer c n c i n i u b l d u . ' " p i t t c l r r o n r o s o n r assp a h , ' i r r a nj vt a i r i o m i s s p a l v o n r i s( Z r . l . l 2 p a v . ) . ir gcnctiniais mclrlcl:ris. Chrttnrosomq nrutacijos nLrstat()nros

3. Genq, arba taSkinds, mutacijos. Thi pavicniq genll pokvdiai. Sios mutacijospro mikroskopil nepastebimos, toddl tiriamos tik genetiniais metodais. Nebranduolinesmutacijos.Jos i5 esmcsatitinka brarnduoliogenq mutacijas,ncs kitokio poblclZio ncbranduoliniqpaveldimumostruktlrq pokydiai kol kas neZinomi. Pakinta DNR scgmcntai (ncbranduoliniaigenai),koduojantysRNR arba baltymus,pana5iaikaip branduolyjc. Netrranduolinesnrutacijosskirstontostaip: . plastidZiq (chloroplastq)mutacijos; . mitochondrijq rnutacijos; . plazmidiiq mutacijos(smulkiauskirstomospagal tai, kuri plaznidc pakito); ' kapa daleliq mutacijos ir kt.

yra kolchicinas. Specifinismutagenas,sukeliantisautopoliploidijzr, m. Kolchicinas yra atrado 1936 Blekslis. alkoloidas, pirmasis i5ski.li villvio (Colthicutn autuntnale). i5 rudeninio Jis stelbia rianras augalo tubulinq sintezg. Pats augalasSiai medZiagaiyra atsparus.Nespecifiniai autopoliploidijossukelejai(jie gausiaisukelia kitq tipu mutacijls) yra jonizuojantiejispinduliai.Poliploiclaigali atsir:rstidel fiziologiniq veiksniq,pvz., senstant.Kai kuriuose audiniuose(neuronuose, kcpenq lqstelesc)poliploidija vyksta rcguliariaiir susijusisu Siq aurlirriqfunkcija.Kolchicinassukeliapoliploidijatiek augalq,tiek gv[nu (Zmogaus)lqstclese.lhiiau poliploidai - organizmai,kuriq l4stelcsc padidcjgschromosomqrinkiniu skaidius,daZniausiaiyra augalai. Gy'vunu gamtiniu poliploidrr pasitaiktrrcdiau, pvz., kai kuriq silkiLr.karpiq, tar . u k o n q ,l r i t o n o r [ i i q . t a d i a u j r y p o l i p l o i d q h 0 n a s u t r i k u s i l y t i c s r a i c l a .D a i n i a u s i u i i(srvcna tik tos poliploidincs rhit's, kurios dauginasi partcno{enczcs birdu.

Mitozind, mejozin€ ir zigotind autopoliploidi.ia.Autopoliploidija, kaip ir kitq tipu mutaci.jos.gali r.ykti ivairiosc l4stclisc bct kuriucr pasirci5kiasomatiorganiznroraidos momcntu. Kai autctpc'rliploidija nese l4steldse((r.2 pav.,a), gaunamamozaika. Dalyjc tokio organiznro l4stcliq yra normalus diploidinis chromosomqskaidius,o kitoje dalyje poliploiclinis(pvz..4n). Poliploidinioscktoriausdydis priklauso nuo to, kaip anksti ontogcnczijc [vyko endomitozc,dcl kurios ittsirado poliploidinesl4steles.

6.3.l. Genonromutacijos 6.3.l. l. Autopoliploidija Autopoliploidija - kartotinis to paties genomo chromosomq rinkiniq pokytis. Rinkiniq skaidiusdidesnis kaip du. Autopoliploidqgavimas.Ir gamtiniai,ir dirbtiniai poliploidai daZniausiai atsirandadel endomitozis. Chromosomospadvigubcja,bet nesusidaroclukteriniailrranduoliai. Endomitoze daZniausiailyksta todcl, kad nesusidaroachrt.rnatine verpste, kuri paskirsto padvigubejusiaschromosomas dukteriniams branduoliarns.Yra daug veiksniq.stclbiandiubaltymq tubulinu sintezq arba jq jungim4si I mikrovamzdelius, pagalizrumikrovamzdeliq jungirn4si i stambcsniusjq agregatus- achromating verpstg.

400

Sonratincslqstelcs

"W S o n r a t i n el sq s t c l t s

6.2 pav. Mitozin€s (a), mejozinds (D) ir zigotin€s (c) autopoliploidijos pasekmds

401

Po endomitozes,kuri ir.lrkogeneratyvinesel4stelesearba tose l4stel6se, i5 kuriq r,ystosigeneratlvinesl4steles,- yra mejozind poliploidija. Po jos genera[vinese l4steldseyra ne haploidinis, o diploidinis chromosomq skaidius (6.2 pav.,b). Tolesnis poliploidijos generatlvinese l4stclcse likimas priklauso nuo to, kokios tdvo ir motinos lytines l4stelessusilicja.Dauguma lytiniq l4steliq turi nepakitusi,haploidini chromosomq skaidiq. Thd ir dauguma palikuoniq yra normalls diploidai. Kai susilicja lytine l4steld, kuri turi 2n, su normalia haploidinc lytine l4stcle ln, zigota yra triploidind - 3n. Tikimybe labai menka, kad susilietq abi - tevo ir motinos - lytines l4stclis, kuriosc lvyko gamtind poliploidija: 2n I 2n : 4n tetraploidas(6.2 pav., b). Vis delto tarp Zmogauspcrsileidimq pasitaiko ir tetraploidq (4n). Kur kas daZnesni(tris kartus) triploidai (3n). Apskritai Zmogauspoliploidija sudaro apic 20oh gemalq su chromosomq anomalijomis. Kartais gimsta Zmogaustriploidai ar tctraploidai, bet jie trumpai gyvena.fdomu, kad tetraploido fenotipo pokyiiai yra menkesni ncgu triploidq. Kai chromosomll skaidius padvigubdja zigotoje, visos organizmo l4stelesyra poliploidines(6.2 pav.,c). Zigotincs polipkridijosprieZastis papildo apsivaisinimo anomalijos - gali b[ti, kad vicn4 kiauSialzlstg apvaisina du spermatazoidai:

|io

Anortoploidija gali buti didelis kliuvinys kryZmadulkiq augalq selekcijai.Naudojant ortoploidus selekcijoje, ypad kryZmadulkius augalus, susidarg anortoploidai paprastaiyra nepageidautini.ParyzdLili, tetraploidiniamsgrikiams (6.3 pav.),kuriq seklos2-3 kartus stambesndsuZ diploidq sdklas,susikryZminussu diploidais,hibridai yra triploidai ir sterilts. To galima i5vengti auginant tik tetraploidines veisles.Thi ne taip lengva. P o l i p l o i d a iv a d i n a m i p a g a l chromosomqrinkiniqskaidiq:3n triploidas,4n - tctraploidas,5n pentaploidas,6n - heksaploidasir 6.3 pav.Diploidiniai (kairdje) ir tetraploidiniai (deSin€je)grikiai

Autopoliploidq mejozds ir chromosomq paskirstymo palikuonims ypatumai. Gamtojc egzistuoiandiqortoploidq mejoze yra stabili ir reguliari: lytinese l4stelesechromosomq sumaZejaper pusg, tolygiai pasiskirstohomologineschromosomos: 'lcvai

,.'.r."'

;O

Autopoliploidq grupds.Autopoliploidq biologinessarybesdaugiausia lemia lyginis (ortoploidija, gr. orthos - taisyklingas)arba nelyginis (anortoploidija) chromosomq rinkiniq skaidius.Kai chromosomq rinkiniq skaidiusnelyginis,mejoze negali blti normali, ir anortoploidai (3n, 5n, 7n ir t. t.) bfina stcril[s. Anortoploidija atsiranda susikryZminus dviem ortoploidams, kurie turi skirting4 chromosomq rinkiniq skaidiq, pa*ryzdLiui: 2n x 4n

Gametos n.

,2 t'..

Palikuonys

/

Jn

4n x 6n tn.

a2 tr

,'

sri'

4n

6n

J.

J'' \ 3n 3n

2n

Gamctos 2n

lrt. t

Tbdel tetraploido lytinese l4steleseyra po dvi (kitq poliploidq 6n, 8n, atitinkamai daugiau - 3, 4 ir t. t.) homologines chromosomas. Thigi poliploidq lytines l4stcles gali bDti geneti5kai negrynos: Tcvai

AAAA v

Gametos Tcvai

t. t.

AA

aaaa | -u

AAaa ,/ l\

aa

IAA:4Au'. laa

Vadinasi,kai tetraploidasyra heterozigotinis AAaa, susidarotrijq tipq lytinesl4stelesAA, Aa, aa, Iodel, kryZminanttokius heterozigotinius tetraploidustarpusar.yje, homozigotiniaiindividaisu recesyviuoju pozymiuatsirandatik santykiu1:35: 403

laa 4Aa lAAua 4AAAa lAA IAAAA 4Aaaa t . y .1 1 3 A 6 A A A : 8 , 3 6A A A a : 1Aa 4AAAa l6A4aa lsaaa 1 8 1 3A 6 A a a : 8 1 3 6A a a a : 1 1 3 6a a a u 4Asaa laa lAAaa Heterozigotiniqdiploidq Sissantykisb[tq l:3: Aa AAAAA

lA,4

o

7a

l*l

t.y.tt4AA:2t4Aa'.tt4aa

Vadinasi, augalll poliploidai gali bfiti naudojami ilgalaikei heterozei gauti. Naujai atsiradusiqautopoliploidq mejozejechromosomosdaZniausiai pasiskirsto labai netolygiai. Par,yzdZiui,tctraploido lytinese l4stclisc gali blti tclkiekurios nors konkreiios homolttgincschromosomos skaidiai: Tcvai

4 chronrosomos - ,,.:\,- '---..-

- -".."-""1:"',:' i ( l a m c t o s4 c h r : 0 c h r 3chr: l chr

2chr:2chr

I vienE duktering l4stclEgali patckti visos kcturios Sioskonkrei i o s h o m o l o g i n c 'csl t r o m t t s o m o so. i a l t t r 4 - n i v i e t t t l si r t . t . S i u o rciikiniu naucloiamasiaugalq ancuploidamsgauti. Nesubalansuotamejoze yra antra kliltis poliploidijai idiegti selekcijoje. Neretai autopoliploidaiintcnsyviauaugzt,bct lctai $,stosi. Tiri tredia kliltis panaudoti poliploidusselekcijojc. Poliploidijos naudojimas selekcijoje.Nepaisant nurodytq kli[diq, poliploidai yra stambesni.Daugcliui augalq 5i sarybe svarbi ekonomiikai: stambesniZicdai, vaisiai, dauqiau mases.Todcl poliploidija daZnainatrdojamaaugalq selekcijoje.Genetikamstenka sprgsti,kaip gauti stabili4 konkrciiq poliploidiniq augalq mcjozg, i5vengtileto poliploidq r,ystymosiir kryZminimosi su diploidinemis formomis. Pirmiausia ieskoma b[dq, kaip organizmusdauginti vegetatyvi5kai.Thip dauginant i5vengiamavisq trijq kli[diq. Dauguma Zemds [kio augalq yra poliploidai. Anksiiau Zmogus atrinkdavo produktyvcsniusaugalus.netirdamasjq chrornosomll, todel gana daZnaitai budavo poliploidai. Gamtiniai poliploidai yra kvieiiai, aviZos,bulvis, cukranendris, bananai, Zemesrie5utai, Zemuoges (bra5kes),serbentai, agrastai,slyvos, daug obelq veisliq, kavamedis, tabakas, vilnamedis, dobilai, liucerna, motiejukai ir kt. Naudojant 104

l'

pasiektadobilu, cukriniq runkeliq, clirbtiniuspoliploidus,deiugiausia iilkmedZiq, rugiq selekcr.loje. Lietuvos Zemdirbystesinstituto selekcininkaiirgi sukire ivairiq augalq tetraploidq: raudonqjq dobilq veisles'Vyliai' ir 'Kiriinai', svidrds 'Sodre' 'Zvigl€, ir tikrqju eraidinq veislg 'Dotnuva I', vikius. v'cisles Dauginant poliploidus lytiniu b[du, rcikalinga ilga atranka, kol pavykstagauti stabiliq mejozg,todel ieikoma budq, kaip sukurti nesikryZmininroba{er4 tarp diploidq ir poliploidu. PavyzdZiui, kukur[zq genomc aptiktasgenasGa. del kurio diploidiniq kukurlzq Ziedatlulkis neclygstaant tetraploidiniqaugalq purkos. Sclekcijoje naudojami ir vegetatyvi5kaidauginamq augalq anortoploidai, ptvyzdLiui, triploidincs drebules, egles, SilkamedZiai,arbatkrfmiai, obelys (apie % ju vcisliu yra triploidai) ir kt. Gamybojc idiegti ir lytiniu budu dauginamq augalq triploidai, kai jie luginami nc seklinci produkcijai gauti: triploidiniai cukriniai ir paiariniai runkcliai, turnepsils,agurkai, arbIzai ir kt. Antai triploidiniq arb[zq vaisiai ne tik saldcsniuZ diploidq, bet ir neturi scklq. ('ukriniq rr"rnkcliqtriploidai, palyginti su tos padios vcisles diploirliris,turi 0,3-1!% daugiau cukr:rus.Bc to, jq stambesnesiaknys. Triploidq s€klininkystdsypatumai. T r i p l o i d u s c k l a i g a u t i r c i k i a r r u o l a tt c t r a p l o i r l u s k r v Z n r i n t is u d i p l o i c l a i sp a s a l j a u I t i r q r i r t r ' t ik1r y z n r i n i r r r rdlc r i t r i : .ln x 2n 3n

arba 2n x. 4n 3n

Nct irrbirzu.kuriuos kryZminti pagrLlZiedo sandara nclabai sudctinga, hibridanrs

2\o-

,Q

.4,,clf

../,r1.

,' [, i|71; l ) ) " " * s l\ | \ | J

,/ ,/

\

,/ \

f

ff:'Ji'ii:,:lTilfli:'i',1;::l'iiJ clil rriploiclaiZyminrigcnaisZymckliais. A u g a l a n r sl c i d Z i a m al a i s v a ia p s i d u l k i n t i . i r p : t e i rZl r n t c k l i u sr t l r c n k i r m ti r i p l e i t k r r .P r * y z d 2 i u 2 i . y m c k l i r ryin r g c n r r i n. u o k r r r i qp r i k l i r r r sror r h l z qv r r i s i us p : r l r r rt :e t raploido, kurio genotipasgfgg,, vaisiai y r a i v i c s i a i Z u l i s u : i u u r o m i sj u o s r c l e -

S@-iffi u:ffifri;$ .c?.s .+,' 1- \r/

6.,1pav. Arbfizq triploidiniq (3x) hibridq atrilnka, pasinaudojant genu-Zymekliu

fi:.lilil::'li'];1",*.'l1li"Tl[ii

galui margaisvaisiais(6.4 pav.).Jic yrn triploidai.

405

Y Autopoliploidijos reik5md evoliucijai. Poliploidiniq rfiSiq eiles. Kadangi poliploidai yra gyvybingesni,atsparesninepalankiemsaplinkos veiksniams,poliploidines rlSys nepalankiomiss4lygomisdaZnai i5stumia diploidines r[Sis. PavyzdLiui,Spicbergene,kur s4lygos itin blogos, 804/avisq augalq yra poliploidai. Thdiau grynai autopoliploidiniq r[Siq yra nedaug, daZniau autopoliploidija derinasi su aloploidija. Thip susidaro poliploidines eiles, kaip antai kviediq:

NesikryZminimasyra vienasi5 rfiSieskriterijq, i5 kurio sprendLiama,ar yn dvi savaranki5kos rd5ys,ar tos padios rl5ies skirtingosformos. DaZniausiair[Sys nesikryZmina. Norint nustatytir[Si, Sio kriterijaussuabsoliutintinegalima.Kai kuriq augalqgcndiq(Salk,Poptrlusir kt.) ruiys labai lengvaikryZminasi. Gali nesikryZmintiir tos padiosrfiSiesskirtingospopuliacijos, formos,rasds.Vienaip ar kitaip ruiiai atsirastibfitina izoliacija(neNesantnesikryZminimo sikryZminimas). barjcro,r[Sysi5nyktq,kaip ir naudingosformos.Besiporuodamos atsiradusios su senomis,,,i5tirptq" tarp senq formq.

2n = 74 l. Triticum nTonqcoccum'f. ll. T. cluntm, T. dicoccum, T. tttrgidunt, polonicum - 2n = 28 2n : 42 III. Z uestivum, T. compactunt, T. spelta -

Negwybingi ir steril[s hibridai gali truti dcl jvairiq pricZasdiq,net dcl motinos orsuniznro itakos motininio efekto. Si barjcr4 pavyksta ivcikti auginant augalq gcnralil izoliuotai nuo endospcrmo, o gyvunq gcrnalil transplantuojanti kit4 motinini organizrn:1arba allickant abipusius kryZminintus.Abipusiq kryZminimq skirturrrai atsiranda ir dcl to, kad citoplazma neatitinka branduolio genq, taip pa1 dcl citoplazminiq genetiniq strukt[rq, citoplazmai jautriq genq ir nct judriqlq genomo elenrentq (taip yra clrozofilospopuliacijosc). Branduolio vaidmuo daugiaplanis. Pirmiausia nesutampa genomai. Jic nchonrologiniai. Thiiau ncsikryZnrinair artimos rOiys, kuriq didZioji gcnorno dalis yra Irtrnrtrltrgini. Pvz., taip yra tarp dvicjq artimq drozofilos riliu Droxtphila pst'udoohstttm ir I). nirantlu. Jrl ncsikr.yZminimq s4lyeojachromosomq mutacijos - invt'rsijos i r t r a n s l o k a c i j o s( 6 . 5 p a v . ) .

Thigi bazinis (X) visq kviediq rlSiq chromosomqskaidiusyra 7. Paprastiejikviediai (7. aestivum)turi 3 genomus A, B ir D (Lr. toliau ir 6.11pav.). Poliploidines eilis Zinomos ir gyv0nq (pvz., varliq Ceratophrididnc, silkiq ir karpiniq Zuvq). ThrakonasBlatta gerntnnica (prtsokas) turi 24 chromosomas. o 19.oriantali.s- 48. 6.3.1.2.Alopoliploidija.Tolimoji lytini hibridacija. Somatini4lqseli4 hibridizacija

,trll

Alopoliploidai gaunami sujungus (suliejus) du skirtingus genomus. Sujungimo bndai yra du: tolimoji lytine hibridizacija ir somatiniq lqsteliq suliejimas.

Tolimoji lytind hibridizacija. Thikomaisiaistikslais anksiiau tolimqja hibridizaclja buvo daugiau domimasi negu dabar. Ypad daug buvo padaryta Rusijoje. R[Siq nesikryZminimas.Kai kurie I. Micurino sukurti bldai tolimiesiems hibridams gauti, ypad bldai rflSiq ir gendiq nesikryZminimui iveikti (vegetatyviniosuartinimo, apvaisinimo Ziedadulkiq mi5iniu, tarpininko), nors ir nera perversmasmoksle, bet verti gilesniq tyrimq.

ttSt

nti ,YL , .

.

' - "n rIrt '

.t i -, 11- ' ,' l , t t

t ' ' ' v t 6 . " " ' ' p 'r l l ' " r ' l,"putut scgmcnttr

'' ' . ' ' {p.r-\7? :. / i..J arr.\7i '. .t

[--l_.; skrnasi clcl rnversrlu i' I

lpotranslokacl.los skinrngi nr'homologrniaiscgrtentar

6.5 pav. Dviejrl drozofilos rtliq

406

:

D. pseudoobscurair D. miranda genomq palyginimas

407 I

\

l1!

p;ll ': ,ff

Pastaruojub[du gali bfiti gaunami ir autopoliploidai,jeigu suliejamos to paties genomo lqsteles.

n,.!,+.. '':;,1:::)

,^

Y Tblimosios hibridizacijos/alopoliploidijospamatus sukure G. Karpcienka.Jis iSsprende pagrindinestolimosioshibridizacijosproblcmas: . kodcl tolimicji hibridai sterilhs, . kaip atkurti ju vaisinguma. Amfihaploidai ir amfidiploidai. G. Karpedenka pagarsejoir ruo, kad sukurc naujq vaising4 augalq genti Raphanobrsssica.Jis sukryZmino ridikrl (llapltunus suti+,tts)su kopustu (Brassicaoleracea). Nors abu augalai priklauso skirtingomsgentims, bct turi po vicnod4 diploidin! chromosomq skaidiLl(2n = 18): P Raphanus(R) x Rra.rsrca(B) 2n = lE 2n = lli (iamctos

I (.)

I

9B

R

I

I ltt (9R + eB)

F,

F, hibridai buvo stcrills. Nors ii koplsto ir ridiko jic paveldejo po 9 chrontosomas, bet jos nchomologincs,todcl ncgalejoi,ykti mejoze, ncsusidarclytincs lilstclcs.Kadangi Sie augalai turejo po haploidini abicjq r0iiq chromosomurinkini, jic vadinami amfihaproidais (gr. untpli - i5 abicju pusiu, lnploos * paprastas),bct ii tikrqjq buvo du, tik skirtingi chronrosomqrinkiniai, todel jie vaclinamiir arodiploidais (gr. ullos - kitas). vis dclto G- Krrrpcdcnkaipavyko F, rasti vicnq vaisingzlaue,la. IStyrLrs chromosornaspauiSkcjojcl vaisingunlopriczastis:augalo l4st c l c s c b u v o n e l l J . o . l ( r c h r o m o s o m o s( ( r . ( rp i r v . 1 S . i s u u g l r r i r tsu r c j o po 2 ridiko ir koplsto chrulmosomurinkinius, todel nornraliaivyko 6gjoze. lbks dvigubaschromosomqskaidiusG. Karpcdenkosbandyn t c r r t s i r i r d oa t s i t i k t i n l r i : Fr

(9R + 98) x (9R + 98)

(iarnctos

( 9 R+ 9 8 )

rl

Amlihaptoidai

( 9 R+ r 9 8 )

\r/

F2

3 6 ( l l J R+ l 8 8 )

Amfidiploidas

Tolimq1qhibridq vaisingumas atstatomas F, hibriduosepadvigubinantchromosomqskaidiq.Po to hibridasturespo 2 abiejq r[Siq chromosomqrinkinius.Tokiehibridaivadinamiamfidiploidais,arba alotetraploidais. 408

-L

Augaluose Siuo metu chromosomq rinkiniq skaiiius nesunkiai padvigubinamassukeliantpoliploidijakolchicinu. Tcrlimiejigyvfinq hibridai n€ra sensaciia (nors apie juos megstama ra5yti laikraidiuose),bct retesni. DaZniausiai jic yra stcrills. todel jq panau."1 i i dojimo galimybcs ribotos. Pritaikyti ** poliploidija jq vaisingumuiatkurti neI i,i ['J galima. P:igrindinciq sterilumo priefq . ..Jl '3"i{' lt Zastista pati - gcnomLl neatitikirnas. Vis dclto kartais ir nevaisingigyvunq ( B l).' tolimicji hibridai yra naudingi.Jie auqinirmi tlcl hihridrl hclerozcs.pvz.. ur/r.6 prrr,. Raphanobrassica: ,l - riclikirs(Rultltuttus).B stcklio x asilo hibridas mulas, nes yra r i l r r s l r m l i h r r p l o i t l r r( s r r t i s i n - lal-raiiStvcrnringas, stiprus. Siomis sagas anrl'icliploiclas; 1) kophstas vybcmis lcnkiir rbtr ti'vus. ( I)ru,s,sit'u) (pugirl (i. Krrrpci'cnko, Kartais stcrilumo iivengiamazrbipute27) siiriskryZminimais.K:rip jrode G. Karpcdenka,stcrilunrasatsirandair kai tcvo brancluolysncatitinka motinos citoplaznrns. G. Karpcdcnkair io bcndradarbcS. Savinskaja(193-5)atrado rei5kini, kuris buvo pukartotinaiatrastzlstik po daugeliomctq. ?ri chromosomq eliminaciia. Kai koplstas buvo kryZminamassu ridiko-kopusto amfidipkridu,palikLronysbuvo tik koprlsto tcnotipo:

'l,rli,i

i} tt1 l"'1::i ',

i,i

,?;{",S

i-

P

lfiBx(lttR+lllB)

rl

( ; a n r c t o s9 B .

(9 R.+9 B)

-I'ur0jo (ll'l B+9 R). bfiti i5 tikrqjq buvo ltlB visi augalaikopirstof'enotipo.

Siq augalqgcnotipuipatikrintijic (tivas) buvo sukryZmintisu jvzririomis koplsto formomis(motina): l 8 B i v a i r i o sk o p f i s t of o r m o sx k o p u s t of e n o t i p oh i b r i d a s( . l 8 B ? )

I

I

Ciarnctos P a li k u o n y s

e B(?)

9B I I JB

409

palikuonysbuvosu dominuojaniiais kop[stopozymiais, t. y. su . _ _Vit] l8 B c-hromosomq. Vacrinasi, visiskaieriminavosi ridiio .hru*orurnor. Tolimqiq hibridq sav-vbds. Tblimiesicms hibridamsbfidingiivairus mcjozes,apsivaisi'imo,taip pat poimiq paverdejimonukrypimai. Nerettrihibridailabaipanainsi motining'rirsj. Jeigutai kartojasiir kitosekartose,galir.aitarti, kad hibridaidauginasipartogcnezes ar_ ba ginogenezes (arba augalq- apomikses) Ui
4r0

Ji sukryZminussu plaukuot4ja aklc iis hibridas buvo pavadintasG. pseutlotetraltit. (G. pttbcsct'ns)gautas alotctraploidasvisais atZvilgiais.net chromosomq rnorfologija tapatus dirvinei aklei (G. tetrahit). Su iia rlSimi alotetraploidaslaisvai kryZminosi. hibridai buvo vaisingi. Tfro padiu metu V Rubinas atklrc namincs slyvos (Prunus tlortresticu,2n= 48) istorij4. Jis sukryZrninoskcstaiakc slyvq (P di'oricata, 2n = 16) su dygiqja slyva (P:;pinosa,2n = 32). Thrp hibridq buvo vienas augalasamfidiploidas (;18 chromosomos), visi5kai panaius j naming slyvq (P tlonte.stica). Vadinasi,tolimoji hibridizacijapadeda nustatyti ivairiq rfiiiq kilmds istorijii, pak a r t o t i n a ia t k u r i a n tr h i j .

Tolimoji hibridizacija/alopoliploidija augalq selekcijoje.Dimesys tolimajai hibridizacijai pastaruoju mctu gcrokai atsl[ggs. Mat j11Iabai sekmingai i5stumia genq inZinerija. Zemes Ikio augalq ir naminiq gini[nq girninaiiiai laukines r[5ys turi daugvertingugenq:atsparumoligomsir vabzdZiams, nepalankiems ckologiniamsvciksniamsir pan. Juos pcrkelti i naudojamq augalq ir gyv[nq genom4 nc vicno genetiko svajonc,kaip ir gcnus, lemiandius kvicdiq daugiametiSkum4. ThdiausukryZminuskad ir kvicdiussu varpudiu, suliejamiabiejq augalq gcnomai, tlro tarpu domina tik pavicniai genai. Be to. laukines r[Sys turi daug dominuojandiqgenq, todel hibricias panaius j lauking rLrSi,pvz., i varputi. Kvieiio sarybiq nedaug iilieka. Kokia nauda iS tokio hibrido? Rcikia daug kartq atlikti griLtamuosiuskryZminimus,norint vcl gauti ne k4 kita, o kvieti. Genq inZinerijosmetodais perkeliama tik dalis genomo - pagcidaujami genai. Thdiaubhtq klaida .,nura5yti"alopoliploidij 4 kaip genetikos-selc.kcijos metod4. Tblirnoji hibridizacija gali bDti ticsiogiai taikoma kuriant naujq hibriding r[Si ar net genti. Taip sukurta naLrjagentis kvietrugis (Ti'iticale).Ji yra kviedio (Tiitiant) ir rugio (Sec:ale)hibridas. Alopoliploidija yra svarbi kaip genetines analizes metodas: . rlSiq kilmei tirti, ju gcr]omamsatkurti; . augaltl monosominemsir nulisomindmslinijoms sukurti (Zr. toliau); pasinaudojamatolimuosiuose hibriduose cJaLnaaneuploidija; . norint pakeisti vienos ruSieschromosom4 kitos r[Sies ar genties chromosoma, t. y. gauti linijas su pakeista viena chromosoma, . haplclidamsir polihaploidamssukurti.

41r

Y Lietuvoje kvietrugi suklre J. I]uravas. A. Sriesaraviiiusir S. Nekroi.s sukure nau.japasariniuz.riu veisle 'punia', kuri yra tarpgentinis eraiiino (Festucuprutensis)ir sviclrcs(Loliunt multiftorutm) hib_ ridas (fl pruten,si.s x L. nutlti.florum).Abu tevai buvo tetraploidai. Tii palengvinogaLrtihibridus. s'matiniq l4steliq hibridizacija (b[das aroporiproidams ir aneuploidams gauti). S.marinis l4stclclsspontaniskii susilicjaretai. toddl jq susilic.iimiy irptiko tik 1960 nr. vicnu mctu keli mokslininkai. Kaip gaunami somatiniq r4steriq hibridai? Labai svarbi klifitis sornatincmsl4stclenrssusilictiyra lqsteldsapvarkaldris(augalqsie.clcl). Kad l4srelcssusilietu, pradZioje apvalkalelis paialinamas.iq gyvuliniLrlqstcliq apvalkaleliuisuardyti buv. n.udojamas Scnclejaus viruso galvudiqprcparat.s.sis virusa.ssukeriahe'agriutinaciiq, ardydamus lzrstcliuapvalkaleli.Jo gulvutc,ieyra fernreniu. Vcliau iicnrs tikslums surastaf-ermcntq;daZnai 'auclojamas polietilcnglikolis.Arrgalu sicneli suclarytai5 ccliuliozcsarSa herniccliuli.zcs. Suurckrnrai4 skaiclandiais fcimcntais, prlietilcnglikoliu. L4stelis, kurioms pasarintasapvarkareris/sicncri, vadinamosprotoplastais. Dvi susilie.iusiaslqsteles reikia atskirti ir paiinti. Tirm tikslui nauclojanrosselcktyvi.s tcrpis. paprastiausiahi6ridincs lerstelcsat_ skirti, jeigu ir vienas,ir antras .rganizmai, kuriq s.matinis r4steres sulie'jam.s,ncsintctinakokiq 'rlrs skirtingqnrcdziagq.Pavyzrtziui, vie_ 'Qeu-)." n:rs ncsi'rtetina hipoksantino (hyp), o kitas leucinJ Terpeje bc siu nrcdzi.grrg,li augti tik hibriclincsr4stclcs,ncs piimoj, organizmo gcnotipas hyp-hyp-leu*Ieu*, r-t antrojo - htp*hjp*i"u-tni-. Hibridines fastclcs vrit tctraploiciincs ir hyp*lryp*hyp-hyp-leu*leu*lert-leugcnoti_ po, taigi sugebasintctinti abi medZiaqas. Hibridinis lrlstclc'saptinkum.s ir kitokiais mctoclais: genetines . kon-rpfcmcntacij.s,citogenctiniais,bi'cheminiais, ypad pagar izozimtl (izofcrmentq) spektrusir kt. s'matiniq lqsteliq hibridizacijosribos. Sulicti kuo rabiau nutoru. siq 'rganizmq protoprastusvienu meru (apie l965-1970 m.) buvo net madinga.Sulictosskirtingq krasiq ir tipq gyv[nq somatinesl4stclis: viStos * Ziurkes.uoclo * Zmogaus,tzrip-pat itirtingq augalq Scimq l4stelcs: mieZiq * sojos, kukui.Uzq + .sojos, ropiq i solos ir tl1 1tL

kr. Lqsteliq suliejimoribos i5 tiesq labai pladios,nes gauti somatiniq Issteliq hibridai net tarp augalq ir gyvunq. Sulieti mieliq lqsteliq ir ZiLrrktlseritrocitq, tabako ir ZmogausveZiniq HeLa l4steliq protopllstai. Tokios l4stelesiigyveno kelias dienas ir net susidare apvalkalclis. MorkLl ir ZmogausHeLa l4steliq hibridas net dalijosi! lr vis delto riba yra. Ji priklausone nuo galimybessulieti protoplustus,o nuo chromosomqeliminacijos.Hibridinesel4stelcse,gauto\c tarp nutolusiq tzrksonq,vieno kurio konkretaus taksono chromo\orlos pasiSalina- eliminuojasi. Chromosomq climinacija (sinonimaschromosomqsegregacija)buclinga ne tik tolimiesicmssomatiniq lzlsteliLlhibridarns,bct ir kai kuricms vidLrrl5iniamsjq hibridams. Kaip rnincta,suliejussomatinesl4steles,chromosomclseliminuoj : r s it a m t i k r a k r y p t i m i : - elirninLrttjasi Zmogauschromosomos; ZmogaLrs*pelcs ir kt. chromosontos Ziurkds Zmogaus*Ziurkcs 'lbi indukuoChromosomq eliminacijoskryptl galima pakeisti. jamas rei5kinys.Eliminacij4 sukelia jonizuojandioji ir ultravioletine spinduliuote. SulictoscsomatiNorimo eliminucltigenomo l4stclcsSvitinltmos. ncsc lilstelise climinuojasi ivitintos chromosomclsnepriklaustlmailtltrr iprastoscliminacijoskryptics.Antai pavcikusjonizuojaniiqiaspincluliuote pelcs lastcles,,,Zmogaus* pclds" l4steliqhibriduoseelinlinuolasi pelcs chrttmttsomtls. Gana daZnaicliminuojasinc visas genontas,o tik dalis icl. Kartuis iSlickatik pavicnis chromosomos.Sis reiSkinyspritaikomas,norint: . nustatyti sankibos grupg; . gauti asimetriniushibridus

tikrqjq aloancuploidus).

Terminologija ir somatiniq l4steliq hibridq kariotipo ypatumai. Somatiniq l4steliq hibridizaciia,kitaip negu lytine hibridizacija, 4mima ne daugybos (x), u sudities Zenklu (+) arba daugybos Zenklu apskritime. Somatiniq lzlsteliqhibridai gali b[ti heterozigotiniaipagal genus, esandiusnc tik branduolyje, bet ir citoplaznioje.Mat suliejamos dvi l4stelds,kurios abi turi citoplazm4 (apsivaisinantlytiniu b[-

413

Y tuo tarpu vieno i5 du, zigotoje citoplazma bIna tik i5 kiauSialqstds), (arba lqsteles) organizmai branduoliq chromosomos i5nyksta.Tokie vadinami citoplazmindmis heterozigotomis,arba citohetomis. Hibridai pagal citoplazminius paveldimumo vienetus vadinami cibridais, arba citoplazminiais hibridais. Suliejus dvi somatinesl4steles,chromosomq hibridineje l4stekije padvigubeja,kaip ir apsivaisinantlytiniu budu. Kai pradinds l4stelds diploidines, somatiniq l4steliq hibridas yra tetraploidinis, o kai haploidines - diploidinis. Kai chromosomq eliminacija ner,yksta,i5 karto gaunamas alopoliploidas. Thdiau taip ne visuomet b[na. Gyvlnq l4steliq hibridq paprastai climinuojasivienos rliies chromosomos,ddl to lilstelesvirsta diploidinemis arba, i5likus pavienims kitos rrl5ieschromosomoms,- asimctriniais hibridais,arba ancuploidinemis. Siuo metu somatiniq Somatiniqlqsteliqhibridizacijosnaudo.iimas. (paraseksualind hibridizacija) taikoma norint: l4stcliq hibridizacija . greiiiau gauti hibridus tarp geniiq ir rfiSiq, tarp kuriq galima lytin€ tolimoji hibridizacija.Suliejusdvi diploidinessomatines l4stclcs,ii karto gaunamasamfidiploidas.Sckmingai tai pavyksta padaryti tik tarp tq rliiq ir gendiq, kurias galinra sukryZminti lytincs hibridizacijos b[du. Tokiu b[du, pvz., gauti tarpr0Siniaibulviq, tabako, petunijos amfidiploidai; pagreitintai gauti hibridus tarp keliq organizmq; gauti asimetrinius hibridus, kurie, be viso viencl tdvu chromosomq rinkinio, tLrri daugiaLrar maZiau kito organizmo chromosomrl. Asimctriniams hibridams atsirasti butina chromosomq eliminacija. Iai greiiiausias budas paviendms chromosomoms pcrkelti ii vieno gcnomo i kit4; nustatyti genq sankibos grupg. Sekmingiausiaipritaikyta Zmogaus genomui tirti. lrgi bfitina chromosomqeliminacija; gauti hibridines somatiniq lqsteliq linijas. Jos auginamos izoliuotai dirbtinese terpese (pvz., Zen5enio);gali bfiti naudojamos kaip vertingq medZiagq(daZniausiaivaistiniq) naujq deriniq producentai: a a

. gauti hibridomas- lqstelcs,kurios gaminamonokloniniusanvdZine(paprastai tik[nus. Thi ndratolimiejihibridai.Suliejamos 41 .4 tla

mielomos arba mclanomos) ir bluZnies (B limfocitq) l4steles. Pirmoji lqstele hibriclornaisuteikia neribota gebejima dalytis, o antroii lastele imama i5 gyvulio, kuriam prie5 tai buvo suleistas antigenas.Si l4stelegamina specifinireikaling4antikun4. Kadangi jii gaminamasvieno l4steliq klono, todel turi tik vieno tipo (konkrediam antigenui). Tbkie antiklnai vadiIt"unugto1,r'rlinus nami rionokloniniais. Juos galima panaudoti tiesiogiaikaip vakcinas,bet daZniausiainaudojami grynoms medZiagornsi$skirti i5 jq miiinio. Siam tikslui gyvuliui, i5 kurio bus imama bluZnies i4stelc, suleidZiamasantigenas- medziaga,kurios atzvilgiu norima suk'rri monoklonini antikln4. I5skirtii5 hibridomosklono l4steliq antik[nai imobilizuojami i chromatografingkolonelg, ir Si pasiiint
6.3.L3. HaPloidai

Haploidija (gr. haploos- vieni5as,paprastas+ eidos vaizOu.) - ,"lStinyr, kai organizmas,l4steldar branduolysturi tik kurio lEstelesturi vien4 chromosomqrinfini 1n. Organizmas, 1n, vadinamashaploidu, arba monoploidu,l4steldsir branduoliai - haPloidiniais. 415

Y Prclkariotai pagal genomo sandar4 yra haploidai. Daugeliui Zemesniqjqeukariotq,ypai grybq, Zaliadumbliq,kokcidijq haploidija yra normali bfisena.Jq gyvenimocikle ryrauja haplofazd. Jq diplofaze tik viena lilstcli - zigotir.Kylant evoliucijoslaiptais, haplofaze redukavc'rsi. GaubtasckliqhaplontEsudaro tik trys subrendusios mikrosporosl4stelis ir scptyniosantrinio gemaliniomai5eliol4steles. Daugclio gyvrinq haplofaze- tai generatyvinesl4stelespo redukcinio daliiimosi. Kai kuriq gyvlnq (ZemcsniqjqvcZiagyviq,pleviasparniq)kaitaliojasi lytincs kartos su partenogcnctindmis kartomis.Partenogenez|(gr. pttrllrcnos - nekalta mergir-ra)- vystymasisbe apsivaisinimo,tod6l daZriaipzlrtenogcnctinikarta yra haploidine.Pasitaikogyv[nq, kurirl lyti lemia haploidinis-diploidinis chromosomuskaidius.Partcnogeneze bfidinga tik vienaijq lydiai. Pvz.,biti motinclc lcidZianeapvaisintLrs kiauiinclius pro rezcruuarasu spr:rma.Jic apvaisinamiir yra diploidiniai. IS jq iSsivystobitcs darbininkes ir bitc motincle, t. y. motcri5ka lytis. Kita dalis bites ncapvaisintukiauiincliq ncpatcnka i rczervuar4slr sperma.Jic yra hapkridiniai.Ii jq i5sir,ysto vyriika lytis tranai. Partenogcnctinckarta gali blti ir diploidinc,jcigu susidarant lytinems l4stclcms nevykstaredukcinis dalijimzrsisarba pc'rto susilicja du hapkridiniaibranduoliai.Prisiminkimcir tai, kad biiiq trilnq somatincsc l4stelescatsirandadiploidinis chromosomq skaidius.Thigi partcnogcnczcsr-rhaploidija gali ncsutapti. Tq organizmq,kuriq ciklc haploidija (i5skyruslytines lEstelesir gamctofit4) nira normalus rciikinys, natIraliai haploiclaiatsiranda rctai. Net aukitesniqjqaugalq hapkridq daZnisyra tik lxl0 5-1x106. Tirdel spccialiaikuriami mctodai haploidamsgauti. Haploidq gavimo bfidai. DaZniausiaigaunami augalq haploidai. KryZminantdvi skirtingqgenomq r[Sis arba gentis,galima gauti amfihaploidus.Jic b[na ir suliejusskirtingqgenomq haploidinessomatines lilstcles (daZniauamfihaploidincs,norint gauti virdinamuosius polianrfihaploidus). Paprasti vieno genomo haploidai. t. y. monoploidai, gaunami keturiais budais. D u i 5 j q t a i k o m i p a l y g i n t is c n i a i : .

4t6

dirbtinds partenogenezds ir ginogenezdsbldu suZadinamasgemalo vystynrasis i ( n c a p v a i s i n t ok i a u i i n e l i o ( k i a u i i a k l s t e s )S . u Z a d i n a m ai v a i r i a i : c h e m i n i m i s

medZiagomis,Siluminiu ioku, jonizuojandiifa spinduliuote uZmu5lomisaugalu Z i e d a d u l k d m iisr k t . ; . dvyniq metodu: retkariiais ii kai kuriq augalq rliiq vienos seklos i5auga du augalai. Viename sdklapradyjciSsi,'ystodu gcmalai (susidaro du gemaliniai maiSeliai,gcmalas vystosi nc tik ii kiauil4stcs,bct ir i5 sinergidcs ir t. t.). Tokie augalai vadinarni dvyniais.Vicnas dvynys daZniausiaiyrir triploidas, bcr kartais pasitaiko ir haploidas.Pasak Miuncingo. tarp dvyniq yra 0,5?i, haploidu.

Augalq haploidamsgauti Siuo metu taikomi du veiksmingesniir produktyvesni b[dai. Haploidai i5 iiedadulkiq. Tai daZniausiaitaikomas bldas. Ji atraclo 1964 m. du Indijos mokslininkaiGu5:i (S. Gusha) ir MagcSvaris (S. L. Mahcshwari). I Iaploidai i5 Zicdadulkiqgaunami pasodinusncsubrcndusiasdulkincs, kuriq mikrosporoseryksta pirmiisis dalijimasis,steriliai ant izoliuotq audiniq auginimui skirtos kietos mitybines tcrpds paviriiaus. l)o ilgesnio laiko dulkini atsivcria,ir Ziedadulkespradeda dygti. I5 pradZiqsusidarokalius, o i5 jo regcncruojavisas augalas.Augaleliai pcrkeliami I nauj4 tcrpg, vcliau i diru4. B[tina patikrinti regenerantq chromosomas.Pasitaiko ir diploidq bei poliploidq. Atranka bltina taikant bct kuri b[de1 haploidams gauti. Labai svarbu parinkti n-urrncnt.l ir augalq hormonus, kuriais sutrikdoma normali ivykiq eiga rnikrosporoje.Thdajos l4stclespradcda ncrcglamcntuotaidalytis.Labai lcngvai rcgeneruojatabako Ziedadulkes.Sunku iiauginti augalus ii varpiniq augalLlZicdadulkiq. Chromosomq eliminacija iki haploidinio skaiiiaus. Nors Sis br,rdas irgi taikomasaugalq haploidamsgauti, bet Sitaipgalima gauti ir haploidinesgyvfinq, tarp jq ir Zinduoliq, l4steles.Sujungiami du skirtingi augalq genomai (tolimosioslytines ar somatineshibridizacijos b[du). Tik svarbu, kad r,yktq chromosomq eliminacija ir eliminuotqsi bfitent nereikalingas genomas. Antai mieZiai (Hordetmt vulgare) kryi.minami su laukine mieZiq rlSimi H. bulhosum arba net su kukurlzais (Zea mays). Po chromosomq eliminacijos iSlicka tik H. vulgare genomas. Gaunami mieZiq H. vulgare haploidai (6.7 pav.). Izogeninds augalq linijos. Nepriklausomai nuo to, kaip gaunami dirbtiniai haploidai, jie yra labai silpni ir sterilfis, todel jq chromosomq skaidiuspadvigubinamasiki diploidinio. Thip atkuriamasjq vaisingumas.Tam tikslui augalai paveikiami kolchicinu. :7.1313

411

Y Hordeum vulgare (YY)

H. bulbosum (BB)

Homozigotq gavimo biidai: I5 hanloidu Klasikinis YX <- lvaisa Y T Ir

<- Dulkiniq kulhlra/chromosomrleliminacija

J

J

H - haploidas,haploidqatranka J <- poliploidija D - diploidas J <- Atranka - ivertinimas Beveik izogenine linija

lz - ...In <- [vaisair atranka daugelyje kartq (16ir daugiau)

\^

\' l-.rnbrirrktrlt0ra

,/ ,

t -_

\14'.r'$"

Atranka ir ivertinimas b[tini ne tik patikrinti, ar tikrai gauti haploidai, bet ir ivertinti izogenineslinijas. Nors jos yra ir homozigotinds, bet lvairios, todcl rcikia nustatyti, ko jos vertos. Haploidai yra jvair[s todel, kad hcterozigotiniq organizmq lytinis lEstelds,i5 kuriq jie kilg, yra ivairiq gcnotipq (6.8 pav.). aan

P' . M ' BB

*?r{r:;i"' a**fii;ili"nhrf$r

oo\

Gamolos 1'

tab

AB t,

F,

I

A:b Heterczigota

6.7 pav. Mieiiq monoploidq gavimas tarprfi5inio kryiminimo metodu (pagal A. Sliesaraviiiq. lt)t)2) Ganolos : AB')

I5 haploidq gauti diploidiniai augalai yra geneti5kai gryni homozigotiniai pagal visus genus,t. y. pagal vis4 genomq. Taip gaunamos vadinamosiosizogenindslinijos.

'' ':' AB )

AIA,1Ab\ aB M""At

aB

da,. ,, ^ f;h":^ffi;^ Bb Bb 8b Bb ffi sa |ffi, i A c

Paprastainurndoma, kad yra bcveik izogenini linija. Ths ,,bcvcik" atsiranda ddl to, kad regenerantuosegali ir,ykti genq mutacijos, ir tada pagal pavicnius genus augalasbus heterozigotinis. Homozigotineslinijas gauti yra vienas i5 augalq ir gyvflnq selekcijos uZdaviniq. Kol nebuvo vciksmingq metodq augalq haploidams gauti, gcneti5kaigryni, homozigotiniaiaugalai ir gyv[nai buvo gaunami ilgametcs,daugelyjekartq (8-16), lvaisos (inbrydingo) b[du. Taip sukurtos, pvz., vadinamosios kukr.rr[zq ivaisos linijos. fvaisa, kaip budas gcnetiSkaigryniems gyvfinamsgauti, taikoma iki Siol. Dirbtind ivaisa taikoma tik ticms organizmams,kuric veisiasi autbrydingo b[du. Keliose jq kartose panaudojus ivaisE,i5rySkejavisi heterozigotindje busenoje esantysrecesyviejigenai. Bet tai ilgas kelias. Haploidija (augalq) sutrumpina ji beveik dvigubai: 418

AB

Ab

aB

ab

F. ?

Monoploidai -AA tBB

M bb

aa BB

aa bb

Genotipai

.,Mi

ffi

Fenotipai

1:1:1

1

tEr. :3:3

Ell.l,qvumas = 1i4vtsqgameLl - = Pageidaujami genotipai

I 116 nvidulkiq heterczigott l

(r.8 pav. Dviejq bldq gauti pageidaujamo genotipo homozigotas palyginimas: ii haploidq, pvz., Zicdadulkiq-dulkiniq(kaircje); i5 lytines hibridizacijos/dihibridini<-r kryZminimo (dciincjc) (pagal A. Sliesaravidiq,1992)

419

v 6.3.1.1. Aneuploidija(heteroploidija) Aneuploidija - pavieniq chromosomq skaiiiaus pokyiiai. Ji atsiranda del trijq prieZasdiq: . chromosomq nei5siskyrimokeliaujant dukterinems l4stelems i polius; . chromosomq atsilikimo (turi daug bendro su pirmqia prieZastimi, irgi netaisyklingaipaskirstomosdukterinds chromosomos); . endorcprodukcijos- rei5kinio,kai padvigubejatik paviendschromosomos arba jq dalys. Organizmai, kurie turi pakitusi pavieniq chromosomq skaidiq, yra vadinami aneuploidais. Gana daug Ziniq apic aneuploidusyra skyrelyje apie genomo imprinting4.Thi neiivengiama.Aneuploidijayra ir vienasii budq genomo imprintingui aptikti. Thdiauir pati ji pasireiikiapriklausomainuo genomo imprintingo. Thi bldinga monosomikams (kurie turi ne dvi, o tik vien4 chromosom4). Kai yra genomo imprintingas, monosomikq fenotipas skiriasi priklausomai nuo to, i5 ko paveldetachromosoma* i5 t6vo ar motinos. Be to, genomo imprintingas atskleidc naujq aneuploidijos tip4, kai kariotipas normalus, diploidinis, o fenotipas - su nukrypimais nuo normalios b[senos. Thi disomikai. Jie yra pavcldejg abi homologines chromosomastik i5 motinos arba tik i5 tevo. Kaip ir kitq mutacijLl, ancuploidijos pob[dis priklauso nuo to, kada irykusi mutacija. Kai tai atsitinka somatineselqsteldse,atsiranda mozaikos. Kai aneuploidinis yra lytines lqsteles,aneuploido tip4 daugiausia lemia apsivaisinimas(6.9 pav.). Cia galimi du atvejai: . vienas arba abu t€vai buvo aneuploidai, ir aneuploidija priklausys ne tik nuo apsivaisinimo,bet ir nuo to, kokiq tipq ir kokiu santykiu susidarysaneuploidiniq lytiniq l4steliq; . aneuploidija atsirado naujai del mutacijos generat)'r/inese l4steldse. Bent Zmogausancuploidai daZniausiaiyra tokie. Mat dauguma Zmogausaneuploidq neturi palikuoniq: arba anksti mir5ta, arba yra ncvaisingi. 420

(r.9 pav. Aneuploidijos tipq priklausomybd nuo apsivaisinimo: 2n - normalus cliploiclas:@- clisomikas(abi chromosomosi5 motinos arba ii tcvo); 2 n I m o n o s o m i k a s 1 . 2 n - 2n- u l i s o m i k a s2; n + l t r i s o r n i k a s2; n + 2 - t e t r a s o m i k a s

DaZniausiaisu ancuploidija susiduriamakaip su nauju ir,ykiu. O Siuo atveju dauguma lytiniq lqsteliq yra normalaus kariotipo - ln. ?rigi nors dalis lytiniq l4steliqyra aneuploidines,didZiausiatikimybe yra normalauskariotipo vaikui gimti. Kita vertus,jeigu chromosomq skaidiuspakinta vykstantredukciniamdalijimuisi,lygiai tiek pat susidaro lqsteliqsu anomaliniuchnrmosomqskaidiumin * I ir n * 1. Thip ir pavaizduota6.9 paveiksle. Palikuonis aneuploidasbus tada, kai i5 dviejq susiliejandiqlytiniq lqsteliq bent viena bus aneuploidin6. Priklausomai nuo to, kiek yra homologiniq chromosomr] (pagal t4 chromosomq, kurios skaidiuspakitgs), skiriami: . nulisomikas, kai vienos chromosomq poros apskritai nera: 2n- 2 (susiliejo n - 1 ir n - 1 l4steles); . monosomikas,kai kaZkuri diploido chromosoma yra tik viena: 2n-l (susiliejon ir n - 1 l4steles); . disomikas, kai visos diploido chromosomosyra poromis - 2n (tadiau gali susilieti n - 1 ir n * 1 l4stelds;tada kyla problemq del genomo imprintingo: vien4 chromosomll por4 palikuonis turi tik i5 tevo arba tik i5 motinos); . trisomikas, kai yra trys tos padios homologines chromosomos (susiliejo lytines lqstelesn ir n * 1); . tetrasomikas,kai kariotipe yra keturios tos padios homologinds chromosomos (susilieio n * 1 ir n * 1 lasteles).

42r

Y

r.\tfj;{,

s!.ij'; .j,1: +

E. 5,.-,lir.

-T-'''" . '

21t=-*-

):F . vi\I l/

)-1.1,?

;i3. +:' \: ,::? ;rt}{

{

;* nF "r1 s

;.

sd.'' $P$ Y,,Sj& .VH*' \+s4 $fit r$, : Y t IA

T"S

ID

]B

:A

8.r.r'.

t's' $i ]A

]D

J8

w

E

.'.

..f

r

-t.

.{

}

Yr 1.4.

18

JD

''r{i

t( {,.i

(r.l0 pirv. Visq durnarr)p|s (Datura) chromosomq trisomikai: kairiic - normirlus diploiclas(2n : 24)

A))

i

; j ' : " Ir :::.; %lr

&* -Ev + frii,*' q n: ri . ry\'{p s sA

Gali b[ti dvigubi (2n + 1 + 1), trigubi (2n + 1 + 1 + l) ir t' t' trisomikai,dvigubi (2n + 2 + 2), trigubi (2n + 2 + 2 + 2) it t' t' nulisomikai'Jie gali susidarytctrasomikai,ii aWirkitiai,rnontlstlmikai, ti veZineselqsteldscarba tada, kai autopoliploidq mejoze yra nestabili. Aneuploidq saryb€s.Blekslis(A. F.Blakeslee)ir Belingas(I. Belling) aptiko ir labai dctaliai istyre visq 12 durnaropis (Datura) chrotrisomikus. Visi trisomikai skyrisi vienas nuo kito morfolo*oio.q ginenris sarybimis. pvz., di.Lutds(vaisiaus)forma (6'10 pav')' Aneuploiclai (pvz., visi clurnaropOstrisomikai) yra nc tokie gyvybingi ir vaisingi. Sios ypatybdspriklauso nuo ivairiq aplinkybiq, pirmiausia nuo ancuploidijostipo: trisomijos ne tokios Zalingoskaip monosomijos arba nulisomijos. Bc to, lemia tai, kick gyvybindms funkcijomi svarbiq genq yra vienoje ar kitoje chromosomoje. Cali turiti itakos ir chromosomos dydis. Tai bldinga Zmogui' Vistl 12 stambiqjq zmogauschromosomq trisomikai Liva negimg, o esant maZqjq (pvz., dvideSimtpirmosios) chromosomr4trisomijai, persileidimo gaii'nebuti. Kai kuriq augalq r[Siq aneuploidq negyvybi'gos tik vyIiskosios lytines l4stel6s,tadiau paprastqjq kviediu, kuriq gauti visq chromosomq nulisomikai(6.11 pav.), 14 nulisomikq sudard negyvybingas motcri5kas gametas.7 - sterilias Ziedadulkes' Aneuploidijos reik5m6. Monosomikai naudojami chromosomoms kartografiroti, monosomikai ir nulisomikai - vieno organizmo chromosomrl porai keisti kito organizmo chromosomll pora'

n S i$

,l

.o

i^

68

"t (D

7A

18

{#

*.

t,&

1+ 7D

Nu.,r,ilu,

fi.ll pav. Visq kvieiio (Trilicum aestivum) chromosomrl nulisomikai: n--7; 7): ucslitum 6x=42; A, B, (l - 1rys hcksaploido g c n o m a i

Znrogaus ancuploidijossvarba galima isitikinti i5 duomenq, kuric patcikti 6.12 paveikslc.Nors tai senoki duomenys fiis sudarytas pagal K. Sankaranarayanan, 1979m.), bet jie pakankamai atspindi csam4 padcti. Bc to. mutacijq daZniai sryruoja ivairiose populiaciiose. Siaip ar taip, bct i5 visq girnusiqjqvaikq net 37o sudaro aneuploidai. Tarp savaiminiq persileidimq chromosomq pokydiams tenka apie 50o/o.Pusc jq yra aneuploidai. Tiriant Zmogitus aneuploiclusnustatyta, kad spccifiniai poZymiai arba poZymiq kompleksai (sindromai) bldingi tik kai kuriems aneuplcridams,pvz., X monosomijai, Dauno sindromui, Patau sindromui (tryliktosioschromosomostrisomija). Zmogaus autosomq aneuploidija. Levanas (A. Levan) ir TZijo (J. H.!io) 19-56m. sukfire metodq Zmogauschromosomomstirti somatiniq l4steliq kult[rose. Pritaikgs 5i mctod4, 1959 m. pranclzt4 genetikas LeZenas (J. Lejeune) aptiko pirmuosius Zmogaus aneuploidus.Jis lrode, kad Zrnones,sergantysDauno liga, yra dvideSimt pirmosios chromosomos trisomikai. Sergantys Sia liga yra psichi5kai ir fizi5kai atsilikg, bldinga hipotonija. Jq imunitetas susilpnejgs, linkq sirgti leukemija. Didelis mirtingumas ir trumpas amZius. Nuostab4 keltl gana vienoda visq Dauno liga sergandiqjq +L-)

priklerusonuo motinq amZiaus, todel pagal nustatytE tvark4 Lietuvoje \yresnds kaip 35 m. amZiausne5iios moterys turctrl pasitikrinti genetikos centruose. Thip galima i5vengtivisrl anomalijq, kurias sukelia chromosonrqskaiiiaus ir sandaros pokydiai. Dauno ligai. kaip ir daugeliui kitq Zmogausgenomo mutacijq, bDdingas nevisiSkas penetrantiSkumas (lot. penetro - isiskverbimas)ir ekspreslvumas (i5raiika).Pasitaikoasmeffi nq, kuric turi tris 21-4siaschrom o s o m a s .b e t y r a n o r m a l i o s (r.13 pav. Dauno sindromas: psichikosarba Dauno ligos poi - lisonio vcidas; 2 - dcnris rainclcjc; svciko Zmosnus, z,vmiai pasireiikia nevicnodai. dclno dcrnratoglifika:-l 4, -5 - scrganiiojo Dauno liga (pae:rl A. A p t i k t a a s m c n u .k u r i e s t i p r i u u Sinkq, l9tt9) ar silpniauscrga Dauno liga ir skaituri normalq chromosctmq diq. I5tyrusjq chromosonras,nustatytoschromosomq mutaciios 2lRrdil pamatuotaikyla klausinras.kuris 2l-osios ojoje chromosornoje. chromosomos segmcntasar gcnas sukelia 5i.1lig4. Dozeijautrfis genai. Iityrus ivairias21-osioschromosomosmutacijas, nustatyta,kad Dauno liga sietina su 21-osioschromosomos ilgojo peties 22 scgmentu 21q22. Sis segmentasvadinamasDSCR *s{&,

85% - gyvrl gimusiqjq

,urrtrq

i

3,9%ir atitinkamai 26%- trisomijos

| ,35o/o,arba 9o/oXO kariotipas

] t , z 8 l t .a r b at r , s %i triploidai

(r.l2 puv. lvairiq Znrogauschront
i3vaizda, nors jic b[tq visiikai ne gimines: apvalus ,,menulio,, veidas. istriZos akys, akies meclialiniame kampe odos raukile - epikantas, didelis lieZuvis, plati ploksiia nosis, sirdies clefektai ir kt. Bldinga dclno raukile: yra tik viena lenkiamoji raukile (6.13 pav.). Vyrai sterilns. Sio sinclromo daZnis, A. Sinkaus cluomenimis. I is 600-800 naujagimiq. Thdiau pastcbeta, kad aneuploidq, tarp jq ir serganciq Dauno liga, blna gerokai daugiau, kai gimdo r,yresnds negu 35 metq moterys (6.1 lentele). Ir kitq aneuploidq daZnis 424

L

pl **r

ry ffi

6.1 lentclc. Dauno liga ir motinos amiius (rcnriantisF. Vogel, A.G. Motulsky, 1991) Motinos amZiusm.

30 3_5 37 39 4l 43 Aoskritai

grnrus

l/700 t/450 l/2,50 l/150 I/80 l/50 l/650

Dauno ligos daZnis vaisiaustvrimri amniono chori<.rno saurelio

I t250 l/150 l / r0 0 t/60 I t35

I t240 l/133 It15 1t44 U23

. tl <

v (angl' Down syntlromacitic'ar region). Jis yra apie 4 Mb ir jame nustarytaapic 20 genq (o ruretq blti apie 50-100).DSCR uptitti genai' kurie bevcikvisiskainusrojaveikti, kai iq
7-mogaus 21-oji chrontclsoma yra ne vienintele, kurioje yra genq,

slopinamqtrigubosiq dozcs.prisiminkimeX chromo.somos DJ.s (DAXI) lokus:1 er. 5.r4 pav.),kurio paclvigubejimas sukcriaXy ryties revcrsii4.Kitq Zmogausaneuproidqfenotipr pokyiiai irgi siejami su qcnais,kuriq veiklapriklausonuo dozes. verta prisiminti,kad III skyriujcnagrinejome prieling4reiskini: kuo daugiaugeno kopijq, tuo daugiaupasigaminageno ioduojamq produktq.Vrdinasi,genai ir pagalclozgyri ivairlsl Trylikt'sios chromosomostrisomija (patau sindromrs). N.ujagimiams bDdinga srncgcnrla , k i q . i i r d i c s d c l c k t a i . n c s u a u s u s li 1 1 p . i r . g ( ) n r u r y s , poliiaktilija (daugi"a_ -_ piritiikumas) ir kr. .lic ncilgai sy/ena lpic'90 pirq. OrZnl. I iS 1{J(XX)_20000 rtaujagimiq'Idonru, kad apie 80% vaikq su Patau sinclronru ginrstabirZclio-lapkridio m c n c sj . AStuonioliktosioschromosomostrisonrija (fidvardso sinclromas). Liggnrams ats i l i k u s i p s i c h t l m o l t l r i n i r i t i d a , n t a Z c s n ck u n o n r a s e . N a u j a g i m i a m sb I d i n g . s s m a i lios. zcn.riaunegtt nornlaliui ausys,odos pertcklius ant kakio, sirilics yctos,pakitusi 'nciigyvcnar kiruk.lcs lirrma ir kr. N.u.iagirniai irei 75 E}c/r.visq naulagirniu yra nrcrguitis. f)a2nis I iS -50(X)l0(XX) naujagimiq.

Labai ret.i aptinkilma7, 8, 9 ir 22 chr.mosomlrtrisomikq,ir . tai pirmqjq - tik nrozaikos.Daugcrisaurosr-rmu aneuproidqz[va fliejq iki gimstant. Lytiniq chromosomqaneuproidams b[dingasdar sirpnesnis penetranti5kumas ir labai nevienodasincrron'q,iisku, patygintisu autosomLlancuploidaisTodgl darisaneuploidq,kuriq fenotlpu. norn'ulus,apskritailieka neisaiikinti. ,,vyriskq"kiriotipq aneupioidij a daLniausiaipasirei5kiakaip Klainfeltcrio (Ktinafelte ry'sinclromas. XXY trisomija - tipiskas (,,krasikinis")Krainferteriosindromas. Pasirei5kia labai ivairiai.Vyrai craZniausiai yra istisgir proni, maLomis gonadomis, neissirysto spcrmatozoidai (azoospermiia;. Gimstavrenas iS 500-1000berniukq. 426

Vyrq XYY. Tipi5ku arveju ',yrai aukSto ugio, pasizymi neadekvadia f reakcija i5kilus konfliktams, agresy,! wmu. Rcmiantis Siuo sindromu, nu*,* sikalstamum4neteisingai bandyta ai5kinti ne socialinemis,o tik biologinemis prieZastimis.Kai kuriais n "n atvejais chrulmosomq analize gali blti rimtas rodiklis sprendZiant Zmogauspakaltinamum4. Thdiau vyrq su XXY tarp nusikalteliq yra labai nedaug. Vicnas i5 rodikliq nu(r.l,l pav. Ternerio sindromas: sikaltclio kariotipui patikrinti laikor1,ikikaklo raukili (ii A. Sinkaus, mas jo aukStaslgis. Thrp kitko, suleftg) sidometa ir sportininkais.AukitaDsiq sportininkq kariotipas buvo tiriamas, bet jo pokydiq noaptikta. Moterq X monosomija vadinama Ternerio (Ti.rrner) sindromu. Gimsta viena iS 2.500nrergaidiu.Moterys blrna Zemo [gio, kartais ,.sfinksoveido" dcl budingos sparnineskaklo nruk5lds(6.14 pav.), ncvaisingos,bldinga nenormali kiauSidZiqraida ir lytinis infantilizmas ir kt. PsichikadaZniausiainormali.

$

f*

6.3.2.Chromosomqmutacijos Sios mutacijos dar vadinamoschromosomqaberacijomis,nedarant skirtumo tarp tq pokyiiq, kuric atsiranda l4stelg paveikus mutagenu ir kuriq didcle dalis i5nykstadaZnaijau po pirmojo l4steliq dalijimosi, ir tq sandarospokyditl, kuric pavcldimi l4steliq/organizmq kartosc. Sios knygos autorius laikosi nuomoncs,kad Siuosdu chromosomq sandaros pokydius, nors jie ir tos padios kilmds, - reikia vcrtinti difcrencijuotai. Chromosomq mutacijos yra chromosomos sandaros pokydiai, aptinkami genetiniais ir citogenetiniaismetodais. Chromosomq mutacijas galima stebeti Sviesiniumikroskopu. Jos yra ivairirl tipq, priklausomai nuo tipo skirtingai pasirei5kiagenetiSkai. Chromosomrl mutacijoms citogeneti5kaiaptikti yra du bendri visiemsjq tipams bldai: 411 aLt

i

.q\lt$1$19*

'7a

-A

""% ?*. *q ;n**"* " 6-

r"{t7,,,*rur*-+ S,ht+,u, -"ar;! -S€ N

S €'/r

#'

A'ft7 k '" #, %nn$ %G

Chromosomq mutacijos Zyminrossutartiniais Zcnklais:

iil1,#/-* .'',:'lt,ftq 'l'

I:JJ5

6.15 pav. Ttanslokacija (1), delecija (2), inversijos (3,41 irjudriojo genomo elemento P insercija (.5) politenin6se drozofilos chromosomose: -5- isitcrpq.6 papilclrrmicliskai3A.1-3A(r(pa-ualE. Alrcnburg, 19.57. -5_ M. J. Sinrmons, J. K. Lirn, 1980)

' nustafyti chromosomq struktfiros pokydius clazant chromosomas diferencijuotaiarba spalvotai; . tirti horncrloginiqchromosclmq konjugacriE,kai vicnoje iq yra normali genq seka, antroje - chromosomqmutacija. 1996nr. surastasbhclas,kaip skirtingornisspalvomisnudazytivis4 zmogauskariotip4 (1,. r.l2 pav.). Kickvicna ihromosoma nusidaZo skirtinga spalva ir atspalviu.Thi atriekama parinkus filtrus ir daiant SciiaisskirtingaisfluorcscuojaniiaisclaZais.Spalvclsir atspalviaianal i z u o j a m ik o n r p i u t c r i u . Antrasis b[das - klasikinis.Kaip mincra, vicnoje is homologiniq chrom.somq turi btiti chromosomumutacija,kitojc - normali genq scka. Trkiojc padctyje horn.logi.is chromosomosk.njuguoja nciprastu budu, ir tai matoma svicsiniumikroskopu.Kai kuriq brganizmq (drozofilos, uod, trlklio ir kt.) chromosomq mutacijas tirti lcngviau todcl. kad jos turi politenincschromosomas,kuriclsmatomos koniugavusi.s ir sonratinise (pvz., sciliu liaukq) l4stelcse.Tokiq chromosomq nereikia daZyti diferencinio dazymo budu, ncs jose matyti Balbijanio Liedai ir nustatomi net paryginti mazi chromlsomq sandaros pokyiiai (6.15pav.). Pagal pokydiq pobfidf chromosomq mutaciios skirstomos vidui chromosominesir tarpchromosomines: viduchromosomindsmutzrcijcls yra delecijos,duplikacijos,inversijos, insercijos,viduchromosominestranslokacijos; tarpchromosominiq mutacijq yra vienas tipas _ tarpchromoso_ mines translokacijos.

428

u

. delecija = del, pvz., del5p-, t. 1,. penktosios chromosomostrumpojo peties delccija; . duplikacija = dup, pvz., duplq+, t. y. pirnrosioschromosomosilgojo pcties duplikacija; . inversija = inv, pvz., invl2qll-13, t. y. dvyliktosios chromosomos ilgojo p c t i e s l 1 - 1 3 s c g m e n t qi n v c r s i j a ; . translokacija = t, pvz., --5,-12,t(5pl2p) - dvi tarpchromosomincstranslokacijos, apsikeistascgntcntaistarp -5-1v5io5 ir l2-osioschromosomutrunrpqjq peiiq; . ir kiti.

Delecija (6.16 pav., 2) - chromosomosdalies i5krita. Kai delecija vra chromosomosvidineje dalyje, kad chronrosomqkonjugacijar,yktq lokusas i lokusiy,toje homologinijc chromosomoje,kuri yra normalios sandaros,susidaro kilpa: segmentas,neturintis homologo, ,,pralcidZiamas". Tiro tarpu chromosoma su delecija chromosomos gale yra tik trumpcsne uZ normalizlchromosomq. Iikritus segmcntui,kuriame yra dominuojantisgcnas,del hemizigotinesblsenos fenotipe pasirei5kiarecesyvicjigenai. Stambiosdelecijos, taip pat gyvybei svarbiq gcnq dclccijos yra letalios. Delecijornispasinaudojamirnorint nustatyti genq viet4 chromosomoje. Jos gali bfiti paveldimq Zmogaus defektq prieZastis. PavyzdZiui. kai Zmogauspenktojojechromosomojei5kritusidalis trumpesniojo petics, paveldcjusiq Sizlchromosom4 naLrjagimiqriksmas primena kates kniaukim4.Todel Si anomalijapavadinta,,kateskniaukinro" sindromu, nors yra ncmaZa ir kitokiq morfologiniq pokydiq: ..rnenulio"veidas,rnikrocefalija,pakitusi akiq forma ir kt. Veliau Sis riksmas praeina, tik labai i5sigandgZntones suklykia katds balsu. Duplikacija - chromosomq mutacija, kai chromclsomojesegmentas yra padvigubejgs.Kai pasikartojantyssegmcntai seka vienas paskui kitq, tokios duplikacijosvadinamostandemin€mis.Jos i5 dalies

-ilili l-tl tw

0t,

,\ t) (o(

trlctafaze

r

Ir :\

lr--r-rol:-lr h

c

nd -----------1_,/\lcta I r1c Skr'rsjnis ccntromer0s pasidalijimas

r

::,1i1ll;:.,", pasidrli.jinas

abc 6. l6 pav. Izochromosomq susidarymas (D) ir konjugacija (c): zr - normalus chromatidZiu oasiskirstvmas

429

aptartos dcstant netolygq krosingoveri.Pavyzdliu gali bfiti drozofilos mutacija Bar. Tai vieno lokuso padvigub6jimasarba patrigubejimas (Zr. 1.9 pav.). Del duplikacijq, ypad dideliu segmentq,gali sumaZetigvybingumas. Thiiau. kaip daug kartq buvo galima isitikinti, del kai kuriq gcnq duplikiicijuorganizmaitampa atsparcsniivairiemsaplinkos poveikiams. Taip atsirado gcnomc kartotiniai genai, kuriq svarba jau nagrinita. Nuo duplikacijq prasideda ir naujq genq evoliucija: ddl mutacijq i5 pradZiq du visiSkaitapat[s lokusai pradeda skirtis, pasirciikia .jq divcrgencija. Izochromosomos(gr. rsos - lygus), Zymimos i. Kartais lygiapetes, metacentrineschromosomosturi vicnodq genetiniq ypatybiq ir struktfiros pciius. Tiksliau,izochromosomos pediai kaip veidrodyjcatspindi vienas kiti1, pvz., ABCDcenDCBA. Jos iitsiranda netaisyklingaipasidali.iusccntromcrai (6.16 pav.). Mcjozeje ji gali konjuguoti labai ivairiai: vicnas chromosomospetys su kitu arba su atitinkamu kitos homologinis chromosclmospetimi, arba i5 karto abiem bldais. Inversija (6.15 pav., 3 ir 1) b[na tada, kai chromosomossegmentas pasisuka 180'. Po inversijos genctines mcdZiagoslieka tiek pat, h c t p l r k i n t ar e n q v i e t a . Konjugavuschrcmosomoms,kuriu vienojc yra normali genq seka, o kito.jc inversija,susidarosudctingakilpa (..nrirtieskilpa"). Paprasdiausios, paraccntrinestranslokacijoskilpa pavaizduotzr 6.15 paveiksle. Inversijos skirstomos j jvairius tipus pagal pokydiq pob[di. S v u r h u2 i n o l i d u i n v c r s i j qt i p u s : . paracentrin6 inversija, kai pasisukantis180' chromosomossegmcntas neturi ccntromeros; . pericentrine inversija, kai invcrtuotamcscgmenteyra centromlrra. Kilpa Siuo atveju sudetingesnc. Gcnetiniuosc tyrimuose invcrsijos naudojamos norint iSvengti krosingoverio. I5 tikrqjq jos krosingoverio neslopina, bet jam ivykus tarp homologiniq chromosomq, kuriq vienoje yr:r normali seka, o kitoje - invcrsija, susidaro geneti5kai nesubalansuotos,toddl negyvybingoslytines l4steles (6.17 pav., a). Viena i5 lzlsteliqturi chronrosomildicentrikq (su dvicm centromeromis).Be to, lokusas A(a) yra padvigubejgs, o lokuso E(e) Siojc chromosomoje visai nira. Antroji chromosoma visai be centromeros, be to, lokusas

43t)

.\DC'BE

E(e) yra padvigubejgs,o lokuso A(a) nera. Abiejq tipq chromor-,--^-'' .;-abcdr sqlygoja negyvybingas lytisomos //\\ ,/\ nes l4steles.Bet kai ivyksta dvirt\ gubas krosingoveris (6.I7 pav., b), susidaro gyvyhingos lytines l4steles. Insercijos, arba intarpai, (6.15 pav.,5) atsirandaivairiais bldais isitcrpus svetimai DNR. Jas, pvz., sukelia virusai, egzogenineDNR. r-________ .__ Mejozeje jos sudaro kilpas, pana------r-iias i delccijq. Tik Siuo atveju r',.trp1u.viengubas ta) ildvigubas(Dt awirkidiai:nehomologini,,,atliekakrosingoveris tarp homologiniq chromom4" segment4turi pakitusi chrosomq, i5 kuriq vienoje yra inversi.ia mosoma. Tbrp kitko, panaiios kilpos yra ir duplikaci.iq. Thanslokacijos.Pladiqiaprasme translokacijomisvadinami visi poscgmentaspakeidia vietE: ii vicnos vietos kydiai, kai chrc'rmosomos patenka i kit:r tojc padioje chrttmtlsomojearba i5 vienos homologinds chromosomospereina I kitq. Visa tai yra viduchromosomindstran' slokacijos.Chromosomosscgmentasgali blti perkeltas ir i5 vienos tlai nehomologinis chromosomos i kit4 nehomrlloging chromtlsom4. tarpchromosomindstranslokacijos.Jos skiriasi nucl viduchromosominiq translokacijq genetiniu ir fenotipiniu reiSkimusi. Tianslokacijos gali lvykti ivairiaisbldais: del judriqjq genomo elementq,gcnetines rekombinacijos,mutagenezes.Tirigi pagal kilmg tai miiri grupc. Robertsonotranslokacijos.Skirtingai nuo izochromosclmq,gali susilicti nehonrokrgindschrontosontos. Robertsono translokacijos atsiranda susiliejant nehomologiniq chromosomu centromeroms: -

V /\

Robertsonotranslokacija

431

Kad Robcrtsono translokaciia butq gyvybinga. t. y, kad susidarytrl subalansuota(nepraradusigenq) chromosoma,turi susilieti dvi akrocentrineschromosom()sper jq centromeras,panaiiai kaip susidarant izochromosomai.Keitimasis chromosomq pediais vyksta centromerinio hcterochromatino(a kartotiniu seku) sankauposvietoje. Del Robertsono translokacijoskariotipe sumaZejaviena chromosoma. Todcl kariotipirs uZraiomas nurodant ir tas chromosomas,kttrios susiliejo: J5, XX -14, -21, +t(t,1, 2l), t. y. vvrils. kurio kariotil.rcsusiliejusios14-o1iir 2 l - o j i c h r o n r r ) s o m o sT.h d j i s t u r i t i k ' 1 - 5c h r o m o s o r n a so, * t ( 1 4 , 2 1 ) - t a i p n u r o d o m l r R o l t c r t s o n ol r r n s l o k l t c i j : t .

Tarpchromosomindstranslokaci.ios(6.15 pav., 1). Kai keidiamasi fraemcntaistarp nphomologiniqchrclmosomq.translokacijavadinama reciprokine. Tianslokacijayrzr nereciprokind,kai vicnde i5 nehomologiniq chrcmosomqyra translokuotasscgmentas,o kitoie - delecija. PavyzdZiui,LcZcnas 1963 m. apraii vienos ieimos naujagimi su .,katis kniaukinro" sindromu. Vienojc i5 dviejq penktqjq vaiko motirroschromosomqbuvo delcciiii,o vienoje ii penkioliktqjq- transkrktcija. Motina buvo svcika, ncs genq balansasnebuvo paieistas. Vaikui, kr,rrisi5 nrotinos pavcldcjo pcnktqj4 chrcxrosonrilsu delecija ir pcnkioliktilj4 normali4, o iS tivo - abi normalias chromosomas, pasireiikc ..katis kniaukimo" sindromas.Vaikai, kuric ii motinos paveldcjo tik pcnkioliktEj4chromosom4su translokacija(pcnktoji chromosoma buvo normali). turejo ivairiq kitLr sutrikimq.

'T::::" llffi C#-@a'f,*i('_w ,a1iruL,ffi-'@L1ffi i-m C-",lBarya--'@

(r.ltl pirv. (ienetinis b0ttas tarpchrornosonrin0m, t.onrl,rk'o'.i.iomsaptikti (analizuojantysis kryiminimas)

Genetiniais metodais tarpchromosomindstranslokacijos:tptinkakryZmimos tiriant genq sankib4(6.18 pav.). Kai analizuojandiaisiais nimais tiriamcls chromosomossu normalia genq seka, lygiu santykiu susidaro4 tipq gametos,taip pat palikuonys,t. y. l:1:1:1. Visi vienodai gyvybingi.Kai individo chromosomoscheterozigotinejcbDkleje yra translokacija, nors ir susidaro lirgiu santykiu 4 lytiniq l4steliq tipai, bet dviejq yra geneti5kainesubalansuotoschromosomos:AD cd ir ah CB. Sios lqsteles ir i5 ju kilusios zigotos nei5gyvena.Vadinasi, atlikus analizuojarntijikryZminimq, vietoj 4 zigot1 tipq gaunama tik 2, santykiu l:1.

?trpchromosorninestranslokacijasgalima nustatyti citogenetiniais rnetodais rnejozcje ir mitozejc. fiigantiniq clrromttsrlntqmitozcjc susidaro labai savitas vaizclas.Mcjozcs I zigotcnoje. kad chromosornos konjuguotlr latrai tiksliai, lukusas i lokus4, kcturios chronrosomos sudaro kryZiq, kuris toliau I dipkrtcnoje-diakinezcje, homologinems chromosclmomsi5siskiriant.virsta Zicdu. Ii Zicdo susidaro kcturiq tiprt ganretos: AB BA ilD DI DA 48, DC CR, ncs achromatincsvcrpstis sihlai pric Zicdo gali prisitvirtinti dvejopai. Tirciau visos iios lytincs l4stclcs yra gcnetiikai ncsubalansuot()s, todel negyrrybingos.Gyvybingos lytines lastclis buna tada, kai i5 Zicdo susidaroaituoniukc. Mat Zicdaserdviniu atZvilgiuyra ncstirbili figlra, jis pcrsisuka sudarydamasaituoniukg. Ji visuonret iSsidisto visu ilgiu pusiaujo plokitumos link, toddl ii jos susidaro tik dviejq tipq lytines l4steles:AB CD ir 4DCr9. Jos yra genc'tiikai subalansuotosir gyvybingos (6. 19 pav.). Praktind translokacijq nauda. Tai toks chromosomq mutacijrl tipas, kurio labai r[pestingai kuriamos genetinds kolekcijos. Mat del tarpchromosominiu translokacijq gcnai atsicluriernaujose sankibos grupdse. Kokia Sio reiSkinio praktine nauda, geriausiaipasiaiSkintikonkretiu pavyztlLiu- translokacijq taikymu Zymeti lyti. Chromosomos segmentas i5 autosomosgali b[ti translokuotasne tik i kit4 autosomq, bet ir i lytines X ar net Y chromosomas.Thi i5 esmes keidia paveldejimo pobudi:

+JZ

26.131.1

Tianslokacijos gali buti aptinkamos genetiniais ir citogenetiniais metodais.

+J-)

w

i5 autosomosi X chromclsomzitranslokuoti genai tampa ,,sukibusiais" su lytimi;

. i5 autosomosi Y chromosom4translokuotigenaitampaholandriniais.

xd

rilil) \-1 ft""t

jonizuojanT[ro pasinaudotalyc*iaizymcti.Ap5vitinusSilkverpius diaisiaisspinduliaissukeliamichromosomqtrukiai bei translokacijos. Taip par,ykogeni].kuris lcmia juoda kiauiincliuspalva,i5 autosomos perkclti i Y chromosom4(drugiqji daZnaizymimaW, atitinkamaiX zymimaZ: XX yra patineliai,XY - pateles)'Kokia Sio chromosoma darbo prasmi? Nuvyniojant iilkverpio kokonus, ii kuriq i5sirystysryriSkos lyties drugys, gaunama 30o/o
IS stambesniq chromosomq mutacijq daZniausiai pasitaiko Robertsono translokacijosir reciprokines (abipuses)subalansuotostranslokacijos.Thi galima nesunkiai paai5kinti. Subalansuotoschromosomq mutacijos arba visi5kai nepaleiclLiafenotipo (asmenys normalls), arba fenotipas pal.eidLiamassilpniau negu esant kariotipe tik vienai i5 dviejq (buvusiq subalansucttq)chromosomq mutacijq:

434

28.

/,igo|dl

i

fi.

*4'

6

^ff",:L" ^'$ ^,fi;$,. "I:"

\

ll

n)

/l ((

O,U

n

i (

TJg

6.2() puv. silkverpio kiauiindliq spalvos (tamsdjandiq) geno translokacija iI autosomos i Y chromosomq (pagal. V. Strunikovq, 1983)

tc, kad ,,kadiqkniaukimo" (pranc. cri du chat) sindromasatsirandadel dclecijos S-osioschromosomostrumpajamc pctyje delSp-. Sio sindromo ypatybesjau minctos ir anksiiaLr.Tiriiau pats sindromasgali atsirasti ir del kitq -5-osicls chromosomosmutacijq: Ziedineschromosomos, translokacijq. Sindronras iSsivysto, kai prarandami 5pl4l5 segmentai. Tris paiiais l9(r3 nr. pasirodc pirmoji publikacija apic kitE zmogaus chronrosomq mutacijil - lf3-osioschromosomostrumpojo petics dclecijzldellSp-. Jq aptiko de Gruiy (J. de Crouchy) su bcrrdradarbiais.De I Sios delccijos vaikai protiikai atsilikg, d c l l t i p - s i n c l r o m op o z y m i a i p a n a i u s i D a u n o , T c r n e r i o i r k t . s i n d r o m q . B t d i n g o s litbai didelcs ausys. ltarimas clcl Sio sindrclmo kyla tada, kai asmuo visiSkaincturi plauku arbir ,vra vicnaakis (ciklopija). arba bc nosics (arinija).

Pagal delecijastiriama ir genq sankiba bei artimai sukibg genai.

435

- Subalansuota translokacija 46,t (7p*, 10p-): translokacija i 7-'4lq chr. (7p+) i5 lO-osios chr.; iioje yra delecija (l0p-)

,t1

O

a

i ,- _ , f -E l

- Palikuonys, kurie paveldejo tik translokacijq 46,1 (7p+) - Asmenls. kuriq kariotipas buvo tirtas

Kartais klausiama: kodcl apskritai pakinta fenotipas, jeigu yra subalansuotoschromosomq mutacijos? Atsakymas paprastas.PaZeidZiamasmutacijos riboje esantisgenas- gali bfiti jo mikrodeleciia ir p a n . T a s p a t g a l i a t s i t i k t i i r t r a n s l t r k u o t os e g m c n t os u s i j u n g i m os u chromosoma vietoje. Bc to, gali pasireikSti padcties efektas. Taip, pvz.l yra su filadclfine 22-,ya chromosoma.Nors tai yra reciprokind trirnslokacijatarp 22-osiosir 9-osioschromosom\ t(9;22) (q34; ql1), \ystosi micloidine (kaulq diulpq) leukozi. Mat nukcndia translokacijos ribojc 9-ojoje chromosomoje esantis onkogenas c-ALB. Zrnogauschromosomq ir genomo mutacijq bendra ypatybe yra ta, kad jos daZniausiaiyra nauji ivykiai tcvq lqsteldse.Mutacijas paveldijq vaikai, bet daZnaiSiojekartoje jos eliminuojasi. Daugelis chromosomq ir gcnomo mutacijq pasi5alinaiki gimst a n t . D i l u g a s m c n q .g i m u s i qs u c h r o m o s o m qi r g c n o m o m u t a c i j o m i s . mir5ta nepalikg palikuoniq, yra nevaisingi.A. Sinkaus duomenimis, apie 167o tirtq vyrq, kuriems sperma nesigamino,tur6jo pakitusi kariotip4 (lytiniq chromosomqanomalijas). Chromosomq mutacijq tyrimai Lietuvoje atliekami dviejuosecentruose: Vilniaus universitetoZmogausgenetikoscentre (V. Kudinskas) prcnatalind diagnostika ir Kauno medicinos universitete (A. Sinkus) naujagimiq ir ivairaus amZiaus asmenrl chromosominesligos/sindromai. Labiau besidomintiemsZmogausgenomo ir chromosomqmutacijomis rekomenrluotinaA. Sinkaus,,Zmogauschromosominesligos" (Vilnius: Mokslas, 1989).Joje pateikiami ir fyrimq Lietuvoje rezultatai.

mosomq mutacijas, tik skiriasi dydZiu. Jie yra vieno geno ribose. Geno viduje geriausiai iStirti intarpai ir iskritos. Kaip jau mineta, po tokiq pokyiiq geno kodonq skaitymaspasislenka,todel Sios mu_ tacijos vadinamos rdmelio poslinkio mutacijomis (angl. frameshift). Po tokiq mutacijq gcnas buna neveiklus. Pakaitos bfidingos tik genq muracijoms. Jos dviejq tipq. l. Thanzicijos(lot. transitus- perejimas),kai purinas pakeiiiamas purinu arba pirimidinas - pirimidinu: A<+G arba T<+C 2. Thansversijos(lot. trans + versict- atmaina), kai pirimidinas pakeidiamaspurinu arba purinas - pirimidinu:

T<+A

TJ TJ G<+C Del pakaitq gali b[ti trijq tipq genq mutacijos: . neutralios,kai kodonc pasikeidia3-iasisnukleotidasir kodonq prnsme ncsikeidia,pvz., CCA (Pro)-+CCG (pro), ACC (Thr)-+ACA (Thr), GGG (Gly)+GGA (Gly) ir pan.; . misensmutacijos - klaidingos prasmes mutacijos: geno koduojamamc baltyme vietoj vicnos erminorlgiticsb[na kita - sintetinami mLrtantiniaibaltymai; . nonsensmutacijos, del kuriq aminorlgitis koduolantys kodonai virsta beprasmiaiskoclonais.Kai geno viduje atsiranda beprasmis kodonas,baltymo sintezenutrlksta. prisiminkime,kad Sios mutacijos vadinamos pagal tai, koks beprasmis kodonas geno viduic ntsiranda:

UAG _ antbe4 UAA _ ochre, UGA - opal. Mutacijos pagal fenotipo pokyiius grupuojamosjvairiai. Pagal ivairias fcnotipo sar,ybesskiriamos:

6.3.3.Genq mutacijos

morfologines, fiziologines-biologines,biocheminds mutacijos pagal tai, koks poZymis pakito;

Genq mutacijq tipai. Sios mutacijos dar vadinamos ta5kindmis. atskirq gcnq pokydiai. Didele dalis geno pokydiq atitinka chro-

gyvybingos, pusiauletaliosir letaliosmutacijos- pagal atsiliepegnybingumui;

436

vaisingos(fertilios),pusiausterilios,steriliosmutacijos- pagal vaisingum4; temperatlrines(ts) - pagal jautrum4 temperat[rai. Morfologin€s mutacijos - tai organq, stambesniq ar smulkesniq morfologiniq pozymiq pokydiai. Wz', Lmogausskeleto pokydiai, polidaktilija. Thrp morfologiniq mutacijq i atskir4 tip4 skiriamos daug kartq rninetos homeozindsmutacijos, kai vietoj vieno organo r,listosi kitas. Thi drozofilos mutacijos Antennapedio (vietoj antenos koja), bithctrar (T. scgmcntasvirsta T,, toddl turi dvi poras sparnq) ir kt' Fiziologinds mutacijos - tai paveldimi biologiniq-fiziologiniq poZymiq pokydiai, pvz., cirkadiniq ritmq, sezoniniq rei5kiniq, augalq zydejimo arba vegetacijostrukmds, medZiagl] transporto ir kt. PavyzdZiui, kukuruzq mutanto ,,tinginc" sutrikqsaugalq augimo hormono todel pakitusi augalq geotropine reakhetcroauksinopasiskirstymzrs, jie Pavcldimi gyvfinq elgsenosnukrypaviriiumi. SliauZiaZemds cija: pimai irgi yra biologines mutacijos. Biocheminds mutacijos - tai paveldimi biocheminiq rcakcijq pokyiiai: tai jvairiq organizmq albinosai,paveldimosZmogausmetabolizrno ligos: porfirija (kaupiasi porfirinai), fc-nilketonurija.tirozinozri (sutrikusi fenilalaninobei tirozino apykaita) ir kt. (6.21 pav.).

p - hidroksif'enilpiruvo rhgStis

+3i

2.5- dihidrol<sitcnilpiruvo --* lfr6W"li+...c,9

+ Ir,o

6.21 pav. Paveldimosmetabolizmoligos, susijusiossu fenilalanino apykaita Zmogaus organizme: ffil - tiga su!e!l!r nrctabolito perteklius: 1 - fenilkctclnurija;-3 tirozinclzd;5 alkaptonurija;| | tlga sukelia metabolito stoka: 24, 2h, 2c trrjq tipq krctinizmas; 4 - albinizmas

438

6.22 pil. Chlorofilo sintezts atsistatymas pomidorq mutanto chloronemalapuose po poveikio Fe EDTA: kaireje nrrrmalaus augalo (+ +), dciincje - chloronen'a (chlnchln), vidr"rryic<'hlnchln po povcikio Fe E.DTA (ii H. Btihmc, G. Scholz, 1960)

Visos Sios trys mutacijq grupcs yra labai s4lygines.Metabolizmo ligos sukclia jvairius mortbloginius pokyiius. Kai kurios mutacijos priskiriamoskitoms grupims, nors pagaljq i5ai5kinimometod4 jos turetq b[ti biocheminis. PalyzdZiui,kai kurie augalq chlorofiliniai mutantai (pomidorq chloronen'a- lapo gyslosZalios,o tarpgysliaipagcltg) normalizuojasijskiepijusjuos i normahl augal4.Thip nustatomi augalq biocheminiaimutantai.Thiiau i5 tikrqjq Siq mutantu sutrikgsgeleZies jq fenotipa normalizuojageleZiesdruskqpriedas(6.22pav.). isisavinimas: Del keliq svarbiq praktiniq taikymq plaiiau panagrinisime biochemincs mutacijas(Zr. toliau). Miolerio mutacijq klasifikacija. 1932 m. Mioleris pasille mutacij tai, kaip mutacija keite poZym!: a) jq klasifikacijq,atsiZvelgdtrnras slopino amorfind mutacija, b) silpnino - hipomorfin€, c) stiprino hipermorfind, d) keitc prie5ingu fenotipu - antimorfind ir e) susidare naujas fenotipas - neomorfind mutacija. Sis skirstymaspirmiausia tinka genq mutacijoms. Stai keletas pavyzdZiq.Augalai albinosai,kuriq pigmentai visiSkai nesintetinami,yra amorfin6 mutacija; Sviesiai Zali augalai - hipomorfine mutacija, o tamsiai iali, Zalesninegu normalfis augalai, yra hipermorfine mutacija. Kai geltona Zirniq sdklaskildiq spalva tampa Zalia arba atvirkliiai, yra antimorfinds mutacijos. Gpybingos ir letalios, vaisingos ir sterilios mutacijos. Bet kurio tipo mutacijos, ne tik genq, gali bDti gr'vybingos,subletalios (sin. semiletalios - pusiau gyvybingos)arba letalios. Thi priklauso ir nuo pakitusiq genq lemiamq pozymiq svarbosorganizmui, ir nuo to, kaip

439

stipriai del mutacijos sutrinka lqstelds,organizmo funkcijos ir raida. Letalios mutacijos daZnai vadinamos tiesiog letaldmis. Jq letalumas pasirciSkiaivairiais gyvenimo momentais, net lytinese l4steltise,zigotose arba tik giliojc senatveje.Letalios mutacijos yra platinine lapiq spalva,Zmogauspoliploidija ir siklcmija, augalq albinizmasir kt. Daugcfio mutacijq tik i5 dalies maLeja gy"vybingumas,dalis individu iigyvcnir, dalis Z[va. Subletali yra Zmogausmutacija, s4lygojantiodos ligil pigmenting kscrodcrm4 (Zr. 7.21 pav.). fvairiq tipq mutacijostaip pat gali kcisti organizmovaisingum4(fertilumrl).Skiriamosvaisingos,pusiau vaisingosir steriliosmutacijos.Sterilum4 s4lygoja,pvz.,lytiniq l4steliqraid4 valdandiqgenq mutacijos. Genq mutacijq dainis. Jl nustatyti kur kas sudetingiau.Genomo ir chromosomqrnutacijas galimapatikrinticitologiniaismetodais.Deja, gcnq mutacijoms to padaryti negalima. llc to, nrulantiniogcno claZnispriklausonuo tlaugeliovciksniq.kuric gali iikrcipti tyrinrq rczullalus: . dainai Q pati l'enotipq lcmia skirtingq, nealeliniq genq mutaci.ios, pvz., cpilcpsija. porl'iri.j4,raumcnq clistrol'i.jq, hcnrofilij4,derltrtnizmiy ir daugeli kitq / t l l r t q l t t r sp i r v e l d i r r r rl il { t l : . mutantiniai genai yra nevienodai gyvybingi ir naudingi organizmui, dainiausiai genq mutacijos yra Zalingos jas ialina atranka; . dominuojanti, arba recesyviojimutacija (irlcliniq gcnq siyvcika) ii pakitusio gcno savybc tiesiogiai susijusi su atranka. Rcccsyviosiosntutacijos gali h[ti pavcldinrosncpasircikiclarnos, o clomirruojanii4rnutaci.jrlii karto ivcrtin a a t r a n k a , i r Z u l i n g im u t a n t i n i a ig c n l L ip a S a l i n a m i ; . nealeliniq genq poveikis (s4veika),genotipind aplinka - gcnai nrodif'ikatoriai nct lctirlq gcnil glrli paversti gyvybinguarhir clonrinuojantigcnlr recesyviutrju, ,,ncnlrtomu"; . geno penetrantiikumas (ii clalics ir ekspresyvumas)- dcl ncvisiiko penetranliikumo nornlrlaus fcnotipo mutacijos gali likti ncpasteb0tos.Tbkius mut a n t t r sg a l i n r a a p t i k t i m o l c k u l i n c sg c n c l i k o s m e t o d a i s ; . l'enokopijos - modifikacijos. ncpavcldimi organiznro pokydiai, kuric pagal fcnotil.xl panaiIs, imituoja mutacijas.Iikyla problcma, kaip atskirti nrutacijas n r r t rm o d i l ' i k u c i j u . . ekologiniai vciksniai, i5orind aplinka sudaro s4lygasmutavusiamgcnui iilikti arba iinykti. lvliriosc gcogral'incsevietovesemutacijq daZnis gali labai skirtis (6.2 lcntclc). Be to, kylrr plpildoma problema, kaip atskirti nau.iasmutacijas nuo pakitusio mutantinio geno paplitimo d6l izoliacijos ir geno dreifo. Jci kurioje nors vietovije daZrrasmutantinis gcnas, tai_dar ncrciSkia,kad ten daZnosSio gcno mutacijos. Pvz., amaurozincsidiotiios gcnas Svcdijoje ar porfirijos gcnas Pietu Afrikos Rcspublikojc.

Bfitina skirti du rei5kinius:mutantinio geno daZni populiacijoje ir Sio geno naujq mutacijqatsiradimodaZni. 440

Sic du reiikiniai kartais painiojami. Be to, kartais neteisingaivartojama s4voka ,,naujos mutacijos", ypad Zmogausgcnetikoje. Reikia skirti, kurios mutacijos i5 tiesq atsiradusiosnaujai ir kurios naujai nustatytos,nes mutacijq lemiantis genas iki tol ncpasirei5kefenotipi5kai. Thi skirtingi dalykai. Nuo kitq orgzrnizmogenq, gcnotipines aplinkos priklauso genq daZnisne tik gamtinescpopuliacijose, bet ir genetineselinijose.Pvz., kukur[zq gcno /'' mutacijq daZnis Kornelio linijojc yra 1820 mutantiniq l4steliq milijonui gametu, o Kolumbijos linijoje gerokai mazesnis - tik 620 mutantiniq lelsteliqI milijonui gametq. Mutac[iq dainis yra individuali geno savybe.J4 lemia geno sandarosypatumai fiudriqjq genomo elementq isiterpimo vietq skaidiusgene, paprastqjq kartotiniq sekq sankaupagcne ir kt.). Kickvicno organiznrogcnome galima aptikti genq, kuriq mutacijos labai daZnos(pvz., Zmogaus- Diuieno raumenq distrofijos,kukur[zq - antociano sintezcs,drozofilos - arl mutacija) ir yra genLl, kuriq mutacijos itin retos (pvz., kukurlzq - vaikinio cndospermo) (6.2 ir 6.3 Icntclc's). Praktinc gcnq mutacijq rcikimi - tai visa genetika, pradedant geno sandzrrair baigiant praktiniu genq mutacijq panaudojimu naujoms augalq ir gyvuliq vcislcms,mikroorganizmqkamicnamssukurti. 6.2 lcntcli. Kai kuriq Zmogaus genq mutavimo daZniai skirtingose populiacijose ( r c r n i a n t i sF . V r g c l . A . G . M o t u l s k y , 1 9 9 7 ) L.iua P o r r u l i a c i i aj o, s k i l m c s v i e t a A c h o n d r o p l a z i j a( c h o n d r o d i s - Danr.la troti.ja,2ernas[gis) V o k i e t i . j a( M i u n s t e r i s )

M u t a c i i qd a Z n i s 5 l"l0 6 6-9110

M i o t o n i n ed i s t r o f i j a( s u t r i k u s i S i a u r c sA i r r j a raumenqraida) Sveicarija

llx l0

6

I,lxl0

G e n ov i e t a 4q l9q

5

Retinoblastoma(tinklaincs navikas)

A n g l i i a ,J A V ( M i d i g a n a s ) , Sveicarija,Vokietija Olandija Naujoji Zelandija

b 6-7110 s l,23xl0 9 . 3 - 1 0 . 9 r 1 06

T uberozinesklerozc

Anglija (Oksfbrdas) Kinija

l,05xlt) 6 6'10

Neurofibromatozc(nervinio a u d i n i oa u g l i a i )

JAV (Miiiganas) R u s i . j a( M a s k v a )

Itl0

DiuSenoraumenqdistrofrja

.lAV (Juta) Anglrja (Norturnberlendasir Derchemas)

9q34; I I q23

a

4,4 4,9r10

9,5r10' 5 4,3"10

l3ql4.l-14.2

lTql1.2 5

Xp2t.2

441

6.-l lcntelc. Kai kuriq kukur[zq, drozofilos ir Escherichia coli genq gamtinio mutavimo daZniai MutaciiudaZnis Kukuriizai: r' pr su sft ' wx

1 . 8 2 lx0 J I,lxl0 5 6 2 , 4 x1 0 l,2xl06 < l , 5 x t 07

antocianosinteze raudonasaleuronas cukrinisendospermas susiraukilejqsendospermas vaikinisendospermas

ton'

i l t s p a r u r n a sf a r l u i

't'l

l,v cn cn

++ cn cn

|!v

i I I |

+'tO 'o t ' lCr" Z' tO 2^ l0 n 2xl0 " 3xl0'

Donoro akis suaugusiame recipicntc

442

-t

cn cn arb,t v v st st arba,.'d cd

I n r a g i n i sa k r c s cLskas

6.23pav.

Donoro genotipas Recipiento genotipas

I'V (n cn

ct cll - spamaisu iSkirpte v vermilion Sviesiairaudonosakys l - Jbrked susisukgSercliai y yellow - geltonask[nas ru white - baltosakys sty' --+st{ alsparunras sfrcptornicinui st{ > sty' jrulrunresslreptomrcinui / l s ' > i n - h i s t i d i n or h i s )p o r c r k i s his- -+ his' griZtamojimutacija gebejimassintctintihis tun jautrumasf'aguiTl

6.-1 Icnteli. Rudo pigmento sintez€ persodintose drozofilos akyse ( rcrniantis G. W. Bcadlc. B. Efrussi. 1937)

Ektopin6 drozofilos imaginio disko transplantacija

Pigmentosinteze persodintoieakyie

i-

++ ++ v v arbacn cn vv cn cn cn cn vv st st atba cd cd v v arba cn cn

Biocheminiq mutantq svarba. Bidlis ir Teitumasbiocheminiams procesamstirti pirr;rieji pasiIlc panaudoti biochcminius mutantus. Tokia mintis kilo iStyius kclct4 drozofilos mutantq, nulcmiandiq Sviesiai raudon4 akiq spalv4. Siq mutantl] yra blokuota rudo pigmento sintezi. Drozofilos org;rnai vykstant metamorfozci iisivysto i5 imaginiq diskq. Bidlis ir Efrusis (8. Efrussi) persodino kai kuriq drozofilos mutantq, kuriq subrcndc individai turi vienodosspalvosSviesiairaudonas akis, t. y. v'crmilion (v'), cinnabar (cn), scarlel (st) ir cordinul (cd), imaginius akiq diskus normalaus tipo lervoms arba vieno ntutanto kitam. Be to, imaginiai akiq diskai buvo pers<-rdinami i neiprast4 lervos klno dal! - hemocelj (6.23 pav.). Nepaisantto, imaginiai akiq diskai difcrencijuodavosi,ir subrendusiovabzdZio-recipientopilakis, kurioje bfidavo galima iStirti pigmento kieki. velyjc iSsivystydavo Kai kuriais atvejais net persodinusvieno mutanto imaginius akiq diskus kitam buvo sintetinamasrudas pigmentas(6.4 lentcle). Thip atsitiko persodinusmutanto l u imaginius akiq diskus cr?crt genotipo recipientams. Pcrsodinus v l.' arba cn cn mutantq imaginius diskus normanormalioms (+ +) drozofilq leroms, taip pat iSsir.ystydavo lios spalvosakys. Padaryta teisinga iivzrda,kad rudo pigmento sinteze vyksta kcliais ctapais, ir mutanto cn cn l4steleseji yra toliau pasislinkusinegu mutanto r,I,, toddl, perkelus imaginius akirtrdiskus i5 mutanto u r.' i mutantE cn cn, v v l4steles gauna trDkstamos medZiagos,kuri jau yra sintctinama mutanto cn at lqstel6se. Biocheminiq reakcijll eiga tiriama taip: . i5skiriama daus savaranki5kumutantu:

443

. jic iStiriamikomplementacijos testu:juo nustatoma,keli genai lemiamcdZiagos sintczg,ir atitinkamaisugrupuojami turimi mutantai: . ii ankstonumatomosgalimostarpinesreakcijos:joms patikrinti mutantaipavcikiamigalimaistarpiniaissintezdsproduktais. Prisiminkimc, kaip buvo rtustatyta drozofikrs akiq rudo pigmento biosinteze (Zr. I sk.). D r . z o f i k r s n r u t a n t a iv v i r c n c n n c s i n t c t i n l r u d o p i g m c n t o , t o d c l j q a k y s v i e nodai (vicsiai raudonos.nors abu mutantai yra ncalcliniai. Kuo jic tada skiriasi, gal tarpinirl proclLrktqsintczc? C) kas blt11, jcigu nrutirntui duotume spcjamq tarpiniq ruclo piqmcnto sintcztspnrduktq? M i n t i s b u v o t e i s i n g a .p a v y k o n o r m a l i z u o t iv v i r c n c n m u t a n t q f c n o t i p u s , t i k skirtinqonris mcclziagomis.Pavl,zdziui,drozofilos mutanto y y akiq spalvq normaliz u o j r r t i r r m i l k i n u r c n i n a sk, i n u r c n i n a s ,3 - h i d r o k s i k i n u r e n i n u os , m u t r n t o c n c n - t i k v i c n a i i i i q m c d Z i a g q .t . y . 3 - h i d r o k s i k i n u r c n i n a tso. d c l r c a k c i j q c i g a s i o j c r u d o j o p i g m c n t o s i n t c z c sd a l y j c t o k i a : t r i p t o f un a s v rykrltr triptoflnl-rirtrlitrze formilkinurcninas J vykdo kinurenintbrmomadazc kinurcninas -; J bfokrroja cinnabar vykdo kinurenin-3-hiclroksilaze 3 - hi d r o k s i kni u r c ni n a s blokLro.javermilion

)

I

i rudas pignrcntas

spalvos ir labai greitai tamsdja oksiduojantis ore homogentizo r[g5iiai. Tokiq Zmoniq patamseja ir kaulai bei kremzles, jie linkg sirgti artritu. Alkaptonas yra aminorlg5diq fenilalanino ir tirozino skilimo produktas (Lr. 6.21 pav.). Fenilalanino metabolizmo mutacijos gali blti net keliq paveldimq metabolizmo ligq prieZastis: . . . .

fcnilkctonurijos (nepcrdirbamasfenilaliininas); tirozinozes (blokuojarnastirozino metabolizmas); s k i l i m o p r o d u k t u n c s i g a m i n ap i g m c n t a s albinizmo (i5 fcnilalanino-tirozino mclaninas)l t l i j q t i p q k r e t i n i z m o ( b l o k u o j a m a si o d o p r i j u n g i m r s p r i c t i r o z i n o i r k t . ) .

Iityrus biocherninlmutant4, galima sekmingainormalizuoti fenotip4, t.y. gydyti lig4. Tokiu atveju ligoniui duodama trlkstamos medZiagos (pvz., hormono) arba ncleidZiamaatitinkamai medZiagai(pvz., fen i l a l a n i n u i )k a u p t i so r g a n i z r n e . Be to, biochcmincs genctikos tyrimai svarbuspaveldimq metabolizmo ligu diagnostikai. Dil fenilketonurijos ir galaktozemijos pasirciSkia silpnaprotyste,ir tik i5tyrus Siq ligq prigimti, paai5keja,kad pirmuoju :rtveju neperdirbamasfenilalaninas,antruoju - laktoze. Biocheminiai mutantai naudojami ir kaip savoti5ki reagentai nustatyti kiekiui ivairiq medZiagq,ypai tq, kuriq organizmemaZai (pvz.,vitaminq, hormonq ir kt.). Biotino (vitamino H) kiekis nustatomas naudojant .2 t6 indukuotus arba gamtinius mutantus, = kuric ncsintctina 5io vitamino. Thip aptinkami labai maZi biotino kie.? x € pgi 1ml terpes. kiai - 0,00003-0,00007 4 Sudaroma kalibruojandioji kreive: rnutantui j mitybing terpg idedamas ol 0 . 0 1 2 5 o.o5 0.00j: ivairusbiotino kiekis. Esant tinkamai l l i o t i r r ok i c k i : g I I t c l p i s koncentracijai,mikroorganizmo mases prieaugis yra tiesiog proporcin6.24 pav. Kalibruojaniioji kreivd gas pridedamos mcdZiagoskiekiui biotino kiekiui nustatyti: Debarr,tmr-cesntalrucltoti mutantas; (6.24 pav.). il

Thip buvo atrastasbldas, kaip normalizuoti biocheminiq mutantq fenotip4: reikia juos paveikti ta medZiaga,kurios sintezg blokuoja mutacija. Siuo buclu pasinaudotagydant Zmogaus pavclclimasmetabolizmo ligas: reikia duoti tos medZiagos,kurios sinteze blokuota mutacijos. PaveldimqZmogausmetabolizmoligq yra keli Simtai,ir vis atrandamcls naujos ligos. Pirm4sias paveldimas Zmogaus metabolizmo (medZiagq apykaitos) ligas atrado dar 1899-1902m. anglasGarodas (A. E.Garrod). Jis isai5kino, kaip paveldima alkaptonurija. organizme kaupiasi alkaptonas (homogentizo rfigstis). Del to Zmoniq slapimasbuna rudos 444

' !E

1a '-

u Z t a m s i n l o sl c i s t i n o sk o n c c n rl l c i i o s : j c i g u k o n c c n t r a c i j ad i d e s n d .t i r i a m a sis tiroalas oraskiedZiamas

Tiriamosios medZiagos kiekis kokiame nors biologiniame skystyje (ckstrakte)

445

nustatomas idedant jo i mitybing tcrpp. ciaunanlas nlutanto mascs prieaugis. IS kalibruojaniios kreives suZinoma. kokj tiriamojo junginio kieki atitinka iis masds prieaugis. Duomcnq tikslumas Iabai priklau.so nuo ekstrakto gryp11,.,.lo, nes mu_ tanto nlasas pricaugiui turi itakos ir kitos medziagos, esaniios ekstrakte. Kalibruojandiosioskrcives gali b[ri sudarytos ir pagal kitus rodiklius, ne vien pagal masis pricaug!. Pavyzdziui,gibcrelinq kickis nusratomaszema[giuose zirniq mutanlu()scir apic hormonu kickj sprcndzilnra ii augatq rlgio: kuo daugiau hormo_ no, tuo augalq ugis norntalcsnis.

Siais metodais meclziagoskiekis clazniausiainustatomasnetiksliai, bet greitai, todcl jic naudojami kaip ekspresmetodai.paryzdziui, kai tiriamos Zmoniq populiacijose aminorfigidiq apykaitos ligos. fvairiq reakciiq blokai organizme gali bfiti panaudoti kurti mikrcrorganizmq kamienus. Kai klrie Micrococcus gltttamicus kamienai sukaupia daugiau kaip 30 mg/ml glutamo rDgsties.Gauti sios bakterijos kamienai, kurie sukaupia daugiau kaip 20-25 mg/ml lizino, t. y. -5(x) kartu daugiau negu pradiniai nat[ral[s kamienai. Tai gauta blokuojant kitq aminor[gsdiq sintezg ii bendro lizino pirmtako. Vadinasi,juosc kaupiasi laisvasislizinas. Kai kuriq kukuruzq ir mieziq mutantq grfiduose yra labai paclidejgs lizino, triptofano kiekis baltymuosc.?rip pavyko pagerinti baltymq rnaistingverrg padidinti ncpakeidiamqjqaminor[gicyiqkiekj. Mutantus - mctabolitq producentusgalim. iiskirti ir naudojant antimetabolitus(mctabolitq antogonisrus)arba biocheminiq reakcijq inhibitorius. Kuo daugiau organizmesintctinama metabolito, tuo daugiau reikia antimetabolitoarba inhibitoriausatitinkanraireakcijaislopinti. Pramoncjc mikroorgrtnizmaigali b0ti naudojami kaip tarpine grandis brangiai kainuojandiomsir technologiikaisunkioms reakcijoms atlikti. Siam tikslui ieskomabiochcminiq mutanttl,kuriuose sios reakcijosintensyvcsnis.

\III. MUTAGENEZE. GENOTOKSIKOLOGIJA 7.1. Mutagenaiir teratogenai.Bendra samprata Kad ir kaip keista,bet iernobylio AE avarijaturejo ir reigiamq reiksmggenctiniamiSprusimui. Ji parode,kad visuomenes zinioi apie genotoksikologij4 yra labai menkos,net pasigailetinos. Koks tokios avarijospavojus,k4 reiketq veikti, turetq Zinoti kiekvienas. Genotoksinai- tai veiksniai,kurie s4veikaujasu genetinemis struktflromis,sukeld:imijq pokydius. Siolc knygojepateikiamaplatcsnegenotoksikologijos samprarzr: . prie genotoksiniq vciksniqpriskiriameir tuos,kurie sukeliaigimtus, bet nepaveldimus organizmopokydius- morfozes.Galima giniytis, kas svarbiau,ar mutacijos,kuriq daZnisnet po poveikio itipiiui. mutagenais neraclidelis(norstai sudetingas klausimas, Zr. toliau),ar morfozes,kuriq daZnisgali blti beveik I00o/o. vciksniai.sukeliantys mutacijas, vadinamimutagenais. Jic yra tritipq: iq . fiziniai, . cheminiai, . biologiniai. veiksniai,sukeliantys - teratonenormalumus igimtusnaujagimiq loginiusreiSkinius. vadinamiteratogenais. Teratologiniai reiikiniaiyra ivairiosprigimties- morfozis arba mutacijos. DaZnaitas pats aplinkosar vidinis veiksnyssukclia ivairiq tipq pokydius: . mutacijas(ivairiq tipq), . rekombinacijas, . morfozes. Tokioveiksniopavyzdys gali b[ti jonizuojandiojispinduliuote.Antai jonizuojandioji stipriausimutagenai spinduliuote ir alkilinandiosios medZiagossukeliapupq daigu lapq morfozes- specifinimargumqir lapo formos pokyiius (7.1 pav.),kuriq daZnisbeveik 10Oalo-nis. To-

7 ,

" *\q

i atskir4 aplinkos mutagcnq grupg. Jie yra lvairios prigimties: fiziniai, cheminiai ir netgi biologiniai, pvz., virusines infekcijos. Mutaciiq atsiradimasvadinamas mutageneze.Skiriami du mutagenezds tipai: . gamtin6.arba spontanin€(lot. spontaneus - savaiminis),be ak_ ty/aus. s4moningoZmogausjsiki5imo, . indukuota, t. y. specialiaisukelta Zmogaus.

7. I par,. Puprl morlbzes (margi lapai): , ,DIA, scklq s u k c l i a . j o n i z u o . j a n d i osi p i i n d u l i u o t i ' .a l k i l i n a n i i o s i o sn r c i l Z i a g o sE s c n c i i n r a si r k t .

kius padius pokydiussukclia ir IIDTA, kai kurie kiti junginiai, kurie suri5advivalendiuir trivalendiqInctalqjonus ir yra stipr[is rckombinogenai,kaip ir jonizuojaniioji spinduliuotcr. Rekombinogenai- tai veiksniai, sukeliantysgeneting rekombinacij4. EDIA, tarp kitko, nira toksiikas iunginys. Ji galima naucloti mokyklosc padcmonstruoti. kirip irtsirarrdamortirzcs (.jis vadinamas ivairiai: trilonasB, komplcksonls III).

Mutagenai ir vdZys.Daug mutagcnqyra ir kancerogenai- veiksniai, sukcliantysvcZi. SusipaZinussu vcZio pricZastimis,tai visi5kai suprantanrasdalykas. Daugeliu atvejq pirmine veZio prieZastis yra mutacijossomatinise lEstelesc.1902m., praslinkustik 7 mctams po to, kai Rentgenas(V. K.Rontgen) atrado X spindulius,kurie jo garbci buvo pavadinti rentgeno spinduliais,buvo irodyta, kad Sie spinduliai sukelia vcZi. Kancerogcninesmutagenq sar,ybeslabai skatina mutagenq tyrirnr.rs.Del SiosprieZastiestiems tyrimams skiriama daug demesio ir leiq. Aplinkos mutagenai, esanrvsorganizmo aplinkoje, del specifiniq saugosbldu ir strateginiaissumetimaisgenotoksikologijojeiSskiriami 448

Spontaning (gamting) mutagenezgdaZnai sukelia tie patys veiksniai, kuriuos Zmogusspecialiainaudoja mutacijomsdirbtinai sukelti. Jonizuojantysir ultravioletiniaispinduliai,net alkilinaniiosiosmedZiagos yra aplinkosveiksniai,nors ir atrasti icikant veiksmingqpriemoniq mutacijonts sukclti. ?ri Lruvosvarbu selekcijai. Dirbtine mutaci.ir;indukcija. Dirbtinersnrutacijq indukcijos budai labai !vair[s. Radioaktyvusclcnrcntui, chcnriniai mutascnai gali trfiti injckuojami j organizmq ir k 1 . O r g a n i z n r u sg a l i r n ap a v c i k t i l a k i a i sc h c m i n i a i sm u t a g e n a i sy, p a i a l k i l i n a n d i o s i o mis mcdiiagonris, mutagenil iSgarinantdujincjc aplinkojc. Pavciktq nrutlrgcnaisorganizmq kartas sutarta 2yntcti spccialiu simboliu M su a t i t i n k a m u i n d c k s u .r ei i k i a n i i u k a r t r l .M , , M , , N I . ri r t . t . K o l c h i c i n up a v c i k t q a u g a l q k a r t o s Z y m i n r o sr a i c l c C i r g i s u a t i t i n k a n r ui n d e k s u C , , C r , C . i r r . t . D o n r i r r u o j a n i i o sr n L r t a c i j opsu s i r c i i k i a j l u M , , o r c c c s v v i o s i otsi k M , - M . i r v e ,;snisc kurtrrsc.

7.2. Fiziniai mutagenai jonizuojaniiosios 7.2.1.Mutageninis spinduliuot6s poveikis. Priklausomyb6 nuo dozds Jonizuojanciojispinduliuot€buvo pirmasisaplinkos veiksnys,kurio nrutageni5kumas buvo irodytas.1927m. amerikiediqmokslininkasMiolcris (H. J. Muller, Morgano bendradarbis)irod6, kad jonizuojaniioji spinduliuote sukelia naujas drozofilos mutacijas.Jis sukfire specialq, labai itikinantj metodE naujoms, ,,sukibusioms"su lytimi lctalioms recesyvindmsmutacijomsaptikti. Sis metodaspagal spccialiaisukonstruot4 drozofiloslinijq vadinamasCIB metodu (Zr.toliau). Jonizuojaniiqiq spinduliq rtiys. Skiriamos dvi jonizuojaniiosios spinduliuotes rlSys: clektromasnctinc spinduliuotc - rcntgcno, arba X spinduliai, kuriq bangos 29.1313

449

i l g i s l ( ) l ] - 1 ( ) ] m , l s p i n d u l i a i ' k u r i q b a n g o s i l g i s m a Z i a u k a i p 4p' l daleles 0 l . , m ; k(clekorpusmasq sudaro kulinc spinduliuote - srautas ivairiq daleliq'.kuriU t r o n a i i r p t l z i t r o n a i ) . * . , , - ' n n i , ' p r o t o n a i ' c r ' d a l e l d s ( h e -l i o a t o m o b . r i r n d u o l i a iir' s u maZesnesenergijos (letieji daryti i5 2 protonq ir 2 neutionq). neutronai grciticji didcsni's). ^ . : - - ; . . jt"]t:o]T,Y: : : ^ - i . ? , , . \ i r n rprotonar ,,( stipriai Ncutronams s4vcikaujantsu mcclZiagasusidaro zmonis patys tampa pirvojingi; taip atsia.trinis i'ytijirnas. apsiir,iting neutronais ()crnobylio AE' tiko kai kuricms itsnrenims

spinduliuot€' bet kad Mutacijas sukelia visq ru5iq jonizuojaniioji naudoiami rentgeno b0tq patogiaumutacijom; indukuoti daZniausiai apivitinama kuriomis dzrlelds, ir iiy'.pinouliai, rcc.iauneutronai, cr B izoradioaktyviesiems patckus i organizmq irulrtstu, ir kitais b[dais topams. iircikita sttf)oz€s vienetai. Visu riliit1 jonizuoianiiqjtl spinduliq 1:"".quli.b0ti vicnctui' n.rascs kickiu cncrgijos rrertos(absortruotosllonizLr.l,indiorios.pinCi,tiucitc. P r r q r i n t l l r r irsi c t t c l l t sl r l r g r i i u s ' (dZaull) energijos' 1 grcjus (Gy) = I kg mases sugeria I J Artksi'ilrtn r l t t t t L r l l tk i t l t r i t t t c l t t : i s t en r l t : lGy = l0(X)nrGY :

l(X) racl'

Rentgenais(R)buvtriireiikilrmacksptlzicinidirze:lrcntgcnaSyrattlkiackspozicincclcktrttnlagnctiniqspincltrliqdtlzi.,kurilcntroro(csan t().C]ir76()mmHg j o n q p o r q ' l I { = 2 ' 5 7 9 7 61 0 ' - C ( k u l o n o ) / k g ' s l c g i u i )s u k r t r i al , ( ) 6 - r ' l ( I ,' i t ' i c 1 q: . c n f t q Ivairiuspintlrrliutltisrtriiuprt|yginimuinuslatomaekviva|entinddoz6.Josviencvicnetais: tas y'ra ,yn"ito, (Sv). Jis lygus rrcsistcminiais I Sv :

1 0 0 r c n r ( r c n r t l ) .a r b a b e r ( b c r q ) '

pav.jus' KatJ ecrnobylitr Ekvivalcntinc r6zc claZnaiivcrtlnamas spinrJuliuoters ii piritct buvo iilauZta Zmoniq. daug zona bltq ku0 maZcsni ir ner"ikctq evakuotl sritysc' Briansko Gomelio' 30 bcrq riba, toclil nukcntcjo daug Znroniq

S p i n d u l i u o t i s g a l i a i i r e i i k i a n l a a t i t i n k a m a i S V i e n e t a- i S p e r l a i k o dozOsgalia ampevienei'4,pvz., Gy/s, Gy/min, Sv/h' Ekspozicincs rais/kg. JonizuojarrciosiosspinduliuotcsbiologiniaiCfektailabaiivair[s: sukelia 4-50

. . . o . '

spinduling lig4, morfozes (minetasis pupq lapq margumas), genll mutacijas, chromosomu degradaciiq ir aberacijas, poliploidij4, rekombinacii4 (netgi tose l4stclese arba individuose, kuriuose 5i paprastai ner,yksta,pvz., drozofilos ryri5kojoje lytyje), . vdLi ir mirti.

Kancerogeninis veikimas. Kokia jonizuojaniiqjq spinduliq doze yra slenkstini veZiui sukelti, diskutuotinasklausimas.Manoma, kad ji turi blti didcsnc kaip l0 Cy. Tokiq doziq daZniausiaigauna asmenys, gydomi nuo viZio, - \,ystosi antrinis vdZys. VeZys vystosi vykstant mutacijoms,kurios atsiranda ap5vitinto asdel onkogcnq ir antionkogemens somatincscl4stelcsc,claZniausiai ntp mutacijq Sioscl4stelisc.Zinotina. kad vezysprasidedane i5 karto, o po 7-10 metu nuo apivitinimo. Antai Japonijojeleukoziq daZnis clidejo po atominiq bombq sprogimo nuo 10,7/1mln. 1946 m. iki 28/1 mln. gyvcntojq 1960 m. Letali dozd yra vicnas ii svarbiq jonizuojandiosiosspinduliuotds (kaip ir kitq mutagenu)paramctrq.Ji zymima LD. Prie LD gali b[ti skaidiai,reiSkiantysletalumtt proccntq, pvz., daug tyrimq atliekama, kai LD.,,. t. y. kai lnva 50ah apivitintq individq. LD padcda sulyginti biologing dozg, ypad kai tarnc paiiame bandyme tiriami ivairfls organizmai,gcnctincslinijos ir pan. Letali doze (LD) labai ivairi skirtingiems organizmams.Paprastcsn€ssandarosorganizmai jclnizuojandiajai spinduliuotcidaug atsparesninegu suddtingossandaros.Jautriausi yra Zinduoliai.Be to, ivairiq grupiq organizmai skiriasi vieni nuo kitq radiojautrumu. PavyzdZiui,vairenis (Arabidopsisthaliana) yra desimteriopaiatsparcsnisspinduliuotcinegu varpiniai augalai ir bevcik Simteriopai atsparcsnisuZ kai kuriuos ank5tinius augalus. Palyginkime ktri kuriu organizmll LD', grejais (Gy): Znrogus

- 2.-5--3,5;Zuvys

- 8,0-20,0;

- 130,0-2(X),0; 6,0 l-5,(); gyvatcs pclcs (ivairiq linijq) 10,0-100,0; viibzclZiai 7.()-9.0; Ziurkes (ivairiu linijq) - 10,0-1500,0!! - [3,(l-20,0; augalai pauk$iai Ir to patiesorganizmo ivairioslirstclcsar net jos dalys nevienodaijautrios jonizuojaniiqai spinduliuotei.Jautriausiasl4stcldsbranduolvs.Pvz..apivitinus Silkverpiusllpiu

451

-l

Duomenys: -r*+ c N. TimofeJevo-Resovskio, , ; v C.P. Oliverio' I j x \'. Efroimsono, l.ridurkir. l-

tt

/ /o

5500 Gy (5-50kR) doze, branduolYs visiSkaisuiro. o citoplazmai5liko gvvybinga. Yabz,dLio Habrobracon branduoli inaktyvina vos keliu de(imtqjq R dozd, Tiesa, jo citoPlazma yra jautrcsni negu iilkaverpio -

Moksli5kai tai ndra visi5kai reisingasreiginys (Zr. toliau), bet juo naudojanrasiprakti5kai. Juo pamatuota asmenq, kontaktuojandiq su radioaktyviais Saltiniais,asmenind, individuali kontrold. Kiekvienas asmuo turi asmenini dozimetrq. kuris fiksuoja spinduliuotes sumine dozg.

j u i n a k t p i n a 1 . 5k R d o z c .

9

10

MaZos jonizuojandiosios ,pY spinduliuotis dozcs organiza/ m4 stimuliuoja.Toks rei5kinys vadinamas radiostimuliacija. { Ilgesni laikq SvitinantjoY spinduliais, nizuojandiaisiais gf padidcja organizntqradioat-/ sparumas.Sis reiSkinysvadinamas radioadaptacija.Kai 0123456 organizmaipakartotinai Sviti7.2 pav. f)rozofilos recesyviqiq,,sukibusiq" su nami daugclyjc kartil, gali atlytimi mutacijq daZnio priklausomumas nuo sirastipavcldimasatsparumas .ionizuo.ianiiosiosspinduliuotds dozds (pagal radiacijai.Mat ilgainiui letaN. Timol'cjcvq-Rcsirvskiir kt., l9(r(r) spinduI iosjonizuojandiosios liuotdsdozis atrenka atspariusmutantus. Mutageninis efektas ir jonizuojanii0sios spinduliuot6s doz6s. V. Efroinlsonas,Olivcris (C. P.Oliver)' veN. Timofejevas-Resovskis, liau daugcliskittl tyrinitojq nustate,kad mutageninisjonizuojandiosios spinduliuotespovcikistiesiogproporcingasjq dozei (7.2 pav.). Si dcsnj galima iSreikiti tokia formule:

Giniytinas tik vicnas klausimas,kokia dozd yra leistina. SSSR (pagal s. Jarmol e n k o . , , R a d i o b i o l o g i j iac l o v e k a i Z i v o t n v c h " , 1 9 8 8 , 2 1 1p3. ) v i s i a s m e n y sb u v o s k i r s tomi i 3 kategorijas:I - dirbantys profesionaliaipadidcjusiosspinduliuotessqlygomis -5, 1-5,30 ber/mctai (priklausomai nuo organo jautrumo), II katcgorija - ribota populiacijosdalis. kuri gy,,cnapadiclcjusiosspinduliuotcszonde, - atitinkirmai (pap i l d o m a i ) 0 , - 5 ,1 , 5 i r 3 b c r / l m c t a i ( b e t n c 3 0 b c r / l m c t a i ) ; I I I g r u p d - n a r [ r a l u s s p i n d i r l i u o t c sf o n a s ; l y g u m o s cj i s l y g u s 0 , 3 2 m S v / l m e t a i , t . y . 3 , 2 b e r l l m e t a i . I S iu treidalis (0,105 mSv) tcnka statybin6ms medZiagoms,t. y. rlusq blstui, todel statybines mcdZiagos turctq blti parenkamos atsiZvclgianti radionuklidq (..,,Ra, IrTh. tl'K) kickj.

Nustatomair maksimalisumine spinduliuotesdoze. Ji irgi diskutuotina. Slenkstinds dozds klausimas. Vienas i5 neteisingq ankst)'vosios radiacinis genctikos teiginiq tai, kad yra slenkstinedoze. Manyta, jog muatcijos atsirzrndatik perZengustam tikr4 slenksting dozg. Thdiau br.rvointdyta, kad mutacijoms indukuoti slenkstindsdoz€s ndra. Ir maZosjonizuojandiosiosspinduliuotis clozessukelia mutacijas, tik atitinkamai maZcsniuclazniu.Norint tai jrodyti statisriskai,reikejo i5tirti labai daug l4stcliq. Be to, sickiant tyrimus priartinti prie Zmogaus,bandymai buvo atliekarmisu beZdZionemis.Po viso to buvo imtasi svarbiq saugos priemoniq:

M:lL+kD, 6a M - mutaciiq daZnis,U - spontaninesmutacijos,D - doze,k mutacijq daZnisdozdsvienetui. ir Cimcris (K. Zimmcr) irodinejo dar N. Timofejevas-Resovskis vienq labai svarbq ddsningum4: esant tai padiai doztis galiai, mutageninisefektas yra vienodas ar ta padia jonizuojandiosios spinduliuotds doze organizmas paveikiamas i5 karto, ar dalimis, frakcijomis. 452

.

pasira5ytatarptautind sutartis ddl atominiq bombq bandymq atmosferojc uZclraudimo. nustota piktnaudZiauti rentgeno spinduliais medicinineje diag-

nostikoje, . sumaZintos lcistinosionizuoiandiosios spinduliuotdsdozis. SvitinantmaZomisrentgenoir y spincluliqdozemisfrakcionuotai, atskiru tipu mutacijq atsirandapatikimai maZiaunegu ap5vitinus vienkartine doze. Be to, daZnispriklauso nuo dozds galios. 453

didelis mutageno dozes gali indukuoti DNR reparacijq arba slopinti ktaiding o s D N R p a 2 a i d q r c p t r i r e i j o st i p u s : viena mutacija gali neutralizuoti kitq (pvz., del Kriko rcversijos) ir kt.

h

,! o,oz+ N

7.2.2.Mutageniniojonizuojantiosiosspinduliuot6s poveikioprieiastys i

z

o.oto

eo

60 21 e

o'8

o'lj;",

gotio,na'-?ilot

7.3 pav. Genq mutacijq daZnis peliq spermatogonijoseir jonizuojaniiosios spinduliuot€s dozds galia: mutacijq daZnis apskaiiiuotasvicnam lokusui apivitinus lrad dozc 100 000 gametq (pagal W L. Russcll, 1974)

Raselas(W. L.Russel) nustati, kad, Svitinantpeles maZomisir silpnos galios dozemis,genq mutacijq b[na gerokai maZiau negu intcnsyviai apivitinus tokia pat doze (7.3 pav.). Thi patvirtino ir kiti mokslininkai, tyrinejg drozofil4, Silkverpiusir kitus orgzrnizmus. organizmqDNR reparaciSie rezultataiaiikinami palankesndmis jos sqlygomis,radioadaptacija,esant foniniam jonizuojaniiosios spinduliuotds lygiui. Zmoniq ir gyvlnq lokalines pclpuliacijosyra atsparesnesjonizuoiandiajairadiacijai,kur del torio ir radZio 10-100 kartq didesnisspinduliuotesfonas (Keraloje - Indija, kai kuriose Kinijos ir Brazilijos srityse ir kt.). Didetiq jonizuojaniiosios spinduliuotds doziq problema. Maksimumo rei5kinys. 1939 m. Emonsas (C. W.Emmons) ir Holenderis (A.Hollacnder), ivitindami grybus ultravioletiniaisspinduliais,pirmieji pastcbejo, kad mutacijq daZnis tiesiog proporcingas dozei tik iki tam tikros ribos. Tbliau didinant dozg, mutacijq nedaugdja,kartais net maLCja.Veliau toks desningumasnustatytasir su kitais mutagenais, tarp jq ir su jonizuojandiqja spinduliuote, net neutronais. Thi buvo pavadinta maksimumo rei5kiniu. Jis aiSkinamasivairiai: .

populiacija heterogeni5kamutabilumo atZvilgiu ir yra didesnd mutabiliq individq arba l4steliq Zutis, ap5vitinusdidelemis dozemis; . didesn6 mutantq Z[tis del jvairiq pricZasiiq: pakartotiniq mutaciiq, letaliq m u t a c i j q k a u p i m t l s ii r k t . :

Tiesioginis mutageninis poveikis.Taikinio teorija. Jos pamat4 sudaro tiesioginepriklausomybetarp jonizuojaniiosiosspinduliuotesdozds ir mutacijq daznio (atmetant maZasir didelesdozes,zr. auksdiau). 1935 m. N. Timofejevas-Resovskis, bendradarbiaudamassu fizikais Cimeriu (K. Zimmer) ir Delbriuku (M.Delbrtick), pasiile mutageninijonizuojandiosios spinduliuotespoveikl aiskinti,,taikinio teorija". Pagal 5i4 tcorij4 l4stelejc ,,Suviai"i tam tikrus jautrius ,,taikinius" energijos kvantu sukelia riidiobiologinj efekta. Buvo manoma, kad geno mutacijai atsirasti uZtenka vien4 kartzl pataikyti energijos kvantu i gen4, ct chromosomq mutacijai - priklausomai nuo mutacijos tipo gali prireikti dvicjq pataikymq. Vadinasi,kuo daugiau ,,S[viq" (didesnc spinduliuotis dozd), tuo didesne tikimybc ,,pataikyti i taikini". Thigi anksdiau iSdestytamutageninio jonizuojandiuosios spinduliuotcspoveikio priklausomybenuo dozcs visiSkaiatitinka ,,taikinioteorij4". Genas - taikinys, i kuri ,,Saudoma"cncrgijos kvantais. Thdiauveliau atsiradoprieitaraujandiqiiai tcorijai duomenq.Vieni jq (mutageniniojonizuojandiosios spinduliuotesveikimo priklausomybe nuo frakcionavimo ir dozes galios, maZq ir didcliq doziq efektai) atitinka bendr4 Siuolaikingmutagencziskoncepcij4,kad genetinesmcdZiagospaZaidadar nera mutacija.Kiti priklausonuo netiesioginiomutageninio jonizuojandiosiosspinduliuot6spoveikio. Kokia DNR paZaidq prigimtis? Kaip energijos kvantas keiiia gen4? Paradoksalu,bet tipi5ka tai, kad fiziniq mutagenq molekulinio veikimo prieZastistirti sunku, daug sunkiau negu cheminiq mutagenq. Prireike 60 metr4,kad paai5ketq,kaip energijoskvantas s4veikauja su DNR: koks tiesioginio mutageninio poveikio mcchanizmas,kokia pirminiq DNR paZaidq prigimtis. Antrinds DNR paZaidos buvo nustatytos gana greitai - tai DNR vienagrandZiai ir dvigrandiiai trlkiai (7.4 pav.). Jonizuojanrys spinduliai sutrauko DNR grandincs. Si jq savybe panaudojama veZindms lqstelems sunaikinti.

-d*d-

z

Laisvieji radikalai turi nesuporuotus elektronus, tod6l labai reaktyvus, bet jie yra trumpalaikiai * ne ilgiau kaip l0-ss. Dalyvaujant dcguoniui susidam kiti radiolizis produktai: hidroperoksidinis radikalas HO' vanclcnilio peroksiclasH,O, ir atominis deguonis O. Be to, susidaro hidratuoti clektronai (c ,u). Jic taip pat labai rcaktyvls. Suminis vanclensradiolizes rezultatas:

o "1,\ | .I

ll Il

ho' , Hro

ca\..'2 'l R T. (b) --

o "*\t.

tl

'\-4' R

.TH

7.4 pil. VienagrandZiq(VT) ir dvigrandiiq (DT) DNR trfikiq susidarymaspataikius y spinduliams i DNR: s u s i c l a r op u r i n o i r p i r i n r i d i n o b a z i q l a i s v i e j i r a d i k a l a i ( L R ) : i t l b u v i m o v i c t t l s c a t s i r a n d aD N R t r l k i a i , I - R p a v a i z c l u o tdi c ( i n i j c ( i i M . C . R . S y m o n s , 1 9 1 i 7 )

Pirminiq DNR paZaiclqprigimtis pirmiausia buvo nustatyta tispinduliuotespovcikl. riant ncticsioginimutagcninijonizuojanciosios jonizuojaniiosios spinduliuotds poveiNetiesioginis mutageninis kis. Drozofilos mutacijas galima sukelti ir apivitinus mitybing tcrpg, kurioje auginamosneapivitintosmuscles.Zinduoliamsgalima sukelti mutacijasvaclinamuojudistanciniu bfidu (pcr atstum4), t. y. Svitinant kuriE nors k|rno dali, nc padias lytincs l.lsteles.Mat Svitinantsusidaro antriniai mutagenai.Jic sukelia neticsioginimutagcninljonizuojandiosiosspinduliuotcspovcikl. Svarbiausiantriniai mutagenaiyra laisvieji radikalai. Jie susidaro vykstant vandens radiolizei: (l) -..,,; t[2o -)H2o-I e ( 2 ) I I 2 ( ) ' r F I 2 O - - + I l j O '+ O I I ' Susidaro labai rcaktyvus hidroksilo radikalas OH'. (3) Elektronas irgi s4veikauja su grctimomis vandcns mcllekulcmis.Susidaro labai suZadinta H.Oi', kuri irgi disocijuoja:

456

n6G"{ Laisvieji radikalai Zymimi taSku - H', OH'. L4stel6je cnergijos kvant4 sugeria stambios organincs molekules. Susidarojq laisvicjiradikalai ir organiniaiperoksidai.Pastariejiatsiranda ir netiesiogiaidel vandensradiolizes. Visa tai paai5kinasvarbiusreiSkinius: . deguoniesefekt4 (ivitinant augalq Saknelesarba drozofilas gryno deguoniesaplinkojc, mutacijq blna daugiau,o Svitinantazoto aplinkoje,- maZiau ncgu normalioje aplinkoje); . radiojautrumo ry5i su audiniq hidratacija (audiniai, kuriuose yra daugiauvandens,jonizuojandiajaispinduliuoteijautresni uZ tuos, kuriuose vandens maZiau, pvz., galima palyginti augalq seklassu vegctatyvinimisdalimis); . distancini mutagenini spinduliuot€s poveiki (kai ap5vitinamas vienas organas, o mutacijos atsiranda kito organo lqstelese); . mutagenus, kurie atsiranda apivitintuosc maisto produktuose, mitybincjc tcrpejc. Genotoksikologiniu atZvilgiu pastarasisreiSkinysyra labai svarbus. Ap5vitintoje mitybinejc terpcje, maisto produktuose irgi susidaro orgtrniniai peroksidai, H,O.. Audiniuose peroksidus skaido fermentai katalazes.Maisto produktuose daZniausiaiSiq fermentq ndra, toddl peroksidai gana ilgai i5lieka. Svitinimasjonizuojaniiaisiais spinduliais ncatsakingai naudojamas (arba bent bandomas naudoti) maisto produktams sterilinti (prt., importuotiems gr[dams, kurie po to pagal reglament4 turetq bfiti naudojami tik pa5arui ir tik

457

po 3-6 mcn.). Si[loma jonizuojandiaisiais spinduliaisSvitinti bulviq gumbus, kad Sie neleistq daigq, ir pan. Antrini mutagenini poveiki sukelia ir radiotoksinai - ivairiq metabolitq dariniai, atsiradgpo ap5vitinimo (lipidq peroksidai,chinonai, trikarboniniu r[g5diq dariniai ir kt.). frodytas Siq medZiagq mutageniikumas. Ekstraktai i5 ap5vitintq audiniq sukelia chromosclmqaberlci.jas.iS birktcriju - genq mutacijas. Tiesioginio mutageninio poveikio prieiastys. Laisvieii radikalai yra ir pirmincs DNR paZaidos:apivitinus jonizuojaniiaisiaisspinduliais susidaropurino ir pirimidino baziq laisvieji radikalai. Jic skirstomi pagal tai, kur yra lokalizuotasncsuporuotaselektronas: . C-centriniai C atome, pvz.l R-C-R, . O-centriniai O atome. . N-centriniai, pvz., RrN.. Sie baziq laisvieji raclikalai clar vaclinami heterocikliniais rezonansiniais,nes elektronas gali migruoti, sudarydamasbaziq laisvqjq radikalq izoformas (7.-5pav.). Dcl baziq laisvqjq radikalq atsirandavicnagrandLiaiir dvigrandZiai DNR trlkiai. Netiesioginismutageninisjonizuojaniiosios spinduliuot6s poveikis gali trlti dil laisvqju purino-pirimidino bazirl radikalq. jcigu iic susidaro ncticsiogiai (7.-5pav.). 13uziqlaisvicji radikalai gali atsirasti nrigruojant clcktronLri nuo apivitintq jorrizuoj r r n i i a i s i a i s p i n d u l i u i sb a l t y n r q .F l l e k t r o n a sn u o h i s t o n q g a l i m i g r u o t i a n t D N R . B e

9A?e/:\

{Yb"T^tr. Tow.l.,^}*

A*An HfiEH

o^-N.ak

oA-N,'
r ------, 'li;f * .fl;f

|

il

EII\/Y

)€t

/-',^i l

rrDA\/Y

*'L*.' |

)+.+il

El^lT

Ultravioletind spinduliuotd (UV) - svarbus ekologinis veiksnys. Kontaktas su ja neiSvengiamas. UV yra Saulds spinduliq spektre. UV

spinduliaiskirstomii tris tarpsniuspagal UV bangosilgi: UV A

320-390 nm. UV B 280*320nm, UV C maZiaukaip 280nm.

Saulcs spinduliuosc,pasickianiiuoscZemg, UV lygis yra didelis UVA spektro dalyjc. labai sunraZcjaUVIJ dalyjc ir beveik lygus nuliui - maZiau kaip 290 nm. Tiumpcsniq birngq UV sklcidZia tik baktcricidinis lcmpos.

Biologiniu UV poveikiu susidomdtaseniai. Pirmiausia susidomdta baktericidiniu, t. y. baktcrijzis Zudandiu UV poveikiu. Po to buvo reklamuojama,kaip naudinga padiam Zmogui pavasaribei vasar4 pasikepinti Sauldsspinduliuose.Ypad vaikudiams.Siuo mctu i UV Zi[rima kaip i vien4 i5 pavojingq, bct nei5vengiamqaplinkos veiksniq, kurio keliamas pavojus - susirgti odos vdZiu. Labiausiai nukcndia ncuZdengtclsnuo Saulis k[no dalys, ypad nosis, smakras, rankos. Zmones, kuriq genotipc yra UV paZaidq reparacijosgenrl defektaspigmentind kseroderma, yra labai jautr[s UV ir serga veZiu 2000 kartq daZniau negu tie, kuriq gcnotipc 5ie genai lcmia normalq jautrum4 UV. Ypad susirfipinim4 kclia dil atmosfcros tarios plonejantis ozono apvalkalas, ozono skylis. Ozono apvalkirlasyra toje atmosfcrosdalyje, kur UV kontaktuoja su dcgu.nimi: 3.,, -r 2.,,

. iSE

)<+

*,\2.' il |

p<+il

il

EN^.^/Y ut'"\.\ UrY

>

(iuaninohetcnrcikliniai rezonansiniai I-R

7.-5pav. C-centriniai (vir5uje) ir heterocikliniai rezonansiniai (apatioje) baziq laisvieji radikalai (LR): viriujc - clcktronas migruoja nuo .OH laisvojo radikalo

45ti

7.2.3. Ultravioletin6 spinduliuot6. Kiti fiziniai mutagenai

hN'^t

Timino (-I') Clccntriniai LR

t-!-r\

gali susidaryti s4rySos to, ddl laisvqjqradikalqbaltymuose ,.baltymas-baltymas", ,,baltymas-DNR".Tai trukdo normaliqDNR veiklq ir rcplikacijrl.

Sis apvalkalassusidaro 15 -50 km aukltyjc. Be to, jo sloris keitiasi per metus (tai buvo nustatyta ir Lictuvoje). Jis sugeria didZiaia dali UV. C)zonclsluoksnisploniausias ekvatoriujc. Tcn susirgti odtts viZiu tikimybe didesnd,bet UV sugeria melaninas, kurio victinc populiacija turi daugiau. Ozono apvalkal4 plonina azoto oksidai, ypai chloro bei fluoro angliavandcniliai,frconas.

DNR ypad jautri UV: 240-290 nm sr_ityjeDNR sugeria UV 10-20 kartq intensyviauncgu baltymai. Sia sawbe naudoiamasi D N R k i e k i u in u s t a w t i . 459

IJV sukeltos DNR paZaidos.Pirimidino dimerai. Nd vieno fizinio mutaseno sukeltos DNR paZaidos nebuvo taip lengvai nustatytos, kaip UV. Nulcme tai, kad Sios paZaidosyra pirimidino dimerai, bDdingi tik UV. Jokie kiti mutageniniai veiksniai jq nesukelia. Tiesa, pirimidinq dimerus kartais indukuoja ir jonizudantieji spinduliai,bet taip yra del antrinio Slytejimo UV spektro dalyje - del Cerenkovo-Vavilovo efekto. Ciklobutaniniai dimerai (7.6 pav.) sudaro 50-807o visq paZaidq, k u r i a s D N R s u k e l i a t J V . D a Z n i a u s i a i( a p i c 4 0 - 6 0 7 o ) p a s i t a i k o arba 1'I apie penktaciklobutaniniaitimino dimcrai, Zymimi T:I dali sudaro dimcrai J':C. Dimerai yra tokios specifindsDNR paZaidos,kad net naudojami UV dozimctrijai- UV sukeltosDNR paZaidosdydZiuiivcrtinti. Siuos tyrimus palengvina tai. kad surastasfcrmentas UV endonukleazd,kuri paZistapirimidinq climcrusir toje vietojc kerpa DNR. DNR tr[kius lcngva aptikti. I5 padidcjusio trlkiq kiekio sprendZiamaapie DNR daliai tckusiq UV dozg. Mctodas taikomas ir Lictuvoje, Botanikos institutc ir Vilniaus univcrsitete:juo nustatonraUV ir Saules Svicsosspinduliq Zala augalams,fotoreaktyvacijair kiti DNR reparacijos tipai. Manytzr,kad mutagcniniUV povciki irgi s4lygojaciklobutaniniai pirimidinq dimerai. Deja. Pasiroclo.ciklobutaniniaipirimidinq dimerai labiau lcmia l4steliuZ[ti, baktericidinipovciki. PrieZastis- sqry5os toje paciojc DNR grandinijc arba tarp DNR grandiniq. Mutacijos :rtsirancladel kitokio tipo dimerq - pirimidin-pirimidonq. Jic yra ivair[rs:P (6-4). P (6-2), dar ncseniaiatrasti.Svarbiau'lhi sias i5 jq pirimidin(6-4)pirimidonas(7.6 pav.). potenciali DNR paZaida.Siuo nretu jrodyta,kad ir ciklobutaniniaipirimidinr4dimerai netiesiogiaigali bLiti mutaciju prieZastis. Potenciali DNR paiaida dar nera mutacija, bet gali buti jos prieZastis.Tik potencialios DNR paZaidosyra mutageni5kos. Kancerogeninis UV poveikis yra nc ddl hcndro UV poveikio DNR. o del kai kuriq genq mutirci.jtl,kurias sukeliu UV. Ypai detaliai i5tirtos p5j geno mutacijos. Pirma. nustatyta. kad odos veZiu serganiiqjq vciinese l4stelesep" geno mutacijos il,ykusiosclipirimidinqvietosc (pvz., CC-+TT). Taigi ai5ki ticsiogine sqsajatarp DNR paZaidLr,UV mutagcni5kumoir viZio. Antra, p" gcno mutacijos yra rccesyviosios. vadinasi. vdiys rystosi tik tokiose lqstel6se,kuriose abu aleliai yra mutantiniai.

160

Saules Sviesaapic 6()'/c odos veZicl ati'ejq sukclia del mutaciju abiejuosep-it geno a l el i u o s e :

P+5; ---F yv

saules IJV

Ptt

saules ----------------+

^.r

UV

p" p'

{S\ iesa:.100-500nm)

ry

r-tl

'"'a''jn rr-o'dI "r\

n'^-,,-Htt i HOI

"--'

cH''4'r-x't-rt'to cH",\:-{N,.,\-Nti

'.'@k;" Elekaono ] i i pernclimrs

3 Elektrono p€r[ellmas

EIIII!

CPD fotoliazd

NH

HN

HN

c

ONN: P] (ciklobutaniois

CI'D

(6-4)

H

"

pirinridino

dimeras)

fotoliarA

C H -ox , r'-' -../ I N

iA

H

/ - --il-cH.

I

o -t 9H' H

, )>c 1'f "* -n 3

'*t

rylr.l CH,

H o

eg

1 98,n

1r i.l '- 9 ^ Nl

HN cH,

(F)

-o

.i

cH. C8,,1

" l. -. ! - l I

',.

o"'N

lH

N- o

i.e);

pirimidin (6*,1)pirimidonas

MCIynos$viesosfotoreteptorius

A +signulu.

7.6 pav. CPD ir (6-,1) fotoliaziq veikimo bldas: antena; 1 - rndlynos iviesos liltonq sugcria MTHF (5,1O-meteniltc-trahidrttfolatas) 2 - energijos perneiimas ant FADH (flavinadenindinuklcotido);J - suZadintas f'lavinasatiduoda clektron4 CPD (ciklobutaniniam pirimidino dimerui) arba (6-4) fotoproduktui (pirimidin(6-,1)pirimidonui);4 - elektrono pcrtvarka grqZina DNR FADH (piciinys bazcs ! pradinq buscn4 (monomcrus). o elektronasvel -qrq2inamas nc jsiminti, o suvokti fotoreaktyvacijoseigil) (rcmiantis A. Sancar, 1996)

461

Elektromagnetin€sbangos - naujas mutageni5kasveiksnys,neseniai ftrauktasi mutagenq sqraSus. Vis delto duomenysgana prie5taringi, kaip ir apie ultragars4,bet ispejimasnepiknaudZiautiyra rimtas. Vibracija. Jos mutagcni5kumasbuvo nustatytaspo antrojo kosmonauto G. Titovo skrydZio.Labai purte. Drozofilos ir kitq organizmq, tarp jq Zinduoliq, l4stelesepadidejo chromosomq aberacijq,genq mutacijq, o virusas,kuris buvo jonizuojandiqjqspinduliq indikatorius, nercagavo.Vibracija kaip mutageninisveiksnysyra labai maLaitirtas, nors yra daug Zmoniq profesijq,kur jos Lala gali blti ne tik fiziologind (pvz., moterq ncvaisingumas), bet ir gcnctine.

Kiti fiziniai mutagenai yra nepalyginamaimenkiau i5tirti. Be to, jq poveikis daZnai netiesioginis- kaip cheminiq reakcijq katalizatoriaus. Net matomos Sviesosspinduliai, ypad UV, sukelia cheminiq medZiagq pokydius - fotolizg. Del fotodinaminiq reiSkiniq, dalyvaujant kiticms aplinkos vciksniams- O,, NO", nitratams ir nitritams, pvz., gaminasi labai stiprus kancerogenainitrozoaminai (Zr. toliau). Savo ruoZtu ii nitrozoaminq del UV povcikio gali gamintis kita mutagenq grupe hidroksilaminai: (NO. + O.)

UV

UV --------------)

L]V

......-,\.vr-

antriniai aminai

nltrozoamlnal

hidroksilanrinai

Saules iviesoje policikliniq aromatiniq angliavandeniliq (bcnz(a)pireno,Zr. toliau) mutageniSkumas padideja iki 10 kartq. [)ar stipresni mutagcnai (100 kartq aktyvesni)susidaro Siuos junginius apivitinus UV

7.3. Cheminiai mutagenai

Fotodinaminius rei5kinius - hiologiniq, tarp jq ir gcnctiniq, strukturq, paZcidimr1 sugcriant ivicsit gali skatinti fotosensibilizuojandioscheminds mediiagos. Thi a k r i d i n a i ,a c c t o n a i ,a n t r a c h i n o n a ip, o r f i r i n a i ,r i b o l l a v i n a sk, o s m c t i n i a iU V s p i n d u l i q s u g c r i k l i a i ( n r c d l i a g o s ,s k a t i n t r n i i o si d c g i m 4 ) . l i i i o s g r u p c s m c d Z i a g qg c r i u u s i a i iitirti psoralcnai. Psorirfenai Iurokunrarinu miiinys. gaunamils i( augalo Psrnulcudrupuccu. Jie s c n s i b i l i z u o j lo d r l [ J V s p i n c l u l i a m st ,o d c l v a r t o j a m i k a i p v a i s t a io d o s b a l t m c i ( v i l i -l.hi e u i , l c u k o c l c r m i r i ) I, i z d i n c i a l o p c c i j a i ( p l i k i m u i ) g y d y t i . b i f u n k c i n i a ij u n g i n i u i , turintys dvi su DNR rcaguoianiiasgrupcs. Dcl Sios prieZasticsjic ii kartt_rjungiasi sr.rdvicnr pirinriclinais.Atsirarrclas4ryios tarp clvicjq DNR grancliniq (DNR-DNR). Sio tipo DNR paZaidosnrirtinos. DNR DNR silryias sukclia Fusuriutr gcntics grybu nuodq - allatoksino B, ir [3. fotoprocluktai,taip pat alkaloiclasii Rutut'eaci. augalu distamicinns. Sis stiprus, pavojingastirtosensibilizuoiantis r0tq poveikis gcrai Zinomas. I-ictuvojc yra nukcntcjg maZi vaikai ir rltq darZclius ravindios moterys.

Temperatfiros poveikis. 1933 m. M. Nava5inasir Pcto (P.Peto) nustate, kad gamtiniU mutacijq daZnis labai padideja augaluose, uZaugusiuosei5 scnq seklq (pvz., scnuose mieZiu grfiduose chromosomq abcracijq 7 kartus daugiau). Augalq seklas galima dirbtinai suscndinti,jeigu jas laikysime auk5tesnije(net kambario) tempcratIroje. Pirolizds (gr. py, - ugnis + /y.v.r- skaidymas)produktai nitrozoaminai,policikliniaiarcnai (aromatiniaiangliavandeniliai), aminorflgSdiq ir polipeptidq pirolizatai bus nagrindjami atskirai. Jie susidaro kaip degimo produktai, kai tcmperatDra aukitesnd kaip 150"C. 462

Cheminiq mutagenq atradimas. Chemine mLrtagcnezeprasidejo nuo silpnq mutagcnLl.1932 m. V. Sacharovasnustati, kad drozofilq mutacijassukelia cheminiaijunginiai jodas, metalq (vario, mangano, junginysmetilcholzlntrcnas. ivino) druskos,kanccrogcninis Tadiauvisi Sie junginiai yra silpni mutagcnai.Jq valanda ,,iimuie" tik po 40 mctq, kai rimtai susidometaaplinkos mutagenais. Cheminc mutagcnczi viciai pripaZintatik po to, kai Aucrbach (C. Auerbach) ir J. Rapoportasaptiko labai stipriusmutagcnus- alkilinanii4sias mediiagas. Aucrbach irode, kad mutacijas sukelia ipritai, o J. Rapoportas aptiko kclct4 itin stipriq mutagenLl(etil- ir metilnitrozokarbamidus, metilmetansulfonat4, dimetilsulfat4,aziridin4 ir kt.). Chcminius mutagenussugruputltisudetinga,nes mutacijassukelia labai ivairios medZiagos.Jq yra Simtai t[kstanciq. Cia pamineti tik kai kurie chcminiai mutagcuai.grupuojami pagal chemini-biologini junginio vcikimq. Kai kuriq mutagenq formulds pateiktos 7.7 paveikslc. 1. Alkilinaniiosios medZiagos- stipriausimutagenai.Siai grupei priklauso daug priciveZiniu preparatll. Alkilo grupds - metilo (CH.), etilo (C,H,), propilo (CrH?) ir kt. - nuo alkilinandiqjq medZiagq pereina i alkilinam4jijungini. Prisiminkime,kad alkilinimas (metilinimas) yra ir iprasta DNR modifikacija. Vadinasi, DNR alkilinimas vyksta ne tik del mutagenq, tai ir normalus reiSkinys. 2. Peroksidai susidaro organizme kaip metabolizmo produktai. Jie gali b[ti organiniai ir neorganiniai(H.O,). Sios medZiagossukelia 46-l

^

Kiti nrutagenai

Alkilinaniiosios medZiagos | - 2 .l p r i t a i l . l l i s ( l - c h l o r e t i l l s r r l l i c l a ss ( l t - t t \lt- ('l

''dl,

l. Bromuracilas

.1,

L l r i s (2 - c h l o r c t i l1 , ' , t , i , t , , 1 ' . 1- l t - ( R * ( ' l - 1 .D i a l k i l s u l f a t a i (dirrrctils[|liltlts. r!ielrlsu I litlils ) . 1 .A l k i l a l k a n s u l f 0 n a t a i ( c 1i l l n c l x n \ l iI l o n a l i i \ . n r c t i l m c t a t t sILl itr n a l a sI 5. [.tileniminai ( r t z ir i r ii n r t . . t r i c l i l c n t n c l r r r t i t t r )s

o

I t{- ()-5-(}--lt ,1 t,

l. I'roflar inas (2-li-diarni noakritlinc h l o r i c l r)t s

o I

R- ( )-s-( ) A

llr i. Hidroksilaminas

|/

Itl rtr IF( -(-ll Y \ _ r ,\ ,

{r.Nitrozojunginiai {clilnilrozttlrrbitntidits. n c t i l n i 1 r o z o ki r r h l r t ti c l r i s . t i i c ti l r ri t r o z o a n itt t r t s n r 1 1i I l ri l r ( ) n i t n) / ( ) t r i a ritr l i t t i t : )

2\-r't I

{. K.lchicinas {,,lkrrh,i.l.r,}

R.

t{ .,,h,' ii)\\:"

6. Hidroksilaminas, hidrazinas, nitrito rfigitis (HNO"), oksiduojaniiosios-redukuojaniiosios mediiagos. Veikia ivairiai, pvz. nitrito rug5tisdeaminina purinq-pirimidinqbazes. 7. Sunkiqiq metalq druskos. Mutacijas gali sukelti ir lengvqjq metalq (berilio, kalcio, magnio) druskos.Tai labai priklauso nuo organizmq, l4stcliq tipo ir b[kles. Cheminiq mutagenq ypatumai. Veikimas panaius i fiziniq mutagenq: mazos mutagcnq koncentracijosyra stimuliuo.jandios;veikiant mutagcnu ilga laik4 keletojc kartQ vyksta adaptacija,padideja atspar u m a s :m u t a g c n i i k u m u lsu h l r ip r i k l i r u s rnl u o i l r g a n i z m o :p v z . .m i n i t a nitrito r[g5tis yra stiprus mutagenasbakterijoms,bet tiesiogiaisqveikaujant su DNR silpnas arba visiikai nemutageniikasZinduoliams. Gali bfiti ticsioginisir ncticsioginisntutagcninispoveikis.Be to, gali b u t i n e t i c s i o g i n i ami u t l g e n i r i- p r o m u t a g e n a iP. u t s. i u n g i n y m s utaciju ncsukclia.bet mutagcniSkijo biodegradacijosproduktai. Tbkio tipo nrutagenamsaptikti yra spccialusE,intsometodzrs- inkubuoti tiriam4jq medZiag4su mikrosomu (S-9) frakcija iS grauZikq kepenq.

7.7 pirv. tvair[s cheminiai ntutagenai

po ivairiq sqveikq 7.3.1.Cheminiaimutagenai, susidarantys Nitrozoaminai. Thi nckcliantys abcjonir4 stiprfis kancerogenai.Pakako Ziurkci gauti vicnkartine 30 mg/kg khno mascrs dimctilnitrozoaminodozg, ir i5sivysteinkstq vczys (7.8 pav.). Puigalgcnotoksini pavojq nitrozoaminuslenkia tik laisviejiradikalai.

laisvuosiusradikalus (Otl'), kurie julgiasi nutaciias, generuoclamos su DNR. 3. Antimetabolitai, tarp iu ir purino-pirimidino btrziq analogai (kofeinas, tcofilinas, teobrominils, bromuracilas,fluoruracilas, 2-ttmi(pvz.,vitaminq) rlopurinasir kt.). Mutacijassukclia ir kitq mu,dziagrl analogai(aminopterinas,folio rugStiesdariniai ir kt'). Antimetabglitai konkuruoja su metabolitais,uZimdami siq viet4, tadiau nepasizymi biologiniu voikimu, bfidingu mctabolitui, todil sutrinka metabolizmas arba normali rcakcijq eiga, pa\yzdziui.DNR replikacijaarba

Nitrozoaminai- junginiai, kurie turi nitrozo grupg N=O.

tr:urskripcija. 4. Alkaloidai ir gliukozidai, tarp jq minetasis alkaloidas kolchicinas, sukeliantisbeveik vien tik poliploidij4.Alkaloidq ir gliukozidq ntutagcninispoveikis gali b[ti ir netiesioginis:susidaro mutageni5ki ju saveikos su kitais vciksniais produktai. Antai i5 nikotino ir kitq

Bcnclrr jq fbrmuli: Rr-Cl{r.._ . N_N: O Rr-CHr--'

alkaloidu gali pasigamintinitrozoaminai. 5. Akridinai - mcdZiagos,vartojamos kaip fluorescuojantiejidaZai. Nera stiprus mutagenai, bet vartojami todil, kad sukelia tik rdmelio poslinkio mutacijas.

7.8 pav. Ziurk€s inkstq v6iys d6l poveikio nitrozodimetilaminut vicnkarlincdozi .l{) ntg I kg klno mases

464

30. 1313

Susidirro ivairiais b[rdais: . d c l f o t o d i n a m i n i qr c i i k i n i u ( U V ) , . pir.olizds, . cherniniq reakcijq, kuriose dalyvaujamikroorganiznrai.

465

susidarytii5 nitratq: Vienasii budq nitrozoaminams

- _ _. _ . c H ,

,CH"-N1 '

,.\

(l) 2HNO, -+ 2HNO. + O., (2) 2IINO. + N.O. + H.O.

'fJir'l--11 .'N-" I

Virikinarnaiamctraktc iias reakcijasvykdo mikroorganizmai.

cH:

H

Nitrozuojanticjijunginiaijungiasisu antriniaisaminaisir susidaro nitrozoaminai: (3) Rr CHz... NFt+NzO:-)

Rz-CHz

R1-CH2... N-N:O+HNOz R2-CH2

Kai kurios genotoksikologindsiivados. Dcl nitratq labai daug triukimar.rta.Buvo cliclclisnitrutq tikrinimo darZovi'se,bulvesc vajus, si[loma Zcmdirbysti bc ntiner a l i n i q l n y i q , t . y . i v a r i . B c t n i t r a t a i a u g a l u i- m u i s t l s .C i a b u t i n l h c n d r a i sb r u o Z a i s prisirninti nitratq apyklitrl au-ealuosc: ' P i r t c r ) k i pr r o i r r k n i s . . pcrnciami j lapus ir tcn pcrdirtrarni. S i L r o sv i r s m u s s l o p i n a s i l p n a s a p i v i e t i m a s i r 2 c m c s n i t c m p c r a t I r a . K a i p t i k tokios srllygosyra Zicm4 ir anksti plvasirri iiltnamiuosc. Thda Zaliosc augalo d:rlyse nitratq padaugija. Gamtojc viskas labai sudcrinta: stipriausiasnitrozoaminq susiclarymoslopiklis (inhibitorius) yra askorho r[gitis (vitarninasC), kurios daug yra darZovcse.Kai derl ivarios Zemclirbystis- victoj mineraliniq trqlq naudoti organincs tr4ias (meSl4), susipaZinussu kscnibiotikq biodcgraclacija(Zr. p. 303) paaiikcja. kad Salinimo produktuose susikaupiaclidZiausitcrialq kickiai. Vrdinasi ,,Svari"Zcrndirbysti yra pati ncSvariausiu.

DarZovcsc ir kituose maisto produktuose rciketr+kontroliuoti ne tik nitratq, bet ir galutinio kancerogeni5koprodukto nitrozoaminq kicki. Kad tai bfitina, rodo Vokictijos paryzdys. Vidutini5kai vienas vyras per par4 vokictijojc su maisto produktais gauna 1,1 Ltg nitrozoaminq, i5 iq 0,7 Ltg, t. y. 63a/a,gerdamasalq (pagal O. R. Preussman, R. G. Eisenbrandt,1987). l5 kur aluje tiek nitrozoaminq? Juk mieZiq gr[duose nitratq nira. Nitrozoaminai aluje pasigamina iS antriniq aminq. MieZitl gr[duose yra du alkaloidai, kuricms Zmogus visi5kai atsparus. I5 jq susidaro svarbiausiasmaisto Droduktu nitrozoaminas - nitrozodi-

NaIrIOa, pH 4,4 ----------------+ 670,h tC'}J, O:N-N{. .CH:

Granrinas ,.l-\, .,CH, H o - . ('J-'') H H " - C H ' - N ' _ _ _ ' "CH:

NaNOr, ' ' pH 4,4 , lloro

Nitrozodimetilaminas

Hordeninas Jeigu bfitq pasitenkinamatik nitratq analize,alus b[tq labai Svarus ir sveikatainepavojingasgdrimas.Jame nitrozodimetilaminoatsiranda del pirolizes - Silumos povcikio. Kuo alus tamsesnis,tu
\-N.{) CH,

i5 anabazino:

rffi \7

metilaminas.

. 1 -m ( c t i l n i t r o z o a n r i n o| ) - N ' - n i t r o z o n o r n i k o t i n a s - ( 3 - p i r i d i )l -| - b u t a n o n a s

4Of)

30"

a)

i5 anatabino:

N-o

N'-nitrozoanabazinas

N'-nitrozoanatabinas

467

Gumos pramond ir jos produktai - vienas didiiausiq nitrozoaminq Saltiniq.Jq yra net vaiki5kuoseguminiuoseZindukuoseir Zaisluose. Visi, kuriq profesija susijusi su gumos gamyba arba vartojimu, gaunadaug nitrozoaminq. Nustatytos Zmogausligos, kuriomis sergant gali padideti nitrozoaminq kiekis (achlorhidrija.gastritas,infekciniaiSlapimotrakto uZdegimai). Policikliniai arenai, arba policikliniai aromatiniai angliavandeniliai (PA), yra nevisiSkoangliavandeniliqdegimo produktai. Pasigamina 200-300'C degant miikams, Zolei. akmens anglims, naftos produktams. Zinotina, kad jLuls kaupia zrusalai(del to pavojinga Zemdirbystepakelise).Thi arcnai (aromatiniaiangliavandcniliai). turintys kelis benzcno fracmentus:

Ilcnz(a)pircnas

tr ffi%E

Dihcnz(a.h)antraccnas Pirenas

l)ibenz(b.i)-pir(nas

llcnz(c)fcranlrcnas

Mutagenincs sarybes nustatytos daugiau kaip 200 PA, bet jie yra netiesioginiaimutagenai.Butina jq aktyvacija.Juos gali aktyvinti azoto oksiclai,nitrito rfigStis,fermentai,todel labai snrulkiaii5tirtasjq metabolizmas(Zr. 4.8 pav.). Polipeptidq ir aminor[gidiq piroliz6s produktus atrado japonq nrokslininkai paskrudusioje,apdegusiojcmesoje.Sutarta del jq lymijimo. Aminorugidiq pirolizatai zymimi taip: . pirmiausia nurodoma aminor[gSdiq santrumpa, o p - pircllizesproduktas, o skaiiiai - pagal pirolizato atradimo

Kaip ir PA, aminorfigSdiqpirolizatai yra netiesioginiaimutagenai. Juos aktyvina tie patys veiksniai, kaip ir PA (azoto oksidai, nitritai, fermentai), bet kai kurie jq (Tip-P-2, Glu-P-l) yra 150 karrq stipresni mutagenai uZ PA. Kitq mediiagq pirolizd kol kas nepakankamai iStirta. Tihksta kavos (kaitinant iki l-50-300"C),auglliniu aliejq, lbsfolipidtr pirolizatq tvrimu. nors yra darbu apic iiq pirolizatqmutagcni(kum4. N'Iutageniniainitritq s4veikossu kai kuriais vaistais produktai. Po Sios s4veikos gali susidaryti tiesioginiai mutagenai. S:rraSasvaistq, kuricms nustatytas toks rezultatars,gana ileas, toddl vartojaniiajam vaistus rcik0tq tai Zinoti. Stipr[s mutlgcnai susiclaronitritanrs silveikaujantsu aminofcnazinu.kai kuriais antiparazitiniais vaistitis.silpni muttrgcnai - su analginu. piiracctamoliu, fcnitcctinu. Tiesioginiai mulagcnai susidaro ir nitritams, azoto oksidams sqveikaujant su kai kuriais gamtiniais .iunginiais:alkaloidais,fenoliais,indolais, net aminorugitimis (triptofanu).

Mutagenai - mikroorganizmqveiklosproduktai. Fekapentenai.Nitrozoaminai- nc vieninteliaiZnrogr-1 veikiantysmutagenai,atsirandantys Larnyne del mikroorganizmq vciklos. Kai kurie mikroorganizmai turi fcrment4 fekalazg,kuri augalinius gliukozidus paverdiamutageniniais junginiais.Zinduoliai nuo 5io rciSkinioapsisaugo savotiSkai: eliukozidai labai skubiai(koljq nepavcikemikroorganizmai)clcponuojarni kepenysc, Ten juos pcrdirba fcrmentai. l9fJl m. atrasta nauja mutagcnq grupe fekapentenai.Thi (S)-3-(1,3,5,7,9-dodekapctoniloksi)-1,2-propandioliai, konjugavQsu laurilgliceroliu.Skaidiuspo medZiagospavadinimorodo angliesatomq skaiciq nciisiiakojusiojcnrolekulesdalyje - fekiLpente'nas-12, 14 ir pan. Prisiminkime,kad buvo storosiosiarnos vcZio epidemijostarp Johanesburgo (Pictu Afrikos Rcspublika) baltaodZiq gyvenrojq prieZastis. Laurilglicerolisyra detergentas,leinantisj priemones,vartojamasindams plauti.

sekq: . Trp-P-l - 3 - a m i n o - 1 , 4 - d i n r c t i l - 5 H - p i r o[ 4l o. 3 - b ] i n d o l a s , . Tip-P-2 - 3 - a m i n o - l - m e t i l - 5 H - p i r o l [o4 , 3 - t r ]i n d o l a s , . G l u - P - l - 2 - a n r i n o - 6 - m c t i l d i p i r i d[ o, 2 - a : 3 , 2 r - b ] i n d o l a s . Kitas (poli)peptidq pirolizatq Zymejimas: .

MelQ - 2-amino-3,.1-dietilimidazo 14,-5-f]chinolinas (abu po krcatinino + gliukozes * aminorlgities pirolizes), . -MeIQx - 2-amino-3,7,tt-trimetilimidazo [4,-5-f]chinoksalinas(tos padios medZiagos + glicinas) ir kt.

468

7.3.2.Laisvaradikalind mutagenezd. Ligos,kurioms bldinga sutrikusi laisvqiqradikalq pusiausryra Laisvqiq radikalq apibldinimas. Prisiminkime,laisvieji radikalai grupes atomq ir atomai, turintys nesuporuotilelektronE.Jie labai ivair[is. Mutagenezeisvarbfislaisvieji radikalai, kurie atsiranda esant deguoniesatomui: .OH (hidroksilinisradikalas),Ol (superoksidinis radikalas),jau minetieji purino-pirimidino baziq laisvieji radikalai.

469

Laisvieji radikalai (LR) yra labai reak[v[s, bet trumpalaikiai, toddl itin pavojingitie i5 jq, kurie i5liekailgesnllaikE.Siuo atZvilgiu Hidroksilinisradikalas i5siskiriaO,. Jis laikomaslabai genotoksi5ku. gali sukeltiDNR pokydiustik tiesioginejeDNR aplinkoje.Genotoksi5kaiaktyvusir singlentinisdeguonis'O' kuri produkuojafotodinasusidaror,ykstantlipidq peroksidao l4stelese miniai sensibilizatoriai, cijai. rO, maZiaureaktyvus,bet difuzijoskeliasilgesnis,negu 'OH. i5 LR, pvz., Labai svarbusrei5kinys- peroksidqsusidarymas HO;+ HO; -_>H,O,+2O Kaip mineta,peroksidaii5lickailgesnilaik4. Kitas labai svarbus ypadlipidq peroksidacirei5kinys- organiniqperoksidqsusidarymas, ja. Dcl jos nukendia,griaunamal4stclesmembranqsistema.Thi atveria kcli4 mutagenams. Be to, lipidq peroksidaiyra ilgalaikiai. Padiddjusilipidq peroksidacijayra vienasi5 svarbiq organizb[senosrodikliq. mo sutrikusioslaisvaradikalines Senstant,sutrikuslaisvqjqradikalq ir antioksidantqpusiausvyrai (7.1 lentele),padidejalipidq pcroksidacija. Tai prie5veZine bfisena. Laisvqiq radikalq bei antioksidantqpusiausryrair jos pokydiai. LR susidarolykstant jvairiemsprocL'sams, del jvairiq fermentq(tarp jq NADPH-citochromP-450rcduktazes)veiklos.Labai svarbfislaisvyksmaiccntrini'jcncrvLlsistcmojc. varadikaliniai Paprastainusistovipusiausvyratarp laisvqjq radikalq susidarymo ir antioksidantqkiekio. Antioksidantai,tioliai (tarp jq glutationas)yra laisvqjqradikalq gaudykldsir jq slopikliai. vyksta Antioksidantai vartdami ir kaip maisto priedai, nes peroksidai. produktq susidaro maisto oksidacija, Nustatytos ligos, kuriomis sergant sutrinka Iaisvqjq radikalq ir antioksidantq pusiausryra,padaugija laisvqjq radikalq (7.1 lentele). Sutrikusi laisvqiq radikalq pusiausryra pirmiausia budinga senatvei. Senstant sutrinka LR ir antioksidantq pusiausi,yra.Ankstyvosios senatvdssindromams irgi bDdingasgerokai pakilgs LR lygis. Antra grupc lig.I - virusin€s ir kitos infekcijos, sukeliandiosuZdegiminius procesus.Vyksta vadinamasis,,kvdpavimosprogimas": aktyvinami polimorfobranduoliai leukocitai neutrofilai. Jie gamina O, ir H,O. Tai lazda su dviem galais: viena, tai bldas suskaidyti sveti470

7.1 lentele. Kai kurios imogaus ligos, kuriomis sergant sutrinka taisvqjq radikalq jq ypatybds (pagal V. Ranieli, 1993) ir antioksidantq pusiausv-vra; Llgos

DNR REPARACIJOS Pigmentincs kscrodermos Ataksi ia-telanuiektaziia i+ BIiumo s.

Iiskirlinds watvbcs l 4 5 6

Lrgos

lSskirtineswatvbes

2

1

4

5

6

'7

AUTOIMUNINNS Kolagenozes(sistemine raudonoii vilkligc) Reumatoidinisartritas

LETINIAI

uZoecrmet Fankonio maZakrauiystl ++

NERVU-PSICHIKOS F n il c n s i i a Schizo freni ja l'arkinsono l. Alhcimcrio l.

SENATvE Nonnrli A n k s t y ra

J u n s i a m o i oa u d i n i o Kcpenrl

KITOS LIGOS

Diabctas Alkoholimas Emfizema l)crmatitai

M azakrauJysti

SkrandZioir dvylikaoiritis Zamosooa Unri plauiiq r-dcrnr

I'alascmiios

+

Rarrmcnrr distrofiia

KRAUJAGYSLIUKRAUJo-SrRDrEs

Irchrntirtc I Aterosklerozc Miokardo inl'arktas I liocnoniia

+'!

Dauno s Kai kurie l[Z[s chromo somu saitai

Lctinis ostcomiclitas

P a s t a b o s :s . - s i n d r o m a s ; I c h r o r n o s o m t ll u Z u n r a s( + + c h r o m o s o n r ul r r i u r n o s i n d r o m a s , * s i l p n a s ) : 2 - d i c l c s n i sj l u t n r m a s n r u t a s c n a r n s( d a Z n i t u s i a is p c c i i i n i a m s ) ;3 DNR rcparaci.jos d c l c k t a i : 4 - s i s t c r n r l v, c i k i a n i i q i k i s a v c i k o s . , D N l { - m u t a g c n a s "p, o k y i i a i , a n t i m u t a g c n q s t o k a ; i m u n o d c f i c i t a s t( r - d i c l c s n c I i p i d q p e r o k s i d a c i j a ; 7 - s u s i t l u r o k l a s t o g c n i n i a iv c i k s n i a i . 5

m4 (virusing)nukleorlgStj (ncbtitinai DNR, bet ir RNR, kaip, pvz., sergant gripu), ir antra, aktyvinti ncutrofilai yra stipriai mutageni5ki grctimoms l4stelirns. Letiniai uZdegimaiyra prie5veZinebtsena. Kitos ligos, kuriomis sergiint sutrinka LR pusiausvyra,labai ivairios: .

ligos, susijusios su deguoniesapykaita. Thi kraujagysliq,iirdies, kraujo Iigos, maZakraujystc,ischernincliga, miokardo infarktas,atcmsklcrozi, hipertonija; . autoimunin€s ligos, alergijos. Reumatoidiniu artritu scrgantysckspcrimcntiniai gyvuliukai (pcliq, Ziurkiq genetincs linijos) yra modclis sutrikusiai LR p u s i a u s v y r r tr i r t i i r g y t l y t i : . psichikos ir nervq ligos (Parkinsoncl,Alhcimcrio, schizofrenija, cpilepsija, maniakini-dcprcsini psichozd). Pvz., sergant schizofrenija, septynis kartus padaugcja lipidq pcroksidq; . peroksisomindsligos - daZnai pasirci5kiakaip nervq bci psichikos ligos. Jq prieZastis- sutrikusi peroksisomq pusiausvyra.Peroksisomos- tai l4stelis organoidai, kuriuosc yra oksidacijosfermentai (katalaze,uratoksidazeir kt.).

47r

Padiclcjgspcroksisonrqdalijinrasistick pat pavojingas,kiek ir sumaZcjes.Ju dalijinrasi skatina kai kuric vaistai. maZinantyslipidu kickj krauilje (klofibratas ir kt.).

LR ir DNR reparacija. Labai idontus rySystarp DNR reparacijos ir laisvqjq radikalq pusiaus\yros.Visq Siuo atZvilgiu tirtq asmenq, kuriems sutrikusi LR pusiauslyra, l4steldscslopinama arba susilpnejusi DNR paZaidq reparacija,todel dar labiau sustiprejagenotoksinis poveikis. Ir atvirkidiai, tll Zmogaus ligr.1,kurios apibfidinamos kaip DNR reparacijosligos ir kuriq pirmine prieZastistikrai yra vieno kurio nors konkrctaus, nustatyto DNR reparaciios geno mutacija, yra sutrikusi LR pusiausvyra.?ri nustatyta pigmcntindms kserodermoms, Fankonio maZakraujystci.Blilmo sindromui, ataksijai-telangiektazijai(apic jas bus snrulkiau). S4raiasvis ilgcja. PadidejqsLR kickis nustatytasir scrgant Dauno sindromu, dizrbctu,zrlkoholizmu,raumenu distrofija,skrandZioir drylikapiritcs Zarnosopa, chroniiku hcpatitu ir ostcomielitu (kaulq ciulpu uZdcgimu) ir kt. Ligoms, kai pasireiikia sutrikusi laisvqiq radikalq pusiausvyra,budinga: ' p l r c l i t l c j c s c h r o n t o s o n r ua h c r u c i . j qi r / i r r l r as c s c r i n i u m a i n u d u Z n i s - s i l p n a s chrom
Egzogeniniaiveiksniai, produkuojantys laisvuosius radikalus. Pagrindinis egzogeninislaisvqjuradikalq Saltinisyra ksenobiotikai:esant H.O. ir NADPH, generuojinxasO. (superoksidinisradikalas). I l i d r o k s i l i n i sr a d i k a l a s . O l l g a l i s u s i c l a r y tdi c l p c r o k s i d oH , O , s a v c i k o ss u k c i d i a n c i a i sv a l e n t i n g u m aC l u a r b a F e j o n a i s : M c r * + H . O . - r M c ( ' , + r+) o H '

+ oH'.

Panaiiai susidaro ir askortrorlgities LR, todil ncrckomcnduojamacitrin4 pjaust y t i r n e t a l i n i up e i l i u . B c t v c l g i l a z d a s u c l v i c mg a l a i s :n i t r o z o a m i n qs u s i d a r l , m 4s t i p riau skrpina askorbo riig5ties laisvasisradikalas. LR sukclia matoma iviesa ir voai UV A1a

LR produkuojantysveiksniai tokie svarbfiskaip kancerogenai,kad Einisas (8. N.Ames) sukonstravospecialiusSalntonellutvphimurium kamienus TA102, ypac - TAl04, tinkamus laisvaradikalineimutagenezei nustatyti. Antioksidantai. Saugos preimonds. Laisvieji raclikalai - iprastas lqstelesreiikinys. Skiriami du LR lygiai: normalus: per par4 l4steli patiria apic 1000 laisvaradikaliniq smlgiq; oksidacinio streso, kai 5is normalusis lygis virSijamas. Apsauga vcikia abiem lygiais.Nuo ne laiku ir ne victojc atsiraivairiais bIdais. Pirmiausia apsaugotas dusiq LR l4stc'leapsisaLrgo branduolys. Lqstelesbranduolysyra silpniausiaioksigenizuotaslqstcles<-rrganoidas. Laisvuosiusraclikaluslikviduoja: . LR gaudykl€s.Tai ivairios gamtinis mcdZiagos(ubichinonai, kai kr.rricstcroidini:rihorntonai,citrinos r[gitis, tioliai, ivairls antioksidantai:tokofcrolis,askorborlgStis.nikotino rlgStis,karotinoidai, f-lavonoidai:rutinats,kvercitinas); . fermentai (katalazis,pcroksicl.rzis, glutationreduktazis,superoksiddismutazcsir kt.). Visi Sic vciksniai vcrtinami kaip antimutagenai. Dirbtinds saugos priemonds nuo LR ir oksidacinio streso. Pirmiausia vartotinos gitmtinis mcdZiagos,daug irntioksidantqturintis maistas.Daugclis aukiiiau sumineltqmedZiagqyra antimutagcnaiir (jas labai vciksminprici kitus mutagcnus,alkilinanti4siasrnedZiagas gai inakt)'vina,pvz..tioliai), nitrozoaminus(minetoji askorbo rlgitis), latrai universalus irntimutagcnai yra tctkofcrolis ir kitrotintliclai.Thd suprantamzrsju pric5veZinispoveikis. Ypatingoms situacijoms,padidejusiosrizikos Zmoniq grupdms (profcsijoms)ieikoma itin veiksmingqsintetiniu medZiagqantioksi'los ypatingos situacijos daZniausiaisusijusiossu darbu kadantq. riuomendje, atomindje pramoneje. todel apsauginesmedZiagosyra valstybine paslaptis.Sintctinant Sias rnedZiagas,atsiZvelgiamai naujas Zinias apie LR. Pvz., suradus purino-pirimidino baziq laisvuosius

473

radikalus,praditos sintetintidviguboveikimomedziagos. Jos turi ir antioksidantq (elektrono,t. y. e-donorq)ir tioriq (H-donorq)sarybiq. Sie junginiai yra LR ga,d.vklcs,t. y. ..sugaudo"ir trukckr .oH. o.. bei kitienrs __ L R s a v c i k a u t is u D N R i r k i t o m i s l i l s t c l c ss t r u k r [ r o m i s ,p v z . . s u m e m b r a n o m i s . Del membranq pokyiio irgi gali pasircikiti netiesioginis mutageninis LR gaminaniiq veiksniq mutageniSkumas.

Kai viriijarnanormaliLR riba,pasireiskia oksidacinis stresas ir kaip atsakasi ji gali pradctiveikti trysgenqgrupes_ regulonai OtyR,H,O:, SoX.LikviduojaminetikLR'bctirjupa<1arytosDNRpazaidos.' 7.9 pav. Mutageninis DNR poveikis: drttzcll'ilossparnq nlutacijos (pagal S. (jerienzona, lq-lg)

7.J.3.Biologiniaimutagenai.'ropoizomerazine ir insercin6(iterptin6) mutagenezi Automutagenai.M. Navaiinas ir peto (p. peto) 1933 m. nenriklausomaivienas ntro kito pastebejo,kad gamtiniu mutaciju daznis labai dideja sckloms senstant.veliau buvo irodyta, kad scnoseseklose susidar. automutagenai,t. y. mutagenai,kurie sugcbainduku.ti mutacijastamc padiameorganizme,kuriumejic atsirantra.palyzcrZiui, kolchicinasn.rnraliomis sElygomisrudcniniam vclyviui poliploidijos ncsukclia.vadinasi,.jisnera automutagenas. Tik Japonijosknlnq iqlygomis,csant dideliemstemperatlros sr.yravimams, pakinta chrom.somu skaiiius ir rudcninio velyvio lilstelese Pastarojiaplinkybc labai tipiSka.lvairfis organizmaigamina nrc_ dZiagq,kurios yra nu.dingos kiticnrs organizmams,bct lats gamintojas jiems atsparus.Tirl, kol atsiranclaveiksniai,dcl kuiiq sutrinka atsparumassavo paties nuodui. Jis gali sutrikti clel dviciq prieZasdiq: . mutacijq, ivykusirlatsparumogenuose, . ckologiniq veiksniq, kaip rudeninio vclyvict Japonijoje. svetimos (egzogeninds)DNR mutageniskumas.Insercind mutagenez6.Dar l93u-1939m., kai dar niekasis genetikq ncsidomejo DNR (tadaji vadintatymusonukle'r[gitimi). S. Gerienzonasjrode, kad egzogenind DNR yra gana stiprus mutagenas(7.g pav.). Buvo atrastas labai svarbusbiologinesmutagenezestipas - insercin6mutageneze. fsiterpia svetimos(egzogenines)arba savoslbet ne vietoie DNR sekos. EgzogenindsDNR mutageniskumasgari bDti trejopos kilmes:

' laisv.s DNR ir jos fragmentq,atsiradusiq is suirusiq l4steliq, . judriqjq genomo elcmentq, . virusincsDNR fragmentq jsiterprmo. Judrieji genomo elementai sukelia chromosomq trr--rkius ir trumpas duplikacijasisitcrpimo victose.svarbiausiasyra pats jsiterpirnas. lsiterpus IS arba Tn, keiiiasi geno arba grerimq g.,iq u.iklo. pokyti galima vertinti kaip mutacija,ir tai vicnas ii organizrnob[clq vatclyti mutasenezg.Tipi5kiausiaspavyzdys- ivairios alclinesmutaciiosdrozofilos ra'hilclokusc_ virusq mutageni5kumasyra viena ii mutaciniq perioclq prieZasiiq, kai labai padideja,pvz.,drozofilos,muracijqdaznis.Sis reiikinys sutampa su virusindmisepidemijomis. Virusq nrutagcni5kumas gali buti ir nefiesi'ginis <jcljau nagrinctq prieZasiiq: ' sukeldami uzdegiminj procesq, virusai aktyvina neutrofilus, o Sie gamina laisvuosiusradikalus; . slopinamaDNR paZaidqreparacija. MutageniSki gali blti mikroorganizmq veiklos produktai: . dcl bakterijq gcnties Bacteroidesr.,ciklos susidaro fekapentenai; ' mutagcni5ki gali hirti bakterijq ir grybq toksinai, pvz.. henrolizinio streptokoko nuodas streptolizinas-o,grybrl Fusaium nuodai aflatoksinai. dauqclis anribiorikq: . mutacijas sukelia mikoplazmos.

474

475

Topoizomerazindmutagenez6.Ji atrasta, istyrus du reiskinrus: . Iaisvaradikaling kai kuriq antibiotikq mutagenezg; . DNR tr[kir4, kurie atsiranda DNR paveikus proteazdmis,prigimtl. PaaiSkejo.kad kai kurie antibiotikai (daunomicinas,adreamicinas ir kt.) sukclia DNR trlkius netiesiogiai,o sqveikaudamisu fermentais topoizomeraz€mis.Prisiminkime, kad tai savitos endonukleazis. DNR ga.,nepasimetusitts" kurios laikinai kerpa DNR. iiszrugodamos lus. PaveiktiantibiotikaisSie fermentai taip pakinta, kad negali atsipalaiduoti nr"roDNR. ?ti mutagcni5kabusena. Antra vcrtus. buvo aptiktzrskeistas rei$kinys:DNR trukiai gali o protcazcmis- fermcnpavcikusne dcoksiribttnuklcazdntis, atsirzrsti tais, skaicl:rnciaisbaltynrus. Pusirutdo,tai vietos, kuriose perkirptas topoizontr'razes: DNR grandinessr"t.iungia 3',5

tl

Topoizornerazc Il r' +\

-5',3'

3',5',

ll,!l

3',s'

3',5',

f,.I I | | ,n.,,..,.*

/

<-Dvigrandis DN It ITDKis

Protcazds

5'.-l' rnutullcnus 5'-l'

5',3',

pakito topoizomerazds II vcikla. Si toltoiJcigu trlkis clvigrandis, zomerazbkcrpa abi DNR grandincs. DvigrandZiusDNR trfikius sukelia ir topoizomcrazisII inhibitoriai (nalidikso,oksolo rtgirys). Kai DNR tr[ikiiti, mutagenezdyra del topoizoatsirandavienagranclZiai kerpa tik vien4 DNR granding. merazesI pokyiiu. Si topoizomr-rilza' VienagrandZiustr[kius sukelia ir specifinistopoizomerazesI inhibitorius kamptotecinas.lclomu tai, kad topoizomcrazingmutagcnezg sukelia ir akridinai (pvz., 9-aminoakridinas),zrpic kuriuos manyta, kad jic vra tik interkaliaciniaimutagenai. Ticsiogiiri arba nclicsiogiai rrutucijos utsirandair dcl kitu fcrmentq, clalyvaujaniiLl DNR sintczcjc, rcparacijojc ir rekombinacijoje.

Hormonai, antikDnai, stresas.J. Kerkis labai sistemingai,pradedamas nucl hormonq mutagcni5kumo,irodc, kad 476

Zinduoliqspontanindsmutalabai svarbus(gal ir svarbiausias) genez6sveiksnysYra stresas. pokytis.Ypad genotoksi5ki Jam bDdingashormonu pusiausi,yros DNR tr[kius, bet yra ir sukelia ne tik steroidiniaihormonai.Jic J. Kerkisatradoir kitokio tipo - imuniniostresomutateratogenai. geniSkumq.Imuninisstrcsasatsirandapersodinantaudinius'kai pasireiSkiaatmetimo rcakcija.J. Kerkio bandymetai stebdtapersodinant odos gabaleljpelems.Imuninisstresasgali buti sietinassu antiklnais - su kitzrgrupebiologiniqmutagenq,kuriq mutageni(kumas prieDar viena imuninio stresomutageni$kumo irodytasbandyrnais. jq kurie suradikalai, laisvicji tarp produktai, Zastislabai reaktyvfs ir s4veikaugali susidaryti sidarovykstantfagocitozci.Sie produktai - policikliniaisarenais,asbestu.sis jant su ivairiaiskienobiotikais nct stogamsdengti. ir ncrekomenduotinas yra labaikancerclgeniikas 7.3.4.Aplinkos mutagenai,,iq ivertinimoproblemos 7.3.4.1.Aplinkos mulagentlypatybis ir genotoksiikumoivertinimas Gamtinis kilmcs produktLrskeidiadirbtiniai,natrlrali4aplinkq keidia dirbtinc aplinka. Nei5vengiamaidaugcja energijosSaltiniq,auga chcmini pramone. vis daugiaucheminiq medZiagqvartojamazemds [kyje, Zmogausbuityje. Suprantama,aplinkos tarsa ir Zalingasbiologinis jos povcikis yiu n" vien bi.logq ir mcdikq r[pestis. Sie klausimai tapo svarbia visos Zmoniq bendrijos ir kiekvienos Salics'uryriausybiu bei visuomenesvciklos dalimi' Aplinkos mutagenai - tai tie mutagenai, kurie yra Zmogaus ir kitq organizmq aplinkoje. Apie daugeli aplinkos mutagenq jau ra5yta ankstesniuoseskyriuose. Aplinkos mutagenczdnagrinejamaatskirai del specifiniq problemq, i5 kuriq svarbiausiateisingas genotoksinio pavojaus ivertini' mas. Daug ddmesio skiriama pasitaikandiomsvertinimo klaidoms. Aplinkos mutagenq grupos. Pirmiausia skiriami gamtiniai aplinkos mutagenai. DaZniausiai mutacijas sukelia $iq aplinkos veiksniq mutacijos atsiranda ddl azoto bado perteklius arba stoka. Par,yzclZiui,

477

ir del pertekliaus. Gamtincmis s4lygomispasirei5kia silpni mutagenai: jvairls metabolitai,susikaupgorganizmenejprastaiskiekiais,ju dariniai. Bet organizntusveikia ir stiprls mutagenai,tokie kaip jonizuojaniioji spinduliuote, tik silpnos dozds. Thi naturalus spinduliuotis fonas. Jo dydis 0,3-0,6 milizyverto per metus. Kita aplinkos mutilgcnq grupc yra dirbtiniai, nebldingi organizmui ksenobiotikai, ncnatr.rralios kilmes vaistai, ivair[s pesticidai ir kt. Aplinkos mutagenaidar skirstomi j globalinius ir lokalinius. Su lokaliniaismutagenaissusiduriapavieniaiindividai arba populiacijos. Globaliniai mutagenaipatenka i or4 arba i vandenis,todel gali pasklisti po vis4 Zcmes rutuli. PavyzdZiui,i5bandZiusatomini ginkl4 atmosl'eroje,radioaktyvusislietus i5krisdavouZ trikstandiq kilometrq nuo sprogdinimo vietos. Antai po Kinijos rykdytq atominiq bombq bandymq atmosferojeradioaktlvusislietus yra i5kritgs Lenkijoje. Cernobylio AE katastrof:rrodo, kad stambiu pramonis objektq keliamas genotoksikologinis pavc'rjus ncra tik vienos Saliesr[pestis. IS Ccrnobylio radioaktyviosoro masesatksliavo i Skandinavijq,Lietuv4, ypad jos pietvakarius. Nukentcjo Baltarusija, gan didele Rusijos sritis ( 7 . 1 0p a v . ) Aplinkos mutagenq ypatumai. Pirmiausiiriikyla slenkstindsdozds klausimas,kuris daugumaiaplinkosmutagenqyra neiisprgstas.PaZymctinzl,kad daugeliocheminiq mutagenqmaZosdozcs nc slopina,o stimuliuoja organizmil. Ar iios stimuliuoj:rniiosdozis yra mutageni5kos, neai5ku.Dar sunkiau apie slenkstingdozg sprgsti tokig gamtiniq aplinkos mutagcnq, kurie paprastaiyra butini organizmui. Antra vertus, kai kurie organizmaigali prisitaikytiir pric itin dideliq mutagenq dozirl. Be to, organizmaigali aktyviai kaupti ivairius mutageniniusjunginius, nors aplinkoje jq ir bItq palyginti maZos koncentracijos. 7.11 paveiksle pavaizduota, kaip kaupiasi vandenyie gyvenandiuose organizmuose pesticidas DDT (2,2-bis(parachlorfenil)-1,1,1-tri'lyrimai chloretanas). atlikti viename i5 Kalifornijos (JAV) eLerq, kur DDT naudotas uodams naikinti. Vandens telkinyje jo buvo tik 0.00005 mg/kg, o vandens gru[nai ir augalai jo sukar-rpelabai daug, iki 75,5 m/kg (pvz.. Larus delavarensls).PanaSiusrezultatus gavo R. Lekevidius ir S. Sinkevidius Lictuvoje. Organizme kaupiasi tie aplinkos mutagenai,kurie organizmo neperdirbami i nekenksmingus.nemutageniniusjunginius arba perdirbami labai letai. 4'78

7. l0 pav. Oro masiq juddjinras nuo ('crnobylio: I - 1 9 8 6m . b a l a n d Z i on r c n . 2 f i d . : B b a l a n d Z i o2 7 - 2 8 d . : ( . - b a l a n d Z i o2 t ) 3 0 c l (pagalUNSCEAR. l99tt)

Gencltoksinispavojus vieSai pripaZistamastq veiksniq. kurie bent padvigubina mutacijq daZni, palyginti su gamtiniu mutacijq lygiu. Dvigubinanti doze yra sutartind, pagrista statistikos desniais. Manoma, kad dvigubaipadidejgsmutacijqdaZnisyra jau pakankamai patikimas,nors tai priklausclir nuo n (iStirtqindividu skaiiiaus). Si taisyklc galioia nustatant ir Zinomo mutagcno (del kurio mutagcni5kumo neabcjojama)slenkstingdozg. Antai jonizuojaniiosios spinduliuotds dvigubinaniiqja dozc laikoma I Sv. Pasak Nylo (J. V. Neel) ir Levio (S. E. Lewis), galingos spincluliuotcsclvigubinantidozc vra 1,35 Sv, chroni5kos spinduliuotds- apie 4 Sv.

479

Sensibilizuojaniioji s4veikayra tada, kai nuo kokio nors nemutageninio veiksnioorganizmaspasidarojautrus kurianr nors mutagenui,ir Sio mutageno mutageninisveikimas gerokai padideja. ParyzdZiui,kepant mis4 $pad jai apdegus),i( aminor[g5tiestriptofano susidaroivairils mutagenini5ki derivatai ir norharmanas bei harmanas. Sie nera mutagcnai,bet padidina kitq junginiq mutageni5kum4keletq kartq. Asmenys,kuric daug rhko, yra jautresnidaugeliuitirtq mutagenq. Rlkant irei susidaronorharmanasir kitas sensibilizatorius harmanas:

m \r/-f\l

VanJuo ( ).()l)()()-5ntg kq

Norlrarnranas t 9 l I - p i r i d o { - l . J - h )i n d o l a s )

7.1I pav. DDl' kaupinrasis mitybinds grandinds organizmuose: kirai (Lanr.r dclurttx:nsisl(pautl R. Lckcvidiu. l9fi3)

s,,kokteilio"ivertinimas.Apl i nkoj'^vci ki a nc vicGenotoksikologini nas vciksnys.o jq kornplcksas.Vyksta ivairios savcikos,clcl kuriq susidaro nauji mutagcniSkiprodukt:riarba vicni veiksniaincutralizuojakiVienir,i5bandytigcnotoksini,pvz..gryno ir tq veiksniqnrLrtagcniSkum4. vieno dimctilnitrozoaminopoveiki ckspcrimcntiniamsgyvuliukamsar Zmognusl4stclcnrs,ir visai kas kita tcl paticsnitrozoamitropoveiki tirti gamtinernissalygomis.kur vcikia ne tik iis mutagcnas. Dvicjq veiksniq s4vcika gali blti keturiq tipq: - aditJvi, sinergin6, komutagenin6,antimutagenind. Adityvi sqveika yr:r titda, kai bendras dvicjq mutagenq poveikis lygus atskirai pairntq veiksniu mutagcniniqpovcikiq sumai. Sinergind sqveika vyksta tada. kai dviejq mutasenq bendras p<-rveikis didcsnis uZ tq padiq mutagenq, tik i5bandytqatskirai, mutageniniq poveikiq sumq. Pvz., labai daug giniq kyla dcl etanolio (ctilo alkoholio). Siuo mctu sutariama,kad normaliomis s4lygomisjis yra nemutageniikasarba labai silpnas mutagenas.Bet paveikus augalus kuris vartojamas, etanoliu kartu su EDTA (etilendinitriltetraacetatu), pvz., kaip pric5nuodis apsinuodijusSvinu,bendras etanolio ir EDTA poveikis buvo l0 ir daugiau kartq didesnis uZ mutagenini poveiki, kuris gaunamas susumavusSiq atskirai i5bandytq dviejq medZiagq, mutagcnini poveikj. 480

CH., tl:rrmanas (l -metil-9II-pirido(-1,,1-h) indolasl

Komutagenindsqveikavyksta tacla,kai du atskirai iibandyti vciksniai yra ncmLrtagcniiki,o kartu jie - mutagcniiki, pvz., baktcrijas ,\ulmonellapavcikusvienu mctu litocholio rugitimi (vicna i5 tulZics rhgSciq)ir 2-aminoantraccnu. Antimutagenindsqveika.Novikas (A. Novick) ir Scilardirs(L. Scilard) 1949m. atrado antimutagenus,slopinaniiusmutagenqvcikim4. VisiSkaii5vengtiaplinkosmutagcnq neimanoma,todel svarbu maksii i r l i n g rj r1 1p o v c i k i ! . c n o t i p u i S m a l i a i s u m a Z i n tZ . i a m t i k s l u iv l r t o j u r n i antimutagenaiglutationasir kiti tioliai, antioksidantai. Kompleksinis aplinkos veiksniq poveikis.Aplinkos vciksniq nrutageniikumaspriklauso nlro koniplcksiniokitu aplinkosvciksniq povcikio, todel ji svarbu tirti kokrciiomis s4lygomis.B[tina maksimaliai laikytis,,visq kitq lygirl" principo, t. y. visomiskitomis s4lygontis bandyrnasir kontrole ncturi skirtis. Tiri padaryti nclengva.Pvz., kaip nustatyti, koks Silumincselektrin€s scnotoksinispoveikis.Galima tirti kurio nors organizmo mutac i j q d a Z n j p r i k l l u s o r r u t ni u ( ) u t s l u l n ( ) b . ct ryrimui neimanoml victq parinkti taip, kad jq ckologiness4lygosncsiskirtq.Vienur bus arti kelias,kitur - eZerasar up€. o dar kitur - galblt miikas ir ptrnaiiai. Objekto ,,istorija" kaip genotoksiniovertinimo klaidq Saltinis.,,lstorija"- tai organizmq arba organizmq grupg (pvz., populiacij4) iki tol veikusi aplinka. Lyginamu formq ir kitq taksonqji tr"rretr4 buti vienoda. Tai irgi sunkiai pasiekiama.Stengiamasisukurti ,,nulini variant4". Antai siekiantnustatyti,koki4 itak4 aplinkai daro ignalinosAE, prieSj4

181

jq, R' Lekevidiui.vadovaustatant buvo atlikti ivairiausi tyrimai' tarp jantivertintasmutacijqc]aZnis.Tyrimaiperiodiskaikartoiamiirlyginagali s4lygoti pami. Thdiau keidiasimeieorologiness4lygos.rezultatus clidejusiSio kraSto urbanizacijair kiti veiksniai' Zmoniq Kai kuriose sirlyse buvo bandoma ivertinti stambesniq pramonine tar5a' populiacijq ,,nuling': pacleti,pvz', .!9kia itak4 daro i5kil9.pastadius miestai, nauji DaZniausi.i buv. paiirent ami visiikai Angarskas' pasirinktas stambius pr,,rnnn"..;objektus' Rusijoje buvo buvusi4 savo tpse Taiiau veigi daugclis suvaZiavusiqjqi 5i micstq Zmoniq gruprofesing ,i"it t,. ui1,u,rr" paslaptis,priklaus6 asocialioms gimq ir augq Sibire' o kiti. suvaZiavoi5 iernr. Be to, vieni buvo Sleifas"' uiriStoi kitoki. klimato vicioviq. Thd velgi buvo ,,ist.rinis Genotoksikologiniq tyrimq rezultatai priklauso nuo. -genotiverpo/organizm,r,-o,.,tliou.,lyties' patikimo ir lvairiapusi5ko tinimo mctodq. Priklausomybdnuolyties.Pirmiausiapasirciikiagametogenezis jonizuojzrniiosiosspinskirtumai. Apivitinus peiiq patinclius 2-4 Gy jq cl.iinris. po 2-3 nrinesiq visi5kaiatsistate vaisingumas' dr.rliuotds patelcs ir po maZcsnes,0,-5Gy, clozesvisam laikui tapo nevaisingomis. Priklarrsomyb€nuoanrZiaus.Scnatvc-vicnasiirnutageniSkiausiucrrganizmopokydiq.sutrinkavisagenetin€smedZiagossaugos - iio reiSkinio at,irtern"a. Pirdidejgsaneuploiclqarba vizio daznis sutrinka kscnospinclys.Scnsta.t kcidiasi citochromq P-4-50spcktras. bci salinimo sistema,issiderina laisvqjq radibiotikq biOdcgraclacijos maZeja daugekalq-antioksidintq pusiausvyra kaupiasi mutagcnai' DNR palaikyti' lio icrmentu, svarb^iqgcnctiniq struktfirq stabilumui l4steles sutrinka si.tezes ir rcparacijos"fermcniq ir kt. aktyvumas, ciklo valdyrnas ir kt. PatikimasirivairiapusiSkasgenotoksi5kumoivertinimas.Jaubutipo mutaciias' v, raiyta, kacl kai kurit mutagenai sukelia tik vicno pvz., kolchicinas - poliploidij4' arba Pirmiausias uzclavinys yra visapusiSkai ivertinti veiksni rekombinomutagenini' nustatyti veiksniq,,kokteili". Butina genini ir teratogenini,poveiki,be to, mutagenini diferencijuoSkirtutai pagal mutacijq tipus: genomo. chromosomq' genq' difemai p"asirciSkianet iurp to paties organizmo skirtingai rencijuottl l4steliq, audiniq' 482

Anksdiau labai pasikliauta Eimso Salmonella typhimurium metodu. Thiiau Siuo metodu nustatomos tik genq mutacijos. Be to, genotoksi5kumaslabai priklauso nuo organizmq, toddl automatiikai taikyti 5io metodo rezultatus Zmogui ar kitiems Zinduoliams yra nekorektiSka. Salmonellu, Esclrcrichia bandiniai genotoksikologq vertinami todel, kad per trump4 laikE suteikia pirminiq Ziniq apie galimq genotoksi5kumq.Vis delto pastaruoju metu labiau vertinami chromosomq aberacijq tyrimai Zmogauslimfocituose arba ivairiose eksperimentiniq gyvuliuku lqstelese,lqsteliq linijose. Pastarosiosegalima tirti ir genq mutacijas. Tos padios l4stelesraidoje jautrumas mutagenui irgi kinta. Thi labai smulkiai nustatvtaZinduoliu lvtinems lastelems.

7.3.4.2.Naujq mutacijq aptikinto metodsi Naujq mutacijq problema kilo dar padiojeindukuotosmutagenezes pradZioje. Reikejo patikimai irodyti, kad i5 tiesq atsirado naujos mutacijos,o nc iSrySkcjoslypintysmutantiniai genai (tai visi5kai reali galimybe). Miolcris iisprende iiE problemE pasiilydamas nauj4 itikinanti metod4 drozofilos letalioms ,,sukibusiclms"su lytimi recesyviosiomsmutacijomsaptikti. Jis lrode. kad jonizuojandiojispinduliuotetikrai sukelia Sio tipo mutacijas.PagalgenetiniusZymcklius,kuriuos turi tyrimams naudojantadrozofiloslinija, Sis metodasvadinamasC/8. C/B metodu aptinkam
inversija C; ji trukdo vykti krosingoveriui.kuris gali i5krcipti ryrimq rezultatus; . letali recesyvioji,,,sukibusi"su lytimi mutacija /; ji gali pasireikiti tik patindliuosc, kuric turi tik vien4 X chromosom4 (gcnas bltq hemizigotini'jc blklcjc) arba patelcsc,jcigu jos honrozigcrlinis,ir abiejuoscjq X chromosom () s ( y r a l i r s p : r l I r . l i l l u sg en t s : . pusiau dominuojandioji mutacija Bar. Ji yra genetinis zymeklis. Visos drozolilu patelcs, kurios pavelcliSiq C/B chromosomq,yra siauresnimis akimis, ncs dominuojantysisgcnas pasireiSkiaheterozigotosc.

483

Patineliaipavcikianrimutagenu (pvz., ap5vitinamijonizuojaniiais spinduliais). Naujos recesyviosiosletalios mutacijos ivyksta ne visq tiriamqjq patineliu X chromosomose. Kai patindliq X chromosomoje naujq recespiqiq letaliq mutactjtt neatsiranda, sukryZminus ClIl linijos pateies (ClB il +) su normaliais, bct paveiktaismutagenu patineliais,lydiu santyki F, gautume Q2 : 'l: visos pateles g;'rybingos ir tos, kurios turi / gen4, nes jj stelbia normalus dominuojanti,sisgenas. Patineliai.kurie paveldi ii motinos C/B chromosom4, Zus. Naujos mutacijos aptinkamos F,. Siam tikslui i5 F, i5renkamos visos CIB patelds ir kryZminamos su normaliu, be jokiq poveikiq patindliu. CIB pateles paZistamosi5 ,,siaurq" akiu Bur. Kai naujq mutacijq nera, Zuva tik tic patincliai,kurie i5 mcltinospaveldcjoC/B chromosomq(ir kryZnrinimqrezultatastoks pat, kaip ir F,:

9z:

dl

,

,J', ,l

(

,r.+

\ffi

xa)

IJ

_\@r: 1 f .

j.

{

iJ

i l

nW t,; T

rerc{ffiEryt

WX

ri

i..

?r

F,

:di i"

I Wf

lrrir;:lrr:111;il:,

i

.

l;

'1.

Nauja letali mutacija patin€lio X chromosomoje. Pataikius sukryZmintiC/B patclessu patincliu, kurio X chromosomojepo povcikio rnutirgcnu atsiracfttnauja letali rcceswioji nrutacija, F, skirtumo nepastcbetumc.Vcl F, lydiq santykish[tq 12 : '1. Zutq visi patineliai, i5 rnotinos pavcldc.igC'lB chrcnrosontq.Patineliai,pavcldejg i5 motinos normali4 X chromosom4 (+), bfitu gyvybingi.C/B patelds gyvybingos,nors jq ir antroje X chromosomoje yra naujas letalus g e n a s / , . b e t j i s n e a l e l i n i sl . ( 7 . 1 2 p a v . . F , ) . S i o s C I B p a t c l c s v e l kryZminamosF'. hibridamsgauti su norntaliirispatincliais,nepavciktais mutagcnu. Sisyk rezultatas kitoks: F. visi patineliai Zuva, lieka tik patelcs (7.12 pav.). Vieni patincliaiZuvo,kad paveldejoCIB chromosom4,o kiti, - kad paveldejo X chrontosom4su nauja letalia mutacija /,. Tercikia suskaiiiuoti,kiek F. yra mcgintuveliq,kuriuose yra patincliai, ir kuriuose jq visai nera, ir suZinosimenaujq mutacijq daZni. Atspaudq metodas.Selektyviosterp€s. l9-52m. Ledcrbergai(J. Lcderberg, E. M. I-ederberg)sugalvojolabai paprast4,bet patikim4 b[da1naujomsbakterijLlmutacijonlsaptikti ir iSsprendeuZsitgsusi genctikq gind4 del mikroorganizmqprisitaikymopric antibiotikrl. Mat pradejus naudoti antibiotikus, bakterijos labai greitai lgyja atsparum4. S u s i k i r t t ld r i n u o m o n e s : . lamarkine, kad tai kryptingas pokytis, . kita: mutantiniai genai y'ra bakterijq populiacijoje. Antibiotikas tik atrenka atspariEsiasir jautri4sias l4steles. 484

\'l';rt,.lLrli;ri

Q l , d r , + - , r .j r ,r ; r r rlr,rt . . l , 7. l2 pav. c./B metodas naujonrs ,,sukibusioms,,su lytinri recesyviosioms letalioms drozofilos mutacijorns aptikti: P - a p i v i t i n t . j c X c h r o m . s . m o j c g c n a s g a r i .n c p a k i s t i( + ) a r b a j v y k t i n a u . i ar e t a l i lnutacijlr/,, bct kitlrntc chrttntosomosl
( ' I + + R l ++ + + . C t + + B l + + t , + , + + + + / + + + + ir+ + + +l+ +lt+.

Visos jos gyvybing.s, [)et atrenkamos ir toliau tiriamos tik ciB patclcs. Jos k r y z n r i n i r m o ss u n . r m ^ l i u i s h c j o k i q p r > v c i k i u p i r t i n c ! r i . i s* + + + ,/ y. F , C | + + B I + + + + p a l i k u o n i q l y i i q s a n t l , k i sk a i p i r F , _ 2:1. paveikslc p r r ' a i z d u o t ir c z u l t a t a i .k u r i c g a u n a m i s u k r y 2 m i n u sc I + B l + i t, + patclcssu ncrrmaliaip s a t i n i l i a i s : F . r ' i s i p a t i n c l i a iZ u v a ,i i l i c k a t i k p a t c l c s ( l : g ) . F..kiekvicnos C / B p : r t u l c 'psi t l i k u o t t v :sr t t g i n r r t nu it s k i r a m cm i ' t i n r u ri . l y j c .t o d c l r r a L r j ,qr - r , ' r , , . i i u .t,,z,''i. n u s t . t ( ) m a sp a l y g i n u sv i s r - il s t i r r q m c g i n t u v e l i qs k a i i i q s u m c g i n t u v c l i q , k u i i L r o s cF , l r i r t i k l ) t l c l L ' s .s k i r i i . i u n r i

Dabarjau Zinomc,kad ir bakteriiqatsparumas nuodams- sudetingaspozymis.Tuo mctu genetikai,,isgelbeti"nuo lamarkizmopakako to, kad tarp baktcriiq aptikta tokiq, kurios ii tiesq iau buvo atspariostiriamam antibiotikuiprieSji panaudojant. Atspaudqmetodoesmd.prie kietosagaroterpes,kuriospavirsiuje augabakterijqkcllonijos, priglauclZiamas Tai i petri leks,,antspaudas,,. tclg telpantisvolelis,aptrauktasaksomu(viskasatliekamasteriliai). Ant aksomo plaukeliq pakimba bakterijos.Jq padetis tikstiai atitinka koloniju iSsidesfym4 pradinejeleksteleje.,,Antspaudas., priglaudZizrmas prie kitos petri leklteles ,garo i.rpes pavirsiaus.po 485

\ .1"

Antsprudrs - src'lus

t ,S

-t--,

:f\."t'un"'',

.

Lckilclcs aLsplnrdlms

-a

.

tl

r\

ri'

' - - - t -- -

:...!.._...-!r,r,r

Praclinclclitclc

Y

.

'\..r.. -:,,,r:,/,

r i tcrpc Ncsclckt.r

':1

\t*-=r-il Selekty/i terpe

l,,i ,;tl' At7\illa l r r t s p i t t r J o, - . . pirrlciriri

-tq ./

,. ".

a

' ., ..?o,

t'r"r't" flfd'u" f:'li::';;l;:,''r' 7.13 pav. Atspaudq metodas ir jo panaudo.iimasatspariq nuodui l4steliq kolonijoms atrinkti

inkubacijos antroji Petri lck5tele yra pirmosios lik5tclcs kopija: baktcrijq kolonijos tiksliai atitinka jq iSsidcstym4pradineje lekStcleje (7.13 pav.). Jeigu i5 pradZiq baktcrijos buvo auginamostcrpcje be jokiq priedq, o atspaudasdarytas ant terpds, i kuri4 idita, pvz., mirtinos strcptomicino dozes, tai tokioje lekStclejei5augatik tos kolonijos, kurios atspariosstreptomicinui.Terpe su streptomicino priedu yra selektyvi, todel galima atrinkti atspariusstreptomicinuimutantus- tiek buvusius bakterijq populiacijoje, tiek ir atsiradusiuspo poveikio mutagenu. Kai norima aptikti biochemines mutacijas, daromos dvi kopijos nuo pradinis bakterijq Petri leklteles: . viena jq auginama terpeje su ta medZiaga,kurios nesintetinantys mutantai atrenkami; . kitoje lekStelejeyra vadinamoji minimali, be jokiq papildomq priedq terpe. Joje biocheminis mutantas neauga. Palyginus abi Petri ldk5teles, nustatomos mutantintis kolonijos. Tos, kurios ant selektyviosterpis auga, o ant minimalios ne, yra biocheminiai mutantai. Atspaudq metodas gali bfiti taikomas ir eukariotq l4steldms. Promutagenq aptikimo metodai.,,Seimininko-tarpininko" bandi' nys (angl. host-mediated assay) - tai pirmasis metodas promutagenams aptikti. Ji dar 1969m. pasifild GeimbridZas(M. G. Gambridge) 486

ir Legatorius (M. S. Legator). { eksperimentiniqgyvuliukq pilvo ertmg buvo iSvirk5taE. coli l4steliq suspensija.Prie5 tai gyvuliukams buvo ivairiais bldais duodama kokio nors tiriamojo junginio (ksenobiotiko). Jeigu junginys bakterijoms tiesiogiai mutacijrl nesukele, o paauginus,,5eimininke-tarpininke" padidejo baktcrijq mutacijq daZnis, darclma iivada, kad Zinduoliq organizme susidaro mutageni5ki junginio metabolitai.Sis junginys yra promutagenas. Eimso Salmonellatyphimurium sistema promutagenams ir tiesioginiams mutagenams aptikti. 1973 m. Eimsas ir jo bendradarbiai pasi[le metod4 mutagcnams,tarp jq ir promutagenamsaptikti. Jis daugiau kaip 20 metq buvo populiariausiasmutageniSkumuitirti. Sioje sistemoje svarbls du dalykai: . bldas promutagcnamsaptikti, . pirtys Salmonellnkamicnai, jq galimybes mutageni5kunruitirti. Promutagenai nustatomi panaiiai kaip,,Seimininko-tarpininko" bandiniu. Junginio mutageni5kumas i5bandomastiesiogiai ir po inkubaciios su S-9 frakcija. Si frakcija gaunam:rcentrifuguojant 90(X)g susmulkintas(homogcnizuotas)kepcnis. Labai aktyvi frakcija yra i5 grauZikq kcpcnq, nes iie labai atsparls jvairicms kscnobiotikams. Inkubacija su S-9 frakcija, arba kitaip vadinama rnikrosomq frakcija, parodo, zlr po tiriamojo ksenobiotiko biodcgradacijos I fazes susidaro mutageni5ki rnetabolitai. Mat S-9 frakciia - tai homogc-nizuojant suskaidytosmcmbranos, kuriosc yra aktyv[s I fazes fcrmcntai - citochromai P-4-50,pcroksidazis. Kad frakcija bltq aktyvcsnc, grauZikaikuri laikq veikiami citochromq P-450 induktoriais. Gali blti tiriamas ir ksenobiotikq biodegradacijosIl fazes fcrmentq povcikis. Tada gaunama citozolio, kuriame yra dauguma Siq fermentq, frakcija. Atitinkamai vadinama S-1(X)arba S-110 (Zi[rint koks g). Salmonella kamienai. Jie vertingi ir tiesioginiams mutagenams tirti. I5 rezultatq galima nustatyti, kokio tipo mutacijas sukelia junginys: . nukleotidq pakaitas - atsiranda kamienq T100, TA1535 ir kt. mutacijos; . skaitymo rdmelio poslinkio - atsiranda kamienq TA98, TA1538 ir kt. mutaciios.

487

Veliau buvo sukonstruoti specialfis kamienai, kuriais galima nustatyti, kokie mutagenai yra susidarg audiniq ekstrakte, kraujo serume ir pan.: ' 'IAl02, TA104 - laisvaradikalinei mutagenezeiaptikti; . 1A98/1,8-DNP6 - nitrozoaminq ntutageniskumuinustatyti ir kt. Japonq nrokslininkai sukonstravoclirbtinesdaugiakopijincsplazmides ir sukfire ,suhnotu'llakanticnus. kuric yra -500 kartq mutabilesni nitroarenams, nitrozoami-lA nams, ncgu kanticnar.

Nepaprastas kamienq mutabilumas - didelis jq privalumirs.Kamienai sukonstruotitztip, kad b[tq paSalintosvisos galimos kliltys mutageniikumuipasireikSti(7.2 lenteld),netrukdo rekombinacija.nep n r l u i d u n r r sD . NR rcpurircija. Bet apie vien4 vciksni pladiau.Eimsui ir jo bendradarbiamspasisckc:jic aptiko du kamienusTA98 ir TAl00, kurie yra ypad mutabilfis (7.14 pav.). Sio nrutabilumopricZastispaai5kejoveliau: Siuosc kanricnuose papildomai yra plazmidd pKMI|l. Si plazmidi turi ntaLytidviejq gcnq operonil - unurDC analog4.Operonas lemia mutagcni5k4 DNR rcparacij4. NciStaisomosklaidos \,ykstant DNR sin7.2 lcntelc. Kai kurie Salmonellatyphinrurium kamienai cheminiq junginiq mutageniSkunruiivertinti (pagal I3. N. Amcs ct al., 1975 su papildymais) Visu kamicnubendrasnrotevisL'I2 papildomos mutacijosir genetines strukt[ros histidino mutantai,kuriuose indukuoiarnoslris >/ls' rcversiios

h i sG 1 6 - + h i s ' aptinkamos baziqpakaitos

J

h i s I ) 3 0 5 2> h i s ' rcmelio aptinkamos noslinkiomutaciios TA 1534

J TA1530 J

fA 1964

TA 1535

l'A 1538

J

J

100

atsparumas p l a z m i d e R vciksniui p K M l 0 l

J

IA 1950

'I'A

delecijos

chl bio uvrB

J tuulchl bil uvrB

J TA 98

*tl ,hl bio uvrB ii tlol c'hl bio uvrB rlit

+R

+

Rodyklenris parodyta kanricnq konstravinro ciga. Kamicnq ypatybcs: R - lytinis veiksnvs,lcmia rckonrbinacijil;+R - l4stclcs,atspariosR, rckombinacija slopinama; plaznridc pKMl0l turi genq untu D, C'ar.rakrsus,kurie lemia mutageniSk4DNR rcparacijiy,t
488

o

r 5 0+0

.tr

pKM 101)

TA IOO (1Als35/pKMl0l)

;

7

:2

= a

tr D o

NlctiInictansul firnatokonccntraci la pl 7.14 pav. Salmonellathvphimurium kamienq mutabilumas priklausomai nuo plazmidds pKMI0I

'1498 kamienaislengviauaptezei ir reparacijai.Vadinasi,TAl00 ir tikti silpnq mutagcnq poveiki. Dar vicnas visq SalnutncllaTA kamienq privalumas:visi jie kilg i5 vieno bendnr kamieno,todcl galima iivengti mutagcnezcspriklausomybesnuo kontcksto (Zr. toliau). Naujq mutacijq aptikimo metodai Zinduoliq, imogaus l4stel6se.Salntonelluir Zinduoliai - pcr daug clidclis skirtumus, kad b[tq galima taikyti bakterijq tyrimo rczultatus Zmogui. Siuo mctu gcnu inZincrijos metodais konstruojamos specialios cksperimentiniq gyvuliukq, Zmogauslqsteliq liniios. kurios savo savybimis panaiios i Salntonellakamicnus. Antai lmogaus limfocitq linijai A[{Hl bldingas labai aukitas oksidacinispotcncialas:didclis hidroksilazinis,oksidazinisir pcroksidazinisakty'IAl0:l analogas. vunni. Ji yra TAl02 ir Labai geras genotoksinds bfisenos rodiklis gali truti v6iys. 'laiiau 2inotini trys dalykai: . vdiiui pasireikiti gali blti labai ilgas pasl€ptas(latentinis) laikotarpis. ypac' standZiajam(10-40 metu). Chroniikai granulocitozinci leukcmijai Sis laikotarpis sutrumpeja iki 4 metq; . keiiiasi vdZio diagnostikos-registracijos tikslumas ir metodai. Thi ,,pablogin r r " d u h i r r t j .p l l y g i n t i s u p r r c i t i m i :

489

o'

. eksperimentiniq tyrimq rezultatai labai priklauso nuo objekto. Net labai artimu objekttl genotoksikologinisvertinimas pagal 5i rodikli gali nr-'sutapti. A n t a i t i k 4 . 5 9 ?c h k r r u o t uj u n g i n i q . s u k c l i a n i i uv c Z i p e l t n r s .s u k e l i aj i i r Z i u r kclrns.

Naujq mutacijq daZnis populiacijoje. Nustatyti naujq mutacijq claZnj popLrliacijoje.ypad Zmogaus.labai svarbu, bet sudetinga. Pirmiausialabai daZnaipainiojamossqvokosir reiSkiniai.Antai fenilketonurijos gcno mutacijq daZnisvisiSkainerei5kia,kad atsirado naujos mutacijos.tik nurodo mutantinio alclio daini. Antra, kyla problcmq, kuriu nera, kai bandymai atliekami su ekspcrimentiniaisobjektais ir kontroliuojamomissalygomis.Viena jq - kintanti paveldimq ligu rcgistracija,jos klaidos. Todal lyginant jvairiq tarpsniq rczultatus,labai svarbu i(saugoti t4 pac\i4paveldimq ligq registracijosmctodikq. Labai sunku taikyti ,,visu kitq lygiq" princip4.

7.4. Mutagenq pradinio veikimo mechanizmai.PotencialiosDNR paiaidos

(f( I

. atskirq nukleotidq, tarp jq aduktai, kurie atsirandasusijungus nrutirgcnuisu purino arba pirimidino bazc kovalcntiniu rySiu; gali pakisti baziq sandaranuo ncdideliq pokyiiq (pvz., deaminavimo) iki visiSkosuirimo; . AP saitai (taip nedit'crcncijuotai Siuo metu vadinamosSiospaZaidos). Thi DNR rnolckulcs vietos, kuriose iikritusi purino (apurininis saitas)arba pirinridino (apirimidininis saitas)baze; . pirimidino baziq dimerai - tai specifinesDNR paZaidos,kurias sr"rkcliaUV spinduliai (Zr. 7.6 pav.); dvi pirimidino bazes sujungtoskovalentincjungtimi; . ivairiq tipq s4ry5os: . . . . .

490

dviejq baziq sqrySos suriiamos viena Salia kitos bazes tojc paiiojc grandinije (vidugrandin6s sqrySos); tarpgrandinds sqry3os- suriiamos dvi DNR grandines; DNR - DNR sqryios - suri(anrosdvi DNR nrolckulis; DNR - RNR sqrySos- suriSamaDNR su RNR; DNR * baltymo sqrySos- DNR suriiama su baltymu;

'l'.,

,rt-'--r,/\

// | \tl \--\'z-nu 2()

t'""'"'" 11t'ol''

Oao

:fi--T-;

rFr

-it"

8

++ Affi

(roJ-/

lj\

{

I \-)-l<-\<

DNR paZaidqtipai. TicsioginismutagenopovcikispasireiSkia per jo - DNR arbl IlNR. Sitlss4vcikosrezultaservcikrl su qcnctincmedZiaga tasyra DNR (arbaatitinkamaiRNR) paZaidos. Jq yra jvairiq(7.15pav.):

r;>+

tt'

/^ \r |

\-t-t<;{<

ffir,",,

.\rtJ-F(F.ts(,-

-

ra

'--|{llll'rb fd-l<-l<;-

7. 15 pav. lvairls DNR PaZaidq tiPai: : - - l - a d u k t a i ( 1 - b c n z ( a ) p i r c n o - q u r t n i n a s2; - O " - n t c n u k l c o t i d q p a Z a i c k r s1 N 7 n r c t i l g u a n i n a sJ) ; - t i n l i n o d i m c r a s ;- 5 - t i n r i n o a r b r t c i t o z i n < r l tilgLraninas; - DNR trirkiai (rr h i c l r a t a i ; 6 - b a z i q d c s t r u k c i j u( s u s i d a r 0A P - s a i t i t i ) ; 7 grandintjc tarpr (Ja paiiojc tojc Ab.,9 s4ryios vicnagranclis;D dvigrandis\;{u, - intcrkaliacija' 9 saryios); DNR-baltymo ,9 srlryios; tarpgrantlincs 4b nuklc6tidq; isitcrpia mutaqeno (pvz.. akriclinomolekulc) tarp dviciu nuklcotitlq, dcl jos irtsiranda rtmciio psslinkio mutirci.jos- iskrinta irrba isitcrpia nuklcotidq porrr, rrtrklcotidai chcmiikai nemodifikuojami (pagal V. Soifcri. 1969, su papildl"mais)

. vienagrandZiaiir dvigrandiiai DNR trlkiai, nors ir skirstomi j pirminius, atsiradusiusdel mutagcnq poveikio fosfodeoksiriboziniam karkasui, ir antrinius, atsirandusiusdel reparacijos, rckombinacijos ir kt.. tadiau ir pirminiai trlkiai jau yra irykusiq DNR paZaidq - purino-pirimidino laisvqjq radikalq, DNR s4ryiq ir kt. pasekme; . interkaliacija - mutagenomolekule isiterpia i DNR. Po DNR replikacijostokiosevietgseatsirandarimelio poslinkio mutacijos.Sukelia specifiniaicheminiai mutagenaiakridinai, fenazinai ir kt. 491

Si paZaic'lus4ra54 papilcto ktaidingai iiungti ir apskritai iiungri purino (aminopurinas)ir pirimidino (bromuracilas)baziq analogai arba nukleotidq sekos, isiterpusios i DNR (insercine mutageneze). Nukleotidq modifikacija nustatomachromatografiskai,priei tai suskaidZiusDNR. fvairus mutagenai skirtingai modifikuoja nuklcotidus ( 7 .l 6 p a v . ) : ' gali prisijungti didesnisar mazesnisratlikalas: tai iau nriniti l d u kt l i : . baz6s deamininamos,pvz., nitrito rlg5tics (HNO,): adeninas(A) virsta hipoksantinu(Hx), citozinas(C) - uracilu (U),guaninas(G) _ ksantinu (X); ' vienos bazds tiesiogiai virsta kitomis, kaip tai atsitinka cleamininant citozin4:Sisvirsta uracilu; deamininantmetilcitozinqatsiranda timinas: . susidaro baziq laisvieji radikalai (ir.7.5 pav. ir p. 469); ' bazds'isiSkaisuyra jvairiusdarinius, kaip tai atsitinkapc-r i srlveikos su [aisvaisiais radikalais(susidaroslapalas,B-urcidoizobutilo rfigStis, O-alkilhidroksil-aminas); ' modifikuojama fosfato rfigities liekana. ?ri, rrvz.. atlieka alkilinandiosiosmedZiagos.Susidaronepatvarustriclstcris,kuris lengvai hidrolizinasi,atsist:rtant normaliaiDNR sandarailvieta ,,a:; arha atskyl:rntnuklcozidui (victa ,,b.,): oi j,-riln t> ..r,*-i*::'

(Tl

fi6\N il | s'
I( tt

tt ll\l r\

[J

IIO

H

AP saitai yra daZnaDNR pazaida.Ji atsitinka,kai nutrlksta N-glikozidinisrySysir iisilaisvinabazd..Gana daug Ap saitu atsiranda fiziologinemissalygomis(pvz.. der pH pokydiq).Fosfodiesrerinis karkasasiSlieka,bet pasidarojautrus Sarmams. lvairiq tipq s4rysqreikime mutagenezei menkaiistirta.DaZniausiaijos l4steleiyra mirtinos.Geriauiitirtos yra viclugrandines ir tarpgrandinessqrySos. Jos trikdo DNR replikacii4.SeuysqvietoseDNR 492

tr[kin6ja, ir lqsteld Z[va, toddl mutagenai,sukeliantyssaryias,vartojami kaip prie5vdiiniaivaistai. Butent del SiosprieZasties vartojamos alkilinandiosiosmedZiagos.Vicna ir bifunkcinesarba polifLrnkcinds jos alkilo grupe jungiasi su viena DNR grandine,o antra - su kita:

-G-Cl-i-l

-+GnnG.

-c'-GTirkie suriiti guaninai (G nn G) iS DNIf, gali blti paialinti. Thda susidaro dvigrandZiaiDNR trlkiai (pavaizducltiguaninai, nes 5i baz€r Zr. toliau). Ir Siaipjau sErySatrukdo DNR alkilinamaintensyviausiai; rcplikacijq,todel DNR trukine.ja. Nekovalentinis fungimas. Interkaliacija. Dar"rgmedZiagq, kuriq rnolekulis yra maZos,bet tcigiamo kruvitt, gzili s4vcikauti su DNR intcrkirliacijos(lot. intercalatict- intzrrpas)b[du, isiterpdamosi DNR nrolekule.Jos nekeiiia nukleotidq, todil suskaidZiusDNR ir chronrzrtosrafuojantncaptinkanta modifikr-rotunukleotidq. Tiri rodo. kad mutagenersgali blti interkaliacinis.Rrkic mutagcnai trukdo DNR replikacijil, todcl atsiranda DNR tr[kiai. lrgi vartojami kaip pricSveZiniai vaistai. PotencialiosDNR paiaidos. Tik dalis DNR paZaidu (kai kurios nukleotidu paZaidos,dalis apurininiq-apirimidininiusuitq ir ivairirl tipu trukiq) gali virsti genq mutacijomis.Kitos paZaiclosgali brrti pradinc medZiagachromosomllmutacii()msatsirrsti. DNR paZaidadar nera mutacija,ir tik nedaugjq virsta mut:rcijomis,toddl tos DNR paZaidos,kurios gali virsti mutacijomis, vadinantos potencialiomis. Potencialiq paZaidq s4voka ypad vartojama kalbant apie modifikuotus nukleotidus.Kaip pavyzdiiSnagrinekimczrlkilinimopasekmes. ?ri pravartu Zinoti, ncs alkilinimas- viena i5 pagrindiniqmutagcnemedZiagosyra vicnos i5 gerizruBe to, alkilinandiosios zes prieZasdiq. siai iitirtq mutagenq. Alkilinandiosios medZiagos.Jq sEveikaisu DNR ncreikalinga replikacija, t. y. DNR irlkilinamabet kuriuo metu. Alkilinandiqjq nledZiagq mutageninispoveikisgali b[ti ne tik tiesioginis(DNR alkilinimas), bet ir netiesioginis (reakcija su replikacijos, reparacijos ir kitais fermentais, antriniq mutagenq susidarymas).Konkrediai i5nagrinesime tik ticsiogingalkilinandiqjqmedZiagqs4veik4su DNR.

493

llr

W

(' tt-c/'\c:rt

N

\ ^/\ d R

lt

lt lr l

:'Y*"

-rzl\w"ry cl) + .l rri' rr-N1.,..\

l-

\il

()l\ir(t)itlf\\

{,-n.rk(r,rr,-Xlrrrlr,,k.il.\-nr'rfr.ilr\.\l(,

rrhr Pcrr'l'idri \

fry!huqi:*r1',],,,,,,,,".

i - r rr c t i l ri t o zi n r r .

-N-

RJ-

\

,t

()

*f4,,

rr-.{.:,r lul rrN\...\r

.N

\\

r \L I dli 7 - p r k ci : l r r s - l . \

':ctcrli(!(l'\

l l - p r r k t i : t r -: . i . N ctcr

S 4 v e i k as u P e r o k s i d i n t a i s liPidais

".\-n\ ",

I"\.-z--Na I.

_:)"-,,

l"- , ( /-\r o

\:,(,,

)

3

-(

/-\e u

F_

-, (-

-+

\

<-

,,,f,- (

)_,,

\ -(

(lcninrs

Wl-,i idl //7,t' L---< 1

^- \-

,, { H

i-hf()ntufrclliL\

5 - h r o n t r r t r r i(l kacsl ol i ) f n 1 u )

[-J,,],l i

I,',_l 1',,ll it**lJ,_1,,*_] ll

'lcl

,/

\-"

a) iiunrimo klaida

t[Tr

lrr ' l't'l"Tliku"ijn'llt"i't'

r r \- ,,

\.-^/

\:,4

)_{

B

I

I t-l ' - - i- - -"' ' -1| _ _ + l r l'1-i" I t

Il'-ll'"-l-lI

l- 1,,, l_ t+ll A-llt

(i-

I

l,,ll

1- l'- 1,,, i *-L-L

(;-

ltl

(r-L

1 rt

I I I

I

-Ilti

+

-tlt

i

\" ( tnol Inc l()rlnit )

lranziciia

(j-('--t A-r

I ill

ttl

-[]tJ

(i-('

I I I (;- (- + -(' tlt

l'1nn7iqij3

n-r".*<;-c

III

[:tariqanalogtl(brornuracil0i ir.io pasekmes i-jungimas

7. l(r pzrv.Nukleotidq modifikacija ir jos pasekm6s: I - dcaminirrimas:-5 nrC-+T yra viena pavojingiausiqmutageniskqpazaidu; 1i - pcr.ksiclintq lipidq sqveika su purin. ir pirimiclino nikleotidais: c -

5 - B U i j L r n g i r n o( r r ) i r r e p l i k a c i j o s ( b ) k l a i d o s ( p i t z y m c t ( ) s vingiuoiai) ir jq mutagcniikos pasckmis; mutacijai atsirasti butini trys DNR rcplikacijos ciklai

Baziq alkilinimas. SqveikaujantalkilinaniiosiomsmedZiagomssu DNR, prie purino baziq ir citozino N atomq gali b[ti prijungiamos alifatines grupes. Rediau alkilinamas guaninas per clcguoniesatomE Seitoje padctyje. Alkilo grupcs pric azoto atomq jungiasi tokiu intensy/umu: D N R : N - 7 g u a n i n c > N - 3 a d c n i n c = C ) og u a n i n c > N - l a d c n i n e > citozinc ir kt. RNR: N-7 guaninc > N-l adcninc > N-l citozinc > N-3 adcninc.

N-l

Vadinasi, intensyviausiaialkilinamas guaninas N-7 padetyje (apie 70Vo visty alkilintq baziu). DNR adeninui N-3 padetyje ir guaninui 0-6 padctyje tenka maZdaugpo l}ck visq alkilinrq baziq. Alkilintos bazcs hidrolizuojamosglikozidinio ry5io vietojc, t. y. tarp bazes ir cukrerus,todel DNR atsiranda:rpurininiaibei apirimidininiaisaitai.

7.3 lcntcle. EndogenindsDNR paiaidos imogaus lqsteldse(ii T A. Kunkel, 1999. r c n r i a n t i sT L i n d a h l ) PaZaida Uracilas 'fiminas (vietoje C) Hipoksantinas li-oksoguaninas F'APY T i m i n o g l i k o l i si r k i t i p a n a 5 i a i o k s i d u o t ip i r i n r i d i n a i EtenasC EtenasA -l-metiladeninas 7-metilguaninas Oo-rnetilguaninas AP saitai

Atsiradimo bldas c i t o z i n od e a m i n i n i m a s 5 - m e t i l c i t o z i ndoc a m i r r i n r r n a s adeninodearr.rinininras guaninooksidavimas g u a n i n oo k s i d a v i m a s p i r i n r i d i n qo k s i d a v i m a s p e r o k s i r l i l t t lui p i d t l p o v e i k i sc i r o z i n u i p e r o k s i d i n t ql i p i d q p o v e i k i sa d e n i n u i a d e n i n oS A M m e t i l i n i m a s g u a n i n oS A M m c t i l i n i m a s r l k i I i n i m e sc n d o g c nni i a i sn i t r o z o a n nr iai s h i d r o l i z i n i sd e p u r i n i z a v i r n a s

Liekanq, susidariusiq pcr parqJskaidius

400 30 l0 -1000 -200 .'500 -200 -200 600 4000 "'200 9000

7.5. Antimutagenezdir DNR reparacija Kad ilyktu mutacija, vien4 normalq nukleotidE DNR molekuleje turi pakeisti kitzrsnormalus nuklccltidas.Paprastaitai i\,yksta DNR replikacijosmetu. Modifikuota bazd netiksliai jungiasi su kita bazc kitoje DNR grandineje. PotcncialipaZaidayra guanino alkilinimaspcr dcguonj ieitojojc padctyjc.Bhtent Siojcpadctyjcalkilintasguaninasgali klaidingaijungtis sudaryclamas porE su timinu: atsirandatranzicija (purinas kciiiamas purinu - G -r A): G-C-+A-T Potencialfis pirimidino dimerai. li pradZiq manyta, kad, apivitinus UV mutageni5kayra daZniausiapaZaida- ciklobutaniniaidimerai. Vcliau buvo jrodyta. kad potenciali paZaida yra 6-l fotoproduktai (Lr. 7.6 pav.). Tiriiau kad ir sudctingai,bcr genq muracijosgali atsirastiir dcl ciklobutaniniqdimcrq. Endogenin€skilmds DNR paZaidosyra tarp pagrindiniq sponraniniq mutacijq prieZasdiq, tadiaujas tirti yra sunkinu,negu egzogcniniq mutagenqpadarytasDNR paZaidas,todel pastoviaitobulinami mctodai 5ias paZaidasaptikti ir kickybi5kaiivertinti. Stebinalabai didelis endogeniniqDNR paZaidqdaZnis.Antai Zmogausl4stelesgenomastik per vicna par4 paZeidZiam:rs tlkstandiuskartq (7.3 lentele),todcl labai svarbi pusiausr.yratarp Siq paZaidq atsiradimo ir reparacijos.

7.5.1.MutagenezrSs etapaiir antimutagenezd. Mutagenqtaikiniai I5 pradZiq mutaciiq atsiradimasbuvo jsivaizduotaslabai paprastai, kaip vionaaktisvciksmas.Tereikia mutagenui pakeisti geneting medZiag4,ir itai turimc mutacij4. Mutageno s4veikossu DNR tyrimai nuleme samprat4, kad . pati DNR paZaida dar ne mutacija; . mutacijq atsiradimasyra procesas,kuris trunka keleta DNR reprodukcijq. Thdiau kaupesi ir kaupiasi naujos zinios apie mutagenczg. Ilgainiui keitesi ir keidiasipoZi[ris i ii reiskinj. Kokie tie poslinkiai? Antimutagenai. Noviko ir Scirardo atrasti antimutagenai maZina spontaniniq ir indukuotq mutacijq daZni. pirmieji antimutagenai buvo lzrisvosbaztis ir nukleotidai. Thdiau visi suvoke, kad antimutagenezd yra perspektyvi kryptis reguliuoti mutaciiq daLni, sumazinti Zaling4 mutagenq poveiki. Toder nauiq antimutagenq,ypai sropinandiq Zaling4 jonizuojandiosirs spincluliuotespoveikl, paieskos bLrvo labai intensyviosir vaisingos.Antimutagenq s4ras4papilcletioliai, fenoliai, flavonoidai, tarp Sio tipo antimutagenq atsirado vietos ir fermentui katalazei, kuri skaido peroksiclus. Antimutagenus praddta skirstyti i:

496

497

. gamtiniusir sintetinius; ' univcrsalius ir specifinius. kurie gali siopinti Labiausiaiclominouniversaliejiantimutagenai, labiausiaipasizymigamkuo diclesniskaidiqmutagenq.Universalumu rtg5tiniai antimutagcniiglutaiionas(ir kiti gamtiniaitioliai),askorbo laisvaradikajie sl.pina pirmiausia ris. tokoferolis.karoinoictai.Visi galima buvo kaip o isitikinti.visi keliaiveda i laisling mutagcnczq, silveikos, ,ri.liknlur.Galq galc pradcclavykti laisvaradikalines uu,rsiu.., susidarolaisviciiradikalai. mcdZiagas' 6lutationas ir kiti ti6liai labai vciksmingaislopina ir alkilinandiqsia's rugitis, kuri i5 orgamerkaptttro Susidaro ticsiogiai. rcaguoja jomis glutatrorras Su Rcalcija tarp glutationo ir kscrttlbiotikq vyksta ir nizir,l paiirlin.,rnll su ilipimu. -lirdcl 0rganiznrc ii4 rcakcijrl allicka fermc'ntai glutaticsiogiai, bct ncrntcnsyviai. tion-S-transfcrazes.

Mutagenezdsetapai.AiSkcjo,kac'lnaujamutircija.turi.isitvirtinti vigenomc,lnutaltinc iastelc- kitq lqsteliqsistemoje.Tick lalstcles veikia ivairus galingi atrankos iujc, tick prici nrutantincslapstcles ir kitas s4lygasSiuo ctanritybos keidiant b[d;i. Mikioorganizmams rezultatai' mutagenezes buvo gauniimi labai skirtingi pu, ' normalq nukleotid4 ir vien4 kad Gcrokii vcrliaubuvo nustzrtyta, Toki pakcitus kitu n6rmaliu ntrklcotidu clar nelsitvirtina mutacija' pat Thip gali pasalinti nesuporuotq nukleotidq reparacija' rruklcotida 'liad yra galingzrssietas, kuris gali praleisti ar nepralcisti nustatytzr, mutagenezi yra valdom" (L:'toliau)' nauj4'mutacij4. Ii *-.i 1967m. Auerbachpasi.llemutagenezgsuskirstytiitris etapus.Skirsjis atrodytu taip: tymasetapaispasipilciinaujomisZiniomis,ir dabar lll kt sqtcikossu taiAiniu ii*i'i" I I ir visi rei5kiniai taikinio lygme- | DNR reParacija) nyje (tarp jq taikinvs - ne tik DNR

su tuikiniu

parekinras: rr)nrurrgeno I ,;;fiR

a) mutrntirriu rekornbin:teijos. sinrezis.

II lls:e.l.l.r:Clacnimrs r e p a r a c i j o sb a l t y r n a i( p v z . , t o p o - | i r a t r a n k a d i p l o n t i n da t r a n k a ; antimutagenez'ib) konjugacin€i izomerrizes) genq ir chromo- | mcjozcsstetas; somq nrutacijos; I i n d i v i d q .s u d i d e l i u n a u j q m u b l m u t a u e n os a r e i k a s u I L l u n r l i n r i L e i k i r i a c h r o m a t i n eI' c t krrviu eliminacii"..lf::: b r r l t v n r a i ciklo ;;ffi;;;;";J;;;il | ,..p,,"" rr lqstelds I :':'lu

;;;il;f*';;i-.;il.; ;;l;;;il

mutaci.los I -genomo

'; i-;;.;- I

tais.' inakrlrurrjaniiais | mul

| ':.'o'*"1',11'1:'-11:'l-"-liql:.::I:)' tvriniqr4steliq,tvgiu d)atranka 1 |

{ t c r i l l u m o sa' p s i v a i s i n t t n a s ) '

Daugelisrei5kiniqjau nagrineti arba bus v6liau nagrinejami(DNR r c p a r a c i j aC ) .i a k i e k smulkiau apie kcturis i5 ju: I etapo mutageno 498

patckimas ir ekranavimas,III etapo - diplontind atranka ir konjugacine antimutagenezd. Mutageno patekimo valdymasyra toks iprastasreiSkinys,kad i ji Zilrime kaip i savaime suprantam4 dalyk4. Evoliucija ryko kaip tik taip, kad lytines l4steles ir gemalas b[tq maksimaliai apsaugoti nuo ncpalankill veiksniq. Be to, Zinduoliq galingasfiltras yra placenta. Ji gcrokai apsaugo gemalq nuo mutageniniq medZiagq. Prisiminkime, kacl placenta yra vienas ii tq organq, kuriq l4steleselabai aktyvus kscnobiotikq biodegradacijosfermentai. Sausumojelengviau gali gyventi daugial4sdiaiorganizmai.Jq vidinems l4stelemsndra kenksrningi UV, nes jie yra menko skvarbumo. Odos apsaugincpaskirtisirgi gcrai Zinoma.Bc to, joje yra gamtiniq apsauginiq mediiagq: kcratino, mclanino, urokanino rugSties (C,H{O.N,). Pastaroji ypad aktyvi priei UVB. Vienalqsdiusnuo UV kaZkadasaugojo vanduo. Jis ir buvo gamtinis ekranasnuo UV. Si savokai mutagenczgatejo i5 radiobiologijos. Par,yzdZiui.ivitinant kaulzrvaisiusiklas, ekranas yra storas scklos kauliukas.Dali jonizuojandiqspinduliq sugeria seklos endospermas. L4steles viduje alkilinandiqsiasmcdZiagasckranuoja baltymai. Apie 2/3 visq alkilinimq l4stelcsviduje tenka nc DNR. o baltymams ir daugiausialilstelcsmembranq ir priemembraniniamsbaltymams.Iki branduoliotolinraskclias.Todel daugelyjeatsakq,kuriuos toliau nagrinisime, aktyvinami Siluminio Soko proteaziq,ubikvitino genai. Jq koduojami baltymai skaido denat[ruotus baltymus. Kontakto efektas.Daugial4siio organizmo l4stelesgali padeti viena kitai apsisaugotinuo mLltagenopoveikio. Thi nustatyta kartu zu.rginant leukocitus,kuriq vieni buvo neapivitinti, kiti apivitinti jonizuojandiaisiaisspinduliais.Pastaruosiuosetirtos chromosomq aberacijos. Jq daZnis gerokai sumaZejo,palyginti su ap5vitintaisleukocitais, augintaisatskirai.nuo neap5vitintql4steliq.Si vienq l4steliq pagalba kitoms buvo pavadintakontakto efektu. Nustatyta,kad i5 vienq l4stcliq i kitas gali perciti antioksidantaiir tioliai. Diplontin6 atranka. Daugial4sti organizm4 paveikus mutagenais, pakinta tik dalis jo l4steliq.Kitos lieka normalios.Kaip jau minita, dauguma mutacijq yra Zalingos.todel ir mutantinesl4stelesgali blti maZiau gyvybingos.Thrp normaliq ir mutavusiq l4steliq arba net audiniq ryksta konkurencija normaliq lqsteliq naudai. DaLnai net normaliq l4steliq dalijimosi tempas didesnis.Galime isitikinti stebedami ivairius margalapius augalus: normaliai Zalia lapo dalis daZnai blna kur kas labiau iSsipletusinegu mutantine (7.17 pav.). 12,

499

implantacijos. Daug chromosomq mutaciir] vis delto iveikia si .,filtrq". Embriogenezesmetu atsiranda ir naujq mutacijq. Kokia galinga III etapo antimutageneze,galima jsitikinti remiantis Hirosimos ir Nagasakioatominius bombardavimusparyrusiq asmenq tyrimq rczultatais.Japonq mokslininkaijsitikino,kad net po 30 metu nuo bombq sprogimo apivitintq zmoniq leukocituosevis tebera daug chronrosomqaberacijrl(7.4 lentele).Be to. daZnistiesiog proporciniq gas apivitinimo dozei. Tuo tarpu tiriant tokiq zmoniq palikuonis jokio Zymesniogenq mutacijq daZnio pokyiio nepastebdta. 7'4 lc'ntclc. Zmoniq, patyrusiq Hirosimos ir Nagasaki. bombardavim4, chromosomq aberaciiq daZnis reukocituose,prasrinkus 30 m. po bombardavimo (pagal N. Dubininrl, l9l3(r) 7.17 pzl. Diplontin€ atr:rnka: pupq chlorol'iliniomutanto vari('gutanormali Zalia lapo dalis lcnkia nrutantingivicsi4 lapo dalj

Konkurencija tarp diploidiniq normaliq ir mutantiniq to paties organizmo lEsteliq vadinama diplontine atranka. Normalus audinys gali visi5kainustelbti mutantini audinl. Konj ugacindantimutagenezdpasireiSkiamejozeje.Pa5alinami stambDs strukturiniai chromosomqpokydiai.Kaip mineta, heterozigotineje b|rkleje ivairios chromosomqmutacijospasiSalinamejozeje,nes susidaro negpybingos lytinesl4stelcs.Bc to, mejozdspirmojo dalijimosi zigotenoje ir pachitenojevyksta DNR reparacija. Augalu ir Evfinq mejozcrs mutantq yra paZeista konjugacine antimutageneze,todel jie daug jautresni mutagcnams. Jonizuojantioji spinduliuotdjuose sukelia daugiau chromosomq aberacijq. Prasmukusiospro mejozg naujos mutacijosgali b[ti atsijojamos . ovocitamsvirstant t"eratomclmis; . maZiauenergingienrs spermatozoidams ncatlaikantkonkurencijos apsivaisinimometu: . nenormaltis gemalai Liva, vykstant persileidimui. Pasak Zmogausgenetikos autoritetq Fogelio (E Vogel) ir Motulskio (A. C. Motulsky), mutacijos, del kuriq vyksta ankstyvi abortai, gali likti nepastebetos.Anot Fogelio ir Motulskio, apie 90o/ochromosomq mutacijq pasiSalinar,ykstantembriogenezei,daugiau kaip puse jq - iki implantacijos gimdoje, o dauguma likusiqjq - netrukus po 500

Spinduliuotcs doze Gv

AberaciiLt dalnis n/n

Hirosima

Nagasakis

1,20 2 , 7|

1,35 I,88 l,68 2,76 3,41 1,09 13,ls

Kontrolc 0 , 0I - 0 , 9 9 r , 0 0 -1 . 9 9 2 . 0 02 , 9 9 3.00-3,99 4 , 0 04 , 9 9 5 , 0 0i r d a u e i a u

7.5.2. DNR paiaidq

4qs

9,4u I? Ss

t4,t9 1 6 , I5

reparacija

7.5.2.1. DNR paiaidq reparacijos apibudinimas ir tipai

Genetinc medziagaDNR yra labai stabili. Nukleotidq ii'ngimas ! naujai sinterinamasDNR grandinesirgi vyksta palyginti tiksliai. o jeigu ir padaroma klaidq, tai jas istaisotie patys'DNR sintezesfermentai. DNR polimerazes atlicka korekcij4, salinclamosneteisingai iiungtus,nesuporuotusnukleoticrus(Zr. II sk.). Thiiau klaidq vis tiek lieka. Ne bc pamato manoma, kad DNR ypatingo stabilumo priezastis yra ne tiek jos chemind sandara ir sintezdsypatumai, kiek DNR paZaidq reparacija (lot. reparalio - atitaisymas).vienu metu genetikai net labai rimtai s'arste, kaip atsiranda mutacijos,jeigu DNR paZaidq Salinimo sistemosyra tokios galingos.Klaidrj labai padaugeja DNR paveikusmutasenu.

-s01

Mutagenas ne tik sukelia potencialias DNR paZaidas,bet ir painidila visq suderint4 DNR saugos sistemq: DNR replikacijos ir reparacijos fermentus ir sutrikdo DNR kopijq dalybas dukterinems l4steldms. Sis netiesioginismutagcnopoveikis,matyt, ir nulemia, kurie mutagcnai yra silpni, o kurie stiprfis. Stiprieji mutagenai pirmiausia paZeidiia saugos sistemas. DNR reparacijos tipai. DNR paZaidq reparacijostipq klasifikacija sudetinga ir daug kuo pana5i i ksenobiotikq biodegradacijoscitochromq P-450 sintezesklasifikacij4. DNR reparacijos tipai yra specialfis ir universalls, vienq DNR reparacijos sistemq dubliuoja kitos, yra konstitutyvls ir indukuoti reparacijos tipai: . special[s DNR repar:rcijostipai paialina konkrcdias DNR paZaidas.Thi tokios paZaidos,kurioms atsirasti yra beveik 1004/c tikimybe. . universalfisDNR reparacijostipai pa5alinabct kokias DNR paZaidas,tarp jq padarytasir tq mutirgenq,kuric iprasti organizmo aplinkoje ir kLrriosialinamos specialiaisDNR rcparacijos bldais. Thi, kad viena paZaidaSalinamakeliais budais,yra organizmo strategija,susiktrusi ilgametis atrankosbldu. PaZaidosSalinimob[dq dubliavimas* garantija,kad 5i DNR paZaidabus paSalinta. Antai organizmamsiprastasir net ,,istorinis"veiksnysyra ultravioletiniai spinduliai. Prisiminkime, kad jie sukelia labai savitasDNR paZaidas- pirimidino dimerus.Juos pa5alinairgi latrai savitasDNR paZaidq reparacijostipas - fotoreaktyvacija.Vien UV sukelia pirimidinq dimerus, fotoreaktyvacijatik juos paialina. Pirimidinq dimerai Salinamiir kitais DNR reparacijosbudais.Jie i5kerpamieksicinukleaze. Sis bfidas yra universalus.Juo Salinamosivairios DNR paZaidos. Tik pirimidino dimerus SalinapirimidindimerDNR N-glikozilaze-AP-endonukleaze.(Apie abu Siuostipus Zr. toliau.) Likusias nepa5alintasiki DNR replikacijospaZaidasSalinaporeplikacine DNR paZaidq reparacija.DNR paZaidq reparacija dar skirstoma i:

502

. prieireplikacing, . poreplikacing. Mutageni5ka,arba klaidinga, reparacija.Sio DNR reparacijostipo atradimas- esminis visos mutagenezdsteorijos posfikis. Dar 1953 m. Veiglas (J. J. Weigle) aptiko reiSkini, kuri jis pavadino ultravioletine reaktlvacija. Virusai buvo apivitinami virusui mirtinomis UV doz6nris. Siaisinaktyvint:iisvirusaisbuvo uZkrediamosbakterijos.Vienos jq buvo . priei tai nt-ap5vitintos UV . kitos apSvitintosrtentirtinotnisUV dozdmis. Tose bakterijq l4stelese,kurios prie5 uZkrediantjas inaktyvintais virusais buvo ap5vitintosUV, virusai atgijo, reaktyvinosi.Bc-t tarp iq p a s i t a i k i l i r b a id a u g s u m u t a c i j r r m i s . Apra5ytasisDNR reparacijosbfidas buvo pavadintasVeiglo reaktyv:rcija, arba kitaip W-reaktyvacija, o mutaciju ettsiraclintas reaktyvintoje DNR - Veiglo mutageneze,arba W-mutageneze. Vciglas pirmasis atrado mutagcniSk4DNR reparacijos tip4. ?ti'iau iianr tipui daug rcikirrresncbuvo tcikiama tol, kol neiikikr klausimas:,,O vis dclto kaip atsirandamutacijos?"I5 esmesmutageniSka DNR rcparacija buvc'ratrzlstapakartotinai kaip SOS atsako dalis (Zr. toliau). Siuo mctu nustatyta,kad maZos,nemirtinosjvairiq mutagcnU (nc tik UV) dozcs sukclia (indukuoja) reparacijosgenu vciklq. Kokia bus DNR repuracija- rnutagcniSka ar nemutagcni5ka, priklauso nuo dvicjq aplinkybiq: . nuo DNR paZcidimolaipsnio.Mutageni5karcparacijavykstaitin stipriai paZcistojcDNR (pvz.,kaip stipriai paZeistq,inaktyvintq UV virusq rcparacija).C'ia ji vyksta nelaimcsveriiama. Nieko kito nclicka: arba uZtaisytiDNR paZaid4bet kaip, arba Z[ti; . nuo genotipo ypatybiq,specialiqgcnq. Thi mutagenezesvaldynro bldas (Zr. toliau). DNR paZeidimo laipsnis ir paZaidq reparacija. Indukuota DNR paZaidq reparacija. Velgi pasirei5kiaorganizmo strategija. DNR paZaidq reparacija reikitlauja dideliq cnergijos s4naudq, ATP. Ne kiekviena l4stel6ir organizmasi5gali likviduoti DNR paZaidas.Toddl stcngiamasi DNR paZaidasSalinti padiaispaprasdiausiais bldais: ' jeigu paZaidq nedaug, pakanka konstitutyvaus DNR paZaidq reparrrcijoslygio:

503

. kai lqstcld paZaidqnesugcbalikviduoti konstitutyviubtdu, indukuojami specialuspagal paZaidqpobudl ir stiprum4 DNR reparacijos b[dai. Jic jsijungialaipsniSkai,didejant DNR paZeidimui. Tiro jsitikinsime iinagrinejg du DNR reparacijos rei5kinius: SOS ir oksidaciniostrcso atsakus. DNR reparacija yra visos antimutagenezdssistemos dalis. Organizmui geriau pirmiausiapaprastesniais bldais pa5alintipati mutagen4, ncgu po to eikvoti lqstclcs iStekliusir ialinti genotoksi5kaipavojingas DNR paZaidas.O jcigu atsiradoDNR paZaidq.tai paprasiiau jas likviduoti, negu ckscizijosbudu Salintibazes,nukleotidusar net DNR nukleotidq sckas.Kai jau nieko kito nebclieka,',ykstamutageni5ka DNR rcparacija:atsiradgstamb[s DNR tr[kiai uZtaisominetiksliai, kad tik bltq iisaugotavientis:rDNR. DNR reparacijos priklausomyb€ nuo ivairiq veiksniq. Thi klausirnas,kuriuo Siuo mctu itin domimasi.DNR reparacijapriklausonuo daugybcsvciksniq.

. jonizuojaniiosios spinduliuot€s ir kitq veiksniq -) purino-pirimidino baziq laisvqjq radikalq = chemind reparacija, kuri4 atlieka antioksidantai ir tioliai. Fotoreaktyvacija.Rei5kinysZinomasseniai. atrastasbent tris kartus. Ap5vitinusorganizmllsUV ir po to matoma iviesa,ZalingasUV spinduliq poveikissumaZejaar net visai iinyksta.Siuo rciikiniu rimtai susidomdtatik po to, kai Kclneris (A. Kelncr) ir Dulbeko (R. Dulbccco) 1949 m. lrode, kad fotoreaktyvacijav1'kstair mikroorganizrnuose.Ji pasirci(kiataip. ApSvitinti UV spinduliais(200-300nm) ir toliau auginami patamsyjc(jprastincssqlygostcrmostatuose)mikroorganizmai Z[va. Bet jeigu po UV dar ivitinsime matoma iviesa (300-500 nm). daug mikroorganizmul4steliq atgys.Kaip tai atsitinka'! Eschcric'hiut'oli ltlstelcsebuvo aptiktas fermcntas. kuris pirimidir r o d i m e r u s p u v c r i i a n r o n o m c r a i s- i r t s t a l or r o r m a l i qp i r d c t i : UV

^

Matomaivicsa

T+T-----+T T --l-.--.--->f*f

J i p r i k l i r u s on u o : .

b c n d r o s l i l s t c l c sb u s c n o s ,e n c r g c t i n i ql l r s t c l c si S t c k l i L lp, a k a n k a m on a u . j qn u klcotirlu kickio: . D N R i r c h n r m a t i n o s a n d a r o sv p a t y b i u ( Z t i r r m o s D N R n c r c p a r u o j a m a ) , c h r < t m i t t i n on u k l c o s o n t i r r cssi r n d u r o s( g c r i a u r c p a r u o j a m aD N R . k a i h i s t o n a i y r a a c c t i l i n t i ,t . 1 , . k i r i s u s i l p n c ' j c rsy i y s t a r p D N R i r h i s t o n q ) ; ' g c n q u k t y v u m o : p i r n t i l u s i l r r e p u r u o j l r n rai k t y v l s g c n a i , o u k t y v i u o s cg o n u o s c t r a n s k r i b u o j a m o jD i NR gnrndine; . jvairiq L)NR sintczc's.rcparaci.jos.chromatino sandanrs nrodifikatoriq (pvz., poliaminq. dvivalcniiq irr trivalcniiq mctalq jonq ir kt.). Kofcinus veikia k a i p n r u t a g c n a sn e t i c s i o g i a i ,s l o p i n d a m a sD N R r c p a r a c i j a . ( ' i a s u r n i n i t a t i k n c d i d c l c d a l i s D N R r c p a r a c i j 4k c i t i a n c ' i uv c i k s n i r l .

7.5.2.2. Tiesiogini

DNR paiaidq

reparacija.

7-inotinatui. kird lirtolilrzcsir tamsojc plZista DNR paZaicl4,o suzitdintosSvicsos rtis. Pliirlirrir paZairlil. il pirrrinrekrdumos liltono cncrgijil, dimcrris pavcriia ntor.ttrnte P i r r n i a u s i ab u n d o m a a p s i s i r u g o tni u o t - J V s p i n d u l i r l( m i n c t i c j i c k r i t n a i ,c h r o n t i t toforai). PaclidejusUV spinduliuotc,i,irsi i( pradZiq saugomasinuo UV o tik paskui Iikvicluojumosjq padarytos DNR paZaidos.Zmogaus - padidcja mclatrino, rtug r r l r r l ' l : no n o i t l r t s i n t c z i ' .

Ekscizind reparacija

Siuo metu Zinomi trys tiesioginio DNR paZaidq Salinimo bfdai. Visi jic yra savitq DNR paZaidq,sukeliamulabiausiaiistoriSkq,tracliciniqvciksniq: . IJV + visrl tipq pirimidino dimerq = fotoreaktyvacija,atlieka fotoliazds: . alkilinaniiqjq medZiagq+ alkilintu nukieotidq = aikilo grupes Salinimas,atlieka metiltransferazds; 501

Sis fcrmcntaspavadint", fb,"li;;". ,,. o^r,r," tik ciklobutaninius pirimidinq dimerus, toderliiuo mctu vadinantasCPD fotoliaze.Atrasta dar vicna fbtoliazc. kuri paZistatik (6-4) fotoproduktus (neciklobutaninius dimcrus). Ji vadinarna (6-4)-fotoliaze (7.6 pav.). Thi flavoprotcinai.

Alkilo grupiq pa5alinimas. DNR alkiltransferazes.DNR alkilinimas (metilinimas) yra vicna i5 nat[raliq DNR modifikacijq, todel lqstclejeyra tanl tikras pastovus,konstitutyvusdemetilaziu (metiltransferaziq)lygis. Be- to, atsiradusiusalkilinaniiuosiusmetabolitus vciksmingainukenksminatioliai. Metiltransferazes- ypatingi fermcntai. Net giniijamasi, ar tai apskritai yra fermentai: rcakcijq jie nekatalizuoja.tiksliau, po s4veikos su alkilo grupe jie patys suskyla. Ada-metiltransferazesturi du aktvvius centrus - cisteino liekanas:

50-s

' Cys-69padetyjepa5alinaalkilo grupg nuo alkilintos fosfato rug5ties liekanos (metilfosfotriesterio); . Cys-321 pad6tyje pa5alinaalkilo grupg nuo padios pavojingiausios,potencialiospaZaidosO"-metilguanino(O6-metG),silpniau Oa-metT Alkilo grupe Salinamasavoti5kai:ji nuo nukleotido pcr5oka ant mctiltransfcrazis,ir 5i suskyla. 'lojc

paiiojc l4stclcjc yra nc vicna mctiltransfenrze.Tiri vis ta ,,apsidraudimo" stnrtcgija.

Purino-pirimidino baziq laisvqlq radikalq chemind reparacija. Thi unikalusrciikinys. PaprastaiDNR paZaidqreparacij4atlieka fermcntai. Baziq laisvuosiusradikalus rcparuoja

Hx (hipoksantin) DNR glikozilazd (alina hipoksantinq,atsiradusi vietoj deamininto A; . FAPY DNR glikozilazd Salina 2,6-diamino-4-hidroksi-5-formamidopirimidin4 (sutrumpintai FAPY), kuris atsiranda nuo poveikio laisvaisiaisradikalais; . 3-nretiladeninoDNR glikozilazdialina alkilintq 3 metA ir kitas alkilintas bazes 3nrctG, 7metG. Or-metT; ji ncra grieZtiri specifine; . 8-oksoguaninDNR glikozilaze ialina vicn4 ii potencialiq oksidacinitt strcstr (laisvqjq radikalq) sukcltu paZaidq 8-oksoG ir kt. .

AP-saitq reparaciia. AP-saitai atsirandane tik del DNR N-glikoziItrziqveiklos,bet ir dcl kitq vciksniq(OH'radikalo, baziq alkilinimo ir kt.), net gamtindmis szllygomis,susilpnejusN-glikoziliniams rySiams. AP-saitefosofodiestcriniskarkiisasi(licka, bet tolcsnisAP-saito likimas sali buti dvejopas: . i AP viet4 istatoma baza; . AP-endonukleazdskcrpa fosofodiestcrini kirrkas4, ir atsiranda jau nukleotidq eksvienagrandisDNR tr[kis, kuris uZtaisomas cizinis reparacijosbudu.

. t i o l i a i ( H * d o n o r a i )C - c e n t r i n i u s , . antioksidantai (e donorai) heterocikliniusrezonernsinius (Lr. 7.-5pav.). T i o l i a i i r a n t i o k s i c l a n t av ic i k i a i r k a i p l a i s v q i r rl a c l i k a l qg a u d y k l i s .S q v c i k av y k s ta dvicm ctirpais: 1 ) a n t i o k s i c l a n t avsi r s t a l a i s v u o j ur a d i k a l u : 2 ['u'arba2l'y'+ 2lrtll ) 2 P u a r b a2 P y + 2 I n ' ; ut*t,,, dispnrporcionavirno(disnrutacijos)rcakci.ia,ir laisvicii rrrdikalai naiki,.,,,,.,,,t) ln'* In'+ In-ln; i i a I n - s i n t c t i n i sa n t i o k s i c l a n t ui so n o l a s .

Pana5iailaisvuosiusradikalus naikina supcroksiddismutazcs. Ekscizin€ reparaci.ia (angl. c,ri:cr.s ion - iipjovimas). Baziq ekscizij4 atlieka konkreiioms DNR paZaidomsspecifinds DNR N-glikozilazis. Jos atpaZista konkrcdi4 paZaid4 ir pa5alina visq paZeist4 bazg. Bazc atskcliama nuo polimero fosfodcoksiribozinio karkzrso rykstant N-glikoziliniq rySiq hidrolizei. Vietoj paSalintosbazds atsiranda AP-saitas. Atrandama vis naujq N-glikozilaziq: . uracil DNR glikozilazd ialina uracil4, kuris atsiranda jvairiais budais, pvz., d c a m i n i n a n tC :

506

Insertazes.Thi t'ermentai,kurie istato bazg i AP viet4. Jos irgi yra kclios priklausomai nuo itcrpiamos bazds. AP-saitai yra potoncialiosDNR paZ:ridos,nes gali bfiti ijungta ne ta baze, kuri buvo anksdiau; bazds [terpimas vyksta su klaidomis. DaZniausiaii AP-saitq itcrpiama A(5 9 o/o) > T (28oh)> G (l l a/t) > C(l o/o)' Del iterpimo klaidq gali atsirasti net transversijos,palyginti su tranzicijomis (Zr. p. 436), gerokai retesnis gt:nq mutacijq tipas, pvz.: G-C -+

i-C

r

S

AP-saitai

A-T

-)

[ -T

-)

C :

c

-+ lT;{

l

r vierojG

1+ IT.al

A r vietoj

Klaida

pirimidinu Transversija Purinaskeidiamas

Tbdel netcnka stcbitis, koddl gamta pasirinko kad ir suddtingesni, bet patikimesni b[d4 i5vengtiklaidq (mutacijq) uZtaisantAP-saitus kirpti fosfodiesterinikarkasq ir lopyti atsiradusivicnagrandi truki. Nukleotidq ekscizindreparacija. DNR N-glikozilazds-AP-endonukfeazds.Kai du vyksmai eina vienas paskui kit4, gana daLnai genai,

507

koduojantysiias dvi atskirasfunkcijas,susilieja.Atsirancra naujasgenas,koduojantis polifunkcinibalqvm4. Thip atsitikoir DNR N-glikozllaziqir AP-cndonukleaziq genams.Atsiradogenas,koduojantisnauj4 ferment4- DNR N-glikozilazg-AP-endonukleazg, pvz.,pirimiclindimer-DNR N-glikozilazg-A P-endonukleazg. Ekscinukleazd- ne vienas fermentas, o balfymq, veikianiiu tam tikra scka, kompleksas.Jis iliustruoja ekscizingDNR reparacij4, kai i5kerpama nukleotidq seka. Tiesa, ji trumputd.:E. cori pasalinama 12 arba 13 nuklcotidq zrtkarpa.Skirtingainuo DNR glikoziraziq-Ap-endonLrklcaziq, tai univcrsalusDNR reparacijostipas, ncs paialinamos ivairicrsDNR nukleoticlq pazaidos.E. c:oli kompreksaskcrpa DNR granding dviejoscvietose (7.18 pav., 1): 7 nukleotidai prieS paiaidq * pazaida f 4 nukleotidai po pazaidos. K.i pazaida- dirneras(pirimidinu dimeras arba dvie.jqnukleotidq sr1ryia).pai.linama l3 nukleotidq seka (40o/.),kitais awejais,kai paZcistasvicnas nuklcotidas,paialinama l2 nukleotidq scka. E. c'oli lastclcsc k.mple ksa [cmia keturi genai, aptikti pagal mutantq jatrtrunr:1UV spinduliams,todel gcnai vaclinaminvrA, B. C, l). Gcnas tt,r [) lemia pagalbini. bct b[tinz1 f'ermentaUvrD-hclikazc. ISkcrpauyrA, uv,rB, rrurC gcnq koduojami baltymai. Iikerpama etapais:

l>A*-A.-*,r,,5 \;.;'ir

J rr\'.f -rr*m Susidargstrlkis uZtaisomas klasikiniubDdu etapais(7.18pav.): l) plyiys gali brlti platinanras; 2) bakterijq DNR I polimerazi, pasinaudodamaantrqja DNR gran_ dinc kaip matrica, tr[kio victoje sintetina DNR granding; 3) DNR ligaze sLrjungianaujai susintetinrosDNR grandines gaIus su likusi4ja DNR dalimi. -508

,l-I-lTTTl ,,,,,,

r,,,

',

'"fT-fT-lj

I

.t '

r

\.t

.

. ' . T r r r r r -,l , , , r , , , ; i , , , l - T T T - l l I VluTlii\\rrts I)NRI I Y

P ' , 1t t t t t . . z t

,

r-, , ii i i , i ii i iT-rT-n]

irrl-rrll

i)N R ir.lJ/\ |

|

I

|

|

|

|

t

I

t

t

I

t

l

|

|

|

|

t

|

|

|

|

I

l.

I 7. lfi pav. Escherichia uili [) ir inurgaus (/I) DNR ekscizin€ reparacija: , NR : v r A t s C , U v r D h c l i k a z c ,D N R I p o l i r n c r a z c D / - v c i k i a b a l t y m q k o m p l c k s a sU ligazc, i5 ju UvrA yra polifunkcinis baltymiis,vicnas arba kartu su kitais baltymais UvrC yra nuklcazi; irtpaZistapaZaiclilir jungiasi su DNR; UvrB yra ATPazc-helikzrzc; / - ['D - pirirnirlinodimcras.todtl (2,.1) UvTABC ekscinuklcazeialina l3 nukleotidq (7+2+4); -l - VT - vicnagrandistrlkis; 4, 5 - klasikinis bct kokio vicnagrandZict trrrkio uZtaisynrobldas: I - DNR I polimcrazc vykdo DNR rcpirracingsinlc-zg;5 I ) N R l i g a z c s t r j L r n g i sac n o s i o si r n a u j o s i o sD N R g r a n d i n i q g l t l u s . 1 1 - v c i k i a d a r d i d c s n i s b a l t y n r u k o n r p l c k s a s r L - p a r ( ) s o n l uX: P ( r c r o d e r t n u pignentosunt)- baltyrrai, atrasti iStyruspigmcntincs kscroclcrmoskonrplcrnentacijrrs s r u p c s ; 2 - X P C ' k o n r p l c k s cs u h F l R 2 3 B y ' r a p r a d i n i s p a Z a i c l o s( 1 ) a t p a Z i n i m o veiksrrys;-3 - susiclari rcpiirosomr, XPA isijungiirpaZaidrrsvietojc ir yra pagrindinis -l'Fllfl y r a t a r p p a e r i n d i n i qt r a n s k r i p c i j o sv c i k s n i q . c k s c i z i n i s r c p u r a c i j o sv c i k s n y s ; kartu su kitais transkripcijospradZiosbaltynraissukuria atvir4 DNR komplcksq (Zr. l l s k . ) ; X P D y r a - 5 ' - + 3 ' h e l i k a z i ,o X P B , 3 ' - + - 5 ' h c l i k u z i l , 1 - i n c i z i . i a( / a t i t i n k a ? ) . a t l i c k a t l v i r r u k l c a z e sX: P G ( 3 ' i n c i z i j a ) i r k o m p l c k s a sE R C C I I - X P F ( 5 ' i n c i z i j a ) ; tolcsnc eiga kaip I I ir 5, bct clalyvaujaDNR polimcraziq 6 ir e holocnzimas, I)NR replikacijos vciksniai RPC, PNCA, RFC, vicnagrandg DNR stabilizuojantis balrymas SSB (arba kitaip RPA) ir kiti baltymai. Priklausomai nuo DNR paZaidos illinama 24-32 nuklcotidu atkarpa. Aktlviu genq rc'paracijavyksta kitaip. clall'r'auia gcnai C57 ir C'SR,kuriu paveldinridcfcktai lcmia Kokcino sindromq (/1 - rcmiantis S. J. Araujo, R. D. Woocl, 20(X))

Siuo budu uZtaisomi ir ivairts DNR trukiai. DvigrandZiai trnkiai uZtaisomisunkiau, todel jie letalDs.Jiems uZtaisytikaip matrica naudojama antroji diploidinio organizmo DNR molekuli. Eukariotq lqstel€seekscizindreparacija kur kas sudetingesne.I5pjaunama ne 72-73, bet didesne- 24-32 nukleotidq seka ir tai atlieka

509

- reparosoma sLrdetingas baltvrnqkompleksas (7.1gpav.,ll).Komplekso sudetispriklausonuo DNR pazaidos. To patiesgenoproduktaigali veikti ivairiossudetiesir paskirtiesrepzlrosomose. Mieliq genomeuz jpjovim4atsakingi grandines bent l1 genq,zmogaus gcnome- apie 14 genq.Augaluoseekscizing reparacij4 pirmicji l9l3 m. aptikov. Soiferis ir K. Cicminis. Nctgi 1i. coli I)NR rcparacijos baltynraijungiasi konrplcks4.T6ks kgnrpleksas i yra UvrAB('D. Komplcksil, vaclirramujilGo sistemq, sudaro ir traltymai, salinantys fi
7.5.2.3. Indukuota

DNR paiaid4

reparacija. Atsakai

siame poskyryie nagrinejami reiikiniai yra yparingai svarbis. Thi . . labai svarbi ckologincs genctik.s clalis.Jic papildo mu.sqbendr?) samprat4 apie tai. kaip organizmasreaguoja.atsako j nepalankius,genotoksinius aplinkos veiksnius. Atsak4 i nepalankq aplinkos veiksni paprastai lemia suaktyve_ jusiq arba pradijusitl visiskai naujai veikti genq grup€ regu_ lonas. Cia pasitcnkinsimctik Ada. SoS ir oksidaciniostreso atsakaisSos yra univers.lusatsakasbltent stiprejanti DNR pazeicrim4, i o kiti du - atsakai yra i padius svarbiausiu.s ziprinkosir vicriniusgcnotoksi5kus veiksnius: alkilinandiqsiasmedziagas ir sutrikusi4 laisvqiq raclikalq pusiausvyr4. Ada atsakas. Tiri pirmasis atsakas.kurj pradejo tirti genetikai. Stai.kodcl toks prctenzingasjo pavadi.imas, kilgs nuo zoclzio aclaptacija. Juk ir kiti atsakai - adaptacija,prisitaik,vmas pric aprinkos veiksniq. Acla atsakas buvo aptiktas atspariose alkilinaniiosioms medZiagoms Zinduoliq, tarp iq ir Zmogaus,l4stelese.Tokios atsparios r4stelcs atsiranda ilgai naudojant alkilinaniiasias medZiagaskaip priesveZinius vzristus. Thip buv. aptikti jau nagrineti fermcntai Ada-metiltransferazes, kuriq kiekis adaptuoroser4stelesepadideja iki 100-200 karrq. Thdiau 510

be utla geno, lcmianiio Ada-mctiltransferazgir kartu esandiovaldymo genu, jjungiamas bent 9 genq regulonas. Signalas ada regulonui isijungti yra fosfato liekanos alkilinimas. Prisiminkinrc, kad nuo fosfato r[g5ties liekanos Ada-baltymas Salina alkilo grupg cisteino liekana, esandia69-ojoje padetyje. Thi velgi labai protinga, nes baziq alkilinimas(metilinimas)qrksta ir normaliai ivairiais tikslais, o fosfato rusities liekanos alkilinimas - jau ypatingas, nctipiSkasirykis, kai reikia gelbetis nuo indukuotq egzogenines kilmcs DNR paZaidq.Alkilinta Cys-69 pad€tyjeAda-metiltransferazd skyla pusiau. Visnas ii skilimo produktq yra adu rcgulono aktJvatorius.Tarp kitq genu aktyvinanras ir pats ada genas. kuris nuo Sio momcnto keitia konstitutyvq veiklos pobldi indukuotu. Ada atsakasijungia jvairius gcnus, kuric likviduoja ir tas DNR palaidirs, kuriu ncivcikia Acll-baltynras.Antai ulk4 gcnits koduoja -l-mctiladcnin- D N R - N - g l i k o z i l a z ck. u r i p a i a l i n a 3 m e t A . 3 m c t G , 7 m c t G , O r - m c t T O r - m e t C - .

reik5mingas:skgstandiolaivo sigSOS atsakas.Pats pirvadinimzrs nalas. O ii skqstandiolaivo pirmosiossprunka pelcs. I SOS reparacijos atracle.jus bfita daug pretcnclentq.bct 5i4 reparacijosr[Si aptiko pranclzq mokslininkai, pirmiausia Nobclio premijos laurcatas Lvovas (A. Lwoff), smulkiai iityrqs fago indukcijos rciikini. Fago indukcrja - vicna ii SOS rcpirracijosapraiikq. Grynose bakterijq kulturose atsirasdavovirusq. li kur jie'? Pasirodo,bakterijos ypatingais,nr-rosaikiaisiuis virusaris, kuric geba isibuvo uZsikrctusios jungti I l4steles-Seimininkes chromosom4.Su iia chr
511

SOSatsakoctapai

duoja SOS atsakas,reikia laiko. Jeigu \,yktq DNR sintez6 ir l4stele, kurioje nepa5alintosDNR paZaidos,dalytqsi: . paZaidospasidaugintq, . didetrtrpaZeidimas,nes daZniausiai tose vietose, kur yra nepa5alinta DNR palaida. po DNR replikacijclsatsiranda trlkiai.

\, €,' Q', L'

1,' $' .\'.

i

\^!

a*rrs *: '. ,r i i

i

.i

SOS atsakas isijungia laipsni5kai, didejant DNR paZeidimui(7.19 pav.):

/

/ D N R p a 2 e i d i n rloa i p s n i s

+

uvrA,B,C,D -+ recA-lex{ -> umuDC --> -+ dinl)

7.19pav.DNR paieidinro laipsIJvrA,B,C,D lygis. Jcigu yra daug nis ir sos atsakoetapai daugiau ncgu jprasta nukleotidq paiaidr1,uvrA,B,C,I) gcnai praderdaveikti indukuotu reZimu. Antai E. coli l4stelcje konstitutyviai Siq genq koduo.iamqbaltymq yra tick: UvrA 20

UvrB 200

UvrC 30 iraltymorrolckulirr

Po indukcijos Uvr B ir Uvr C baltymq padaugeja 100-200 kartq. Genai turi 2-3 promotorius. Vienas jq skirtas konstitutyviai,kiti geno veiklai. indr,rkuotai RecA-LexAlygis. Kai DNR paZeidirnasdideja, atsiranda papildomq DNR tr[kiLr, o iie yra signalasSiam lygiui isijungti. Sio lygio genLl veikl4 valdo gcnq pora recA-lexA. Genas lexA koduoja baltymq-rcprcsoriuLcxA, kuris slopinaindukuot4 (bet ne konstitutlviq)SOS atsakclgcnq vcikl4. Regulono valclynrassudctingas.B[tinas ATB kuris yra viena iS s4lygq pradcti rcgulonui veikti, bet ne vienintelis. Antras signalas- DNR trlkis, i kuri rcaguoja recA gcno koduojamas baltymas RecA. RccA baltyntas dalyvauja ivairiuosc lilstelc'sryksmuose, i5 kuriq svarbiausigcncline rckombinacija (i5 iia jo pavadinimasrcc.) ir ivairus DNR rcparacijos tipai, kurir:ose susidaro ir uztaisomi DNR tri=lkiai.RecA baltymas yra polifunkcinis: jis

512

paZista DNR trukius ir permeta DNR grandines gal.1nuo vicntls DNR molekules a n t k i t o s , D N R n r o l c k u l d s ej i s g a l i p a d a r y t i D k i l p 4 , t . y . a t k n o t i D N R g r a n d i n g riboloje jos dalyje.

Kai prie LexA baltymoprisijungiaaktyvintasRecA baltymas,represoriusLexA skylapusiauir nustojaslopintiSOS atsakogenus(kuriq E. c:oli yra bent 19). Konstitutyviaiveikiandiqgenq veikla labai sustipreja.Antai patiesRecA baltymoE. coli l4stel€jeyra 1500molckuliq. Po indukcijosjq skaidiuspadideja50 kartq. SOS atsakas ijungia llbai savitus gcnus Zinduoliu lastelisc. Thi kolagcuazds (kolagcnasyra vienas ii ckranq odojc), mctalotioncinq I ir Il (iic suriia dvivalcndiu ir trivaleniiq metalq jonus). plazmogcno aktyvirloriaus(didcja kraujo nckrciijirnas). protoonkogenus(-rro.s,c-fits, c-alb. Vadinasi, ijungiami gcnai, kuric lcms savgs susinaikinimq - vcZi. Tirip pat ilungiami genai, lcmiantys autoimuning lig4. Tik ncaiik u , k o k i a 5 i q g c n q a k t y v i n i m ot v a r k a :a r j i e i j u n g i a n r ii i k a r t o . a r l a i p s n i S k a id. i d i jant paZcidinrui.

Mutageni5kasumu DC lygis. Jis menkai i5tirtas ir kaskart pasipilclo nzrujais,,veikcjais",kuric galetq b[ti nt:t savaranki5ki,nepriklausyti regulonui. Tokie yra gcnai, kurie koduoja (arba valdo) DNR III polimerazespolipeptidet,atlickanti korekcija,ypating2lDNR I polimerazesform4 (Zymim4DNR l*polimeraze)ir pagaliaukol kas nepakankamai iStirtospaskirtics DNR It polimerazg.Sios polimerazes sintczg reguliuoja ir SOS atsako gcnai. Po SOS inclukcijosDNR ll polimerazis sintezepadideja 7 kartus. Minetq DNR polimerazill paskirtis - netiksliai, bet greitai uZtaisyti DNR tr[kius. Sis lygis isijungia,kai paZaidu(DNR tr[kiq) daug ir svarbu bet kaip ,,uZlopyti" susidariusiusplyiius. Genai untLtDC sudaro labai nedideli operon4. Pirmasis Sio operono veiklos ctapas gan gcrai iStirtas:unutD genas koduoja reprcsoriq, slclpinant!untttC geno veikl4. Kai Sis represoriusskyla pusiau, vienas polipeptidq. atvirk5diai, tampa umLtC geno akty/atoriumi. Genas umuC koduoja baltym4, slopinantj korekcine DNR polimerazes funkcij4. Din D lygis (angl. danmgeindur:ible)beveik netirtas. Matyt, DNR uZlopoma suirusiq DNR molekuliq fragmentais. SOS atsako mutageni5kaslygis yra budas totaliai, nediferencijuotai valdyti mutagenezg.

513

Reikia isiddmeti, kad mutacijq lygis yra genomo lemiama salyb€. Bakterijos DeinococctLsradiodurans (buvgs pavadinimas Micrococctrsradiodurans) gyena labai rizikingoje, genotoksi5koje aplinkoje, pakelia labai didcles jonizuojandiosiosspinduliuotis dozes, toddl rizika mutacijoms atsirastiyra labai dideld. Mala to, kad 5iq bakterijq ir Micrococcu.sluteus labai aktyvi ir stipri visa antimutagenezdssistema, D. rudiotlurans neturi umuDC gem4. Ir atvirkidiai, yra bakterijq, kurioms bItinas didesnis mutacijq lygis, kad greidiau galctq prisitailcyti prie naujq aplinkos vciksniq. 'hkios bakterijos papildomai turi plazmidLiq (pvz., R46, pkM101 ir kt.), kuriose yra umuDC genq homologq (muc:A,B). Oksidacinio streso atsakas idomus tuo, kad E. coli ji lcmia trys regulonai.Dvi genq grupes susijusiosvicna su kita ir priklauso nuo oksidacinio strcso stiprumo, panaiiai kaip SOS atsako (tai o.ryR ir So{ spcH,O. rcgulonai), o trcdiasisregulonas,matyt, savaranki5kas cialiai O,; laisvajzrmradikalui ir jo padariniams. OryR regrrlonas.Jj sudaro bcnl lJ ankstyvojo atsako gcnai. Kocluoja sintczg l c r m en t q , k u r i e i n a k t y v i n al a i s v u o s i u rsa c l i k a l u si r p c r o k s i d u s( M n - s u p er o k s i d d i s m u glutationrcduktazgir kt.). tazg, katalazg, hiclroksiperoksidazg, I1,0, regulonas lcrnia v0lcsni atsak4, kai jau atsiranda DNR ir baltyrnq paZaidos, kr-rriasrcikia ialinti. Rcgulorrc yra bcnt 2l gcnas, tarp iu gcnas, koduojantis egzonukleazglll. Trip ii pruclZiqbuvo pavadintasSis f'ermcntas.o ii tikrulq jis yrr su papildomornisfunkcijomis (polifunkcinis baltyDNR glikozilazd-AP-endonukleazd mas). Vicna ii iiu papildomq funkcijq yra cgzonuklcazis funkcija. Fcrntcntas, kaip DNR trrlkio victojc ialina ncreparuoiamasDNR paZaidas.Sio fercgzonr.rklcaze, galime palyginti su chirurgo clarbu,kuris pirma iivalo Zaizdq, kad po mcrrto vcikl4 t o s a l c t r li r r u Z s i u t i . .S'oXregulonas yra pats stambiausias.apic 30 genq ir spccialiai tik C).i ir jo cluronromspaZaickrnrs.Pagrindinis DNR rcparacijos ferntcntas - endonukleaz6IV. ?ri irgi nedidclis. bct polilirnkcinis baltymas - DNR glikozilaz6-AP-endonukleaz6. Siluminio Soko atsakas idomus dcl dvicjq pricZasdiq. Pirrna, rcparuojarna ne tik DNR, bet ir baltymai, lqstelis strukt0ros (membranos). Aukita tcmpcratura pirmiausia paZcidZiabaltymus. Denatlruoti baltymai yra pirminis iio atsako signalas.Spardiau (ant atsarginiq mRNR) ryksta prcltettlizes fcrnrcntqsintczc. A n t r l , i i l u m i n i o i o k o r c g u l o n a sb u v o p i r m a s i s ,k u r i o l a b a i s m u l k i a i i S t i r t as i g -l-hip buvo aptikti nalo pcrnaia nuo mcmbranos paviriiaus vczikulcmis ! branduoli. Saperonai- baltymai, kuriq paskirtis atkurti trcting baltymq sandar4.Jq yra kclctas. Geriausiai iStirti I'lsp70, FIsp60.

-514

7.5.2.4.Nesuporuot4nukleotid4reparacijo.ZmogausDNR reparacijos defektai Pastaruoju metu ypad domimasi DNR paZaidq reparacijos tipu, kuris vadinamasnesuporuotq nukleotidq reparacija. SusidometaSiucl reparacijos tipu dcl dviejq prieZasdiq:

bcnt du treddaliaivisq gcnq mutacijqyra klaidos,likusiospo netiksliosSio tipo nukleotidqreparacijos; aptiktasticsioginisrySystarp nesuporuotqnukleotidqreparaciios ir veZio. Pastaruoju metu jau aptikti 5 Zmogaus genai, kurie yra genq rrtttlH ir nuilS homologai, ir jq mutacijos arba metilinimo sutrikimai sukelia vcZi. Ry5ys tarp veZio atsiradimo ir nesuporuotq nukleotidq reparacijos labai gerai jsira5o j mutacing veZio teorijq. Griikime prie mutacijq. Nuklcotidq ijungimo tvarka i naujai sintetinamq granding yra gerai Zinoma ir grieZtaikontroliuojama: . A jungiasi porojc su T, arba atvirkidiai, T su A, . G jungiasi porojc su C, arba atvirk5diai,C su G. Si tvarka gali blti paZeista.?lda DNR molekuleje atsirandanetaisyklingosporos: A.G. A.C. C.T ir kitos. Nesuporuoti nukleotidai atsirandaDNR dcl keturiq prieZasdiq: . netikslios DNR polimeraziq atlickamos korekcijos, nukleotidq ijungimo j sintetinam4DNR granding neiStaisytqklaidq; . potencialiq DNR paiaidq: paZeistasnukleotidasgali nc-teisingai isijungti (iiungimo klaida) arba prisijungti ne tq nukleotid4 (replikacijos klaida); . heteroduplekso,kuris susidaro per5okant DNR grandinei nuo vicnos molekulds ant kitos; paprastai tai ivyksta del genetines rekombinacijos; . deamininant metC, Sis virsta T: *a16'

dcanrininimas ) T

Nesuporuotqnukleotidq reparacija ir mutagenez€svaldymas.DaZniausiainesuporuotinukleotidaiatsirandadel klaidq naujaisintetinamoje

515

DNR grandindje.Nesvarbu,ar butq apsirikusios DNR polimerazes,liungdamos nukleotidq j polinukleotidinEgranding,ar klaida bfitq atsiradusi del potencialiqDNR paLaid,4, klaida turi bfti iStaisyta.Kaito nepajegia atlikti DNR polimeraze,tai atlieka specialusklaidingaijungiamq, nesuporuotq ntrkleotidq reparacijos (angl. mismatch repair) tipas. Klaidos gali bfiti paliekamos nei5taisytosspecialiai,kad atsirastq daugiau mutacijLl.lr awirk5diai, pagerejusklaidq taisymui, mutacijq daZnisgali labai sumaZdti.Tai vienas i5 bfidq totaliai valdyti mutacijq daLni. Todel daugelio nesuporuotq nukleotidq reparacijos genq mutacijos yra mutatoriai - padidina mutacijq daZni ir zymimos sintboliu mut. Antai gentl mutS, mutL, rnutH mutacijos padidina E. coli mutacijq daZni 100-1000 kartq. Dam-valdoma reparacija. Neteisingai jjungt4 nukleotid4 (ijungimo arba replikacijosklaidas) Salinabaltymq kompleksas,kurio pagrindiniai veikejai yra MutS, MutH, MutL. Nesuporuotq nukleotidq reparacija i5siskiriai5 kitu DNR reparacijos tipq tuo, . kad reikia ne tik aptikti pai,aid4, Siuo atveju - ncsuporuotus nukleotidus. . bet ir nustatyti, kuri DNR grandind yra senoji (teisinga), o kuri naujoji (joje buvo padaryta klaicla). Suprantama,kad neatitinkantisnukleotidq porq sudarymotaisyklds nukleotidas yra paialinamas i5 naujosiosgrandinds. Kaip atskirti, kuri grandine senoji ir kuri naujoji? Daugelyje organizrnq gamta dar kart4 pasinaudojo DNR metilinintu, Sisyknaujajai DNR grandinei atskirti nuo senosios.B[tent metilinimu, kuri atlieka Dam-metilaze. Si DNR modifikacija atliekama po DNR replikacijos. Bet, pasibaieusDNR sintezei, senoji grandine jau bfina metilinta. Naujai metilinti reikia bDtent naujqjq DNR grandinE:

. senoji - metilinta, ' naujoji - nemctilinta. . nesuporuotasnukleotidas pa5alinamasi5 nemetilintos DNR grandincs. MutS baltymas- pagrindinisneslrporuotqnukleotidq paZinimobaltvmas.Jis paZjstavisas 8 jmanomasnetaisyklingasnukleotidq poras ir jungiasi su artimiausia tokiai porai GATC seka. MutH baltymas yra Ji kerpa DNR nemetilintoje GATC sekoje 5' prie G cnclclnukleaze. prie 3' A (7.20 pav.): rurba MutS sudaro papildomuskomplcksusir su kitais baltymais.B[tinosios komplekso suditinds dalysdar yra MutH=uvrD hclikaze,SSB baltymas,kai kurios cgzonukleazes, I)NR I arba II prrlimerazis,ligaze,bltinas cnergijosi5teklius- ATP. E. coii galutinai susidarovicnagrandistrukis, kuris uZtaisomas,.klasikiniu"ckscizindsrcparacijosb[du.

Thd ivairios DNR rcparacijossistemosveikia kaip vieninga visuma. NesuporuotoT pa5alinimas.Thi labai pavojinga paLaida.Kaip nindta,ji atsirandadel mctilinto citozino deamininimo: deamininimas

t-tt",g

, T

Thi ryksta pclroje metC-G, ir vietoj jos atsiranda nesuporuoti nukleotidai TG. Jcigu iis T b0tq nepaialintas.jau kitojc DNR rcplikacijoje vietoj poros C-G atsirastq pora T-A. Baltymas MutS kartu su kitais baltymaispaSalinair Si4 klaid4. Heterodupleksokorekcija. Hetcrodupleksasyra dvieju DNR molckuliq ,,hibridas"- didcsne ar maZesneatkarpa i5 vienos ir kitos DNR molekuliq grandiniq. Tai DNR rekombinacijosproduktas. Abi DNR grandines heterodupleksovictoje yra senos. Vienas alelis skiriasi nuo kito, todel heterodupleksovietoje atsiranda nesuporuotrl nuklcotidq. Kol kas nenustatyta,kad b[tq suteikiama pirmenybd kuriai nors DNR grandinei heteroduplekse,ir todel klaida i5taisomaatsitiktinai, pvz.:

-q-c x'TC516

atskirianaujqjEgrandingnuo senosios:

Nesuporuoti

-C----.-

nukleotidai --) heteroduplekse

-T--\

I

-C-

oatiekarna afba

-T-

-Garba -T-A-

I

517

Iogas. Apskritai mikrosatelitai skatina netiksliq DNR replikacij4, atsiranda daug netaisyklingu nukleotidq porq, I r k a i k u r i c m u t a g c n a is u k c r i am u t a c i j a ss i r p n i n d a mti i k s h rn u k r e o t i d q i nauiq DNR granding,sropindamiDNR polimerazcs.korckcingfunkcri4. ! s r . 1 u n g i n r 4 Thi bndinga kai kuricrns dvi'alcnc'iamsbei trivaleni'iamsnretalq .r-iriant i.nams, y,pue,ru'nguno. iio murairen. veikim4 ir apskritai pirmrl kart4 aptikta klaiciingaDNR replikacija.

CHt LLddr,Laf orc CHI

rta)1,

M ahlc a

,,-*(J.!.%,'

Nau1otr grurJrre

{xt l

vT*

5

t'

t

5'

t"co I s' ugzonut

f"t

9x'

,. I

n

, _-r_

- _- ____- " _,.

f ,

I J egzonulteud I

9t,

, I

t'-- - - - - - -l- -r;*-

j DNR sinreze

fx, tt r *J--*---_J_ t.*-,_-.,,*

{H,

'l

t

qr, 1. _ - *r.

j o:vnug-e t qr,

l,

9n,

1 , J-) ..... s.

I DNR sinteze

!"' ,.*__r_%_l_

t

tn' t.

DNR reparacijosdefektqreiksmdpaverdimoje imogauspatorogijoje yra nepalyginami didesne,neguiki siol manyta.paLandykimeiai pamatuoti. Pirma.akivaizdu,..kad nar-rjos mutacijoslytinesear somatinese rEstc16segali atsirasti tada, kai slopinamaDNR paZairJq ,"poru.ijo. .tik Vadinasi,vezystiesi.giai ar netiesiogiai yra DNR reparacijosdefektas. Net tada, kai Zinonra,kad veZi nureimiveZiosuprcsoriqantionkogenqar onkogenqgcnq mutacijos. Antra, labaidaugligq,net nc genotipincs kilmcs,pvz.,infckcines ir su jomis susijguZdegirniniai procesai,slopina,"pora.ij4. Tietia, yra labai daug ligq, kuritl pirnrinis prieiastyslor kas neaiSkios. Jos jungiarno.s i bendrEgrupgvicn pagalfcnotipinlpoveikj. Tik gcriau iStyrusjsitikinama,kacrtai reparacijos g"nn pnu"i[ir. ruip atsitiko ir LMSH-2 gcnui, kuris turi ir anrr4 pavadinim4HNpcc (nuo nepapilominiostor"osios zarnosvcZio).Dabar aiskJ, kad tai

t'--+ rje@6 JDNR

5n'

5i'

7.20 pav. Escherichia colr nesuporuotq nukleotidq reparacija: MutS - didclis .vrrlas,MutL uzrrrlki'iu.tas .valas, I\4utH -"tanrsusskritulclis;Muts a t p a z i s t ' k l a i d i n g 4p o r l r i r . l ' c t i r i n i m ' s c k q G A I . c ; MurH kcrpa gr""Ji"., atsrranda vien,granclistrrrkis (VT), VT platina egz.nukrcazc (pagal J. J. pasternak,r999)

Stal kodel vykstageno konver.sija.Der atsitiktines hercroduprekso . korekcijosvienas alelis virsta kitu: A + a arba awirkSdiai.a + l. Mikrosatelitai,nesuporuotqnukreotidqreparacija ir v6iys. pcr raimingaalsi_ tiktinumqlabailcngvainustatytas rySystarp milrosatcliruir nesuporuotq nukrcotidq rcparacijosPasisekcr, kad nepapiklminis siorosiosZarn6ivcZysrystcsijcl mikrosatclito (nedidclespaprasrqiqkarroriniusckq sankaupos) pac.iamg: ;,rg;r, nesuporuotrrnuklcotidilrcParacijr)s gcnc hMSH 2. sis genasyra E.corigcno 'rrrls homo_

7.21 pav. Pigmentin€ kseroderma

DNR reparacijosgcnas ir kad lo dcl i ' k t a ss u k c l i an c t i k s l t l r o s i o sZ r r r n o s , bet ir kit:rsvcZio tirrmirs:plauiiq, kc_ penq, ryklers,gimcloskaklelio, kiauii_ dZiq ir kt. Lygiai tokia pati istorija daugelio kitq Siuo metu Zinomq ligq, kuriq pir_ mine pricZastisyra DNR reparacijos genq mutacijos. Daugeliu atvejq jos kaip DNR reparacijos def'ektai aptiktos pagal jautrumq UV spinduliuotei. Thip atsitiko ir pigmentindms kserodermoms (pigmcntuota, sausa oda, 7.21 pav.). Tai pusiau letalios recesyvincs Iigos. pereinaniios j odos veii. Ligonis gali apakri. Nukcniia arviro.s k[no dalys, kurios tiesiosiai kontaktuoia su UV

518 519

Tik fenotipi5kai,pagal jautrumq UV pigmentineskserodermos panaiios.I5 tikrqjq tai bent 8 skirtingq nealeliniqgenq mutacijos. Sitai nustatytakomplementacijos testu, kuri galima taikyti ir Zmogui somatiniql4steliqhibridizacijos metodu.Suliejussergandiojo pigmentine kserodermzrodos lzlsteles(fibroblastus)su normaliomis Zmogausodos l4steldmis,kaip ir buvo galima tiketis,pasirei5kedominavimas,ir hibridinel4stclcbuvo normalausfenotipo. Suliejimas

O+

Normali

Hibridinel4stele

Pigmcntind kserodermaXP

Normali

Siuo reiikiniu pasinaudota gcnq terapijoje. Tirdiausulicjusivairiqasmcnq.scrgandiq pigmentinekserodcrma, lqsteles,rezultatasgautasdvejopas: Suliejirnas

@. XP-A

Hibridinel4stele

@ XP_A

XP*A/XP_A XP-A arba

S u l i cj i'r n a s ( XP) _ (XP' XP_A

XP-B

Hibridinclelstele Normali

Tirigi kol kas aptiktos 8 pigmentines kserodermoskomplementacijos grr-rpcs,o t:ri rci5kia, kad pigmcnting kserodermil lemia bent 8 nealeliniai,savaranki5kiXP genai, kurie yra skirtingoseZmogauschrom o s o m o s e( 9 , 8 , 2 , 5 , 1 9 , 1 5 , l 3 ) . B c t k u r i o j q m u t a c i j ag a l i b f i t i pigmentineskserodermospricZastis.Lcmia DNR ekscizingreparacijq (ir. 7.18 pav., 11). Panaiiai i5ai5kintosir Fankonio maZakraujystds(bent 4) ir Kokeino sindromo (bent 2) komplementacijosgrupes ir nealeliniai genai, koduoiantysskirtingusDNR reparacijosfermentus. Kokcino sindromo genai CSI ir CSB bltini aktyviq, transkribuojaml]genq reparacijai. SergantysFankonio anemija ypatingai jautrfis ne tik UV bet ir laisviesiemsradikalamsir mutagenams,kurie sukelia tarpgrandines DNR s4rySas. GenetiSkaiypad idomus DNR reparacijosdefektas,pasirei5kiantis kaip ataksija-telangiektazija.Nors nustafytosbent 4 komplementaci-520

jos grupds. Iig4 lemia tik vienas genasATM (11q22-23).pasirei5kia tarpaleline komplementacijageno viduje tarp skirtingq 5io geno funkciniq daliq. SergantysSia liga ypad jautrls rentgeno spinduliams,net dozems, kurios naudojamos diagnozuojant.Liga pasirei5kiasutrikusia judesiq koordinacija, kapiliarq iSsipletimuir kt. Blilmo sindromas ypatingai retas, bet genas BLM (I5q26.1) yra gerai i5tirtas. Jis koduoja balrymq, homologini E. coli RecQ hclikazci. f domu, kad BLM ligoniq l4stelese sumaZejgs aktyvumas net keliq DNR replikacijai ir reparacijai svarbiq fcrmentq, tarp jr.l DNR I ligazes, II topoizomerazes, timidilatsintetazes, uracilDNR glikozilazes, N-metilpurin DNR glikozilazds, O6-metilguanin metiltransf'erazes, SOD, todil ligoniai ypatingai jautr[s UV ir alkilinandiosiomsmedZiagoms,jq l4stelcselabai daug scscriniq chromatidZiq mainq, kvadriradialiniq chromosomq. Kitas bendro pobfidZio po4rmis, pagal kuri atrenkami reparaci.los gcnq defektai, - ankstyva senatvd (progerijos - Hadisono-Giltbrdo sindromas, Vcrnerio liga 7.22 pav.). Siomis ligomis sergandiqjq genome nustatytas dar vienas DNR reparacijos defektas: s4rySq ,,DNR-bziltymas".Kaip vyksta Siq paZaidq reparacija, apskritai neaiSku. Galb[t modeliniai eksperimcntiniaigyvlnai, imituojantys Vernerio ar Hadisono-Gilfordosindromus,pades iitirti 5io tipo paZaidq rcparacij4.

7.6. Dirbtinis ir gamtinis mutagenezdsvaldymas Dirbtinai valdoma mutagenezd.Prici kokius 3-5metus tai b0tq fantastinisklausimas. Atrocle, kad nira jokios tcorinis priclaiclosvaldomai mutagcnezei,juo Iabiau ganrtinei vykti. Paradoksastas, kad tuo metu jau buvo tiriami reiikiniai, kurie yra tiek dirbtincs, tiek naturaliai vlldomos mutagcnezespamatas: . . .

n u 5 l i r t y t a sn r u l l r g c n Lr]e i k i n r o s l r r i t u t n l r s ; pradctas tirti gcnctinio nestabilumoreiikinys, jo prieZastys- judricji gcnonto elementai, DNR rcplikacijos ir rcparacijos defektai; mutagenezc naudojant transformuojanii4 DNR.

Ypat sekminga buvo pastaroji kryptis. Iiskirta ii donoro translbrmuoianti (sukclianti bakteriju transformacijE,lr. p. -542) DNR buvo paveikiama mutagenais, paskui 5i DNR buvo itcrpiama j bakterijos chromosom4. Buvo gaunamos jvairios vieno gcno (kuris buvo naudojamas kaip transfbrmacijosZymeklis) mutacijos.

521

7.6.1.Mutagenqveikimosavitumas

A

,#

ryre.

7.22 pll. Ankstyvo.iisenatv€ (progerijos): kaircjc Vcrncrio sindronras:A - 48nt. amZiausmotcris; B - ta pati moteris, kai jai buvo l0 mctq (C. J. Epstcin ct al., 1966);dciinerjc- Llaiisono-Gilfbrclosindromas, l 7 n r . a m Z i a u sv y r a s ( i S H . G i l f o r d , 1 9 0 4 )

DNR translbrmacijasudarc s4lygasatsirastigcnq inZincrijai,o mutagenczi translirrnruojandiaDNR - saitspccifincirnutagcnczci.

Saitspecifindmutagcneze- tui dirbtinai valdoma mutagenezd.fvairiais genq inZincrijojc taikomais bldais (tarp jq ir dirbtinds DNR sintezds)gcne . nukleotidas (arba nukleotidq seka) keidiamas kitu; . pa5alinamasnukleotidas arba nukleotidq seka (tai delecijos); . iterpiamas naujas nukleotidas arba nukleotidq seka. <11

N€ra mutagenq, kurie sqveikautq tik su konkreiiu genu, nes paskiras genas sudarytas i5 tq padiq nukleotidq, kaip ir kiti genai, ir kiekviename gene to patics mutageno s4veika su nukleotidais bent teori5kai lyksta vienodai. Thdiau, kaip galima buvo isitikinti, ivairiq mutagenq daromos DNR paZaidosyra specifincs;tai ir nulemia mutagenczis specifi5kum4(savitum4). Mutagenezessavitumas pasirciikia ivairiai. l. Mutagenas gali indukuoti tik kurio nors vieno tipo (genomo, chromosomq, genq) mutacijas arba vieno tipo mutacijq sukelia daugiiru, kitq tiptl - maZiau. PavyzdLiui,l,4-bisdiazoacetilbutanas indukuoia tik ta5kines,o kolchicinas- tik genomo mutacijas.Jonizuojanc i o j i s p i n d u l i u o t ii' n d u k u o j ad a u g i a uc h r o m o s o m qi r g e n q m u t a c i j L l . Si savitum4 nulemia daugiausiatai, kad skirtingi mut:rgenaiatakuoja skirtingus ,,taikinius". Kolchicinas - tik achromatindsverpstds baltymus, toddl nei5siskiriaduktcrinis chromosomos. 2. lvairfis mutagenai to paties tipo mutacijq daugiau sukelia skirtinguose lokusuose. Antai Netrrosporacrassa brometilmetansulfonatas sukclia rcversijas ii uda i ade* (adcnino sintczc) 3800 kartq daZniau negu i5 inos i irtos*(inozito sinteze), o paveikus grybq UV net atvirkiiiai, mutacijos i5 inos i inos'dvigubai daZnesncsu2 mutacijas 13 ade i adc*. 3. Thme padiame gene skirtingi mutagenai sukelia ivairias genq mutacijas. Klasikinis daug kartq minitas par.yzdys- akridino daLai, kuriais indukuojamos tik skaitymo remelio poslinkio mutacijos. Alternatyva - alkilinandiosiosmedZiagos,sukclianiios tik pakaitas. 4. Mutagenq savitumas pasirei5kia pagal skirtingus ,,kar5tus taSkus". Thi chromosomosarba geno vietos, kuriose mutacijq btna itin daug. Geriausia juos paai5kinti patryzdLiu,kaip pasiskirstobakteriofago Trr11 cistrone B (7.23 pav.) gamtinds ir UV sukeltos mutacijos. Dauguma gamtiniq mutacijq r,yksta keliuose saituosc (victose). Kitose 5io cistrono vietose gamtiniq mutacijq aptinkama nedaug. Tos vietos, kurios labai daZnai pakinta, ir yra ,,kariti ta5kai". Ap5vitinus UV, cistrone B atsiritnda trys nauji ,,kar5ti ta5kai", nebldingi gamtinems mutacijoms. Trijq (2, 3, 4) mutagenq savitumo aprai5kq prieZastis bendra: ivairls mutagenai nevienodai paLeidLiaG-C ir A:T nukleotidq poras, kurios gcnc (taip pat ivairiuose genuose ir net chromosomose)

523

{+ !/'-#

I

d

{i& E 'Y{+. Frylff I r'ifi{ is.'Tt+l ++i-r'Ll--Ht

xk*A-ffif*+*,****ffi**. H

rf,

*

-

a_

.HE+f

^

T4 pati genq ivairiose chromosomosvietose nevienodai atakuoja mutagenai. Tuo isitikinta Escheichia coli /ac operono genus perkelus i ivairiaschromosomosvietas.Ths pats /ac lokusas,paveiktastuo padiu mutagenu, ivairiose chromosomosvietose mutavo skirtingu daZniu. Siuolaikine genetika pribrendo paai5kinti ir 5i reiSkini. Jis siejamas su dviem genomo ypatybernis,nuo kuriq priklauso DNR reparacijos sekmd:

qp i+l++H-

ffi

trm

@#i*++5#r.J+-+r-t-rt.i-r1* >

7.23 pav. ,,Kariti taSkai" bakteriofago T1 rIIB cistrone: UV ir spontaniniq mutacijq daZniq palyginimas:Sviesls langeliai - UV indukuotos, tamsus langeliai - spontaninis mutacijos;tangcliq skaiiius rodo mutantq daZni saitc

pasiskirsdiusios netolygiai.Suprantama,alkilinandiosiosmedZiagoslabiau atakuos tuos genus ir tas vietas gene, kur daugiau susikaupg G-C porq. o UV - kur DNR molekuleje yra daugiau pirimidinq. Tiri pagrinclini, bet ne vienintele mutagenq savitumo prieZastis. Lemia ir visi tie veiksniai bci rei5kiniai, kurie r,yksta po to, kai atsiranda DNR paZaida.DNR paZaidqrcparacijanevienodaisdkmingai paialina ivairias DNR paZaidas.O ,,sietai", kurie nepraleidZia naujq mutacijq llI muttrgenezcsetape, nevienodai atsijoja ivairias mutacijas. Siq sietu veikla labai priklauso nuo ivairiu aplinkos ir vidiniq veiksniq, inclividualiosraidos (7.5 lentele). Stai koclel mutagenas paileidlia daugiau vieno kurio organo atrdinio l4steliq genomE ir vystosi atitinkamo organo - audinio veZys.

7.5 lentcli. Mutacijq daZnis ir spektras ivitinant jonizuojaniiaisiais spinduliais mieiius, esantius ivairiuose raidos etapuose (pagal N. Batygin4, l9il0) Raidosctapai spinduliuotes rnctu

Mutacijq daZnis %

Chlorot'ilines ir sterilios

Morfologines ir tiziologines

Gyrybingq rnutacijq %

mutaciios7o Seklos lI etapas IV etapas VI etapas <)A

I1,09f0,47 1,7310,31 1,8710.3_s I 1,4510.3

10,77 r,10 1,68 0,94

0,32 0,63 0 .l 9 0,51

2,91 17 01

10.34 35,00

o nuo chromatino sandaros (tai bldinga eukariotams), . nuo genq rai5kos (ekspresijos). Prisiminkime, kad intensyviausiair.yksta akryviq (ekspresuojamq) genq DNR reparacija.Pastaruojumetu Siuo rei5kiniu itin domimasi. Pats idorniausiasmutagenczdsrei5kinys,lemiantis ir mutagenq savitum4, mutagenezespriklausomybd nuo konteksto. Mutagenezdspriklausomybdnuo genetiniokonteksto.Mutageno aktyvumaspriklauso nuo to, kokie nukleotidai yra Saliato nukleotido, su kuriuo s4veikaujamutagenas.Tai pirmasispastebejoKochas (R. Koch). Buvo irodyta, kad, pavcikus2-aminopurinubakteriofagoT. r11mutantus, reversijqdaZnispirmojojc-nonsensonuklcotidq poroje priklausonuo antrojo ir trediojo nukleotidq. Kai antroji nukleotidq pora nonsenseyra ne A-T, o G-C, (palygintasreversijqdaZnisnonsensuoscUAA ir UGA), reversijos20 kartq daZnesn€s. Kai trcdiojoje nonsensonukleotidq poroje vietoj A-T yra G-C (lyginti nonsensaiUAA ir UAG), reversijqdaZnis pirmojoje nuklcotidq poroje padidejo tris kartus. Konteksto rci5kinys kategori5kai prie5tarauja poZilriui, kad treiioio nukleotido mutaciia kodone yra nereik5minsa- neutrali.

7.6.2, Gamtinis mutagenez€svaldymas. Genetinis nestabilumas. Genai-mutatoriai ir antimutatoriai

Populiariojispaudamutacijaspavertd:ekologiniubaubu. I5 tikrqjq kiekvienotaksonogenomeyra nusistovejgs labai subtilussantykis tarp mutagenezds ir antimutagenezes. Prisiminkimemutageni5kq DNR reparacij4,kuri4 lemia umuDC genai. BakterijosDeinococcusradiodurans,kurios gyvenalabai genotoksi5koje aplinkoje,Siq genq genome apskritaineturi. Tos bakterijos,kurios polimorfines, atvirk5iiai,turi papildomusumLtDC genq homologusplazmidese. 525

,,Mutacijos pagal uZsakymq"- rei3kinysaptiktasgamtindsedrozofilos populiacijose.Pasirodo,drozofilospopuliacijoseyra tikros mutacijq ,,mados":vienais metais aptinkama daug mutacij'4white (baltos alrys), kitais - abnormal abtlomen(nenormaluspilvelis) ir t. t. Mutacijos atsiranda, kai tik jq prireikia. Antai mutacija white s4lygojadidesni atsparum4 auk5taitcmperatfrai, todel kai aplinkoje kar5ta,5i mutacija gana claZna.Thi uZprogramuotawhite geno sandaroje. Sis genas turi labai ilg4 rcguliacing (valdymo) dzrli,kurioje yra daug judriqlq genomo elementr1isitcrpimo victq. Bet kurioje w,hitegeno vietoje isiterpusjudriajam ganomo elementui, jvykstanormalaus alelio (Wile) mutacija. Bet ji ncra nul, o leuky tipo - genas nera visiikai slopinamas,nes judrusis clcmcntas gali isijungti tik i rcguliacinggeno dali. Jo koduojandioji dalis lieka nepakitusi. Vis delto iioje whitc lokuso mutacijq valdymo grandincjc trlko labai svarbiosgrzrndics:kaip valdomasjudrusis genojsiterptiiwhite lokus4. mo clemcntas,kas ir kadajam ,.sukomanduoja" Tik 1993rn. pagaliauparyko 5i klausimEi5sprgstigrupci Rusijojc (Novosibirskc)dirbandiqmokslininkq,vadovauiamqV. Ratnerio.Signalas judriesicmsgenomoelementamsisiterptiiwhite lokus4yra aukita tempcratfira,iiluminio ioko atsakoindukcijoss4lygos.Jos sukeliajudriqjq clcmcntr-1transpozicijrr(judcjim4 i kit4 vict4). Pagaliaupaskutinisvei'I'ic judrieji kc.jas- atranka. gcnomo elemcntai, kurie isitcrpia i white lokusil (bI), t'opia ir kt.), gali isiterpti ir j kitus lokusus.hdiau aplinkos vciksnys- ta pati aukita temperatlra,kuri buvo signalaspradctijudeti judricsicmsgenomo clcmentums,yra ir atrankosvciksnys. Atrcnkamos tik tos mutacijos, kurios s4lygoja prisitaikymrl prie aukitcrs tcmpcrat[ros, vadinasi, white. Gamtine atranka mutacijoms,kaip atsitiktiniam reiSkiniui,sutcikia kryptingumE. Sio tipo valdomos mutagcnczesirykiq grandine yra tokia: (ienas,kuris turi Judrieji elementai Aplinkosveiksnys Transpozicija Judrusis -SF;AAnAaAi ------------> judriqjq efemcntq+ kitosegenomo elementas transpozicijaiisiterpia i gen4 isiterpimovictas vietose Geno Atranka tik tq mufacijq, (ir papildomai Taspqtsaplinkosveiksny\ kurios lemiaprisitaikymq --7;; ki q lokusq) k ^.'" ^.'r tra nspozicij 4 i ukd,lusiam ";;;i.-r J.' mutacija aplinkosveiksniui

526

Yra kelios deiimtys nestabiliqjq drozofilos lokusq, tokiq kaip n,ftirc, paklIstandiq ,,mados" reikalavimams,ir kuriq atsiradimassictinas su ekologiniais veiksniais. Thi ,ve1low(gcltonas k[nas), singed (,,apsvilinti" Scrcliai), bithorax (du toraksai ir dvi poros sparnq) ir kt. Svarbu nustatyti ne tik nestabiliuosiuslokusus, bet ir tai, kokia mutacijr4 iiuosc lokusuose biologine - prisitaikclmoji reik5mc. Ji1 nustatyti nira lcngva.

Genetinisnestabilumas.Ncstabiliuosiusgenus ir genetinio nestabilumo rei5kini 1931m. atrado Demerecas(M. Demerec), tirdamas augal4 pentiniq (Dclphinium ajacis) ir drozofilE. Genai, kurie mutuoja nelprastaidaZnai 1'10-?-1'10-3, vadinami nestabiliaisiais,o pats rei5kinys- genetiniu nestabilumu. Siuo metu genetinisnestabilumassuprantamaszymiai pladiau.Skiriamas o genomo nestabilumas,daZniausiaivcrtinamas pagal sutrikusias homologiniqchromosomqdalybas,daZnqaneuploidijqir poliploidij4; . chromosomq nestabilumas, nustatomas pagal daZnus chromosomq struktIros pokydius (chromosomq abcracijas,scscriniq jo apraiSkosyra chromosochromatidZiqmainus ir kt.), szrvitos mq llZumas ir l[Z[s chromosomqsaitai (vietos); . geno nestabilumas,apibldinamaspagal daZnaskurio nors konk r c t a u sg c n t l m u t r r c i j l r s . I5 karto reikia pateikti ir genetinioncstabilumorciikiniq skirstym4 kitu atZvilgiu:gcnq, kaip ir chromosomq,nestzlbilumas gali b[ti bendrasisir lokalusis. Bendrqii genetini nestabilum4 lemia mutageniSkaDNR paZaidq reparacija,umuDC genai, DNR replikacijos,rcparacijos,rekombinacijos ir iiuos tris ryksmus valdandiq genq mutacijos,judrieji genomo elcmcntai, kai vyksta jq intensyvitranspozicijai ivairius lokusus, taip pat iuos valdaniiqgcnq mrrtacijos. Visq suminetq genq mutacijos labai padidina mutacijq daZni, todcl Sie mutantiniai genai vadinami mutatoriais. Juos 1937 m. taip pat atrado Demerecas.Kai kuriq genq pavadinimaskilgs nuo mutatoriaus: mLttH, mutS, mutY ir kt. C. coli gena| Mutatoriai padidina mutacijr] daZni nuo kcliq iki de5imdiqtfikstandiq kartq. Ypad stipr[s mutatoriai yra tie, kurie slopina tiksli4, be klaidq, DNR replikacij4.

521

Pastaruojumetu bendrojogenetinionestabilumo . . prieZasiiqgero_ kai pagausejoclelreiskiniu,"kuiier,yksra mutagenezes I ir II etapais. Genetinisnestabilumas gali atsiruriii, del mutacijqgenuose, kurie koduoja ' antrmutagenqsintezg, . mutagenq metabolizmo fermentus, . l4stelcrs mcmbranq pralaidum4.Tbkios yra E.coli mutaciiosnu-r,A ir mn,B.

Letiniu uidegimq ryrimai papilde nestabilum4 'Tek. visiikai nauju _ epigc'ctinio nestab'umo genetinj nestut itrma suskirstyti !iq.u dar_vienu,p:rveldejimo trrzvilgiui geiotipini O-.ri*.rffii Epigcnetinisnestabirr,r_ur= .u' faverdimumususijgsnetiesiogiai, ,uheiimus. tick, kiek, pvz, y,a pavclclimaspolinkis lctinius i ttin svarbuslokarusisgenetinisnestabirumas. Thip valclomasvieno kon_ krctaus geno mutaciiq atsiradimas.Nestabirieji genai yra tokaliojo nestabiluntopavyzdys.Thrp..patikuoniq atsirandatrijq tipq organiz_ mai: stabilusmutantai,stabilnsnemutantai, t. y. ,"ulitrntai i pracli_ ni tipE, ir ncsrabit[:-.'1"]iTfii pav.),kuiiLrnesrabitumas per_ ..\7.?4 duodamaspalikuonims, toderjis kartaisdar vacrina-u,,"pritro;omuoju gcnetiniuncstabirumu. Mutagenaigari sukerti lvairiq tiprr gcnetinjncstabilumil e.25 p.av.). Nestabiliejigenai atsirandader keriq priezasiiq: genq sandaros ypatumq,jLrdrqiqgenomoelementq, del mikioir.tir,p, ouz_ niausiainetranskribuojamose geno dalyse,epigenetiniry rei5ki_ niq.

@wir.'

Lubinq genetinionestabitumo indukcijaaziridino(etitenimino)ir EDTA ];ir]"?;!";,

siklqluobclcs marsun]ir ankstyjc ir apskritai; pra_ l];':i.::iT,1',11t.'nl;:..,,Oda P r i s i m i n k i n r c k' i l t l i r g c n l r i ' k u r i q r t c'1,ra q l r l i m r pr r r v r r d i n l ni c s t r r r r i r i l r i s r r r i \ . nrulu{i;r ivairiu dazniu- Zmoguus ypai ncurofibromatozcs (craugi'iai .mutaliilus ,erv. skaiduliniai navikai)' ach.ndroplazijos . rtr"iiri", disrror.ija),Hanringron. (arba grcsuojaniiosioschorcjos) tigos, proDiuScnor.,,r,""n,1 -;,,,s clistrofijosgcnai. DiLr(cno raumcnq.distr.fijos g.'',,t didiiausias znr.gaus gcn.s. J. tr,; dy_ d i s - p c r 2 0 ( x )k b . . k . c r u . j a m o s i . s rnRNR 1 4 k b . J i s l , r i p c r ( r ( )e q z . n q .

Didesnj mutabirum4garimab't, sieti ir su gcno dydZiu:kuo didesnisgenas,tuo.didesne tikimybcl., n" vrenam,tai kitam nukrc_ otidui mutuoti.Thi

Muracijosoi,s"no.l*,1,!l l,i'i,i l.:'i:l'!?":iTi"If :,:[i.,,xy x:l

iskritos, riekpakait.s. surerkro. n"di,r"r?1;';';;;;#iii"!"ro;". rui yra pakaita,mutanri'iarne /\. tr\

/\

/\

/\ /\l\/\

,/\ r'\ I /\ $ /\ /\/\/\,/\

/\ .:( \ a ' i a \ r'\ r'\ /\

O

ii;:

barrymcvictoj gricinoyru uigininur,

, / \ r ' \ ,/'\ / \ r'.\ r ' \ .l

f,h

7.24 p a;v,.Replikuoj amojo gen etinio nestabilumo pavelddjimas: a - stabilaus ntutanto atsiradinas; _ f ,tutr,fou, revcrtitnto atsiradimas(grlZimas j pradinj tip4); r - replikuojanrori, n.rtotiturnur;l - ncstabilusmutantas, ? stabilus mutantas, J - stabilus rcvenantas

Tyr _ Gly_ _TAC _ GGg_

Murantinis baltyrnas(Arg)

.frans versijaC_+c -zzn a

inc

- Tvr

lunn - Ars

Normalusbaltymas(Gly) Normalusgenas

\]-ranzic"rla

arba

h=

G_+,1

*n

_ Tyr _ Arg_

Mutantinis battpnas (Arg)

. Kai yra iikrita, iskri'ta citozinastirozino kodone.Reiskinys sie_ lamassu CpG salele,kuri yra Tlr_Gly kodonq sonOrroie:' TAC-GGG

s28 rir.r3lr

52g

tChromosomr; nestabilumas. Kol kas nustatyti trys chromosomq ncstabilumotioai: chromosomq lfiZumo sindromai; tai DNR reparacijosdefektai (Fankonio maZakraujyste,Bli[mo sindromas,ataksija-telangiaktazija); silpnas chromosomq nestabilumaspalyginti daZnas;visos ligos, sukcliandios sutrikusi4 laisvqjq radikalq pr"rsiauslyrq,gali buti p r i s k i r i t m o si i i r m t i p u i : . l[Z[s saitai (vietos); bent viena jq atsiradimo prieZasdiqjau aiiki. Tiri mikrosatelitai - paprastqjq kartotiniq sekq sankau_ pos, kai jos viriija normalq kartotiniq sekq skaidiq (Lr.p. 13-5 ir 3.3 lcntelg).Siosesankauposegali blti ir CpG salcliu,be to, pakartotq daug kartq, pvz., llZioje vietoje fraX2].3 (CGG),.; iia n - iki -500karru. chromosomq luZumo sindromai ir silpnas chromosomq nestabilur-r.rzrs yra bcndro pobhdZio,o l[irrs saitai - lokalinis ncstabilumas. Ateities rei5kiniai. Aptikta ir kol kas nepaaiskinamqvaldomos mutagenezesreiSkiniq.Tiri jau minctos paramutacijosir paveldimas polinkis j chromosumq mutacijas. Antrojo rciskinio palyzdys - filadelfine chronrosoma.?ri abipusc translokacijatarp 22-osiosir 9-osios chromosonrq,lcmianti leukozg. Taiiau translokacijar,ykstatik kamienincsc kraujo forminiq clcmcntq l4stclesc:kitose asmens l4stclise Sios chromosomrlnrutacijosnera. Kariotipas atrodo normalizri. 7.7. Morfozds ir teratogenai. Genotrofai. ,,lgytrl poiymiq,, pavelddjimo klausimas Thlidomido skandalas ir jo pamokos. Sianre skyrclyje nebus nagrincjamitie veiksniai,kurie sukelia prisitaikomojopobfidZiomodifikacijas - adaptacijas,o tik tie veiksniai, kurie sukelia organizmo raidos sutrikimus,nepaveldimusapsigimimus- morfozes.Kaip mineta, jq svarba tapo itin akivaiztli po icrnobylio AE avarijos ir po keliq skandalq del nauiq vaistq. Garsiausiasskandalas- del talidomido. Jis buvo rekomenduotasndstioms moterims kaip skausm4 mal5inantisvaistas.vaist4 vartojusiosmotcrys gimde vaikus ivairiai nei5sir,ysiiusionris gahJnemis(7.26 pav.). Daliai vaikrl buvo pakitusi i5orine ausis, paZeistosakys (poZymiq kompleksai, pauudintas talidomido, arba Videmano, sindromu).

s30

I

7.26 pav. Paveldima (A) ir sukelta talidomido (B) tokomelija (ruoniagal[nystd) (iS I l. Ursprung, 196-5)

Negalima tvirtinti. kad firma, sukrlrusi vaistus, elgesi ncrIpestingai netyrd galimq Saluriniq pasekmiq. Tiesiog tai paryzdys, kad grauZikq, kuriems buvo iSbandyta 5i mcdZizrga,ir imogaus ksenobiotikq metabolizmas gali i5 esmds skirtis, ir tai gali bfiti zmosui lemtinga. Grauzikai atsparr.rs Siai medziagai.Ir zmones yra polimortiniai pagal atsparum4Siam junginiui. Ne visos moterys gimde ncnormalius vaikus. Pagaliaurcikia atsiZvelgtiir i skirtingq suaugusioZmogausir vaisiausjautrumq. Thlidomidassuzrugusiam zmoguindra kenksmingas(arba silpnaikenksmingas). jautrLrs. Vaisius Prisiminkime,kad daus citochromq P-4-50 ir apskritaiksenobiotikqmetabolizm4koduojandiqgenq veiklls tik subrendusioorganizmolastelese. Vristq, kuriuos vltrlojant nc5tumo mctu gali sutrikti vuisiausraida, silra(asilgas. Kai kuric jq taip pat yra trankvilizaroriai (kaip talidomidas). Thi iliazepamas padidina naujagimir.rsu ncsuiiugusiomislupomis ir gonturiu daZni; fcnobarbitalis, a p i e k u r i . k l i p s t i p r u c i t o c h r o m u P - 4 - 5 i-)q c n Ui n d u k r o r i q .j a u r a i y t a ( Z r . p . 3 l l ) . Mortirzes sukelia kui kuric traukr-rliusslopinantysvaistai (vartojami serganiiqjq cpilepsijrr)- irgi pachugcja vlikq su ncsuar.rgusiomis lupomis ir gomuriu, sirdies ydomis ir kitonris anomirlijomis.Natrio valproataspadidina naujagimiq su nugarossmegenq iivarZa skaiiiq; kai kurie antikoaguliantai(varfarinas)- su nepakankamai issiwsiiusia nosimi ir regos ncrvais (hipoplazija). Alkilinandiosios medZiagos,kaip pricsvcZiniaivaistai, ne tik sukclia DNR pa2aidas,bcr ir trikdo (jeigu vartojami ni'itumo mctu) vuisilus raidq.

Veiksniaiarba procesai(r.yksmai),kurie sukeliavaisiausraidos sutrikimus,vadinamiteratogenais (gr. teros,teratos- apsigimilis,pabaisa).Vienasi5 teratogenqyra alkoholis(fiziskaisilpni vaikai,protinis atsilikimas),benzinas,benzolis,fenoliai,formaldehidas. ivairls 531

nLrodai, Svinas ir glvsidabrio garai. TeratogeniSkaiveikia vitaminq stoka ir perteklius, steroidiniai hormonai. Teratogeni5kasyra ne tik egzogeniniq,bet ir vidiniq steroidiniq hormonq perteklius, hormonq apykaitos ligos. Paradoksalu,bet ir fenilketonurija (nors tai geno mutacija) \ystosi del fenilalanino pertekliaus, kuris veikia kaip teratogenas.Thip rrystosidaug paveldimq metabolizmo ligq. Gerai Zinoma, kad infekciniq ligq sukelejai - raudonukes, plslelines virusai (citomegalovirusas)yra teratogeniSki. Teratogenezdi5 dalies yra ndSdiosmotinos problema (nelaime ar netinkamas gyvenimo btdas). Manoma, kad neiiiai moteriai iki trijq mdnesiq n€Stumo nereikitq vartoti cheminiq medZiagq,kscnobiotikqir stcngtiskuo maZiau kontaktuoti su chcmindmismcdZiagomis,saugotisinfekciniq ligq. Svarbu ne tik teratogenodozc, bet ir kontakto su teratogenutrukmd, vaisiausraidos etapas. Morfozd ar mutacija? Yra esmind riba tarp mutacijq ir morfoziq: . generatyvinesmutacijos pavcldimos, . mclrfozesncpaveldimos. Organizmq, su kuriais gzrlima ckspcrimentuoti, raidos pokyiius galima patikrinti, ar jie paveldimi.Antai mindta, kad pupq lapq margumas (Lr.7.l pav.), kuri beveik Simtaprocentiniu daZniu sukeliajonizuojandidi spinduliuote,alkilinandiosios medZiagos,komplcksonai, sendjimas,yra nepaveldimas.Jis dingsta vir5utiniuoseto paties augalo lapuose, kuriq uZuomazgosneturejo tiesioginio kontakto su teratogenu. Bet kaip patikrinti, ar Siamo clvyniai rnorfozi ar mutacija? Lietuvos kino str,rdijos filrrc ,,Mulanrina" net talidomido sukelti raidos pokydiai pareikti kaip mutacijos. Mutacijontis baidomi skaitytojai ar klausytojai, kai kur nors atsivedamasgy, vr-rlyssu dvicm salvomis ar penkiontis kitjomis ir pan...

Morfozds genotoksi5kai pavojingesnds.Jos daZnesnes,net labai daZnos. palyginti su mutacijomis. Jq daZnis gali siekti 1.00c/o.Kai padaugija naujagimiq su vystymosisutrikimais, pirmiausia reikia ieSkoti teratogenq. 532

Mutacija ar fenokopija? TiansdeterminacijosreiSkiniai, kai drozofilos palikuonims vietoj antenos isauga koja (imituojama mutacija Antennapedia) arba vietoj vieno torakso ir vienos sparnq poros atsiranda dvi (imituojama mutacija bithorax), yra fenokoprjq patyzdLiai. Kaip mineta, transdeterminacijosdaZnesndsuZ atitinkamo fenotipo mutacijas. Fenokopijos - tai morfozes, kurios fenotipi5kai imituoja kuri4 nors Zinom4 mutacijq. Mutacijq ir jas imituojandiq fenokopijq fenotipind kanalizacija (pastangq nukreipimas) sutampa. Tri gal kiek ir filosofi5ka,bet geriausiai paai5kina 5i mutacijq ir morfoziq (fcnokopijq) fentotipini sutapim4. Bus tas pats fenotipinis rczultatas,ar geno veikla pakis del mutacijos,ar dcl teratogenopoveikio. Svarbu, kad Sie geno veiklos pokydiai bltq vienodi, r,yktq viena kryptimi. Tbdel neatsakinganusprgsti,ar tai mutacija,ar morfoze vicn pagal f'enotipo pokyiius, neatlikus specialiq tyrimq. Svarstyklcs turctq krypti i morfoziq pusg del didesnio iiq daZnio. Fenoripi5kai liga ar sindromasyra tas pats - ar jis b[tq paveldimas,ar fenokopija (7.26 pav.). Morfozes gali i5kreipti tyrimq rezultatus, kai vertinamas mr-rtacijr.r daZnis. I tai stengiamasiatsiZvelgti. Santyki tarp mutacijq ir jas imituojandiq fenokopijq apsunkina tai, kad sunku nustatyti tq momcntq, kai laikinas nepaveldimasfenokopijas pakeidia pavcldirni genotipo pokydiai - mutacijos. Thi atsitinka tada, kai daugelyjc kartq veikia tas pats fenokopijq sukeliantis veiksnysir kai atranka palankcsnestabiliems,pavcldimiemspokydiams - mutacijoms. Genetind modifikacijq asimiliacija. Thip pavadino anglq mokslininkas Vadingtonas (Cl. H. Waddington) reiSkini, kai fenkopijas keiiia mutacijos. Keisdamas poveikio laikq eterio garais, jis drozofilai sukele ivairias fenokopijas: crossveinless (be skersinds gyslos), bithorcr ir kt. Pakartojus poveikj garais ir atrinkus labiausiai sugebandius modifikuotis drozofilos individus, po 8-12 kartq paaiSkejo, kad bitlnrax, crosst'einless yra paveldima. Gernetine modifikacijq asimiliacija nieko bendra neturi su lamarkiniu ,,jgytq poZymiq" paveldejimu. Paai5kijo, kad fenokopij4 i5stumia mutacijos, kurios yra tos paiios krypties kaip ir fenokopija. Tokios mutacijos gali atsirasti spontaniSkai(gamtines mutacijos), bet jas gali sukelti ir eterio sarai.

Atsiradus tokio paties fenotipo mutacijai kaip ir modifikacija, mutantq prisitaikymo (reakcijos normos) ribos pasislenka prisitaikymo prie aplinkos veiksnio kryptimi. Thigi bet kuri4 tokio tipo mutacijq palaiko atranka, nes mutacija yra stabilus pokytis, nepriklauso nuo aplinkos sryravimq. Jeigu kurioje nors gcografinejevietovejenuolat dideja sausra(pvz., plediantis dykumai), augalq prisitaikym4 prie sausrosgalima pavaizduoti taip: P'T -t

P'T

Palikuoniq

Ml .

-.-J tl"t:

---)

kartos Mr

N,T.' ) ir t. t. iia PT - pradinis tipas, M', Mt, M-' - naujos nrutacijos, kurios s4lygoja didcsni iitsparumE sausrai ir prisitaikymo ribos poslinki atspirrumo kryptimi. Prisitaikymo ribir atspanrmo kryptirni parodyta rodyklc.

Ths pats aplinkosveiksnystuo padiumetu gali sukclti ir modifikacijzl,ir mutacij4bei veikti kaip atrankosveiksnys,atliekantisatrankq prisitaikymoprie aplinkoskryptimi. Modifikacijosyra buferineorganizmosistemabesikeidiandioms aplinkos s4lygomsatsverti reakcijosnormos ribose. Tai greitasbDdasreaguotii pakitusiasaplinkoss4lygas. Kai aplinkos veiksnystampa nuolatiniu,modifikacijaskeiiia mutacijos. lgytq poZymiq problema istoriSkai atsirado todel, kad nemokita atskirti (net ne-Zinota, kad taip yra) to paties fenotipo pavcldimu ir ncpaveldimq pokydiq. Atleistina Lamarkui, kuris mand, kad ,,igyti poZymiai", t. y. modifikacijos, atsiradusios vykstant individualiai raidai, yra paveldimi. Antai laukines antys daugiau skraido, todel turi galingesniussparnus, o nanrinds, atvirkiiiai, daug vaik5dioja, todel jq

534

.^

k
Siuo metu grieLtai turime laikytis tokios taisykles: modifikacija yra fenotipo, bet ne genotipo pokytis ir yra nepaveldima.Ir jeigu yra kitaip, v:rdinasi, . arba tai naujas gcnetinis reiSkinys, . arba tai i5inrtis i( taisykles. ISimtys ii desniq yra daZnasrei5kinysgenetikoje. Tadiau Siuo atveju jos turi blti itin retos, nes kitiiip i5 tikrqjq bltq griaunamavisa paveldimumo csme - palikuoniq kartq stabilumas. Genotrofai. Kad i5imtys i5 taisyklesitin retos, rodo ir paveldimi pokydiai,kuriuos linams sukele tr45u stoka. 1954m. anglq gcnetikas Diuranas (A. Durrant) atliko gana paprast4 linq trgSimo bandyrn4. Vieni linai buvo trg5iami normaliai visomis rcikalingomistr4Somis, kitiems truko fosforo. Suprantama,Sie uZaugo maZesni.Tuo niekcr nenustebinsi.Thiiau ir kit(rs kartos visus augalus auginant vienodomis ir normaliomis s4lygomis,augalai,prie5 tai stokojg fosfbro, buvo maZesni.Tlrkic liko iki 5iol. Nciprasta buvo dar il tai, kad pakito bevcik visi iSlikg augalai. Kad tai neilgalaikemodifikacija,irodyta genetiniiristyrimais. Branduolyje aptiktas lokusirs,kuris lcme ii pavcldim4pokyti. Pokvtis atsirado del pakitusios mitybos (gr. trophc), toddl pavadintasgenotrofu. Veliau kitq anglq mokslininkq, tgsianciLlgenotrofq tyrimus, buvo nustatyta,kird vienasgcnotrofq lokusasyra amplifikuotas,t. y. daug kartq padvigubejqs. Tiems, kuric norcjo patikrinti Darento bandymii, tai ncpavyko padaryti. Bc to, vra ilgarnctt augalq trgiinto patirtis, i( kurios aiiku, kad taip nebuna. Tiiiau ma2algiai linai (tris kartus maZcsrripagal bcndr4 augalq masg) - ncgindijamasfaktas.

Siuo metu b[tq galimasiulytitoki4 Sio rei5kinioatsiradinro versriE: . kaip atsakasi ncpalankqaplinkosveiksni(fosforostokq)ivyko lokuso,sElygojandio prisitaikym4pric fosforo bado, amplifikaclja (Lr. p. 208);

53s

. gcnomo pertvarka, kuri vyksta somatindsel4steldse,yra grieL' l4stelese(kokiu b'du, kol kas neiai uZclraustagcnerat-$/inese nustatyta); . galima speti, kad kaip itin retas nukrypimas ilyko ir lokustl geimplifikac4a gcneraty/inesel4stel6se,kuri paveldima kaip notrofas. Augalams gali buti dar viena priezastis: ncgavusiq fosforo linq galejo nunykti augimo klgclis. ir jis regeneravoi5 somatinir4l4stcliq. 'iot,iousiai kai negavo fosiai itiketina versija, nes linai tais metais, foro, atrocld,,kuproti", nunykusiomisvirir-rnemis' Vcrtinamas.Pavadinimas ,,Pavlovohandymas,.ir-eiyra idomus. bet pricstaringai skaitc prane5imus po pasauli kcliaudamas kuris I. Fav6v., fiziolog. rusq nuo kilgs sillyginian.t apic sillyginiq rellcksq ugdymq jlru kiilulytcms. Palikuonirns,.parrrokq" tyrimus iiuos pakart.ti Bandymui tcvams. negu ,.n"f.ui isinii'ti rcikcj6-maZiau ii jq atlikti jau pavardcs. Pavlovo bc iiol iki fdomiausi tgsiasi bct pricitaringi. labai jos gali rcgcncntoli su jliq kirnrclirnis planarijomis. Sirl kirmcliu ypatvbc ta, kacl ncrcikcjtl .'mokyti" jic jau rcgcncranttl krrd yril trri, ii vicnos lilslclcs. Scnsucinga (igimti) refleksai' "Pavlo(igYti) ncsqlyginiai ir S4i1'giniai rcflcksa' turijo salygini yra ir dingstis atkrcipti demesi i svarbizrclgscntlsgcnetikos problcun.."t.,unity1-.,us rriy: sillylinius ir ncs4lygirliusrcl'lcksrrs'

C . P O Z YMrV P A V E L D E J I M A S I R REKO M B I N A C I J A Nors prokariotq genomasyra paprastesnessandaros,tadiau eukariotq pozymiq paveldcjimasir rckombinacija mums prieinamesni,suprantamesni ir artimesni rciSkiniai. Thi atitinka ir mokslo istorij4. Prisiminkirne (l sk.), kad poZymiu paveldejirnoir rekombinacijostyrimai prasidejo 1900 m., kai buvo pakartotinai atrasti Mendelio desniai. taikomi eukariotams. Eukariotq poZymiq paveldejim4 lemia: . cliploidi5kunras ir homologiniq-nehomologiniqchromosomqskaidius; . homologiniq ir nchontologiniq chromosomq paskirstymo dukterinems l4stelims bldas; . gerq, lcmiandiq poZymi, skaiditrsir saveikospobfidis; . gcnq vietet chromosomojc ir rekombinacija tarp chromosomq. Prokariotq (bakterijq) poimiq/genq pavcldejirnaspriklauso nuo: . geno vietos chromosomojc; . polimorfizmo ir rekombinacijos. Esminis skirtumas vra tas, kad prokariotq genetin€ medZiaga neatribota nuo visos kitos lqstelds dalies. Eukariotq genq veikla prasicleclaatribotoje nuo Sios l4steles dalies erdveje - branduolyje, lodel pavelclejimo reiSkiniuosc svarbus vaidmuo tenka branduolio membianai, kai prireikia l4stelims dalytis, branduolio apvalkalelis iSnyksta.

VIII. BAKTERIJTJIR VIRUSU GBNETIKA 8.1. Bakterijos Bakterijqir virusq genetikosrei5kiniai gana i5samiainagrineti kituose skyriuose,todel j i e p a t c i k i a m ig l a u s t a i . 536

_s37

Genomo sandara. Daugumos bakterijq 99otbvisr4genrl yra Ziedinejc DNR - bakterijos chromosomoje.Be to, bakterijos daZnai turi maZasautonomines ZiedinesDNR - plazmides.Jos skirstomospagal ivairias ypatybes j konjugacines,perduodamasi5 l4steles i l4stelg ir lemiandiasbakterijq rekombinacrjqper konjugacinitilteli; episomas, gcbaniias lsiterpti i chromosomq, buti dvejopoje - integruotojc ir atsparum4nuodams (R) autonomindje (laisvoje) paddtyje; lemiandiars ar jvairias kitas bakterijq sar.ybes. Visi baktcrijos chromosomoje csantys gcnai paveldimi kartu ir sudaro viena sankibosgrupg. PlazniidZiqgcnai sudaro atskirassankibos grupes. Bakterijq chromosoma.Esr:lteichiu coli chromosomoje yra apic 3000 gcnq. MaZdaug ketvirtadalj jq sudaro genq sankaupos- operonai. Visi kiti gcnai iSsibarstgpo chromosom4,ir juos vienija j grupes valclymobldas - regulonas.Tacliaugenai bakterijq chromosomoje iSsidcstgne atsitiktinai, o pagal svarbq. Svarbiausiasgyr,ybinesfunkcijas lcmiantys gcnai (DNR rcplikacijos ir kt.) yra ariiausiai oi C -

F

I)\ I{

^,

\--l-\-)

DNR

a-/-

------t

*q)

AB 13.l pav. Bakterijq nukleoidas (,4) ir DNR kopijq tikslios dalybos dukterin6ms lqstel6ms (B): A: I - supcrspiralizuolidonrenai; 2 - rclaksuotasdomenas; .l - baltymine brdis; B: I - DNR prisitvirtinusi pric iiinkusios j vidq lqstelis mcntbranos - mezosonros; 2 - DNR rcplikacija ir kopijq padctis; -l - DNR prisitvirtinimo victoje tarp dviejq DNR kopijq mcmbrana iitista. alstumdama vicnq kopijq nuo kitos; 4 - prasidcjgs citoplazmospasidalijimas.Kickvicna duktcrinc l4steldgauna po vicn:1DNR molekulg, p r i s i t v i r t i n u s i up r i c n r e m l r r i r n o s

sudaro komplcksussu baltymais,bet nukleosominissandarosyra tik (8.1 pav., A). uZuonrzrzgos DNR replikacija r,rykstaialia l4steles membranos vidincs dalies. Specialiomisnukleotidq sckomis chromosomosir plazmidZiq DNR prisitvirtina prie mcmbranos. Membranoje irgi yra specialios DNR prisitvirtinimo vietos. Siq skaiiius le-nriadaugiakopijiniqplazmidZiq kopijLrskaidiq.Prisitvirtinimovietoje l4stelesmembranai tistant. DNR kopijos atsistumiavicna nuo kitos (8.1 pav.. l3). Siame membranos tarpe tarp dviejq DNR kopijq ir persismaugial4stele, pasidalydama i dvi dukterines lqstclcs.Thip DNR kopijos taisyklingaipaskirstomos dukterinemsl4stelims. Lilstclesdalijasi persismaugdamos. Kai kurios bakterijos sudarcl sporas. Sporos paprastai susidaro nepalzrnkiomiss4lygomis.Jos kur kas atsparesncsnepalankiems aplinkos veiksniams ir gali blti ivairiais bldais perne5tos tolyn nuo pirmines gyvenimo vietos, uZimant naujas erdves. Bakterijq rekombinacija. Pirmieji bakterijq rekombinacijEitikinamai genetiniu metodu irode 1946 m. Lederbergas ir Teitumas, panaudojg du E. coli Kl2 kamicnus, kuriq kiekvienas nesintetino trijq medZiagq,konkrediai pirmasis - cisteino (Cyr-), fenilalanino (Plrc-) ir biotino (Bio-), antrasis - tiamino (Thi ), treonino (fhr) ir leucino (Leu-). Tokie kamienai, kurie nesintetinavieno ir daugiau metabolitq, vadinami auksotrofiniais (gr. atLyo- a\g\, troplts - maistas.mityba). Juos auginant, nesintetinamq metabolitq reikia ideti i terpg, antraip jie neauga.

vietos, nuo kurios prasidcdaDNR replikacija. Dauguma baktcrijq genq - unikalls, tik ribosominiq RNR ir tRNR gcnai kartotiniai.E. coli rRNR genai pakartoti 7 kartus. Kaip mincta, pagalbendrzlsenomo sandarilbaktcrijclsskirstomosj: . eubakterijas (gr. err - tikras), tai Esc'lterichiacoli, Sttlntonella typhinturium, Bucillus subtilis ir kt.; . archebakterijas (gr. urche - pradZia), kuriq gcnomo sandara artimesni cukariotams (gc-naituri intronus). Archebaktcrijos gyvena liibai neiprastoje aplinkojc: halofilines atsparios didclems druskq koncentracijorns(didesnemskaip 5,5 M NaCl), metanogeninesgamina metano dujas (CH.), termoacidofilinesgyvena r[gidiose kar5toseversmese (80'C). Nukleoidas. Bakterijos l4stclc neturi vidiniq kompartmcntq. KompaktiSkaisusipakavusibakterijos chromosoma sudaro nukleoid4. Nukleoidas neturi branduolio apvalkalelio, todel transkripcija (mRNR sinteze) ir transliticija (baltymo sinteze) erdvi5kai neatskirtos, r,yksta vienu metu. Baltyrnu kiekis gali padvigubeti per 20 min. Bakterijos turi ribosomas,kurios nesiskiria nuo eukariotq ribosomq. Nukleoide DNR neigiamai superspiralizuotair i5sidesdiusikilpomis - domenais,

s38

539 ^

Abu kamienai buvo auginami kartu minimaliojc terpeje, kurioje nebuvo jokiq priedq. .lai terpd, kurioje auga tik normalfis, prototrofiniai (gr. protos - pirmas) kamienai. Nepaisant to, E. coli augo. I5tyrus minimalioje terpcje augandiq bakterijq sar.ybes,paai5kejo,kad jos gali sintetinti visas 6 medZiagas,t. y. Cys+Phe+Bio*Thi+Thr+Leu*, ir 5i savybd pavcldima. Kodel pasirinkti tokie kamienai, kurie nesintetino trijq, o ne vienos ar dvicjq mcdZiagq?Kaip tik del Sio pasirinkimo Lederbergo ir Teitumo bandymasyra jtikinantis. Buvusiq auksotrofq gebejimasaugti minimalioje terpeje gali blti ir del grjZtamosiosmutacijos. Thiiau mutacijostikimybc i5 karto trijuose genuose(10-,'10-,.10a:l(l2t) yra ncitiketina, todcl teko pripaZinti, kad tarp kamienq buvo zrpsikeista genetine mcdZiaga.Vcliau buvo jrodyta, kad toks keitimasisgalimas tik tiesiogiaikontaktuojant baktcrijq l4stelems,tarp jq susidariuskonjugaciniam tilteliui (ir. 3.47 pav.).

q , a e

e -

: : - L ' e

;

sh

!-a

OS t !.\_ 0o-

..

' r

Yr* '=h'z

aiA=. aaao l.v._ ooci >E > rr lr .-

E -v tt' i:.E 6 vx

I

i.*

\-

Bakterijq rekombinacija esant F plazmidei. Bakterijose ncra \yri5kosiosir motcri5kosioslytics, bet galima iSskirti tris lytinius tipus: F*, F ir Hfr (angl. high frequency of recombination - daLna rekombinacija).Juos lcmia F plazmide.Ji gali blti laisva arba isiterpusii bakterijos chromosom4.Bakterijos, kurios turi laisv4 F plazmidg, va- F-. lsitcrpusi ichromosom4F plazdinamos F*, o jos neturindic'rs mide lcmia lytini tip4 Hfr. Rekombinacija i5 F* i F- reta. Baktcrijq, kurios turi F veiksni, uZaugailga iSauga- pile. Ja uZkabinamosF l4steles.Tada susidaro konjugacinistiltelis, kuriuo percina F+ veiksnys.Tiksliau, pereina tik viena plazmides DNR grandine. To pakanka, kad F veiksnysisikurtq, ir tada F- virsta F. (8.2 pav.,A).

c

'-'* '=

Bakterijq konjugacija yra ypatinga: genetinds medZiagosperejimas i5 vienos lqsteles i kitq vyksta tik viena kryptimi.

+.

G H * u

a : t h

- ,='* f t!

I

\ '-.: I

. l

. .

E

>,

d

! ^ '-

e,

J

u - Q

g-! l-

a

!, o

a

(.) t

z

1

a

G e

*u

;

.O

,-.=

a

..t!:

c!.=q=^

:?'-"o

/

r tr *

-!

I+ -;r 2-:+ t2 :* '=:!.= | .\

a.) Tr

:

E

I

= y

^i

F>ai

.-

-

/

F

=

9 * , i .. 2" eY ' D

a

-":*

540

'.:

>lE

'6

F* ir F lytiniams tipams ilgiau blnant kartu, visos l4stelesvirsta F*. Thdiau bakterijos chromosoma konjugaciniu tilteliu pereina labai sunkiai, todel rekombinacija i5 F* i F- yra reta. Rekombinacija i5 Hfr i F- labai daZna. Kas de5imta F- lqstele gali b[ti rekombinante. Rekombinacija padaZnejatlkstandius kartq.

' ,

'r'd

LL

I-\-=

T

6, J

^. E _

=7At.

l

>-

c:=q, x | tr:'e =

\9Y0, -t..:; *ivi:X!

s . _

>

541

Tai atsitinkatodil, kad, isiterpusF plazmideii chromosom4,Si truksta, bet taip. kad dalis F plazmiddsyra viename gale, o kita - kitame gale (8.2 pav., B). PlazmidZiq.kurios pereina i5 vienos l4steles i kit4, pernaSaprasideda nuo specialiosnukleotidq sekosoriT (angl. origin oJ'transferperna5ospriidZia). Taigi Hfr kamienuose pirmasis pereina tas chromosomos galas, kuriame yra F vciksnio oriT. Po to - genas, esantis ardiausiaioriT, tciiau kitas, tredias...Thip galima nustatyti genq sekq chromosomoje. Bakterijoms leidZiama konjuguoti ivainl laik4. Krestclejus konjugacija nutniksta. Pagal trukmE, reikalinga pereiti genui konjugaciniu tiltcliu. matuojamas atstumas t:rrp gretimq genq. Jis nustatr)mllsluiko vienctais. Paprastaivisa bakterijos chromosonrakonjugaciniu tilteliu nespeja pereiti, ncs tiltelis nutruksta. Visai E. coli chromosomai pereiti rciketq apie 90 rnin. Tik praejus visai baktcrijos chromosomai, abu F plazmides galai vcl gali susijungti, ir tik tada F virsta Hfr. lvairiuosc Hfr kamienuoseF plazmide buna lsiterpusii skirtingasvietas baktcrijos chrrtmosttmoje. Kai yra Hfr kamienas,lengvai perneSamichromosomosgenai, bet F paprastai nevirsta Hfr arba F*. Kadangi i5 bakterijos-donoroi bakterijil-recipient4(iS F- i F arba ii Hfr i F-) pereina ne visa chromosoma,susidaro daline heterozigota- merozigota.Ji btna laikinai, kol pasibaigiarekombinacija kuriuosc ivykusi reir susidaro rekombinantai(l4stcles-organizmiri, kombinacija). Kiti DNR pernaSosir rekombinacijosb[dai. Thansformacija.Prisiminkime, kad transformacijosreiikini dar 192U m. aptiko anglq baktcriologas Grifitas. Jis atrado, kad, paveikus uZmu5taisS formos pneumokokais gyvus R formos pneumokokus, iic virsta (transformuojasi) S:

Snrtalvr + R

R /hrrur [LYvl

lraulornuuil,t

S

glal'

tadiau tik 1944m. amerikietisEiveris ir jo bendradarbiaii5ai5kino, kad pneumokokqR transformacij4 i S atliekaDNR. JE reikia i5skirti i5 S fclrmospneurnokokqir paveiktiR formos pneumokokus(reci< ^"',

pient4). Organizmas,i5 kurio DNR i5skiriamair naudojama transformacijai, vadinamasdonoru, o kuris yra paveikiamas(gauna) DNR recipientu. Kad transformacija lyktq sekmingai, bltina i5skirti nesuirusiq DNR, kurios molekulind mase bDtq ne maZesni kaip 1.108Da. Be to, donoro DNR nors i5 dalies turi b[ti homologine recipiento DNR, todel transformacijqparyksta gauti tik r[Sies viduje arba tarp artimq r[Siq. Nehomologine cgzogenind DNR veikia kaip mutagenas. Recipientasauginamasspecialiomissrllygomis,kad l4stcles taptq kompetentin€s,t. y. irnlios cgzogenineiDNR. Imlumas trunka gana trumpai - 30-60 sckundZiq. Tiansformacija yra pagrindinis bakterijrl gamtines rekombinacijos bfidas. 15 pradZiq milnytzr,kad tai dirbtinis, grynai Zmogaussukurtas rckombinacijostipas. EgzogenindDNR baktcrijq populiacijoseatsirandasuirusZuvusioms bakterijq l4stclems(8.3 pav.).Bakterijosyra pasirengusios priimti egzogeningDNR. Pastirrojipro mcmbran4 isiskvcrbi:rpinocitozdsbldu (citoplazmincjcmembranojcatsirandaidubimas,i kuri patcnka DNR;

DNR rlungrmo kornpleksas

1.1151'x])\[''*-

Nukleotiditi

Lqsleles apvalkaldlis Nlenttrratta'

\

I

DeoksLribrrnukleize

\

Bal,lenjapo jos PemeitaDrr-R transtbmtaci

I

st

,i

8.3 pav. Gamtin€ bakterijos transformacija: DNR Saltinisaplinkoje - 2uvusiosbakterijq l4stcles (rcnriantis R. V. Miller, 1998)

543

membrana j4 apgaubia,susidaro pinocitozine p[slel6, ir 5i patenka i lEsteldsvidq). Membranoje yra specialiqreceptoriq,prie kuriq tvirtinasi DNR. EgzogenineiDNR isislorerbtii lqstelgpadeda transfbrmacijos veiksniai,t. y. nedideli polipeptidai, saviti ivairioms bakterijq rliims. Tiansfomacij4 gerokai maZina deoksiribonuklezes.ParyzdZiui,iki 1970m. neparyko sukeltitransformacijosE. coli,kuri turi labai aktyvias Panaudojusmutantus,kuriuose Siefermentai sindeoksiribonukleazes. tctinanri silpnai, transformacijaaptikta ir E. coli. MaZdaug kas tredia l4steli, I kuri4 isiskverbiaegzogenini DNR, yra transformantd. Thansdukcijayra baktcrijq rekombinacija,kai virtrsai perneia bakterijos DNR. J41952nr. irode Zinderis (N. D. Zinder) ir Lederbergas' Mintis, kad virusasperncia vieno Seimininkogcnus kitam, atrodi neitiketina. Tai teko irodyti specialiubudu. PaimtasU raidesvamzdelissu apatineje dalyjc ilydytu bakteriologiniu filtru (8.4 pav.), praleidZiandiu bakterijq.Vamzdclispripildytasminimavirusus,bet nepraleidZiandiu priedu). Joje auga normaliosbaktcrijos,ge(bc tcrpds lios mitybinis bandiossintetintivisasnormaliai sintetin:tmasmedZiagas'Vamzdelyje buvo auginami du baktcrijq Sulmoncllatyphimuriumkamicnai: deiineje gebantissintctinti triptofanq (trp*), kaireje negalintisjo sintetinti (trp ). Bakteriologinisfiltras nclcido susimai5ytidviem bakteriju kamicnams.Minimaliojc tcrpeje augatik lrp* kzrmienas.Sis kamienasbuvo uZkrds,llrtktcrij q Llslcles tas bakteriofagu P22. VirusamsbakteriologinisfilSOnas tras nel'ruvclkli[tis. Lizavg trp* lrp ' kamieno l4stclcs,jie pro bakteriologini filtr4 pateko ! kairilzuolit l4stclc qjq vamzdelio pusg. Ten irgi pradejo augti bakterijos,bet jos bwo trp*, vadinasi, gebandios pacios sintetinti triptofan4. IiJtras Ihktcriologirris Bakterijos, neuZkristos virusais, tt.4 pav. Bandymo, irodaniio Salnonella kaireje vamzdelio puseje neautyphimurium transdukcij4, schema: 2 A - k a m i c n a s , s i n t c t i n a n t i s t r i p t o f a n q go. Vadinasi.Sievirusai perne( t r p * ) 1 2 2 A - n e s i n t e t i n a n t i st r i p t o f a n o ii trp* genq i5 vieno kamieno l.t,p ) i kit4 - ii.yko transdukcija.

544

TfansdukcijosdaZnisyra 10 5-10-7,tadiau gaunami ir lizatai. kurie sukelia daZn4 transdukcij'4.Jie vadinami Hft (angl, high freqtrcncyof transduction- daZna transdukcija).DaLn4 transdukcij4sukelia defektyvrls virusai. Mat viruso galvuteje dalis (arba nct ir visa) fago DNR turi btti pakeista Seimininko-donoroDNR, todel, virusui perneSus l4stelg,Sioskitos virusctfunkcijosnepaDNR i Seimininko-recipientc'r sirci5kia.Jis nesidauginair ne:rrdo bakterijos lzlstelis,5i nejgyja imunitcto kiticrns virusams,t. y. netampa lizogenineir kt. (Zr. toliau). Perkelti par.ykstane daugiau kaip 1-3o/o bakterijos chromosomos, todel perkeliamitik 1-2 gcnai, ir transdlrkcija,kaip ir transformacija, tiriama genq sankiba. Tiansdukcijostip4 lcmiu: . viruso isitcrpimo i bakterijos-donorcs chronrosom4pobudis; . pcrneito baktcrijos-donoresDNR segmentos4vcika su baktcrijos-rccipicntis chrclnrosorra. Virusai, kuric b:rktcrijoschronrosomdc turi daug isitcrpirrrovictq, atlicka nespecifing(bendrqjq) transdukcij4. Ths pats virusas gali p c r r r c i t i i v i r i r i u sh i r k t c r i j o sg c n u s . Nuosaikic.jivirusai (Zr. toliau), kurie turi tik vicnq isitcrpinrovict4, atlicka specifing(ribotqj4) transdukcijq.Pcrkeliamitik tic gcniti. kuric yra Saliaviruso isitcrpinroi baktcrijos chromosonl4vietos atr (angl. uttac'ltment- pritvirtinimas).PavyzdZiui,viruszriL arba q 80 prisitvirtina Saliagaln (galaktozcs)geno, todcl jie perneSa5i gcn4. 'ladiau ir ribot4 transdukcij:ratlickantysvirusai,nors rctai, gali perne5ti ir kitus genus,nes be specifinioatr, bakterijosgenome gali b[ti antriniq intcgracijossekq (antrincs rzll). Kad bltq stabilioji (visi$ka)transdukcija (tt.5 pnv., a), ieimininko-donoro DNR segmentasturi isiterpti i rccipiento chromosom:1. Kartais baktcrijos chromosomoje atsiranda du tokie patys DNR lokusai, bfitent gal* ir gal . Virusas isiterpia j recipiento chromosomq. o perne5anrasbiiktcrijos-donor6schromosomos segmentaslieka kaboti ialia recipiento chromosomos.Thip susidaroheterogenota(vieno geno,,hetcrozigota ) ." Dclnoro chromosomos segmentasgali ir neisiterpti i recipiento chromosom4. Tokios DNR replikacija ner,yksta,ir ji daZniausiaisuyra. Thdiau kartais ji iSlieka. Be to, veikli, t. y. lemianti poZymi. r;.1313

545

F plazmides isitcrpimas i bakterijos chromosom4, genetinds medZiagospcrejimas ir pagaliau perne5to chromosomosfragmcnto isijungimasi recipiento chromosomE yra sudetingi reiikiniai, reguliuojami ne tik F plazmides, bet ir baktcrijos chrnmosomos gcnu. Bakterijos chromosomoje, pvz., yra genai recF, recB, recC ir kt., kurie nulemia isiterpimui reikalingq endonukleaziqir egzonukleaziqsintezg. Butini RecA, SSB ir kiti baltymai. Recipiento chromosomoje yra 1-sekos (chi), kurias paZista Rec BCD baltl,mas:

-

r;-1

-v, %

\.\' {;_{

c)*

#

]e€

t

@

J+-{ \f

t'\,

,/\

\'r*rr

*u:

${ \,

. l u t l r r ql 4 s t e l t uk L o n a s

\

^O

I <>l.Jcjuciriu lasteliu klonas

t:331?3133_i;

s;-4 linrja J u d n ql 4 s t e l i q

Sios sekos.L. coii chronrosomojeyra maZclauekas -5-i0 kb. Jos asimctrincs.TLr pakanka, kad Rcc BCD cgzonuklcaze suZinotq, kuria kryptimi jai skaidyti DNR sranding. Rcc BCD nukleazi skaido DNR granding tik tada, kai ji tvirtinasi prie D N R i S r c i k a l i n e o sp u s c s .

b pav. Stabili (a) ir abortlvi (b) transdukcija (pagal R. Sagcr, F . R a y a n , 1 9 6 1 ) 13.-5

Kaclangisio fragmento rcplikacija ner,yksta,tai ji paveldi tik viena i5 dvicjq duktcriniq l4steliq.V:rdinasi,viena dukterine l4stelc [gyja poZyrni,o kita - ne..Tokio tipo transdukcijavadinanla abortpi4ia (lot. abor\vLrs - neiisivystqs).J4 ypad patogu stcbcti pagal gen4, nulemianri ZiuZcliqvystvm4si,kai jis pcrkcliamzrs i baktcrilq lqstelg,kuri b). (fi.-5 yra bc ZiuZeliq Pav., Seksdukci.ia- bakterijos chromosomos segmcnto pernaia ii donoro recipicntui episomq tipo plazmidcmis.Thi labai panaiu i transdukcij4, tik vienur virusai.kitur plazmidcs.F* virtimas Hfr yra griZtamasisreiikinys. l5eidamaii chromosomos,F plazmidegali iisine5ti ir, b[idama autonominije blklcje, lcngclalibaktcrijoschrornosomos, vai ji pernesti i F l4steles.Tokia plazmide Zymina F'. Perne5to DNR segmentoisiterpimas i recipiento genomq - svarbus rekombinacijOsetapas,b[dingas visiems baktcrijq rckombinacijos tipams. Jis nulemia rckombinacijossckm9. Nuosaikiejivirusai ir plazmiclesturi pricmoniq isiterpti i recipientochromosom4.Del Sios savybcsnuosaikicji virusai ir plaznidis genq inZinerijoje yra vekto-

8.2. Virusai Virusai nera prok:rriotai. Thi nel4stelinegy"'ybcsforma, nors be l4stelcsvirusai negali gyvcnti. Visos gyvybindsvirusq funkcijos vyksta icimininko ltlstclcje.Virusq uZ lqstelcsribq funkcija - uZkrdstinaujas l4stelesir i5kgstinepalankiass4lygas,kuriq nepakelial4stele-5eintininke. Virusq genetikospradZia sicjama su 1941 m. atrastaisbakterijq virusais - bakteriofagais.Thdiau kertinis virusq genetikos \ystymosi atradimasbuvo tai. kaip virusaspatenka i lqstclg. Viruso isiskverbimas i l4stelg. Ttansfekcija. 1952 m. Her5is ir iciz i3aiSkino,kad ! ltlstclg isiskvcrbia ne visas virusas, o tik jo vidine dalis (8.6 pil.. A), t. y. DNR arba RNR. Nepaisant o, l4stelc'jcreprodukuojasivirusai su tomis savybdmis.kokios buvo viruso. uZkrdtusio l4stelg. Kad DNR ir RNR yra atitinkzrmqvirusq genctine medZiaga,patvirtino ir Frenkelio-Konrato (H. Fraenkcl-Conrat)darbai. Jam pavyko virusq infekcij4 sukolti grynais tabako mozaikos viruso RNR preparatais. l5 virusines RNR atsieamino bldingos struktliros virusai. Pana5[s eksperimentai daryti ir su virusine DNR. Viruso atsistatymasi5 jo nukleorlg5tiessudaro apie I%c lygio, kuris bldingas, kai l4stelguZkrecianepaZeistas virusas.TadiaupadidinusDNR arba RNR skvarbum4,galima labai padidinti ir atsistatymE.PatryzdLiui, paveikusEscherichiacoli lasteliq apvalkaldliusjuos ardandiu fermentu lizcrcimu,i lqsteleslsiskverbia20-30% fago QX174DNR.

riai. Plazmidziqpcrneiro DNR segmentolikimas gali blti dvejopas: . gali isiterpti i bakterijos'recipientdschromosomq, jeigu plazmidc isiterptrsi i recipiento chromosom4; . perneltas segmentasgali neisijungti i recipiento chromosom4, jcigu ji pcrnesusiplazmide lieka laisva.Genq inZinerijainauclinga, kad toks genas b[tq daugiakopijinejeplazmideje. Kiekvicna plazmides kopija yra ir perneito gencr kopija.

547

546 I

. DNR virusai; jie gali b[ti: . dvigrandiiai (dauguma bakteriofagq,adenovirusai, kai kurie pfislelinesvirusai - citomegalovirusas, Epiteino-Baro virusas); ' vienagrandLiai (E. coli fagas $XIi4, Zinduoliq - pawoviru_ sas);

t# tl

U'

RNR virusai (daugurnaaugalq virusq, apie puse Zinduoliq virus u ) rj i c g a l i b l t i : . vienagrandZiai,jie skirstomi pagal replikacij4 ir transkripcijq: l) plius grandinds- ju replikacijair transkripcija-transliacija vyksta tiesiogiai (encefalito, gcltonojo drugio, rauclonukis, poliomielito virusai); 2) minus grandinds- tiesiogiaircplikacija ir transkripcijatransliacija ncr1,'ksta,pirma turi bIti sintetinama plius grandine (gripo, vezikulinio stomatito, pasiutligesvirusai); . dvigrandZiai(rcovirusai);

A BC li.6 pav. Bakteriofagopatekimasi bakterijoslqstelg(.1) ir sandara(8, C)

Bakteriofagai turi specialiLlpriemoniq prisitvirtinti prie bakterijos lqstclcs ir ,,i5virkiti" i vidq savo viding dali. Esc:herichia coli T virusq sandara pavaizduota tl.6 paveiksle,B ir C. fsiskverbirnasi lEstelgr,ykstaendocitozcsblclu. Virusas tvirtinasi prie mcmbranoje esandioreceptoriaus,kurio paskirtisl4stclejekitokia - makromolekuliq patckirnas i l4stelg. Virusas pasinaudoja Sia sai,ybeir visa makromolekuliq patekimo sistema.Apsigaubia pfislele (vezikule)ir su ja patcnka vidun. Vezikulesviduje intensyviaisuyra viruso kapsidas,ir viruso genomas su viruso Scrdyje esandiaisbaltymais pakli[va i citoplazm1 ar i branduoll. Thi priklauso ltuo viruso. Bendra sandara. Ncpaisant virusq ivairoves, benclra jq sandara yra tapati. l5oreje esti baltyminis apvalkalaskapsidas. Vidineje dalyje yra viruso nukleor[gitis ir Siek tiek (I-3o/r, viso kiekio) baltymq, kr.rriedaugumai virusq reikalingi vos tik isiskvcrbusj lqstelg. Nuo tipiSkosvirusq sandarosskiriasiviroidai ir virusoidai (satelitiniai/palydoviniaivirusai). Viroidai yra labai ncdideles infekcines RNR, neapdengtosbaltyminiu apvalkalu (kapsidu). Virusoidq sandarapana5ii viroidq, bet turi tipi5k4 viruso kapsid4. Jie negalisavaranki5kai reguliuotigenetinesmedZiagosreplikacijos,jiems reikia viruso pagalbos,todel jie dar vadinami palydoviniais virusais. Pasitaiko ir fagq-satelitq.Toks pvz., yra P4. Subrendusiosjq daleles atsirandatik bakterijq lqstelese,uZkrdstose(lizogeninese)viruso P2. Virusq grupds pagal geneting medZiagq.Pagal tai, kokia yra nukleorfrg5tis,virusai skirstomi taip:

retrovirusai- nusako ir gyvavimo b[dq; iie gali b[ti dvcjopos bDsenos: . laisvi; jq genctine rncdZiagayra RNR, . isiterpg Seimininko chromosomq,genctine jq rnedZiagayra i DNR. Laisvojeb[senoje RNR yra liniiind, galuoscturi trumputes kartotines sekas.RNR atlieka dvcjop4 vaidmenj: . nuo jos atvirkitini transkriptaze sintetina DNR, kuri po to lqsteles-Scimininko genomil; iterpiama i . nuo DNR lyksta rctroviruso mRNR transkripcija, o ant Sios mRNR * transliacija,t. y. viruso balrymq sinteze.Toki4 retrovirusc'rmRNR galima paZintipagal tai, kad, kaip jprasta mRNR, pric jos 5' galo prijungianta kepurd, o prie 3' galo - poli A. Bet isidemctina,kad mRNR sintetinamanuo DNR marricos, ir tai atlieka lastelesbaltymai - RNR II polimeraze. Siai grupei priklauso lgyto imunodeficito virusai HIV-1,2, onkovirusai (Zmogaus- HTLV-I,2).

549

548 .

virusams.Thigi profagas yra savoti5kaviruso ir l4stelessimbioze, del kurios virusas reprodukuojasikartu su lEstele(8.7 pav.). Laisvi nuosaikieji virusai elgiasi kaip ir virulentiniai - pasidaugina ir suardo lqstelg. Lizavg l4stelg, virusai uZkredia tik naujas l4steles. Viruso iSsiskyrimasi5 lizogeniniq bakterijq buvo pavadintaslizogenija (lot. /ysrs* irimas, i5tirpimas,gencia - atsiradimas,kilme), o bakterijq uZsikritimas nuosaikiaisiaisvirusais - lizogenizacija.Tarp lizogeniniq lqsteliq palikuoniq gali atsirastiir nelizogeniniqlasteliq.Vadinasi, profagas gali bDti prarastas.Toks rei5kinysvadinamas delizogenizacija. Lizogenincs bakterijos Zymimos nurodant skliaustuosevirus4. PavyzdLiui,E.sclreric'hia c'r.r/lkamienas Kl2, uZkrdstasnuosaikiojo viruso 1", uZraiomas taip: E. c:o[i K12 (],). Nuosaikiqjqvirusq aptikta ne tik bakterijose,bct ir kituose organizmuose.I kai kuriuos obelq poskiepiusiskiepijusivairiq obelq veisliu, iSaugaZcmahgiai augalai. Kartiiis Siq sarybg irgi salyg
Retrovirusaiir kiti virusai,kurie apsuptilipidq membranos, i5silaisvinapumpuravimob[du. Sie virusai koduoja glikoprotein4, kuris istatomasI l4stelis membran4.Naujai susidarq Jie l4stelds virusaipaliekal4stelgypatingubldu - egzocitozds. nesunaikina. Iiimtis - HIV virusai, kurie sunaikinavieno tipo T limfocitus(helperius). Tn lzlsteles Prie membranostvirtinasivirusoSerdisarbavisasvirusas(su kapatsisidu). Virusasapsigauhiamcmbrana,ir nuo l4stelespavirSiaus apvalkalo: virusas,apsuptaslipidinio skiria,,pumpuras"(ilikoproteinas

s cnrbrlnr P r i s i t l ' i r t i n i r n apsr i c n r c m b r a n o s A p s i g a u t l i n r am

V i r u s o ( , . p u m p u r o " )i S s i l a i s v i n i m a s

o i5 jos pastoviaiir didcliaiskiekiaisiisilaisL4stelenesuardomzr, vina virusai. Virusq grupes pagal gyvavimobldq irgi susijusiossu genetinc medZiaga- jos rcprodukcija.Be retrovirusq,dar yra nuosaikiejiir virulentiniaivirusai. Nuosaikieji(lizogeniniai)virusai - dar viena virusq grupd, kuri Jie irgi b[na dvejoposblse,,taikiai"sugyvenasu l4stele-Seimininke. genom4, bet jq genetinemedZiaga nos: laisvi ir isiterpgi lqsteles jie blna retai. Bltinos ypatingoss4lygos, pastoviaiyra DNR. Laisvi kad SievirusaiiS integruotospereitqi autonomingb[senq (prisiminkime fago indukcij4). - jos chromosojie dauginasikartu su l4stele-Seimininke Paprastai ma, kurioje tirno virusas.Siolepadetyjevirusasvadinamasprofagu,o - lizogenine. Bakterijqlizogeniniqvirusq l4stele,kuriojeyra profagas, virusas (A. esmgi5ai5kinoLvovas Lwoff). L4stelis,kuriosenuosaikusis yra igijusiosimunitet4kitiemshomologiniams isiterpgsI chromosom4,

---*t ' ll

-j-, N.lirog",,,n.s -\ . -r,' l4stclcs ,"t,.' "J,izogenizacij4

+-/ i

i__-r L__-r

'

t

r,lzo$9nlnCs ,"':-j- ) '_1lqsteles

(-1*.. lo

c

a=

1

t''t".

I

ogenija l *6; . ;il'iz-ogenija .A ' .'i :'^t t r r t J r r ,- ' l'"';Z', {*

'

j

t-.'

I -"'' \,.,,:)

t

Virulcntinio lvirusoraida 'i

€--.

t

.#.--\ / \ \\:-art$ '.<e?iV

l ago ;indukcija

"-G* fi.7 pav. Viruso raida: kaireje - virulentinio, dciineje - nuosaikiojoviruso raida (remiantis A. Lwolf. 1953)

-551

550

-5-.

--F

Be toksinq sintezes,nuosaikieji virusai gali lemti bakterijq lEsteliq formil, paviriinius serotipus ir kt. - nuodingas), uZkretq lqstelcs, Virulentiniai virusai (lctt.virulenlr.rs jas pajungiapirmiausiasavosiosgenetinis medZiagosrcprodukciiai,kuri r,yksta labai spdriai (8.7 pav.). Po to l4stcles transliacijossistema panaudojamaviruso (kapsido) baltymq sintezei.Kitu etapu i5 sudedarnqjq viruso daliq susistittovirusai. Tbkic virusai vadinami virionais. Pagaliausuardomalqstclc,ir SimtaivirusquZkredianaujasl4steles,kad vcl viskas kartotqsi ii naujo. Kaip kokia grandinine reakcija. Virulentiniq virusq gyvavimobudas pasmerkiajuos padius:labai speriai viskas ,,suryjarna",suardoma.Thi, matyt, ir buvo dingstis atsirasti virusams, kuriq gyvavimasyra nuosaikcsniqformq. Virusq genomo ypatybes.Virusq gcnomo talpa sryruoja labai didclcse ribosc: bcZdZionisviruso SV40 ZicdincjcDNR yra -5243bp, o L,piteino-Baro,puslelindsvirusq DNR - iki 200 kb. Ncpaisant iiq skirtumq, virusurilabai talpls ir taupfis genctines Titupoma kcliais bLidais: informacijosatZvilgiLr. . daZni sanklotiniaigcnai (gcn:Isgene, arba vien4 gcnil i5 dalies uZdcnsiakitas gcnas); . labai claZnasaltcrnatyvussplaisingas(i5 to patics tritnskripttt subrgstakclios rnRNR); . vicnas bcndras polipcptidassuskaidomasi kcletil baltyrnq; . gcnonrc yra tik patys bltiniausi gcnai, kiek imanoma naudojamasi lastelis-icimininkisgcnq produktais:poliA, kepure,tRNR. ribosomomis,rRNR ir baltymais. Virusai turi genus,kLrriukoduojami baltymaipajungiaSeimininko lilstclgsavo naudai, slopina lqstclesbaltymu sintczg ir imuninq sistem4. Siuo atZvilgiuvirusai itin ,,iSradingi"ir individualls: gali koduoti baltymus, imituojandius antikfinus ir kitus lqsteles paviriinius baltymus, polisacharidus,paSalintigelcZi i5 gyv[nq baltymq ir kt. Bcnclrzrgenomo sandara priklauso nuo organizmo, kuriamc virusai gyvuoja. Virusq rekombinacija. Nors virusams lytinis dauginimasisnebudingas, tadiau vienq Seimininkol4stelq uikretus keliais virusais dvi DNR molekules gali apsikcisti segmentais.Thi analogiSkakrosingovcriui. Todcl ir virusq DNR anksdiau buvo kartografuojama pagal rckombinacijosdaZni tarp trijq genq. UZkrdtus dviem virusais l4stelg,

taip pat galima tirti virusq gcnq sqveik4,ivairius komplementacijos tipus, atlikti viruso genomo analize. Virusq rckombinacija i5ai5kino1946 m. Heriis ir Delbriukas. B[tina jos s4lyga - virusai turi bfiti giminingi. UZkretus l4stelg dviem negiminingaisvirusais, vienos rl5ics virusas i5stumia kitos ruSiesvirus4 (8.ti pav.). Virusq rekombinacijosypatybes tokios: . poliSkumas.Jeigu vicnumc-viruse yra gcnai AB, o kitame ab, tai rckombinantqAb ir ull turetq susidarytivicnodai,tuo tarpu vieno tipo rckombinantqgaunama daugiau; . heterogenotqsusidarymas.Heterogenota- diploidine (ir heterozigotinc) bukle nc tarp visq, o tik tarp pavicniq genq. Ji susicl:rrogcnonlo dalyjc, ne diclcsncjckaip lo/o. Kadansi viruso genomc yra tik viena DNR molckuli, viruso heterozigotiikumas pasirciSkiatodel, kad, auginant du virususkartu, tarp dviejq DNR molekuliq gali susidarytiheteroduplcksas (tt.8 pav.). Siojc victojc viena DNR molckulcs grandine yra ii vicno viruso, antra - ii antro. Thi laikina. Saviti virusq rekombinaci.iosbfidai. Genomo segmentacija.Virusai turi ir labai sitvitq rekombinacijosbldq. Vicnas jq - genomo scgmentacija.Kclctas virusq, kuriq genetincmcdZiagayra RNR, turi segmcntuotilgcnom4. Kiekvicnastoks scgmentaskoduoja vienil arba daugiau baltymq. Antai gripo viruso genomas yra ii 8 segmentq. Kickvicnasju koduoja l-2 baltymus. UZsikretusi5 karto dviejq ir daugiaugenetiniq tipq virusais,keid i a m a s si c g m c n t a i tsa r p j q . i r s u s i t l a r on a u j i v i r u s qs c r o t i p a i . .- +

fi.8 pav. Virusq rekombinacija: A - E. czlr uZkreiiama skirtingu gcnotipu It r* ir h*r virusais;B - hcteroduplcksas It*r llt r*

553

Keidiantis moduliais, susikuria virusq ivairovd (polimorfizmas):

ABCDEFGH L4steleuZsikretusi dviernpradiniais segmentuoto genomovirusais

a-.-arla-aI|-ran

a-a-aIa-a-a-aIa-

AB'CD'E'FGH ABCDEFGH aI

.Ia-a-aIaIa-aI

aI

.-

E

I

E'

a-a-a-alaraIaEI

B' lvairfisviruso palikuonys, tarp rekornbinantai .jq

-araIa-aIa-)-

E' a-aIala-OIa--

f)' aI

80

60

100

R?

434,82 -a

aIa-a

40

).,434 }

B'

a-

020

H

Cia pavaizduotaskeitimasismoduliais (,,iSsip[timai"- heteroduplcksai, hibridines vietos tarp dviejq virusq) tarp trijq giminingq liamboidiniq virusq: 7t, 434 ir 82. Moduliais gali b[ti nukleotidq sekos (net lipnls galai, reguliacines geno dalys), pavieniai genai, genq grupds su skirtingais valdymo clementais.

E'

ala-

a

Ia

Ia

-

E' ir kt. a-FaIa-aIa-aI

AB'CD'E'FGH

Kuo daugiau genomc scgmcntq,tuo didcsnisviruso serotipq polimorfizmas. Cia, matyt, ir yrzr paslaptis, kodcl gripo virusas toks . . k o s m o p o l i t l r si "r r p l a n k o m u s k i c k v i c n a i sm c t a i s i r n c p o v i c n q karta. Imuninei sistemaisunkiau prisitaikytiprie daZnaibesikeidiandiq viruso serotipq. Moduliai. Sis rckombinacijostipas aptiktas bakteric'rfaguosc. Ypad smulkiai i5tirtas nuosaikusis)" virusas.

Moduliai yra nukleotidqsekos,kuriosgenomeyra toje padiojc vietoje, turi t4 padi4 paskirti,bet nera homologaiir net gali bnti ivairausdydZio,bet gali pakeistiviena kit4. Jie perduodami i3 vieno viruso kitam nepakeisti,kaip sakoma, nuo A iki Z. Be to, igenomq isistatovisas moduiis. Vien4 moduli su kitu ir su visa kita viruso dalimi jungia jungtukas. Jis yra ir ta riba, kuri riboja moduli nuo visoskitos genomo dalies.Sios modulio dalys jungtukai yra homologiniai.IS esmdstai judrieji virusq genomo elementai.Tipiski judrieji genomo elemeDtaikaip tik ir keiiia vietq, s4veikaudamisu isiterpimovieta (taikiniu) trumputdmishomologinemissekomis. 554

555

IX. EUKARIOTU POZYMIU PAVELDEJIMAS IR REKOMBINACIJA

9.1. DNR koprjq paskirstymas. Mitozes tipai

Po DNR replikacijos,padvigubinandiosvienodai tiek prokariotq, tiek eukariotu gcnus,centriniu ivykiu tampa taisyklingasDNR kopijq paskirstymasduktcrincms l4stelcms.Bet pats DNR kopijrl paskirstymas ir l4stclesdalijimasisgali b[ti nesusicti: . DNR rcplikacijav,vksta,bct kopijos licka tante paiiame branduolyje ar net chrclmosomoje(cndomitoze,politenija); . susidaro cluktcriniai branduoliai,bet l4stclesnesidalija (daugiabranduoliql4steliq atsiraclimas); . lastclc clalijasi.o DNR sintcze nevyksta (ntcjozcs antra.jamc dalijimcsi). Iiskirtinc eukariotq ypatybc - dukterinenrsl4stelcmspaskirstoma nc viena, kaip prokariotq, o keletasar net keletasdeiimiiq, o kartais Simtq chnrmosomq.Del iios pricZastieseukariotq l4stelcsclalijasi labai sudetingai,dviern skirtingaisb[dais: mitozcs ir mcjozcls. Mcjozc yra pakitusi (moclifikuota)nritozi. Lqstel€s dalijimasis prasiclcdanuo DNR sintczes.tset priei tai r,yksta dideli pzrruoiiamieji ir,ykiai. kaupiamos rcikiamos medZi:rgos. ji ncsidalija(Zr. p. 332). Prisiminkime, Ir kol lilstele nepasiruo5usi, kad Zmogaussomatinesl4stelcspagal gcbejimq dalytis skiriamos i tris grupcs: '

l4stel6s, kurios ncsidalija po to, kai audinio diferenciacija pasibaigusi r a u r n c n q !n c n / u ; . l4stel
Pzrstoviai ir grcitai (ciklasgali trukti tik 8 val.) dalijasine padios difcrencijuotos l4steles, o jq kamienineslqstelds,i5 kuriq \ystosiepitelio, odos,kraujol4steles. Visqjq dalijimasis yra valdomas.PasigaminEs 556

l4steliq perteklir"rs ,,numarinanras".Vyksta programuota l4steliq Z[tis :rpoptozd(gr. apo - Salin * ptosis - kritimas). Lqstel€sciklas ir valdymassmulkiau iinagrineti IV skyriuje.L4stelcs ciklu vadinamas laikotarpis nuo vieno l4stelesdalijimosi iki kito. L4stclis ciklas dalijamasi mitozg siaurdtr prasme,arba mitozesfazq, arba tiesiog M fazg, ir interfazg.M faze dalijanrai 5 smulkesnesfazes: profazg,promctafazQ,metafazg, anafazgir telofazg(9.1 pav.). Interfaze dalijamai 3 (ar 4) smulkesncsstadijasG,/G,, S ir G.. Mitozes tipai labai svarbltspozymiq paveldejimui. TipiSkai mitozci bldinga tai, kad dukterinis l4stelcsgauna visko po lygiai. Svarbu nct kaip padalijzrmacitoplazma.Skiriami du jos padalijimo tipai: . simetrind mitozd, kai abi duktcrinds lqsteles gauna maZdaug po lygiai citoplazrnos; . asimetrindmitoze,kai citoplazmapadalijamanctolygiai.Vicnai duktcrinei l4stelcijos tenka daug. Asimetrind mitozi r,rykstalabai reik5mingaisorganizmo raiclosmomcntais. Pvz., kiau5inclio pirmojo dalijimosi metu, ir tai ii karto nulemia, kokios bus lasteles:generatyvinesar somatin6s.Taip yra ncmatodo Caenorhabditisclegarts,kai kuriq varliagyviq ir kt. Gaubtasekliq augalq asimctri5kaidalijasi mikrosporos l.lstcld i generatyving ir vegetatyving.Nevic-nodaipaskirstoma citoplazma ir jq gcmaliniame maiSelyjc:susidaro6 smulkiosir vicna stambi centrind l4steli, i5 kurios r.ystosiendospermas.Keturiq po mcjozdssusidariusiqlltsteliq trys smulkiosiossunyksta,lieka viena stambi - pirnlinis gemalinis maiSclis(9.2 pav.). Zinduoliq gametogenezejccitoplazma irgi paskirstomanetolygiai: didZioji dalis tenka kiaLriial4stei.Smulkudiai poliniai klnelizii sunyksta (9.3 pav.). Mitoze be citokinezds- branduolysdalijasi,bet neryksta citokineze, todel susidaro daugiabranduolesl4stelds.Velgi tai gali lykti svarbiais organizmo raidos momentais: augalq antrinio gemalinio mai5elio susidarymotarpiniais etapais,drozofilos blastodermoje ir kt. Kai kuriq grybu daugiabranduolesyra vegetatyvinesl:isteles. Sincitis - savita mitozds forma, kai daugiabranduolejelqsteleje vienu metu apie kiekvien4 branduoli ryksta citokineze. Kaip tik tai atsitinka gaubtasdkliqaugalq gemaliniamemai5elyjeir drozofilos blastodermoje, todel pastaroji vadinama sincitine.

557

Pradine mikroso*"'@

NII TOZ,T]

Iiffinttu

o'"t"'o .'$'ffi-:]*i:*r:r'

Pradinemegasporos lq$ele

clromosomq

a

dY

?

(,-St

i\

TT

rMe,a,aze

\\\ Y

, l

/

fi\]J @@ I \\

I

\

i]

I

'r

l8l

\:/

A ts=, \!,/

I /6\ ffffi'r-@g I

f

"f,,fi,re(

t' \,

\,, 1 ''[<

'r,t

",.,"

)

Vegetatyline

laselcffi Spermlal-J

t).1 pav. Mitozds ir I mejozds (redukcinio) dalijimosi palyginimas: nrcjttzis I profazcje chromosonrosnc tik kondensuojasi,bct ir vyksta homologiniq chromosontq sinapsc'.susidaro honrolotiniq chronrosomq prlros bivalcntai; rnitozcs rletafazijc ckvacinijc plokitumojc iisidcsto padvigubcjusios chromosomos,o mejozcs I mctafazi.je bivalcntai (homologiniq chromosomq poros); mitozcs anal:rzcjc tclol'azejc i polius kcliauja duktcrincs chromosomos, cl ntejozes I anafazeje tclofazeic univalcnlai (padvigrrbcjusios homologincschromosomos);I tclofazeje l l p r o f ' a z c j c c l r r o n r o s o m o si i l i c k a k o n d c n s u o t o s ,p a d v i g u b e j u s i c t-s i S 2 - j q chronraticlZiq.o nritozcs tclofuzcjc chromosomos dckondcnsuojasi

Endomitozd- pamataspoliploidinemsl4stelemsatsirasti.Ji normaliai i,ykstakai kuriosesomatinese lqstelese. Chromosomos padvigubeja,bct ncsidalijabranduolys. 558

I

w

I

Megasporqtetrada

Mikrosponl tetrada

mlKrosporosc

.vtt

\i/

@'\retaraze I t

Pirmoji miroze/i\

vt

\ -V4(rt '

t\

I

Y\

6A v/ v/ ll ii

@@ ll

lil /^6\\g/ \g/ \9/

Sutnendusios Ziedadulkes

Jnjq megasporq

'd*A*re-r%\ lv-g-w-g ,,@

lA '.r'1-.{er@l-i h r$fntinodes I I eP

LU-W*W;:;:' Antrinis gemalinismaiielis

9.2 pirv. Gaubtasdkliq irugalq sporogenczeir gametogenezd

Politenija irgi bldinga kai kurioms somatinemslzlstclcms.Chromonema daliiasi daug kartq (vyksta DNR replikacija), bet nei5siskiria - susidaro politeninds chromosomos. Endoreprodukcija - padvieubeja tik pavienes chromosomos arju ba dalys (pvz.. csant antplifikacijai). Normaliai tai ryksta somatindse l4steldse. Amitozd - tiesioginis branduolio pasidalijimasnesusidarantachromatinei verpstei. AukStesniesiems eukariotams nebDdinga,pasitaiko kaip anomalija su aneuploidinemisdukterinemis l4stelemis.

559

'.;2

r'-{ t. lr 9

[)inninis lvtincs l4stc'lcs )*--

(ionis

t! i

/D\-/:i_-.l 'tl i:'

ja [,t1ini' cnrbriornlclil'crcncraci

11,, .,.3,,r i

l',.

iill

i4

i= :a

,

,;i'l

r

..1,

s

tF

ii Nt r

1 -J) a |

Strbrcnrirrsi.;' kiauiiallslc

- l-

..-a ',:t '

i,;:;

\_/

9.3 pav. Zinduoliq gametogonezd(A) ir spermatozoidos:rndara (B): fl: I akrostlntaii Ciold2iokonrplekso,ja praarclonraskaidrioji zona ir kiauiial4stcs a p v a l k a l e l i s ;2 - b r a n d u o l y s ;- l - c c n t r i o l c ; 4 - c h o n d r i o m a s ,i 5 m i t o c h o n d r i i u suclarytusenereijos ccntras; .5 kaklelio aiis; 6 , uodcgclc

Zemesniqjq eukariotrl (pirmuoniq) gali btti iprastas dauginimosi b[das. bet ir Siuo atveju genetine medZiaga paskirstoma taisyklingai, nes branduolys scgmentuotas ir kiekvicnas segmentas- visas chromosomq rinkinys - genomas. Dukteriniams branduoliams tenka daugiau ar maZiau segmentq su visu chromosomq rinkiniu (po to dukterinesc lqsteleseSiq segmentq skaidius dideja iki valdomos normos). Infuzorijq makrobranduoliuoseminichromosomq tick daug ir jos tokios smulkios, kad kiekvienos chromosomos kopiiu tenka 560

dukteriniams makrobranduoliams,nesvarbu, kaip dalytqsi vegetatyvindse l4stelesemakrobranduoliai. Chromosomq judejimas. Centromcra ir kinetochoraslemia tikslu chromosomq pasiskirstymqir net tai, ar apskritai jis lyks. Pirm i ausiachrontosomosprometafazejcaktyviaij uda vidurio plokitumos link. Sis tarpsnismcnkai iitirtas, bct nustatyfa,kad neapsieinanra be judejimo baltymq- kinczinq (Nod) ir kitu. Be to, chromosoma, bcnt pradZiojc, kol forntuojasi achromatinc verpste, yra labai aktyvi, sLrkaliojasi, kol pric kinetochoroprisijungiakinctochoromikrovamzdeliai (9.4 pav.). Susiformavllsachromatinesvcrpstcspoliams su mikrovilmzdeliaisir pric kiekvienoschromosomosprisitvirtinuskinetochoro vamzdeliams,prasidedapatys idorniausiivykiai.Chromosomair polirriai mikrovamzdcliaigaudo vicnas kit4. Chromosomasukinejasiapic rrii,.iudapirmyn ir iitgalpoliq link. Poliniaintikrovamzdeliai rangosilyg kol pagaliaukinetochorc ir poliniai ntikrovamzdeliaiuZkabinir s),.vatcs, vicnaskite1. chrontcrsomos antraskinctochclras susijungiasu ,,Pagautos" pric5ingopoliauspolinir"rmikrovantzdeliu. Kai visoschromosomospagaliau pagaunamos,prasiclcdzr mctafazc. Metafazdje chrclmosomu vaidmuo atrodo pasy/us, bct kol ncpirsiclalijaccntromera, tol dr.rkterincschromosomossLrkabintosvicna su kita. Achromatindsverpstdsrcikimc ypatinga.Ji ir yra ta lilstelesstrukt[ra, kurios paskirtismitozejctaisyklingaipaskirstytiduktcrineschrolrosomas. Pirmojo ntcjclzis dalijimosi mctu achromatine vcrpstcl t;.risyklingaipaskirstohomologincschromosontas.Ji sudarytai5 daugybcs mikrovamzdeliq,kurie susistatoii tubulinq, suirus citoskclctui. Mikrovamzdeliqsandarojc,bc tubulinq, l0-15c/otcnka kiticms baltymams.Jie vadinami MAP (angl. microtubulc- associatcdprotein). Prie mikrovamzdeliqivairiais bfidais jungiasi judejimo (motoriniai) baltymai:kinczinai,aktinai, dincinai. Sic balrymaisudaro plauSelius (mikrofilamentus), kurie labai svarbDsivairicms chromosomq judejimams- pirmiausiapoliq link (Zr. toliau). Mikrovamzdeliaiyra trijq tipq (9.4 pav., A ir B): . poliniai, tgsiasi nuo vieno poliaus kito poliaus kryptimi, perZengdami vidurio plokitum4, kurioje i5sidesdiusioschromosomos; jie prie chromosomll ncsitvirtina; . kinetochoro, kurie tvirtinasi prie kinetochoro; . ZvaigZdiniai(astriniai) - trumpi mikrovamzdeliai,nukreipti lqstelis membranos link ir su ia saveikauiantvs.

561

c) :ll1

A

ffi

@ R'

f

\ E

ry

9.4 pav. Dukteriniq chromosomq juddjimo poliq link mechanizmai: A, B, (: - mikrovamzdcliq tipai: .1 - poliniai; jais kaip bcgiais (B' D) duktcrines chromosomgsstumiarnospriciingonris kryptimis; 2 - kinctochoro; .l - ZvaigZdiniai; 4 - d u k t e r i n i c h r o m o s o m a ;B - t u b u l i n q s u b v i e n c t q p r i s i j u n g i m o ( + ) i r i r i m o (-) vietos ir kryptys;C - judcjimo baltymq (JB) prisijungimovietos;D - ,,spyruokle"; judesys C - juddjimas begiais; apaiiojc pavaizduotasjudejimo baltymo ,,svaiclyklds"

Mikrovamzdeliq ir visos verpstis paskirtis - chromosomr+paddtis metafazdje ir judejimas besidalijaniios l4steles poliq link anafazeje. Ypating4 reik5mg turi centromera ir kinetochoras.Jq sandara ir paskirtis jau nagrindta. Bltent su kinetochoro baltymais s4veikaujakinetochoro mikrovamzdeliai. iia yra ir judejimo baltymq (kinezinq, aktino). Kinctochorais chromosoma ir nukreipiama poliq link. Thi labai svarbu, nes butent 5i oricntacija lemia dukteriniq chromosomq (chromatidZiq)judejimo krypti. Siuo metu labai intcnsyviai tiriamas chromosomq judejimas polirl link anafazeje.Anafazd prasideda po to, kai iiilgai pusiau pasidalija centromera, i5nyksta rySystarp chromatidZiq, ir iios jau kaip savaranki5kos dukterincs chromosomosjuda poliq link. Thi jau susifbrmavusioschromosomos.Jos yra tipiikos chromosomainukleosomincs sandaros. Kada ir kaip tai atsitinka, susidometa tik pastaruoju metu (Zr. toliau). Chromosomq vaidmuo ir Siametarpsnyje nera pasyvus,ypad praclZiojc.Tiri labai ryiku filmuosc, kuriuose nufilmuotos gyvos besidalijandiosl4stcles.Jose aiikiai matyti, kaip chromosomoslabai smarkiiri atsispiria viena nuo kitos. Tirigi viena i5 chromosomq judejimo vcrsijq yra tokia. Prio kinctochorqprisitvirtingjudejimo (motoriniai) baltymai (9.4 pav.,C) labai stipriai atstumia vicn4 duktering chromosom4 nuo kitos. Manoma, kad i5 Siq baltymq susidaro spyruokles pavidalo struktlra, kuri priei centromcros pasidalijim4yra suspausta (9.4 pav.,D). Kai tik centromerapasidalija,nebeliekato ,,kabliuko", Si atsileidZiair Svysteliduktering kuris laiko ,,spyruoklg"suspaustE. chromosom4poliaus link. Motoriniq baltymq plauSeliai (mikrofilamentai) aptikti ir kinetochoro bei poliniq vermzdeliqkontakto vietose (9.4 pav., B ir C). Manoma, kad jie suteikia chromosomai krypti judeti poliaus link. Judcsys atsiranda tokiu bfidu: plau5elis atsilenkia ir stipriai Svysteli chromosom4 pirmyn (9.4 pav., E). Prie mikrovamzdeliq galq irgi jungiasi judejimo baltymai, daugiausia kinezinq Seimos. Drozofilos l4stelesejuos koduojandiq genq nrl mutantuose sutrikusi achromatin6s verpstds sandara, apie 90o/o kiauiineliq neglvybingi, tarp kitq 30-50% sudaro aneuploidai. Vadinasi, sutrikgs taisyklingaschromosomq paskirstymas. Metafazeje dalis poliniq mikrovamzdeliq yra laisvi nuo chromosomq. Jie vienas kitq Siek tiek dengia ties vidurio plok5tuma, kurioje

. homoloqineschromosomosatsitiktinai dcrinasi su chromosomomis i5 kitrl chromosomll porll; galimq deriniq skaidiuslygus 2" (pvz., drozofilos 21 : 16.:Zmogaus2?3: 8388608); . apsikeiiiama segmentaistarp homologiniq chromosomq - ryksta krosingoveris(homologine rekombinacija).

i5sidestochromosomos.Prasiddjusanafazei,Sie laisvi poliniai mikrovamzdcliaiilgeja,atstumdamivienq poliq nuo kito. Kiek netiketa tai, kad chromosomqjudejim4 poliq link gali lemti ir ivaigZdiniai (astraliniai) mikrovamzdeliai. Anksdiau manyta, kad jq paskirtis tik at'Iaiiau ramine. Kaip Titanui laikyti vis4 achromatinisverpstcspusg. nustatyta, kad prie ZvaigZdiniuvamzdeliq vienu galu jungiasi judejimo baltyrnai(9.4 pav.,C). Kitu galu jie tvirtinasiprie l4stelesmembranus viclinis dalics.Thi trr atsvara.j kuriq tcmpiamasvisirsdrrkteriniq chromosonrqkomplcksas(i3 poliniq - kinctochoro vamzdeliq ir dukteriniq chromosomq).

Mejoze skiriasi nuo diploidiniq lqsteliq mitozis trimis esminiais rciSkiniais: . dvicm l4steliu pasidalijimaisir tik viena DNR replikacija: . homokrgirriq chromosomq konjugacija ir pasiskirstymais; o progrilmtrotukrosingovcriu.

Pamatuotai nlanoma, kad visi Sie chromosomq judejimo b[dai veikia kartu.

Mejoz6s eiga. Mejozc.jerl4stelesdalijasi du kartus, tadiau chromosonros padvigubeja tik vicnil kart4. DNR replikacija r.yksta, ir chrornoncmapadvigubcjaiki prasidcdantnrejozdsI profazei.Pirma kart4 rlirliiantisklstclcnrs,buna tokios padios fazes kaip ir rnitozeje,tik labai uZtrunka I profaze, kuri skirstoma i keleta stadijq (9.1 pav.):

Toliau ryksta citokinezc:citoplazmaclalijasij dvi dalis dvicnr b[dais, susicl:rrcl skcrsinepcrtvarele arba persismaugia. Chromosomujudc.jimasmcjozejesuditingesnis.Visa tai, kas aukiiiau iidestyta,galioja ir mejozci.Mejozcs I profazeszigotcnos-pachitenos stadijose homologincs chromosomosyra konjr-rgavusios, pzrskui centrine dalimi atsistumiavicnu nuo kitos^ laikosi tik tclomeriniais galais. Chromosomomsjudcti reikia daug cnergijos.Apskaiiiuota, kad vicnai chromatidci nustumti poliaus link sucikvojarna20 ATP molck u l i q . O k u r d a r k i t i c h r o m t ) s o m o isu d c s i a i !

. leptoten4(plonassi[las) - chrom
9.1.2. Mej
Mcjozeyra specialus dali.jimosi bldas,kurisi5 diploidiniqlEsteliq padanrhaploidines l4steles. .los paskirtistokia: . i5lickapastovus chromosomq skaiiius,susiliejus dviemlytinems l4stelems; . tolygiai,desningaipaskirstomos homologineschromosomos; . programuotaivykstagcnetincrekombinacija.

[-cptotenos-zigotenosstadijose chromosomos vienu galu susigrupnvusiosir prisitvirtinusiosprie branduolio membranos(tankios plok5r c l L ' st .

S i b u n a d v i c j ut i p q :

565

564 L

I

t-

Kaip ir mitozds profazdje, mejozis I profazeje i5nykstabranduolelis ir branduolio apvalkalelis.Po to prasideda I prometafazi: chronrosomos (bivalentos)juda i vidurio plok5tumq. I metafazd ypatinga tik tuo, kad achromatindsvcrpstdssiIlai nuo vicno poliaus prisitvirtine pric vicno univalento(t. y. homologindschromosomos)centromcros, o nuo kito poliaus - prie kito univalentocentromeros.Kaip tik todel I anafazejei prie5inguspolius juda po vienq univalent4, t. y. dukteriniams branduoliams tolygiai ir desningaipasiskirstomoshomologines chromosomos. Ir I anafazdje,ir I telofazdje univalentai negrjZta j pirming sandarE,lieka kompakti5ki, ir aiSkiai matyti, kad kiekvienasunivalentassudarytasii dviejq chromatidZiq. 'llrp I ir II dalijimqsi nerra rySkios interfazds. Per trumpE pertraukil tarp I ir II dalijimusi- interkinezeje- chromosomosncsikcidia. DNR replikacijatarp Siq dalijimqsinevyksta,todel chromosomq po iiu dviejq pasidalijimqsumaZcjapcr pusg. Gaunamashaploidinis chromosomq skaidius,t. y. dukteriniq l4steliq branduolyjc yra po vicn4 chromosom4ii kiekvienoshomologiniq chromosomq poros. Susidaro 4 haploidincsl4steles.fvairiq organizmq mejozd vyksta skirtingose raidos stadijose: Pagal tai mejoze skirstomaj 3 tipus: . zigoting;ji vyksta zigotojc lytincms l4stclcrnssusiliejus; . sporing;ji b0dingadaugumaiaugalq:po ntejozdssusidarohaploidincs sporos, iS jq vystosi gametofitas,kuriame, be mejozis, vystosi lytincs lqsteles; ' gameting; po jos susidanr lytines l4stclcs. Gaubtasekliqaugalq gamctofitaslabai redukuotas,sumaZejgs.Tiroj pat sporosc susidarolytincs lqstclcs (9.2 pav.). Gyvfinqbfitina skirti gencratlviniokelio ir lytineslqstclcs.Ceneratlvinio kclio l4stelcsncpzitiriatq visq pokyciu,kurie bIdingi somatinems l4stelems(Zr. III sk.).Sqlyginaijasgalimavadinti nediferencijuotomis. Sios l4steleslaipsni5kirivystosi,diferencijuojasiI lytines l4steles. Zinduoliq moteri5kosir vyriikos lytines l4stelesvystosi skirtingai (9.3 pav.). Moteri5kos lytinds l4stelesvystosii5 gemalinio kelio l4steliq,vadinamqjr; ovogoniq. I5 jq diferencijuojasiI eil6s ovocitai. Juose ryksta rcdukcinis branduolio dalijintasis,bet pati l4stele dar nesidalija.Daugelio Zinduoliqlytineslastelesbaigiabrgstitik apsivaisinimo metu. Ovocitai igyja gebejim4 buti apvaisinti.Tadiauju branduolio dalijimasis 566

II

I

toliau blokuojzimas:vienq I metafazeje,kitq II metafazeje.Prisiminkinre, kad brendimo pabaigqskatinaMPF (brendimqskatinantisveiksnys). Zmogaus ir kai kuriq gyv[nq tolesndovogenezesustoja,ir tai gali trukti metq metus. Pirmasismejozesdalijimasisbaigiasitik ovuliacijos rnctu (Zr. toliau). Kitq gyvunq I eiles ovocitq leto augimo faze pakcidia grcito augimo fazd. Cia jvyksta rDNR genq amplifikacija ir susidaro ckstrachromosominerDNR. Dideja mase- labai padaugejzrribosomq ir trynio. PasidalijusI eiles ovocitui, susidaro dvi lqstelis. Viena jq stambi - II eilcs ovocitas,o kita smulki - polinis k[nclis. Abi l4stelcs dalijasi dar kart4. I5 stambiosiosl4steldsvil gaunamosdvi dukterines l4stcles.Stambioji l4stelc diferencijuojasij kiauSial4stg,o kita - vdl smulkus polinis klnelis. Po antrojo mejozesdalijimosi susidarotlys poliniai klneliai. Jic sunyksta.Tik anomaliniaisatvejaispolinis klnelis bct semalas iSjo greit 20va. iilieka. Tirdajis apvaisinamas, Spermatozoidai(vyri5koslytincs lilsteles)irgi rystosi laipsniikai. Ii I ciles spermatocitqpo mejozessusiclarokcturios lygiavcrtcslqstclcs: I eilds spermatocitai (2n) J < P i r r n a s i s- r c d u k c i n i sd a l i j i m a s i s ll eil6s spermatocitai (n) J<-ll nrcjozcs clalijimirsis spernratid6s J< l)ilcrcnciaciju spermatozoidai

'lai

labai stipriai pakitusioslqstclis (9.3 pav.). Spcrmatozoidaituri b[ti labai judr[s ir cnergingi,kad pasiektqkiau5ial4stgir sugebetq ! j4 prasiskvcrbti:ivcikti skaidriqlalzt>ntr(zona pellucidu), pratirpdinti kizruiial4stesapvirlkaldli.'Ihi tikras spermatozoidovcrtis patikrinimas. Todel svarbi4 spermatozoidodali sudaro mitochondriju komplcksaschondriomas,aprrlpinantisspernrutozoidilencrgija. ypatumai. Zntogaus ir kitq Zinduoliq kiauiial:1stesvysZmogaus ganretogenezds tosi folikuluosc (puslclesc).Folikulas pilnas skysiio, viduje yra kiauSialasti.Jo sienclci ipty(us, kiauSialqstepatcnka i pilvo ertm9, o ii ten i kiauSintakius.Kiauiial:1stcs iierjimasii fblikulo (Grafo puslclcs) vadinamas ovuliacija. Zmogaus kiauiialEstesdyclis 150-200pm, masc 0,001mg. Ji 1000 kartq stambesne uZ spcrmatozr)iclq. Jau pcnkiq menesiq motcriSkos lytics vaisiuje yra I eiles ovocitai. Jq yra apic 6.tJ x 106.Gimimo metu ju skaidiusjau blna sumaZejqsiki 2 x 10r',subrcndusiosmoters - tik apic 20(X)(X)nebaigusiqbrgsti kiauiialqsdiq. l5 iq vidutini(kai pcr visq gyvenim4 baigia brgsti -300-600.

561

Pradinis kontaktas tarp homologiniq chromosomq. Zigotenind ir pachitenind DNR. Aptikta DNR, kurios replikacija yra neplaninc. vyksta zigotenoje. Si OXn buvo pavadinta zigotenine DNR (arba zyDNR). Ji sudaro 0,3o/ovist-tgenomo, kiekviena seka 5-10 kb, jose daug G-C porq. Zigotenincs DNR atradimas paskzrtinopasifilyti hipotezg, pagal kuri4 pirminis kontaktastarp hornologiniqchromosomqatsirandazigotcnines DNR vietose. Tarp DNR molckuliq susidaro ,,hibridine.. DNR - heterodupleksas. Hcterodupleksais, kaip uZtrauktukusukabinamos dvi homologinesDNR molckulcs. Pradcjusformuotis sinaptoneminiam kompleksui, hcterodupleksoDNR suyra, tr[kio vietos Lrzpildomos rcparacincsDNR sintczcsbldu (tai ir yra toii neplanine zvDNR sintezc):

Vyro spcrntatozoirhi gaminasi ii naujo. Spcrmatogenezi trunka apie 64 dicnas ( n u o I c i l c s s p c r r l a t n c i t ui k i v i s i i k o s u b r e n d i m o6 s a v a i t e s )D . cl Sio skirtumo vyr i S k o m si r m o t e r i i k o m s l y t i n c m sl a s t c l c m sn c v i e n o c l api a v o j i n g o sc k s t r e m i n e sa p l i n kos s4lytos. ypai pavcldirnuspokviius sukcliantysmr.rtagenai.MoteriSkosc lytindse lrtstelcscpovcikili sumuojasi.Manoma, kad ilgas laikcltarpistiirp pirmojo rncjrrTg5 dalijimosi ir ovuliacijosyra vicna i5 pricZasiiq, kodel toms motcrims, kurios gimdo b h d a m o s v y r c s n c sk a i p 3 . 5 m c t u . d a 2 n c s n ia n e u p l o i d a i .

Homologiniq chromosomq koniugacija. Chromosomosjuda ekvatorincs plokitumos kryptimi ir i polius taip pat, kaip ir mitozeje.Tik vykstantmejozeichromosomosatlicka ir kitokiusjudesius,ncb[dingus mitozci: homologincschromosnmossuartclja.Sis suartc.iimas vadinamas konjugacija,arba sinapse.Homologiniqchromosomqkonjugacija yra vicnasii sudetingiausiq ir dar ncpakankamaiiitirtq rci5kiniq.Siuo rnctu vis labiau isigalinuclmoni. kad homologineschromosontoskon.juguojair somatincscl4stclesc,tik kitokiu bfidu.

ll --.,i

Vykstant mr:iozei, somatini chromosomq poravimqsi laipsniSkai keidia mejozinis poravimasis.Mejozeje homologinill chromosomq konjugacija yra ddsningas reiSkinys. Honrologines chromosomos konjuguoja visu ilgiu labai tiksliai - lclkusasi lokus4.

-) -.r i

Tfro isitikinta iityrus chronxrsomumutacijas(Lr. 6.1-5pav.). Kai vicnojc ii hontologiniqchromosomqjvykstanrutacija,o kitojc chromosomojc ktkusrl tvarka licka ncpakitusi, mejozes I dalijimosi zigc'rtcnos-pachitcnos stadijose susidaro sudctingos kilpos, kryLiai, Lieclai ir kt. figfiros, kad konjugaci.jar,yktq lokuszrsi lokus4. li jq pobldZio galima nustatytichromosonrqmutacijostip4. Vadinasi,chromosomq homokrgijzryrzr pagrindinissinapscsvciksnys.Ir dia homologincs chromosomosvisi5kaipateisinasavo pavadinim4. 'Ihdiau b[das, kuriuo vicna homologinc chromosomas4veikauja su kita homologinc chromosoma,yra labai sudetingas.Pirmiausia kyla klausinrai:

[ | c t c r o r lu p l c k s a s

Naujaisusintctinta I)NR grandinesdalis

P a c h i t e n i n dD N R ( p D N R ) c l a r v i c n a s n u k l e o t i c l qs c k q t i p a s . k r . r r i on c l t l a n i n c sit.ttcze,kaip plrvaclinintitsnrclo, r'yksta puchitcnojc, kai sinaptonenrinis kon'rplcksus iitu sttsiforntlvqs.liri ncturi jokios reikinrcs homologiniq chruntosomu konjugrrci.j6s praclziai. Pachitcnine DNR sudrrro 0, l'.il viso gcnomo, sckos 8(x) 3(x)t) bp ilgio. I t c s i s k i r i an u o l i k u s i o s D N R d u l i c s .

Nustatyta,kad zyDNR ir pDNR svarbiosDNR rcparacijai. Sinaptoneminiskompleksas.Pachitenojchomologineschromosortrossujungtos(arba atskirtosvicna nuo kitos) sinaptoneminiokomplckso (9.-5pav.). Jis trukdo chromclsomomssulipti ir suclarytasiS trijq lygiagrcdiaisu chromosomomiseinandiua5iq (clementq):dviejq ioniniq ir centrinds.kurias su chrtrmosomomisir tarpusavyjejungiir skersinds skaidulos. Kiekviena Soninc aiis sqveikaujatik su viena homologine chromosoma. Sinaptoncminiskomplcksas(SK) susidaroi5 branduolio mat-

. nuo ko prasidcda konjugacija,kaip homologines chromosomos suranda vicna kit4, kokia konjugacijos pradLia . kaip I zigotcnde susidaro ryiys tarp homologiniq chromosomq per vis4 ilgj? 568

569

L-

rl

tsr , , ,^*"" 'iE.

t

I

.&t;

e+ff

I

*{fj ts *i.

At2ttsJl2l3 9.5 pav. Sinaptoneminis kompleksas: A, B - ivairiq oreanizrnq sinaptoncnriniokorrrplcksosancl:rraskiriasi: ,4 - svirplio (Grt'llus arguttittus).B - grvbo (Ntoticllu); ./ - Sonind a5is, 2 - ccntrini aiis. -l chronrosonra(/ - iS R. Wcttstcin, .1. R. Sotckr, 197(l:tl - iS D. von Wcttstcin ct al.. It)1i.1)

rikso baltymq. Galaisjis prisitvirtinapric branduolio mcmbranos.SK laiko homologincschromosorlasgana didcliu irtstumuvicnil nuo kitos: 240-300 nm. SK nuo ankstyvosiosdiplotenos pradcda nykti ir visiikai iinyksta diplotcnos pabaigojc. Homologiniq chromosomq sinapsds pradZia. Homologinds chromosomos suarteja savo telomcriniaisgalais ant vidinis branduolicr mcmbranos.Sie galai imcrkti j tankiaia plokitelg (lamin4). Thi irodyta i5tyrusizochromosnmirs, kurios gali ivairiaisbrrdaiskonjueuoti, nct vicnas chromosontospetys su kitu, ncs pciiai yra vienarskitam homologiiki. Kad ir kaip jos bfitq konjugavusios, du jq galai jmerkti viding branduolio mcrnbranq: i

Vidine branduoliomembrana

<

( l a r n i n eI

Daugclio organizmq mcjozines chnrnrosomosprisitvirtinusiospric ribotos brancluolio apvalkalclio srities ir sudaro puokitg. Puokitc susidaro vclyvoje lcptoteno.je ir i5licka zigotenoie. Kai kuriq organizmq chromosumr)splisitvirtina prie trranduol i o a p v a l k a l c l i o i, r p o t o j u d a i c i k t > r i a m o vs i c n a k i t o s . Kontakto vietojc aptikta baltyrnq, svarbiq chromosorlos sanclarai(Scl, Scll). Mieliu chromosomq galuosc irgi aptikta baltymq (Taml, Ndj 1), kuriuos lcmianiiq gcnq mutacijos slopirra sinapsq.Tiri geriausiai irodo, kad pradinio kontakto victoie l r I t i n i s p c c i : r l r r hs i r l t y m t r i .

Sonindsa5ys ir seseriniqchromatidiiqjungtis. Ir mitozeje po DNR replikacijosiki metafazis,kai ai5kiaimatyti dvi atsiskyrusios, 570

tik centromerq sulaikomos chromatides,praeina daug laiko. Si laikotarpi dukteri"/ \."- | nes chromosomos Iaikosi \,t-) kartu visu savo ilgiu. Be to, patiria laipsni5kqir sinchroniSkqkondensacijq.Nustatyt u , k a d c h r t l m a t i d e sv i e n a kitos atZvilgiu orientuotos veidrodiniu bldu (9.6pav.). Sonuose iisidesdiusioskil().6 prrv. Ryiys tarp seseriniq chrornatidiiq pos. Jos didcja diddjant mil r c n r i a n t i sN . K l e c k n c r , 1 9 9 6 ) toziniq ir mejoziniq chromosomq kondensiicijai. thigi chromoncmoskilpos (domenai) yra nukreiptos i Sonus,o chromatidcspastoliai (karkasas)- i vidq. Chrornatidesvienija jungtys. Manoma, kad, jon-rsionais susiliejus,susidaro sinaptoncminio kornplckso Soninis aiys.

Kdri

Dcfinc

QC

Ry5ys ,,veidu i veidq" tarp seseriniq chromatidZiq mitozeje keidiamasi rySi ,,Sonasprie Sono" tarp homologiniq chromosomq mejozeje. Po to galutinai susidaroioniniai clcmentai,kick vcliau ir ccntrinis elcmentas. Didcli organizmq ivairovc Iabai apsunkirramejozcs tyrinrus. Kai kuriu organizntq homologincs chronrosomospradeda porucltistik tam tiknrsc vielosc - centruosc. Anlai kickvicna ncnratodo ('ucnrrhufuliti.tt,laganschronrosonraturi tik po vien4 ttrki ccntril. Succharornvc'es ceru'isiaechrcnroncmojc yra 190 poravimosi vietq (kas 6-5 kb). Special[s poravimosi centrai aptikti ir drozolilos chromosomosc, iiskyrus kctvirtrdil.

Rekombinaciniai mazgeliai. Ant sinaptoneminio komplekso (pachitcnoje) centrincsa5iesbuvo aptikti nediduiiai (90 nm) mazgeliai. .lq padetis ir skaic*iussutapo su chiazmq ir krosingovcrio vietomis bci daZniu.todel jie net be jokiq kitq tiesioginiqirodymq pavaclinri rckombinaciniais mazgeliais.Sic mazgeliai sudaryti i5 baltymq. Sutampa vieta rekombinaciniqmazgeliq ir tq DNR sesmentq,kuriu replikacija ryksta zigotenoje-pachitenoje.

57r

Visi pagrindiniaimejozdstikslai: . taisyklingashomolclginiqchromosomupaskirsfymas. . krosingovcris ir genq konvcrsija, . chromosonros sandaros paZaidq paialinimas (reparacija) ir sandaroskontrold r,rykstavicntt mctu ir yra bendros pricZastics s u k c l t ir c i i k i n i l i .

Cia pavaizduotosne tik tevu lytines lasteles,bct ir palikuonirl genotipasSiomslqsteldnrssusiliejus,kai atsikuriadiploidinischromosomq skaidius. Gcnq poros paveldeiimas,kai abr"rt€vai yra heterozigotiniai(genctinijc analizcjepagal Mcndeli tai atitiktq pirmrii4hibridq kart4 F,):

^l

Mc.joze->

9.3. PoZymiq pavelddjimas ir diploidi5kumas

]r"

l'6vai (atitinka F r) .{!,1,q

1r

i-F'

a

poros pavelddjimas 9.3.1.Vienoschromosolnq/genq porlt. tarp jq nc kartil Kclctas gyvlnu turi tik vicnq chromL)s()lt]u kurios gcncratyvinescdiploiminetir askaridi lst'uris nrcguloc'ephala, Tirrkimc,kad toks gyvtrnas dirtcsclilstclcscyr:t po dvi chromos()miIS. yra nc hcrmafroditas(daLrginasiivaisos,arba inbrydingo,bhclu), o dvic-jqorganizntqlytincms lzlstclinls(autbrydinduuginasisusilic.jant go b[clu). Genq poros pavelddjimas, kai abu tdvai homozigotiniai. Tevai gali bhti jvairiu gcnotipq.Sutarkinrc.kad antrlizuosimctik vien4 alcliniLl geng pori1,ir kiekvicno ii tcvtpabiejosehomglogillise chrtlnrosornoscvr2rpo toki pati aleli. tik skirting4AA ir aa. Tdvai atrodytu taip: .4

il

A

ir

a\

il \

u

-'l Pagal daug kartq minitrl apibldininrq abu tcvai yra homozigotiniiri. Dipkrido gcne' Lytiniu l4stcliu vi ratyvincs lltstclcs

,l

,l

o T

Lytinds l4stel6s

Vaikailpalikuonys(atitinka F2) Jq genotipqsantykis: l 4

L L.!.:L .1.1 1a

.L-q qil

Taigi jic yra trijq genotiptl: homozigotos A.4 ir ua, heterozigotos .'la' P a s t a r L [ qy r a p u s c v i s q p a l i k u o n i q

Tdvq porq

\" Tcvr-r poros gali huti ivairiq gcnotipq:

' homozigotosAAx4A, (tuxua, AAxatt; ' heterozigotosAuxAtt: ' homozigotasu heterozigotarlu*M, Auxnu. Nuo tivtl gcnotipr-;priklauso fcnotipq ivairove.Ji1 dar padidina rule:liniq genu saveikospob[dis (9.1 lentcle). I5 tikrqjq fenotipq ivairovc dar didesni, ncgll nurodyta 9.1 lentclcjc, ncs fenotip4 (poZyml)daZnainulemia ne vienas,o daug genq' .ti priklauso ne tik nuo alelinitl.bet ir nuo nealeliniqgenq sqveikos. Genotipas ir fenotipas, jq iymdjimas. Kai genetinis linijos ar vcislcs kryZminamosdirbtinai, tdvus galima parinkti. Klasikiniu genetinis analizis atvcju kr1'Zminamihomozigotiniai organizmai. Jie (tevai) Zynrimi raidc P (loI. purentas- tivinis). Jq palikuoniq kartos zyrnimosF (lot. lill - vaikai) su atitinkamais skaitiniais indcksais: F, - pirmoji, F, - antrtlji, l-. lrctioji ir t. t. hibridrl kartos. F, rciikia pirmoji hibridq karta, todcl pric F, daugiau

573

9.1 lenteli. Palikuoniu genotipai ir fenotipai, esant ivairiems tdvq genotipams ir ivairiai nleliniq genq sqveikai

todel l1'ti Zyminiiu Zcnklq gali ir ncblti. DidZiclsiomisraidemis Zymimi dominuttjantvs, maZosiomis- rcccslvicii (lot. rcccs.irls- atsitraukimas)genai.

Palikuoniu Tcvq scnotlDal AA XAA 4,1 xAo

genotlPa

u c n o t i D ol o r m u l d A,a

AaxAa

A A ,A A AA, Aa,aa

AA xuo Aa\da

,4u ,4a,uu

uu tda

Q(I

AAxAA AAxAu Aa'Aa

AA A A ,A u AA, Aa, aa

fenotinai santvkis konketus fenotioas(oo2vmis A . V i s i S l s dominavimas dominuojantis A dominuoiantis A :2:l dominuoiantis/receswusis A ir a I dornrnuqantls A l:l dominuojantis/recesyvusis A ir a recesyvusis a I B . N e v i s i as dominavimas I dominuojantis* A l:l d o m i n u o i a n t i s * / t a r p i n i sA i r - l ' l:2:l dominuojantisritarpinisirecesyvusi s*

s a n t lk i s

5: I

I l:l I I I:l

Fcnotipq analizi,yra kur kas sudetingesne. Reikia isigilinti i geno veiklos (ekspresijos) esmg,kaip SisgenassEveikauja su kitais genais,su gcnotipineaplinka ir ivairiaisvidincs bei i5orinesaplinkos veiksniais. Paprasciausi4 atvejl buvo aptikgsMendelis: vienasalelisvisiSkaislopino kit4 aleli domi n uoj antis -------------+ recesyvqj !.

l : 2 :I

A.Tira AA xuu Au/aa u0 \du AtAI ,r1tA ,4t,

t ,A:.1

A,AI ,AIA t l

t :

,

t :

Au ,4tt,ttu

I

ad

I

A,A, iA) A'A' A 'A ' , , 1 A '

I I I I:l

1

l:l

A 'A ' , A 'A ', A ' 4 "

A'A'xA'a A)A)"A)u .llAt ,.fu A ), 1 : t r 1u1

A ' A ', A ' A :, A:. A:a Ati. Ata , l t . 4 ,t A : u A'A", A'a, A'u, aa

A'A' xuu ,l:A: ruu AtA) tau Atuxuu A)uxua da ^au

.)'1

l l:l I

AT AlAr Ar,ArAr

I I

:l: t

12

A r A r ,A l ^ l^l

^:

A'A', A', A', a

l:l:l

AII

,:

lla

Atu, iu , 4 t u ,u a ,) ,a 4, 0u uu

A r ,A r A"a At, o a

D. Suprrrdominavimas ( p a nri Sr i kaipnev i s i S k o d o m i n a v i r n o ) * DaZnaisunkunusprgsti, pagal kuris alclisdominuojantis, o kuris rccr:syvusis ir nustatomas susitarimil.T-tarpinislcnotipas,A-dominuojantispo4mis,a-rcccsi,vusispoZymis, palikuoniqsantykisnunrdvtasta paiia tvarka, kaip patcikianrigcnotipaiarba fcnotipai. I'aryikintuhcteroziqotincs ponrs ir ju palikuoniai. iokiq ZodZiq ii iios tirados raSyti ncreikia (claZnaklaida). Kai turima omenyjc paiius organizmus, raioma F, hihritiai ir pln. Zymeti F,, F, victoj ,,pirmoji hibridq karta", ,.antroji hibridq karta" labai patogu. Prisiminkime ir tai. kad uZraSantgenetines anzilizcsrezultatus pirmasis nuroclomasmotininis individas, antrasis - tcvinis,

574

gcltona lygi violctinc

rcccsyvusls Zalia raukilclta balta

l:l l:l

A', A'A-, A'

IS Mcndclio bandymqsu Zrrnrars: PoZymis/alclis d o m i n u oj a n t i s Scklu spalva Sckhl lirrrna Vriniklupiuspalva ir kt.

I

I:l

AA

A ' A "" A ' A "

A'axA'a

tarpinis T tarpinis/rcccsyvusis T ir a recesyvusls a C . K dominavimas

Kai vienas alelis visi5kai slopina kitq aleli (kaip Mendelio bandy(Aa tipo) visiSkaincsiskirianuo homozigotq,kumuose),hetcrozigot
P*r F

.

.

*

P

_,#.-_, ,-.-'

,#'...###*

't

'

-

'..

-a_'.

F. @.. ,,rq ###,tF,*#*,*

#4JG# *###'i #t#e;. # # #4P, # ##& F.# #,ffi{* #,W W,W,# #ffiS} # ##& G#, ## {F&f}*i #&&6}

,* 6i,8l 61',f,:

f;,fi,*.€], & S}t, €i, 'XB €ii-S & c}s&€}

9.7 pa."'.Monohibridinio kryiminimo rezultatai 4 hibridq kartose: 1' tcl incs lirrmos: F , F.. F., F, - Iribriclu kartos

Sia taisyklc labai daZnai naudojamasigenetikojc,ypad atlickant populiacijq tyrimus. Tadiaukickvicna taisyklcturi iiimdiLl.Ilomozigotu papal reccsyvqjigcn4 aa i5imtys atsirandadil . sqveikossu ncalcliniaisgcnais, . aplinkos vciksniq povcikio. Tirciar"r tipiikas poZymiopavcldejimaspagal Mendelj yra labai supaprastintas.Net paprasdiausio poZymiogcnctikayra labai sudctinga, poZymi lcmia daLrggcnq. Prisiminkime.kad gana paprasto metabolito (pvz., pigmento) sintezg lernia daugelisvienas paskui kit4 vcikianiiq genq, ir paprzrsdiausias gcno produktas daZnai yra netgi ne fermentas,o polipcptidas.Fermcntasgali bhti kcliq gcnq produktas (kaip DNR polimcrazi III arba cr). Tai pagrindiniaigenai,o kur dar kiti papildomieji gcnai (Zr. toliau). Butina kiekvienqpoZymi gerai gcnctiSkaii5tirti. Imkime pavyzdi. Buitiikai ir apic nrelynakiusZmonesgalima b[tq pasakyti,kad jie yra hcrmozigotiniaiaa. Tirdiaunealeliniqgcnq sqveikaima ir iikredia nemzllonq pokitq: dvicjq melynakiq (abu aa) vaikasrctai, bct gali b[ti, pvz., rudakis. Pasirodo,reikia atidZiai apZilreti tevq akis. Jeigu nors vicno melynakio tevq akys milynos su rudais (ar kitokiais taikeliais), gali gimti vaikas, neirtitinkantisreceslviojo geno paveldejimo taisyklcs: 576

Tevai aa>
melynosakys Aa

melynosakys , Aa

/

Ao,1

I Vaikai

;

tI

il,

As as

l

1

)

I;",r'.'.liillillT#. rrrelynos I raudonos

akimis

Taigi buvo galima isitikinti, kad palikuoniq fenotipas (poZymis) nriklauso: . nuo tevq genotipo (9.1 lentele), . kiek poZyml lemiantis genas turi aleliq (ar yra polialelizmas), . kokie yra santykiai hcterozigotosetarp aleliq ir su kitais genais. Geneting analizg komplikuoja tai, kad . daZniausiait4 pati poZymi lemia keli nealeliniai genai, ' tarp nealeliniq genq irgi ryksta s4veika.Ji lemia labai didelg fenotopq jvairovg. Kokie santykiai tarp aleliniq ir nealeliniq genq, kurie aleliai dominuojantys,o kurie recesyvieji,- visa tai nustatoma (kur tai jmanoJ ? .1 3 1 1 1

577

ma) tiesi6giai- hibridologiniumctodu (Zr. I sk.). Kur tai neintanoma, sprendii'ama i5 genealogijq tyrimq, t. y. taikomas genealoginis metodas (Zr. I sk.). esaniiq genq pavelddjimas 9.3.2.Lytindsechromosomose Ypatingu budu paveldini genai, esantyslytinesc chronlostlmtlsc, kai yra hctcrogamctine(XY) lytis. Galimi trys atvejai: . gcnas yra X ir Y chromosolrlose, o genirsyra lik X chromosclmojc. . gellns yra tik Y chrclmostlmoje. genai. Kitaip pavclcliminc( tie genai. kurie Pseudoautosonriniai yra zrbiejose X ir Y chromosomose.Sic genai vadinami pseudoautosnminiais. Tirks. pvz., yra dftrzofilos genas bobbed (bb). Tai recesygcnas. Homozisotincjchuklcjc bb kIn4 clcngiantysicreliai yra vr.rsis plclnesniir truntpcsni.Gcrrasyra lrranduolclioorganizatoriujc,t. y. ten, kur susikaupqrRNR gcnai. bb bb patelessu hcterozigotiniaispaSukryZminushonr0zigotincs ir tiktarp iiq pscudoautosonriniq skirturnai iirySkcja tincliaisBB bb, to, nuo kurioje priklaust-r poZymiai rq autosominiugcnq. Palikuoniq tcvo - X ar Y - chrtlmosomojc buvo dontinuojantysisalelis: P

ybrYM

Lytincsl4stelcs

i^,

X rrs\'r,

x

xhtB i,,,,

[' xrBxrb i Palikuonys

Noruraliospatclc! xhhYhh

l

bohbedPatincliai

af ba

XD6yrl,

x

XrryBa

,1,"' ,i""'i"' j I "rr*oo pateles futbbed xhhYRR I N o r m a l [ sp a t i n e l i a i

Cia viskas bltq kaip ,,pagal Mendeli"' tik atsiranda s4saja su lytimi: kurios lyties - patelcs ar patinilio fcnotipas rcces)'vusis(nagrincttr atveju mutantinis bobbed),o kurios lyties - su dominuojandiu ( n o r m : r l i u )p o Z y m i u . Diferenciniaisegmentai.X ir Y chromos()mqscBnlentai.neturintys homologq pricsingojechromosomoje,vadinami difcrenciniais segmentais. Juose lokalizuotq genq paveldejimasir pasirei5kimasirgi genq. susijg su lytimi, bet kitaip ncgu pseudoautosominiq

(ienai, kurie yra tik Y chromosomoje. Holandriniai poZymiai. Kadangi juos lemiantysgenai yra tik Y chromosomoje,SeimojeSiuos genus paveldi visi ryriSkos lyties individai be iiimties. Vadinasi,jeigu Y chromosomoje yra genas, ieimoje jl paveldi visi berniukai: tie, kurie paveldi Y chromosonr4,paveldi ir joje esandiusryri5kqjE lyti lemiandiusgenus. Pozymiai, kuriuos lemiantys genai yra tik Y chromosomoje.vadinami holandriniais. Pavaclinimaskilcs nuo vicnos garsios Olandijos aristokratq icimos, kurioje pirnrit karta susidurta su tokiu poZymio paveldejimu.Visq icimos vyru ctiketd plcvc jau iis pcr tt00 mctq iiojc icimoic gcncalogi.i:1 trrrp ll ir III koj0s piritu. Pagal j i T h d i a u k i t o sc p u v c l d i v i s i b e r n i u k a i . y . h o l a n d r i n i s t . k a i p y r a p a v c l d i m a s scnas icirrosc iis poZymis aiikiai paveldimasnc pcr lytincs chromosomas.Gali buti, kad vicno kurio protcvio kuriotipe ivyko transloklcija ii autc)somosi Y chromtlsom4. -lhi v i s i i k a i j r n a n o m a .P r i s i m i n k i m ci i l k v c r p i o k i a u i i n e l i qs p l l v o s g c n u s ( Z r . p . 4 i 5 ) , k u r i e d i r b t i n u i i i a u t o s o n r qb u v o p c r k e l t i ( t r a n s l o k u t t t i )i l y t i n c c h r o m o s o n r q ,i r iilkvcrpio lyti buvo galima numatyti i( kiauiiniliq spalvos. Nttrs kittlse iilkvcrpio l i n i j o s c .h c t n t n s l o k r c i j o s g. e n l r sy r a . i p r r r s l o . ivci c t o . i c- l l u l o s ( ) m ( ) i c .

Geno vieta chromosomoje yra tik santykinai pastovi. Genai, kurie yra tik X chromosomoje.,,Sukibg" su lytimi poZynriai. Sirl poZymiqpavcldcjinras[ruvo iSai(kintasdar tuo rnetu, kai ii viso apie paveldejimodisnius, juo labiau apie chromosomas,nieko nebuvo Zinoma.Prici tfikstaniiusmetq jau buvclZinoma.kad hemofilij4 (kraujo nckrcicjimq) herniukai paveldiii sveikqmotinu. Hemofilija serguniiLl moterq labai rcta. PanaSiaipavcldimas daltonizmas (spalvq neskyrimas).Moterims daltonizmaspasirci5kiadaZnizru- 0,5c/o, tatiau ryru daltonikLl yra apic l0o/r,,t. y. 20 kartq daugiau. Siq pozymiq pavclddjinroir pasirei5kimocsmg atskleideMorganas ir jo bendradarbiai,tirdami drozofilos raudonE ir balt4 akiq spalvas. Akiq spalvos paveldejimas irgi priklauso nuo lyties: lyriSkoje lytyje recesyvusisgenas pasirei5kiadaZnizru(9.1tpav.), bet tai susijq nc su Y, r-rsu X chromosoma.Joje yra genai, kuriems nera homologo Y chromosomoje. Vyri5koje lytyje Sic genai yra hemizigotin€je btklejc, kaip ir gcnai, kurie yra tik Y chromosonroje.Genai, esantys cliferenciniuoseX chromosomos segmentuose,ir jq lemiami poZymiai Morgano buvo pavadinti ,,sukibusiais"Su lytimi. Pazymetina, kad jie ndra nei antriniai, nei juo labiau pirminiai lytiniai pozymiai. Vieninteld priezastis,kodel tie pozymiai susijq su lytimi, yra Siq genq

q

q

q

lt n€

d-

I r::: 'l

/iv

@I g-

Fl

/Ai

..,nV

1V F ' l Ll *' _

It

:_-.... :i?|-

\ul \j \ t'

-''-:n

-q

(g

@

\./\ dr*-'-r -

F-

c.............-

Q ' ' ;- ? -

+l ll 6f m

u'

4\g/ v'\

t'-

{g

A*--*-f,

''ilF-'iiiF-

lF.il'l

LIs .l[\

Vaikai

,qq g-

Lytinesl4steles

"t-

T(_

1)

??Tlie;-,:fl".T;::1f ^!"'iH^.?,::s:'ji:-':":',"ariaisk (dlf, visois dukros y.un"t.-'r{:,ii3:. ;:: l:*,,"",,11?"1 "oil:l*"1'

IOuka I

normali,betgenoplatintojaJ

ti

S t ] n u s normalur

B

9.ll par'. ,,Sukibusio" su lytimi dr'zofil's geno v,hite (w) paveld€jinras: zi. baltaakc patclc poruojama su normali.s akiu sparvospatincril; B - normurios akiq spalvospatclc poruojama su baltaakiu patineliu; r - raudonomis, b baltomis akimis

vieta X chrclmosomojc.Jau dabar sioje Zmogauschromosomoie zinomil daugiau kaip 1(X)genq. Hemizigotind bDkld susidaro nc tik clel diferenciniq segmentq X ir Y chromosomose,bet ir del haploidijos (tik vienas chiomosomrr rinkinys),monosomijos(tik viena chromosomais honrolosiniuchromosomq poros). deleciiq (vienoje chrom,somoje iikritgs --..gr"nr.r. homologineje chronrosomojesis segmentasislikgs). Tuigi unufitoje logiSkaihomozigotai ar heterozigotaigenetikoje skiriami hemizigota (gr. heni - pusiau). Tai organizmas (arba l4stele), kuriame yra tik ylenas alelis vietoj aleliq poros. Kacrangir,yriskoji lytis turi tik vien4 X chromosom4,visi joje esantysgenai, kuriu neia y chronrosomoje, pasirei5kiafenotipe nepriklausomainuo to, ar jie dominuojantys, ar recesyvieji. I5nagrinekime,pavyzdziui,kaip paverdimasrecesyvusis,,sukibgs,, su lytimi poZymis daltonizmas. Jis pasirinktas todei, kad jo genai daZnesni,taip pat realis ivairus genotipai bei poros.

S l n I s i r g i n o r m a l i s , n c s X c h n r m o s o m Eb c r n i u k a i paveldi tik

motlnos.

_l IS

?rrkimc, kad sioje-(eimojedukra (+r/) iiteka uz normariaisparvas skirianiictvyro (+D: P i Lytines |4steles

.l

ry 1 F

ir '-.ll-

lf .l

t ,qnl

F -f t

J\ ffi--lronu,

Dukra normalihomozigotine

Dukra - nonnali, bet geno platintoja

il'o""normarus dartonikas ____l

Jq dukrosvel normaliaiskiria spalvas,taiiau puse s[nq, kurie ii..motinospaveldejoX chromosoni*,u daltoniz;o iq g.nr, yru dalto_ nikai' Thip po4mi is senelioper duiras paverdi uyr*ko, lyties an[kai. Toks poZymiqpaveldejimas kartaisvadinamaskrvimisku.

kuriojedaltonikastevas(df DaltonikesmergaitesgimstaSeimoje, moterimi (+d). Sioje Seimojepuse yra susituokgssu heterozigotine yra daltonikai: berniukq ir mergaidiq

,-j ! I

l. t

Eukariotq genomo fragmentacijai didesni ar maZesnjchromosomq skaidiq padiktuoja savas ,,Zaidimo" taisykles.Galimi du nealelin i u g e n q p a v c l d c j i m oa t v c j a i : . skirtingi, nealeliniaigenai yra skirtingose,nehomologinesechromosomose. . nealcliniai gcnai yra toje padioje chromosomoje.

Duka - normali,bct geno platintoja Sunus nonnalus

Dukra- daltonike

S[nus daltonikas

Tbkios santuokos tikimybc priklauso nuo geno daZnio populiacijoje: kuo genas retesnis,tuo maZesnetikimybe, kad gims homozigotinds mergaitcs ir poZymis iSry5kesmoterq fenotipe. Del to hemofilija tarp motenl yra i5inrtinis,o daltonizmas,nors ir gerokai rediau negu tarp r,yrq, vis delto imanomas ivykis. Mat daltonizmo genai yra paplitg populiacijojc. Dominuojantys ,,sukibg" su lytimi poZymiai, atvirkidiai, daZniau pasirciSkiatarp moterq. PavyzdLiui,normalus spalvq skyrimas,paveldimi defektai - neorganinio fosfbro stoka kraujyje, ddl to i5sivysto rachitas arba dantq emalio defektas, del kurio patamseja dantys.

9.4. Eukariotq genomo fragmentacija i chromosomas ir genq/ poZymiq pavelddjimas Eukariotq gcnomas skiriasi nuo prokariotq genomo daugeliu ypatybiq (Zr. 3.1. sk. ir 3.1 lentelg), tadiau genq/pozymiq paveldejimui svarbiausios,lemiandiosyra dvi: . diploidiSkumas, . genomo susiskaidymas i atskirus fragmentus - chromosomas.

Pirmuoju atvcju gcnai/poZymiaipaveldimi nepriklausomai,antruoju ltvcju genai yra sukibg. Mendelis nustati, kad poZymiai paveldimi nepriklausomai vicnas nuo kito. Ir tai vienas didZiausiqMendelio pasiekimq,vienas i5 jcr ilcsniq. Tik vcliau buvo nustatyta,kad nepriklausomaipzrveldiminet nc gcnai, o chromosomosarba genai, kurie yra tojc padioje chromosomojc, bct nutolg, ir krosingoveriodaZnislabai didelis. Clenq sankib4 atrado Morganas ir i5 karto i5ai5kinojo pricZasti: gcnai, kurie yra tojc padiojc chromosomoje,paveldimi kartu, sukibg. Kad ir kaip toli bltq paZcngggenctikostyrimq metoclaiir rczultutai, bct, pirma, eukariotq genetind analizc hibridologiniu metodu vra nei5vcngiamanorint nustatytigenq s4veik4ir paai5kintifenotipq ivairovg palikuoniq kartosc ir kodel atsiranda nauji fenotipai dcl gcnu s4veikos.Antra, nei5vcngiamaitcnka kryZminti eksperimentinius, gcnetiniusobjektus ir jq rezultatuspritaikyti tiems objcktams,kuriq clirbtinai pagal pasirinkt4 plan4 kryZminti negalima. Thrp tokiq ob.jektq svarbiausiasyra Zmogus. KryZminimai, kuriuose tdvai skiriasi lvairiLr genu skaidiumi arba analizuojamasjvairaus genq skaidiauspaveldejimas,turi pavadinimus. . Monohibridinis - vadinzrmaskryZminimas,kai tiriamas vienos aleliniq genq poros paveldejimas,heterozigota pagal vien4 tiriam4 alcliq por4 - monohibridas; . dihibridiniu - dvicjq nealeliniq genq analizd, heterozigota pagal du tiriamus genus - dihibridas; . trihibridinis - trijq ncalcliniq genq analizd, hcterozigota pagal tris tiriamus genus - trihibridas ir t. t.; . polihibridinis - kai ncaleliniq genq skaidiusdidelis, hetcrozigota pagal daug genq - polihibridas.

9..1.1.Nealeliniaigenai- nehomologindse chromosomose. poiymiq pavelde.iimas Nepriklausomas

.. P

s

,4if." AB

Dihibridinio kryZminimo analiz6. Pradekime nuo paprasdiausio: dviejq chromosomq porq.Vienoje jq yra lokusasA(a1, kitoje - B(b). Thrkimc, kad pasirinkti fyrimams hibridq tevai yra homozigotiniai abiejosegcnLl porosc. Vieno jq genai dominuojantys

tF +

kito -

ab rcccsyvreJr ; E Si4 padetl visiskai atitinka klasi5kiausiasMendelio atliktas Zirniu su gcltonomis lygiomis ir Zaliomis rauk5letomisseklomis kryZminimas. Thrkinte, kad ,4 - geltona spalva, u - Lalia spalva, B - lygi forma, b - rauk5leta forma. Tirclatevai atrodys taip: qb 4L ,

'

AE

Gcltonos lygios

a6

Zalios raukilctos

PaZymetadidZiosiomis ar maZosiomisraidemis i5 anksto Zinant rczultat4. Paprastaiapie iitaip paZymitas gcnq sarybes.sprendZiama iS F, (9.7 ir 9.9 pav.). Kai tdvai honozigotiniai, visi pirmosios kartos (F,) hibridai yra vienodi, pasirei5kiadominuojantysgenai. IS F, galima sprgsti apie aleliniq ir nc-alcliniqgenq s4veikospobldi. Lytiniq lqsteliq genotipai.Mcjozc diploidineslqstelcspaverdiahaploidinemis: homologineschromosomosporuojasi ir is kiekvienos honrokrginiq chromosomq poros i prieiingus polius kcliauja po vicnq homclkrginqchromosomq.Taigi kokiq genotipq ir kokiu szintykiususidaryslytincs lqsteles,tipiSku atveju (toks yra iis Mendclio bandymas) priklausys nuo tcvq genotipo. Kai abu td:vai homozigotiniai, visosjq lytines l4stelesvienodosAB arba ab. Tadau reikia paaiikinti, kodel heterozigotiniqpagal dvi genq poras F, hibridq lytines l4stelds yra keturiq tipq. Pagrindinechromosomqpaskirsfymotvark4 jau aptardme: iS kiekvienos poros po vien4 chromosomq. lr jos laikomasi (9.9 pav.), taiiau homologiniu chromosomq tarpusavioi5sidestymasmejozesI metafazi'jeyrir atsitiktinis. 584

,#..

/

l o* b?' i, " ( - G c n . , r p a r "

(icllorroslr gios

Zilhos ruukslctos(-

Crrtrrcl,rr .l I)

rt h

??

Fl

l :, ,

I''crrotiFri

r-

lt

*

--

\risirtLrgalai vicnodi

: I

*# ( i . ' l t o n o
i\&

lvlc_jozc-s I nrctafiyi

drr

1ff 4s , -s.g-,

C a m c r , r :A B , a h .

/!r,

!-,!!

.

r'fl

ql

1"., ,, tt

\d,

Jh Il! .1H (lclt0n0s

!!-L ;*t

-,

.

sgl

+|f .t t't

'

lt,tros

;* Ab

l\ glos

ile

0

cr lJ

:tr7i

iT

Ccllonos lr gios

Ccl(()n()s raukilitos

EJ

.4h

aF rtH (iclttrrros l\ .qLo\

*B

iF

2alios lf'gioe

.{.* '!i:

$

etA t7 t)

)lt !l!1 0l)

Gcltonos rxukSlclos

zallos l.l gios

I

tB ( i cI t o r r o s

Gcllonos h gros

i

\{r-, at t) ..1h Ccilontrs mukSlclos

eth

ZF Zalios ll.gios

S:-' I

**,, I 2rttids

,]

9.9 pav. Dihibridinis kryiminimas. Zirniq s6klq spalvos pavelddjimas

Todel, kai tarpusavyje derinasi dvi chromosomq poros, galimos dvi ju padetys I metafazesvidurio plok5tumoje:

arba

585

Abicjq Siq padidiq tikimybe vienoda - 1:1, toddl ir dihibrido lytincs lqstelesyra keturiq genotipq ir vienodu santykiu: IAB:lAb:laB:lab Ii genclikos mokslo ,,iaunyslis" mtisq laikus yra pasickqs labai patogus F. uZanglq"rnokslininkoPcneto (R. C' Punnctt) raivmo bhtlus. pavadintasji sugalvo.iusio yarclu - Peneto gardetd. urba Pcncto lcrrtcli. Sis bhdas vpai pravcri'ia nagrini'.iirnt sudctingcsncg s cnu sar.'cikas. Pcncto garclcld sudaroma taip: a) i5 vicno taiko nubrcZiarnos dvi linijos: v i c n a v c r t i k u l i a i Z c m y n . k i t a s t a t n r c n a ip i r m a j a i i d e 5 i n c p u s q ; t r ) a n t v e r t i k a l i o sios linijos suraittnri ntttlcriiktl lytiniq lqsteliq gcnotipai ir jq sirntykinc drrlis. o a n t h o r i z o n r a l i o s i o -s r y r i i k q l y t i n i q l 4 s t c l i u g c n o t i p a i i r j q s a n t y k i n i d a l i s : c ) kick yra vyriikq ir motcriikq lytiniu l4stcliq genotipq, tick nubreZiamrtlrorizont l l i u i r v c r t i k a l i u l i n i j u . J q s u s i k i r t i r r c s u s i d a r c sl a n g c l i s Y r a a t s k i r i t sz i g o t q d c l l ltvs.

zirniq Ir, hibridai lbic.jOscgenq porosc hctcrozig()liniai,todcl jq lytincs lrlsr c l c s y r a k c t u r i q t i p q l y g i u s a n t y k i u ,v c r t i k a l i q i r h o r i z o n t a l i q l i n i j q p o k c t u r i a s , tivtt lllnecliq - l(j. T'ick ynr qcnotipu dcriniq F,, atsiZvelgiirntir i tiii, ii ko -l'ik (9.9 pav.) ialirr lytiniu lirstclitl gcn()lipLl rur niotirtos - pavcldimrrs gcnrrs. n c n u r o d y t i . i u d a Z n i a i .t r c s v i s q t i p q l y t i n i u l 4 s t c l i q y n r p o l y g i a i '

Kai rcikia skaiiiLrotigalimq gcnotipu daZnius,ypad kai lytiniq lqstcliqdaZniaiskirtingi,ialia lytiniq lqsteliqgenotiprlbutina nurodyti jq daZnius. Konkretaus genotipo zigotq daZnisyra lygus daZniu sandaugai tq lytiniq l4steliq, kurioms susiliejusatsirado toks genotipas. tikimybe konkrediqgenotiprlpalikuonimsatTiiip apskaidiuojama sirasti.Pvz., tikimybd motinos lytinems lEstelemsAB = 0,25 ir tevo tokio pat genotipo lytinems l4stelemsAB = 0.2-5.Sudauginq Sias tikimybcs ir suZinosime,kokiu daZniu gaii buti palikuoniq,kuriu genotiDasAA BB:

arba # 0,25x 0,25: 0,0625, Toks Sio genotipo zigotq daZnissurandamasir i5 Zirniq F, hibridq Peneto gardeles(9.9 pav.). 586

Tiiiau pateiktoje Pencto gardeldjeyra iianalizuoti tik vicno tcvt! gcnotipu dcrinirr palikuonvs: abu tcvai hetcrozigotiniaiAa BhxAa Bb. (iamtinese populiacijosc, tarp jq ir Zmogaus,tdvq genotipai gali buti ivairls. Net icigu pratgstume Zirniq hibridq tyrimus F,, vien su homozigtttnAA BB gali blti iios tcvq poros'.AA BB tr .lA BB. AA BB ir Au BB. AA tJB ir AA Bb. AA BI] ir Au Bb, AA BB ir AAbb, ,t..ltlB ir auBB, AA BB ir aa Bb, AA BB ir Aa bb, AA BB ir aa Db. O kur kiti galinri deriniai'l Kickvienai iS Siq porq galima apskaidiuotipalikuoniq genotipq ir jq drZniq tikimybcs aukidiau i5distytu hhdu. Taip ir daroma. kai tiriamtls populiacijos.

?r Zirniq genotipq lvairovc, kuri4 nagrinejonlc F,, yr:r dirbtinai sLrkurtajuos kryZminant.Jic yra savidulkiaiaugalai, ir jq ivairove Zmttqausgenotiprl ivaigulima sukurti tik juos clirbtinaisukryZminLrs. - laisvo poravimosi, pob[dZio ro\iOrealiai egzistuojadel dauginimosi autbrydingo.Zmogaus teviniq porq, lytiniq l4stcliq ir jq palikuoniq gcnotiptl ivairovc labai didclc. Kokia ji tcori5kai'/ Polihibridiniai kryiminimai. Didelio (n) chromosomu skaidiaus dcriniai. Mendelis istenge atlikti tik trihibridini kryZminim4,bct tcr pakanka bendroms paveldejimotendencijomsnustzltyti,kzii nepriklausor-naipaveldinrasdidelis (n) genq skaidius,tiksliau, kai tarpusar,yje clcrinasididcsnis kaip 2 nchomologiniqchromosomqporq skiridius' Bendri genq paveldcjimoir pasirci5kimohibridq kartosc disninrunliri yrlr tic patys: . pirmoji hibridq karta (F,) vienoda; ' nuo F. palikuonys susiskaidoi grr-rpes. Kcidiasi: . lytiniq l4steliq ir zigotq (gcnotipq) deriniq skaidiusbci santykis: ' fbnotipq grupir.l skaidius ir fenotipq santykis (apic tai toliau). Hibridu (hcterozigotq)lytiniq lqsteliq deriniq skaidiuskinta Sitaio:

trihibrido (Aa Bb Cr) polihibrido (n) monohibrido (Aa) dihibrido (Aa Bb\

2 deriniai, 4 deriniai, 8 deriniai 2" deriniq.

587

I5 tikrqq tai ne genq, o diploidinio organizmo chromosomtl deriniai, kur ,,n" ir yra haploidinis chromosomq skaidius.Taigi maksimalus lytiniq lqsteliq deriniq skaidius:Zmogaus - 223= 8,4 x 10r', drozofilos - 24 = 16, kukur[z\ - 2'u = 1024. I5 tikrqiq deriniq skaidius bus nepalyginimai didesnis del krosingoverio,kuris be didesniq i5imdiq turetq vykti tarp visq toje padioje chromosomoje esandiqsukibusiq gcnq. Cia skaidiuojamastik lytiniq l4steliq kombinacinis kintamumas dcl atsitiktinio chromosomq derinimosi. Empiriniais (F, hibridq) tyrimais zigotq genotipq deriniq skaiiius toks: . . . .

monohibridinio kryZminimo - 4 - 16 dihibridinio - 64 trihibridinio - 4D polihibridinio

Juodaodis

Gzrlimam zigotq genotipq skaidiui suZinoti rcikia sudauginti t6vo ir motinos lytiniq l4steliq deriniq tikimybes: 2"x2" Zmogaus bltq i5 tiesq astronominisskaiiius: 2)3\22] :216, arba 8,4'106x8,4'10u: 7,056'1013. Ir tai be krosingoverio. Abi iios formulds isimintinos.Jomis naudojamasijvairiaistikslais. Pvz., norint nustatyti, kcli gcnai lemia poZymi. SprendZiamapagal tai, i5 kokio minimalausF, hibridq skaidiausi5skilovienas individas su rccesyviuojupoZynriu: I I I 1 I ir

iS 4 - poZymi lcmia " i5 16 " iS 64 " iS 2-56 " iS 1024 t. t.

I 2 3 4 5

genq gcnq genq gcnq gcnq

pora, poros, poros, poros, poros,

Davcnportas (C. Davenport,1913m.) vienaspirmqjqpritaikeSiuos skaidiavimus, noredamas nustatyti,keli genailemiajuodaodZiqir baltaodZiqZmoniqklno spalvos(melaninosintezes)skirtumus.Jis i5tyrd mulatq (hcterozigotqsantuokq)palikuonisir nustatd,kad klno 588

aaaa ooco

M l a4rrnrs

ffi W*.J

.h&

I laltaodrs

9. l0 pav. Poiymio pavelddjimas,kai poligenq porq nedaug: pavyzdyjeZmogauskDno spalva lemia kcturios poligcnq poros; tcvai hcterozigotiniai (atitinka F',). jq fcnotipas tarpinis; F, - poligcnq pasiskirstymastarp jq palikuoniq ir fcnotipai

spalvos skirtumus lcmia nors nevienodas,bet palyginti nedidelis nealcliniq genq skaidius:4-6 (9.10 pav.). Daugelyje Zmogausveiklos sriiiq reikia atlikti polihibridinio kryZnrinimo analizg:

kiekybiniq poiymiq genetikoje(Zmogausk[no spalvosskirtumai priskiriamiSiai poZymiqgrupei); gamtindsepopuliacijose,Zmoniq Seimose(tevasnuo motinos skiriasi daugeliu genq); . selekcijoje- daZniausiaiieikoma palankiq gcnq deriniq ne tarp 2-3, o 10 ir daugiau genr+porq. Fenotipq ivairov€ paprastai yra maZesnenegu genotipq ivairove. Maksimaliu atvcju genotipq ir fenotipq ivairove sutampa. Tuo galima buvo isitikinti i5 vienos chromosomq/genqporos rezultatq (Lr. 9.! lcntelg). Thdiau hibridq fenotipq ivairove irgi susijusi su bendru chromosomq skaidiumi kariotipe ir genq padetimi chromosomose.Genetines

589

analizdsrezultataipriklauso nuo to, kiek iStirta genq, kurie paveldimi ncpriklausomiarba sukibg. Kai genai paveldimi nepriklausomi, grupcs santykiu 3:1, (F.)susiskaido (AuxAu) palikuonys monohibridq i2 fenotipines

dihibridq (Aa Bb x Aa Bb) - i 4 fenotipincs grupes santykiu 9:3:3:l' trihibridq (Au Bb Cc x Aa Bb Cc) - i t3 fcnotipines grupcs santykiu 27:9:9:9:3:3:3:1, p o l i h i b r i d q - i 2 " f c n o t i p i n e sg r u p c s s a n t y k i u ( 3 + l ) " .

Nepriklausontas poZymiq paveldCjimas.Tilksta trediojo Menciclio dcsnio, kuri galima aptikti ir lrodyti tik i5tyrus dviejq ir daugiau genq, csandiq nehomologindse chromosontose, paveldejimE. Pozymiai pavclclimi nepriklausomaivieni nuo kitq, jeigu juos lc-rniantysgcnai yra nehomologinesechromosomose. Antroji iio dcsnio dalis atsirado lau po Mcndelio. Dar kiek veliar-r,po Morgano darbq, isitikinta, kad ,,ncpriklausomai"paveldimi ir tie gcnai, kuric yra tojc padiojechromosomoje,bet nutolg vienas nucl kito. Taip yra dcl krosingovcrio. Gcnetini rckombinaciia- antras reiikinys, kuri galima aptikti tik i(tyrLrsclarrsiitukaip vicnos gcnq poros pavcldijinta. lr tai nepriklausomai nuo to. ur gL'notiptlivairove atsiradusi . dcl laisvo chrtlmosttntqdcrinimosi ar 'di'l krosingttverio. Sumind skilimo F, formul6. li Penetogardclesdihibridiniam kryZminimui (9.9 pav.) akivaizdu,kacl kai yra visiSkasdominavimas,konkrcciojc genrl poroje pakanka vicno dominuojandiojo alelio, kad fenotipe pasireik5tudominuojantis pozymis. Fenotipas bus tas pitts, ar b[tq, pvz., homozigotaAA, ar heterozigotaAa. Todel labai patogu dihibridinio kryZntinimo fenotipq santyki F" uZraiyti Sitaip: 9A - B - : 34 - bb : 3ua B - : laa blt

eia ir kitur br[kSnys(-) rei5kiaantrqii genq poros aleli, kuris nelemiafenotipo.Si formulc parodo,i5 kokiq genotipqsusidarofenotlprl grupes.

9.4.2.Paveldqiimas, kai genaiyra vienojechromosomoje. Genq sankiba Genq sankib4 pirmieji aptiko Bcitsonas ir Penetas 1906 m. kaip i5imti i5 Mendelio disniq, nesuprasdami reiSkinio esmes. Jie pastebejo, kad du peleZirniu pozymiai - Ziedadulkiq forma ir Liedo spalva - paveldimi priklausomai nuo vicnzrs kito. Thiiau jic mani, kacl Sis reiikinys yra viena i5 retu Mendelio desnio iSimdiq. Tik Morganas su bendraclarbiais, tirdami drozofil4, pakartotinai atjo rado 5i rei(kinj, iSaiikino esmg ir irode, kad gcnq sankiba yra nc iSimtinis,o dcsningasreiSkinys. Genai, kurie yra vicnoje chromosomoje,paveldimi sukibg fieigu atstumas tarp Siq genq nira didelis). Dihibridinis kryiminimas esant genq sankibai. Kai pozynriai paveldimi ncpriklausomaivicnas nuo kito, F, dihibridai sudaro po 4 lytiniq l4steliq tipus, ir F. palikuonysiSsiskiri:rsantykiu 9:3:3:3:1. Jeigu genai yra sukibg, dihibridinio kryZminimo santykis yra 3:1. Atsitinka taio: P,1 B

iiili:: ;l l-r

x ;1,i ; ll; 'lo "ll /'l l1 'l.l l '

tt,

--] 'l f a -

lL'

Lytincs klstclcs

fr

xl It

;l llr

_1)

11' tl;l tl iFI 'il i l+r Iu

h)

f'

G e n o t i p UI santykis 4

AB .2 VE-'4

AB

lah

ab 4ub

F - e n o t i p qs a n t y k i s3 : l

t,

lit

?rigi csantsankibaiF, dihibridassudaronc 4, o tik 2 garnetq tipus, todcl ir F, yra tik 4 zigotq dcriniai.Gcnotipq santykisyra 1 : 2 : 1f,e n o t i p q- 3 : 1 ,k a i p ir monohibridini
Galutinis rezultatasz nevisi5kasankiba be krosingoverio,visi5ka sankiba krosingoveris,

Simtaispozymiq, tykis bltu ir sukryZminusformas, besiskiriandias arti jeigu tik juos nulemiantysgenaiyra toje padiojechromosomoje vienaskito, Genq sankibosnustatymas.Visi5kair nevisi5kasankiba.Vienas cukariotq,su kuriaisgalimaekspekryZminimqtipastq auk5tesniqjq rimentuotigcnetikoje,itin populiarus.Tai daugkartu jau mineti analizuojantiejikryZminimai.

b-E-.b w T tg'Ttg 1:1

b --D W t . . rg

b-tg T

tB

1:l

Pasirinktamc par,yzdyjeabu sukibg genai l,g (angl. vestigial - rudimentiniai sparnai) ir b (angl. black - juoda k[no spalva) yra antrojoje chromosonroje,taigi autosomoje. ir jeigu nc achiazntini mejozd ryri5kosioslytics individq gcneratyvindsel4stelese,lydiq analizuojandiojokryimininro rezultatainesiskirtu.fdomiausiatai, kad 5ii1 nusistovejusia tvarkq galima pakeisti.Apivitinus drozofilu patinclius spinduliaisarba paveikuscheminiaismutagcnais, .ionizuojanciaisiais patineliq generatyvindsel4stelcsetaip pat i,yksta krosingoveris. Krosingover!patineliq lilsteldsesukclia judrieji drozofilos genomo elcmentai.Del SiosprieZasticsjie vadinti MRF (angl. male recombination fttc'tors).Antai patineliq l4stelcscrekombinacijosdaZnistarp gcnq crt ir bw yra tik 0,007oh,o kai yra judrusis genomo elemcntas,pvz., P, krosingoveriodaZnislygus 0,84o/o.Padideja 120 kartq. Mcjozinis krosingoverisslopinamas ir kitq Diptera patineliq gencratyvinise kistelise. Thdiau mitozinis krosingoveris abiejose lytysc yra vienoclo daZnio. Ir kai kuriu kitq organizmq heterc'rgametincje lytyje (5i lytis turi skirtingas lytines chromosomas XY) mejozinis krosingoverisyra retesnis.Thip yra peliq, viStq, biilandZiq patincliq ir nctgi Zmogaus lyriSkosios lyties generatlvinise l4stelese. ?ti irgi gali b[ti susijg su nelprasta X ir Y chromosomq sinapse rncjozeje. Genq sankibos grupiq d6snis. Tirdamas drozofilos genq sankib4, Morganas nustzrti, kad

AnalizuojantysiskryZminimasyra tada, kai tiriamasisindividas, daZniausiaiheterozigora,kryZminamassu recesyviuosius pozymiusturindia homozigota,kad ir Aa Bbxaa bb. Tokiu analizuojamitiriamojoindivido b[du kokybi5kaiir kiekybiSkai lytiniq lqsteliqgenotipai. kryZminimqrczultataipriklausonuo Drozofilosanalizuojandiqjq kryZminimutiriami drozofilos hibrido lyties. Kai analizuojandiuoju genams,visi palikuonyspavyri5koslyticshibridai,esantsukibusiems visiikq sankib4,arba Tai reiSkia l:1. grupcs santykiu dvi sidalija i buvo achiazkitaip, kad Siq hibridq mejozcjencvykokrosingoveris, minc mcjoz0. kryZmiVisiSkaikitokierezultataigaunumi,kai analizuojandiuoju hibridinq patele. SukryZminus yra hibridas niniu tiriamasdrozofilos susipoZymius turindiupatineliu,palikuonys patelgsu recesyviuosius skirsto j kcturiasgrupes,bet netolygiai po dvi, kuriq tik viduje santykisatitiktq l:1. PasirinktoparyzdZiotai atrodytqtaip:

nr il ll+ fry

genai/pozymiai paveldimi grupemis. Grupg sudaro genai, esantys toje paiioje chromosomoje, o grupiq skaidius priklauso nuo chromosomq skaidiaus haploidiniame jq rinkinyje (n). Drozofilos fr : 4, todel visi pozymiai yra paveldimi keturiomis genq sankibos grupemis, Zmogaus n - 23, vadinasi, yra 23 genq sankibos grupes, tadiau nurodomos 24 ar net 25 genq sankibos gru-

b-w-. D € tB T vg'T

593

592 l

pes. Kaip atskiros grupes nurodomi genai, esantysX ir Y chromosomose,atskira grupe nurodomi ir mitochondrijq genai. Arklines askarides, kurios n = 1, visi pozymiai paveldimi viena grupe. Nepriklausomo pozymiq paveldejimo apskritai ndra. Ths pat bldinga prokariotams (bakterijoms). Zinoma, tai priklauscl ir nuo to, kaip vert i n a m i p l a z m i d Z i qg e n o m a i . Ir vis delto gaunami nauji sukibusiq genq deriniai, nes genll sankiba nera absoliuti. Thi lemia krosinsoveris.

1r

q

Y,

I 'il

l

594

\vl1 *+'{--

rffi

.o

9.4.3.Krosingoveris Krosingoverio irodymas. Morganas krosingoveri irclde analizuojandiaisiaiskryZminimais,kaip ir genq sankib4(Zr. aukSdiau).Tik po 20 metq krosingovcrisbuvo jrodytas citogenetiSkai.1931 m. nepriklausomaivienas nuo kito tai atliko Stcrnas (C. Stern) su drozofila ir Maklintok bei Krciton (H. B. Crcighton) su kukurlzais. Atliekant abu bandymus, kryZmintos dvi linijos skirtingai citologi5kai pazymetomis chromosomomis.Homologinemschromosomomsapsikeitussegmentais, abi citologines 4'mcs atsid[re vienoje chromosclnrojc. Stcrnas panaudojo dvi drozofilq linijas, kurios turejo ypatingos sandaros X chromosomas. Vienos jq X chromosoma buvo kablio paviclalosu prisitvirtinusiujos gzrlei5 Sono Y chromosomos segmentu. Kitos linijos X chromosoma buvo i5 dviejq fragmentq. MaZesniajamc jos fragmentc buvo du mutantiniai genai: rccesyvusiscr (angl. carnation - raudonasisgvazdikas)- gvazdikq spalvos akys ir dominuojantis B (angl. bar * juosta, lazdele) - ,,susiaurejusios alq's" (sumaZejgsakuiiq skaiiius). Linijoje su kablio pavidalo X chromosoma buvo normalls abiejq Siq gcnq aleliai (cr* ir Bn). Linijos su Zymitosiomis X chromosomomisbuvo kryZmintos tarpusaryie, o je F, pateles - su linija, turindia recesyviuctsius genus cr ir B* (9.11pav.). Toliau analizuotos tik pateles del dviejq pricZasdiq:jos turi 2X chromosomas ir tik moteriSkoje drozofilos lytyje vyksta krosingoveris. Kaip ir tiketasi, be pateliq, kurios turejo siaurasgvazdikq spalvos akis (crcr BB*) arba normalios spalvos ir formos akis (cr*cr B*B*), atsirado dar dvi grupes: gvazdikq spalvos normalios formos akimis (crcrB+B*) ir normaliomis X chromosomomis arba normalios spalvos siauromis akimis (cr*cr* BB*) ir su abiem citologinemiszymemis

X

.q) N

() ()

I

1

oo

c) I

q

aa

r-

^.i q 'u

'6

I

a'll

iit

I

';;ll;; ;

I

:l +1l 1 I

\ ! i I

\

aa

9. I I pav. Citologinis krosingoverio irodymas: trt (r'antation)- normaliostamsiai raudonosakys,dominudantis genas;cr - gvazdikq spalvosakys, reccsyvusisgenas;B (Bar) - susiaurijusiosakys, dominuojantis genasi 1 l * - n o r m a l i a k i q f o r m a , r c c c s y v u s i sg c n a s ; p o k r o s i n g o v e r i o v i e n o j e i 5 X chnrmosomq yra abi citologines Zymis, o antroji normali, be Zymiq

vienoje i5 X chromosomq. Tokios chromosomos galejo atsirasti tik del krosingoverio. Krosingoverio tipai (9.\2 pav.). Du svarb[s krosingoverio tipai mitozinis (Lt. p. 215) ir netolygus (Lt. p. 138), jq atsiradimas ir pasekmes pakankamai smulkiai aptarti III skyriuje kaip somatiniq ls.

595

Viengubas, dvigubas, daugybinis krosingoveris.Dvi homologiniq chromosomqchromatidesgali keistissegmentaisviename ta5ke- viengubas krosingoveris.(9.12 pav., b), dviejuose taSkuose- dvigubas krosingoveris(9.12 pav., c ir kt.) arba keliose vietose - daugrbinis krosingoveris (9.12 pav., h). Tiksliai nustatant krosingoverio daZni, labai svarbu atsiZvelgtii dvigubo krosingoverio daZni, nes, kaip pavaizduota9.12 pav..c, Siuo afveju du galiniai taSkai(genai) A ir C arba a ir c vienas kito atzvilgiu nekeidia padeties. Taigi dvigubq krosingoveriq tarp Siq genq ncaptinkama. Skaidiuojantkrosingovericr daZni tarp dviejq genq, daroma pataisa - pridedami dvigubi krosingoveriai. Tadiau fakti5kai dvigubziskrosingoverisyra aiSkiai retesnis ncsu turetq bhti teori5kai apskaidiavus.

9.12 pav. Krosingoverio tipai: a - krosingovcrisncivykgs;b - vicngubas;c - dvigubas tarp dvicjq chromatidZiq; 11- netolygus; e - dvigubas tarp keturiq chromatidZiq; I g - dvigubas rarp trijLl chromatidZiq;/r - claugybinis

l4steliq pertvarkos bfidai. BDtina priminti, kad del netolygauskrosingoverio vienoje i5 krosoveriniqchromosomqatsirandaduplikacija (tai gali bfiti genq amplifikacijos b[das), o kitoje chromosomoje - delecija. Po mitozinio (arba somatinio)krosingoverioatsirandasomttiniLl l4steliq gcnotipq ivairove: gali bfiti ir fenotipo pokryiiq - mozaikq. Prie5ingi Sicms krosingoverio tipams yra mejozinis ir tolygus tipai. Abu Siuos tipus reiketLl laikyti pagrindiniais. Mejozinis krosingoverisvyksta mejozes I profazeje, kai homologinds chromosomosjau yra i5 keturiq chromatidZiu- sudaro bivalentq (Lr. toliau). Susidaro lytinds l4stelessu naujai sukibusiaisgenais. Jos vadinamos krosoverin€mis, kaip ir homologines chromosomos, tarp kuriq apsikeistasegmentais.Kai apsivaisinantdalyvauja krosoverinis lytinis l4steles,nauj4 sukibusiq genq sek4 paveldi palikuonys. Nors mejozinis krosingoverisstatisti5kaiapra5omaskaip atsitiktinis reiSkinys,bet jis desningasir s4lygojamashomologiniq chromosomq sinapses,ypatingos mejozineschromosomossandarosir specialiq genq (Zr. X skyriq). 596

Pavyzdysi5 Murgano ir Startcvantodarbo. Jic i5tyre krosingovcrj tarp trijq drozofilos genq w Qt,hitc- baltos akys),y (vellow,- geltonas k[nas) ir m (miniature - maii sparnai), kuric yra X chromosonrojc.Dvigubo krosingovcriotarp 3iq genq tikimybc l u r c t u b l t i l y g i v i c n g u b q k r o s i n g o v c r i qt i k i m y b i u s a n c l a u g a iK. o n k r c d i a i S i c m s g e nams brltq 0.43. IS tikrujq dvigubo krosingovcrioda2nis buvo tik 0,045, t. y. bcveik l0 kurtq maZcsnis.

Krosingoverisvienoje chromosomosvietoje slopina krosingover! kitoje tos padios chromosomosvietoje. Sis rei5kinysvadinamas interferencija. Ji pasireiSkiatik tada, kai atstumas chromosomoje ne didesnis kaip l0ol, (cM) krosingoveriovienctq. Kai atstumas didesnis kzrip 3-5%,Sis rciikinys visi5kaiiinyksta. Nepriklausomas pavelddjimas, kai atstumas tarp genq didelis. Kai gcnai yra nutolg, krosingoveristoks daZnas,kad keturiq genotipq lytiniq lasteliq ir atitinkamai palikuoniq po analizuojandiojokryZrninimo yra maZdaugpo lygizri: .

4!,@ ab

uh

ab,

oB

ab

ab

(be krosingovcrio) (po krosingoverio) Tbdel ir toje padioje chromosomo.jeesantysgenai paveldimi nepriklausomai,lyg jie butu nehomologinisechromosomose. Pasitaikokuriozq. Vienas jq - nct 7 Lirniq poZymiai,kuriuos tyre Mendelis, yra sukibc. t. y. juos lcntiantysgenai vra tqe padioje chromosomoje.tik dideliu atslumu vrcnls nuo kito. Antai atstumas tarp gcnq, lerniandiq seklos luobeles ir patios sckios (scklaskiliiu) spalv4, yra 200ch. Mendelio bandymuosc sukryZminus

591

Af AI^E;

ai

iia A - pilkai ruda luobcli, a - balta luobclc, 1 - gcltona seklq spalva, i - Lalia seklq spalva, F. santykis atitiko 9:3:3:l (X') = 2,20, P > 0,05): 357 A- I

: 132 A- ii : 116 aa I- : 31aa ii

Vadinasi,iiq sukibusiq gcnu pavelddjimasvisiSkaialitinka nepriklausomo poZynriq pavcldcjimo dcsni.

Krosingoverio priklausomybd nuo ivairiq veiksniq. Krosingoverio daZnis tarp bet kuriq dviejq genq yra santykinai pastovus dydis, ir pagal tai nustatomasatstumas tarp genq. Krosingoverisyra genetiskai uZprogramuotasrei5kir-rys, todel yra genai, kuriq produktai atlieka geneting rckombinacij4. Aptiktos iiq genq mutacijos. Genotipo svarba ypad i5rySkeja,kai del mutacijos slopinama kuri nors krosingoverio grzlndis,pvz., pavcldimai sutrinka homologiniq chromosomq sinaps6.Drozofilos III chromosomojeyra genas, kurio mutacija slopina krosingoveri visose chromosomosc. Didelg itak4 krosingoveriui turi chromosomq sandarosypatumai: atstumas nuo centromeros,chromosomoskondensacija(cuchromatinas ar heterochromatinas),chromosomqsandarospokydiai.Centromera krosingoveri slopina: tarp dviejq genq, kurie yra arti centromeros, krosingoveriodaZnisyra maZesnisnegu tarp dviejq genq, esandiqtokiu padiu atstumuvienasnuo kito, tik nutolusiqnuo centromeros.Del kai kuriq chromosomqmutacijq,ypad inversijq,kai chromosomosscgmcntas pasisuka180', krosingoverislyksta, bet ncpasirei5kia,nes susidaro negyvybingos,genetiSkainesubalansuotos lytincs l4steles.Jos Z[va, todel nepavykstagauti krosoveriniq individq. Krosingovcrio daZniui turi itakos organizmq fiziologine b[kle amZius, lytis. Jaunq ir senq drozofilos pateliq krosingoverisdaZnesn i s , v i d u t i n i o a m Z i a u s- r c t c s n i s . Aplinkos veiksniai irgi gali keisti krosingovcrio daln1.Jau mindta, kad, apSvitinusdrozofilq patinelius jonizuojandiaisiaisspinduliais,jq generatyvinisel4stelesepastebimaskrosingoveris,kuris paprastai patindliuose nc\,yksta.Pateliq chromosomosedel jonizuojandiosiosspinduliuotes padaLnejakrosingoveris.Be to, l7-29"C temperat[roje drozofilq krosingoverisyra santykinaipastovus,bet temperatirai pakilus arba paZemejusjis padaZneja.Krosingoveristaip pat labai priklauso nuo kai kuriq dvivalendiqir trivalendiq metalq jonq, ypad nuo kalcio 598

koncentracijos.SumaZejuskalcio jonq koncentracijai arba paveikus drozofil4 EDTA (etilendinitrilotctraacctatu),kuris suri5a dvivalendiq ir trivalendiq metalq jonus, krosingoveris labai padaZneja.Bldinga tai, kad aplinkos veiksniai nevienodaikeidia krosingoveriodaZni ivairiose chromosomos dalyse. Ypad jis padaZnejaarti centromeros.

9.,1.4.NetipiSkaseukariotqpoiymiq paveldejimas Kartais netipi5kaspaveldejimopobudis pasireiSkiajau heterozigotose arba atliekant hibridologing analizg pirmojoje hibridq kartoje (F,). PavyzdZiui,n-ratomaF, palikuoniq lvairovearba neiprasti,nctikcti F, hibridq fenotipai, nors abu tivai yra homozigotiniai. Tadiau paprastai apie nukrypim4 nuo tipiSko poZymio/gcnopaveldejimo sprendZiamai5 F. (arba Si4 kart4 atitinkandiqpalikuoniq - zrbutcvai h c t c r o z i g o t i n i a it)y r i m q . Dar Mendelis nustate, kad F, palikuonys susiskaido i grupes tam tikrais santykiais (tai jo 2-asis disnis). Taigi ii anksto galima nr"rmatyti,j kokias genotipq ir f'cnotipq grupes ir kokiais jq santykiais tLrritq susiskaidytiF, hibridai. Matematinis nukrypimq ivertinimas. Ar nukrypimas yra ddsningas rei5kinys, ar atvirkidiai, nustatoma matematikos metodais. Stai kodel genetikoje nuo Sio mokslo atsiradimo pradZios labai pladiai taikomi ir vcrtinami matcmatikosmctodai. jq yra I'z (chi) kvadrato metodas. Juo patikPats paprasdiausias rinama, ar nukrypimas nuo teori5kai laukiamo rezultato yra zrtsitiktinis:

12= 4y(o-a)' E - konkrceios klasCs(l'cnotipq grupOsir kt.) kvaclratinisnukrypimas; tn l!?-'E-l - visq kvadratiniq nukrypimq suma; O - konkreiios klascs (grupes) rczultatas;

I 1: - rczultatas, kurio tikimiisi iS iios klascs (grupes).

Naudojamasi ir kitais matematikos metodais (Kolmogorovo), kai norima ivertinti, ar nukrypimas atsitiktinis, ar desningas. Genetikos ddsniai yra statistikos ddsniai. Tai taikytina visiems gcnetikos rei5kiniams,kurie i5rei5kiamisantykiaisar genotipq/fenotipq daZniais,tarp jq ir F. santykiaisesant visi5kam dominavimui ir

599

- dviemrei5kiniams, genr+/poZymiq paveldejimui kunepriklausomam riuos nustztteir tyre Mcndelis. Kad palikuoniu susiskaidymoi grupes santykiaiyra statistikosdcsniai, nesunku , . G i m b u t i e n c 1 9 3 9 m . a p r a i e t o k j b a n d y m 4 ,k u r i a t l i k d a v o i s i t i k i n t i . P a v y z d Z i u iE Dotnuvos Zcmis ukio akademijosstudcntai. Didelei studcntq grupei buvo iidalytos po lygiai dviejq vcisliq pupeliq siklos, kurios buvo vienodos formos, bet skirtingos spalvos,talkimc, juodos ir baltos. Studentai uZsiriidavoakis, pupclirl seklas sumaiiydavo, i5diliodavo po dvi ir atsiriiclavoakis. Sususmavusvisq studcntr] stcbijimq duonrenis,eautas apvtikriai toks siklq poru santykis: l/,1 juoda juoda : 2/4 juoda balta : ll,l balta balta. Kitosc ialvsc gcnc'tikospratybos prasidcdlvo monetos nrutymu: ,,hcrlras-skaidius".Kadangi pinigo pusc su hcrbu iSkilcsni, tai susumavus daug nrctimu daZncsncpusi' buvo ..skaidius".Jis ,,dominuodavo" santykiu 3:1.

Kai genai paveldimi nepriklausomaiir tarp aleliq heterozigotose pasirciikia visi5kasdominavimas,tipiikas f-cnotipqsantykisF, yra . . . .

m o n o h i b r i d i n i ok r y Z n r i n i m o tlihilrridinio trihibriclinit) polihibridinio

l:l 9:3:3:l 27:9:9:9:3:3:3:l (3+l)".

BDtina jsidcmcti du svarbiusgcnetincsanalizdsdalykus. Pirma, skilimo santykiams.kaip statistikcls desniams,budinga tai, kad konkrctaustyrimo rezultatasncvisi5kaisutampasu teoriniaisskilimo santykiais,tik daugiau:rr maZiaupriarteja prie jq. Thip buvo ir Mendclio bandymuosc.Nagrincto dihibricliniokryZminimoatveju tik. 9 , 8 g e l t o n ql y g i q : 3 , 1 r a s i sf ' c n o t i p qs a n t y k i sF , b u v o n e 9 : 3 : 3 : 1 o gcltonq raukiletq : 3,4 Zaliu lygiq : 1 Zaliq raukiletq. Kiek bus priartita prie tcorinio santykio, priklausys nuo istirtLl palikuoniq skaidiaus.,,ldeal[s" sutapimai gali bilti tik mokslininko ncsilzininsumo iKrdymas. Antra, ncteisingabltq icSkoti statistinioddsnio pasirei5kimopav i c n c s cZ n t o u i ui c i r n o s c .n c i i r g a u s i o s cJ. o s c i n d i v i d qs k a i i i u sn e p u kankamasstatistiniamdesniui pasircik5ti.Kai F, palikuoniq skaidius ribotas.kartais nct s:rntykius2:1 ar 6:l tenka pripaZintikaip 3:1. Net gana gausiosZirniq icimos (vieno augalo palikuonys) buvo nepakankamos mineticms santykiamsnustatyti. Bct kaip ir nretant monetE (iSkilesnepuse) ar skaidiuojantpupcles (lygus.iuodq-baltqseklq skaidius).yra s4lygos,kurios brltinos, kacl F, palikuonyssusiskirstytqi fenotipines(ir atitinkamasgenotipines) g r u p e ss a n t y k i a i s3 : 1 , 9 : 3 : 3 : l a r 2 7 : 9 : 9 : 9 : 3 : 3 : 3 : 1 . 600

S4lygostipiSkiemsfenotipq santykiamsF, pasireikiti, esant nepriklausomam genq paveldejimui zrr visiSkamdominavimui, yra tokios: . pakankamai i5tirta palikuoniq; o genai susidarantlytincnrsl4stelemsturi derintis atsitiktinai,nepriklausomai: . lytines lalstelesturi bDti genetiikai grynos,t. y. haploidines,ir visq genotipq lytiniq lqsteliq turi susidaryti po lygiai ir buti vienodai uyvybingos: . apvaisinimasturi bhti atsitiktinisir tipiSkas; . visq genotipLrzigotos turi b[ti vienodai gyvybingos; . tarp ncaleliniq genq (csant dihibridiniam ir sud6tingesniems kryZminimarns)neturi bfiti s4vcikos. Lytiniq l4steliq genotipq nukrypimai. Susidarant lytinems l4stelims. genai gali pasiskirstytincatsitiktinai.csant gcnq sankibai,kai nealeliniai gcnai yra toje padioje chromosornojc.Tokiu atveju ir tarp nealcliniq gcnq gaunamassantykis3:1. Lytines lastelcsyra gcneti5kai ncgrynoscsant poliploidijai,kai l4stelejeyra po 3-4 ir daugiau chromosomurinkiniq, arba ancuploidijai,kai padidejapavieniqchromosomq skaidius,yra 3 ir daugiau homologiniq chromtlsomq.Lytines l4steles iiais atvcjais gali bhti nct hetcrozigotincs, bitent Aa ilba Au l)b ir kt. Del ivairiu pricZasciq(skirtingq gcnotipq samctu nevicnodojautrumo ncpalankiclnsveiksniams,virusinci inf'ckcijai,ncskirtingq genotihibriduose(heterozigcltose) vicnodo gyvybingLrmo) pq lytincs l4stelis gali bIti ncvienodusanfykiu.Atskiri genotipaigali visi5kaiiinykti (kai vcikia lctal[s genai) arba i5 dalies i5nykti (kai gcnotipe yra sublctal[s gcnai). Mejoz€s slinkis (angl. nrciotic driv'e).Paprastaimcjozeje hctcrozigotinio inclivido(la) pusc lastcliq yra su aleliu,4, o kita pusc su aleliu a, nes homologines chromosomosmcjozeje paskirstomostolygiai. Thdiau nustatytasreiikinys.kai ii taisyklepaZeidZiamair kurio nors genotipo lytiniq lqstcliq susidaroperteklius. m., Sandlcrio(L. SandNors 5isreiSkinysyra atrastasseniai.dar 19-57 ler) ir Novickio (E. Novitzky), juo pradZiojesusidomdjotik evoliucionistai. Pastaruojumetu jis labai domina mejozis tyrinetojus.Biologi5kai .,mojozesvarZybos",mejozesslinkis svarbuskaip mikroevoliucijos veiksnysir kaip vienas i5 b[dq heterozigoti5kumuii5saugoti.

601

DaZniausiaikaip modclinis reiSkinysmejozdsslinkiui irodyti tirianros invcrsijos. Meiozds slinkio pavyzdZiugali buti minitasis pcliq I lokusas (arba t haplotipas).Thi chromosomos segmcntzrs,kuriame irykusios net keturios inversijos.Susidaro 9992 Sibire aptikta kitokiq peliq invcrsijq, kuriq daZnis hctcrozigotq ti+ victoj .501.2r,. pcliq populiacijose6-5-85%.Drozofilos nlejozes slinkis lemiamas gcnq, pvz., Segegution Distortar (SD) lokuso.

Slinkis ncsusijgssu dalies lytiniq l4steliq arba zigotq Zltimi, bet i5 anksto programuota lytiniq l4steliq Zltis yra aptikta ivairiuose organizmuose.Tai irgi bhdas heterozigoti5kumuii5saugoti. Heterozigotiniai chromosomrl kompleksai. Nakvi5q, bij[nq, durnaropirl, katilcliq ir kitq augalLI,taip pat gyvtnq, ypad skorpionq ir Ziogq, poZymiai gali b[ti paveldimi tam tikru bfidu susidarant heterozigotiniams chromosomq kompleksams. Antai kickviena nakviSosrfiSis turi po du chromosomq komplcksus. Komplekso gcnai paveldimi kartu. Lietuvojc paplitusiosdvimet6s nakviSos(Ocnollrcrabiennis) lEstelescvicnas ii kompleksq pavadintas albicans, kitas - rubens. N0 vicnas Sios rlSies augalas negali ii karto tureti dvicjq tokiq padiq komplcksq - mbens arba ulbicans. Nors vyri5kosiosmikrosporos susidaro dvieiq tip.l - vicnos su albir:an.rkompleksu, o kitos - su nrbens, tadiau normaliai funkciclnuoja trk ruhens kompleks4 turindios Ziedadulkes.Megasporose,atvirkidiai, normaliai funkcionuoja tik albicans komplcksas. Vadinasi, visi palikuonys i5 tcvo paveldi rubcns, o i5 motinos - albicans kompleksus. Visas komplcksasatitinka vicnE bendr4 chromosomq Zied4 (9.13pav.). Kompleksai sud6tingu bldu i5sivystctada, kai visose be isimties nakviSoschromosomoseivyko translokacijos:buvo apsikeista segmcntais tarp nehomologiniq chromosclmq.Mejozdje vienas Ziedas keliauja i vienq poliq, kitas - i kit4. Taip nakvi5os chromosomos pavcldimos i5tisais kompleksais. Kad homologinis chromoso-

.,_{':3:.

;. , r! B

r' .

" l' .

-ti

.:.,

1

. ' , /{l. '

,

&i:._",

2

9.13 pav. Chromosomq kompleksai: (.Oenotlrcra), matyti Ziedasii 12 chromosomqir atskiraivicnasbivalentas; ;{ * nakvi5crs B - Amoeba glahae ntetatazdje (l) ir anafazcjc (2)

602

mos nekonjuguotq, be translokacijq,kielwienoje homologineje chromosomoje dar yra segmentq, kuriq ndra kitoje homologineje chromosomoje. Tai diferenciniai segmentai.Pagaliau chromosomq kompleksq veikla labai sudetingai suderinta. Ji reguliuojama taip, kad albicans i,yri5kos lytines lqsteles ir rubens moteri5kos lytines lqsteles bltq negyvybingos. Kaip valdoma lytiniq lqstcliq su vienu ar kitu kompleksu Zltis, kol kas nei5tirta. Del heterozigotiniq chromosomq kompleksq visi palikuonys yra heterozigotiniai ne pagal atskirus genus, o pagal vis4 genomq. Neatsitiktinis apvaisinimas.Nukrypimai nuo tipiSko lytinio dauginimosi,susiliejanttcvinemsir motinindmslytindmslqsteldms,taip pat blna viena ii pakitusiq skilimo santykiq prieZasdiq.Augalams dauginantis apomikscs(apeinant autbryding4,bc lytiniq l4steliil susiliejimo, i5 moteriiko gametofito) bldu, F, hibridq palikuonysvisiikai neskylai grupes.Tbkiusduomenisgavo ir Mendelis,kryZmindamasvanagcs(F1ieracium) r[Sis tarpusavyjc.Kai organizmai dauginasipartenogenezes ginogenczesir androgenezds b[du, vietoj dviejq lydiq iSsivystotik vicna. Ir Siaisb[dais besidauginaniiqorganizmqpalikuonysgali nesiskaidyti j grupes,be to, turi tik atitinkamai motinos ar tevo poZymius. Selektpusis apsivaisinimas- neatsitiktinis gametq susiliejimas. Pasirinktinaiapsivaisinamatam tikrq genotipq vyriSkomisgamctomis, todel atsiranda esminiai nukrypimai nuo laukiamo genetindsanalizds rezultato. PavyzdZiugali bfiti Zmogaus lydiq santykis. Selektyvusisapsivasinimasir lyiiq santykis. Sis santykis,atsitiktinai susiliejuslytinems l4stelims,turetq b[ti 1:l (Lr. p. 382), tadiau berniukq gimsta apie 5,60/odaugiau negu mcrgaiciq. Mat spermatozoidai su Y chromosoma,lemiandiavyri5kqi4lyti, yra gerokai judresni ir daZniau apvaisinakiau5ial4stesnegu spermatozoidaisu X chromosoma. Tik vyri5koji lytis ne tokia gyvybinga. Selektyviuoju apvaisinimu galima paaiSkinti, kodel kinta lydiq sanfykis kintant aplinkos s4lygoms. Pavyzdliui, auginant drozofilas nepalankiomis s4lygomis, padaugeja patineliq. Geromis s4lygomis, atvirk5diai, buna daugiau pateliq. Thi svarbu r[5ies individq skaidiaus dinamikai: sumaZijus pateliq, automati5kai sumaZdja r[Sies individq. Pastebdta,kad ir Zmogaus lydiq santykis kinta priklausomai nuo aplinkos s4lygq: sunkiomis karo metq szllygomisberniukq gimsta daugiau negu paprastai.

603

Kaip valdyti Zinduoliq, tarp jq Zmogauslyti, dabar realiai sprendliama. Vienas i5 bldq - pasinaudoti skirtumais tarp spermatozoidq su X ir Y chromosomomis.Sis b[das pamatuotas selektyviuoju apsivaisinimu ir gali b[ti taikomas visiems organizmams,kurie turi lytines chromosomas, net augalams. Pirmoji toki b[dE pasille rusq mokslininke V. Sreder dar 1934m,, b[tent lrakcionuoti Zinduoliq spermq clcktriniamc lauke. Siuo mctu spermatozoidqclektroforczcssqlygos tobulcsncs, palyksta gauti t)0-95rb grynumo spermatozoidq frakcijas. Grynos spermatozoidq frakcijos gaunamos remiantis skirtinga spermatozoidq lyginamda mase (Y chromosoma smulki, o X chromosoma yra stambi, todil spcrmatozoidai nevienodos masds), reakcija i skirting4 pH ir kt. Valdyti lyti ypad svarbu, kai lemes lkio produkcija gaunama tik i3 vienos lytics individq (iS karviq pienas,ii vi5tq kiauiiniai ir pan.). Zigott1 i5gyvenimas.Skirtingq genotipq zigotos nevienodai gyvybingos, del to gali ii esmcs pakisti skilimo santykiai.Pai.yzdZiui,Zmoniq vyri5koji lytis ne tokia gyvybingakaip moteriSkoji. To prieZastys ivairios.ne tik biokrgines,bet ir socialinis,nors berniukq, kaip minita, gimsta 5-6% daugiau ncgu mergaidiq (ivairiose populiacijose 5is procerttassi.ryruojatarp 4 ir I l, o Indijoje mergaidiu gimsta daugiau negu bcrniukq), ryresnesc amZiausgrupdse lyiiq santykis i5 esmcs pakinta: -5()metu amZiaustrupeic 100 motcrq tenka 8-5r,yrai,o ll-5 mctq amZiaus grupejc l(X) motcrq - 50 vyrq. Ya.izdliri skilimo santykio kitima ontosenezejciliustruoja paveldimas Zmogaus dcfcktas siklemija. Apie siklcmijq, kuri4 s4lygoja hemoglobino p polipcptido geno mutacija.ra5ytadaug kartu ir dar bus raiom:r. Kai tuokiasi du hctcrozigotiniaiasmcnys HhOHbS

X Hh4HbS,

tarp palikuoniq stokojamahomozigotiniqHb\Hbs individq. PasakMendelio,jq turetq b[ti %. ir palikuoniqgenotipqsantykisturetq b[ti toks: I HI/HU

: 2 HUHbs : I HbsHbs.

tadiau i5 tikrqjq jau gimsta tik apie pusg laukiamq homozigotq Hb'Hbs, o apie 0,5-5(nuo 1,00) Z[va dar negimg. Homozigotiniai

HbsHb\ vaikai mir5ta sulaukg vos 3 mdnesiq -'2 metq, todel Sios genotipq/fenotipq grupis visi5kai nclieka, ir genotipq santykis toks: IHUH\I:2HIvaHb\. Pana5iaipaveldimi ir kiti genai, kurie homozigotinejebfikleje yra letalfis: platinines lapiq spalvos,pilkos (vadinama Sirazi) karakuliniq aviq spalvosir kt. Kai kuriu
r daug kartq arba vienu metu gcnome gali brlti daug to paties geno aleliniq variantq. Thip, pvz., yra genq, koduojandiq imunoglobulinq variabilqji domen4, kur kiekvienas V genas yra skirtingas to paties geno alelis. Tirdiauir Siuo atveju tame padiamehomologiniq chromosomq lokuse gali b[ti tik du tapat[s ar skirtingi aleliai. Atrastos naujos aleliniq genq s4veikosaprai5kos,kurios netelpa i p a p r a s t om c n d c l i z m or e m u s : . genomo imprintingas, kai alelio veikla priklauso nuo to, i5 ko - i5 tivo ar motinos - alelis yra paveldetas. Del Sio rci5kinio skiriami dvicjq tipq genai: bialelinesir monoalelinds raiSkos; . transvekcija, kai vienas alelis keidia kitojc homologineje chromosomoje esaniio alelio veikl4 tik tada, kai dvi homologinds chromosomos yra konjugavusios, . netipiSkas mikrosatelitq paveldejimas. Gilinantis i genq s4veikosprieZastis,gali b[ti atrasta naujq genq s4vcikos rei5kiniq. Klasikiniu atveju skiriami keturi aleliniq genq s4veikos tipai: visi5kasdominavimas,nevisi3kasdominavimas,kodominavimas ir supertlominavimas.

Taigi pagal 5i4 teoriiE normalusis tipas - ilgalaikes evoriucijos rezultatas,o dominavimaspriklauso ne nuo atskirq genq, o nuo atitinkamq aleliq veikimo bendroje genotipo sistemoje.Tai tik ii dalies teisinga,nes santyki tarp aleliq lemia inclividualiosgeno ypatybes.Be to, yra nemaZai dominuojaniiq negatyviq mutacijq. Paprastaijas atranka gana greit pa5alins,bet mutantinis genas,tik k4 atsiradgs,jau yra dominuojantis. VisiSkasdominavimas(9.1 lcnteld,A) yra tada, kai hcterozigotq (Au) fenotipas nesiskiria nuo homozigotq su dominuojaniiais genais (AA) fenotipo. Tas pats alelis (pvz., melyna akiq spalva) vienoje aleliq poroje yra reces),r/usis, o kitoje - dominuojantysis.Net toks palyginti paprastaspoZymis kaip akiq spalva gali briti par,yzdys: rudqspalvq ---> tlorttlnunl.-rrrilynq spalvq dorninuerja spalv4 - nrrrdon:g ----) lcnriantis alclis lcrnianris rrcris lcrnirrrrris alcris Nevisi5kasdominavimas(9.1 lentele,B) anksdiauapskritaibuvo tapatinamassu hibrido, kaip kaZko tarpinio tarp tevq, s4voka. Siuo mctu vieni hibridu laiko tik hctcrozigotas,kiti - visus dirbtinai sukryZmintq gcnctiniq linijq, vcisliq F' F., F, ir kt. palikuonis. Nevisi5kodominavimo atveju heterozigotiniaiindividai yra tarpinio tarp abiejq homozigotq fenotipo, todel heterozigotasgalima skirti nuo homozigotq pagal fenotip4. Sia sa'uybcnauclojamasiivairiais tikslais:

Daugeliu atvejq normalusis (laukinis) alelis yra dominuojantis. Thi pirmasisnustati Beitsonas,o Fi5eris(R. A.Fischer, 1931)suklre tcorij4, pagal kuriq aleliq santykiai - tai evoliucijos rezultatas. Toji teorija paai5kina,kodel dauguma normalaus tipo pozymiq yra dominuojantys. Si evoliucijos rei5kini jis pavadino dominavimo evoliucija. Naujai atsiradg aleliai evoliuciniu atZvilgiulabai ivairus. Gali blti mutacijos, kurios i5 karto bus palaikytosatrankos, ir alelis ims vyrauti, paytzdliui, aleliai, lemiantys didesni atsparumil nepalankiemsveiksniams. lhdiau daZniausiaihomozigotindje,o neretai ir heterozigotineje btikleje (eigu mutacija yra dominuojanti) mutantiniai aleliai maZina glvybingumq. Jeigu mutacija turi ne tik trukumq, bet ir privalumq, kuriuos palaiko atranka, atrenkami tokie genai modifikatoriai (2r. toliau). kuric slopina neigiamasmutantinio geno savybesir recesyvqji gen4 paverdia dominuojandiu. 606

. genetindje analizdje (pvz., ana,lizuojandiuose kryZminimuose),kai patikimai reikalingi heterozigotiniaiindividai; . selekcijoje tiesiogiai panaudojami tarpiniai fenotipai - augalq selekcijoje hcterozigotiniai augalai dauginami vegetatyvi5kai,o gyvuliq selckcijoje tenka nuolat kryZminti tam tikras veisles ar linijas, pvz., kailinejc Zverininkystejetaip veisiamos kai kurios audincs, karakulincs avys, platinines lapes; . Zmogausir medicinindje genetikoje atpaZinti hcterozigotiniams asmenims,turinticms genotipe Zalingq recesyviqjqgenq. pvz., taip nustatomi asmenys,heterozigotiniaipagal fenilketonurijos, amaurozinesidiotijos ir kt. genus. DaZniausiai tai taikoma reccs)'r/iesiems genams, kuriq normalq fenotip4 lemiantis alelis laikomas visi5kai dominuojandiu. Ieikoma

607

t t'@ Q,o

d^Eo

'ffi

r,-^o

@ \-v il

PatryzdLiui,hetcrozigot\ ItIo eritrocitai turi abu antigenusA ir B. Kai tuokiasi hcterozigotiniai asmcnys,

t)

9.14 pav. Zirniq s€klq kraknrolo grldeliai: a - apvaliqscklq,b raukilctu.c F , h i b r i d o , k u r i o s e k l o s i ( o r i i k i r i r r p v l r l i o sn l r s i r c i i k i r rv i s i i k l r sd o m i n l r i m a s

kad ir ncdideliq fcnotipo skirtumq tarp normaliq homozigottt (AA tipo) ir normaliq heterozigotq(Aa tipo). Pasirodo,tokius skirtumus galinranustatytinet Mcndelio Zirnianrs.Visi5kaidorninuojantispozymis yra lygi Zirniq scklq lbrma, o raukSletascklq forma - reces)/usis. Thdiau lygiasckleshomozigotos (AA) skiriasi nuo lygiasekliq hetcrozigotq (la) krakmolo grldeliq forma (9.i4 pav.). Heterozigotiniq pagal amaurozinesidiotijosgen4 asmenqlqstelesepadidejusivakuolizacija,nes Sick tiek sutrikusi lipidu apykaita. Paveldimos metabolizmo ligos daZnai yra del to. kad ncvyksta kuritr nors fcrmcnlo sintczc. DaZniausiuijos yra rccesyviclsit)s. ncs pakanka vicno aktyvausgeno heterozigotose,kad biochcminiq reakcijq ciga bfitq normali ir asmuo svcikas.Tirdiau heterozigotiniq normaliq asmeng lalsteldsebendras fermento aktyvumas dvigubai maZcsnis negu normaliq homozogotiniq asmenq. Pasirei5kiageno dozds efektas. Naudojantis Sia taisykle,pagal fcrmento aktyvum4 i5ai5kinamiheterozigotiniai asmenys,pyz., pagal fcnilketonurijos, galaktozemijosir kitq rccesyviqjq metabolizmo ligq genus. Siuo metu heterozigrltiikumas nustat()masmolekulindsgenetikos (molekuliniq zondq) metodais.Homozigotiniq ir hetcrozigotiniqasmenq fenotipiniai skirtumai tiesiogiai svarbls medicinoje, nes heterozigotiniai asmenys,nors ir normos ribose, atsilieka nuo homozigotiniq asmenq, ir tai gali bfiti polinkio sirgti infekcinemis ligomis, silpnesniq protiniq sugebejimq ir kt. prieZastis. 608

Kodominavimas (9.1 lentele) * tai tas awejis, kai sqveikos tarp dominuojandiq genq prakti5kai nebfina. Heterozigotiniame organizme yra abiejq kodominuojandiq genq veiklos produktq.

Ili x lbi, lygiai (l:1:1:l) gali gimti visq keturiq ABO sistemoskraujo grupiq vaikai (Lr. p. 79). Kodominavimas- vienas daZniausiqaleliniq genq s4vcikostipq. Daugelisalcliq, lemiandiqmutantini baltymq,pasirei5kia heterozigotose.Jq buvim4 galima nustatyti baltymq elektroforezis metodu. Kai kuriais kodonrinavimoatvejaistarp gcno aleliq ncblna recesyviojo alclio. ?rda ii f-cnotipogalima kategori5kaisprgsti apie genotip4, par,yzdZiui,Zmogaus M, N ir MN kraujo grupiq sistcmos: M kraujo grupg lcmia gcnotipas Ltll-\t, N kraujo rrupg - gcnotipls 1-\/.\', MN kraujo grupq gcnotipas l'l1-n. K a i t c v a i M N x M N . p i r l i k u o n y sg a l i b l t i t o k i c : I / 4 M M 2 1 4 M N : l / 4 N N .

Superdominavimas * sqveika tarp aleliniq genl1, pana5i i nevisiKkadominavimq tuo, kad heterozigotiniai organizmzriskiriasi nuo homozigotiniq, tik yra ne tarpiniai, o poZymiq i5sivystymu pralenkia abu homozigotinius tevus (AA arba aa). Supcrdominavim4galinra uZra5ytitaip: AAIAa)ao F. santykizripagal genotipq ir fenotip4 taip pat sutampa ir lygus 1:2:1. Afeliniq genq s4veikacsant pleiotropijai (gr. plt,ott- daugiau + tropos - kryptis). Pleiotropija - daugybinis gcno povcikis dauceliui poZymiq. Thi nc kart4 nrini.tas reiSkinys. lr dar kart4 pavyzclZiupasitarnaus hcnroglobino mutacija - siklemija. llcmoglobino mutantinio B polipeptido 6-ojoje padi'tyje victoj glutamo rlg5ties yra valinas.Homozigotq Hb\Hh\ eritrocitai yra pjautuvo formos (Lr.2.1 pav.). Prisiminkimc, kad i5 iia ir iios mutacijos pavadinimas - piautuvo formos nraZakraujystc,arba siklemija (angl. sitkle - pjautuvas).

609

Hcterozigotiniai asmenysHblHh\ yra sr,'ciki.todel galima tvirtinti, kad normal u s g e n a sH b r v i s i i k a i d o n r i n u d a . T r i i a u t o k i q Z m o n i q b l n a k a m p u o t i e r i t r o c i t a i . Jic aiikiai skiriasi nuo normaliq disko fbrrnos critrocitq. Siuo atZvilgiuyra nevisiSkas donlinavimas- eritrocitai tarpincs formos. IstyrusheterozigotiniqasmenqHbuHbs kraujil, rasti dvcjopi hemoelobinai: Hb'\ ir Hbs, taigi pasireiikia kodominavimas. 'Iai' kad hclcrozigotiniai asnrcnvsnraliari.jai),ra atsparcsni uZ honrozigotinius.galima vertinti kaip supcrdonrinavimil.

Aleliniq genq sqveikos priklausomybd nuo aplinkos. ?ri problema, kazkadasukilusi daug ncrcikalingqginiq. Lysenkistaimane, kad tcrcikia irodyti. jog pirmoji hibridq karra (F,) yra nevienoda,ir grius visa genetika.Mcndelio dominavinrodisnis, kaip jis dabar supranramas, skelbia, kad pirmojoje kartoje (F,) hibridai yra vienoclogenotipo - visi yra hetcrozigotiniai (Au). Alcliniq scnu tarpusavic'r silvcika priklauso nuo ivairiq veiksniq, tarp iq ir nuo aplinkos vciksniq. priklausornainu. aplinkos s4lygq gcnas ii visiikai dominuojandiogali pasidarytinevisiikai dominuojandiu ar nct recesyviuoju. Siklernija gali b[ti ir pavyzclys,kaip laikinai pakinta dominavimo kryptis skirtingoje deguoniesaplinkci.ic: kzri tnrksta deguonics (pvz., aukitikarnise), hcterozigotinirlasmenq HlrlHbr eritrocirai iitista ir igyja toki4 paiiq forni4, kaip ir homcrzieotq[Ih\Hb\ - pasirciikia muZakraujystc,be-t kai deguonies daug, .iiq asmr:nq critrocitai apvalcrja. Durnarclpis ([)aturu), auganiios vasar4 natlralionris sElygornis.purpurinc spllva pitpntslai visiikli nustclbiirZaliil spalvq, tac:iauiiltnanryjc hctcrozigotiniaiaugtrlai a i i k i a i s k i r i a s in u . h . n r o z i g . t i n i q p u r p u r i n i u a u g a l q h l y i k c s n c s p a l v a .

Aplinkosveiksniaikeiiia geno ekspresii4 (raiik4),fenotipinius aleliq santykius,bet gcnoripasnuo to nesikciiia.Sis poveikis ivairiemsto paties geno aleliamsnevienodas,toddl keidiasi s4veikatarp alcliq heterozigotose.

9.5.1.2. Aleliniq genq sqveikos prieiastys N e p a i s a n t t o , k a d s r p v e i k at a r p a l e l i n i q g e n L l ( c l o m i n a v i m a s ) y r a

vienaslcngviaLrsiai nustatoml!cukariotqgenetikosreiskiniq,iti siot 610

ji nera pakankamaii5ai5kinta. Daugelisaleriniqgenq pagal sqveikos pobfidi atitinka Beitsonoir Penetogeno buvimo ar nebuvimoteorii4, ir santykiaitarp to patieslokuso aleliq daznai yra kiekybiniai. Geno buvimo ar nebuvimoteorija labai paprasta:geno buvimas dominuoja prie5 geno nebuvim4. Recesyvusis fenotipas yra tada, kai genas i5kritgs,yra jo delecija arba ivykusi rzul mutacija,kuri visi5kaiinakryvinagen4. DaZniaubuna nul nrutacijos.vaclinasi,veikia tik vienasakryvusis alelis,o atrodo, kad aktyvusisalelis stelbiakit4 aleli. Nevisi5k4dominavim4daZnainulemiagenq doze: Du aktyvfis aleliai (AAl

^-

Stipriai i5reik5tas fenotipas

Vienas aktyvus alelis (la)

N€ra aktyvaus alelio (aa)

Silpnesnis fenotipas

Recesvvusisfenotipas = poiymis nei5sirast€

si teorija paai5kinagana didcles aleliq grupcs recesy/umq,tadiau claug klausimu licka ncatsakytq,kaip antai: . kodcl kai kurios dclccijosyra dominuojandios; ' kodel tame paiiamc krkuse yra ivairi aleliq sqveika:vieni aleliai visiikai, kiti ncvisiikai dominuojantys; . kodcl genas ir vicnojc dozejeyra visiikai dominuojantis, lemia normalq f'enotiprl,kaip tai b[dinga minetiems fenilketonuriios ar galaktozemijosgcnq normaliemsaleliams. visi5kai ir nevisi5kaidominuojantys to paties lokuso areliai. Raitas dar 1934 m.. kai biocheminesgenetikosdar nebuvo,istyre alelius vieno lokuso, kuris jlrq kiaulyiiq plaukuosclemiermelanino sintezg (uZ tai Raitas kartais vadinamas fiziologines genetikos pradininku). Surikiavusalelius ir ivairir; gcnotipq homozigotasir heterozigotas, nustatyti trys desningumai(9.2 lentele): ' normalusisalelis (C) visiskaidominavo,stelbdamas visus kitus alclius. Nepriklausomai nuo to, koki melanino kieki kodavo antrasisalelis,budamashomozigotinejeblkleje, melanino kiekis hetcrozigotoscsu Cl aleliu nesikeite, buvo pastovus;

611

tarpusavioheterozigotosetq aleliq, kuriuos visi5kaislopino alelis C, pasirci5kianevisiSkasdominavimas:pagal melanino kicki Siosheterozigotosbuvo tarpines tarp abiejq teviniq homozigotq; alelius ir genotipus (i5skyrustuos, kuriuose yra visiSkasdominavimas, t. y. heterozigotossu genu C) galima i5rikiuoti i eilg pagal aktyvumq - melanino sintezg. Vadinasi, jvair[s to paties lokuso aleliai lemia ncvienoda aktr,ryumafermento. wkdandio melanino sintezg. Atsakyti i auk5diau pateiktus klausimus ir paai5kinti. kada yra visi5kas,o kada nevisi5kasdominavimas,pavyko tik veliau. kai buvo pakankamai toli paZengusibiochemine - fermentq genetika. Dominavimas ir aleliniq genq rai5kos ypatybds. Drozofilos white fokuso alefiai. Drozofilos whitc genasyra rcguliacinis. Jo mutacijos keiiia visq akies pigmcntq sintezglemiandiqgenu veikl4. Lokuse yra Iabai daug aleliq (iki poros Simtq). Aleliq sEveikaitirti pasirinkti keturi Sio lokuso aleliai: l/ - tamsiai raudonos akys - normalus tipas, w" - eozininis ak1,s,spalva kaip daZo eozino, wo - abrikosinis akys ir n, - baltos akys,nul mutacija - akies pigmentai visi5kai nesigamina. Drozofilos mutantiniq linijq kryZminimorezultataivisi5kaisutapo su jlrq kiaulyiiq melanino sintezis tyrimais. Hibridiniq pateliq 9.2 lentcle. Nlelanino kiekis jIrq kiaulydiq plaukuose,esant ivairiems aleliq deriniams (pagal S. Wright. 1949) Melaninas o% C- (C
coco

Scp4a

88 65 3l

Tarpiniai

lr

cc

c* co cd c' ct cc c'co cuco

36 l9 t4 t2 3 0

Be melanino

GENOTIPU EILE (pagal melanino sintezds lntensyvumq): coco
612

(w;hitelokusas yra X chromosomoje, nors patineliq fenotipai tokie parys del drozofilos X chromosomosgenq dozds kompensacijosyparumq, Lr. p. 193) fenotipai buvo tokie:

-l a WW * wnw"

fr'r"

I

wr"

| ,*

x wowo l:i.i,kr.

I

Wwo

l---

|

*'ro

| *"r" * w,

irnasI I dornirrar

I WW*ww I twwJLwo'ntJ

, wowo-l

t4t"w

|l;."o*., I dominavinras

lwowoxww I

SukryZminusnormalq tipa su mutantais,ju F, hibridamsyra b[tlirrgasvisiikas dominavimas.o sukry2minusmutantus tarpusavyjc. pastebinrasnevisiSkasdominavimas. Pagal spalvos intens)',/ejimqgenotipus galima surikiuoti taip: ww(wow(w"w"(w"w(w'w'(w"w'(Ww

= Wwo= Ww"=

WW.

Pirmiausiakuo skiriasialcliniq genq vcikla, kad atsirandakiekybiniai fenotipq skirtumai, kuriuos lemia skirtingi aleliai. Abu nagriniti lokusai (melanino ir white) lemia metabolitosintezg.Metabolito sinteze priklauso nuo fermento. Alcliai ir lemia skirting4 sumini fermcnto aktyvurnq, nes del mutacijq fermento sintezis polqrdiai gali bIti ivairIs: . gali pakisti paciq fcrmcnto molekuliq aktyvumas iki visiikai ncaktyvaus haltymo (ruil mutactjr), t. y. kai fermento sintezd visi5kai nevyksta.Pasitaikcl,kad gaminasi imunologincmis savybimis tapatus aktyviam fermcntui, bet visiSkaineaktyvusbaltynras. Sis baltymas vadinamas CRM (angl. cross reactingnuterial - kryZmi5kai rcaguojanti medZiaga). Kitais atvejais, nors baltymas sintetinamas,jo aktyvumasyra pakitgs, silpnesnis; . gali pakisti fermento molekuliq skaiiius; . dil mutacijq, kurios nulemia fermento sandarq,gali pakisti fermento jautrumas ivairiems reguliaciniamsveiksniams- aktyvatoriams, inhibitoriams. Kad butq paprasdiaupaai5kinti,kodel vieni aleliai visi5kai,o kiti nevisi5kai dominuoja, tarkime, kad visi tirti aleliai lemia skirting4 f'ermento kieki, o tyrimq trukmi, substrato kiekis ir kiti veiksniai, kurie gali paveikti pasigaminusioprodukto (pigmento) kieki, yra pastovls dydZiai. Kaip priklausys pasigaminusioprodukto kiekis nuo

613

Vrsrikas

Ncvisrikas / dirrrrtnavimas

Visiikas clorntnavnnas

v'rr'< rrtr'< rt4t,o< rt,"lt < u "lt"
9.1-5pav. Dinaminis/suminis dominavimo ai3kinimas: uZbrukiniuota visiSkodominavimo zclna;/ - nornralLlssubstratokickis; 2 - maZesnis substratr)kickis: .3 - didcsnis substrato kickis

fermento kickio, yra gerai Zinomasd6snis.Produkto (pigmento) kiekis dides proporcingai fcrmento kiekiui tik iki tam tikros ribos. Tq ribq nustato substratas.Produktrl kickis tol dides, kol per bandyrlo laikE bus perdirbtas visas substratas.Daugiau produkto nesigzrmins, ir kreivd, vaizduojanti fermento priklausomybg nuo pasigaminusio produkto kickio, pasidarysplokidios formt'rs (9.15 pav.). Ncsunku visus genotipuspagal drozofilosakiq pigrncntodaugcjim4 sutalpinti ant abscisiqa5ics (9.15 pav.) manant. kad ww visi(kai nelemia fcrmcnto sintczis, v"w - jau Siek tiek nulemia, bct du abrikosiniai genai w"wn veikia dvigubai stipriau, vienzrseozinis genas w''w, aktyvesnisuZ du abrikosiniusw"11",o du w"tt" dvigubai akryvesni uZ vicn4 w'' (w''w). {sotinimo ta5kas (plokituma) bus pasiektas,kai bus heterozigota l/w. Nuo Sio ta5ko pigmento nedaugdja,nepaisant to, kad genotipai yra ivairus: Wwn, Ww" ir WW. Pradedant Ww, nor' malus genas I/ visi5kai dominuoja prieS bet kuri mutantini aleli. Visi5kai dominuojantis genas yra toks, kuris vienoje dozdje lemia toki sumini fermento aktyvum4, kad jo pakanka visam substratui perdirbti. Tokia sarybe vt'hitelokuse pasizymi genas W. ULtenka jo viengubos dozds. Bet kurio kito alelio priedas prie jo (Ww", Ww' ar netgi 6t4

llW) nekeidiapigmento kiekio. Toje kreives dalyje, kurioje nepasiekta riba, galioja geno dozes principas ir nevisi5kasdominavimas.Kad yra tam tikras slenkstis,kuri perZengustolesnisgeno dozes didejimas neveikiafenotipo. irodoma ir specialiaisbldais padidinusgenq skaic=iqiki 3-4. Tirip padidinus n,''aleliq skaidiq iki 3, t. y. t+t'tr''w",gaunamos normalios spalvosakys - pasiekiamasjsotinimo ta5kas(bltina sqlyga,kad 3-iasis )r,''genzlsbltq autosomo.je,nes white lokusas yra X chromosomoje, ir jam galioja dozis kompensacijosreiSkinys. Dominavimo pokyiiai. .,Fermcnto-substrato"santykiu galima paai5kinti ir dominavimo priklausomybgnuo aplinkos. SumaZejussubs t r a t o k i e k i u i ( 9 . 1 5 p a v . , 2 ) , k a d v i c n o a l e l i o w ' ( k a i g e n o t i p a sw ' ' w ) nulemiamo fernrento pakaktq pcrdirbti vis4 substrat4,Sis alelis ii nevisiikaidominuojandiopasidarysvisiSkaidonrinuojandiu.Ir atvirkSciai, didinant substratokicki (9.15 pav.,3), kai kuriose hetcrozigotose (konkrediai Ww) ztlelisW taps nevisi5kaidominuoiandiu,nr-svicno gcno W produkto ncpakaks pasickti isotinimo taikE. Izoaleliai...Fermcnto-substrato" santykiugalima paaiikinti ir normalr4fenotip4. kuris bldingas izoalcliams.Prisirninkime,kad izoaleliai homozigotincjcbnklejc lemia fenotip4,tapatq normaliam fenotipui, kuri lcmia visiikai dominuojantisgenas.Tik iq heterozigotose su mutantiniaisgenais, kuriq vcikinras silpnesnisuZ izoalclio vcikimq. pasireiSkianevisi5kasdonrinavimas.Izoaleliai yra mutantiniai genai, bet jau ddl dvigubosjq dozds (eozininio geno w" Siam efektui bltina trigLrbadozc) pasirei5kia aktlvumas, prilygstantis vieno normalaus visi5kai dominuojantio geno lemiamam aktlvumui. lzoalelio heterozigota su bet kuriuo nc tokiu aktyviu aleliu Sio lygio nepasiekia,ir iios hetcrozigotosfenotipas yra tarpinis, t. y. genas nevisi5kaidominuoja. Tik hcterozigotos tarp dvicjq izoaleliq arba izoalelio ir normalaus gcno bus normalausf'enotipo. Geno funkcija ir donrinavimas.Dominuojaniiosios ir recesyviosios valdymo genq mutacijos. Prancfizqmokslininkai Zakobas ir Mono ne tik suklre vienos i5 centriniq genetikosproblcmq - genq veiklos valdymo pamatus,bct ir i5sprcndi, kada valdynlo genq nrutacija yra dominuojanti, o kada recesyvioji.lr tai buvo padaryta specialiai, nes jie tyrimus atliko su Escherichiacoli. Tai objektas, kuriam nat[raliai dominavimas nepasirei5kia.Zakobas specialiai sukfird merozigotas, kad galetq tirti valdymo genu (operatoriausir geno-reguliatoriaus) heterozisotas.

615

Merozigotos- laikina ii dalies diploidine bakterijq l4stelis bflsena,atsirandantidel konjugacijos,transdukcijosar transformacijos. jungiasisu produktasrepresorius koduojamas Geno-reguliatoriaus junginys (iiaInduktorius tai operatoriumi,kai nira induktoriaLrs. kLrrisindukuojaoperonoveikl4.Kaip mimc opcronegalaktozidas), nita, struktlriniq genqmutacijospakeidia(nutraukia)tik konkretaus baltymo- fcrmentosintczg.Valdymogenq mutacijoskeidiavisosjq ir reguliatoriaus mutacivaldomosgcnq grupesveikl4.Operatoriaus jos skirtingais4veikauja alcliaislaikinosemerozigotose: su normaliais

-----baltrnras : i :-:-;rlllNl{

optratoriutrs nul nutlocija O yra recesyvi, nes csant induktoriui. antrasisopcronas yra vciklus;

- opcrutoriausO( mutacija yra konstitutyvi ir dominuojanti, ncs pakitusio O( neslopinareprcsoriusR ir tada, kai nira induktoriaus; - raguliutoriausI( mutacija (l- nttl arl:a I I)) yra konstitutlvi ir recesyvi, ncs R ncatpaZista operatoriaus.kai nira induktoriaus, normalus represoriusR slopina abu operonus; - regiliatoriuus I\ mutacija yra superrepresorius, slopina operonq ir kai yra induktoriusi. nes del mutacijosR negali s4veikauti su i. Si nrutacija yra dominuojanti - Rs slopina abu operonus.

( C i a O - o p c r a t o r i u s , / - r c s u l i a t o r i u s .l ' - p r o n r r ) t o r i u s , Z , Y i r l - s t r u k t [ r i n i a i gcnai. Ii - rcpresorius, i - induktclrius.)

Zmogaus mutacijq dominavimo prieZastys.Fogelisir Motulskis pabande apibendrinti duomenis apie tai, kokios Zmogausmutacijos yra dominuojaniios(9.3 lentele).Thi daugiausiamutacijosgenq,lemianiiq

6r6

Pokyis Nenormali balt),rno subvienettl agresaciia

Paryzdys Nenormalusfi brinogenas

Multimerinio baltymo vciklos sutri- Nestabilus hemoglobinai kimasdil ncnormalaus subvieneto L4steli q receptoriq def'ektai Porfirindeanrinazes stoka esant umiai besikaitaliojandiaiporfirijai L4steles rcceptori q def'ektai t,OL (maZo tankio lipoproteino)cholesterolis rccoptoriausdcfektas,esant Sciminei hipercholcsterolcmijai(padidejusiamcholesteroliokiekiui) Llstck's ntcrnbranrrd s cfcktcr Paveldirla st-erocitozc(nrikrosfbrocitaikraujyjc jystc-) scrgantmaZakrau Nenormalaus fibrilinio baltymonuse- Paveldimosamiloidozes(arniloidqsusitelkimas dimasneriftriniuoscaudiniuosc audiniuose) Ncnonnalaus fibrilinio baltymo nusddimas sr.ncgcnvse

t'

ml{Nli haltvlnas

9 . 3 l e n t c l 6 . Z m o g a u s dominuojandiq mutacijq prieZasty's (pagal F. Vogcl. A.G. M o t u l s k y . 1 9 9 7 )

Alheirnerioliga

Paplitusiq ir pagrindiniq baltymq Jungiamojo audinio anomalijos: osteogenesis sandarosdcfektai intperfbcta (kaulinio audinio susidarymas n c b a i g t a f c r n n a ) ,M a r f a n o s i n d r o m a s ( , , v o r o p i r i tai" a r a c h n o d a k t i l i j a ) ,E h l c r i o - D a n l o s o s i n d r o mas

Pakitusisip'eika(susilpncjusi) sLrkitu baltyntt

(iirdies raumensli Hipcrtrofinekardiomiopatila g a )J c l n r i o z r n go e n t r r r u l a c i i o s

H o m e o b l o k q t u r i n d i q ( r n o r f b g e n e z c s ) W a a r d c n b u r g os i n d r o n t a s( Z r . 5 . I l e n t e l q ) ccnu mutaciios

Iabai svarbius,bcndro pobudZioprocesusarba reiSkinius.Bet tai dar nepaaiikina,kodil iicls mutacijosyra dominuojandios.Pvz.,l4stelesreccptoriq mutacijosgali blti ir rcccsyviosios. Kai kuriq mutacijq dominavimo prieZastysai5kios,kaip ir operatoriaus ar geno-resuliatoriaus. Mutantiniu aleliq pasireiSkimopob[dis toks. kad nrutantinisalclis ,.gadinsreikalus" tiek vienas- homozigotose,tick heterozigotose,kuriq genotipe yra ir normalus alelis. ?rip superrepresoriusslopins operonq nepriklausomainuo to, kad heterozigotoscyra ir normalus gcno-rcguliatoriausalelis. Lygiai taip pat nenormalus fibrilinis baltymas nuses periferiniuose audiniuose (amiloidoze)ar smegenyse(Alheimerio liga). Heterozigotiniaiasnlenys tik galbfit sirgs Svelncsneligos forma. VadovaujantisSia logika, ir mutantiniai hemoglobino B polipepticlai heterozigotq pagal siklcmijos genE eritrocituose turtitq jungtis i

6rl

ilgus agregatus,bldingus mutantiniam baltymui homozigotose.Thdiau esant pakankamam dcguonics kiekiui, taip neatsitinka. Tik kai truksta deguonies,hctcrozigotiniq asmenq eritrocitai iStista,kaip ir homozigotiniqiismenq eritrocitai. Vadinasi,dominavimui pasireik5ti rcikalingostam tikros aplinkos s4lygos.Operatoriausmutacijq sarybcs (dominavimas - reces)'vumas)i5rySkejatik per kitq io valdomq genq veikl4. Be to, Sie genai turi bfiti cis-padetyje.Thd ir kiti genai, genotipine aplinka, svarbi pasirciklti aleliniu genq s4veikai.

9.5.2.L Genai modijikatoriai. Epistaziniai g,enai

Kiekvienam pozymiui galima i5skirti pagrindini genq (arba genus), bc kurio (arba be kuriq) poZymis nesivysto, ir genus modifikatorius, keiciandius pagrindinio geno savybes.Pats genas modifikatorius taip pat gali nulemti koki4 nors organizmo sarybg, bet gali atskiru fenotipu ir nepasireikiti. Thda jo vienintele funkcija yra modifikuoti (ir valdyti) kito, nealelinio geno veiklq. Tho padiu mctu pavieni genq veikia ivairiomis kryptimis daugybc kitq genq. Jie sudaro iiam genui geneting aplinkq, arba genetini fonq. Genai modifikatoriai keidia tokias geno ypatybcs:

9.5.2.Nealeliniqgenq s4veika Nealeliniq genq s4vcika,atrasta Beitsono,Siuo metu yra viena i5 gcnetikosproblemq. Kadangi genotipas svarbiausirlir sudetingiausiq gcnctinel yra vicninga sistcnrir.tai, gcnams silveikaujant,iSskiriama clcrncntariausiaforma savcikatzrrpclvicju nealeliniqgcnq. Bfitent elcmcntariausinealeliniq gcnq s4veikostipai ir nagrinejami Siame skyriuje. Kartu pazymdtina,kad nealeliniq ir aleliniq genq sqveikos tipai yra pana5[s, net juos lemiantysmechanizmaigali b[ti tapat[s. Priei 40--50 mctLl ddmcsys ncaleliniq genrl s4veikai buvo labai cliclclis, bct formalus:nusti.rtytiivairiussilvcikostipus ir ivcrtinti, kaip tai turetq atsilicpti hibriclanrsF,, ypai F., kokiu santykiu gali pasiskirstvti F^ hibridai. Gcnq s4vcikq lemia gcnomo sanclarosir gcno veiklos valdymo ypatybcs, toddl visa ncalcliniu genu s4veikostyrimo paZangatic-siogiai susijusisu iiq dviejq gcnctikosproblemu tyrimais.Vieni pirmqjq ir Siojc srityjc buvo Zakobus ir Mono. rptikg valdymo gcnus ir nustatg sqveikil tarp dvicjq lokusq: /ac operono ir geno-reguliatoriaus1. Nealeliniq genq vciklcls suminiai poveikiai jau buvo Zinomi ir anksdiau,po to, kai buvo aptikta polimerija ir poligenai.Juos papilde llidlio ir Tcitumo atradimas, kad net palyginti nesudetingi pozyrniai, kaip metabolitosinteze,yra daugeliogenu vciklos produktas,ir clementaruspozymis yra vienas polipeptidas.Thip buvo i5aiSkinta viena pagrindiniq komplementariosios genq s4veikosprieZasciq.Atradus genomc kartotinius genus, paaiikejo polimcrijos - poligenq s4veikosprieZastis. Skiriami du pagrindiniainealeliniqgcnq sqveikostipai:

. . . .

veiklE, sustiprindamiarba susilpnindamijq; penctranti5kum4ir eksprcsyvum4l aleliniq genq silvcikospobudi: nrutavimo clalni.

Gcnzri modifikatoriai svarblis praktiniu atZvilgiu. Jais galima susilpninti nepagcidaujamassar.ybesir sustiprinti pageidaujamas.Thip Hercfordo veislis galvijai buvo iigelbiti nuo akiq veZic'r.Akiq veZiu serga galvijai su nepigmcntuotaisakiq vokais. Modifikatoriais pigmentacija akiq vokuosc buvo padidinta. Kaip gcnai modifikatoriai gali pakeisti geno pcnetranti5kum4ir dominavimo krypti, galima sprgstii5 9.4 lentelejcpateiktq duomenq. Normali drozofilossparnq forma (rg*) bevcik 100% dominuoja priei ivairins alelius, lemianiius rudinrentiniussparnus.ll4 (angl. nilttutt,smulkus) genai heterozigotoseug*rg 5i4 savybg susilpnina kiekybiSkai. Sis modifikatorius kai kuriuos rcccsyviuosiusalelius (r.'g"''ir ug"'r) paverdia visiikai dominuojandiais. 9.4 lcntclc. Kai kuriq M (Minute\ genq poveikis lg* dominavinrui (pagal M. M. Grcen. 194(r) G en a i modifikatoriai

Normaliu drozofilu o/o, ESanthcterozigotonrs vg'vg vg vg'' vg'v{' qq?

M(2)I) M (I ) n M(3)w

. modifikacine-resuliacine, . sumavimosi.

618

68.8 21,6 12,4

9'7.8 t2.l 0.0

54

0.0

619

.4--

Genai modifikatoriai, kurie padidina kitq genq mutavimo daLni, vadinami genais mutatoriais, o tie, kurie mutavimo daZnl maZina. antimutatoriais. Genq veikla del genq modifikatoriu gali kisti abiem kryptimis: aktyvacijosarba slopinimo. Aktyvatoriq tipo daZniausiaiyra valdymo genai. Jic nustatomi molekulinesgenetikosmetodais,sugretinusjq normalaus ir mutantinio alcliq veikl4. Hibridq kartose tokie genai mt:lsvai turi sustiprinti pagrindinio geno veikl4. Antai sr"rkryZminus rudus (Si spalva priklauso nuo melanino kiekio) balandZiussu baltais, F, hibridai yra juodi. o F. palikuonys susiskaidoi 3 grupes santykiu 9:3:4, b[tent: P

,L bb m c l s v a ir u t l i

F, F.

9A- Il.juodi

x

aa BB balti

Aa llb iuocli : 3,.1- bb : nrclsviti r u d i

3aa IJlrrrlli

:

Iua bb brrlti.

cria,4 - paurinclinismcllnino sintczes gcnas. lcmiantis rnclsvai rucl4 spitlv4; bc jtt ntoclifikatomclaninas ncsintctinirnurs:a - rcccsyvusisjo ulclis, rtrrl rnr.rtacija;B r i u s . s u s t i p r i n a n t i sm c l a n i n o s i n t e z c sg c n o v c i k l l l ; b - r c c c s y v u s ijso a l c l i s .n u l m u tacija.

Epistaziniaiyra valdymo genai, slopinantysncaleliniu genq veik14. Pati salvcikavadinama epistaze (gr. epistasis- vyravimas).Epistaziniai genai imirni /, i (inhibitorius)arba Sap, scp (suprcsorius;.Si4 s4veik4lcngviaLrtirti. Papraslxigpistazinisgenasslopinavisus hipostazinio (to, kuris slopinamits)lokusclalelius. Antra vertus, cpistaziniai genai pagal dominavinro sar,ybggali b[ti ivairfs: dominuojantys, rcccsyvieji,gali pasircikSticlvigubaarba miSri epistaze(9.5 lentele). Kol kas sunku paai5kinti dvigubos epistazdssqveikas.Manoma, kad Siaisatvejaiss4veikavyksta gcno produktu lygiu. Jicms saveikaujant iS dvicjq aktyviq genq produktq susidaro vienas - neaktyvus. Genus modifikatorius Zmogausgenome tirti sunku, nclrs,savaime suprantama,kad tokia s4veikavyksta ir tarp Zmogausgenq. Rccesyvioji cpistazd yra neiprastu kraujo grupds ABO paveldeiimo atveju. kuris aptiktas viende etnincje grupeje SaliaBombejaus,todel 5is rei5kinys vadinamas iio Indijos miesto vardu. Rccesyvusisalelis ftft slopinir kraujo grupiq genusA,, A. ir B, todel galimos netikctos kraujo 620

grupds.Pvz.,Scimoje,kurioje tdvo kraujo grupeA,, motinos- kraujo grupe 0. gali gimti palikuonis,kurio kraujo grupd A,B: A

i

.T

I

ABi--\

o(B)Qthh

o ar,

Thi atsitinka todel, kad motinos genotipe epistazinis genas /z/r slopina B alcli.

9.5.2.2.Suminis nealelini4genq sqveikos PoZymis- daugelio genq veiklos rezultatas. Komplementarfis genai. Apie daugclj ne tik eukzrriottr, bct ir prokariotu poZymiqgalima tcigti, kad jie yra daugybcsgcnq vciklos produktas. ?ri patvirtina ir pleiotropijos, arba qeno daugybincsveiklos, rei5kinys:vienr)gt:no mutacijai( karto atsilicpiadaugcliuipoZymiq.Pleiotropija yra geriausiasjrodymas,kad vieno aeno veikla susijusi,suderinta su viso gcnomo vcikla. Todel nercikia stebctis,kad vieno geno mutacija griauna.ir kartais labai stipriai,vis4 5iq suderint4sistem4. Thi priklauso ir nuo geno svarbos,koki4 viet4 jis uZima Sioje sistemoje. Atrodytq nereikiminga vicnos nukleotidq poros pakaita hemoglobino B polipeptido gcne, o nukcndia visr-rsorganq sistemos (9.16 pav.). Aprlpinimas deguonimi, kaip ir CO. 5alinimas,Iabai svarbus visq organizno sistemq veiklai. Kartu taj akivaizdus jrodymas, kad nuo pleiotropiniqmutacijq labiausiainukcndiasuddtingiausios sandarosorganizmai:stuburiniaigyv[nai, ypad Zinduoliai. Siklemija yra santykind pleiotropija. kuri pasirei5kiabltcnt todel. kad genomc visq genq veikla sudorinta,ir vient'rgeno nlutacija iSderina vis4 sistcm4 arba didesng ar maZesngjos dali. SumaZejgsaprupinimas deguonimi atsiliepiadaugelio organq vciklai. Sudetingiau irodyti tikrqiq pleiotropij4, kai gcnui iS tikrqlq budinga daugybind veikla: vienose l4stelesejis lemia vienas, kitose kitas savybes,veikia skirtingose genq grupese. Kad daugelionealeliniugenq veikla sumuojasi,pirmasis 1908 m. irode Svedumokslininkas Nilsonas-Ele (H. Nilson-Ehle), bet tai gali pasireikStidviem bldais: 621

CAA (;A(;

1 t

(Jlu + I I

GUA CUC

\'rl v --l MuiantinishenroeloUnas

0

(ireita pjautuvolblnros t E s t ct rt l2 u n s

l4stelds ir sutrikurl Sulipusios lt'auiocirkuliaciia

.1.

l . a b a il x r t l i d . ' j u skil L r l t lI t i u l n ur r ' i \ h I *l l ' : r t l i t l c j g ' k p 1 n l r|1 t ' i L r l pLqi e k i s I

Genr; derinys zigotose

P.iautuvo fol'mos lqsteliq sankauPa blulnl'je

\ \€ G e n qs 4 v e i k o p sobtdis

,

.,,.. i\'la7akmL1j1

tl vl

9.-5 lcntcle. Skilimo santykiai F,, esant ivairiems epistazds ir komplementarios sqveikos tipams

P r k a i l aa r r ' , r r rt t l u l r ( ; . i J l t p , r l i p s P t r qhl l, rr r j t , i cp l J e r r j r

,*rlitriaiklauiotakos sulrrkirnai--'l

f-l

l

€ \ a

=

€ \

\ \

\

a

|1,,,,,1.,,,..,.,,.tl I I l;;l::J:il.,""' 1,,,J",.,,

€

€ € s

! a

=

al

N ealeliniaigenaines4veikauja

3

J

I

"'*i''' || 11"."" I l'::,",.i,|""

A. EPIST'AZE I . Recesyvioji cp istuc

3

i*fl

(aa>Birh)

riri rr;. ,.,.,^,,. . . 1 } r k ( t ' ,k' i r r r l ' r r l c I | . i,,i.ri | | ,,,,r1,.I .1, 1,r.,n,., I ll':llli;"I S i l ; r n L r n riar sn u o r a r q i r| | l'n(urliia R(Lr'.rc\r"''*"i"'f:ll;:i:l;ll as rZnrs. .iaLrsrr .fl

{ \\

4

2. Dominuojaniiqiepistu e

t2_

J

A>Birb

13Y

J

+L

l. M iirioji cpistu a A>Rirb hh> .1 ir a

N , l e n k at isz i r r i si i s i v t

.1,,,,,, I I l\.cpilNrirK,.rrarils

a

t3

J

4. Dviguha recesyvkr.jicpistivc aa>R trb

S k a u s n r a is k r a n d y i c

hh>Aira

7

5. I)vipuba donrinuojandi
9. 16 pav. Santykine pleiotropiia d6l mutaciios hemoglobino p polipeptido gene

A>Rrb B>A

. pozymisyra daugelio darniai, bct savarankiikaivcikiandiqvieno paskui kit4 gcnq vcikkrs rczultatas;tzribfidingakomplementariems gcnams; . poZymis yra genq vciklos paprasto sumavimosi rezultatas; tai buclingapoligenams. Komplementari nealeliniq genq sqveikapasireiSkiaivairiaisbfidais (lr. t).5 lentelg).DaZniausiaipasitaikantiir supranramiausia tokia s4vcika, kai, sukryZminus du mutantus,hibriduoseatsistatonormaluspoZymis.Tiri komplementacijosreiSkinys,apie kuri ne kart4 ra5ytair kuris naudoiamasgenctikoje nustatyti, keli genai lemia poZymi (Zr. p. 77). DaZnaiskirtingq,nealeliniqgenq mutacijosyra vicnodo fenotipo, t. y. vicnodos i5vaizdos.Mat, kaip jau mineta, pozymispasireiikia ne ii karto, bet per daugeli tarpiniq grandZiq(reakcijq),ir kiekvienqjq gali paveldimai blokuoti mutacija. Tai galima pavaizduoti taip:

A -->B -, C + D -+""-+

622

Galutinisproduktas(po2ymis).

l5

I

l i t i l e n , r t i p rrrl 7 ) t n c l r . B. KO M PLEM

EN'I'ARI

S AVI'I KA

Genq derinvs zigotosc

€

a

( i e n q s 4 v e i k o sp o b i d i s

\ \ :

\\ =

\

€ at

3

-T

d yru papildonrrs:,{-8- naujr' fenoripr savarankiSkiir lernia ir aa6,- nauji f'enot

\ 3

t'apildomi genai:,4 yra savararkiikas,

patt tcnotip{; /-8-

\\ I

A-B- yra naulas t'enotipas

Abu genai;1 ir I

\

d

Abu genaisavarankiiki,jq sqveika-

{r: j

ffi

3

4

6

I

P o 2 y r n i si S s i v y s l or i k t a d a ,k a i a b u {-8-

T' T.T.T"

iru

[ ) a s t a b a : : - s t e l b i r n o2 c n k l a s ;n e a t Z y n r 0 t(ip a v a i z d u o t b i a l t a i )t c n o t i p a i ,k a i p a s i r c i i k i ae p i s t u c ;

genaipcnotipe

9

7

Pastaba: stipriausiai patamsinti nauji l'cnotipai, silpniau patr. rsinti kiti fenotipai, ncatZymeti (pavaizduoti baltai) t'enotipai,kai poZymis nesi\ys.o.

623

dia m,-mn - konkredias reakcijas/virsmuslemiandiq €enq mutacijos, .4, B, C, I)...- nealeliniaidominuojantysgenai. Sio tipo komplementari sqveika blna ir tarp nealeliniq genq, nulemiandiq skirtingus to paties sudetinio baltymo polipeptidus (domenus). Komplemcntariems genams bendra tai, kad hibriduose ddl dvieju ar daugiau nealeliniq genq sqveikospasirei5kianaujas fenotipas, ncb[dingas atskirai veikiantiems (daZniausiaimutantiniams) genams. Komplemcntarioss4veikosb[du paveldimalabai daug poZymiq. DaZnai ir Zmogaust4 pati paveldim4defcktq (tokio paties arba panaiaus fenotipo) nulemia skirtingi,nepriklausomaipaveldimincaleliniai gcnai, bfitent diabet4, raumenL!distrofij4, schizofrenij4,kurdnebylumq ir kt. Seimose,kuriose abu tevai tr.rritoki pati, bet lemian-r4 ncaleliniq gcnq paveldim4dcfckt4, vaikai bfina normal[s. I'avyzdZiui.dvic.jqkurincbyliq, kai jq santuoka atitinka tbrmulg A,l bb x aa IIB'. rrAltttll Ah Mutantas I LytincsAh lustclts

oE Mutantas2 sll

P r r l i k r r t r r r v sA l l j )4 tTu

^A

B_ 1;

N o r m a l a u sf c n o t i p o F,%

B , :l3A- hb ; 3aa R

: lat bhl (- benclrasI c n o t i p q s a n t y k i s 9 : 7

N o r m a l a u sl c n r r t i p t r M u t l r r t t i n i o l e ' n o t i p o

Normalus fenotipas bfina tik tada, kai genotipe yra visq normalq pozymi lemiandiq genq veiklfis alcliai. Komplementari genq s4veikablna akivaizdi heterozigotose(jau F,): hibriduose atsistato normalus fenotipas, sukryZminusdu, daZnai tapadius mutantus. Kaip viena i5 komplementarios nealcliniq genq sEveikosformq yra papildomieji genai. Jie galetq b[ti priskiriami ir prie genq modifikatoriq. Organizmai, kuriq genotipe yra Sie papildomieji genai, Zmogauseritrocitq paturi koki4 nors papildomq savybg.ParryzdLiui, viriiniq antigenq A ir B sintezg lemia genai IA ir /8, tadiau kai yra 624

genasSe (angl.secretion- i5skyrimas),antigenqaptinkamane tik ant l4steliqpavir5iaus, bet ir kuno skysiiuose,tarp jq ir seildse.Genas Se nekeidiagenoIA arbaIR veiklos (tuo 5i s4veikaskiriasinuo genq modifikatoriq),nors be Siq genq ir genasSe nepasireikStq fenotipe. Jeigu abu tevai pagal abu genusbttq heterozigotiniai,tai santykisF, bfitq 9:3:4.Tokia sEveikagali bfiti visq genq,kurie koduoja signalinius polipeptidus,pavir5iniusreceptorius,signalone5ikliusi branduoli, Saperonus. KielrybiniqpoZymiqpaveldejimoypatumai.Ry5kiausiai genqveikla sumuojasi,kai paveldimikiekybiniaipozymiai.Sie pozymiaisudaro labai svarbi4grupg. K[no mas6,plaukq ilgis, atsparumasligoms ir kitiemsnepalankiems veiksniams, greitis,kokiu begalenktyniniaiZirgai, ir mase,kuri4 patempiadarbiniaiarkliai,ivairiq medZiagqkiekis organizme,intelektasir kt., - visa tai kiekybiniaipoZymiai.Skirtumai tarp organizmqnustatomiivairiaismatavimovicnetais.Kaip tik Sie poZymiaiitin svarbls selekcijoje. Taiiau formaliaikiekybiniaipoZymiaipaveldimine pagalMendelio desnius,t. y. F, hibridaineb[na vienodi,o F" nesiskaidoi grieZtai apibreZtas fenotipqgrupes,kuriq bltq galimanustatytisantykingdall. Jokiq santykiqF. skaidiuotinegalima. Kiekybiniamspoiymiams budinga salyb6, skirianti juos nuo kokybiniq poZymiq* nuolatinisvarijavimas,variacinis kintamumas. Jis pastebimasir homozigotindse, geneti5kaigrynose veisldsebei linijose. Geriausiapradeti 5i klausim4nagrinetinuo pavyzdZio.Pasinaudokimevienu senubandymusu kukurfizais.Emersonas(R. A. Emerson) ir Ystas (E. M. East) sukryZminodvi kukurlzq grynEsias (inbred) linijasNr. 60 ir Nr. 54 ir i5analizavo burbuoliqilgio paveldejim4 (9.17 pav.). Nors Sioslinijos buvo geneti5kaigrynos,bet kiekvienai linijai bldingastam tikras pozymiosr,yravimas: Nr. 60 burbuolesbuvo nuo 5 iki 8 cm ilgio, Nr. 54 * nuo 13 iki 2I cm. Tevq linijq svyravimoprieZastis buvo aplinkossqlygos,kurios net atskirasto paties augalodalis gali veikti nevienodai.Statisti5kai 5ie svyravimaii5rei5kiaminormalauspasiskirstymoddsniu.ISskirtinagrupe (klase), kurioje individqyra daugiausia: tai linijos Nr. 60 klasesu 7 cm ilgio burbuol6misarba liniios Nr. 54 klasesu 17 cm ilsio burbuolemis.Si 625

Y

'O

\ l ! J'J

E.trt

trumpros€ burbuoles-g ilgos lv{o=17,t Mo=7,-s ,r43

Ern


\ (Nr o0x Nr.54J N'10= 12.tr 3l

3() ')a) lil

ar n

10 60 5.1 1o .]o 2() Io 0

.1 o 8 10

1 . 1l o l B 2 0 2 2 2 , 1 ilqiscnr BurbLroiirl

9.17 pav. Kiekybinio poZymio/kukurilzq burbuol6s ilgio pavelddjimas

gausiausiaklasd vadinama modaline klase, arba moda. Moda vidutinis pozymio dydis (Siuo atveju vidutinis burbuoliq ilgis), bet ne aritmetinis vidurkis: su tokio ilgio burbuolemis yra daugiausia augalq. KraStutiniq individq, tiek maZejimo(-), tiek didejimo (+) kryptimi, kitaip vadinamq ,,plius" ir,,minus" variantq (statistikojc atskiras stebcjimas - variantas), yra mazai. Ncpaisantvariacinio kintamumo, pasirinktoslinijos Nr. 60 ir Nr. 54 viena nuo kitos ai5kiai skyrisi burbuoliq ilgiu. Kielg'binio poZymio paveldejimo rezultatai hibridq kartose vaizduojami gra[iikai: histogramomis.arba kreivimis, kaip tai parodyta 9.17paveikslc.Nagrincjantojopavyzdlio rezultatai tokie:

. F, t'rurbuolis pagal ilgi yra tarpines tarp ntotininiq linijrp: jos 9-15 cm ilgio, moda - 12,6 cm. . F. labai didelis burbuoliq ilgio svyravimas- nuo 7 iki 2l cm, t. y. nuo kraitutiniq linijos Nr. 60 ,,minus" variantq iki kra5tutiniq linijos Nr. 54 ,,plius" variantq. Modaline klase yra 12,1 cm ilgio burbuoles,t. y. F, ir F, modalindsklasds maZdaug sutampa. F: variacinis kintamumas yra kur kas didesnis uZ F,, nes jl nulemia nc tik aplinkos veiksniai,bet ir genotipq ivairove F,. Folimerija. Poligenai. Nilsonui-Elei tiesiog pasisekd,kad jis kryZmino daug kviediq ir aviLr4veisliq, kuriq gr[dq spalva alternatyvi: kvicdiq buvcl raudona ir balta, aviZu buvo juoda ir balta. 626

apytikriaisuskirstytitik i dvi grupes,pvz.,kviediairaudongr[dZiaiir baltagrld2iai. smulkiaususkirstytipagal atspalvius. Pozyrnistas pats,o ivairiq veisliqderiniq rezultataiskirtingi,todel patyrusiamgenetikui,koks buvo l.,lilsonas-Ele, buvo aiSku,kad t4 pati poZymj grldq spalvq(raudon4ar juod4) lvairiuosegenotipuose (veislese)lemia skirtingasgenq skaiiius: suminiai rezultatai raudona: balta 3:l

pagal atspalvius I: 2 :1

rezultatasatitinka monohibridinikryZminim4- I genq pora,

15:l

l ' . 4 :6 : 4 : l

dihibridini-2genqporos,

63 : I

l:6:15:20 :15:6:l

t r i h i b r i d i n.[ 3 g e n qp o r o s .

Labai praverti F" hibridq skirstymaspagal grldq atspalvius.PaaiSkejo,kad fenotipas, t. y. spalvos intensyvumas,yra tiesiog dominuojandiq nealeliniq ir aleliniq genq veiklos suma. F, visais atvejais buvo tarpine tarp teviniq veisliq, nes turejo perpus maZiau dominuoianiiq genll, negu motininis augalas- homozigota pagal visus dominuojandiusgenus. F, spalvosintensyvumaspriklause nuo bendro dominuojandirl genq skaidiaus (9.6 lentele). Nilsonas-Ele padare dvi svarbias i5vadas: . pirma, fenotiprp klases visi5kai atitinka normalaus paskirstymo desni, tik yra labai maZasn (vir5uje modalines klases parySkintos kvadrateliais); . antra, genq veikla sumuojasi; fenotipo (spalvos) intensyvumas priklauso nuo dominuojandiq genq skaidiaus(9.6 lentele). Nealeliniai genai, kurie lemia t4 patj pobmi ir kuriq veikimas sumuojasi, vadinami poligenais, arba adityviaisiais genais, o sumavimosi rei5kinys - polimerija (gr. potymereia - sudetingumas).

PoligenaidaZniausiai zymimi ta padiaraide ir pde jos priraSomas papildomassimbolis(indeksas), pvz.,A, Az,A3...(kaip9.6 lenteleje). 627

a

t.J

oo

9.(r lentcld. Kvieiiq gr[dq spalvos paveldejimas ivairiose veislise ir jq hibriduose (pagal H. Nilsonq-Elg) T'evai(P) genodpai

Fr 'enotipa

genotrpal

F2 fenotipai

genotipai fenotipai

AAxaa

ll4 aa

2/4 Aa

Viena genq pora

Rxb

Aa

Tarpiniai

Tarpiniai

tsalti

:

(b)

kaip F1 Sumuojasi-;

[2tt6.4//fl)\ \ 2 n 6A p t A y ' 2 )

(4tl6AflAltt2\

(2it6Atsp{z\

I t/ts,l,e,arorl

\2ao a,a,Ap)

\1/16ap/12) Dvi genq poros A1A1Ay'2xappg2

Rxb

Aplzoz

J

J

4/t6 A,L4a

6/16AAaa

Sviesesni

Kaip F1

l/16 appp2

Tarpinrai

6/64 AAAAAa Trys genqporos A//y'y'ltx

4py1*A*,

Tarpiniai

:

15/64A.4,44aa 2O/64AAAaaa

Sviesesni : Dar Sviesesni: Rxb

J

Kaip F1

4/16 Aaaa

Balti kaip

svtestal

tevinio

raudoni

augalo(b)

15/64 AAaaaa Sviesiai raudoni

xAIg tA2A2A3A3

6164Aaaaaa

% € l/M appp2ajaj

Labai 5vresiai : Balti kaip tevinio raudoni

augalo (b)

R - raudoni grudai; b - balti grudai; F, fenotipq santykiai l:2:l; l:4:6z4..l1, l:6:15:20:15:6:1.

nF f+F=;s €ie**iiFEiE;lis ac=1 liiiEls FiEE: H; ::'x;i *ri:;g€:E i: ':Eli.i'=

;*c1 q: l'=ti€g :-giEE i,s-i =s=q €, i* *iZeZ =i?f5i i= €g aaEt gi.-.ig*=;

;g i+EiA

Ci

::i€ggEFg:Eili.ElS il3eeiEgEgE*ig*e 9;;E;::

;ii:;='E, EiislgE ip;:1

A1;18 5 iEF+ iEE E E €iaE 1 E;;€E ; Ez gi;vt; ii ;€* i €iia; iqFi ieE B

.{ plfstitl

Polinkis polidalitilijai

t

'l,ul'.l,ik'itilin ? gcrrl,..k.ilii,,,

I

9. ltl pav. Daugiaveiksnispavelddjimas ir genq slenkstis: clvi jlru kiaulytiq linijos - kiririjc su trimis kojos piritais (0-2 gcnai). clciineje - su keturiais kojos pir(tais (6-8 gcnai), viduryjc - F, hibridas (nuo 2-jq iki 6-iq gcnu). Slcnkstis tarp -5-6 genq. Daugurna F, hibridu su rrimis kojos pirstais, bct pasitaiko s u k e t u r i a i s ,k a i g c n q r l o z i p a s i c k u s is l e n k s t j( p a g a l S . W r i g h t . 1 9 3l )

Slenksiio realumq irode Raitas, i5tyrgs,kaip paveldimas daugiaveiksnisj[rq kiaulydiqpoZymispolidaktilija(daugiapir5tiSkumas). J[rq kiaulyiiu genetineselinijosegenq skaiiiq galima kontroliuoti. Normaliai jurq kiaulytdsant uZpakaliniqkojq turi 3 pir5tus,ber vienos linijos gyvuliukai turcjo 4 pir5tus. Polidaktilij4 lemia 8 dominuojantys poligenai (4 nealeliniqgenq poros, arba kitaip 4 lokusai). Slenkstis nustatytas F, hibriduose: kai pasiekiamas5-6 dominuojandiq aleliq skaidiusgenotipe,vystosipolidaktilija (9.18 pav.). P u i k u s s l c n k s t i n e sp o l i g c n q d o z c s p a v y z d y sy r a c r t a l a s e m i j a ( Z r . p . 2 8 I ) . Prisirrinkime, kad Znro-Raus hemoglclbinoa genq sankaupoje yra du a genai (duplikacija),vadinasi, nornraliai kiekvicnaszmogus turi keturis o gcnus. Talasemijos pasirci5kimaspriklausctnuo gcnq dozes: . 4 veiklfis cr . J o genai . 2 a genai . a-thal-l . arthal-2 . I o genas '

630

genai (po clu homologinesechromosomose)- norma; ,,tylus nciiotojas", polinkis i maZakraujystg; c talasemija, bet galimi du ltvcjai: abicjq o lokusq delecija vienoje chromosomoje; po vienq geno dctecij4 abiejose homologinesechromosomose; rySkusB polipeptido pcrteklius, todel gali susidaryti nejprastas tetrameras F., t. y. pasireiSkiavadinamoji HbH liga; 0 veikliq a genq - letali anomalija hydropslbtalis (vaisiaus vandene), vaisius Zlva gimdamas arba iki gimimo.

Pagrindinio geno problema atsirado irgi daugiausia tiriant daugiaveiksniqpozynliq prigimti. lrodytas nekeliantisabejoniq faktas.kad kiekybini poZymi gali stipriai pakeisti vieno geno mutacija. Antai ivykus augimo hormono geno mutacijai, asmuo yra maZo [gio. Hormonu fenotip4 galima normalizuoti. I nyk5tukiniq peliq - mutanto /il (little) kiau5ialqstesbuvo perkeltas normalus augimo hormono genas, ir peles ne tik pradejo sintetinti hormonq, bet net tapo giganti5ko dydZio. Lygiai taip pat vicno geno mutacija gali pakeisti intelekt4, pvz., fenilketonurijosgeno ar ITRAX saito ZmogausX chromosomoje. \2. Jefroimsonasgenialum4 ai5kino vieno geno (Marfano sindromo, podagros - purinq apykaitos ir kt.; mutacijomis. T[]o tarpu jprasta fvirtinti, kad geneti5kaigenijus - tai ypad palankus poligenq derinys. Kaip suderinti poligening kiekybiniq pozymiq prigimti su tokiu ry5kiu ir neabejotinu vieno geno poveikiu pozymiui? Thi labai svarbus ir bendras visicms eukariotzrmsklausimas.Jiru buvo ra3yta apie Zema[giusZirniq mutantus,kurie naudojami aLrgalqaugimo hormonq kiekiui nr.rstatyti.Thi irgi nlonogeniniai mutantai. Yra gcnq, be kuriq kiekybinis poZymis apskritai nesir,ysto.Jie pavadinti pagrindiniais, o daugelio poligenq ina5aspapildonrasarba netiesioginis,ir juos brltq galima vertinti kaip genus modifikatorius, genetini fon4. Pagrindiniq genq gali blti keletas.Thi irodyta iSryrus ivairius pozymius,pvz., augalq antociano sintezespavelclejim4. Fogelisir Motulskispatcikia toki4 daugiaveiksnio (kickybinio)poZymio raiclos schem4: Aplinkos veiksniai(Zr"toliau) Daugiaveiksni s pavelddjinras

? -+

Atsitiktiniai veiksniai I t;eneti#q veiksniq visuma---:)' Poligenai (,,genetinis fonas")

Si schema geriausiai atitinka Siuolaiking kiekybiniu pozymiq pavcldcjimo samprat4, ir pagal jq turetq wkti konkretaus kiekybinio pozymio genetikos tyrimai. Schcma tinka visiems eukariotams.

9.6. Paveldimumas ir aplinka Genotipas ar aplinka - tai ne dvi viena kit4 neigianiios alternatyvos. Prieiingai, nuo genotipo ir aplinkos veiksniq s4veikospriklauso organizmo poZymirl ir salybiq visuma - t'enotipas.Svarbiausia o-1I

atsakyti i tai, kiek konkretus pozymis priklauso nuo genotipo ir kiek nuo aplinkos. SvarbusSisklausimasveislininkystei,selekcijai,medicinai ir net, kaip mindta, tinkamai auklejimo sistemai kurti. Thdiau ne visq pozymiq atZvilgiu lengva i 5l klausim4 atsakyti. PavyzdZiui, nelengva nustatyti, kiek Zmogaus gabumai priklauso nuo genotipo, o kiek nuo aplinkos. Siuo metu pamatuotai abejojama lQ (angl. intelligencequatient, sudaromastaip, kad vidurkis bfitq lygus 100) - intik genotipiniusskirtelekto potcncialo rodikliu, kaip atskleidZiandiu tumus. Jis priklauso ir nuo socialiniq aplinkos, Seimossqlygq. S4veika tarp genotipo ir aplinkos tiriama dviem metodais: .

ivairiq genotipq organizmai auginami tomis patiomis s4lygomis. Thip gali blti tiriami ivairiq veisliq augalai ir gyv[nai. ParyzdZiui.auginant keletE kviciiq veisliq netrg5toje dirvoje ir patrgSusmineralinimis tr45ornisisitikinta, kad kviediq veisle 'Bezosta.ia1' labiau uZ kitas reaguoja trg5im4. Thigi atsakas i i t r i l i a s p r i k l a u s on u o g c n c t i n i qa u g a l qv e i s l i qs a v y b i q . . geneti5kaivienodusorganizmus auginti skirtingomis sqlygomis. Siuo atvcju organizmaiskirsisdel aplinkos poveikio. Tadiausunku gauti genetiniu atZvilgiu visiikai tapadius organizmus. Geriausia tokius tyrimus atlikti su klonais - vegeta$iniu b[du dauginanraisvicno indiviclopalikuoniais.

Dvyniq metodas.Jis Zmogausgenetikoje taikomas norint nustatygenetiniaiskilmes skirti santykj,,genotipas-aplinka". Pasinaudojama tumais tarp monozigotiniq (identi5kq) ir dizigotiniq (neidenti5kq)d"yniq. Monozigotiniai dvyniai yra kilq ii tos padios zigotcls dukteriniq l4steliq.Praclcjuszigotai dalytis,dukterinis l4stclcsdel susilpnejusiq tarplzlstcliniqrySiqgali atsiskirtiir bent iki 8 l4steliqstadijosi5 kiekvienos iq galetq iSsirystytipo normalq gemal4. DidZiausiasidenti5kq dvyniq skaidius iki Siol yra penkios sesutesDion vieno kanadiedio Seimojc. Monozigotiniai dlyniai sudaro klonq. Jie visiikai tokio paties genotipo, todcl gali skirtis tik del aplinkos s4lygq poveikio. Tokios dvyniq poros. kai abiem dvyniams i5sir,ystotas pats pozymis, vadinamos konkordantindmis (lot. concordo - sutariu, sutinku), cr kai vienas drrynysturi poZym!, o kitas ne, yra diskordantines.Kuo daugiau konkordantiniq porq, tuo labiau pozymi lemia paveldimumas, o ne aplinka, ir atvirk5iiai. Thciau dia slypi pavojus apsirikti. Ta oJ./.

padia liga. patryzdLiui,sknrlatina,abu monozigotiniai dryniai gali susirgti pirmiausia del to, kad auga vienodomis s4lygomis ir abu gali vienu metu apsikresti. Dizigotiniai dryniai yra kilg i5 atskirq kiauiial4sdiqir yra skirtingq genotipq. Paprastaivienu mctu baigia brgsti viena ZmogauskiauSialqstc,bet kaip anomalija gali pasitaikyti, kad subrgstadvi ir dauciau kiauiialirsdiu.Kiek subrgsta,tick ir apvaisinama.Dizigotiniai dryniai yra skirtingq genotiprp.Jie skiriasi tiek, kiek skiriasi genotipai broliq ir seserq(sibsq),ne vienu laiku pagimdytq. Lyginamas konkordacijos procentas tarp monozigotiniq (MZ) ir dizigotiniq (DZ) dryniq. Jcigu pozymispriklauso nuo genotipo, tai diskordantiniq porq tarp DZ dvyniu turi bDti daugiau negu tarp MZ dtryniq, nes DZ poru nesutapimaizrtsiranda ne tik ddl aplinkos,bet ir del genotipopoveikio.Konkordantiniqporq daZnisi3rciikianiasproccntais nuo bendro iitirtq dvyniqskaiiiaus;imamostokiosporos,kuriosenors vienas individas turi poZymi. Kai konkordacijosprocentas tarp MZ ir DZ dvyniq vienodas,daroma i5vada,kad poZymisnuo genotipo ncpriklauso (9.7 lentelc). Taigi lyginant konkordacijosproccnt4 tarp MZ ir DZ dvyniq, galima patikslinti gcnetiniq veiksniq ir aplinkos poveiki jais ir antpozymiui.Antai susirgustymaisvicnam dvyniui,uZsikredia rasis.todel konkordacijosproccntaslabai didclis. nesvarbu,ar dryniai identiSki,ar neidcntiiki. Pana5iaiyra ir su skarlatina.Todel dr4siaigalima teigti, kad SiosuZkredianrosios ligos priklauso nuo aplinkos.Joms genotipo reik5mc minimali. Thdiautaip pat uZkrciiamoji liga tubcrkuliozi abicm DZ dvyniamspasirei5kiatlk 20-28 atvcjais iS 100, o konkordantiniq MZ dvyniq porq yra 53-B7o/a. Genotipo poveikis tuberkuliozei neabcjotinas.Zinoma. Siuo,kaip ir poliomiclito,atveju paveldimas arba polinkis sirgti, arba imunitetas. Genq penetranti5kumas ir ekspresyvumas- savyb6s,bldingos eukariotq genams. MZ tyrimai akivaizdliai rodo, kad ir to paties genotipo asmcnysyra jvairls, skirtingo fenotipo. Gali poZymis visi5kai nepasireik5ti,kaip yra treddalio MZ, kuriq vienas monozigotinis dlynys serga, o kitas neserga schizofrenija. Akivaizdu ir tai, kad geno pcnetranti5kumasyrzr ceno ypatybe. Pateikti 9.7 lentelejc duomcnys jtikinamai tai rodo: nuo genotipq/ genq, kuriq lemiamq pozymiq konkordacija nedidel6, lki 100% MZ konkordacijos pagal ABO kraujo grupes. Vadinasi,ABO kraujo grupiq genq penetranti5kumasyra I007o, o schizofrenijos- Iik 60-107o, nes geno penetranti5kumasi5rei5kiamasprocentais.

633

9.7 lentclc. Konkordantiniq porq dainio (%) tarp monozigotiniq (MZ) ir dizigotiniq (DZ) Zmogaus dv-vniq pah-ginimas (pagal F. B. H u t t . 1 9 6 4 : S . M . (ic rienzon4, 1 9 8 3 :F . V o s c l . A . G . M o t u l s k v . 1 9 9 7 ) Konkordaciju ':1

I-igu

MZ 'lymai

UZkre i i a m o s i o s 9'7-t)r) I

Diftcrij:r ['rrlt(rnlrelrlir\ Skarlatina

I

I

| I

;fi:iliiill. I ll.rup;ri I Vdiys rapskritair I N r u t l c s v ez Y s (iitndor vczls

Skrlrnd2iovcTr's

I

I

I

50 -36 5l -64 53-7.1-fi7 60 I 7 -I ( ) 55 6

27 I ps c h i k o s l i g o s

Liga

DZ Rachitas 94-ti7 S l c i v a p c d y s t c 3tl ! g i r r r t a sk l u b o s a n a r i o iinirirnas N c s u a u g c sg o m u r y s i r 6 (ar) lIpa 1'7 S k y d l i a u k c sh i p c r f u n k c i . j a Psoriazc Itt 2 l -26-28 I s c h c m i n c i i r d i c s l i g a 2{) ,\topi.ja (iginrtr irlcrgija) 'Iul2ics ll-14 latako aknrc-nligc I lipcrtonija 3 U Sarkoidozc (liga, pasirciikianti cumbcliais otltrjc ir viduus orqanuosc 1

Iipilcpsiia 67 3 NormalIs I M u n i a ki n I d c p r c s i j r r AI)O kraujo r:rupcs 11 l9 I Schizofrcrrija I 6 7- 7 6 - E 6 l 5 -l 3 -1 , 1 , :A n t a k i q f i r r m a Akiq spalva I rairios ligos C'ukraligc I .56-|i..1-,\-l 7 ll-)0 [ ' l l L r k u s p a l v l r

Konkordacija %,

MZ

DZ

T I': .1t

3

i7

il 3 l3

^1

6t l9 50

R5

27 62

4 6,-5 35

.50

Ii..5

vnriai I l0{) I l(x) | 99.5 tq1

64 5l 2li l3

Geno penetranti5kumas (lot. penetro - isiskverbimas)- tai procentais i5rei5kiamasdaZnis,kuriuo genas pasirci5kiafenotipe, kai yra genotipas.butinas pozymiui iSsivystyti. Geno ekspres)ryumas- genoigenotipo lcmiamo pozymio jvairovd, skirtinga pozymio iSraiSka,nors genotipas yra tas pats. Tirdiaugcnq cksprcsyvurnilvertinti rcikia atsargiai.Paaiikejo, kad tcn, kur anksc:iaunrirnyta,joc poZymi lcmia vienas gcnas.gali bOti kcli gcnai arba lrent skirtingi to palies gcntr alcliai. Atrcclt, gcnrs gcno cksprcsyvunropavyzdysvra mtlyna akiq odcna. Pusul iiil savybg1'ra l(X)?,-inispenetrantiikunras.Tiri'iau Zmonis su milyna a k i q o c l e n ag a l i b l t i k u r t i , j q k a u l a i g a l i b l t i t r l p u s . S i t r sd v i y p r t y h c s p a s i r e i 5 k i a anaiptol nc visicnrs asmenims su mclyna akiq odena. Kurtumas ir kaulq trapumas iSsiwsto tik 11(/( asmcnq su malyna akitl odcna; kLrrtumu pasiZymitik 6()% asmerrq. o kaulq trxpumu - 63'i lsmcnrl su milyna akiq odena. ?iiiau iiuo mctu nustatyta,kacl ii ivairove yra nc dcl skirtingo vieno gcno ckspresyvurno,o todel, jog m e l y n q a k i q o d e n El c m i a k e l i g c n a i , i r f c n o t i p q s k i r t u m ug a l i l e m t i s k i r t i n g ig e n a i .

- aplinka". Pagal5i santykigenailabai lvaiSantykis,,genotipas r[rs: pradcclantvisiSkunepriklausymunuo aplinkos (kraujo grupiq 634

genq) ir baigiant labai dideliu fenotipiniu paslankumu. apibldinamu kaip reakcijos norma: Iemianrasne konkretus pozymis, o ribos, kuriose varijuoja geno veikla priklausomai nuo aplinkos veiksniq. Thi turi prisitaikomq reik5mg. Kai kuriais atvejais reakcijos norma pasirei5kia dviem alternatyviaisfenotipais,,,arba-arba". PavyzdZiui,kai kuriq laukiniq gyvunq kailis Ziem4 pasidaro baltos spalvos.SavotiSka himalajiniq triu(iq spalva (ausys,nosis ir gal[nes tamsios, kita k[no dalis balta) priklauso nuo tcmperatfiros.Sios veisles triu5iq l4stelese melaninas sintetinasi tik Zemoje temperatfroje. PaZeminustemperat[r4. juod4 plaukq spalv4 galima gauti bet kurioje k[no vietoje, o eluginami30"C tcmperatlrojc Sie triuSiai blna visiSkaibalti. AtsikiSLrsiq k[no daliil pavirSiusyra Zemesnestemperatlros, todel hintalajiniq triuiiq jos kaip tik ir yra pigmentuotos.Ir vienu, ir antru atvcju poZymis priklauso nuo tempcrzlt[ros, bet reakcija i ja yra skirtinga: vienq gyvfinq Zcrnoje tempcrat[roje slopinama melanino sinteze, kitq, atvirk5iiai, Si mcdZiaga sintetinasi tik Zemesn€jetemperatlroje. lvairiq genotiprtreakcija i t4 pati aplinkos povciki yra skirtinga. Alternatyvus fenotipai yra tam tikrq genq ypatybe. jLr veikla, - ateitiesklauKaip tokic gcnzrivcikiu ir kaip vzrldctma sinrai.

9.7. Lemesniqiq eukariotq poZymiq pavelddjimas ir rekombinacija ?ri labai ivairi pagal lytinj proccs4 fio gali ir nebuti), rckombinacij4 ir poZymiq paveldejimEorganizmq grupd, nevienalype. Grybai. Vienalasdiq grybu l4stcliq branduoliuosc ner,ykstatokie branduoliuose.Nepaisantdidelcs sudctingirciikiniai kaip pirmuonir-1 grybq ivairovis pagal nesuderinamumotipus, lytini proces4 ir diplofazcs-haplofazeskait4, pasak S. Ingcs-Vedtomovtt,i5 maZdaug 4200 grybq gendiq ir 50000 r[iiq gencti5kai i5tirta tik 30 ruSiq, atstovaujandiq 20 gendiq.?rdiau, kaip ir pirmuoniq, yra kclctas grybq rlSiq, kurios gcncti5kaiiStirtos,galima teigti, idealiai, iki visiSkogenomo sekvenavimo. Pirmauja mieles Saccharomycescerevisiae,kuriq tyrimo rezultatus ne kart4 nagrinejomc. Thi vienas pagrindiniq objektq l4steles ciklo

635

valdymui, chromosomq sandarai,mitozei, mejozei ir genetinei rekombinacijai tirti. NagrindjomeSioobjekto poravimositipq genetik4,kuriai bldinga savita genomo pertvarka. Pagaliaumields, kaip genetinis objektas, isitvirtino genq inZinerijoje ir genetineje analizdje,naudojant dirbting mieliq chromosom4YAC (Lr.p. 173).Dirbtiniq chromosomq konstravimasapskritai prasidejo nuo S. cerevisiae.I antr4 viet4 pagal pombe ir Neurosporacrassa. iitirtumE gali varzytis Schizosaccharomyces Pirmasisobjektas naudojamastiems patiems rei5kiniams,kaip ir Saccharomycesceret,i siac tirti, antrasis,N arosporo crossa, neprilygstamas del galimybestaikyti tetrading analizg (Zr. toliau). Kaip pramoniniai objektai genetiSkai tiriami Aspergillus,Penicillium ir kitq gendiq grybai- ivairiq mcdZiagq,pirmiausia antibiotikq,gamintojai. Gryb,I haplofazes-diplofazdskaita labai lvairi. Siose organizmq grupise gali blti 3 branduolio fazes: haplofaz€,diplofazd ir dikariohomotaliniq mieliq branduolys yra diploidinis, o nas. Saccharomyces vyrauja haplofazd, bet retkardiais diploimieliq Schizosctcc'haromyces dinis branduolysdalijasi ne mcjoziniu, o ntitoziniu b[du, del to susidaro diploidines vegetatyvincsl4steles.Gryb,l Neurospora vyrauja haplofazd,tuojau pat po apvaisinimovyksta mejoze. Kartais, susiliejus dviem l4stclims,jq branduoliainesusilieja. Aukitesniqjq eukariotq tai trr.rnkalabai trumpai, kol susijungiavyri5kasir rnoteriSkasbranduoliai, o grybq dikarionas gali sudaryti pagrinding g;rvenimociklo dali. Siuo atZvilgiu net tos padios genties grybai labai jvairls. pvz., Aspergillus,ribose. Pasitaikogrybq su daugiabranduoldmisl4stelimis. Dikarionas yra savita diploidiSkumo uZuomazga.Gali brlti dvi jo genctinesb[senos: heterokarionasir homokarionas. Kai susiliejal4stelessu geneti$kaitapadiaisbranduoliais,susidaro homokarionas. o kai su skirtingais - heterokarionas:

ll{ ft I' '1

i'

',

to I .L'-l

-l iS j 1fl" ol

n l Q I j/

i \

,..' /'d'\ { ^] \ v/ \-'l

\ /-T*\ l n l \,v./ \-/

Heterokarionas

636

Homokarionai <- Mejoze

Haploidindsl4stclis

Thrp skirtinguosebranduoliuoseesandiqgenq bDna tokia pati sqveika, kaip ir diploidiniame branduolyje (pvz., dominavimas,epistaze ir kt.). Thdiau heterokarione nehomologinesir homologines chromosomos negali derintis atsitiktinai. Kai dikarionas pereina i haplofazg, butent susidarius haploidiniams Penicillium chrysogenunt,Aspergillus nidttlans konidijoms, i dukterines l4stelespatenka tik po vien4 heterokariono branduoli, todel palikuonys skyla tik i dvi pradines (tdvines) grupes, nepasirei5kia genetind rekombinacija ddl laisvo chromosomq derinimosi. Susiliejusdviejq homokarionq lytindms l4stel6ms,aleliniai genai paveldimi taip: I a

-;1

p--a! >^ l''a ,f. ta*

t

.,.

\

faZ

f!:-,

\9

!9J

Homokarionai Mejozd, haploidinds

rYtinas r4stel6s

Heterokarionas

Atsitiktinai susiderinusheterokarionqbranduoliams,galima tiketis trijq genotipq dukteriniq lqsteliq:

[?fi:',"1

lr

ol

Daugiabranduoliuoseheterokarionuosederiniq skaidiusdideja priklausomai nuo daugiabranduoldslqstelesbranduoliq genotiptt ir bendro branduoliq skaidiausl4steldje.Todel daugiabranduoliuoseheterokarionuose (pvz., Aspergillussojae, A. oryzae) Sis procesas gali b[ti labai ivairus ir sudetingaspriklausomai nuo to, kaip pasiskirstobranduoliai. Thdiau dikariono branduoliai gali trumpam susilieti. Thda susidaro jvair[s chromosomq deriniai, vyksta krosingoveris,pana5iai kaip auk5tesniqjqcukariotq. Lytinis procesas. Poravimosi (lytiniai) tipai. Pagal Siuos rei5kinius irgi labai didele grybq ivairovd. Kaip ir pirmuoniq, lytines lqsteles daZniausiaidiferencijuojasii5 vegetatyviniql4steliq.

637

Gali blti homotaliniai ir heterotaliniai grybai. Homotaliniq grybq skirtingq poravimosi tipq lytines l4steldsi5sirystoi5 to paties gniuZulo (talomo), kaip Saccharomycescerevisiae (.Lr. p. 219), po nedidelds genomo pertvarkos - a arba a kasetdstranslokacijosi MAT lokusq. Homotalinius grybusgalima prilyginti savidulkiamsaugalams(ivaisai). Heterotaliniq gryb.l miceliai yra skirtingq poravimosi tipq. Juos galima prilyginti augalq kryZmadulkai (autbrydingui). Tetradin6 analiz€. Thi patogus ir labai veiksmingasgenetindsanalizes metodas. Dabar jis taikomas lvairiems grybams ir dumbliams tirti, bet pirmiausia ji pritaike apie 1930 m. Lindegrenas(K. Lindegren) grybui Neurospora crassa.Grybuose, kuriuose vyrauja haplontas, po lytinio apsivaisinimoryksta mejozd, ir susidaro 4 haploidines l4stclis, sulipusios i krfivelg - tetrad4. I5 dia kilo tetradines analizes pavadinimas.Kai kuriq grybq sporos yra vaisiaklnyjc - aukilyje, todel jos vadinamos auk5liaspordmis.AukSlyje lelstelis gali 1-2 kartus dalytis papildomai mitoziniu b[du, ir tada jamc susidarone 4, o 8 arba 16 sponl. Tai sisteminisgrybq pozymis.Neurosporacras.saaukilyje yra 8 sporos. Saccharomycescerevisiaesusidaro 4 sporos, bet jos i5sidestokamuolelio pavidalu, bendra grupe. Tokias tetradas sunkiau tirti negu Neurr,tsporaaukiliaspores. Neurospora crassa turi didcli privalumE: Sio grybo sporos aukilyje iSsirikiuojaviena eile ir, jeigu nejryko suditingcsniq irykiq (krosingoverio ar genq konversijos),pagal genotipus jos iSsirikiuojataip: 4 vicno genotipo, 4 kito gcnotipo (9.19 pav.). Kiekvien4 aukiliasporg galima i5imti ir pasodinti i atskir4 megintuveli. Individuali lqsteliq genetind analizd iia buna maksimali: kiekvien4 spor4 ir i5 jos i5augusiq vegetatyviniql4steliq klon4 galima tirti atskirai. Po Neurospora monohibridinio kryZminimo i5 vieno auk5lio gaunamos dvi genotipq ir fenotipq grupes santykiu 1:1. Tarkime, kad suliejamoslytines l4steles dviejq kamienq: vienasjq sintetinapirimidino bazg timin4 Ghy*), kitas jo sintetinti nesugeba(thy-): P thyt x 111rZigoIa thy'thy AukStys/auki I i aspores t hy' thy' thy" thy* thyl hy1 hy-t hyarba thy1 hy- t hy1 hy-t hy' thy' thy* thy*

Vadinasi,vienameauk5tyjepusd sporq yra vieno genotipor/ry+, pusc kito thy . Tuo galimaisitikinti pasodinuskiekvien4auk5liasporg 638

Konidijos(n1

4j,h

)

r

(n) Konrdrjos .jj.* _

,Aosnarsrnrmas 'r..

\

A poravirnosi tipo hit?ri(n) Atrkilvs (2n)''

'--

I Bran.luolrq *u*ilre1'nrr* {7 -) *-,

o poravlnlosl tipo hilai (n)

\{''l'rzcir nrit'rze ,f

Aukihs Of,,l7fii-

--)tt

(n) sporos

r','ii.tingoi'"iii'] :.'r0 0,

)-.<*JjJ,

-.,1rU*)

-,,1i -* tt

t).19 pav. Neurospora crassa tetradind analiz€

ant kietos terpes, kurioie nera timincl: i5 pusds sponl nesusidarys vegetatyviniq l4stcliq. Bet koks sporq sckospokytisyra naujasgenctinisrci5kinys- krosingoveris,genq konversijzrarba mutacija.Ypai patogu Siuospokydiusstebeti sukryZminusdvicjq kamicnq skirtingosspalvtlsaukiliaspores.Kaip pavaizduota 9'19 pakeidiasi sporq spalva aukSlyjepo krosingovcric'r, veiksle. Paraseksualinisprocesas.Daugclio grybq gali susilieti vcgctatyviJis niai hifai. Jeigu hifai skiriasi gcncti5kai,susidaro heterokari<'rnas. gali egzistuoti ilg4 laik4, todel juo naudojamasi,pvz., genq s4veikai tirti. Galima j4 palyginti su genq s4veika heterozigotclsc.Thrp kitko, paai5kijo, kad sqvcika vis delto skiriasi. Hcterokariono branduoliai gali susilieti ir tada pasirci5kia paraseksualinisprocesas,kurl 1949 m. Aspergillasgcntyje atrado Pontekorvas (G. Pontecorvo). Paraseksualinis procesas yra mitozini rekombinacija, ir Siuo atveju haploidizacija ryksta ypatingu bfidu - nei5siskiriant atskiroms chromosomoms.

,l el

ryffi

.:: >="

.f tht

lt'l' 1w

uh, uht

Pradinis

(2n) diPloidas

?lO3

try l---l

l+++

I tltl r, alba M

r rh <

*;'/"J.,,.k^

J

L+

v .ttJ

aht arba @@" f

f

t*

-

|

,te./

uht'

, ,,uotou***

ttc'J

{

+ + + n t b n. / . , /

,l ttht

-\fm

+++

l

++

arba

|

+.-tsj.

ffiM

Genetiniams tvrimams naudojami ir agaminiai, neturinfvs lvtinio proceso?dumbliai: Euglena, chlorello. pastaroji - del ypad irodukty_ vios fotosintezes.Dumbliq genetine analize anksiiau tetuvo mutantu tyrimai, o Sir"rometu ji imta labai spardiaipletoti. Genetiniu atzvilsiu tai labai jdomi organizmqgrupe. Ryskusperejimasis vienal4sdiqcltimbliu per kolonijinius dumblius i daugialqsiiusdumblius. kai kuriu vienal4sdiqdumbliq, kaip antai Acetabularia,labai sudetinga l4stelei raida (Zr. 1.1 pav.), kuri jau senokai domina genetikus.

Haploidai(n) l#

ffiarb.*M.

deJ

arba

ahc

W

arba ., 4 !,c .

,1o.f

9.2() pav. Haploidizacija - grybq paraseksualinisprocesas

Haploidizacija(haploidiniqlqsreliqsusidarymas) vyksramitozeje.I vicnil poliu i5 padvigubcjusios homologiniqchromosomqporos patenka trys duktcrincschromosomos, o j kit4 tik viena.Dukterinesl4steles atitinkamaituri 2nf I ir 2n-l chromosomq.Jos gcnctiskainesubalansuotos ir gcnctiikai nestabilios,toddl haploidizacijavyksta toliau, p-rakartotinan i c i i s i s k i r i l r ndtu k t c r i n c m sc h r t r m o s o m o mi rs p ( ) t n l p u t i p n r randantvienqchronrosomqrinkini, kol susidarosubalansuota haploidine busena.Haploidizacija tarp dviejq chromosomrl porq pavaizduotzr 9.20 pavcikslc.Kaip ir mcjozcje,galimi 4 deriniai su salyga,kad tarp hontologinitl chromosornqncpasireiikia krosingoveris. Crybq mitozinis krosingoveristoks pat, kiiip ir auk5tesniqjqeu_ kariotg: v.vksta mitozeje suartijus clviern honrologincms chromosomoms. Tik aukitesniesiemseukariotams del mitozinio krosingoverio bfidinga gcnotipine, kartaiis ir fenotipine mozaika, .o grybq ir kitq vienal4siiu zemesniqjq cukariotq susidaro genetiskai grynas organiz"oiptorazele. mas. Zinoma, mitozinis krosingoverisimanomas tik ro to gali vykti hapkridizacija. Dumbliai labai ivairls, bet genetinei analizei iq naudojama labai nedaug. Daugiausia tyrimq atlikta su Acetabuloria,Chlamydomonas. Tiri haplobiontai.Susiliejusjudrioms dviejq tipq ,,f,, ir ,,-,. gametoms, susidaro zigota. Jai subrendus,lyksta mejoze ir susidaro haploidines sporos, taigi yra galima tetradine analize. Lytines lasteles ,,f " ir ,,-" morfologiSkainesiskiriair turi norrnalq citoplazmoskieki. Thi buvo pritaikyta nebranduoliniam paveldimumui tirti. 640

641

X. GENETINESREKOMBINACIJOSMECHANIZMAI. GENU INZINERIJA 10.1.Molekuliniai rekombinacijosmechanizmai l0.l.l. Rekombinacijos tipai. Saitspecifind rekombinacija Genetind rekombinacija - visa apimantis rei5kinys, bfidingas visiems organizmamsnuo virusq iki Zinduoliq, nuo reiSkiniq,kurie r,ykstageneratyvin6seir somatineselzlstelese,iki organizmq prtpuliaciju. Bendrastikslas- sukLrrtiir palaikyti polimorfizmq,ivairovg.Kiekviena organizmqgrupc ir net konkrciictsgentysturi savitu rekombinacijos reiSkiniq. Pagrindiniai rekombinacijostipai yra: homologine ii saitspecifine rekombinacija. Homologind,arba bendroji (arba reguliarioji),rekombinacijaryksta bct kurioje chromosonroje ir bet kuriojc jos vietoje ir keiiiamasi l'ragmentaistarp homologiniqDNR molckuliq arba jq sridiq (krosingoveris, baktcrijq bei virusq rekombinacija, genq konversija). Saitspecifind rekombinacija vyksta tik tam tikrose vietose, paprastai atpaZistanttrumpas nuklcotidq sekas (profago isitc.rpimasi chromosonril,judrieji genomo clementai). Visq rDiiq rckombinacija yra gcneti5kai uZprogramuota,nes . yra specialigcnomo sandara (nukleotidq sekcls); . rekombinacij4atliekaspccialusfermentai,kuriuos lemiantysgenai yra kickvieno organizmo genome. Homologinc rekombinacijayra universaliausiasir svarbiausiasrekombinacijos tipas. I5naudojamabendra nukleorlg5diu salybe sudaryti vandcniliniusrySiustarp dvicjq komplemcntariqgrandiniq.Kartais bendroji rekombinacija vyksta ir tarp labai tolimq organizmq arba tarp to paties organizmo, bet skirtingq, nealeliniq genq, jeigu (ie turi homologiniq DNR sekq. Homologine rekombinacijagali b[ti: . replikacind - pernelami vienagrandLiaiDNR fragmentai, DNR pasipildo antrEja grandine replikacijosbudu. Thip vyksta bakterijq rekombinacija, dallvaujant F veiksniui; o+l

. netaisyklinga, arba neddsninga- del jos atsiranda chromosorntl ir genq mutacijos. Thi netolygus krosingoveris,klaidinga rekombinacin6reparacija,rekombinantiniqsistemq sutrikimai ir klaidos. Si grupe yra s4lygine,nes klaidos gali bDti daromos, kai vyksta bendroji bci saitspecifincrekombinacija. Pagrindinis rei5kinys- netolyguskrosingoveris,kuris daZniausiair.ykstakartotiniq sekq sankaupose. Saitspecifindrekombinacija. Pavadininraskilgs nuo saito - nuklcotidq sekos,victos DNR, nes sqveika tarp itcrpiamo (arba pa5alinamo) scgmento/gcnctines strukturos ir,,icimininko"-titikinio lyksta trumpomis (nctgi trumputimis) homologinemissckomis.Jai bltinos trumputds homologindssekostiek jterpiamojoje strukt[roje, tiek toje vietoje - taikinyjc, kur 5i strukt[ra jterpiama. Pirmiausia aptikta ir smulkiai i5tirta bakterijq nuosaikiojo fago l, saitspccifini rekombinacija.Fagasturi sek4 attP (angl. attucltmcntof phugc), baktcrija - attB. Vrclinasi,fagas l, jsitcrpia j bakterijos chromosomq grieZtai nustatytojc victojc. Kai bakterijos chromosomojc ivyksta attB delccija, 5i4 sck4 pakeidia kitos, atsarginesutt. [siterpiatitinka tik 0,1olajsiterpimoipagrinmas iSias sekasncprurduktyvus, dinq att. PagrindinejeattP ir bakterijos attlJ yra bcndra (homologini) seka O, o i5 Sonq skirtingi ,,peiiai", todel 5i fago scka uZra5omaPOP', bakterijos - BOB'. S4veikavyksta bfitent Sia vidinc homologine sek:r. ), viruso ji atrodo taip: P--GCTT'1"1"['IA'I'AC'l-AA-P CGAAAAAATATGA'I'T -B- GCTT TTT TATACI'AA-BCGAAAAAA TAI'GAT-i

Fagas Baktcriioschromosoma

J ungiamasilipniais galais: V -TTTATACTAA_P'_B_GCTTT -ATT CGAAAAAATATG -B-GC TTT TTTATACTAA-P' CGAAAAAATATGATT

- cc.- P* GCTT TTTT ATACTAA-B'CGAAAAAATATGATT

Fago ir bakterijosDNR kerpama tose padiosehomologinese sekose,todel abiejqjq DNR jungiasilipniaisgalais. o+J

Tiek jsiterpimo, tiek Saiinimovietoje iterpiama-(alinamagenetine strukt[ra yra kilpoje:

Ab A-b

s B ab \ AB AB

.,'

4 B *o!,,,

. ,-o

,-.-

a..-

Jos tyrimo pradininkasyra Morganas.B[tent jis ir jo bendradarbiai atrado krosingoveri- pagrindini homologines rekombinacijostipq. Jis pasille,,tr[kio-susijungimo" teorijq: homologindsechromosomose atsiranda trlkiai; jiems jungiantis susidaro s4lygoskeistis segmentais tarp homologiniq chromosomq.Jis mane, kad apsikeidiama iStisaisgenais, arba kad gcnas yra krosingoveriovicnetas.Manyta, kad Morganasklydo. Neseniaiisitikinta,kad jis teisus,tik Siuolaikine geno samprata reikalauja patikslinti 5i teigini: jeigu genas yra funkciSkai dalijamas, apsikeiiiama funkciniais vienetais (Zr. II sk.). Genetikus imponavo puikls, itikinantys Benzerio bandymai, kuriais jis jrode, kad baktcriofago T, rll rajono ribose du virusai gali apsikeistitik vicna nuklcotidq pora. Thdiau nebuvo kreipiama ddntesio i du dalykus: . Benzcris tyrd virusus, kuriq homologines rekombinacijos s4lyeos visiSkaikitokios ncgu eukariotr,r, kuriq chromatinosandara ir gcnetinis medZiagosdalybos palikuonims itin sudetingi rei5kiniai; . tyrimai atlikti tik vieno, nors sud6tingolokuso ribose. Po Morgano darbq buvo atrastas dar vienas rei5kinys,kuris yra bendros kilmes su krosingoveriu.Thi geno konversija. Geno konversija. 1930 m. vokieiiq genetikas Vinkleris (H. Winkler) pasiile 5i reiSkinj kaip hipotezg kai kuriems augalq hibridq nukrypimams nuo iprasto paveldejimo pobldZio paai5kinti. Geno konversija - tai vieno alelio virsmas kitu heterozigotose: 644

b

AB

.1 B Ab

10.1.2.Homologin€rekombinacija

a

--\

aB

Tik 1949 m. Lindegrenastetradindsanalizdsmetoduirode ii rei5kini. Grybq Neurr,tsporacrossu aukllyje gali b[ti neiprastisporqsant y k i a i :5 : 3 . 3 : 5 . 3 : 1 .l : 3 . S i a i ss a n t y k i a iirs susidomdta. fprastinissantykis, net esant krosingoveriui,yra l:1, t.y. 4 sporosaukilyjevienokios, ir 4 - kitokios. pvz.:

oooo

arba

oooo

Kai santykis 5:3 arba 3:5, yra pomejozine rekombinacija:

oooo

arba

oooo

Ji ivyksta trcdi4, papildom4 kart4, dalijantis b[simoms auk5liasporems (du pirnrieji dalijimaisi- I ir II mejozcs). Kai santykiai 6:2 arba 2:6, yra geno konversija: O O r ) i ) r . ) ( , . , r ' _ ' ,a r b a , O O O O O O . T i - . r Thi lemia hcteroduplekso korekcija (Lr. toliau). Geno konversija, kaip ir krosingoveris, bldinga visiems organizmatns, nes heterodupleksas susidaro visq organizmq DNR ir r,yksta jo korekcija. Jis lemia virusq rekombinacijos poli5kumq. Bakterijq homologine rekombinacija itvirtino genetikoje naujq poZilri, kad homologind rekombinacija yra paveldimas, genetineje

programojenumatytasrei5kinys.Tiri buvo irodyta aptikus rekombinacijos genus,Zymimusrec' (recA, recB, recC...),it nustadius,kokius baltymusjie koduoja ir kokia Siq baltymq paskirtis.Taip pat buvo irodyta,kad DNR tr[kis homologineirekombinacijaib[tinas. Be to, yra ne vienasbtdas trlkiams atsirasti.Juos atlieka skirtingos fermentq grupes,koduojamosskirtingqgenq. Veiksmingiausiai bakterijq DNR kerpa RecBCD kompleksas.Kerpamaviena DNR grandind.Kirpimo vietasnustatobakterijqgenomespecialiosnukleotidq sekos,i5sidesiiusios kas -5-10kb. Tai X (ksi) saitai: 5'-GCTGGTGG-3' 3'-CGACCACC-5' 645

Rec BCD nukleazd prisijungia prie DNR ir juda i5 de5ines ksi saito link. Judedama ji, kaip helikazc, atskiria vien4 DNR granding nuo kitos. Pasickusi ksi sait4, ji kerpa vien4 DNR granding (tarp 4-6 bazit). Tifikio vietoje turi b[ti 3' galas. Vienagrandg DNR dali stabilizuoia SSB baltymas. Vienagrandis DNR trlkis ir ATP aktyvina RccA baltym4, ir Sis polimerizuojasi i vienq granding i5 6 RecA molckuliq. Aktyvintas RecA baltymas atlieka du veiksmus:

a a

RuvB r,ykdoDNR grandinesmigracijE,t. y. pertempiavis claugiau DNR nuo vienos DNR molekuldsant kitos; perkeltoii grandinesudaroheterodupleks4 su recipientoDNR; jungti; RuvA paZistaHolidejaus RuvC yra endonuklcazi,perkerpantiHolidejausjungti:

. kitojc DNR molekulejepadaro D kilp4 (atknoja DNR granding), . prisijunggsprie 3' galo, pcrneia perkirpt4 DNR granding nuo vienos DNR molekulesant kitos. lvykiq cigatokia: GCTGGTGG CGACCACC +SSB I

ATP

Holidejaus jungtis gali blti Salinamair kitu b[du. Dalyvauja kiti baltymai RecG ir Rus. Thdiau turi sprgstisir heterodupleksolikimas. Nors atrodytq, kad bakterijoms tai ncaktualu, nes nera tikrojo heterozigoti5kumo,bet heteroduplekseyra nesuporuotq nukleotidq. Turi rykti heterodupleksokorekcija ir atstatytostipiikos nukleotidq poros G = C arba A : T J4 atlieka minetieji nesuporuotq nukleotidq reparacijosfermcntai (MutH, MutS, MutL ir kt.). Prisiminkime iiskirting hcteroduplckso korckcijos ypatybg:

Rec BCD

J 1-Vienagrandc DNR

. ji nevaldoma,nukleotidasSalinamasatsitiktinai i5 bet kurios DNR urandincs. rrrl-\\ Heteroduoleksas

----r

_I_TTT-

Stai todel ir galirnas dvcjopas rezultatas: . arba iryko geno konvcrsija, . arba ios nira.

jungtis Flolidcjaus

Eukariotq homologind rekombinacija - krosingoveris.Tai nepalypastaraiginti sudetingcsnis reiSkinys. NepaisantlabaididelespaZangos siais metais, galutinio taiko padeti negalima. Siuo metu labai gerai i5tirta mieliq Sachuromyces cerevisiaehomologine rekombinacija.Jau dabar ai5ku, kad Zmogaus,drozofilos ir kitq auk5tesniqjqeukariotq homologinerekombinacijaturi daug esminiqskirtumq,susijusiqsu chromatino (ypadheterochromatino)sandara,l4stelesdalijimosi,lytiniq l4steliq brendimo ir net apsivaisinimoskirtumais.Thdiaumieliq homologinds rekombinacijostyrimai formuoja naujE poZiflri i 5i reiSkin!.

Si t.,ei t4 teko ,,pasiskolinti" iS eukariotq genetikos. Thi Holidejaus .iungtis (arba pirminis pavadinimas,dabar nevartojamas- Hcllidcjaus puschiazmis).J4, kaip hipotczg, 1964 m. pasi[le Holidejus (R. A.Holliday), i5tyrgsgrybo Ustilugorckombinanrll ypatumus. Veliau tokia lungtis tarp dviejq DNR molekuliq buvo irodyra. Siuo rekombinacijosetapu svarbi genq ruvA, rttvB, ruvC koduojamq baltymq veikla:

647

646

t

::itr::11

a

DvigrandZiai, o ne vienagrandZiai trfikiai inicijuoja homologing rekombinacij4. DvigrandZiai tr[kiai (DT) ir homologindrekombinacija. Del Holidejaus ir jo darbq tgsejq apie 15 metq manyta, kad homologines cukariotq rekombinacijospradZia yra vienagrandisDNR tr[kis. Thi buvcl prie5prieSaMorgano idejai apie ,,trlki ir susijungimq", nes, pasak Morgano, turetq btti chromatidZiq trlkiai (t. y. dvigrandLiai DNR trukiai). Kad DT yra konversijosir krosingoverio pradZiq pradZia, 1981m. toki4 minti parei5keamerikiediq mokslininkas Sostakas (J. W. Szostak),bet tik 1989m. tai jam ir jo bcndradarbiamsparyko ccrevisiaeARG4 geno konversij4. irodyti pagal mieliq Saccharonq)ces Per palyginti trumpq laik4 buvo nustatyta,kad bent 9 gcnq muracijos trukdo atsirasti Dl kurie butini Siemsqrksmams. DT

5 3', 3', 5', 5 ' + 3 ' E g z o n u k l e a z i n i ss k a i d y m a s

o

Holidejaus jungiiq Salinimas - kaip bus kerpama jungtis; izomerizacija: molekulis (arba fragmentai) pasisukavienas kito atZvilgiu 180"; be izomerizacijosnevyktq keitimasis vadinamaisiais flanginiais segmentais- nelyktq krosingoveris,o tik geno konversija, arba liktq pradind padetis; heteroduplekso korekcija: b d

ffi

+Rezultatas

P r a d i n ap a J i t i s

.l'

I Po pcrkirprmo v.b

a

-FF-T'T,,ffiFF

E

Krosingoveris b konvcrsrla d

3' Rad50,Mrel I, Cornl/Sac2

TTTTTT 5 Pradindpadctis

Drncl, Rad5l, Rad52, Rad55,

Priklauso nuo h'rtcroduplckso korckcijos

arba

arba

-4

Pradin€

paddtis

TT=r.FFF 5

Krosinqoveris

Galutinis rezultatas yra trcJopas:

. pradindpad€tis- be krosingoverio heteroir gcno konversijos, dupleksasatstatomasi pradingpadeti; . geno konversija- vienasalelisvirsta kitu; . krosingoveris - apsikeidiama segmentais tarp homologinillchromosomLl.

D N R r e p a r a c i n es i n t e z e

Grandinesrnigracija

Msh5, Mlhl

Vadinasi,rckombinacijos lvykiq pabaigojesvarbls 3 reiSkiniai: 648

Kirpimo vieta (kai geno konvcrsija)

ir galimz geno konversija (pagalnagrindt4schcntq)

, r e l l , X r s 2 ,M e r 2 , S p o l l , R a d 5 0M M e i 4 .R c o1 0 2 .R e c1 0 4 .R c c I 1 4

(2)

G r a n d i n e sp e r k c l i r n a s ,D

JUngIrcstlomerrzacua b

lletcroduplcksai

ir kerheterodupleksas Tai priklausonuo to, kaip yra i5taisomas jungtis. pama Holidejaus Ivykiq chronologija.JE i5tyreKlekner (N. Kleckner) ir jos benl4steldsehoir prie5mejozindse dradarbiai(10.1lenteld).Somatindse poruojasidaugybetarpsaitiniqrySiq(,,uZkamologindschromosomos binimais").Jie i5nykstal4stel6sciklo S faztje,bet homologineschroPriei pat atsirandantDT vel sumosomosi5liekaarti i5sidesiiusios. sidarorySiaitarp homologq.Sle pyt
649

10.1 le ntclc. N,Iieliq Saccharomycescerevisiae mejozds ir krosingoverio ivykiq chronologija (pagal N.Kieckner, i996; Tyrinro I nterfazc l)'gis/budas

Prolcptotena Lcptotcna

DNR

Honrologq poravimasis

DNR rg:plikacij tr

El0ktroninc mikroskopi.ja

D1' 15--30 min Soniniq Soniniq clcmcntq clcmsntq uZuomaz- SK susidag()s rymirs

n](ls

2I.1

Pachitena Diplotcna

,/\

S v i c sni i I)iiuzinis Konrpaktinis P l o n o s r n i k r o s k o p i j a chromatinaschronratinas c n r o m o s o

l,aiko skal0: Sl!:foplaslai

Zigote na

Storos chrontosomos > , , P u o k S t o>" Mazgcliai

F{olidcjaus jungtys KR >,111 min NKR SK visu Nykstantis ilgiu SK

. . D c i r cl c ' s

Iisilaisvinaniios chromosomos

5(,.l

Standanints s4lygos: l)-t

dvigrandZiai tmklxi: SK

srnapronernilis kcrruPlcksas:KI{ - krosirrtovcris,'krosovcrai; NKR , t)c krosingo\crio

Dauguma DT ,,kar5tqtaiku" yra tarpgeninise srityse.Matyt, teisus buvo Morganas manydamas,kad kcidiamasi genais. 'stlri:a'utclut'ot',.v-ft'.r ltttnl>t DT .,karitas taskas" yra nukleotidu seka 5'-ATGACGT:3'. Pric jirs jungiasi gcnq ntt.sllnttr2kclduojamibaltymai, pazistantysiias sckas. ,.Karstq taikq" clydis svyruoja -50-2(x)kb ribosc. bct kickvicnam lokusui yra po ,,karit4 taiki1".

Terigikrosingoverisyra uZprogramuotzls DT atsiranda iki sinaptoneminiokomplekso (SK). Klekner nustatc, kad tai lvyksta leptotenosstadijoje, o Holidejaus .iungfyssutampa su sK (10.1 lentele). Rekombinacijapasibaigiapachitenos-diplotenos sand[roic. Pachitenojeqrkstandiil DNR sintezg atlieka nesuporuotq nukleotidq rcparaciios fermcntai. Nustatyta, kad, blokavus krosingoveri, net jeigu po to r,yksta achiazmine mejozi, netiksliai paskirstomoshomologinds chromosomos ir dainesnd aneuploidija. Rekombinacijosgenu mutacijos gali lemti polinki aneuploidijoms: 6-50

tl ll

htrl t&tRs

llH

tr{

l- H w

Iffi ,z'\

tr ff +f il

+

l \ l c j o u c s r l .r

IffiI

1'\

r|ffi 1rtrffi HHiH| II Hffi

r'\'\

\

l16ff

Sutrikusios homologiniq chromosomq dalybos Krosingoveris Sutriko seseriniq Normalios homologinirl Per nrcjozesI dalijim4sii vien4 poliq nuijo bivalcnta: chromatidZiqdalybos chromosomqdalybos/ per mejozcsII dalijidvi lytineslqstcldsn*l kcturios haploidines milsi dvi lytincs l4stclis n-l lilstclis t-. O. Ross. D. S. Dawson, I997) (pagal C. A. Bascont-Slack,

?rigi ne vien achromatinds verpstds sutrikimai lemia aneuploidiiq. Keitimasis f'langiniaisscgmcntaisyra kur kas daZnesnis,negu jis nustatomas geneti5kai.Jo negalima nustatyti, jeigu abiejose homologinise chromosomoseyra genetiskaivisi5kai tapat[s segmentai(homozigotos). Nereiketq stebetis,kad krosingoverisvaldo mejozg. Lytinis dauginimasis ir atsirado del galimybiq keistis genetine mcdZiaga. Siuolaikiniais rekombinacijostyrimais nustatyta keletas netiketq, bet principiniq rei5kiniq: . DT yra bLrtini tiek normaliai mejozei, tiek rekombinacijai; sutrikus Siam etapui, nesusidarosinaptoneminiskompleksas,lyksta achiazmin6 mejoze su daugybe klaidq arba ji visai nelyksta; . hom<-rlogin6s rekombinacijos,,karStitaSkai",DT atsiradimo vietos, yra tarpuose tarp genq - beveik visi DT atsiranda tarpgeniniuose rajonuose; . krosingoverisyra normali blsena, kuriai nesant nevyksta normali mejoze.

Homologine rekombinacijapriklauso nuo ivairiq veiksniq (2t. tadiau kiekvienastaksonas,matyt, turi optimalq ,,Krosingoveris"), 651

rekombinacijosdaini. Antai krosingoverisZmogausgenome apie 300 kartq retesnisnegu mieliq genome: ' mieliq - 0,26 genolapiovieneto/kb, . Zmogaus- 0,0009genolapiovienetoikb. 10.2.Genq iniinerija Gamtiniai bldai hibridin6msDNR molekuldmsgauti. Jau turijome pakankamaiitikinamqparyzdZitl,kad genq inZinerijq,t. y. repirmiausiasuk[rd gamkombinantiniqDNR molekuliqtechnologijas, atrado (panaSiaikaip de ta, ZmoguspakartotinaiSiastechnologijas Fryzas,Korcnsasir Ccrntakas- Mendelio ddsnius).Itin suddtingu tumefar:iens Ti plazmides b[du vykstaiau nagrindtosA54robacterium (ir. p. 24a). T-DNR isiterpimasi augalogenom4 Vien4 i5 gamtiniqb[dq hibridinemsDNR molekulimsgauti tik tdiau jos galimykE nagrincjoms- tai homologindrekombinacija. pakeisti kitu. aleli bes ribotos vienE Saitspecifinirekombinacija(plazmides,nuosaikiejiir retro virusai), virusq moduliaigerokaipraplediaSiosnat[raliosgenq inZineri(bejos ribas.Gali apsikeistigenaisnct labaitolimi mikroorganizmai B. Chesino rekomenduotina R. sidomintiemsSiuoklausimu ,.Neposknygosautoriussunkiaislyscnkizmolaikais tojanstvogenoma",19t3-5: yra dirbgsbuv. Kauno medicinosinstitute). Dirbtinesgcnq inZinerijosgalimybdsyra neribotos: . galimaperkelti iS vieno gcnomo i kitE tik tam tikrus konkresekas; cius genus/nukleotidq . prokariotqgenusgalima perkelti eukariotams,ir awirkSdiai; . iterptidirbtinaisusintetintas nukleotidqsekas,kuriq apskritainebuvo genome,keistivienusnukleotiduskitais arbajuos Salinti. Jau iprastaklonuoti eukariotqgenusarba genomofragmentusi reikalingqproduktq bakterijq genom4.Thip bakterijospaverdiamos gamintojomis(producentais). Antai Sitaipgaunamasaugimohormoir kiti produktai,kuriq gamtindsZaliavosbrangiosir nas,interf'eronai ribotos.PirmasisZinduoliqgenasbuvo klonuotasi bakterijqgenom4 1978m. Tai insulino senas. 652

1982 m. Palmiteris (R. Palmiter), llrinsternas (R. Brinstern) ir jq bendradarbiai pirmq kart4 genu inZinerijos metodais perkele genus Zinduoliams.Peles milZinds,apkeliavusiosdaugelio knygq ir Zurnalq vir5elius,gautos tokiu bldu: i apvaisintq peliq kiau5ial4sdiqryri5kqii probranduoli (kol i,yri5kasisir moteri\kasis probranduoliai nesusiliejg ir juose yra po haploidini chromosomq rinkini) buvo iterpti augimo hormonq genai. Sekmdsatveju peles kraujyje buvo 100-800 kartq daugiau augimo hormono negu normaliai. Genq inZinerija yra kompleksasmetodq: . . . .

geno i5skyrimo arba sintezds; b[dq klonuoti genq i vektoriq; vektoriq k[rimo (atskira darbq kryptis); b[dq iterpti vektoriq su klonuotu DNR fragmentu i lqstelg ir i genom4; . b[dq. kaip pasiekti, kad perkeltas DNR fragmentas bltq veiklus (cksprcsuoiamas); . atrankosmetodq atpaZintiir atrinkti l4steles,kuriosc genq inZinerila sckminga.

Genq i5skyrimas ir sintez6. Pirmqli gen4 (tiksliau, genq grupg) iiskyre 1969m. Bekvitas.Sapira (J. R.Bcckwith, J. Shapiro) su bendradarbiais. Thi br.rvoEscherichiur:oli lac operonas. Jis gautas pasinatrdojus dviem virusais l" ir

653

bet jas vis tiek reikia specialiai prijungti priklausomai nuo organizmo, i kurio genomE bus perkeliamas genas. Vektoriai - labai svarbusgenq inZinerijosinstrumentas.Apie plazmidZiq vektorius jau ra5yta (Lr. p. 242). Vektorius (lot. vector - veZ4s, ne54s) - tai priemond, i kuri4 klonuojamas genas, t. y. svetima DNR, kad b[tq galima j4 perne5ti i reikalingas lqsteles ir iterpti i jq genom4. Pasinaudojamagamtoje csandiomisstruktlromis. Genams ivesti i baktcrijq l4steles kaip vektoriai naudojami: . bakteriofagai,ypad nuosaikieji; . plazmiddsir jq dirbtiniai dariniai; . judrieji gcnomo elementai. Vektoriuje paliekami tie gcnai, kurie reikalingi isiterpti i l4stclg ir i gcnomq. Plazmidis gali b[ti ir autonomi5kos.DaZnai naudojamos daugiakopijinesplzrzmidis,ncs klonuotas genas yra daug kartq pakartotas,todel gaunamasdidesnisgeno produkto kiekis. Retrovirusai naudojzrmikaip vciksmingi vektoriai DNR iterpti i Zinduoliq genoma. Augalq genq inZinerijdc daZniausiainaudojama Pastaruojumetu naudojaTi plazmide i( Agrobacteritrmtunta.faciens. mos ir dirbtines konstrukcijos i5 dviejq judriqjq genomo elementq. Pirmicji tokio tipo vcktoriai yra sukurti drozofilai: tokio vektoriaus galuosc yra po judrqji genomo elementq, pvz., P. Jis atrodo taip: -P_perkeliama

DNR-P

-

kurio galuoseyra IS sekos15 esmeskiekvienastranspozonas, tokia pati konstrukcija.Ir auk5diaunurodyta PP konstrukcijapirmiausiaaptikta drozofilosgenome(whitelokuse),o tik paskuiprad i t a d i r b t i n a ik o n s t r u o t i . Vektoriai privzrloturiti vietas (saitus),kuriuos paZistair kerpa DirbtinejeplazmidejepBR 322 yra sekos,kuriasatpaZisrestriktazds. ta ir kerpa daug skirtingqrestriktaziq.Be to, Siojeplazmidejeyra DNR fragmentas ar klonuojamasis genai,pagal kuriuos nustatomat, jterptasi plazmidg,po to i ,,Seimininko" l4stelg(Lr. 3.48pav.).Dirbtineje plazmidejepBR 322 - tai genai,lemiantysatsparum4antibiotikams ampicilinuiir tetraciklinui. 654

I5 dirbtiniq vektoriq britina pamineti kosmides,,,5atl" vektorius ir priminti dirbtines chromosomas. ,,Satl" vektoriai (angl. sltuttle - Saudykld,judeti pirmyn ir atgal; daugkartinio naudojimo - nusiZilrdta nuo kosminiq laivq) sukonstruoti taip, kad gali blti naudoiami DNR iterpti ir i bakterUq (8. coli), ir i mieliq (5. cerevisiac)lasteles. -l:ti Kosmid€s sukonstruotos)" viruscrpagrindu. plazmidds * ], viruso .,hibridas".Viruso l. paliekamastik ribotasDNR kiekis - cos DNR seka.Ji lcmia viruso DNR ..supakavim4" I baltymini apvalkal4- kapjeigu jo DNR yra viruso galvusidz1.Vektorius tampa veiksnringesnis, teje (kapside).Thdiauvisaisminetaisvektoriaisgalima perkelti nedaug DNR. YAC ir kitomis dirbtinelmischromosomomisgalima perkelti labai didelius(iki - 300kb) DNR fragmcntus.Jq taikymaskaip vektoriu ir dirbtiniq chromosomqkonstravimassmulkiai i5desfvtas (Zr. p. 172). DNR ivedimo b[das irgi labai svarbus.Pasinaudojamaliposomornis - p[slelcmis iS dirbtincsmembranos.Naudojamoskaip vczikules (pernaiclspriemone) jvesti i l4stclg jvairiasmedZiagas,tarp jq DNR ir ilgalaikesmRNR. Rekombinantinds DNR gavimas. Restriktazds. Nuo rcstriktaziu prasidejo genu inZinerijosepocha. Restriktaziq (lot. restric'tio- apribojimas) savybdsnc kartq mindtos. Bakterijq gcnome yra restrikcijos-modifikacijos sistema, kurios paskirtis - apsisaugotinuo egzogcnincs DNR, pirmiausianuo virusq. Pati baktcrijos DNR apsaugoma nuo suskaidymorestriktazcmis.Ji yra metilinama. Restriktazisyra labai jvairios,skirstomosi 4 klases.Vien4 jq (+-Elq) atrado A. Janulaitisir jo bcndradarbiaiBiotechnologijosinstitute.Sis institutasyrervienasi5 pasauliniurestriktaziqtyrimo ccntrq. Jo kolekcijojc apic 200 restriktaziq.Siuo metu tiriama,kaip restriktaz€atpaZista tas trumputes palindromines sekas,kurias ji kerpa abiejoseDNR grandindse. Pagal kirpimo pobldi restriktazesyra dviejq tipq: Kerpa bukaisgalais

Kerpa lipniais galais

JJ

fE_l tt+t l-{c-

I-TFI |

l-cG-

I

|

Keroa restriktazeH aeIlI

65-5

=_,iau*_

Pagal susitarimq rcstriktazis pavadinamostaip: . pirmoji raidi nuo bakterijq genties, pvz., EcoRI _ Escherichia, ' kitos dvi - pirm.si.s bakteriiq rfiiics pavacrinimoraides cori * co, ' R rodo, kad E. cori turi R vciksni, o rotyniiki skaitmenys- atradimo eilis_ kumi1. Hind III - Haamoplryllus in.fluenzae,cl kamienas, III restriktaze.

2 ffiJTTAA AATT r r I r I I | | r

F-rFrrrrrTTl AATTuttttrtIt

Restriktaziqyra daug,ir kiekviena paZistaskirtingaspalindroiq minessekas: BamHl

i! Bacillus amv\oliquefaciens 5,- C Ii_e_T

-:frl_i* -'i-5^-

AluT

Hindlll

{,,,_{_3,

i! Iluemophilu.sinfluenzae

5,

--G-{-T--1._3, n.jA -TT- C--{l-AaA._

ir kt.

Rcstriktaziqivairoveir savitumas- bakteriiqgcnomo strategija. Taip gcriausiaapsisaugoti nuo svetimosDNR. Ir vektorius,ir i ii lterpiamas(kronuojamas) DNR fragmentas privaloturdti tu.s paiius ripniusgarus,t. y. turi kirptl ta pati rcstriktaze.Vienassu kitu jungiasitik tie DNR fiagmentai, kurie gauri panarudojus t4 padi4restriktazg(10.1pai). TFansformuotq lqsteriqatranka ir perkertogeno ekspresija.Thi ne maZiau,o gal ir daugiaupastangqreikaraujintigenq inZinerijos darbo dalis.Perneiamasis DNR fragmentasturi buti"apsaugotas nuo l4stelcsvidujc esandiqnuklcaziq,rcplikuotis,bDti ncsunkial aptinkamas recipicntogenome,pagaliauturi normaliaivcikti svetimojegcnq veiklosvaldymosistemoje. Paprastaiprie kbnuojamojogenoprijungiamas - blsimol4steres si.s ,,ieimininkes"kurio n.rs geno promotorius.patogunauclotis indukuojamqgenq promotoriais,zinduoliq - kad ir iretalotioneino. Thdaklonuotogenoveikl4garimaindukuoti,pvz.,zn2* jonais. Kad eukariotqgcnai veiktq bakteriiqr4steleje, daZniausiai jie klonuolami i lac operon4SalialacZ* geno.Thda perkelto geno veikr4 garim4 - lac operono induktoriais. valdyti galaktozidais 656

Clronosoma Plamride

///Rep,,*u.u)\--*

o

oo co

10.I pav. Genq inZinerija su plazmidiniu vektoriumi: 1 - p l a z m i d e p S C l 0 l p a v e i k t ar e s r i k t a z e2; - D N R . k u r i o s l i a s m c n t a s i r e r n i a m a s j p l a z m i d g : . 1 ,J - p l r r z m i d cs u j r e r p r ul r u g m c n r u : . 5 m e r i n i n c i r \ r t u . t t o ld u k r c r i n i ' s b a k t e r i j o sl 4 s t c l e ss u j t c r p t u D N R f r a g m c n t u ; 6 a , 6 b - p l a z m i d e sl 4 s r c l e j ed a u g i n a s i neprikl.us'mai, todcl iq kopiiq yra daugiau negu bakierijos chromosomos kopiiq

657

Genaslac'Z* veikiakaip genasreporteris.Genai reporteriaiyra tokie genai. kurirl veiklq Jengvaatsekti. Antai lacZ* geno, kuris kocluoja substratas,s4veikaudamas su fermentu,nusidaZomelyB-galaktozidazg, nai. Genasreporterisprijungiamasprie klonuojamojo DNR fragmento. Genaisreporteriaisgalimaatsektitaseukariotqlqsteles,kurioseyra veiklus tyrinetojzldonrinantinisgenas,pvz.,is Hox gcnqgrupes.Visos lqsteles,kurioseveiks 5isgenas,dazysismelynai. Kad bfitq nesunku atskirti lilsteles po rck'mbinacijos, daZnai i vektorittsltcrpiami genai, kuriq rci5kimasisnustatomassclcktyviomis terpemis. PznyzdZiui,galima iterpti genus,lemiandiusatsparum4 ivairiems antibiotikams.Sekmingaireorgarnizavus genomil, l4stelc rccipiente lgyja atsparumEantibiotikui ir isgyvenaterpeje su normaliam l4steliu tipui mirtina antibiotiko koncenrracija. Kad patekgs i l4stelg recipicntE vektorius galetq autonomiskai rcplikuotis,jamc turi b[ti lqstclci recipientuib[tiingas rcplikatgrius (r-,,ri).Tik ji atpaZistal4steleje baltymai, arliekanrysreplikacij4. Zinduoliq genq iniinerija turi savitrlprobrernil- i kokias l4stcles ivcsti egzogeningDNR. Kai norima gauti palikuonissu pakeistomis ypatyhcmis,DNR jvcdama i apvaisintaskiausiar4stespries susiliejant probranduoliams. Patirtis nrdo, kad transfbrmacija daZniaLrsiai jeigu svetima DNR iveclamai vyriik:1 pronukleuszl. sckmirrgesnc, Genoterapija. Genetikos paZangaatveria naujq galimybiq gydyti pavclclimas ligas.Vicna jq - genoterapija.Labai daug triukimaujama dcl ticsioginiqplanq kcisti zmogausvicnus ,qonuskitais, kaip ir del Znrogausl4stclesbranduolio klonavimo. Tai rcalls dalykai, bct nauda ii ju labai nrcnka. Populiacijaijokios ypatingosrcikimcs ncgali turdti. Tokios pricmones gali bnti taikomos tik vienetams.Todel ar ne paprasiiauasmcniui,kuris tikisi, kad jo palikuonysbus su paveldirnu defcktu, pasiicikoti sau tinkamos poros? Siuo krausimugali pagelbeti nreclicinine-genetine konsultacija.?riiau genorerapijarealiai pritaikyta (ir tai galima atlikti daugeliui ligoniq) somatindsel4stelese. somatiniq lqsteliq genoterapija.Kzrmic.iniq rqsteriqger.rqinzinerija renriasi iiq somatiniq lqsteliq savybemis:l) ii kamieniniu lEsteliq gaminasi, diferencijuojasiatitinkamo auclinio l4stelds,pvz., is kraujo ciulpq - limfocitai; 2) diferencijuota r4stelddalijasi sudarydamaklon4; 3) nornralios l4stelcspaprastzriisstumia nenormalias,mutantines lqsteles.Siuo metu genoterapijayra viena is intensyviausiaipletoja658

mq medicinines genetikos sriiiq. Ji skirstoma i genoterapijEex un'o ir in vivo: ' somatiniqlqsteliqgenoterapijaex v'ivoatliekamataip: kamienin€je, pvz.,limfbcito,lastelejemutantinisgenaspakeidiamas normaatgal organizmui (Siuo atveju I liu, ir tokia lqstelc ,,grzlZinan-ra" kaulq diulpus).L4stcld dalijasi.ir pirmiausiasusidaronormaliq (pertvarkytq) l4steliq klonas. RealiausiajE atlikti asmenims,kuriems b[tina kaulq diulptl transplantacija.Tadiau5i genoterapijos kryptis susiduriasu daug rimtq problemq (pvz.,imuninio atsako), yra sunkiai atliekamair brangi; . somatiniq l4steliq genoterapija in vivr.t.Siuo metu vyraujanti kryptis. Naudojami jvairfis genq inZinerijos vektoriai, tarp jq virusiniai. Ypad perspektyv[s plazmidiniai vektoriai. Rekombikurioms pasidalijus nantini DNR ivcdama i specitineslzlstcles, susidaro gencti5kai modifikuotq l:rsteliq klonas. Genq inZinerijagydymo siknrg gali nulemti ir aplinkiniu b[du, turtas buvo penicilinas pcr vaistq gamyb4.Pokario metais didZiausias arba streptclmicinas.Suk[rus mikroorganizmu kamienus - antibiotikq gamintojus,Sic vaistai tapo visiems prieinami. Lygiai tokia pati padetis tokiq brangiq vaistq, kaip intcrferontri, augimo hormonai ir kt., gaminamq i5 gamtiniq Zaliavq.Genq inZinerijosmetodais yra sukr.rrtimikroorganizmq kamienai, sintctinantysZmogausbiopolimerus: insulin4, interferonil, augimo hormonus, VIII veiksn! hemofilijai gydyti ir kt. Tirdiaulygiai taip pat sckmingai galima gydyti organizm4 iS vidaus, pcrkclus genus, koduojaniius tr[kstaml] baltymq, pvz., augimo hormontl, sintezg. Somatiniq lqsteliq genoterapijajau bandoma taikyti lvairiems paveldimienrs defcktams gydyti: fenilketonurijai, cistinei fibrozei, adenozindeaminazesdefektui, hipercholesterolemijai,A hemofilijai, emfizemai, Diuicno raumenq distrofijai ir kt., taip pat imunitetui pakeisti (daug vildiq tokiu btdu sukurti atsparumil ZIV). Bandoma tokiu bDdu gydyti kai kuriu tipq veZj (nrelanom4ir kt.).

6-59

LITERATURA Augal4 sclekcija.Vilnius: Lietuvos mokslas, 1998. 16 kn. Ayala F. J. Kiger J. A. Jr. Modem Genetics.2-d ed. California, Davis: Benj a r n i n / C u m m i n g sP u b l . C o . 1 9 8 4 . AviZonicne J. PuveldintosneruL!-raumerttl ligos.Vilnius: Mokslas, 1990. Basys V., Sinkus A. Pavelclimosvuik4 1rgo.r.Vilnius: Mokslas, 1979. Becker W M., Rcecc J. 8., Poenie M. F. The Wbrld of ttrc Cell.3th ed. California, Davis: Benjamin/CummingsPubl. Co, 1996. Bedius K., Ganusevidi[tc L. selckcijair siklininktste.2-as leid. Vilnius: Mintis. 191i9. BraZukas v, Sabataiticne G., Zabulionis Y. Ev'oliuc'ijosir genetiko,spugrintlai. K < l n s p c k t a sV. i l n i u s : Z c m e s u k i o m i n i s t e r i j a ,1 9 8 0 . Breese F. L. Regetrcrationand fuIttltiplication of Gcrntplasm Rcsource.sin SeetJ Cenebatrks:tlre Sr:ientif'icBockground. Roma: IBPGR, l9il9. BrrlavasJ. Bentlntji uugul7 salekcija.Vilnius: Mintis, 1970. Cutulogue o.l' Lithuaniun Plant Genetic Resource.t.Comp. A. Bldlytyte, J . I - a b o k a s , L . B a l i i I n i e n e e t a l . D o t n u v a - A k a d e m i j a :L i t h . S t a t e S c . S t u . F ' o u n d a t i o n .1 9 9 7 . Collcr:tittgI'lont Genetic Div,ersiv. Ed. L. Guarino, V. R. Rao. R. Reicl. Wal i n g f b r d ( U K ) : C A B I n t e r n a t i o n a l I. B P G R I . 1 9 9 5 . Epigcnctic'Mcclnni.snts of' Gene Rcguhtion. Ed. V. e. A. Russo, R. A. Martinssen,A. D. Riggs. c.ld spring Harbor: colcl Spring Harbor Lirboratory Press. 199(r. Fucat.s o.f Gcnetics.Select.A. M. Srb, R. D. Owcn, R. S. Edgar. San Franc i s c o :W l l . F r c e m a n a n c l C o , 1 9 7 0 . Ginrbuticnc E. Augalq g(nctiku. Kaunas: Spaudos fbndas, 1939. Griffiths A. J. F., Millcr J. H.. Suzuki D. T. Lewontin R. C.. Gelbart w M. An Inrroductionr, ciarrctit'Analvsis.7th eci. New york: Freeman and Co. 2(XX). Hartl D. [-., Joncs f:. w. ocnetit'.s.Print'iplesantl Anal.vsrs.4th ed. subdury. M a s s a c h u s e t t sJ:o n e s a n d B a r t l e t t P u b l . . 1 9 9 8 . IvanauskasT, Kanopka E., venslauskasM. Bioktgiju. vilnius: Mintis, 1970. Ydas M. Apic biohgijq. Kaunas: Candcla, 1994. Juodka B. Nukleirut rugititl chentijos ir biochenijo.spagrindai. Vilnius: Mokslas, l98lt. KudinskasY. [vatlusi Zrnoguus pctpLrliac'inq genctikq.Vilnius: Vilniaus univers i t c t o l c i d y k l a .l ( ) 9 4 . KudinskasY. Til ir Titt'o gt,nui.KlLunas:Sviesa.l99il. Latrko uugul4 selekcijuLictuv'oje.Sudaryt.J. Lazauskas,R. Dapkus. Vilnius: Mokslas. 1992. Lazutka J. h'[olekulini citogenatika.Vilnius: Vilniaus universiteto leiclvkla.

r998.

660

Lekeviiius R. Ekologinegenetika.Vilnius: Zinija, 1980. Lelis J. Paveldimos clermaktzesir sindromai. Vilnius: Mokslas, 1981. Lewin B. Gcnes. VII. Oxford, Nerv York. Tokyo: Oxford University press. 2000. Mader S. S. Biologr7a.Vilnius: Alma Littera. 1999. I kn. PassargeE. Cobr Atlas oJ' Geneti<s.New York: Thieme, 1995. Pasternak J. J. An Introtluction to Human Molecular Genatics.Oxford; Blackwell Sci, 1999. Petrovas D. Genetiku ir 2enris r7kis.Vilnius: LKP CK leidykla, 1970. Raff R. A., Kaufinan T C. Entbrt'os, C)cnesutul Evolution. New YorkLondon: Macmillan Publ. Co. 19U3. Randelis Y. Ilendroji genctika.Vilnius: Mokslas, 1986. Rantelis Y. Ettkurkttu genctika.Vilnius: Vilniaus universiteto lcidykla, 1988. RudzinskasD. Rinktirtiai ru.ftai.Vilnius: Mokslas, 1977. Sinkus A. lvadas i mcdicininqgcnetikq.Kaunas: Kiruno ntedicinos institutas, 1914. Sinkus A. Zntoguus chromo.somines ligos.Vilnir"rs:Mokslas, 1989. SderbakasJ. Ct'rnobvlis.Vilnius: Vyturys, 1990. Vagonis Z'., Mcikauskas C. ()vvulitl kraujo genctika.Vilnius: Mintis, 1975. Vogel F., Motulsky A. G. Human Gctrctics.3th cd. Bcrein: Springer, 1996. Weising K., Nybom Il., Wolff K.. Mcyer W. DNA F'ingerprinting in Plunts and Fungi. Ncw York-London-Tirkyo: CIRC Prcss, 1995. Wolffe A. P. Chrutrnatin.Slructure and Fltttction. 2d. ed. London: Acad. Press. 199-5. Zvingila D. Organizm4 hornologini rekonrbinacrya.Vilnius: Vilniaus universitetas. 1999. BaprueHe 11. Kapuomunu mpe,tomod.Bn,rtHrcc: 14rA-so sHrlrrK,q.t4 HayqH. tur.- 1993. fre6a lO. lO., Currunr K. M. Ktemo,lHonuH),r'uHeputt pacmeuui. Kues'. Hayxona AyMKa, 1984. Xecrflrtnrcoe B. A. Penapaqua 4I{ K u ee 6uotoeu,'recKoe 3HaqeHue. ,tleHuHrpa4: Hayra. 1919. 14nre-Beqro\,ros C. l-. leuemuro c ocHosa.Muc€r€K4uu. Mocrga: Btrcruaq ruKoxit. 1989. I4,rac M. feuemuuecrcuixoi. MocrBa: Mllp, l9l l. Kapre.rr H. A., Maxeena E. H., Me:enro A. M. l-euemurca.Suuurctonedu'.recrcuu c.,t06apb. Mr.rucrc:TexHo,roruq, 1999. ,[a:yrra IO. Cecmpuucrcuexpouamuduote o6ueuor. Bu,rlurcc: Azl.. Bn,rsHnccrcoro yr{tiBepcr{Tera,1991. ,Ilexrruqrcc P. K. Xuuuqecrcuu.Myma?eHu u 3a?pfiHevue oKpy)rcatuuei cpedor. Bl.r,rrHrcc: Morc,rac, 1983. PaH.{q,'Ir.{cB. ft. Peeytnu,unqv6cm6ume,lbHocntu 6ucwux pacmeuui K (tarcmopau. Bu,rtHxrc: Morc,'rac, 1978. .MymoeeHHbt-tt ool

C.recapanl.r.rrccA. I-euenuqet'rue ,+temodat6 ce.rcKLluu3.taKoebtxmpas. CaHrr-rIerep6ypr: Arponpoltr:Aar, 1992. CoriSep B. H. Motery.tapuote rtexoHu3.Ltbr ,v)1mo?eHesa. Mocxna: Hayra, 1969. Coiirfep B. H. B'rocmb u HayKo. trlcmopuapaz?po,tra?eHemuKue CCCP. N e w Y o r k . H er r r r i t a g e ,1 9 8 9 . 1 ' e p - A e a H e c u HM . 4 . , 1 4 u r e - B e , { r o u o nC . f . I - e u e m u q e c x uri c o u m p o , t o cuHmna 6e,rra. .Ilerll'HrpaA:h:A.,[esuurpajtcKoro yHl4tsepchrera,1988. Tepamotoeun l€toq€Ka. floa pca. f. 14. Jla:rcr. Mocrea: MeAnunua, 1991. Xecrru P. 6. tlenocmosucmlo?eHo,r4a. Mocrsa; Hayrca, 198-5. IIHyaai.i-ruc A. A. @ep.ueumorpecmpuKrluu u ux npuiveleHue. Vlroru HayKr4 H rexHHKtl. BuorexHo,roruu. Mocrea: BIAHVITVI. 1989. T. 17. flpououerrro C. n. Por)uo6uotoeun LretoneKe u )K'uaomHux. Mocrsa: Br,rcruarrrrKo.rra. 19u8.

I

V 1 ' t a u t l sR a n i e l i s (lenetika rnokyklorns Vadovelisarrkitosioms RcdaktorcDattrrtcMclynicnc V i r S c l i oc l a i l i n i n k aR s o m a sD u b o n i s 2000 12 12.40 apsk.l. l. TiraZas2500 cgz. U Z s a k y m aN s r. 1313 Iilcido Lictuvos nrokslrrakademijos['idykla A. Goitauto 12,2600 Vilnius S p a u s c l i nAoB s p a u s t u v c , , S p i n d u l y s " , G c d i n r i n og . 1 0 , 3 0 0 0 K a u n a s Kaina sutartini

662