работа студентки 3 курса Бабской Евгении Михайловны (стр. 3 из 5)
Диаграмма построена по генам, разбитым на группы в соответствии с количеством содержащихся в них полиморфизмов.
Диаграмма 1.2. Характерное количество полиморфизмов для генов человека.
Диаграмма построена по генам, разбитым на группы в соответствии с количеством содержащихся в них полиморфизмов.
Что касается процентного содержания полиморфизмов в исследуемых генах, то нетрудно заметить, что их число достаточно велико, в среднем оно составляет почти 0,83%, что вполне логично, учитывая, что в среднем на тысячу нуклеотидов появляется один полиморфизм (Диаграмма 2).
Диаграмма 2. Характерные процентные отношения количества полиморфизмов к длине гена для исследуемых PPAR-зависимых генов.
Для данной диаграммы распределения были получены процентные отношения количества полиморфизмов к длине гена для каждого из генов выборки. Далее гены были разбиты на подгруппы с разным процентным содержанием полиморфизмов.
4.2. Характеристика положения полиморфизмов в генах.
Однако, для того, чтобы получить представление о проявлении полиморфизмов и их возможном влиянии на экспрессию гена, необходимо также рассмотреть в каких участках гена они располагаются, в каком количестве, и каким типом замен они являются: приводящим к замене аминокислоты на другую, на ту же самую (синонимичная), на стоп-кодон, или, например, приводящим к сдвигу рамки считывания.
Диаграмма 3.1. Интронные полиморфизмы в выборке PPAR-зависимых генов.
При построении данной диаграммы были использованы процентные отношения каждого типа замен ко всем полиморфизмам гена, для того, чтобы исключить различия, возникающие из-за разности длин исследуемых генов.
По диаграмме 3.1, построенной по данным таблицы 3, видно, что наибольшее количество замен происходит в интронах генов, что неудивительно, так как интрон является транскрибируемым участком гена, не содержащим кодонов и удаляемым из молекулы РНК при ее процессинге, и лишь в редких случаях содержат открытые рамки считывания.
Диаграмма 3.2. Характеристика полиморфизмов выборки PPAR-зависимых генов.
Процентные соотношения количества полиморфизмов, дающих аминокислотную замену, замену аминокислоты на стоп-кодон и синонимичную замену аминокислоты для выборки PPAR-зависимых генов.
Полиморфизмы, приводящие к аминокислотным заменам, встречаются практически в каждом гене, одним из исключений является ген SYCP3. Продуктом этого гена является белок синаптонемального комплекса, ДНК-связывающий белок, участвующий в профазе мейоза, что, скорее всего, и объясняет консервативность данного гена. Синонимичные замены, то есть такие замены нуклеотидов, при которых измененный кодон соответствует той же аминокислоте, не являются достаточно показательными для того, чтобы можно было сделать какие-либо выводы из такого рода распределения.
Что касается замен, приводящих к появлению стоп-кодона (nonsense): замена G на A в триптофановом кодоне (UGG) приводит к появлению либо UAG, либо UGA; замена C на U в глютаминовых кодонах (CAA и CAG) приводит к появлению либо UAA, либо UAG. Появление UAG обозначается как " янтарная" мутация , UAA - " охровая ", а UGA - "опал". Такие мутации нарушают естественную экспрессию гена, его полное считывание становится невозможным, а, следовательно, последовательность белка нарушается. Такие замены, очевидно, очень редки.
Диаграмма 3.3. Характеристика полиморфизмов выборки PPAR-зависимых генов.
Процентные соотношения количества полиморфизмов, расположенных в 5’-концевой и 3’-концевой нетранслируемых областях (5’UTR и 3’UTR) мРНК для выборки PPAR-зависимых генов.
Последовательности 5'UTR, как правило, способны образовывать сложные вторичные структуры типа "стебель-петля" и содержать короткие открытые рамки считывания, которые оказывают сильное влияние на эффективность трансляции мРНК. Помимо этого, 5'UTR могут включать в себя регуляторные последовательности, обеспечивающие регулируемую трансляцию мРНК (и координированную экспрессию соответствующих генов). Этим и объясняется то, что полиморфизмы этого участка редки и немногочисленны. 3'UTR-концевой участок может оказывать влияние на состояние рибосом после терминации синтеза полипептидных цепей, число полиморфизмов в нем может достигать 30% всех замен гена.
Диаграмма 3.5. Характеристика полиморфизмов выборки PPAR-зависимых генов.
Процентные соотношения количества полиморфизмов, приводящих к сдвигу рамки, для выборки PPAR-зависимых генов.
Также определенный интерес представляет ген LRP1, насчитывающий 6 замен, приводящих к сдвигу рамки. Этот ген кодирует альфа-2-макроглобулиновый рецептор (связывающий липопротеины низкой плотности). Это белок содержит большое количество сайтов связывания лигандов, каждый длиной около 40 оснований, в регионах богатых повторами цистеина. Из многочисленных полиморфизмов данного гена лишь один ведет к замене данного основания. Наличие замен приводящих к сдвигу рамки можно объяснить тем, что существует четыре различных гена, кодирующих данный белок, а также тем, что семейство рецепторов, связывающих липопротеины низкой плотности, насчитывает семь рецепторов, в состав которых входит несколько типичных функциональных доменов. Сходным образом можно объяснить появление полиморфизма, приводящего к сдвигу рамки для гена AQP7: этот ген имеет сходные последовательности с AQP3 и AQP9, а следовательно их продукты могут быть взаимозаменяемы.
Появление полиморфизмов в различных участках гена спонтанно, но когда появление полиморфизма нарушает функцию экспрессируемого белка или нарушает саму его экспрессию, как при появлении стоп-кодона, функционирование клетки затрудняется, а в некоторых случаях становится невозможным. Если ни одна из систем регуляции организма не сумеет обнаружить подобную замену, то она может привести к развитию заболевания, которое, возможно, будет передаваться по наследству.
4.3. Зависимость количества полиморфизмов от древности гена.
Еще одним объяснением высокой полиморфности гена может быть его «новизна». Если найти ортологи всех генов выборки и проследить их таксономическое распространение, то можно определить относительную древность гена (Рис.4). Так, гены, встречающиеся в большом количестве далеких друг от друга видов, очевидно, более древние, нежели те, которые встречаются внутри одного семейства, отряда или класса.
При использовании данного метода, гены исследуемой выборки были отсортированы по возрастанию древности. Для такой выборки был построен график процентных содержаний полиморфизмов.
Диаграмма 4. Зависимость процентного содержания полиморфизмов от древности гена для выборки PPAR-зависимых генов.
Относительная древность генов была установлена при рассмотрении распространения их ортологов внутри таксонов. Наиболее древним считался ген, ортологи которого находились в самом эволюционно древнем таксоне. Таким образом, гены были отсортированы по убыванию древности по группам, показанным в таблице 4. Каждой группе в соответствие был поставлен средний процент полиморфизмов на длину гена, характерный для генов этой группы.
| простейшие | rCAT |
| hACADM | |
| hAQP7 | |
| rACSL1 | |
| rMCD | |
| rACAA1 | |
| hHMGCS2 | |
| hSCARB1 | |
| hFADS2 | |
| hANGPTL4 | |
| hLIPA | |
| hUGT2B4 | |
| нематоды | hCPT1 |
| hCYP27 | |
| hNR1D1 | |
| hLRP1 | |
| hCAV1 | |
| hLXRa | |
| rCPT1a | |
| hPLTP | |
| hSULT2A1 | |
| членистоногие | rPLA2G2A |
| hADFP | |
| hTF | |
| рыбы | hSLC10A2 |
| rRBP2 | |
| rCYP8B1 | |
| hPPARA | |
| hADIPOQ | |
| hLPL | |
| hAPOE | |
| hPTGS2 | |
| земноводные | hAPOA1 |
| млекопитающие | hAPOCIII |
Таблица 4. Таксономические группы генов выборки.
Гены были разбиты на группы в соответствии с возникновением организмов, в которых были найдены их ортологи. Наиболее древними гены считаются те, ортологи которых были найдены в амебах, наиболее новыми считаются те, ортологи которых ищутся только среди млекопитающих.
Можно заметить, что в самых новых генах содержится максимальное число полиморфизмов (около 4,6%), а в самых древних и основное части оно колеблется около 0,5%. Это можно объяснить, с одной стороны тем, что древность гена подразумевает устоявшуюся функцию, для поддержания которой необходима стабильность и неподверженность спонтанным мутациям, приобретенные в ходе эволюции. Но с другой стороны, большая вариабельность последовательностей новых генов является платформой для возникновения новых модификаций белков, лиганд-связывающих сайтов, комплексных функций, выполняемых экспрессирующимися белками, – своеобразным локальным двигателем естественного отбора.