vYT

AU

TA

S

RA

NcE

LT

s Ge

ne

tika

VYTAUTAS RANCELIS

ne.kr

LIETUVOS MOKSLV AKADEMIJOS LEIDYKLA' Vilnius 2000

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

rsBN 9986-08-033-9 O V)tautas Ranielis, 20t10

2000 0-s 30 Nr. 0-5A-l0 Aukitqjq mokl, l i iu bendrujq r,adoveliu Ieict l ,bos komisi josrekomenduota. ISleista Sviet imo ir mokslo ministeri jos lesomisRankra5tis parengtas remiant Valstybiniam mokslo ir stucl i l r l fondui

Recenzentas prof. A. SINKUS

,/ i(l lu

TURINYS

PRATARME

GENETIKA _ MOKSLAS APIE PAVELDIMUMA IRKINTAMUMA,. . . . . . . , . . . . 10

Pagrindinds genetikos problemos 10

Tiumpa genctikos istori jos apZvatga 151.2.1. Pirmosios paveldimumo ir kintamumo hipotezds 161.2 .2 . Genet ika - XX a . moks las . . . - . . . . . . . . . . . . . . . . . - . . . . 221 .3 .1 . Genet ika L ie tuvo je 281. ,1 .1 . Genet ikos metoda i 331.5 .1 . Genet ikos moks lo re ik5md . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 45

GENOMAS. . . . . . . . . . . . . . . . 46

DNR - GENETINE MEDZIAGA. GENO SANDARA IRVEIKIMAS 46DNR - genetine medZiaga ir genetinis kodas .. . . . . . . . . . .2.1.1. Genetinio kodo hipoteze ir kodonas2.1.2. Genetinio kodo iSai5kinimas ir patikr inimas biocheminiais metodais . . .2.1.3. Kodo patikr inimas genetiniais metodais2 . i .4 . Bendras genet in io kodo ap ibud in imas . . . . . . . . . . . . . . .1 .1 .5 . Genet in io kodo ns icnare ik imiskumas. Genomo s t ra teg i jaG e n a s . . . . . . . . . . . .2 .2 .1 . Genq s imbo l ia i2.2.2. Funkcinis geno dalomumas ir alel izmas2.2.-3. Thrpalel ine komplementaci j a ir pol i funkciniai baltymaiGeno sandara ir veikla2.3. 1. Tianskripci ja (RN R biosinteze). Reguliacines-akceptorinds genodalies sandara2.3.1. Tianskripto brendimas. Splaisingas. Intronind-egzonind eukariotqgenq sandara2.3.3. Tiansl iaci ja. Baltymo sintezi. Tiansl iuojamosios geno dal ies sandara...DNR rep l i kac i ja . . . . . . . . . . . . . . . . . . .2,4.1. DNR repl ikaci jos lrodymai ir su jais susi je DNR tvrimo metodai.Pusiau konservatyvi DNR sintezcl . + . 2 . D N R r e p l i k a c i j o s e i g a . . . . . . . . . . . . . . . .2..1.3. DNR molekul ind hibridizaci ja, molekul iniai zondai ir pol imerazindgrandinine reakci ja

GENOMO SANDARA IR VEIKLAProkariotai i r eukariotai. Genomo evol iuci ia

A.

I I .

I .

1 . 1 .

t . 2 .

I I I .3 . 1 .

4648

5661667272'73

8086

88

2 . 1

2.2

_ : . - f .

1 t

' ' l - z

' , ' , i / f ' t

i .,/ V/

93101105

105109

1 1 5

1 1 9

r79

3

3.2. Bendras genomo sandaros apib[dinimas3.3 . Kar to t inds sekos . . . . . . . . . . . . .3.4. Judriej i genomo elementai3 .5 . Chromosoma

3.5. l . Molekul ine chromosomos sandara3.5.2. Eukariotq chromosonrq morfologi ja. Kariot ipas. r[Sinis jo savitumas.Heterochromatinas ir specif ines sandaros bei paskirt ies chromosomos .. . . . . . . .3.5.3. Special iosios chromosomos dalys3.5.3.1. Telomeros3.5 .3 .2 . Cent romeros . ARS . . . . . . . . . . . . . .3.5.3.3. Dirbt inds chromosomos. Eukariotq genq klonavimas ir genomobibl iotekos

3.6 . Somat in iq lqs te l iq genomo ypatun la i . . . . . . .3 .7 . Ep igenet in ia i genomo poky i ia i i r pave ld imumas. . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

3 .7 .1 . Genomo impr in t ingas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .3. '7. l .L Genomo imprint ingo tyr imo metodai ir i rodl 'mas3.7.1.2. Genomo imprint ingas ir alel iniq genq veiklos ypatumai. Imprint in-go esmd

3.7.2. X chromosomos inaktyvinimas. Dozes kompensaci ja3.7.3. Paramutaci jos. I lgalaikds modif ikaci jos3.8. Genomo pertvarka

3.8.1. Viso genomo pertvarka ir jo pertvarka pirmuoniu vegetatwiniqlqstel iu branduoliuose3.8.2. Pavieniq genq skai i iaus pokyi iai - ampli f ikaci ja. Prisi tai lq,mas prietoks inu i r k i tok iq ve iksn iq . . . . . . . . .3.8.3. Lokusq vietos kaita. Somatinis krosingoveris. Miel iq poravimosit i p a i . . . . . . . . . , . . .

3.9. Nebranduoliniai (nechromosominiai) genomai. Nebranduolinis paveldimu-m a s , , . . . . . . . , . . . . . .3.9.1. Specif iniai nebranduolinio paveldimumo ryrimo metodai3.9.2. Eukariotq l4stelds organoidq genomai3.9.2.1. Mitochondri jq genomas3.9.2.2. PlastidZiq (chloroplastq) genomas3.9.3. Plazmidds - nechromosominis genetines bakteri jq strukturos. jq

ivairove. Plazmidds kaip vektoriai genu inZineri joje . . . . . . . . . . . . . . . . .3.9.4. Par azit izmas, simbioze ar natural ls lasteles kompo ne ntai ?3.9.5. Nebranduolinio paveldimumo pasirei5kimo bldai. Netradicinesgenetinds strukt iros (prionai. viroidai, supermatricos).. . . , . . . . . . . . . . .

3 .10 . Genomo ty r imo metoda i . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .3.10.1. Genomo tyrimo metodai ir chromosomq genolapiai3.70.2. Zmogaus chromosomq kartografavimas. Restr ikciniai genolapiai . . . . . .3.10.3. Genomo bibl iotekos. DNR sekvenavimas .. . . . . . . . . . . .

IV GENU VEIKLOS VALDYMAS. GENU GRUPES4.1. Operonas. lcc operonas4.2. Hemoglobino genq sankaupos ir jq evoliucija4.3. Imunogenetika. Imuniteto genai. jq perfvarka ir valdymas....

/1

726i33140116t46

153160160168

1727711 8 1182183

i88193199203

203

208

215

222223z J I

L J \

l J i

237?z1i

1 , 1 1

256256l o / -

266

271

27r279t6J

:1 .3.1. Bendras apibudin imas i r imuni teto genq evol iuc i ja . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2834.3.2. Imunoglobulinq genq populiacija ir rekombinacija somatinesel4s te ldse . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2884.3.3. T l imfocitq receptoriaus (TCR) ir audiniq suderinamumo (MHC)genai . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 296

.1.4. Citochromq P-.150 genq popuiiacija. I(senobiotikq biodegradacijos geneti-ka . . . , . . . . . . . . , . . . . . . . . . . . . . . . . 303

.1,,1.1. Ksenobiotikq biodegradacija ir jos fazds. Citochromai P-450 ir iqgena i . . . . . , . . . . . . . . . . . . . . . . . . 303

2t.4.2. Citochronq P-450 genq valdymo ypatumai. Lytinis dimorfizmas irimpr int ingas . . . . . . . . . . . 309

4.5. GENV VEIKLOS VALDYMAS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3164.5.1. Cis- i r t rans-veiksnia i . Regulonas . . . . . . . . . . . . . . 3164.5.2. Genq veik los valdymo etapai (apZvalga) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3214.5.2.1. Genomo sandara i r genq veik los valdymas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3214.5.2.2. Chromat ino sandara i r genq veik los valdymas . . . . . . . . . . . . . . 3244.5.1.3. Genq veiklos valdymas vykstant transkripcijai ir po transkripcijos ..... 327

1.6. Lqste les c ik lo valdymas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3314.1 . VeZio genetika. Nereglamentuotas diferencijuotq somatiniq lEsteliq dali j i-

masis . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3394.7.1. Mutacind ir virusind vdZio teorijos. Onkogenai ................ 3394.7 .2.Yeiio supresoriai. Vezys - laipsni5ko mutacijq kaupimosi pasekme ..... 343

4.8. Genu cvoliucija/lyginamoji genetika........ ............. 347

v. RATDOS (ONTO-MORFO-) GENETIKA ... . . . . . . . . . . 3s2-5.1. Determinaci ja . . . . . . . . 352

5.1.i. Determinacija ir diferenciacija. Transdeterminacija. TotipotenciSkumon r n h l e m : r . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3 5 2

5.1 .2 . Determinac i jos la ikas i r v ie ta . Mor fogena i . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3585.1 .3 . Poz ic in i de terminac i ja . . . . . . . . 365

5.2 . Mor fogenezds /on togenezes gena i . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3675.2.1. Anksryvieji nematodo Caenorhabditis elegans genai. Nematodo morfo-i r on togenet ika . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 367

5.2.2. Ankstln iej i drozofi los bendrojo plano ir segmentaci jos genai . . . . . . . . . . . . . . . . 3715.2 .2 .1 . Mot in in ia i gena i i r jq ve ik la . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3715.2.2.2. Drozofi los segmentaci jos ir homeoziniai genai. HOM kompleksas .. . 3745.2.3. Morfogcnezds genq veikla. HOX genai Zmogaus/Zinduoliq ir ki tq or-ganizmq genome .. . . 377

5.3 . Ly t ies genet ika . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 382

B. MUTACIN I S K INTAMU MAS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3e3

VI.6 . 1 .6.2.6.3.

MUTACTJOS . . . . . . . . . . . . . . . . .Bendras mutac i jq ap ib Id in imasGeneratyvinds ir somatines, t iesioginds ir griZtamosios mutaci josMutacijq grupds pagal genotipo pokyiius (bendra aplvalga)6 .3 .1 . Genomo mutac i ios

393

394396398400

6 .3 . i . 1 .Au topo l i p Io id r j a . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4006.3.1.2. Alopoliploidija. Tolimoji lytine hibridizacija. Somatiniq lastcliu hibri-d izaci ja . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4066 .3 . i . 3 . Hap lo ida i . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . , 1156.3.1.4. Aneuplo id i ja (heteroplo id i ja) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1206.3.2. Chromosomq mutaci jos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1276.3.3. Genq mutaci jos . . . . . , . . . . . . . . . . . . . . 436

VII. MUTAGENE,ZE. GENOTOKSIKOLOGIJA.... . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1177.1. Mutagenai ir teratogenai. Bendra samprata .. . . . . . 1477.2 . F iz in ia i mutagena i . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ,149

7.2.1. Mutageninis jonizuojani iosios spindul iuotes poveikis. Priklausomybdnuo dozdrs . . . . . . . . . . . . . . . 4497.2.2. Mutageninio jonizuojandiosios spindul iuotes poveikio prieZastys .. . , . . . . . 4557.2 .3 . U l t rav io le t in i sp indu l iuo te . K i t i f i z in ia i mutagena i . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . , . . . . . . . . . . . . 159

7.3 . Chemin ia i mutagenar . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1637.3.1. Cheminiai mutagenai, susidarantys po ivair iq saveikrl . . . . 4657.3.2. Laisvaradikal ine mutagenezd. Ligos, kurioms b[dinga sutr ikusi laisvq-jq radikalq pusiausryra .. . . . . . . . , . . . . . . . . ,169

7.3.3. Biologiniai mutagenai. Topoizomerazind ir insercine ( i terpt ine) muta-genezd , . . . . . , . . . . . . . . . . . . . . 1717.3 .4 . Ap l inkos mutagena i , jq j ver t in imo prob lemos . . . . . . . . . . . . . . . . . 4177 .3.4.1. Apl inkos mutagenq ypatybis ir genotoksiSkumo jvert inim as .. . . . . . . . . . . . . 4777.3.4.2. Naujq mutaci jq aptikimo metodai . . . . . . . . . . 483

7.4. Mutagenq pradinio veikimo mechanizmai. Potencial ios DNR paZaidos... . . . . . . 4907.5. Antimutagenezi ir DNR reparaci ja . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 197

7.5 .1 . Mutagenezes e tapa i i r an t imutagenezd. Mutagenq ta ik in ia i . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1917.5 .2 . DNR paZa idq reparac i ja . . . . , 5017.5 .2 .1 . DNR paZa idq reparac i jos ap ibud in imas i r t ipa i . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5017.5.2.2. Tiesiogind DNR paZaidq reparaci ja. Ekscizini rcparaci ja.. . . . . . . . . . . . . . . . . . 504T.5 .2 .3 . lndukuotaDNRpaZaidqreparac i ja .A tsaka i . . . . . . . . . . . . . . . . 510'7.5.2.4.

Nesuporuotq nukleotidq reparaci ja. Zmogaus DNR reparaci jos de-f e k t a i . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5 1 5

7.6 . D i rb t in is i r gamt in is mutagenezes va ldymas. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5217.6 .1 . Mutagenq ve ik imo sav i tumas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5237.6.2. Gamtinis mutagenezes valdymas. Genetinis nestabi lumas. Genar-muta tor ia i i r an t imuta tor ia i . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 525

7.7. Morfozds ir teratogenai. Genotrofai. . , lgytq poZymiq" pavelddj imo klausi-m a s . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5 3 0

C. POZYMIV PAVELDEJ IMAS IR REKOM-B INACIJA . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 537

VIII. BAKTERIJV IR VIRUSU GENETIKA ... . , . . . . . . . . . . 5378.1. Bakterijos8.2. Vi rusai . . . . . . . . . . .

IX. EUKARIOTV POZYMIV PAVELDEJIMAS IR REKOMBI-NACIJA

9.1 . DNR kop i jq pask i rs tymas. Mi tozds t ipa i . . . . . . . . . . . . . . .9 . l . l . Me jozd . Homolog in iL l chromosomq kon jugac i ja

9 .3 . Pozymiq pave lde j imas i r d ip1o id i5kumas. . . . . . . . . . . . . . . . . . . .9.3.1. Vienos chromosomq/genq poros paveldej imas9.3.2. Lyt indse chromosomose esaniiq genq pavelddj imas .. . . . . . . . . . . . .

9.1. Eukariotq genomo fragmentaci ja i chromosomas ir genq/poZymiq paveldej i-m a s . . . . . . . . . . . . . . . .9.,1.1. Nealel iniai genai - nehomologinese chromosomose. Nepriklausomaspozymiq pavelddj imas9.4.2. Paveldej imas, kai genai yra vienoje chromosomoje. Genq sankiba .. . . . . .9 .4 .3 . Kros ingover is . . . . . . . . . . . .9.4.,1. NetipiSkas eukariotq pozymiq paveldej imas

9.5. Genq s4veika9.5 .1 . A le l in iq genq s4ve ika9.5.1.1. Alel iniq ge nq sqveikos t ipai ir pr iklausomybe nuo ivair iq veiksniq .. . .9 .5 .1 .2 . A le l in iq genq s4r 'e ikos pr ieZasrys . . . . . .9.5.2. Nealel iniq genu s4veika9.5 .2 .1 . Gena i mod i f i ka to r ia i . Ep is taz in ia i gena i . . . . . . . . . . . . .9.5.2.2. Suminds nealcl iniu genq s4veikos

9.6. Paveldimumas ir apl inka9.7. Zemesniqjq eukariotq po2ymiq paveldej imas ir rekombinacla .. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

X. GENE,TINES REKOMBINACIJOSMECHANIZMAI. GE-NV INZINERIJA

10.1 . Mo leku l in ia i rekombinac i jos mechan izmai . . . . . . . . . . .10. 1. 1. Rekombinaci jos t ipai. Saitspecif ine rekombinaci ja . . . . . . . . . . . .10.1.2. Homologine rekombinaci ja . . . . . . . . . . . .

10.2. Genu inZineri ja

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

556

556564572572578

582

5845915945996056056056106 1 861.9621631635

642

642612644652

660

537541

PRATARME

Genetika tiria vienq i5 pagrindiniil gyvrl organizmq salybiq - paveldi-mum4, todel ji savaime atsiduria visq biologiniq rei5kiniq centre. Benttaip turetq blti. Vis dar atsiliepia didelis biologijos susiskaidymas pagaltiriam4sias problemas. I5 dalies tai neiSvengiama.

Tadiau per pastaruosius 10-15 metq genetika padare toki dideli Suoli,kad ivairios t4 padi4 organizmq grupg tiriandios mokslo Sakos savaimesusilieja i vien4 bendr4 moksl4 apie augalus, grybus, gyvinus, Zmogq.Antra vertus, yra bendri genetiniai rei5kiniai, bltinas jq lyginimas ivai-riose organizmq grupese (lyginamoji genetika), todel i5lieka ir bendrojigenetika.

Skaitytojas, pradejgs skait"vti 5i4 knyg4, bus nustebintas, o galb[t netSokiruotas neradgs pradZioje Mendelio desniq. Per laikotarpi, praejusinuo pirmosios ,,Bendrosios genetikos" laidos (1986), genetikos moksloturinys labai pasikeite, todel butina pradeti destym4 nuo DNR kaip ge-netinis medZiagos ir toiiau ai5kinti, kaip sudarytas genomas ir genas, kaipjie veikia ir valdomi. Be to, yra ir kitokiq prieZasdiq taip elgtis. Pirma,rei5kiniai, i kuriuos pripratome Ziureti kaip i paprastus (netgi prastus -blna ir taip) yra patys sudetingiausi.

Antra, ,,C" dalyje destomos mintys pirmiausia Zinotinos kiekvienamZmogui. TaiZinios apie mus padius, nes pagrindinis ddmesys knygoje ski-riamas eukariotams - Zinduoliams - Zmogui.

Tadiau atsiZvelgta i tai, kad kiekviena aukitoji mokykla turi sava ,.Ge-netikos" kurso program4, o kiti skaitytojai- savo specifinius Ziniq i5 ge-netikos poreikius. Kiekvienas skyrius paraiytas taip, kad bltq gana sava-ranki5kas, toddl galima skaityti ir nuo galo, jeigu to reikia. Mat knygaskirta ne tik studentams, bet ir ivairiq krypdiq biologams, biologijos mo-kytojams, medikams, Zemds Ikio specialistams. Nuo auk5tojo mokslo stu-dijq praeina didesnis ar maZesnis laiko tarpas, toddl suprantamas kiek-vieno poreikis papildyti savo Zinias.

Darvienas klausimas, b[tinas aptarti ,,Pratarmeje". Tai terminai. Ge-netikoje pilna angliSkos kilmes lodLiq. Lietuvi5ku terminq, ypad platausvar to j imo,k l r imas-sveik in t inasre i5k inys, ta i ' i r rLr kr , r !?sk i r iamanemo-kiniams, o specialistams (blsimiesiems ir esamicnrs), Todel autorius lai-

8

kesi kompromiso: kur galima, - versti ZodZius, kitais atv'ejais Salia lietu-vi5ku pateikti angli5kus (ar kitokios kilmes) terminus, kad skaitytojui bu-tu lengviau or ientuot is .

Knyga suskirstvta i 3 dalis: A. Genomas, B. Mutacinis kintamumas,C. Pozymiq paveldejimas ir rekombinacija.

Ypad daug demesio skirta genotoksikologijai, kurios problemos ki-tuose vadoveliuose nedestomos arba ddstomos labai glaustai, nors Siojesrityje dirbama labai daug ir ji yra labai svarbi Zmonijai, taigi ir Lietuvosgyventojams.

Laikantis kurso programos, nagrinejami special[s genetikos klausi-mai, sudarantys atskiras genetikos sritis, pavyzdZiui, lyties genetika, Zmo-gaus ir medicinine genetika, raidos genetika, imunogenetika, taip pat ge-netiniai selekcijos pagrindai. Thdiau Sios temos nagrinejamos tuose ben-drosios genetikos skyriuose, kuriuose destomi teoriniai dalykai ir kuriesudaro Siuolaikini teorini atitinkamq taikomosios genetikos sridiq pama-t4. Tuo pabreZiama, kad: a) aktuali teorija visuomet pladiai taikoma prak-tikoje: b) nesuprantant teorinds problemos, neimanoma jos veiksmingaitaillyti praktiSkai; c) taikomosios genetikos metodai kuriami remiantisnaujais teoriniais laimejimais; d) daug teoriniq problemq prakti5kai darneidiegta, bet tai netolimos ateities dalykas.

Autorius dekoja Lietuvos valstybiniam mokslo ir studijq fondui, pa-remusiam knygos rengim4, knygos recenzentui prof. A. Sinkui, kolegomsprof. B. Juodkai, prof. R. Lekevidiui, prof. J. Lazutkai, habil. dr. K. Sas-nauskui. doc. K. Zuku| doc. D. Zvingilai uZ vertingus patarimus ir pasta-bas, G. Gudonienei ir Z. Petuchauskienei, paskatinusioms parengti 5i4knyg4, ir ypad E. Cesnienei, J. Patamsytei, D. Abraitytei, be kuriq pagal-bos Sios knygos tekstai ir paveikslai nebttq parengti.

I . GENETI I (A MOKSLAS APIE PAVELDIMUMA IRKINTAMUM4

1.1. Pagrindines genetikos problemos

Nors genetika yra palyginti jaunas mokslas, XX a. ,,k[dikis", betji uZima centring padeti tarp kitq biologijos moksiq, vienija biologi-jos mokslus i visumq. Thip yra del genetikos tiriamq problemq svar-bos. Vieniems genetika - mokslas apie paveldimum4 ir kintamumq,kitienrs - apie genus, DNR grandinis atkarpas, lemianiias organiz-mo pozymius, ivairiausias ypatybes, procesus, kurie lyksta organiz-me. Bendra taisykle yra tokia:

visk4 organizme lemia genai.

Thiiau matysime. kad visu genetikos reiSkiniq i ..geno remus"sutalpinti negalima, todel senasis genetikos mokslo apibreZimas, kadtai mokslas apie paveldimumq ir kintamumE. geriausiai apibldina 5lmoksl4. Pats mokslo pavadinimas buvo pasillytas angh] mokslininkoBeitsono (W Bateson) 1906 m. ir rei5kia moksla apie kilmg (gr.ge-nesis - kilme).

Paveldimumas yra organizmu gcbejimas perduoti palikuonims savopozymius ir individualios raidos savitumus. Thi bendra organizmq saly-be, kuri budinga absoliudiai visiems organizmams, tarp jq ir Zmogui.Paveldimi organizme lykstantys procesai, organizmo pozymiai ir savy-bes, jo santykis su kitais organizmais ir aplinka, net gebejimas kisti. DelSios organizmrl savybds vaikai yra panaSfis i tevus. Tai istabiausia gyvqpadarq savybe. del kurios organizmams dauginantis atsiranda nenu-trilkstama naujq individq kartq grandind, atsinaujina ir palaikomos or-ganizmq rlSys ir formos. Prie to esame tiek lpratg, kad visai nesistebi-me, jog nauji individai yra pana5us i savo tdvus ir kitus protevius.

Thdiau ar ne stebuklas, kad iS vienos lqsteles. pvz., Zmoeaus, i5-siq/sto sudetingas organizmas su daug,vbe speciaiiq organq, audiniq?Visi jie puikiai tarpusavyje suderinti, veikia tikslingai, net turi funk-cijq ,,atsarg4", skirt4 kra5tutinems aplinklbems, kurios ne visada nu-matytos. Naujasis individas yra pana5us i savo t6vus. Kas lemia 5istebuklq ir kaip ryksta genetines infbrmacijos, genq perdavimas i5kartos j karta, kaip pa-qaliau informacija, esanti genuose, virsta kon-kreiiais poz-vrniais, - visa tai yra pagrindiniai genetikos uidaviniai.

10

Paveld€jimas yra pozymiq perdavimo palikuonims bldas. Paveldi-mi ne pozymiai, bet genai. Tadiau pozymis, ypad sudetingesniq orga-nizmq yra suddtingq s4veikq tarp ivairiq genq ir tarp genq bei ap-linkos veiksniq rezultatas. PoZymio genetikoje svarbu i5siai5kinti netik genus, kurie lemia pozymi, bet ir vis4 keli4 ,,genas - poirmis",toddl skiriama atskirq poZymiq, kaip antai fotosintezds, izofermentq,antocianq sintezes, atsparumo konkredioms infekcinems ligoms ir kt.,genetika.

Pozymiq paveldejimo bfldas tiesiogiai priklauso nuo organizmqgenetinds medZiagos strukturos ir dauginimosi ypatumq. Bltent delSios prieZasties genetikoje ypai rySki objekto reikSme.

Pirma, kielorienas objektas, taksonominds ir kitokios organizmq gru-pes turi specifiniq, tik jam/joms bldingq paveldejimo ir kintamumo),'patumq, kuriuos lemia genetiniq struktlrq ypatumai, genetinds me-dZiagos paskirstymo dukterinems l4steld:ms ir keitimosi tarp organizmq(rekombinacijos) bDdai, dauginimosi ypatumai. Thi lemia genetikos su-siskaidymE i Sakas pagal organizmq grupes arba atskirus organizmus:eukariotq ir prokariotu. mikroorganizmq, augah; arba gyvinq, virusq,bakterijq ir kt., pagaliau mieZiq, Zmogaus, drozofilos ir t. t.

Antra, yra objektq, kuriuose konkretls genetiniai rei5kiniai yralyg ir pavir5iuje, lengviausiai prieinami eksperimentatoriui. Neilga ge-netikos mokslo istorija Siq tiesq puikiai iliustruoja. I5 pradZiq vyravoaugalq genetiniai tyrimai. Netrukus juos iSstume vaisine museld Dro-sophila melanogaster, dar prie5 Antrqji pasaulinl kar4 Salia drozofilosatsirado grybas Neurospora crassa. Po Antrojo pasaulinio karo vislabiau genetikoje isigalejo bakterijos ir virusai, po jrl aukitesnd pa-kopa buvo Zemesnieji eukariotai - vienal4sdiai grybai (ypad mieles),pirmuonys. Siuo metu vel pirmauja drozofila, bet Salia jos vis reik5-mingesni atradimai daromi su Zinduoliais. Ir del daugelio prieZasdiqi lyderio pozicijas verZiasi Zmogaus genetika.

Kintamumas yra tokia pat svarbi gyvq organizmq sar.ybe, kaip irpaveldimumas. Pirma, jis lemia organizmq ivairovg ir yra baze jomsevoiiucionuoti. Thi puikiai suvokd evoliucijos mokslo kfirejai Lamar-kas (J. B. de Lamarck) ir Darvinas (Ch. Darwin). Antra, ne maZiausvarbus jau gamtoje egzistuojandiq ruSiq kintamumas jq viduje. Jisyra pirmine populiacijq susidarymo ir polimorfizmo prieLastis. Popu-liacija (lot. populatio - gyventojai) - elementariausias mikroevoliuci-jos vienetas, ruSies prisitaikymo prie geografinds (erdvines) aplinkosivairoves b[das. Polimorfizmas (gr. polymorphos - daugialypis, lvai-

11

rus) yra viduru$ine ivairovd. Matvt. didZiausias yra Zmogaus polimor-fizmas. Vidur[Sind ivairovd teikia miiai didesniq galimybiu i5glventikintandioje aplinkoje. Populiacijq ir polimorfizmo atsiradimas ir ypaii5likimas. dinamika yra specifiniai genetiniai rei5kiniai. Juos tiria spe-cialios genetikos Sakos - evoliucind genetika ir populiacijq genetika'

Paveldimasis (arba genotipinis) kintamumas. Tik jis teikia me-dZiagos evoliucijai ir vidur[Sinei ivairovei. Thi kombinacinis kintamu-mas (rekombinacijos) ir mutacijos.

Kombinacinis kintamumas - nauji genq, chromosomq ir kitqstrukturq arba jq daliq deriniai, atsirandantys, kai ivairiais bu-dais organizmai keidiasi genetindmis struktflromis arba jq da-limis.

Kombinacinis kintamumas, kaip ir poZymiq paveldejimas, yra spe-cifinis ivairioms organizmq grupems. Genetind rekombinacija priklausonuo genetiniq struktlrq ir dauginimosi - lytinio proceso ypatumq.

Sunkiau nusakyti, kas yra mutacijos (lot. tnutatio - kitimas) deljq lvairoves ir ivairiausio apibldinimo (Zr. de Fryzo mutacing teorijq,VI sk.). Pagal svarbiausi4 ypatybq -

mutacijos yra nauji genetiniq strukturq pokydiai.

Vienas i5 genetikos uZdaviniq yra iSsiaiSkinti, kaip atsiranda re-kombinacijos ir mutacijos, kaip Siuos rei5kinius valdo organizmai irkaip tai galime padaryti mes, Zmonds, praktiniais tikslais, kokios pa-veldimq kitimq ypatybes, tipai, kaip paveldimos mutacijos.

Nepaveldimas kintamumas atrodytq nelabai reik5mingas, never-tas kiek didesnio genetikq ddmesio. Taiiau taip ndra. Nepaveldimikitimai - modifikacijos (lot. modificatio - keitimas) yra bDdas, ku-riuo pasirei5kia dar viena bendra visr4 organizmq ypatybe, skiriantigyva nuo negyva. Gyvi organizmai geba prisitailryti prie aplinkosveiksniq, tiek prie naudingq, tiek prie Zalingq. Sis prisitaikymas, adap-tacija, priklauso nuo genetiniq strukturq, genq veiklos pokydiq, arbaspecialiq genq, kuriq paskirtis - lemti prisitaikymq prie konkrediqaplinkos veiksniq. Genetika ai5kina adaptacijos ir modifikacijq prie-Zastis. Tai ekologinds genetikos uZdavinys, kuri tiria genetiniq struk-tlrq nulemiam4 organizmo santyki su aplinka.

Del rystymosi pokl'diq, kuriuos sukelia vidiniai

12

niai, gali atsirasti raidos sutrikimq - morfoziq (gr. moryhosls - at-vaizdas), teratologiniq reiSkiniq (gr. teratos - pabaisa, apsigimelis).

Teratologiniai reiSkiniai - tai ivairios prigimties pokyiiai. Galibiti paveldimi pokydiai - mutacijos, bet daZniausiai bhna nepaveldi-mi pokydiai - morfozds. Vienas i5 genetikos uZdaviniq yra atskirtipaveldimus organizmq pokydius nuo nepaveldimq.

Nustatyti morfozes sukeliandius veiksnius teratogenus yra net svar-biau negu i5aiSkinti mutagenus (mutacija + gr. genesls - kilme) -

veiksnius, kurie sukelia mutacijas. Mutacijos yra retos, o morfozdsgali bfiti beveik Simtaprocentines. Antai ne5dios moterys, vartojusiosskausm4 mal5inanti vaist4 talidomid4, vitamino - folio rlg5ties ana-1og4, gimdd vaikus neiSsilysdiusiomis galunemis. Vaikai skyresi tikpaZaidos dydZiu.

Genai ontogenezdje. Epigenetinis paveldimumas. Atskir4 grupqreiSkiniq sudaro genetiniq struktfirq, genq, jq veiklos pokydiai indi-vidualioje organizmo raidoje, ontogenezdje (gr. onlontos - es4s +geneze). Gerai Zinoma. kad daugial4sdiai, suddtingos sandaros orga-nizmai (Zmogus, gyvlnai, augalai) \T/stosi i5 vienos apvaisintos kiau-Sali4stes - zigotos (gr. zygote - sujungta i porq). L4steles ne tikdalijasi, bet ir specializuojasi, diferencijuojasi. Atsiranda jq sandarosir veiklos skirtumq. Formuojasi audiniai, organai.

Diferencijuotq l4steliq skirtumai gali btti labai stabil[s. Thi geraiiliustruoja veZiniq l4steliq tyrimai. VeZines lEsteles gali be perstojodall'tis, o tai normaliai nebtdinga somatin€ms (gr. soma - kfinas)l4stelems. Taiiau vdZiniq l4steliq kultrlros stabiliai (net iki 10 ir dau-giau metq kultivavimo) skiriasi priklausomai nuo audinio organo, i5kurio auglio l4steliq pradetos auginti.

Skiriama ypatinga paveldimumo forma - laikinasis, arba epigene-tinis (gr. epi - po * genesis - kilme), paveldimumas. Thip Sis pavel-dimumas vadinamas toddl, kad 1) jis atsiradgs del antriniq, vdliau, poDNR sintezes. lykusiu procesq ir 2) ji sudaro citoplazminds, antrindsstruktlros, kurios autonomiskos, nors ir kilusios i5 l4steles branduo-lio genq. Deja, kaip atsiranda Sis laikinasis tik diferencijuotq l4steliqpaveldimumas, i5tirta tik i5 dalies, ir tai yra viena i5 Siuolaikinesgenetikos problemq.

Genetines somatiniq l4steliq ypatybes tiria somatiniq l4steliq ge-netika.

Genetinius ontogenezds pamatus ir stambiq morfologiniq po4-mir.l, tokiq kaip bendra organizmo sandara, organq iSsilystymas,

I J

lsonnlal

l . l pav. Branduoliq transplantaci ia dumb-

lio Acetabulanc r[5iq lqstel€se:

M - A. ntediten'nnea, W - / vettsteini i

paveldejimas. tiria dvi glaudZiai

susijusios genetikos Sakos onto'

genetika ir morfogenetika. Su-

prantama, kad Sios dvi Sakos

yra labai specif inds. nes t i r ia

konkredias organizmq gruPes.

bet ndra tik daugial4sdiq, sudd-

t ingos sandarcls. orqanizmq mo-

nopolis. Paprastesnd gali b[ti ir

v iena l4sd iq o rgan izmq ra ida .

Antai i5 bacilq l4steliu iSsirysto

sporos. I3 vienal4siiq grybu ve-

getatlviniq l4steliq r,ystosi lyti-

nds l4steles. Dar suddt ingesnipokvdiai ryksta kai kuriq vie-

nalqsi iq dumbl iq. ptz. . Acetaht-laia. Paprasta l4steld diferenci-juojasi i struktfrq. imituojanci4kepu16tuosius grybus. Susidaro

.,kepur€Ie,,, issiv-vsto rizoidas (1.1 pav.). Labai domimasi. gleiv[nu

DicNosteliLtm clis;coideum. Jis blogomis sqlygomis i5 vienal4sdiq su-

daro daugial4stes diferencijuotq ir specializuotq lqsteliq struktlras

ir yra puiku. perejimo i3 vienal4sdiq i daugial4sdius organizmus

parryzdvs. Sio rciSkinio genet ika jau gana smulkiai iSt i r ta '' N"i nel4stelindms gylybds formoms virusams bfldinga ontogene-

ze. Susidaro baltyminis apvalkalas kapsidas ir specifinds struktlros,

kuriomis virusas tvirtinasi prie Seimininko l4steles ir prasiskverbia i

jos vidq.Ontogenetika ir morfogenetika Siuo metu yra intensyviausiai ple-

tojamos genetikos Sakos. Pletotes tempais su jomis gali varzytis on'

kogenetika ir su ja susijusi l4steles ciklo (dalij imosi) genetika. Onko-

genetika tiria genetinius v6Zio pamatus, bct ,,pikrybinio", tiksliau' ne-

ieglamcntuoto, somatiniq l4steliq dalij imosi prieZasti galima suvokti

tik i5tyrus tai, kaip geneti5kai valdomas normalus l4steles dalijimasis.

Elgsenos genetika. signalinis paveldimumas. Gyv[nq elgsena,

aukStoj i ner ' l , , ind veikla. t . y. Zmogaus mastymas. - suddt ingiausi po-

zymiai . Del Sios pr ieZast ies elgsenos genet ika kol .kas vra rei5kiniq

lygio, todel Siojc knygoje atskiriri nenagrinejama. Siuo metu tik nu-

,iutun,'u. kiek kuri nors konkreti elgsenos ypatybd (pvz.. paukSdiq

I 4

migracija, jq vestuviniai Sokiai ir kt.) priklauso nuo genq, o kiek nuoaplinkos ir i5mokimo. Mat nemaZai informacijos gyvfnai gauna i5aplinkos per sqlyginius refleksus. Ir tai ne bet kokia informacija, otoji, kuri sudaro specifines gyvfino elgsenos ypafybes ir kuria mesapibldiname pati gln/DnE. Vadinasi, 5i4 elgsenos ypatybg vertinamekaip sistematikos pozymi.

Informacija, perduodama i5 kartos i kart4 per mokym4si, s4-lyginius refleksus, vadinama signaliniu paveldimumu.

Ypating4 reikSmg signalinis paveldimumas turi Zmogui. Per sqly-ginius refleksus, iSmokima Zmogus gauna labai daug informacijos. Bejos jis nebltr] ZUOCUS.

Gyvunq jaunikliams Sis laikotarpis taip pat yra svarbus. Jie irgiimlesni signalinei informacijai. Aniiukai, iSperinti inkubatoriuje, ..ne-susikalba" su antimis. O reikalingi signaliniai rySiai gali atsirasti tarpandiukq ir juos perejusios vi5tos arba lapiukai gali sekioti paskuilazd4, kuria velka Zeme Zmogus.

Zinoma, ir tuo aweju. kai elgsenos ypafybg lemia signalinispaveldimumas, dallvauja genai. Pagrindinis Zmogaus signalinds in-formacijos b[das - kalba. susijusi su tam tikra kalbos padargqsandara. O tai jau lemia genai. S4lyginiai refleksai taip pat pri-klauso nuo genrl. Kaip ir kalbos padargai, evoliucionavo smegenys,ju sandara ir veikla, \ystesi aukStoji nervine veikla. Visa tai fik-suota genuose, yra paveldima. Kuo toliau paZengusi auk5toji ner-vin6 veikla, tuo didesne yra signalines informacijos dalis ir josreik5me gyvlno elgsenai. Tos elgsenos ypatybes, kurios pasirei5kiakaip nes4lyginiai refleksai, yra igimtos, tiesiogiai paveldimos. Jaslemiandiq genq, kaip ir kitq, veikla ivairiai priklauso nuo aplinkosir taip pat yra genetiniu ryrimq objektas.

Trumpa genetikos apZvalga

Dar visai netolimoje praeityje genetikos kurs4 buvo galima destytiistoriniu principu. Genetika rySkiai r.ystesi nuo paprasdiausiq iki sude-tingiausiu genetiniq rei5kiniq, ju mechanizmq, nuo taisykliq - desniqnustatymo iki jq iSimdiq analizds. Thdiau dabar tai padaryti neimanomadel didelio genetikos Saku ir problemq skaidiaus. Genetikos istorija,

15

kad ir glaustai iSdestyta, padeda geriau suvokti bendniu genetiniu reiS-kiniq esmg, pagrindinius sprestq problemq momentus.

Zemiau i5destvta genetikos istorija yra i5 tikrujq trumpa ta pras-me, kad nagrinejami t ik pagrindiniai genetikos raidos momentai ' Bettai ndra tradicin6 kalendorine datq, pavardZiu, irykiq istorija. Nau-dojantis istorinio ddstymo metodo privalumais. bendrosios genetikosproblemos pateikiamos laike. Taip lengviau i5skirti, kas yra visiemsorganizmams esmingiausia, bendra.

1.2.1. Pirmosios paveldimumo ir kintamumo hipotezds

Citologija ir embriologtia - genetikos pamatas. Kad organizmaipasiZymi paveldimumo sa\ybe, Zmonds pastebdjo seniai, augindamigyvulius ir augalus, stebedami g.weie samtq. Tadiau norint paaiSkinti,kaip lyksta pozymiq paveldejimas, kintamumas, reikalingos esmindsZinios apie l4stelg. Tiro tarpu pati l4stele Huko (R. Hooke) atrastatik 1665 m. Vis delto buvo suvokta, kad palikuonys nerykstant dviejuskirtingq lydiq kontaktr.ri neatsiranda. Aristotelis mane, kad wri5kalytis suteikia ,,glvybinQ jigq" medZiagai, esaniiai ntoteriSkame orga-nizme.

Didejo techninds mokslo galimybis, buvo iSrastas mikroskopas,atrastos l4steles. Pagaliau par,yko atrasti lytines lEsteles ir i5aiSkintilyini procesE, suvokti jo esmg. Pirmiausia 7667 m. Levenhukas (A. Le-

ewenhoek) atrado spermatozoidus. XVII-XVIII a. kilo kova tarppreformizmo ir epigenezds teoriju Salininkq. Tai i5 tikniu buvo pir-

mas bandymas paaiSkinti, kaip lytinese l4stelese ,,suraiyti" busimojoindivido pozymiai. Preformistai n'irtino, kad lytinese lastel6se. kon-krediai spermatozoiduose, galima iZilreti ma24 Lmogeliuk4 humun-kul4. Kiek falsifikuojamuose spermatozoido pieSiniuose iZiurimos at-skiros Zmogaus klno dalys. O epigenezes Salininkai teige. kad visiorganizmo poZymiai, nors ir uZprogramuoti ly'tinese l4stelese, rystosii5 naujo, bet kaip, nepajege paaiSkinti.

NuoZmi ilgamete preformistq ir epigenezes Salininkq kova lwirti-no labai svarbiq mint! :

lytinese lEstelese yra btsimo organizmo pradai, planas.

Tik klausimas, kokiu budu jose ,.sura5yti" busimo individo poZy-miai .

l 6

Kintamumas * paveldimumas = evoliucija. Kur kas daugiau ne-gu citologijos atradimai dometis paveldimumu ir kintamumu XIX a.skatino evoliucijos idijos:

evoliucija be paveldimo kintamumo nejmanoma, kintamumasir paveldimumas yra tarp pagrindiniq evoliucijos veiksniq.

Kova tarp evoliucijos ialininkq ir tq mokslininkq, kurie mand,kad g,wieji organizmai nesikeicia, buvo nuoZmesni negu tarp prefor-mistq ir epigenezes Salininkq.

Lamarkas (J. B. P.-A. de Lamarck) buvo vienas pirmqjq, tvirtinu-siq, kad givieji organizmai kinta ir del to gali atsirasti naujos n-r5ys.Jo mintys apie kintamum4 apibendrintos knygoje ,,Zoologijos filoso-tija" (1809). Deja, b[damas pirmasis kintamumo tyrinetojas, Lamar-kas suplake I vien4 kr[v4 paveldimus ir nepaveldimus pokydius. Sujo vardu siejama ,,ifftrl poZymiq" problema, t. y. kad organizmoraidoje igyti pozymiai yra paveldimi. Laikantis Sios nuostatos, galimateigti, kad jei Zmogus treniruojasi, tai galingesnius jo raumenis turd-tu paveldeti jo palikuonys, kaip ir atsparumE Saliiui, igyt4 gnidinan-tis. MaZa to, Lamarkas mane, kad evoliucij4, tai_ei ir kintamum4lemia organizmo noras. poreikis tobuleti. Thda galima daryti iSvad4,kad juo protingesnis gyvlnas, tuo geriau yra lvaldgs savo evoliucija(Zr. M. Ydas ,,Apie biologijq", 1994, 34 sk.).

Tiek ,,igytq po4rmiq" paveldejimas, tiek vidinio poreikio skatina-ma evoliucija sukele diskusijq audr4, kuri tgsiasi iki Siol.

Darvino pangenezes hipotezd. Id6ja apie paveldimumo vienetus.Dar didesng audr4 negu Lamarko ,,Zoologijos filosofija" sukdld Dar-vino 1859 m. paskelbta knyga ,,Rh5iq kilmd". Joje nurodomi tryscvoliucijos veiksniai: kintamumas, pokydiq paveldejimas ir atranka.Bet suprantamas klausimas. kuri i5 karto teko iSklausyti Darvinui irjo pasekejams: o kaip atsiranda organizmr; pokydiai ir kaip jie pavel-dimi? Nori nenori i 5i klausim4 teko atsakyti. 1868 m., praejus 9metams nuo ..R[Siq atsiradimo" paskelbimo. Darvinas iSleido knygE..Naminiq gvuliq ir kultlriniq augalq kitimas", kurioje i5ddste ,,lai-kin4 pangenezes hipotezg''. Anot Darvino. r,ra specialus paveldimu-mo vienetai - gemulos, kurios lemia atskirq organizmo organq raidq.Jos gaminasi ivairiuose organuose ir i5 jq patenka i lytines lasteles.Cia susitelkia visas gemuhi rinkinys. Jeigu organas pakinta, tai pakin-ta ir gemula. Tokie pokl'diai persiduoda palikuonims. Stai ir vel La-markasl

, I i t7

. Darvino pangenezes hipoteze priestaravo tuo metu Zinomiems fak_tams (gemulq ,,keliavimas:' 1 lytines lqsteles) ir bul,o labai naivi. Tai

l^''ol1]T n.l.lg iarininkai. 'set

oarvinas buvo i4*il; ir bet koks,o ,,nusiiiaudejimas" buvo visiems zinomas. r"iei ffiasr.vdo nepa_stebeta ir pangenezes hipoteze. Ne taip, kaip niekam neZinomo uZ-kampio vienuolio Mendelio darbas... . farvino ideja apie paverdimumo vienerus susidomeio kit i moks-Iininkai' Antrojoje

}rr' l puseje prasidej.o ;'k;;;;;;io1ru.o i,ipo-teziq kDrimo karitrige. Tobureinese is siq nip"r!r,,+ ^irvo

armesraDarvino mintis, kad paverdimumo vienetai keriauja i lytines rasteles.kad . ontogenezeje igyti pokTiiai yra paveldimi. Remiantis aukidiauminetais citologijos tyrimais, buvo manoma, kad paveldimumas susi_jgs su branduoliu ir chromosomomis.

Pasak de On"n T:l:

V,ney) f fff m. paskeibtos pangenczes hipotezds. pavel_dimumo vicnerai onn:^.,lui yra rqstereje ir fersitruoda ii rqsteres i raitetg joms cla_lijantis' Thigi visos ras11re,s gcnellniu. uizr,itgii,-y-.o ll,giavertes. pangenai yra branciuo-lyje, nes (i turi kiekviena r.stere. ar tai

'ne i iuoraikine pa'eldimunro reorrlai)l

veismano (A y:it-mann) paverdimumo ir ontogenezes hipotezdIIT u pabaigoje (1882 m.) iuuo ruuui popuriari, sukere dideles dis_kusijas. Kai kurios jos idejos atsispindejo. totesnele"g.".iik", raidoje.o kai.kurios joje keriamos probremos dar neissprestos ir siandien.Paveldimumo vienetq ideja irgi p"rimtu ii Darvino.

Viena i5 teigiamq,Veismano hipotezes. sarybiq y| ,u, kad jis 5,,pa_ting4 reikSmg teike chromosomor, ,.mumo vieneiai; armere Lamarko il#'Ihi;f,iffi rii.ril,ll$;ontogenezdje poiymiai yra paveldimi; pirmasir u"riJ p*lst<inti. taipy,T:1]qr':tiq specializacija, diferen.iu'.rjo. Darijantis ,ioinin.; tart._lel (pvz', zigotai), abi dukterines lqsterei turetri nJri ,"t[, par, kaipir motinind' rqsrere. rai iau is r ikrLUrt jos gari aiskiai skirr is viena nuokitos ir nuo motinines lqsteles. rlp'aisiranda iie skirtumai. del ku-riq lEsteles speciarizuojur,i, dif"r.n.u;"":t i "roiri*

rr^"igunrr: v.ir-manas teisingai suform.ulavo .iq pagrindlng ontogenezes probremE, irtai buvo geras kelrodis visiems'ki"tiems tyrinetojams, bandiiusiemsvel iau sprgst i i i k laus ima.Pasak veismano, reikia skirti.idioprazm4 (gr, idea - sqvoka, vaizdi-nys)' t' y' generatryines r4sterer, r, ,o"i (gr. k[nas). Soma yra tik ap-valkalas idioplazmai apsaugoti. Jis susidevi ir mirsta, o idioplazma per-eina i5 vicnos somos I titq -"teiei" ,p""it"rq ir yra amiina. Ir dabar sios

18

skaidi us. Darij antis .zigotai. uie nu lart.l!' llTiil "o# ;:'TJTlili:' ie_nos rlsies paveldimumo vienet4, kita der netorygaus pasiskiistymodali paveldimumo 'ie.netq b[na praradusi 11.2 prul;. si'r4srere ir yrasomatind. Jai dalijantis, gali bDri roliau prarandimi paveldimumo vie_netai. o somatines l4steles gali vis labiau specializuotis. Taigi soma_tines.ir genera[vines lqsteres genetiniu atzvilgiu, anot Veismano, tu-retq b[ti nelygiavertds: somatines lasteles turJtq buti praralusios da_li paveldimumo vienetq. o generaryviniq isrikgs visas iq rintinys. tao,pasak Veismano. yra

generagvinis kerias: visos generafyvines r4steres kyla tik iSgenerafiiniq lqsteliq.

veismano hipotezes krastutinumai sukere daug giniq, tadiau kar-tu i5populiarino ne tik veisman4, bet ir paverdinrui-ro vienetq idei4.Ypai giniytasi del dliejq teiginiq: 1) kategoriskas organizmq skirsry-Tjt i soma. ir idioplazm4: 2) genetinis somatiniq r4itelir+ nevisaver-ti5kumas. Pirmasis reiginys yra daugiau filosofinis. Kas pirma? Kiau-Sinis ar viSta? O antrasjs skatino Jksperimentuoti.

Pirmieji sukruto botanikai. Jie veismano teigini, kad somatindslqsteles geneti5kai nevisavertis. nuneige rabai pairastai. pasinaucroio

rEl

sl* . $ r l

Sr

s

, q :

" r ,

s

1.2 pav . A , \ re ismano pas iu ly . tadualios raidos schema:

'mi nd iy i -

r - gcneratw' ines lasteles; J. Jj , J., s.. _somat in iu las te l iu spec ia l i zav imas is . p ra_randant genet in ius v ienetus

ffi'm'ffi

i d e j o s , d a Z n i a u s i a i n e m i n i n tVeismano, pateikiamos kaip ul_tramodernios. Nesigilinant gali_ma pasakyti, kad lytines lqstelesyra savitos k[no l4stelds. Jos at_lieka dauginimosi ir rekombina_cijos funkcijas ir, kaip bet kurisavitq l4steliu grupd, yra evoliu-cijos rezultatas. Kaip tik lvtineslasteles yra istori5kai vienos se-niausiq savitqjq l4steliq, nes jasturi jau vienal4siiai eukariotai:grybai, pirmuonys. Bet Siq orga-nizmq lytines l4steles diferenci-juojasi i5 vegetatyviniq, t. y. iS so-matiniu, l4steliq.

Veismanas mand, kad kiek-vienoje l4sreleje yra didelis pa-

3r

l 9

l

branduolio polcydiq pobudis nepakankamai i5ai5kintas. Be to, pakakopatobulinti branduoliq persodinimo technik4, ir i5 tos padios ru5iesvarliq somatiniq lasteliq paryko iSauginti normalius buoZgalvius nettada, kai branduoliai buvo perkelti i5 buoZgalvio skrandZio epitelioiqsteliq i nediferencijuotas kiauSialEstes. Kaip paaiSkds toliau (Zr.p. 27I), lastel iu special izaci jai visiSkai nebutinas genetinds medZiagoskitimas ontogenezdje. Nlaryt. Veismano aiSkinim4 apie individuali4raid4 dabar galima vertinti tik kaip vien4 i5 diferenciacijos mechaniz-mq, taiiau realiai egzistuojanti.

Pastaruoju metu visuotinai pripaZinta, kad somatinds gy\unql4steles gali prarasti totipotencij4. Gyvfinams nustatytas ir ge-neratyvinis kelias.

Kitas klausimas, ar Sie pokyiiai yra grlLtamieji, ar negriZtamieji?Komplikuojasi ir augalq somatiniq lEsteliq totipotencijos klausimas(Lr. p. r79).

Veismanas ir ,,igytr1 poZymiq" problema. Neabejotina Veismanoitaka ir kintamumo tyrimams. Kaip mineta, jis kategori5kai pasiprie-Sino ,,igytq po4'miq" paveldejimui. Noredamas ji nuneigti, Veisma-nas 22-joms peliq kartoms kapojo uodegas. Nuo to peles netapotrumpauodeges. Sis bandymas. nors labai populiarus ir mdgstamascituoti, yra naivus ir ner.ykgs. Taciau pati ideja apie tai, kad ,,igytipo4rmiai" nepaveldimi, buvo teisinga, kele gindus ir skatino eksperi-mentuoti, ie5koti tikrq paveldimo kintamumo prieZasdiq. Kartu susi-formavo bendra taisykle, kad

organizno raidoje lgyti pozymiai yra nepaveldimi,

bet, kaip ir kiekviena taisykle. ji turi iSimdiq, kurios bus specialiainagrinejamos (Zr. p. 2a7).

Vis delto Veismanas klydo manydamas, jog idioplazmai (paveldi-mumo vienc-tams) aplinka visi5kai nedaro poveikio.

Apl inkos re iksn ia i :. ke i i ia genq ve ik la ;. sukel ia pavcldimus pokyi ius - mutaci jas;. kei i ia genetines rekombinaci jos procesus;. gal i sukelt i stabi l i4 genetiniq strukt lrq pertvarkq somatinese lastelese.

ir!"r

, . \ , , t

\ ' : r

" " " '

1.3 pav. Askaridds (Ascaris megalocephala) chromosomq segmentacija ir dalin6diminuci ja somatindse l4steldse:P, . P , - genera tyv ines l4s te lcs ; AB. A , B , E .MSI _ somat ines Ias te les : j , 2 _gcncratyvindse lastel ise y'r 'a dvi poros stambir l chromosomq; J - A ir B somatindselqstelese yra daug smulkiq chromosomq; clal is chromosomos (ealai) vra prarandama(vyksta diminuci ja) - pazymeta e. Rvskiausiai cl iminuci ja ir fragmentaci ja payaizduotaJ - EMSI lqstelejc

seniai zinomu faktu: i5 labai savito augalo organo, pvz., is begonijoslapo, galima regeneruoti augalq -su pJzymiais, uuoingais motininiamaugalui. i5 kurio paimras lapas. Siuo metu palykrtu i .g.n.ruoti au-gal4 i5 paviends somatinds l4steles. Gaunama tiksli motlninio augalokopija. I5 somatiniq varlds lEsteliq regeneruojama varld su visais do-norinei varlei btdingais pozymiais. Taigi lyg ir galima b[tq tvirtinti,kad visos organizmo l4steles genetiniu atzvilgiu yra lygiavertes, arbatotipotencinds (lot. totalis - visiskas. pilnutinis). Thdiau si problemalabai sudetinga ir Siuolaikineje genetikoje ivairiai sprendZiama.

stabilfis genetinds medziagos pokyiiai ontogenezdje. Tam tikraisatvejais individualioje raidoje gali arsirasti stabilDs genetiniu srruktu-rq pokydiai. Veismanas individualaus rystymosi hipotezg grinde kaikuriais faktais i5 bestuburiq biologijos. yra gyvfinrl, kuriq somatinesl4steles ai5kiai skiriasi nuo generatlviniq lEsteliq net chromosomo-mis. Par,yzdZiui, askarid Liq (As c ais nt egaroc eprtara) gener aryvinese l4s-teldse yra dvi stambios chromosomos. Somatinese l4stelese jos suby-ra i daugeli smulkiq chromosomq. Daris genetinds mediiagos paren-ka i citoplazm4 ir yra prarandama (r.3 pav.). Thi bDdingivabalamsDytiscus, nrusems Miastor ir kt.

ontogenezeje stabil[s pokyiiai lqsteles branduolyje nusratyti irbranduoliq transplantacijos metodu (Zr. p. 176), bet kol kas biu stabiliu

202 I

1.2.2. Genetika - XX a. mokslas

Eksperimentinds genetikos pradZia. XX a. pradZiojc jau buvovisos prieiaidos (suvokti dauginimosi procesai. turdta pakankamai Zi-niq apie lqstelg i r jos dal i j int4si , buvo tobulesni hibr idizaci jos meto-dai) eksperimenti5kai spresti. kaip paveldimi po4'miai.

Genetikos gimimo data teisetai laikoma 1900 m., kai trys moks-lininkai - de Fryzas (H. de Vries) Olandijoje, Korensas (C. Correns)Vokietijoje ir Cermakas (E. T\chermak) Austrijoje nepriklausomai vie-nas nuo kito nustate pirmuosius pozymiq paveldejimo dtisnius ir pa-sirlle eksperimentini metod4 paveldimumui tirti. Thdiau Siq moksli-ninkq laukd nemaZas nusi i ,y l imas. Jie surado pr ieS 35 metus (1865)paskelbtE Mendelio (G. Mendel) darbE, kuris visais atZvilgiais, ypaiiSvadomis gerokai pranoko jq darbus. Mendelio darbas neatsitiktinaiiSgulejo 35 metus neZinomas. Jis gerokai aplenke savo epoch4, irmokslininkai, kurie buvo susipaZing su Mendelio darbu, jo nesupra-to. Greidiau galima stebetis, kad Mendelio darbas ne tik nedingo bepedsako, o dar nust[md i antrq vierq tuos, kurie i5 tikrqjq moksluiatrado pirmuosius paveldejimo desnius ir tyrimo metodq.

Mendel is padare 5 stambius atradimus:1. Suklrd pirm4 eksperimentinj metodq poz,vmiu paveldejimui tirti

tq organizmq, kuriems bIdingas tipiSkas lytinis procesas. t. y. hibri-dologini metod4.

2. Suklre auk5tesniqjq eukariotq lytiniq l4stetiq generinds anali-zds metod4 - analizuojaniiuosius kryZminimus ir nustatd, kad lytinesl4steles yra geneti5kai grynos. Veliau Sis metodas Morgano (T H. Mor-gan) ir jo bendradarbiq buvo labai sekmingai pritaikltas chromoso-mU genetinei sandarai ir rekombinacijai tirti.

3. I5ai5kino auk5tesniqlq eukariotq poiymiq pavelddjimo d€snius:

. pirmosios kartos vienodunto ir dominavimo;

. ski l imo - pradedant 2-qja karta pal ikuonys susiskaido i grupes tam t ikraissantykiais;

. nepriklausomo poZymiq paveldej imo.

Visi jie yra idealDs ir elementar[s aukStesniqjq eukariotq pozy-miq paveldejimo desniaj ir pasireiSkia tik esant tam tikroms s4ly-goms. Desniq galiojimo ribos ir iSimtys yra vienodai svarbios ir busatskirai nagrindjamos.

22

4. Nustatd kombinacinio kintamumo tip4, bfiding4 tik eukario-tams. Jo esme paaiSkejo veliau, pakartotinai atradus Mendelio des-nius. Mejozeje susidaro nauji chromosomq ir kartu jose esandiq pa-reldimumo vienetq genq deriniai.

5. frode. kad tikrai yra paveldimumo vienetai. Si i5vada buvopadaryta i5 lytiniu lqsteliq genetinds analizds ir nepriklausomo pozy-mio paveldejimo desnio. Minti, kad lytinese l4stelese ir zigotoje yrab[simojo organizmo planas, ,,uZra5yti" bfisimo individo poZymiai. su-brandino dar preformistai ir epigenezes Salininkai. Tik buvo neai5ku,kaip tai padaryta. Mendelis eksperimenti5kai irode, kad realiai ytapaveldimumo vienetai. Tai logiSka i5vada i5 nepriklausomo poZymiqpaveldejimo desnio:

jeigu lytinese lEsteldse yra uZraSyti b[simojo individo poZy-miai ir kiekvienas poZymis paveldimas nepriklausomai, tai ly-tindse l4steldse ir zigotoje kiekvienam poZymiui yra atskirassavaranki5kas pradas, ,,uZra5as" * veiksnys, genas.

Nei Darvinas, nei kiti paveldimumo hipoteziq autoriai jam jokiositakos neturejo. Hipotezds buvo pasiilytos veliau, ne 1865 m. Termi-n4 genas pasi[le ne Mendelis. Jis nebuvo terminq klrejas. Tai irgiDievo dovana. Daugiausia genetikoje ju priklre Beitsonas ir Johan-senas (W. L. Johannsen). Pirmasis, kaip mineta, 1906 m. ,,pakrikSti-jo" genetik4, o antrasis 1909 m. paveldimumo vienetus pavadino ge-nais.

Vdliau buvo nustaryta, kad nors organizmai labai skiriasi geneti-n6mis struktlromis, jq paveldejimo bldais, dauginimosi sistemomis,bet

genai yra visq organizmq visose genetindse struktfrrose - tiekbranduolio, tiek nebranduolindse.

Chromosomin€ paveldimumo teorija. Morganas ir drozofilos ,,era"genetikoje. Prabego vos dveji metai nuo pakartotinio Mendelio des-nirl atradimo, o 1902 m. Setonas (W. Sutton) ir Boveri (T Boveri)suvokd Mendelio desniq esmg. Juos lemia chromosomq pasiskirsty-mas tarp dukteriniq l4steliq mejozdje. Thi buvo Setono diplominisdarbas!

Tadiau nuosekli chromosomind paveldimumo teorija (Lr. p. 256)Morgano ir jo bendradarbiq BridZeso (C. B.Bridges), Sfartevanto

z_)

1.4 pav. Drozofi la:vir iuje:. ,1 - patele, B - patinel islapa i io je -po l i t cn ines (g igant ines)d r o z o l i l o s s e i l i q l i a u k q l i l s t c l i uchrc ln rosomos. Kon jugavus ios i rmitozeje . iSskyrus nedidele 2-osic'rsc h r r r n r o s o m o s d e i i n i o j o p c t i e ss c g m e n t q S a l i a c h r o m o c c n t r o .ParySkint i nedidel i pufai i r chro-mocentrai, kuriais chromosomossujungtos

(A. M. Sturtevant), Mioler io (H.l 9 l l - 1 9 1 9 m . J o s c s n r e :

J. Mul ler) buvo sukurta vel iau,

. genas yra chromosomos dalis;

. toje paiioje homologiniq chromosomrl vietoje (lokuse) yra ta_pat[s arba giminiSki (aleliniai) genai - to paties geno strukt[-r in is atmainos;

' chromosomoje genq yrer daug ir visi iisidestE linijiskai. vienaspaskui kitq; vienoje chromosomoje esantys genai pa'eldimi kar-tu, sukibg; jie sudaro tq paiia sankibos grupg;

. kiek haploidiniame rinkinyje yra chromosomq, tiek yra ir san-kibos grupiq.

AnrZininkai sake: Morganui pasisekc, kad j is . .pasikinke" drozofi14. Si vaisinemusele (Drosophilo nrelanogaster) labai spardiai dauginasi. subresta per l0-1,1 dienqnuo kiausinel iq padejimo. ?i nei ipasakytas privalumas, palyginri net su \, ienmeiiaisaugalais. kuriq tyr imq rczultarq reikia laukti 2-3 metus. o k4 kalbeti apie organiz-mus, kur ic b res ta ke le tq metq ar ne t dc i imtmed iq !

Drozofi la turi daus kitu privalLrnrq. Galinra auginl i termostatc gricztai valcio-mor .n is sq lygomis . Pat inc l ia i ry ik ia i sk i r ias i nuo pa tc l iq (1 . - l par . . ) . Apskr i ta i chromo-

24

somq nedaug - t ik 8. o sei l iu l iauku lasteldse jos ypai stambios, patogios smulkiau

tir t i - tai gigantin0s. arba pol i teninds, chromosomos. Drozofi los , 'era" genetikoje

nesibaigd. atrandanri r is nauj i jos privalumai. Labai daug rei ikia ir i t in aukitas

drozo l i los genc t rkos 11g is .

Tirdami clrozofilq Morganas ir jo bendradarbiai atrado ir geneti-nds rekombinacijos tipq, kuri jie pavadino krosingoveriu (angl. cros-sing - susikryZiavimas, susikirtimas + over - per). Keidiamasi seg-mentais tarp homologiniq chromosomq. Sie tyrinetojai pasifile meto'd4 genq vietai ir sekai chromosomose nustatyti. Pirmiausia ji buvonustatyta drozofilos chromosomq (Zr. chromosomq genolapiai. p. 255).

Vdliau chronosoming paveldimumo teorij4 papilde s4voka geno-l71AS.

Genomas - genq visuma haploidiniame chromosomq rinkiny-je, platesne prasme - branduolio genq visuma.

Bendri d€sniai, sqvokos, metodai. Kai kurie chromosomines pa-

veldimumo teorijos desniai ir sqvokos yra bendri visiems organiz-

mams, o kai kurie i5 jq buvo pritaikyti tiriant kitoki4 genetinq san-

dar4 turiniius organizmus. Bakterijq DNR molekuld, kurioje yra di-

dZioji genq dalis (arba visi), irgi vadinama chromosoma. Dar pladiau

taikoma qenomo sqvoka visoms savarankiskoms (autonomindms) ge-

netindms 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: chro-

mosoma, genas kaip jos dalis, linijine genq seka chromoso-

moje, genq sankiba, sankibos grupds, genomas' krosingoverio

tipo genetin€ rekombinacija.

Mutaciju atradimas. Vel de Fryzas. Paveldimieji pokvdiai, ku-

riuos dabar vadiname mutacijomis, buvo Zinomi seniai ir netgi buvo

panaudoti kuriant naujas vaismedZiq, dekoratyviniq augalq veisles.

Gyvulininkysteje buvo Zinomos Ankono a\ys trumpomis kojomis, ne-

sugebejusios per5okti Zem4 fvor4, botanikoje - pakitusios formos ug-

niaZolds ir kt. Sio tipo pokydius s4Ziningai suregistravo Darvinas irjuos pavadino neapibr€Ztu kintamumu. TaUiau jo evoliucijos teorijoje

Sie ookvdiai nebuvo laikomi svarbfis.

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

."g,--$i;

rU1,'\.'

r:' I ./'

. i chrrinr,)s,rrn?] . t l 't . r

a

$" itr. to,) '1" '" " ' '

I { "i

....,,u'"#: i t i r .s i ' o.

i "

o , ' , r$ '" ; t u , = - j '

' ' - l t j . t l l r . c i t l t . r r

u.,',,,.-oP "*ft.'n' ':. ( n l i r q . \ a '

X Z r , , *, 4 I " . .- a !,ir

' : n u l l r t a ,€a.Ei d ''rtj

; . 'r"rr*,

- az i thr. ' rr 'snnr,r d'

\i6;', r-

')a

' i . .o ' t tar,-t1"i

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

25

Perversmq sukele de Fryzo darbai. Jis ilgus metus Wrinejo ivai-rius paveldimus nakviSq (Oenotltera') po$(ius ir wrimq duomenisapibendrino dviejq tomq knygoje ,,Mutacijq teorija" (1901-1903). Ta-iiau de Fryzas neteisingai mane, kad mutacijos yra tik stambts po-kydiai ir rD5ys atsiranda i5 karto, Suoli5kai. Sis teiginys visapusi5kaineteisingas, nes pirma, rlSis yra sistema, visuma organizmq, kurietam tikru bfidu santykiauja su kitais organizmais ir aplinka, uZimatam tikr4 niSq bendroje ekologineje sistemoje. Tokiu santl,kiq tik delvienos mutacijos atsirasti negali. Jie kuriasi istoriSkai, palaipsniui.Antra, daZnesnds yra smulkios mutacijos.

Indukuotosios mutacijos. Mutagenai. Morgano bendradarbis Mio-leris 1927 m. Berlyne lykusiame genetikos kongrese perskaite sensa-cing4 praneiim4 apie tai, kad jis suklre metod4 naujoms drozofilosmutacijoms aptikti, ir irode, kad mutacijas sukelia rentgeno spindu-liai. Tai buvo pirmasis i5ai5kintas mutagenas. 1932 m. V Sacharovasirode, jog drozofilos mutacijas sukelia poveikis chemindmis medZia-gomis - jodu, sunkirjq metalq druskomis. 1936 m. Blekslis (A. E Bla-kesle) nustate, kad poliploidij4 sukelia i5 rudeninio velyvio (Colchi-cum autumnale) i5skiriamas alkaloidas kolchicinas. Thdiau galutinaicheminiq veiksniq mutagenini veikim4 irode 1946 m. J. Rapoportas.Auerbach (C. Auerbach) ir Robsonas (J. M.Robson). Kai kurios al-kilinandios medZiagos, kurias jie tyre, yra net stipresni mutagenai uZjonizuojandiuosius spindulius.

Naujas Sios srities tyrimq etapas ir jq vir5[nd - valdomoji muta-genezd: tiek natlralioji (specialiq genq. genetinirl struktln]), tiek dirb-tin6. Pastaruoju bldu kryptingai pertvarkomi genai: pa5alinami, ista-tomi nukleotidai arba pakeidiami vieni kitais.

Molekulinds genetikos pradiia. Morganas ir jo bendradarbiai iro-de, kad genas - ne abstrakcija, o materialus vienetas, chromosomosdalis. Thi i5 karto sukeld spdliones, kuri chemine medZiaga yra genas.O gal genas yra chromosomos, kaip tam tikros struktiros, dalis?Tada suardZius chromosom4 i5nyktq ir jos genetind funkcija.

7944 m. atsitiko ir,ykis, kuris i5 pamatq pakeite ne tik genetikos,bet ir visos biologijos raid4. Eiveris (O. A.Avery), Makliaudas(C.M.Macleod) ir Makart is (M. McCarthy) frode, kad pneumoko-kq (Streptococcus pnelmtone) transformacij4 Qr. p.542) sukelia DNR.Vien4 pneumokokq form4 palyko paversti kita, paveikus pastarosiosDNR. Thi pirmasis irodymas, kad DNR yra genetind medZiaga. Ve-

26

L n 2 n [ _ a

N F F U O

I : t lO = P - O H

H -o- Iu H C H "

\-r itr111,11|]t 0,,- c

Io

O P = O

\* tt,r rtnlrf l * N/ \c--N

H - 0 -

C H 2

o

O - P = OIo

a b

1.5 par' . DNR sandara (a) ir sinteze (D):

nukleotidai susi junge poromis G = C ir A = T: nauja DNR grandine komplementari

senajai; tokios pat nukleotidq sekos grandine prisi jungtu prie at i t inkamos DNR

grandines ir at l iekant molekul ine DNR-DNR hibridizaci j4

liau 5i4 iSvad4 patvirtino virusq biologijos tyrimai. I Seimininko l4s-telg patenka tik viruso DNR (arba RNR), bet per j4 paveldimosvisos virusq ypatvbes. Be to, iterpus i l4stelg labai atsargiai i5skirt4viruso DNR arba RNR, joje susidaro virusai.

Kokio atgarsio susi lauke Eivcrio. Makl iaudo ir Makari icl atradimas, byloja tai,

kad jau 1946 m.. r 'os pasibaigus_Antrajam pasauliniam karui ' i ryko simpoziumas.

skirtas t ik DNR. Du jo dalyviai Cargafas (E. Chargaff) i r A. Belozerskis irodd, kad

DNR yra pol imeras, bldingas lvair icms organizmams.

DNR sandara ir sintez6. Kitas svarbus [ykis - 1953 m. Vatsonas(J. D.Watson) ir Krikas (E H. C. Crick) paskelbe DNR sandarosmodeli (1.5 pav.): DNR yra dvigrandd molekuld. Be to, viena gran-dine yra komplementari antrajai (kai l-ojoje yra G, tai 2-ojoje - C,kai l-ojoje - A, tai 2-ojoje - T), t. y. viena papildo kit4. Vienagrandine su kita sujungtos nepafvariais vandeniliniais rySiais, toddlviena grandine gali lengvai atsiskirti nuo kitos. Prie vienagrandZiqstruktlrq, prisijungus nukleotidams, susidarytq dvi naujos molekulds,tokios pat kaip pradine. Be to, naujosiose molekulese viena grandindbltq sena. Toks sintezes bfidas veliau buvo irodytas. Jis yra pusiaukonservatyvus ir vadinamas replikacija (lot. replicatio - kartojimas).

(T)

u r

o - l o . f , o , " r , , n n n ' " " - - . n t I

^ . c - c c - c "

o

\ " i l-"'orn ''u "l ".-\rl,.ip o ) _ , r n - . . f - - N f i j r

(c )

27

Sito genetikai seniai lauke. Mat logi5kai m4stant,

genetind medZiaga turi sintetintis b[tent kopijavimosi budu.

Genetinis kodas. Kq lemia genai? Dar vienas svarbus 1v.vkis. Sikart4 - hipoteze. 1954 m. velgi trys mokslininkai Gamovas (G. Ga-mov), Ridas (A. Rich) ir M. Yias (pastarasis - Amerikos lietuvis)paskelbe genetinio kodo hipotezg. Pasak jos, DNR molekuldje yrauZkoduotos arninorfig5diq sekos baltymuose.

Dar gerokai prie5 tai Bydlis (G. W.Beadle) ir Teitumas (E. L. Ta-tum) nustatd, kad genas lemia vienq konkreii4 reakcijq, katalizuoja-m4 fermento. 1941 m. savo tyrimq rezultatus jie apibendrino Zinomateze: I genas - I fermentas. Ji Siuo metu yra patikslinta:

1 genas - 1 polipeptidas.

Tad iki Gamovo ie5kota rySio (paprastai cheminio) tarp DNR irbaltymo. Thdiau Gamovo kodavimo ideja buvo i5 principo nauja irbiologams bei chemikams neiprasta. 1961 m. Nirenbergas (M. W. Ni-renberg) ir Matejus (A. Mattaei) surado bld4 genetiniam kodui i5-aiSkinti, o Krikas ir Breneris (S. Brenner) i5sprende daug principiniqgenetinio kodo problemq.

1.3.1. Genetika Lietuvoje

Nepriklausomai tarpukario Lietuvai, kaip Zemds ukio kraStui, bu-vo reikalinga taikomoji genetika - selekcija. Ji pradeta destl'ti Dot-nuvos Zemds ukio akademijoje. Thi buvo ir Dionizo Rudzinsko nuo-pelnas. Daug metu jis dirbo Rusijoje, Maskvoje, buvo Zemes [kioakademijos profesorius, katedros vedejas, Zymaus rusu genetiko N. Va-vilovo mokytojas ir mokslinis vadovas. Pradines iddjos, kurias puikiaipletojo N. Var,ilovas i5 augalq imunogenetikos, genetiniq iStekliq ir jqnetolygaus geografinio pasiskirstymo, buvo Rudzinsko. Mokslines eks-pedicijas genetiniams i5tekliams kaupti taip par pirmasis renge Ru-dzinskas. Thi nurodo N. Vavilovo veiklos ryrinetojai (pvz., Pe:lruur C.Hurconail Baeunoe. Mocrna, 1968). Rudzinskas buvo vadinamas Ru-sijos selekcijos tevu. Jis pirmasis Rusijoje pradejo moksling selekcija,suk[re daug javq veisliq, 1909 m. ik[re pirmqyq Rus4oje selekcijosstoti .

28

Lygiai taip pat Rudzinsk4 galima vadinti ir Lietuvos selekcijostevu. GriZgs i Lietuv4, 1922 m. jis iklrd Dotnuvos selekcijos stoti irdeSimt metq jai vadovavo. Sukure 40 Zieminiq kvieiiq. avIL4, Zirniu.linq veislirl. Dotnuvos Zemis lkio akademrjoje jis skaitd ,,Augalqgenetikos ir selekcijos" kursq.

Thdiau Lietuvoje naminiq gyvuliq ir Zemds lkio augalq selekcijospradLia sunku atsekti. Nors ji buvo ir iki Rudzinsko, bet j4 r.ykdemegdjai, labiau prakutq dvarininkai ir dvarq valdytojai. DarZoviq, ypadagurkq, selekcijos rezultatais garsdjo Tiakrtr karaimai. MaZiausiai 8garsios obelq veisles yra Lietuvos vietines. Garsls Zemaitukai arkliai,Dzlkijos deglosios kiaules ir kt.

A. Hrebnickis - pirmasis augalq iStekliq kaupdjas ir tyrin€tojas.Genetiniq i5tekliq problema Lietuvoje. Pirmasis moksliSkai obelq se-lekcija uZsieme Adomas Hrebnickis (1857-1941) savo dvare Ignali-nos r. (Rojuje). Jis yra pirmasis Lietuvoje genetiniq augalq i5teklirlkaupdjas bei tyrindtojas. Surado ir pirmasis i5tyre vietines obelq veis-les 'BerZininkq ananas4', 'Jono pepina'. 'Panemunes baltqji' ir kt.

Ir Siuo metu selekcininkai megejai atlieka nuostabius darbus. Vyn-medis (A. Pauk5te. P. Gaili[nas ir kt.), abrikosai (A. Urbonas), atvai-sa (A. Paketfiras) Lietuvoje atsirado del jq veiklos. Daugybg dekora-tlviniq augalq veisliq irgi sukure selekcininkai megejai (P. Baldikonis,P. Ciplijauskas, J. Tarrydas, S. Eicher-Lorka ir kt.). Tadiau jq veislemsvis4 laik4 gresia praradimo pavojus. Net mokslo istaigose nei5saugo-tos ir sunaikintos genetiniq iStekliq kolekcijos. Toddl viena i5 svarbiqgenetikos problemq Lietuvoje yra kaupti genetinius i5teklius, juostirti ir iSsaugoti. Sudarytos ir rykdomos augalq genetiniq i5tekliq pro-grama (A. B[dr,ytytd), naminiq gyvuliq genetiniq isteklirl (J. Sveisrys)programos. Bandoma ikurti niikroorganizmq kamienq bank4.

Sekmingiau kaupiami augalq genetiniai i5tekliai. Lietuvos sodi-ninkystes institutas turi dideles sodo augalq ir darZoviq kolekcijas(A. Tuinyla, A. Luko5evidius, A. Misevidiltd, M. Baranauskiene). Di-deles grldiniq, pa5ariniq augalq kolekcijos yra Lietuvos Zemdirbystesinstitute. Vilniaus universiteto Botanikos sode sukauptos dideles vais-kr[miu (iniciatorius A. Ryliikis), geliq (D. Dainauskaite), dekoratyvi-niq medZiq kolekcijos. Vilniaus universitetas vienas pirmqjq praddjokaupti selekcininkq megejq veisles.

Ypad gerai ir apgalvotai tiriami bei saugomi mi5ko augalq gene-tiniai i5tekliai (V. Ramanauskas, J. Danuseviiius, R. Gabrilavidius).

29

Genetika prieSkario ir pokario Lietuvos universitetuose. Geneti-

ka Kauno Vyiauto DidZiojo universitete gerokai vdlavo. Tik 193-5 m'

Marija Natkevicaitd-Ivanauskiene (1905-1996), pries tai tyrusi Zmo-

gaus kraujo grupiq paveldejimq. 1935-1940 m. kryZmino tubes (lzer-

bascum) g"nii.t rlsis ir tokiu bfidu tikslino jq sistematikq. Tyrimq

rezultatus M. Natkevidaite apibendrino daktaro disertacijoje .,Gene-

ti5kai-sistem atliki l/erbuscum ir Celsia gendiq tyrinejimai" (apginta

1943 m., paskelbta: Vilniaus unit'ersiteto Matentatikos-Gamtos .fak. dar-

bai, 1942, t. XIV s4s. 2, p. 236-3a5). M. Natkevidaite deste genetikos

kurs4 Kauno, o nuo 1940 m. iki pat 1948 m. - Vilniaus universitete.

Kauno Vytauto DidZiojo universiteto studentai medikai irgi buvo

supaZindinami su paveldimumo reiksme ligoms per J. Zilinsko, J. Bla-

Zio, P. AviZonio paskaitas.

prieikario vadovdliai i r leidiniai. Didel io atgarsio, bet nevienareik5miSko ver-

t inimo susi laukd populiari P. sivickio knyga ,.G1voji gamta ir mes". Daug vietos joje

skirta paveldimumo problemoms. Mendelio desniq pakartot inio atradimo 35-nei iui '

-50 m. jo mirt ies ir i0 m. nuo Mendelio darbo pirmojo paskelbimo sukaktims pa-

Zymdt i buvo i i le is tas spec ia lus Zurna lo . ,Kosmos" numer is (1935 m. , Nr . ' l -6 ) . S io

Zurnalo 1936 m. Nr. 4-6 skirtas Dotnuvos selekci jos stot ies iklrejo Rudzinsko

70-meciui. Siame ir ki tanre populiariame Zurnale ,.Gamta" buro skelbianla gana

daug straipsniq genetikos bei selekci jos klausimais.

Dotnuvos Zem€s lkio akademija lenke universitetq ne t ik destymu. bet ir va-

dovdl iais. 1928 m. K.Aleksa iSleido ,,Paveldej imas g-lYul ininkl ' ,stdje", o 1936 ir

1939 n. tr . Gimbutiene - . ,Augalq genetika". . .Zemes ukio vadovo" gl ' rul iq reisi-

mo skyriuje (1930 m. 1 leid. - S. Girsovi i iaus. o 1936 m. 2 leid. - B. Vitkaus)

buvo daug Ziniu i i genetikos.

Lysenkizmas SSSR ir jo atgarsiai Lietuvoje. Po Antrojo pasau-

linio karo ilga laik4 Lietuvoje genetikos nebuvo. Tuo metu SovietqSqjungoje vyko asrri kova pries genetik4. Gana daug genetikrl buvo

represuota, todel dirbti genetikos. citologijos srityse tiesio_g buvo pa-

uo3ingu. Sis pavojus ypad sustiprejo po vadinamosios VASChNIL (Vi-

sasEjunginds Zemds lkio mokslq akademijos) 1948 m' rugpjtdio se-

siloi. loje lysenkizmas buvo iteisintas kaip oficiali doktrina - ,,sovie-tind genetika".

Jos nesilaikantys buvo laikomi l iaudies prie5ais. Daug genetiku ir juos palaikan-

dirjq buvo atleisti i5 <jarbo. j iems atimindjami moksliniai vardai ir laipsniai. Dalis

jq aisidure tremtyje, kalejimuose ar buvo fizi5kai sunaikinti. Thip atsit iko N Vavi-

iovui. Kalejime buvo susaudytas jaunas' neiipasa$'tai talentingas genetikas G' Kar-

peienka, kuris jau buvo susp6jgs pagarseti pasaulyje darbais i5 tolimosios augalu

hibridizaci jos sri t ics. suk[rEs pirmqjq dirbt ine augalq genti Rapl ' tonobrassica (2r.

p. a07). Chemincs mutagcnezis atraddjui J. A. Rapoportui buvo atimti visi vardai,j i t bu"., at leistas iS darbo (tapo gcologu. geologi jos mokslq kandidatu) '

Pats genetikos mokslas buvo paverstas absurdu. Buvo t ' ' ' i r t inama, kad paveldimu-

mu pasiZ1'mi bet kuri kuno. lastelds dalel i . Pvz.. paveldimumas. organizmo poZymiai

gal i persiduoti per metaboli tus. Igyt i poZymiai es4 paveldimi (propaguotas kraitut inis

iamarkizmas;. I i bct ko gal ima i iaugint i bet ka. t ik reikia sudaryt i t inkamas s4lygas.

Ruiis gal i gimdyti ki tq r[Si (kviediai - rugius, o Sie - dirses; gegutd - ki tus pauksi ius,

ir atvlrtsei i i ) . Genu. chromosomq ncs3., o jei pastarosios ir esani ios, tai t ik laikinai,

ir t . t . Biologi joje ir su ja susi jusiuose taikomuosiuose moksluose klestejo T, Lysenkos

kultas: ka j is pasake ar padard, buvo Sventa t iesa. Tvirtai buvo kalama, kad yra

.,soviet ind biologi ja", , .soviet ini genetika' ' . Gcnetika buvo paversta icleologiniu moks-

lu. Vyko visiSka izol iaci ja nuo mokslo pasaulio, didejo biologi jos mokslq atsi l ik imas,

kuris ir- dabar dar iaui iamas. Kai kuriose biologi jos sri tyse iki Siol tebdra isigalejusinuomoni, esa gal ima iSsivcrst i be genetikos Ziniq.

Praslinkus mdnesiui po .,garsiosios" VASChNILo sesijos. jos ana-logo susilatrkd Lietuva. 1948 m. rugsejo 20-22 d. vyko Lietuvos mokshlakademijos sesija (Lieruvos MA iinynas, 1949, t. IV-V). AukStujqmolqrklu destytojai, mokslininkai ddste jaunimui apie genus, chromo-somas, mitozg ir mejozg, todel labiausiai kliuvo universitetrl, aukstq-jq mokyklq tiek prieikario, tiek pokario destytojams.

Taciau Lietuvoje nebuvo skubama naikinti biologijos mokslinin-kus. Autoritet ingiausi biologai J. Dagys, A. Minkevidius' M' Nat-kevidaite-Ivanauskiene, P Sivickis, A. Madionis labai kategoriSkai laikesineigiamos pozicijos lysenkizmo atZvilgiu. o P. Snarskis po kritikos

,,skraiste" sugebejo destyti Mendelio, Morgano, de Fryzo, Johansenodarbq esmQ, ir studentai puikiai suprato, kad lamarkizmo kritika tin-ka ir T Lysenkai. Vis delto iStisus 15 metq lysenkizmas slopino ge-netikos raidq Lietuvoje.

Dabartin€ genetikos b[kle Lietuvoje. Eksperimentind genetika pir-

miausia praddta pletoti Vilniaus universitete - 1963 m. This metaispradetas destyti ir genetikos kursas. 1960-1965 m. jauni ivairiq auk(-tqlq mokyklq absolventai V Randelis, J. Rubikas, R. Lekevidius, J. Va-siliauskas, A. Janulaitis, A. Sinkus, A. Basys, D. Citavidius istojo iMaskvos ir Leningrado (Sankt Peterburgo) universitetq, institutq as-pirantlr4 ir sudard genetikos Lietuvoje pamat4.

Siuo metu genetiniai tyrimai rykdomi Vilniaus universitete (VU)ir visuose biologinio profilio institutuose, auk5tosiose mokyklose. VUBotanikos ir genetikos katedroje (J. Lazutka, R. Lekevidius, V. Ran-delis ir kt.) dirbama genotoksikologijos ir mutagenezes srityse. VUBotanikos sode ne tik kaupiami ir tiriami genetiniai augalq istekliai,

bet ir buvo sukurta (A. Ryli5kis) 11 vaiskrtmirl veisliq. VU Zmogausgenetikos centre, kuriam vadovauja V Kudinskas, tiriama Lietuvosgyventojq populiacijos genetind sandara, kai kurios metabolizmo li-gos, jdiegta prenatalinds diagnostikos, molekuliniq zondq technologi-ja. Naujagimiq genetiniai tyrimai atliekami ir VU Neonatologijos kli-nikoje (V Basys).

Zmogaus citogenetiniai ir chromosominiq ligq tyrimai r,ykdomiKauno medicinos universitete (A, Sinkus). Monografiju iS genetikossrities yra skelbg ivairiq Zmogaus ligq specialistai J. Lelis (apie pavel-dimas dermatozes, 1981 m.), J.AviZoniene (apie nervq ir raumenqligas, 1990), G. Balevidiene (apie psoriazes generik4).

Molekulinds mikroorganizmq genetikos pradiia buvo Biochemi-jos institute. Buvo tiriama virusq mutagenezd ir transformacija (J. Ru-bikas). Siuo metu garsdja R. Nivinsko vadovaujama laboratorija, kuritiria bakteriofago T* vienos velivqjq genq sankaupos sandar4, veiklqir valdym4.

Botanikos institute atliekami augalq molekulines genetikos - DNRpaZaidq reparacijos, augalq genq inZinerijos (K. Cieminis, J. Proscevi-dius), mieliq kileriniq kamienq genetikos tyrimai.

Daugiausia molekulines mikroorganizmq genetikos srityje pasiek-ta Biotechnologijos institute. A. Janulaidiui vadovaujanr, tiriama re-strikcijos-modifikacijos sistema, jos komponentq sqveika su DNR, buvoatrastas naujas DNR metilinimo tipas bei daug naujq restrikcijosendonukleazitr ir DNR metiltransferaziq. Taip pat lykdoma mieliugenu inZinerija (K. Sasnauskas). Janulaiiio ir jo kolegq darbai labaivertinami kitose Salyse.

Ekologijos institute, Lietuvos gyvulininlrystds institute, Lietuvosveterinarijos akademijoje mokslininkq grupes atlieka genetinius gy^/u-liq tyrimus. Antai Ekologijos institute atliekami pauk5diq imunoge-netiniai (A. Sruoga, A. Paulauskas), trematodq citogenetiniai (J. Bar-Siene) tyrimai. Lietuvos veterinarijos akademijoje (K. Janu5auskas,I. Miceikiene) tiriamas gyvunll polimorfizmas ir citogenetiniai pory-diai priklausomai nuo ekologiniq veiksniq.

Ir Zemes fikio institutuose yra genetikos laboratorijos ar grupds.Lietuvos Zemdirbystes institute, o pastaruoju metu ir Lietuvos Zemdslkio universitete atliekami pasariniq augalq biotechnologiniai tyrimai(A. Sliesaravidius). Panasius vaismedZiq ir vaiskrlmiq ryrimus atliekaLietuvos sodininlrystds institutas (V. Stanys). Pastarajame, kaip ir Lie-tuvos mi5kq institute, tiriama atitinkamq augalq kiekybiniq poZymiq

genetika. Lietuvos sodininlqtstes institute dirbo ir du produktlviausipokario selekcininkai Ipolitas Staras (1905-1966), ypad i5garsejes obelqveislemis, ir Jonas Madys (1908-1980), suklrgs per 30 darZoviq veis-liu. Kai kurios i5 ju buvo platinamos uZ Lietuvos ribr+.

Lietuvos Zemdirbystes instituto Vokds filialas pagarsejo bulviq imu-nogenetikos tyrimais (A. Bujauskas). Sukurtos 6 nematodams ir li-goms atsparios bulviq veisles.

1966 m. buvo lkurta Lietuvos genetikq ir selekcininkq draugija.Pirmuoju ios prezidentu (196G1977) buvo Jonas Bulavas (1903-t984).Jis buvo vienas rySkiausiq Lietuvos pokario selekcininkq, suklrgs 25javtl veisles. ilg4 laika vadovavo Dotnuvos selekcijos stodiai. Thip patparaSd pirmqli augalu selekci jos vadoveli (1963 m. 1-oj i ; 1970 m.2-oj i iaida).

Lietuvos genetikq ir selekcininkq draugija organizuoja konferen-cijas. simpoziumus, kongresus. 1991 m. ikurta Baltijos Saliq (Lawija,Lietuva, Estija) genetiniq draugijq f'ederacija. Pirmuoju jos preziden-tu (1991-1993) buvo V. Randelis.

1.4.1. Genetikos metodai

Genetikoje naudojamasi ir.'airiausiais chemijos, fizikos, matemati-kos mokslq, kitq biologijos sridiq (embriologijos, citologijos, sistema-tikos) metodais. Tadiau yra metodq, kuriuos apibtdiname kaip gene-tinius. Jie irgi fvairrls, bet i5 ju galima i5skirti pagrindinius genetiniusmetodus

1. Hibridologinis metodas. Jis buvo sukurtas pirmasis. Kaip mi-neta (Zr. 1.3), ji suklre Mendelis, bet mokslui atrado de Fryzas, Ko-rensas ir Cermakas. Jo pamatas - dviejq skirtingq paveldimq formqhibridizacija (gr. h1,bri; -dos - kraujomaila), kryZminimas. KryZmi-nimo produktai yra hibridai (hibridiniai organizmai), hibridines l4s-teles (kai suliejamos somatines l4stelds), hibridines molekules (kaiatliekama DNR molekuline hibridizacija, kai gaunami hibridiniai ge-nai). Naudojantis Siuo metodu bltina tureti dvi skirtingas, alternaty-vias, klasikiniu aweju - to paties poZymio (geno) formas, pvz., gyvu-lius rudos ir baltos spalvos kailiu, augalus geltonos ir Zalios spalvossdklomis ir pan.

I i t ikrqjq tai ne ' , ienas, o grupd metodq. Jie skir iasi priklausomai nuo qenetiniqt1'r imq t ikslq. Vienais nustatomi poZymio pavelddj imo l ,patumai. ge nq savybis, genq

J J

1.6 pav. Homeozinds drozofi los mutaci jos:kairdjc - Arttcnnapedia (dal is antenos virtusi koja);dei ini je - bithorux (dvi kr l t inclcs victoj vicnos kr[t inclcs ir toddl dri poros sparnrlv ie to j v ienos poros sparnq)

sqveika, ki tais - gcno vieta chromosomoje, tos vietos pakeit imas, tret i taikomi no-r int nusprgsti , ar poZymis pavcldimas pcr branduoll , ar per citoplazmos strukt[ras.Metodas skir iasi i r pr iklausomai nuo objckto, jo gcnctiniq strukt lrq, daugininrosi.lyt inio proccso ypatumrl, pagaliau nuo objekto genetinis anal izes gal imybiu: ar ga-l ima kryZminti grynqsias gcnctincs l ini jas. ar apskri tai gal ima dirbt inai kryZminti . art ik tenka apsir iboti t ik tuo, kas yra nat0ralu. Tokia 1'ra gamtiniq populiaci ju. Zmo-gaus gcnc l i kos ty r imq pad i t i s .

Siuolaikineje genetikoje hibridologiniu metodu daZniausiai nusta-toma homofogija (gr. homoktgia - sutikimas), t. y. tapatumas, pana-Sumas, giminingumas. Galima nustatyti genomq, chromosomq ir jqdal iq, genq ir jq dal iq homologi j4.

Antai genomq homologijE (arba nehomologij4) svarbu nustatvtisistematikoje. Tokiais tikslais Verbascttm r[Sis kryZmino M. Natkevi-daitd-Ivanauskicne (Lr. L3). Tiriant Zmogaus ir Simpanzes genomuhomologij4 nustatyta, kad jie beveik nesiskiria (skirtumas 1,5-2,5q.),

Tiriant homologijE, galima aptikti tapadiq genq tose organizmrlgrupese, kuriose jq nesitiketa. Antai Zinomos drozofilos mutacijos,kai vietoj vieno organo i5silysto kitas. Pvz., vietoj antenos r.1'stosikoja (Antennapedio mutacija) arba dvi poros sparnq. vienam drozo-filos segmentui virtus kitu (bitlrcru mutacija). Tokios mutacijos buvctpavadintos homeozinemis (1.6 pav.). Jas detal iau i5tyrus paai5kejo,kad tai mutacijos genll, lemiandiq vienq i5 pagrindiniq vabzdZiq mor-fologijos savybiq - k[no segmentacij4. Visi Sie genai turdjo tapadi4nukleot idq sek4. Ji buvo pavadinta homeo seka (bloku). Tir iant ho-mologij4, 5i seka buvo aptikta ir kai kuriuose Zinduoliq genuose. Thibuvo net iketumas. MaZa to! Neseniai homologines homeo sekai nu-kleotidq sekos aptiktos ir kai kuriuose mieliu, augalu genuose.

1 A

Genealoginis metodas yra senesnis uZ hibridologini metod4, betjo reikSme suvokta tik suktrus pastarEji metodE. Jau seniai sudari-nejamos karaliq. didikq genealogijos (gr. genealogia - gimines kartqseka). Lietuvoje puikiai i5likusi Radvilq genealogija. Pats terminasgeriausiai atskleidZia esmg - sudaroma kartq seka. Genetikoje Siuometodu tiriama, kaip paveldimas konkretus poZymis.

Genealoginiu metodu poZymio pavelddjimas buvo tir iamas dar tada, kai jokiosgenetikos nebuvo. Antai Habsburgrl dinasti jos .,etiketd" buvo ,.Habsburgq lupa",tiksliau - i5si5oves apatinis Zandikaulis. Oficialiai daltonizmo (spalvq skyrimo defek-ta i ) . hemof i l i jos (kraujo nekreSej imas) paveldej imo ypatumai nustatyt i darXVII-XVIII a. riboje, bet i i t ikni.yq Siq poZymiq, bent hemofil i jos, pavelddjimopobudis buvo suvoktas labai seniai. Pasak Thlmudo, berniukai atleidZiami nuo api-pjaustl"mo, jeigu motinos gimineje buvo nors vienas vyras, sirges hemofil i ja. Mat 5il iga pavcldima savotiSkai. Moterys klasikine tos l igos forma neserga, bet platinapoZl'mi (t iksliau - genq). Liga pasirei5kia tik jq sinums, bet ne dukterims. Dukrosdi r2niausia i vra gcno p lat in to jos.

Dabar apie tokius po4/mius kaip hemofil i ja, daltonizmas sakome,

kad tai ,,sukibg" su lytimi poZymiai. Juos lemiantys genai yra tik Xchromosomoje (Zr. p. 579). Bent apie 100 pana5iai paveldimq Zmo-gaus pozymiq prigimtis buvo pirmiausia nustafyta i5 genealogijq.

Oficialiai genealoginis metodas buvo pasiulytas Galtono (E Gal-ton). Jis veiksmingas tik tuo atveju, jeigu Zinomi probando (musdominandio Zmogaus) tdvai ir protdviai (i5 motinos ir tdvo puses)ir kiekvienoje kartoje yra pakankamai palikuoniq, taip pat jeigu

turima duomenq apie daugelio Seimq genealogijas pagal mus do-minantl pozymi. Genealoginis apra5as pagristas atitinkama Zenklqsistema (1.7 pav.). Spccialiais matematiniais genealogijq fyrimo me-todais nustatomas pozy'mio paveldejimo pobldis: ar pozymis domi-nuojantis, ar recesyvusis, atskiro asmens heterozigotiSkumas ir kt.

Genealoginis metodas svarbus ir atliekant medicining-geneting kon-sultacijq. Remiantis genealogijq tyrimais galima prognozuoti paveldi-mos ligos tikimybg tarp probando giminaidiq, konkrediose Seimose.Stai kodel pastaruoju metu ligos istorijose ira5omi duomenys ir apiegiminaidius. Bet, tiesq sakant, Sis darbas atliekamas gana atsainiai,matyt, nepakankamai suprantant jo svarb4.

Kita Zmogaus veiklos sritis, kurioje taikomas genealoginis meto-das, - gvuliq veislininkystd. Genealoginis apra5as yra privalomas veis-liniq gyruliq ko$rbes ir veisles grynumo dokumentas. Paradoksalu, betveisliniq glvuliu genealogijos ir Lietuvoje vedamos labai r[pestingai,

3-5

l - r l l , ^ l L , \ I

l t i l t r ] t t { ) l1L---{ [*z l f r , i j r \atk lntas i t \n luo

rn ,T'. zt..LJJ '.l./ .1.r neg\ \ aglmls

/1 .l/ T-

I}_[,-\--l--]\-/--11

+-il

neStumas

nutraukta santuoka(skyrybos)

santuoka

giminiu santuoka

nesantuokinis rySys

vaiku skai i iusneZinomas

neZinoma. a rbu','o vaiku

nesantuok in isstnus

santuoka ir iS jos

gime vaikai

bevaike santuoka

r I vyras

lvt is neZinoma

asmeniSkaiapZilrdtas, serga

probandas

autclsominioreccsp' iojo genoneSiotojai(heterozigotos)

Mutacinis metodas. Sio metodo autoriais laikytini Morganas ir jobendradarbiai. Pirmoji genetiniams tyrimams buvo panaudota drozo-filos akiq spalvos mutacija - baltos, nepigmentuotos akys (white -

angl. baltas). Palyginus normalaus ir v.,hite genr] paveldejim4, buvoi5ai5kinti ,,sukibg su lytimi" poZymiai, jq prigimtis (Zr. p. 580). NuoMorgano laikq mutacijos Zymimos angli5kais pavadinimais. Tiesa, pas-taruoju metu ypad drozofilos genetik4 Qr. 1.1 ir I.2) uZplfido ir kitqkalbq ZodZiai, kaip antai shibire, fushi tarazu ir pan. (visi japonq k.,bet angli5kos raSybos).

Mutacinis metodas taikomas ivairiais tikslais:

+]l lII

n n

fo. kaip hibridologines analizds pagrindas -

paties geno atmainas, polimorfizm4:'o normalaus ir mutantinio geno veikimui

sekos funkcinei reikimei nustatyti;. aptikti naujus genus.

sukurti alternatyvias to

lyginti, geno arba DNR

trIo

aHt-d-

(-fl* t -?

/-'\( lT ' l I* l -

TaftOT{-Hl-r-

TIOI

ogijq ienklai

kur kas rupestingiau negu Zmoniq. Be to. veislininkysteje Sis metodasatskleidZia Zalingo geno buvim4 veisliniuose gyvuliuose, ir taip iSven-giama dideliq nuostoliq.

Bet apskritai genealoginis metodas visi5kai teisetai yra tarp ben-dnjq genetikos metodq. Genealogine (kartu) analizd atliekama irnaudojantis hibridiologiniu bei mutaciniu metodais.

36

Morganas mutacini metodq taike tik pagal pirm4j4 paskirti - su-kurti pradinl polimorfizm4 ir mutantq sukryZminti su normaliu (arbalaukiniu) tipu, Taip genetikoje vadinami normalls individai (po\-miai).

Antrasis ir trediasis taikymo atvejai yra bendrieji biologiniai. Mu-tacinis metodas taikomas ivairiose biologijos srityse, norint nustatyti,kaip organizme r,yksta lvairus procesai, rei5kiniai, atskleisti jq prigim-ti, valdym4. Siems tikslams mutacini metod4 pirmieji labai veiksmin-gai taike Bydlis ir Teitumas, tirdami ivairiq metabolitq biosintezg.

Vienas pagrindiniq metodiniq biologijos principq yra veikli4 b[-senq lyginti su neveiklia.

Thi daroma dviem budais.1. Proces4, rei5kini galima slopinti inhibitoriais. Antai proflavi-

nas gana selektlviai naikina nebranduoling DNR (plazmides ir kt.);cr-amanitinas slopina eukariotq RNR II ir III polimerazes, bet ne I;chloramfenikolis - bakteriju baltymq sintezQ, blokuodamas peptidil-transferazing reakcijE (Lr. p. 101); CO slopina reakcijas, kuriose da-lyvauja citochromai P-450 (Lr. p.303) ir pan. Thiiau inhibitoriai daZ-niausiai yra svetimi organizmui junginiai, veikia ir kitus procesus iryra nuodai.

2. Proces4, rei5kini gali paveldimai slopinti mutacijos. Naudoja-mos nal mutacijos. Tai tokios genrl mutacijos, kurioms ivykus geno

asmeni5kaiapZiurdtas, sveikas

neapZiuretas,t ikr iausiai serga kaipir probandas

X chromosonrojc esaniiopatologinio geno neSiotoj a

flfr #.i.e,u.,nuoU \o / sava imin is ah t ) r l l s CFil-:j dvisantuokos

dirbt inis abortas

mote r is

37

veikla visiSkai nutrflksta. DidZiausias ju privalumas yra tas. kad pa-sidaro neveiklus tik vienas konkretus genas. Labai veiksmingai tokiotipo mutacijomis pasinaudojo Bydlis ir Teitumas.

Biocheminds mutacijos, kurias tyre Bydlis ir Teitumas, slopinakurios nors medZiagos sintezg. bet lvairts metabolitai organizme sin-tetinami per tarpines grandis. Kiekvien4 ju katalizuoja fermentas. oji koduoja genas. Thigi vienodai pasireiSkiandios biochemines mutaci-jos gali bfiti ir,ykusios visiSkai skirtinguose genuose.

Pateiksime paiyzdi i5 drozofilos genetikos. Drozofilos a$s pa-prastai yra tamsiai raudonos. Thdiau akiq spalva yra dvieju pig-mentq - rudo ir Sviesiai raudono miSinys. Rudas pigmentas sinte-tinamas i5 aminorlgities triptofano per kelet4 tarpiniq reakcijq:

tr iptofanasblokuoja vermilion mutacija -+ J r'-r'kdo triptofanpiroliazi

formilkinurenr nas

tinurlin Jl'kdo kinureninformomadaze

blokuoja cinnabar mutaci ja -+ J rykdo kinurenin-3-hidroksi lazi.3 -h id roks ik inu re n inas

J

rudas pigmentas

Jei tarpines reakcijas kontroliuojandiq kurio i5 genq in,ktu nrrlmutacija, t. y. nutrlktq visa iuykirl grandind, alrys butq Sviesiai rau-donos. Tokios alrys yra ir vennilion, ir cinnabar mutanto. Mutacijq irkitais genetiniais metodais galima tiksliai nustatyti ir,ykiq (reakciju)granding.

Biochemines mutacijos yra vienas iS veiksmingiausiq bfldq bio-cheminiq reakcijq eigai, rnetabolito sintezei nusta{uti.

Ji tiriama taip: a) i5skiriama daug vieno pozymio mutantr+; b) juosi5tyrus specialiais metodais (Zr. komplementacijos testas, p. 75), nusta-toma, kiek genq lemia medZiagos sintezg. I5 to galima apytiksliai sprgs-ti, kiek gali brlti tarpiniq reakcijq; c) i5 anksto numatomos galimostarpinds reakcijos. Joms patikrinti mutantai paveikiami galimais tarpi-niais sintezds produktais. Pvz., drozofilos vermilion mutanto akiu spalv4normalizuoja formilkinureninas, kinureninas, 3-hidroksikinureninas, ocinnabar mutanto tik viena i5 Siq medZiagq 3-hidroksikinureninas, toddl

38

reakcijos eiga Sioje rudo pigmento sintezds dalyje tokia, kokia pateiktaaukSciau.

Suprantama, kad, pakitus akiq spalvai, drozofila neZus, nors gy-r,ybingumas gali sumaZdti. Pakitus glvybi5kai svarbiam procesui, bio-chemine mutacija gali bnti mirtina, Ietali (lot. letalis - mirtinas),tadiau to galima i5vengti davus trtkstamos medZiagos. Thi palykstapadaryti anaiptol ne visq genq mutacijoms. PavyzdLiui, irykus DNRpolimerazitl nul mutaciloms, joks metabolitas nepades. Mutacija busmirtina, nes nutrlrks vienas i5 svarbiausiq gyvybiniq rei5kiniq - DNRsintezd.

Santykinai mirtinos ir lealey mutacijos. Tokios keblios padetiesi5vengiama dviem bldais, atsiZvelgiant i pozymio prigimti.

Pirma, gali bfiti naudojamos ne nttl mutacijos, o lealg mutacijos(angl. lealg - i5tekantis, nesandarus). Tai silpniau pasirei5kiandiosmutacijos. Geno veikla nera visiSkai blokuota, toddl mutantai ar bentdalis jq i5gyvena, nors jq glvybingumas sumaZdjgs.

Antra, pasinaudojama santykinai mirtinomis mutacijomis. Mu-tantinis genas yra mirtinas, visi5kai nepasirei5kia vienokiomis s4lygo-mis (nepermisinemis) ir visi5kai normaliai veikia kitokiomis s4lygo-mis (permisindmis, angl. permissive - leidZi4s). S4lygos, i kurias rea-guoja tokio tipo mutantai, gali blti ivairios: pH, osmosinis s16gis,temperatura. DaZniausiai naudojami temperatflriniai, arba /s-mutan-tai (angl. temperature sensitive - jautrus t'). Pastarieji labai veiksmin-gai naudojami naujiems genams, poZymiams aptikti, irodyti. Patryz-dZiu gali b[ti mutantai dna. Tai mutantai, kurie slopina DNR sinte-zE. Pana5iai kaip biocheminiq mutantq, gaunama kuo daugiau ts-dnamutantq, nustatoma, keliems genams jie priklauso, ir pagaliau, ma-nipuliuojant temperatfrra, - kq lemia normalus genas (arba normalimutantinio geno b[sena). Mutacijomis aptinkami ir nauji genai. Jei-gu parl ,ko gaut i mutaci iq. tai yra genas. o jeigu yra genas. tai yrapolipeptidas ar bent RNR, kuriuos genas koduoja.

Embrioninds letalds dar neseniai taikytos tik mutageniniams veiks-niams lvertinti, o pastaruoju metu labai veiksmingai naudojamos sudd-tingiausiems pozymiams tirti - morfogenetikoje. Tai mutacijos, mirti-nos ankstyviausiose embriono stadijose, kai lemiama bendra organizmosandara, organr+ raida. ParryzdLiui, drozofilos bicoid mutacija: du pilve-liai i5 vieno ir antro galo ir nd vienos galvos (1.8 pav.). Suprantama, kadji Zus labai anksti, vos praddjusirystytis. I5tyrus tokias mutacijas, nusta-tomi genai, lemiantys esmingiausius individualiosios raidos momentus,

39

1.8 pav. Normalus (virSuje) ir mutantinisbicoid (apa6oje) drozofi los gemalai (pagalC. Nijsslein-Volhard, 1977):. / - burnos sri t is; 2 - uZpakaliniai kvcptukai

it in populiarios. Jos labai veiksmingainukleotidq sekq ir pavieniq nukleotidqgenas, pvz., iSkritus TAIA sekai? (Zr.delecijos pasekmds?

Citogenetinis metodas. Jis sukurtas citologijos ir genetikos moks-lq sand[roje. Vizualiniai chromosomq tyrimai lvairiq tipq mikrosko-pais derinami su genetiniais metodais - hibridologiniu, mutaciniu.

Citogenetikos ir citogenetinio metodo raid4 labiausiai skatino Mor-gano mokyklos darbai. Hibridologiniu metodu sudaryti chromosomqgenolapiai (linijinis genq i5siddstymas chromosomose), aptikti rei5ki-niai - genq sankiba, ,,sukibg" su lytimi pozymiai, krosingoveris ska-tino mokslininkus ie5koti b[dq, kaip Siuos reiSkinius irodyti ir tirtic i tologiniais metodais.

Labai svarbus atradimas buvo politeninds (arba gigantines) chro-mosomos drozofilos seiliq liaukq lqsteldse (Zr. 1.4 pav.).Veliau jqsurasta ir kai kuriq kitq organizmq specializuotose l4stelese.

Naudojantis poiitenindmis chromosomomis, buvo galima daugelisvarbiq genetiniq reiSkiniq padaryti regimais pro mikroskop4. Pirmiau-sia - visq tipq chromosomq mutacijas (paveldimus chromosomq sanda-ros pokydius). Tereikia sukryZminti mutantE, kurio chromosomq sanda-ra yra pakitusi, su normaliu individu. Tokioje padetyje homologineschromosomos konjuguoja savitai (Lr. p, 428). Pvz., jeigu tai delecija(i5kritgs chromosomos segmentas), matytqsi savita kilpa politenindse

40

Rcr c rs i ja i i Bcr i normalu;'^w{1 Dr igubas Bra. II

1.9 pav. Chromosomq mutaci jos pastoviai konjugavusiose drozofi los sei l iq l iaukqpoli tenindse chromosomose:/ - mutaci ja Bar: A - normalus scgmentas ir akys. B - segmentas padvigubejgs(duplikaci ja). C - segmcntas patr igubejgs - vadinamasis dvigubas Bdl, segmentaspatr igubdjgs ddl krosingoveriol 11 - deleci ja iSkri tqs segmentas apatineje chro-mosomoje. tada antrojojc normaliojoje konjugavusioje chromosomoje buna ki lpa

1.10 par. Ziurkdno (Cricetulus grisens) chromosomos, daZytos arlekininiu b[du:l4stel is paveiktos BrdU, todel daug sescriniq chromatidZiq mainq; kai kurie jqnurodvti rodl 'klemis

chromo:,omose, kurios yra pastoviai konjugavusios ir somatindse seiliql iauku lqstelese (1.9 pav., 11). Poli teninese chromosomose galima iZi[-reti netgi nedidelius, geno dydZio pokydius. Par,yzdZiu gali buti Barduplikaci jos (padvigubejimai) (1.9 pav., 1).

kaip pvz., bicoid atveju nusta-toma, kas lemia grad ien t4

,,galva - pilvelis".Deleci jos. Mutacinio me-

todo apZvalga nebltr] pa-kankamai iSsami . j c igu nc-pamindtume deleci jq (angl.deletion - iSbraukimas. i5nai-kinimas). Jos b[na lvairausdydZio: didesniu ar maZes-niq chromosomos segmen-tq - keliq genq dydZio, p?-v ien iq genr l , j . t da l iqDNR nukleot idq sekq arnet pavieniq nukleotidq i3-kritos. Siuo metu delecijos

naudojamos konkrediu DNRreik5mei nustatyti. Ar veiksp. 90). Kokios butq tokios

W

\

\

t

tf$l ' i$

*.t

\ 4

?jlr' t r{

rA

4 I

^ll il l{"ll ll ft ir

6 7 8 9

{;.t tt t,!'11 Y ':i

^l! lf g "Ufl il

ryi|1l"lf

. l , l i t t f';ffi"ll ll ll,ll rr lr lll"l | ,l,l | | 't,l ll It' l t t f c . . l l l .

( . r s . 2 o ) 1 2 1 - 2 2 ) l Y l

1.11 pav. Zmogaus (v-vro) kariot ipas:Dvieju daZymo bldu - i i t is inio (kaireje) ir diferencinio (dei ineje) palyginimas. DaZantdiferenciniu budu eal ima atskirt i vienodq matmcnu chromosomas. pvz.. 2l-qja ir22-qq

Diferencinis chromosomq daZymas - vienas didZiausiu Sio Simt-medio citologijos atradimq. Jis 1'ra dviejq tipq. Galima per vis4 chro-mosomos ilgi skirtingai dairyti nauj4 ir senq DNR grandines. Taivadinamasis ar lekininis dazymas_(i .10 pav.). Antras daZymo btdas -

skersindmis juostomis, ruoZais. Sis b0das kartais Zargoni5kai vadina-mas bendingu (angl. band - ruoZas, juosta). Dazrymo bfidai labai

ivairls. Tai priklauso nuo to. kokius chromosomos sandaros (per jos

ilgi) skirtumus metodas i5rySkina. Gali tai blti skirtinga chromoso-mos daliq kondensacija, specifiniq DNR sekq ir netgi kurios norsnukleotidq poros (A-T ar G-C) sankaupa.

Kiekviena chromosomq pora Siuo diferencinio daZymo metodunudaZoma skirtingai. Thigi galima nustatyti (identifikuoti) chromoso-mas, atskirti jas pagal nusidaZymo pobudi (1.11 pav.). Daiant iStisai,daZnai vienos chromosomq poros negalima atskirti nuo kitos del jqdydZio ir formos panaiumrl. Antai Zmogaus 2i-oji chromosoma. ku-rios pokyiiai lemia Dauno lig4 Qr. p. 425), iStisai daZant nesiskirianuo 22-osios chromosomos, bet visi5kai imanoma jas atskirti daZantdiferenciniu bDdu.

Hibridizaciia in situ (lot. buvimas vietoje) yra labai veiksmingasSiuolaikines ci togenet ikos metodas. Jis sukurtas ci togenet ikos i r mo-lekulines genetikos sandfiroje. Tai molekuline hibridizacija ant cito-loginiq preparatq. Pirmiausia Sis metodas pritaikytas I9'72 m. Zmo-gaus hemoglobino genq vietai chromosomose nustatvti. Nuo to laikohibr idizaci ja i r t s i tu nepaprastai spardiai tobuleja. At l iekama ne t ik

42

III-.--

a b c d

1.12 pav. In situ hibridizaci ja (a, b) ir chromosomq spalvinimas (c):c - svidres (Lol ium nwlt i f lonnt, skaisdiai roZinc spalva) ir eraidino (FestLtca arundinatea)ta rpeent in io h ib r ido chromosomos; ga l ima ap t ik t i rekombinant ines chromosomas(paz-vmeta rodl 'klenl is) ( iS M. W Humprevs, I . Paiakinskieni, A. R. Janres, H. Thomas.1998): b - Zmogar.rs chromosomq telomeros ( i i K. N{o1'zes, 1991); c - Tmogaus kariot ipas,mat l t i t rans lokac i jos t13 ;11) . t (11 ;1-5) i r t (9 :22) . De l pas taros ios a ts i randa f i lade t { inechromosoma (Zr. p. 1-36) 1i5 T, Veldman. Ch. Vignon. E. Schrock et al. , 1997); d -

spalvinis diferenci juotas 2mosaus ,5-osios chromosomos daZymas: kairdje - normalichromosoma. i ' idun' je - su deleci ja. dcSineje - su inserci ja ( i5 I . Chudoba et al. . 1999)

DNR sekq, bet ir genq produktq polipeptidq ar RNR hibridizacijairt sittt. Pastaroji 1'pad svarbi ontomorfogenetikoje. Netolygus morfo-genezds genq produktq (RNR. arba balrymu) pasiskirstymas toje pa-iioje lqsteleje ar tarp dukteriniq lqsteliq dainai lemia morfogenezes-ontogenezes eig4 (Zr. p. 361),

Nlolekuliniai zondai. Kaip zondas hemoglobino genq vietai nu-stafyti buvo naudojama zymeta radioaktyviaisiais izotopais hemoglo-bino mRNR. Dabar zondais naudojamos DNR atkarpos. Kuriamjneradioaktr,vieji zondai. Jq prisijungimo viera nusratoma naudojantliuminescencinius daZus arba antiklnus, arba ir viena, ir kita. Mole-kuliniais baltymq zondais yra antikunai. Zondo prisijungimo vietanustatoma liuminiscenciniu mikroskopu.

i996 m. atrastas naujas puikus bfldas dazlrti chromosonras i5 kar-to keliais fluorochromais (liumenescenciniais daZais) - chromosomqspalvinimas. Kiekviena chromosoma nusidaZo skirtingomis spalvomis.Labai patogu aptikti chromosomq sandaros pokydius arba atskirtiv ien4 genoma nuo ki to (1.12 pav.). Lietuvoje 5j metodq yra jvaldZiu-si l . Pa5akinskiene.

Zondq technologi ja iS esmes pakeitd genq ir jq dal iq nusra-ry'mo strategijq.

+-)

Geno ar jo dalies viet4 galima nustatyti turint tik jo produkt4polipeptidq, be to, nebltinai to paties organizmo. Technologija tokia: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 padauginama po-limerazinds grandininds reakcijos bfidu (Zr. p. 116), Zymima fluores-cuojandiqja medLiaga ar medZiaga, reaguojandia su antiktnu. Thi iryra molekulinis zondas. Zondai sintetinami ir nuo RNR matricos.Sintezei naudojamas fermentas atvirk5tind transkriptaze (Lr. p. 110).

Zondais gali b[ti naudojamos nukleotidq sekos, klonuotos i5 kitqorganizmq, net i5 labai tolimrl. Tokio zondo palyzdys yra mindtahomeo seka i5 drozofilos homeoziniq genq.

Dirbtines chromosomos. Molekulines genetikos ir citogenetikossandlroje buvo padarytas dar vienas stambus i5radimas - sukurtosdirbtines chromosomos (Zr. pladiau p. I72). Jos naudojamos geno-mui rekonstruoti ir genq veiklai tirti.

Citogenetiniq metodq galimybes dideja tobulejant ne tik geneti-niams metodams, bet ir citologinei irangai. Lazerinio mikroskopospinduliu sunaikinamos konkredios l4steles ar jq dalys arba chromo-sosmos ar jq dalys. Liuminescenciniu digitaliniu mikroskopu vienumetu nustatoma dviejq skirtingq molekuliniq zondq vieta. Televiziniumikroskopu (arba vadinamqja Nomarskio technika) tiriamos gyvosiosl4stelds, o stebejimai ira5omi i vaizdajuostg. Kai kuriq nedideliq or-ganizmq, pvz., nematodo Caenorhabditis elegans, iraSyta visa raida nuozigotos iki subrendusios kirmelaites. Kompiuteriniais mikroskopaisdaugelis citogenetiniq fyrimq (chromosomq identifikavimas, sandarostyrimai, chromosomq pokydiai ir kt.) atliekami automatizuotai. Paga-liau citofotometru, kuriame tiriamoji medZiaga prateka, galima i5-skirti 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 svar-bus matematinis metodas populiacijq genetikai. Galima teigti, kadpopuliacijq genetika - tai matematine genetika. Kitose genetikos 5a-kose matematinis metodas irgi labai svarbus. Thip yra, pvz., skaidiuo-jant, ar nukrypimas nuo Mendelio desniq yra prieZastinis ar atsitik-tinis - del nepakankamo i5tirtq palikuoniq skaidiaus (Xt, Lr. p. 599).

Thigi Siuolaikin€s genetikos ypatybd yra ta, kad rei5kiniai, proce-sai, poZymiai tiriami visapusi5kai - naudojantis ivairiausiais meto-

A A++

dais. ParyzdZiui, Zmogaus populiacijos tiriamos tokiais metodais kaippolimerazind grandinind reakcija, molekuliniai zondai ir pan.

1.5.1. Genetikos mokslo reik5md

Genetikos mokslo reik5me papasakota auk5diau, be to, ji bus ap-tariama kituose Sios knygos skyriuose, tadiau glaustai ji yra:

1. Paiintind - padeda paiinti, suvokti svarbiausias gyvosios gam-tos salybes (paveldimum4, kintamum4, individualiosios raidos me-chanizmus).

2. Genetikos mokslai tiria, kaip paveldimi Zmogaus poZymiai,t. y. padeda Zmogui paZinti pati save. Kiekvienas Zmogus yra Siektiek genetikas, nes sprendZia, i k4 pana5ls jo paties, giminiq, kai-mynq vaikai. Thm tikras genetikos Ziniq minimumas apie save yrabutinas kiekvienam Zmogui.

3. Atskira taikomoji Zmogaus genetikos sritis yra medicinind ge-netika. Ji atskleidZia paveldimq ligq esmg, susirgimo tikimybg, gali-mus gydymo budus. Paveldimosios ligos, imunitetas yra ne tik Zmo-niq, bet ir Zmogaus auginamq naminiq gyvunr+ bei Zemes [kio auga-lq problema. Pagaliau mums svarbu ir sveiki mi5ko medZiai, grybai,laukiniai gyvuliai ir kt.

4. Taikomoji genetika - selekcija yra labai svarbi Zmogaus veiklossritis. Nes4moninga selekcija, nors ir rykdoma toliau, negali konku-ruoti su genetiniais metodais, specialiai sukurtais naujoms augalq,gyvlnq veisldms, mikroorganizmq kamienams kurti. Be to, naujieji -mutagenezds, poliploidijos, somatiniq l4steliq hibridizacijos, genq in-Zinerijos metodai atveria naujas galimybes keisti, perwarkyti geno-mus ir genus.

5. Genetika yra pagrindas svarbioms ekologijos problemoms, tarpjq pagrindinei ekologijos problemai - organizmo santykio su aplin-ka problemai sprgsti. Genetiniais metodais nustatomas aplinkos irvidiniq veiksniq genotoksi5kumas, numatomos priemonds jam suma-Zinti ar net visi5kai jo i5vengti. Taigi genetika atskleidZia atsako iaplinkos poveiki, adaptacijos mechanizmus.

A. GENOMAS

I I . DNR -VEIKIMAS

2.1. DNR -

Kaip minetanas stambiausiqatradimq.

Pagrindiniaikie:

GENETINE MEDZIAGA. GENO SANDARA IR

genetind medZiaga ir genetinis kodas

istorineje apZvalgoje (1.2.3), genetinis kodas yra vie-genetikos, ko gero, ir apskritai XX amZiaus mokslo

geno ir genetinio kodo atradimo momentai yra to-

1. Mendel is i rodi , kad yra paveldimumo vienetas genas, o Mor-ganas ir jo bendradarbiai - kad genas yra chromosonlos dalis. Todelvisi5kai nuoseklus buvo klausimas. o kas yra genas chemi5kai? Pra-dZioje manyta. kad tai baltymas, nes nukleortgStys buvo labai men-kai i5tirtos. Net manyta, kad jos nera polimerai.

Vienas i5 teigiamq Sio etapo rezultatq - buvo numatvtos pagrin-dinds genetinds medZiagos sarryb6s. Tai stabilumas ir ypatingas sinte-zis budas - kopijavinasis. Naujos molekulds turi b[ti senosios mo-lekulds kopijos.

2. lrodyta. kad DNR (kai kuriq organizmq, pi'2.. augaliniq viru-sq, - RNR) yra genetine medZiaga, perduodanti paveldimus poz,vmius.Pirmasis irodymas buvo bakterijq transformacija. J4 atrado anglq bak-teriologas Grifitas (E Griffith), nustatgs, kad viena bakterijq kamiena(R) galima paversti (transformuoti) kitu (S), paveikus pastarqjl uZmu5-tomis S kamieno l.lstelemis. Veliau jau kitq mokslininku buvo nustaty-ta, kad transformacijrl galinia gauti ir S kamieno ekstraktais. Pagaliau1944 m. Eiveris, Makliaudas ir Makartis ryZosi i5ai5kinti, kokia medZia-ga ekstrakte yra veikli ir sukelia transformac44. Kad tai DNR. buvonetikdtumas, privertgs naujai iStirti DNR salybes. Taip paaiSkejo, kadDNR yra polimeras, b[dinas ivairiems organizmams.

Buvo ir kitu irodymq, kad DNR yra genetin€ mediiaga. Her5is irCeiz i5ai ik ino, kaip i lqstelg patenka virusas. Pasirodo. kad ne visas.o t ik jo vidine di i l is - DNR arba RNR. Nepaisant to. paveldimosvisos viruso ypatybes. Frenkel is-Konratas (H. Fracnkel-Conrat) , nu-stat6, kad virusq infekcijq galima gauti Sr,elniai i5skirtais grynos RNRpreparatais. Pana5[s bandymai sekmingai at l ikt i i r su virusine DNR.

46

Lemiiinras irodvmas. kad DNR yra genetine mcclZiaga, buvo josreikSmds organizmui nustatvmas - genet inis kodas. bal tymq sintezd.

3. l5ai5kinta, kad DNR yra genetinis kodas. Nustatyta, kad DNRnukleot idq sekomis kodudamos aminor[gidiq sekos pol ipept iduose.Kertinis j ',ykis buvo pati genetinio kodo ideja, kuri priklauso fizikuiteoret ikui Gamor,ui . 1954 m. j is kartu su Ydu ir Ridu paskelbe ge-net inio kodo hipotezg. Bet. kaip mineta, pr iei tai buvo irodyta, kadgenas lenr ia aminor[gSdiu seka baltymc. Pirmiausia Bydl is i r Teitu-mas nustate. jog 1 genas - 1 baltymas (pol ipept idas).

Po to 5ia idejil ypad sustiprino mutantiniu baltymq tyrintai. Mu-tantiniuose baltymuose vra pakitusi aminorfg5diq seka. Thi daugiaune biologu. o chemijos ir fizikos specialistq Ingremo (V. M. Ingram),Pol ingo (L. Paul ing). Sengerio (F. Sanger) atradimai. Pastarasis sura-do pirm.{i zirninortgSiiu sekos balrymuose nLlstarvmo bldq, o Ingre-mas ir Pol ingas. be ki tq labai stambiq i r svarbiu baltymq sandarosatradimq. iStvre paveldim4 Zmogaus er i t roci tu anomali jq - s ik lemij4.

Siklemija - vicnas i5 maZakraujystes tipq. Ji taip pavadinta del ne-iprastos pjautur.'o (angl. .ricle - pjautuvas) formos eritrocitq (2.1 pav.).Vieno i5 hemoelobino pol ipept idu. butent B-pol ipept ido, 6-ojoje pade-t1,je vietoj ipriistos normaliam p-polipeptidui glutamo rug5ties yra vali-nas. Sr savybc stabi l ia i paveldima. Ths pat yra i r k i tq mutant iniq balty-mu. Vadinasi.

aminor[gStiq seka baltyme paveldima.

Thigi genas tur i lcmti aminorlgidiq sek4. 1961 nt. Nirenbergasir Matejus surado bhd4genet iniam kodui iSai5-k in t i .

4 . N u s t a t y t z t , k a dDNR sintetinama kopija-v imos i b [du . Ta i i rg i v i -sq laukt l genct inds me-dZiagos savybe. PradZiapadaryta 19-53 m. Vatso-ncl i r Kr iko, kur ic nusta-te. kacl DNR sudaryta i ir l r i c . j u k o m p l e m e n t a r i q

i . I par' . Siklemija tpjarrturin6 maiakrauj-vst€):ka i re je - nornra laus Znrosaus c r i t roc i ta i . dc i inc -1c - sc rqan i io jo maZakrau jvs tc . h t rn roz igo t in ioZnrogaus cri trocitai

4l

grandiniq, sujungtq tarpusavyje nepatvariais vandeniliniais rySiais (Zr.1.5 pav.). Pasak jq, grandinds gali leng""ai atsiskirti viena nuo kitos,ir, i5 aplinkos prie senqjq gandiniq jungiantis nukleotidams, gali su-sidaryti dvi naujos, visi5kai tapadios senajai DNR molekules. DNRsandara garantuoja ne tik sintezg kopijavimosi btdu - replikacij4,bet ir dideli genetines medZiagos stabilumE.

2.1.1. Genetinio kodo hipotezd ir kodonas

Kodavimo hipotezd. 1954 m. Gamovo, Ydo ir Rido genetinio ko-do hipotezdje buvo numafytos visos pagrindines genetinio kodo vpa-tybes ir problemos. Pirmoji - keliq nukleotidq derinys koduoja vien4aminorflg5ti. Pasak hipotezds, vien4 aminorug5ti koduoja trijq nukle-otidq derinys - tripletas, nes aminorDg5diq yra 20, o nukleotidq DNRmolekuleje - tik 4. Vadinasi, jeigu vienq aminor[g5ti koduotq vienasnukleotidas, b[tq uZkoduotos tik 4 aminorlg5tys. Jeigu aminorfig5tlkoduotq du nukleotidai, tai 42 = 16. Taigi bDtq tik 16 deriniq. Ta-diau deriniq po 3 nukleotidus susidaro 43 = 64, toddl neaiSku, ardalis tripletq nekoduoja aminorug5diq (toks kodas butq nei5sigimgs),ar vienE aminorug5tl koduoja keli tripletai, - toks kodas i5sigimgs.

Siole hipotezdje buvo keliami dar 3 klausimai:

. ar kodas yra nesanklotinis, ar sanklotinis. Palyzdiiui, pirmuojuatveju galima bfitq skaityti:CAT CAT CAT -.,., antruoju - QAI-CAT -...;

. ar kode yra kableliai, t. y, nukleotidai, kurie patys nekoduojaaminor[g5diq, bet atskiria vien4 koduojantiji Zenklq nuo kito;

. ar kodas yra universalus, t. y. jis yra visq organizmq vienodas.

Visa tai reikdjo i5ai5kinti bandymais. Kaip nustafyti daugeli ben-drqjq genetinio kodo ypatybiq, sugalvojo Krikas, o eksperimentiSkaitai i5sprendd Breneris (S. Brenner) ir jo bendradarbiai. Jie labai sek-mingai panaudojo bakteriofago TrrII mutantus, kuriuos gavo pavei-kg virusus akridino daZais. Sios medZiagos DNR sukelia labai savituspokydius: DNR molekuleje viena nukleotidq pora arba iSkrinta, arbaisiterpia. Thi rdmelio poslinkio (angl. fi'ameshift).mutacijos. Siuo at-veju kodo skaitymas geno ribose pasislenka viena nukleotidq pora, irgenas tampa neveiklus (nul mutacija).

48

T 1 t

2.2 par'. Bakteriofago T4 r11 mutantai:dei ineje - Eschcichin col i teste r iniu kamie nq sistemaiclcnti f ikuoti l kaireje - dimds ant E. tol i B kamienob - r l l mutanto (stambios)

tlh.t rotl l

l

trra

r# /'-\- ( )

. r . \ti7

ir .,,1 B

oo

S

l l

Ii

birktcriofago T4 r11 nrutantamsrr - normalaus T-1 (smulkios)

Testavimo sistema r11 mutantams atpaiinti. Tarp T eiles virusqpasitaiko mutantU, kurie greidiau lizuoja bakterijq sieneles. Jie pava-dinti r (angI. rapitl - greitas, smarkus). Siuos mutantus galima dardetaliau sugrupuoti pagal tam tikrus E. coli kamienus B, K ir S(2.2 pav.). I5auginama E. col i kul tura taip. kad i5t js iniu sluoksniuclengtu Petri lek5tcles pavir5iq. Susidaro vadinamasis gazonas. Ten,kur ant gazono pakliDva bakteriofagas T", atsiranda dimd, nes viru-sas lizavo (.,iSedi") E. coli l4steles. Normalus T, bakteriofagas visusi iuos kamienus l izuoja vienodu tempu. Atsiranda sntulkios demes(nelabai aiSkiais kraitais, paveiksle neparodyta). K grupes kamienqrll mutantai visai nelizuoja (K yra kamientl grupe), o S kamienqlizuoja nornialiai. Stambios demes susidaro rll uLkrltus E. coli Bkamien4. Taip rlI mutantai atskiriami nuo kitq r mutantq (rl, rll l).Sia bakteriofago T., r11 aptikimo sistemE ir viruso genetinds analizdspagrindus sukurd Benzeris. Ypad svarbus genetiniam kodui tirti buvokomplementacijos testas. Sis testas buvo anksdiau sukurtas auk5tes-niqjq organizmq genq funkcinei sandarai tirti (Zr. p. 75). Siekdamastq padiu t ikslq. Benzeris j i pr i taike virusams. Juo gr i l ima nustaryt i ,kel i genai ( funkciniai v icnetai) lemia poZymi.

Konkrediai bakteriofago Trrll rajonui tirti komplementacijos (cis-trans-) testas buvo taikomas taip: 1. Sukurta didele bakter iofagoT, rll mutantr| kolekcija. Visi mutantai buvo vadinamieji savaran-kiSki. t. v. jq kilme buvo nepriklausoma, pvz., iSskirti i5 skirtingq

19

kultlrq ir pan. Per 10 veiklos metq, nuo 1953 m., Benzerio ko-lekcijoje savaranki5kq r11 mutantq susidard per 2 tlkstandius. 2.Dviem savaranki5kais rll mutantais buvo uZkrediama ta pati E. coliK kamieno kultlra. 3. Pagal komplementacijos test4, kai panaSiaiatrodandios mutacijos yra skirtingrl genq (funkcinirl vienetq), mi5-rioje kultlroje turdtq pasireik5ti normalus pozymis. Taigi E. coli Kkamieno gazone turdtq atsirasti smulkios demes. Kai rII mutantaiyra 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 su-skirstyti I dvi grupes. Taigi rll rajon4 reikia dalyti ! dvi dalis, I dufunkcinius vienetus (genus). Benzeris juos vadino cistronais (nuo cis-trans-testo). Tadiau dabar vel sugrlZta prie klasikinio paveldimumovieneto pavadinimo genas.

Benzeris bakteriofago TrrII mutantams pritaike dar vien4 auk5-tesniqjq organizmq genetikos metodq (Lr. p. 258) - tirti vien4 i5rekombinacijos tipu - krosingoveri ir pagal ji nustatyti muracijqvietE gene (chromosomoje). Bakteriofago T., rekombinacija irgi bu-vo tiriama uZkrediant t4 padi4 E. coli kultur4 dviem savarankiSkaisto paties geno rII mutantais (patikrintais komplementacijos testu).Retkardiais uZkrdtus to paties geno dviem r11 mutantais, atsirasda-vo normaliai K kamien4 lizuojandiq virusq. Atsiradg pokydiai buvopaveldimi, toddl buvo nusprgsta, kad normalfls virusai - rekombi-nacijos rezultatas. TLro tarpu komplementacija yra laikinas rei5ki-nys. Jis trunka tik tol, kol du nealeliniai genai sqveikauja tarpu-savyje.

Breneris ir jo kolegos tiesiogiai naudojosi Benzerio tyrimais. Jietyre krosingoveri, todel buvo svarbu, kad rII mutantai b[tq to patiesfunkcinio vieneto. Primename, visi genetinio kodo analizei naudotirII mutantai buvo gauti paveikus bakteriofag4 T, akridino daZais. DelSiq mutagenq i5krinta ar isiterpia nukleotidq pora.

Kodonas. Kaip mineta, tos genq mutacijos, kurioms lr,ykus geneiSkrinta ar i j i isiterpia viena nukleotidq pora, vadinamos (skaitymo)rdmelio poslinkio mutacijomis. Tokio pavadinimo prasmg ir kituskodo pokydius lengva suvokti uZra5ius DNR Kriko pasillytu pusiauhumoristiniu budu CAT CAT CAT - ..., (angli5kai ,,kate" ,,kate" ,,ka-td"...). Geneti5kai Sios ,,katds" - nesqmond, bet toks raiymo bldaslabai padeda suvokti ivairias situacijas.

50

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

ElCAT1ATC ATC ATC ATC AT-... (iskrita)

(kodas sutrikgs)arba intarpas (isiterpe nukleotidq pora)

CAT CTA TCA TCA TCA-... (intarpas)(kodas sutrikgs)

Abiem atvejais nuo paZaidos vietos visq tripletq skaitymas pasi-slenka per vien4 nukleotid4. (Priimama Gamovo ir kt. hipotezd, kadvienq aminortgSti koduoja 3 nukleotidq derinys.) Stai kodel Sios mu-tacijos vadinamos remelio poslinkio mutacijomis.

Krik4 sudomino tai, kad, kryZminant mutantus tarpusavyje, kar-tais rekombinantai yra mutantinio pozymio - rII, o kartais normalls.Jam kilo mintis, kad Sis rei5kinys priklauso nuo to, kokio Lenklo rIImutantai tarpusavyje kryZminami. Kai kryZminami du tokio patiesZenklo mutantai, kuriq pakitusiame gene iSkritusi (-) nukleotidq po-ra. saunamas rekombinantas su dviem i5kritomis:

trJ

CATTATC ATCTTCA TCA T-...(kodas sutrikgs)

o sukryZminus du mutantus, abu subinantas su dviem intarpais:

cAT C(nA TCA (A)TC ATC(kodas sutrikgs)

Abiem awejais kodas sutrikgs.minti du skirtingq Zenkh; mutantus

CATIATC (T)AT CAT CAT eAT-...(Ikiko reversija)

(dvi i5kritos)

intarpu (+), gaunamas rekom-

ATC AT-... (du intarpai)

tr

g

trJ

EJ

kai pavykstaintarpas (-

(i5krita ir intarpas)

51

arba

ttrt-p"r tr i5krtt, G _T-L

CAT CG)A TCATCAT CAT eAI-... (intarpas ir iSkrita)(Kriko reversija)

Abiem atvejais (i5krita ir intarpas arba intarpas ir iSkrita) gaunamirekombinantai, kuriq kodas gene tik labai maZoje dalyje (jeigu paLai-dos yra viena arti kitos) sutrikgs, vdl atsistato CAT CAT CAT-...

Pana5r-rs dalykai gali ',ykti ir del mutacijq, pakartotinai paveikusremelio poslinkio mutantus akridino daZais. Dvigubq to paties Zen-klo mutantq (i5krita ir i5krita, - ir -, arba intarpas ir intarpas, * ir+) kodas bus sutrikgs, o prieSingo Zenklo dvigubq mutantu (iSkritair intarpas, - ir *, arba intarpas ir iSkrita, * ir -) kodo skairymasatsistatys. Tai viena i5 griZtamrjq mutacijq rfiSiq. Kadangi jas pirma-sis i5ai5kino Krikas, tai Sio tipo griZtamosios mutacijos vadinamosKriko reversijomis. Thip vien4 DNR paLaid4 neutralizuoja antra ta-me padiame gene, tik kitoje vietoje.

Pagal auk5diau iSdesrytas rekombinantq ypatybes - ar rekombi-nanto pozymis normalus (+ - arba - *) ar mutantinis (- - arba ++), - visus remelio poslinkio mutantus galima suskirstyt i idvi gru-pes: + (intarpas) ir - (iSkrita). Taip ir buvo padaryta su bakteriofagoT, r11 mutantais.

Sis mutantq grupavimas ir pravertd tirti genetini kod4, pirmiausianustatyti, keliq nukleotidq derinys koduoja vien4 aminorrlg5ti. Nuo-sekliai kryZminant buvo gauti rekombinantai su ivairiu to paties Zen-klo paZaidq skaidiumi.

Pirmiausia tarpusar,yje buvo sukryZminti du vienodo Zenklo re-kombinantai (2.3 pav.). Rekombinantas turejo arba dvi i5kritas (2.3pav., A) arba du intarpus (2.3 pav., .B). Kodas buvo sutrikgs. Re-kombinantq poZymis mutantinis (rlD. Po to tokie rekombinantaivel kryZminti su atitinkamu (i5krita arba intarpas) mutantu.

Rezultatai patvirtino tai, ko tikejosi Krikas. Kai visi trys mutantaito paties Zenklo, rekombinanto su trimis paZaidomis kodas atsistatd,ir pozymis buvo normalus (2.3 pav., A arba B). Tik svarbu, kad visospaZeistos vietos bltq arti viena kitos, nes genas nuo pirmosios ikitrediosios paZaidos yra pakitgs. Kriko reversija gali lr,ykti tik tada.kai paZeista nedidele geno dalis.

< )

A. TRYS ISKRITOSDu mutantai

trCATtATC ATC ATC ATC AT- (koiias sutrikqs)ir

ECAT CAT ct rc ATC ATC AT- . . . (kodas sutr ikqs)Jq rekombinantas:CAT ATC TCA TCA T- . . . (kodas sutr ikqs)Trediasis rnutantas

trCAT C.{T CATTATC ATC AT- (kodas sutrikqs)

Trijq mutantq rckombinantascATtATCtrt lr cAT cAT cAT- .. . (kodasatsistato)

B. TRYS I \TARPAIDu mutantai

i=tI

CAT C(T)A TCA TCA TCA T- . . . (kodas sutr ikqs)t r

EJ

CAT CAT C(C)A TCA TCA TCA T- . . . (kodassutrikqs)

.Iq rekombinantas

CAT C(T)A TC(C) ATC ATC- . . . (kodas sutr ikqs)

Tre i ias is mutantas

irT

CAT CAT cAT (nc . { TCA TCA T- . . . (kodassutr ikqs)Tnjq rlutantq rckornbinantas

c.{T q(DA Ta(O.{T(A c{T cAT cAT- . . . (kodas rts israto)_ _ _ _

2.3 par' . Nuosekl i rekombinaci ja tarp tr i jq to paties ienklo mutantq:kodas a ts is ta to . ka i l i kus io je geno da l l ' j e vc l ska i tomos. .ka tes" CAT CAT CAT- . . . ;ulra(\ ' ta t ik viena DNR grandini l is i terpg arba i5kri tg nukleotidai kvadratc

L

,s3

Tai, kad i5 karto i5kritus arba lsiterpus 3 nukleotidams atsistatokodas, irodo, jog vien4 aminor[g5ti koduoja trijq nukleotidq derinys.I5kritus arba isiterpus tik vienam koduojandiam nukleotidq deriniui.genas bus tik i5 dalies paZeistas, o i5kritus arba isiterpus maZiau ardaugiau uZ koduojanti derini nukleotidq, gene sutrinka visq po pa-Zeistos vietos esandiq kodonq atpaZinin-ras.

Tiijq nukleotidq derinys, kuris koduoja vien4 aminorfrgSti, va-dinamas kodonu.

Mutacijq metodu taip pat buvo lrodyta, kad geno viduje nerakableliq ir kad kodas yra nesanklotinis.

2.1.2. Genetinio kodo iSaiSkinimas ir patikrinimas biocheminiaismetodais

Genetinio kodo i5ai5kinimas. 1961 m. Nirenbergas ir Matdjus su-rado b0d4, kaip i5ai5kinti, kokias aminorfigStis koduoja konkretlskodonai.

Pasinaudota vadinamqja nel4steline sistema. Thi frakcija, kuri liekanusodinus ultracentrifuguojant visus organoidus, i5skyrus ribosomas.Priddjus ije ATP (butinas energijos Saltinis), Zymetqjq aminor[g5diq irvirusines RNR, ryko polipeptido sintezd. Kontrolei panaudojus dirbtinipoliribonukleotid4, sudaryt4 vien i5 uridilo rfig5ties - poli U (poliuridi-lo rtg5tis), taip pat vyko polipeptido sinteze. Bet polipeptidas buvo tiki5 fenilalanino. Bandant kitus dirbtinius poliribonukleotidus, kurie bu-vo susintetinti panaudojus Odojos (S. Ochoa) iSskirt4 ferment4 poliri-bonukleotidfosforilazg, iStirti visi 64 tripletiniai nukleotidq deriniai(2.1 lentele). I5 j,l tik 3, bltent UAA, UAG ir UGA, nekoduoja jokiuaminorlg5diq. Jie buvo pavadinti beprasmiais (nonsensais). Apie juosbus ra5oma toliau.

RNR polimerazes sintetina RNR iS ribonukleozidtrifosfatq tikesant matricai (DNR arba RNR), toddl nukleotidq seka yra i5 anks-to uZprogramuota. Poliribonukleotidfosforilazd sintetina poliribonuk-leotidus i5 ribonukleoziddifosfatq be matricos, atsitiktinai, bet kokiatvarka, todel kod4 ai5kinti teko su skaidiavimo ma5ina. Apskaiiiuota,pagal koki4 tikimybg gali susidaryti ivairls tripletai, keidiant ivairiunukleotiddifosfatq santyki. Rezultatai lyginti su aminor[gSdiq ljungi-mo i naujq polipeptidq santykiu. Zinoma, toks kodas keli abejoniqir ji reikejo patikrinti lvairiais metodais.

- l -

1.1 . len te ld . Un iversa lus is (p rokar io tq chromosomos i r eukar io tq b randuo l iochromosomq) genetinis kodas

P i r m o j ip a d 6 t i s5 ' - c a l a s

A n t r o j i p a d d t i sT re t io j ip a d 6 t i s3 ' - g a l a s

U a r C a r e r G a r

U Lr UUU U C ' h e

U C UU C CU C AU C G

S e rU A UU A C

T l r U G L ]U G C

C v s UC

GI J U A U A A

U A G TermU G A Term

U U G U G G TrpC C U U

C U CC U - {C U G

, e u

C C UC C C

C C AC C G

r ro

C A UC A C

H i s C G UC G C

C G AC G G

UC

GC A AC A G

G l n

A U UA U CA Lr.A.

l l eA C UA C C

A C A

A C G

T h r

A A UA A C

A G UA G C

S e r UC

G

L y s A G A

A G GAUC { e t

G G U UG U CG U AG U G

a l

G C UG C CG C AG C G

A l a

G A UG A C A s p

G G UG G C

G G AG G G

G l vUC

GG A AG A G G l u

Kodo tikrinimas biocheminiais metodais. Susintetinti Zinomos nu-kleotidq sekos poliribonukleotidus ir juos panaudoti kodui patikrintipar.yko Koranai (H. G.Khorana). Jis cheminiu bldu sintetino nedi-delius (tri- tetra-) oligonukleotidus, po to juos jungdavo i didesniusoligonukleotidus (maZuosius segmentus po 4-6). Pasirodo, tokiq oli-gonukleotidq (sudarytq i5 vienos grandines) pakanka kaip matricosDNR polimerazei, Su Siuo fermentu gautos dirbtines DNR - poli-merai i5 dviejq grandiniq su Zinoma nukleotidq seka. Tokios DNRpanaudotos kaip matricos RNR sintetinti, o Sios - ,,nel4stelineje sis-temoje" kodui patikrinti.

Pailiustruosime Sias manipuliacijas konkrediu pavyzdliu. Susinte-tintas oligonukleotidas (TTC)*. Jis naudotas kaip matrica DNR sin-tet int i :

T -'l

I r - r -c. . . Il trt lfa-a-c I "

Si OXn toliau naudota kaip matrica i5 karto dviem skirtingomsRNR sintetinti. Mat gyvoje l4steleje nuo DNR sintetinasi tik vienaRNR (fiksuota kryptimi, nuo 5'-galo link 3'-galo) - nuo vienos DNR

55

grandinds, o kita DNR grandind reikalinga replikacijai. Izoliuotosesistemose RNR sintezc nereguliuojama, ir nuo kiekvienos DNR gran-dines sintetinasi dvi skirtingos RNR, bfitent:

RNR 5 ' , - +-A-G-A-A-G-A-A-G-3 ' , - . . .

T_T -C_T_T_C_ T - T_ C_ . . .DI" .R l l l l l l l l l

A_A _ G _A_ A_ G _A_A_ G-. . .I

RNR. . . -3 ' , -U -U-C-U-U-C-U -U-C-5 ' ,

Su kiekviena Siq RNR yra patikrinami 3 kodonai, nes izoliuotojesistemoje RNR nera tiksliai fiksuotos atpaZinimo pradZios, ir poli-peptido sintezd gali prasideti arba pirmu, arba antru. arba trediunukleotidu: kiekvienu atvcju bus skirtingi kodonai. paryzdZiui, AAGarba AGA, arba GAA:

A-A_G-A-A_ G-A-A_G-A-A_G-A-A- G_ . . .arba

A- A- c -A-A- G -A-A- G - A-A- G - A-Ad- . . .arba

A_A-G-A-A-G_A-A- G-A_A-G_A-A- G- . . .

Thigi visiems 64 kodonams patikrinti reikejo susintetinti tik 11pradiniq oligonukleotidq.

2.1.3. Kodo patikrinimas genetiniais metodais

Genetiniam kodui patikrinti naudoti mutantiniai balrymai, kuriqi5ai3kinta aminorlgSdiq seka, t. y. pirmind sandara. Tai tabako mo-zaikos viruso kapsido baltymas, triptofansintazd, bakteriofago T. gal-vutes baltymas ir kt. Gene gali pasireik5ti trijq tipq mutacijos. kuriospakeidia baltymo sintezg ir sandarE: misens, nonsens ir rdmelio po-slinkio. Pagal jas buvo tikrintas kodas.

Misens mutacijos (angl. rurssense * klaidinga prasme) bflnatada, kai baltyme vietoj vienos aminorfig5ties yra kita amino-rfig5tis. Sias mutacijas galima ir kitaip apibfidinti: tai genopokydiai, kai viena nukleotidq pora kodone pakeista kita, irkodonas koduoja kit4 aminorug5ti.

5 6

Misens mutacijos yra ir mutantiniai hemoglobinai S ir C. Hemog-lobino S p-polipeptide 6-oje padetyje glutamo rtgitis pakeista valinu,o hemoglobino C - tame paiiame p-polipeptide tik 7-ojoje padetyjevietoj glutamo rfig5ties yra lizinas.

Tikrinant kodq reikia nustatyti, ar galimas perejimas i5 kurio norsglutamo rlgities kodono atitinkamai I valino ar lizino kodonus, pa-keitus glutamo rlgSties kodonuose vien4 nukleotid4 kitu:

Hb(A)

visi Val (HbS)

HbA

Lvs (H!Q)

Taigi GAA ir GAG kodonuose pakeitus jq antr4;i A nukleotid4U nukleotidu, susidaro valino kodonai GUA ir GUG, o pakeitusglutamo rlgities kodonu pirmqyi G nukleotid4 A nukleotidu, susida-ro lizino kodonai AAA ir AAG. Panaiiai patikrinta daugybe ivairiqorganizmq baltymu. DaZniausiai perejimas i5 vieno kodono i kitapakeidiant viena nukleotidq por4 kita buvo imanomas.

Nonsens mutacijos (angl. nonsense - niekai, nes4mond). Vienainukleotidq porai keiiiantis kita, kodonas, kuris anksdiau kodavo ku-ri4 nors aminor[g5tl, gali virsti beprasmiu.

It{onsens mutacijos inaktyvina gen4. Baltymo sintezd nutrflksta,nes polipeptidine grandine sintetinama tik iki pirmojo bepras-mio kodono.

Tad irykus nonsens mutacijai, pasigamina didesnes ar maZesnesneveiklios polipeptidinds atkarpos. Priklausomai nuo to, koks bepras-mis kodonas susidaro, Sios mutacijos vadinasi:

UAA - ochre; UAG - amber; UGA - opal

Nonsens mutaciju reversijas sukelia alkilinandiosios medZiagos. Tuojas galima atskirti nuo remelio poslinkio mutacijq, kurios taip patinaktwina genq, bet jas revertuoja akridino dalai. {lykus grlZtamajai

GUU GUC

57

mutacijai, i pirrning nukleotidu seka gene labai retai griZtama. Kadpolipeptidas vel bltu sintetinamas, pakanka i5 beprasmio kodonosusidaryti kokios nors aminome5ties kodonui. Tad revertanto (orga-nizmo. kuriame ir1'kusi griZtamoji mutacija) balry'me, palvginti ji supradiniu baltyntu, daZniausiai b[na kuri nors kita aminclmgit is, pvz.:

Misens ir nonsens mutacijq supresoriai. Bet kurios IRNR genedel mutacijos viena nukleotidq pora bct kurioje vietoje (ir antikodo-ne) gali bfiti pakeista kita. Pakitus antikodonui, tRNR kontaktuojane su tuo kodonu, kuris koduoja prijungt4 prie tRNR aminorlgiti,o su ki tu. kur io nukleot idq seka komplementar i mutant iniam ant iko-donui. Kaip mineta, dvi IRNR funkcijos viena nuo kitos atsiiusios.Ddl Sios prieZasties mutacija tRNR gene gali slopinti mutacij4 gene,koduojandiame baltymq.

6. colr tr iptofansintazes gc-ne buvo aptikta nrl .rens mutaci ja su tr iptofanu (Thp)v ie td e l i c ino (G l1 ' ) normal ianre ba ln 'me:

norrnalus t ipas - Gl1' kodonas GGG

misens mutacija - Trp kodonas UGG

Tiri iau aptikta G11.1pNI* mutaci ja, kuri UGG kodonE (Trp) atpaZino kaip Gly. Josantikodone buvo ACC scka kaip normalios Trp-tRNR. Sio rei ikinio pricZastis tokia:Gly-tRNR antikodone irryko mutaci ja: 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 5iIRNR beprasmio kodono vietoje pastatys atitinkam4 aminorfigiti, irbaltymo sintezd nonset$ mutante nenutruks. Tik balryme vietoj vie-nos aminorugSties gali buti kita. Bet baltymas bus sintetinamas, o taiir yra svarbiausia.

Thdiau tokio tipo reversija yra visiSkai kitokios prigimties, neguiki Siol nagrindtos reversijos. Tai dviejrr genq s4veikos rezultatas. Abugenai mutantiniai. Vienas genas su nonsens mutacija. o kito - tRNRgeno mutacija ilykusi antikodone. Pastarojo geno koduojama IRNRslopina nonserTs mutacij4. Tad vieno geno (IRNR) mutacija slopinakito geno (mRNR) mutacij4.

Tokia eenq s4veika, kai vienas nealelinis genas slopina kit4nealelini genq, vadinama epistaze (gr. epi - ant, vir5 + stasis-stovejimas), arba supresija (lot.przssas - slegimas). tRNR an-tikodono mutacijos, slopinandios nonsens mutacijas, vadina-mos supresorindmis.Genai, slopinantys mutacijas kituose nealeliniuose genuose, va-dinami tarpgeniniais (nealeliniais) supresoriais, arba slopi-naniiaisiais genais. Jie Zymimi sup (arba su).

UGG.1.UAGJAAG

- Trp (pradinis baltymas)

- amber (traltymas nesintct inamas)

- Lys (rer,ertanto baltynras)

Trp - UGGJ

Nonsensas -

JLys - du

Kai kodui tikrinti naudojami nonsens murantai, pirmiausia gauna-mi revertantai, po to Ziurima, ar galimas perejimas i5 esaniios nor-maliame (pradiniame) baltyme aminorlg5ties kodono (pvz., triptofa-no) per nonsens mutant4 (pvz.. amber) i kodon4, kuris revertantobaltyme koduoja ki tq aminorDg5ti (pvz.. l iz ina) vis keidiant v ienq nu-kleotidE kitu. Tiiptofano kodonas yra tik vienas:

UAG (amber)

.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 lqstelese ir bet kuriuose genuose. Taigi ir genuose,koduojandiuose tRNR. Detal iai iSt i r tos IRNR anrikodono nukleot idumutacijos.

Perna5os RNR atlieka dvi viena nuo kiros atsijusias funkcijas. Irabi specifines - tik konkrediai aminorlgSdiai. Pirmoji - prie rRNRspecifi5kai ir labai tiksliai prijungiama konkreti akryvinta aminorug5-tis (Zr. 2.3.3). Antroji - tRNR su prijungta aminorlg5timi atpaZistavietap ant rnRNR. tRNR yra 3-jq nukleotidu seka, vadinama antiko-donu.

Antikodono nukleotidq seka tRNR yra komplementari mRNRkodono nukleotidq sekai.

PavyzdLiui, triptofano kodonas yra UGG, triptofano tRNR(Trp-tRNR) antikodonas yra ACC.

5 8 59

Nonsens supresoriq taikymas kodui tikrinti. DaZniausiai del be-prasmio kodono s lop in imo y ra s in te t inamas ba l rymas su pake is ta ami -norlgitimi nonsenso vietoje. Tik retsykiais arba specialiai parinkussupresoriq beprasmio kodono vietoje bus ijungiama tiksliai tokia patiaminorhgitis, kaip ir norm:rlaus geno koduojamajame balryme.

Naudojant 5io t ipo supresorius kodui t ikr int i Zi l r ima, ar gal imas per-cjimas i5 antikodono tos aminorfigSties, kuri aptikta balqvme esant geno-t ipe supresoriui . i ant ikodona, atpaZistantf beprasml kodona, pakeitusvicn4 nukleotidq por4 kita. ParyzdZiui, kai nonsensas perskaitomas kaipleucino kodonas ir ibaltymq ijungiamas leucinas, Zifirima, ar galimas per-ej imas i5 leucino ant ikodono AAC i nukleot idq sek4 AUC, komplementa-ri4 beprasmiam kodonui UAG: AAC

JAUC

! to paties beprasmio kodono viet4 gali blti atgabentos ivairiosaminorugitl,s. Tai priklauso nuo to. koks yra supresorius.

Rdmelio poslinkio mutacijos. Kaip mineta, ll,vkus Sioms mutaci-joms, nesintet inamas baltymas, nes, nukleot idu porai iSkr i tus i5 genoarba i jl isiterpus, sutrinka visq po paZaidos kodonq skaiqvmas. Beto, gene atsiranda beprasmiai kodonai. Tokiq mutacijq reversijas su-kel ia akr idino daZai, kai netol i nuo pirmosios paZaidos atsiranda an-tra, prieiingo Zenklo rdmelio poslinkio mutacija. Zinom4 revertantokode nuo vienos paZaidos iki kitos koduojama pakitusi aminorlgidiqscka (2.4 pav.).

Tikr inama, ar Siame ruoZe gal imas perej imas i5 vienq amino-rDgidiq kodonu i kitq aminorfigSdiq kodonus dvigubajame mutan-

-gf" t Jei" Sei .-I*}i,,:.i 6* :-Ala -Nonnalus t ipas

, 1 C L,.\iO

AG ASU CCA

te, je igu vienoje vietoje i ikr istq, o ki toje is i terptq nukleot idas (ar-ba atvirk i i ia i) .

2.1.;1. Bendras genetinio kodo apibldinimas

Kodas iSsigimgs. I5 64 tripletq. kurie susidaro derinantis lvairiaisderiniais ketur iems nukleot idams po tr is, 61 tr ip letas koduoja amino-rugit is ( i r . 2.1 lentelg). Thi galut inai ivair iais metodais pat ikr int i duo-menys. Taigi

kodas i5sigimgs, nes vienai aminorugidiai gali tekti keli kodonai.

Daugiausia jq (po 6) koduoja leucinq, serinq ir argininq, o trip-tofan4 ir metioninq - tik po vienq kodonq. DaZnokai viena amino-r igi t is 2.1 lenteleje uZima visa kvadrat4. Siais atvcjais trediasis nu-kleot idas kodone gal i but i bet kur is i5 ketur iq nukleot idr] : U, C, Aar G. Vis tiek bus koduojama ta pati aminorlgitis. Thd daZniausiaiiisigimgs trediasis ntikleotidas. Tik vienu atveju kodo i5sigimim4 le-mia 1-asis ir dviem awejais 2-asis nukleotidai.

Kableliq problema. Kableliai tarp genq. Kableliq problema kurkas sudetingesnd negu manyta. Kad vien4 genq nuo kito skiriaspecialios nukleotidq sekos, pirmieji nustati Benzeris ir Campas(S. P. Champe). Jie aptiko bakteriofago T., mutant4, kurio rll ra-jone i5kritusi (ir,ykusi delecija) nukleotidq seka tarp A ir B gew4.Tokie genai yra sulieti. Genq susiliejimas r,yksta ir natlraliai gam-toje. Tai vienas i5 b[dq atsirasti naujiems genams, koduojantiemspolifunkcinius baltymus, i5 esmes hibridinius baltymus.

T. bakteriofago rII rajone remelio poslinkio mutacija ,,4 gene ne-turejo jokios ltakos B geno veiklai, ir awirk5diai:

,4 Skrriamasis tarpas B

---tnR

Normalts gcnai, abu veiklDsA

t--'- RNRRemelio posl inkio mutaci ja A gene, veiklus t ik B genas

A B

Dvigubas tariarnai

t4s4 cw sau sff'V

+G arba A /

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

2.4 pav. Kriko reversi ja - i5kri ta ir intarpas bakteriofago T. gene, koduojandiamel izoc imq (paga l M. Y ia . 1971)

60

Remelio poslinkio mutacija B gene, veiklus tik u{ genas

61

ISkritus tarpui tarp A ir B genrl, Sreposlinkio mutacija A gene slopino ir B genorcmelio poslinkio mutacijai B gene, A geno

A B

nll{NR - -

Susi l iejq ' , l i r B genai yra veiklDs, bendras jq baltymasA B

Remelio posl inkio mutaci ja I gene. neveiklus visas susi l iejqs genas

A B

Remelio posl inkio mutaci ja B gene, neveikl i susi l iejusio geno dal is t ik nuomutantines vietos.

I5 Siq rezultatll galima sprgsti, kad

kodas skaitomas tam tikra kryptimi. Genus skiria nukleotidqsekos, vadinamos tarpikliais (angl. spacer). Funkcinio vieneto(geno) koduojaniiojoje dalyje kodas yra be kableliq, tarp funk-ciniq 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.Genetinis kodas, kaip ir mlsq ra5tas, pilnas visokiausiq Zenklq. Pagaliauyra bendra genomo sandara - genrl jungimasis i maZesnes ar didesnesgrupes. Genomo sandar4, matyt, bltq galima palyginti su knygos turiniu.Yra labai stambfis skyriai, po to smulkesni, dar smulkesni...

Kableliai mRNR. Specialls kodonai Zymi polipeptido sintezds antribosomq pradZiq ir pabaig4. Pirmiausia trys kodonai, kurie neko-duoja aminorflg5diq, ndra beprasmiai.

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

Polipeptido sintezd r.yksta iki pirmo beprasmio kodono. TadiauSie kodonai nera visiSkai universal[s (Zr. toliau).

A )

Aralogiikai yra polipeptido sintczis pradZios - iniciacijos kodo-nai. Bet dia prasideda tai , ko gal nesi t iketa: skir t ingos genet inds kal-bos.

Prokariotq ir eukariotu iniciacijos (pradZios) kodonai Siek tiekskir iasi :

Thiiau pagrindinis prokariotq ir eukariotq iniciacijos kodonas su-tampa - tai AUG. Visi iniciacijos kodonai yra savitos paskirties tikmRNR pradZioje, o vidineje dalyje jie koduoja auk5diau nurodytasaminorugStis.

Kodas yra nesanklotinis. Tai irodyta mutacijl l metodu. Jeigu ko-donai bl tu sanklot iniai , tai v iena nukleot idr l por4 pakeitus ki ta iSkarto kiltq gilesnes pasekmds: mutantiniame baltyme pasikeistq neviena, o dvi ar trys aminorrtg5tys. Tuo tarpu paprastai pakeidiama tikviena aminorlg5tis. Taigi kodonai eina eilute vienas paskui kit4.

Skaitymo rdmelis. Bet kuri DNR atkarpa teori5kai galetq bltiskaitoma trejopai priklzrusomai nuo to, nuo kurio nukleotido prade-dama skaityti. Par,yzdys:

( l ) AUA AUC FCGI UAU GAU *

"ff

GGU AUA AUA AGU Acc [uAAl

(2) A UAA ucA UGU Fud AUA GUU ffilCUa m@ cuA GCU AA

(3) AU AAU CAU GUA Fc7reff n* UAU AAU AAG MICUA A

Tadiau tik pirmasis skaitymo rcmelis gali koduoti polipeptid4. Jisturi pradZios ir pabaigos kodonus, o tarp jq visi tripletai koduojaaminorlgStis.

Nukleotidq seka, koduojanti baltym4 (aminorfg5tis), vadina-ma atviruoju skaitymo rdmeliu, o jo ribas zymi iniciacijos irterminacijos kodonai.

O kas atsitiktq, jeigu kodo skaitymas geno ribose pasislinktq pervien4 ar du nukleotidus? Tokie poslinkiai genetiniame kode yra ,,u2-

susil iejo. Tada remelioveikla. Tuo tarpu iv,vkuskodas nesutriko:

Met Val Leu l leProka AUG GUC UIjG AUUEukariot AUG UUG AUA ACG CUG

Met Leu l i e Thr Leu

63

drausti". Pasislinkus per vien4 ar du nukleoticlus. skaitl,mo remelioribose bltinai atsirastq beprasmiai koclonai. Kaip ir jl1'kus remelioposl inkio mutaci joms (zr. auki i iau), balrymo sintezi nutruktLl .

Kaip tik taip atsitinka ir dviejuose is triiq auksiiau pateikrq ga-limq skaitymo remeliu. Tik pirmasis ju yra atvirasis, o kituose dvie-juose atsiranda beprasmiai kodonai. pastarojo tipo skaitymo remeliaivadinami blokuotaisiais.

Thiiau yra iSimdiq. Tokios isimtys yra sanklotiniai genai. Thi ge-nai gene arba dal is vieno geno yra dal is ki to geno. Juose pasislenkakodonq skaifymas nuo tos ribos, kur prasideda antrasis remelis.

Sanklot iniuose genuose, pasisl inkus skairymo remel iui . naujo skai-tymo remelio ribose ruri atsirasti j i ribojantys pradzios ir pabaigoskodonai. Zemiau pateiktame par,yzdyje yra naujas iniciacijos kodo-nas AUG ir parodyta, kaip iveikiamas beprasmis kodonas uAG, kurisreiSke pirmojo skaitymo rdmelio pabaig4:

llil'lli' M kl,: I ii," | ;;,"2 baltlmas

Sariklotiniai genai vra tuose genomuose, kuriuose itin taupomagenetini medLiaga, daZniausiai virusq. Del sanklotiniu skaitymo rd-meliq ta pati DNR seka gali koduoti du balry,mus.

Panasiai tos padios DNR morekulds komplementarios granclinesgal i koduot i v is i5kai skir t ingus balrymus. Kad tai imanoma, i t ik ina-mai frode Korana (Lr. 2.r.2), raiiau izoliuotoje dirbtineje sistemojein vitro paprastai yra kitaip.

L4steleje (in viv-o) genetine informacija nuskairoma tik nuovienos DNR grandines.

Nuo kurios - individuali geno ypatybe. Thme padiame genomevienq genq informacija nuskaitoma nuo vienos, kitq - nuo kitos DNRgrandines. s iai tvarkai regul iuot i i rgi yra special ios nukleot idq sekos.Taiiau yra daug i5imdiu is iios taisykles, kai genetine informacijaskaitoma nuo abiejq grandiniq.

64

Genetinio kodo universalumu isitikinta dviem budais. Pirma, taspats pol i r ibonukleot idas jvair iu organizmq . ,nel4stel indse sistemose"koduoja tas padias aminor[gitis. Antra, kodo universalumas itikina-mai lrodytas tiriant mutantinius baltymus (tikrinant kod4 genetiniaismetoda is ) .

Chromosomq DNR kodas, kuriuo baltyme koduojama amino-rlg5diq seka, yra universalus, t. y. visq organizmq vienodas.

Tadiau dabar lrodyta, kad mitochondrijq DNR kodas yra neuniver-salus. Thi vienas sensacingiausiq atradim,4. 1979 m. dvi tyrinetojq gru-pes, viena vadovaujama Barelo (8. G. Barell at al.), kita Makino (G. Ma-cino et al.), i5ai5kino, kad UGA kodonas, kuris branduolio chromoso-mose yra stop signalas, beprasmis kodonas nekoduoja aminorlg5diq,Zmogaus ir mieliu mitochondrrlq DNR kodlroja triptofan4.

2.2 lentele. Ivair iq organizmq mitochondri jr l genetinio kodo skirtumai nuo uni-versal iojo kodo (pagal NI.D. TLr Avanesi i inq ir S.G. Ingg-Veitomov4. 1988)

Taksonas Kodonas

UGA AUA CUN AG CGG

Zinduol ia i rrp I @ Leu ffi Arg

Augalai Tem-r i i e Leu A r o ffiDlozofi la @ @ Lcu re A r o

Pirmuonvs @ I le Lcu Arg Arg

{ieles (5ac'cy'raronttces cerevisioe) m M ffi A r o ?

.\' e u t' o s p o r u r' r a s.t u H I le Lcu Arg ?

Jniversalus is kodas (2r ' . 3 .1 lentc lq Term I lc Leu A r o A r q

Rdmel iuose pa2ymct i nukr l 'p ima i2induoliu nri tochondri jose yra AUU

nuo unive rsal iojo kodo. inici javimo kodonaiir AUC, o vabzdZiu - AUA ir AUU.

65

Tiriiau skirturnai tarp universaliojo (branduolio) ir neuniversalio-jo (mitochondri ju) kodu, kaip matyt i i5 2.1 i r 2.2 lenteles. nera es-

miniai. Tie patys kodavimo principai: kodas tripletinis" i5sigimgs, ne-

sanklotinis, 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

skir iasi ivair iu organizmu mitochondri jq kodai (2.2 lentele). Ths pats

tripletas ivairiq organizmq mitochondrijq DNR koduoja skirtingasaminorug5tis.

Branduolio DNR kodas irgi gali blti nukrypes nuo universaliojo'Antai pirmuoniq Stylonvchia, Parameciurn, ktruhv-mena UAA yra neterminacijos kodonas, o koduoja glutamin4 arba glutamo rugStl. Ier-rahymena ir kitas universaliojo kodo beprasmis kodonas UAG ko-duoja glutamo rfig5ti. Tad ktrahvrnena turt tik vien4 terminacijoskodon4 - UGA. Tiro tarpu Mycoplasma cupricolum, kaip ir daugelllei5tirtq mitochondrijq, branduolio DNR jis koduoja triptofana.

Pagrindine genetinio kodo neuniversalumo prieZastimi laikytinosIRNR genq mutacijos. Pastaruoju metu lrodyta, kad genetinis kodasprik lauso nuo daugel io veiksniq: j is yra nevienareikSmis.

2.1.5. Genetinio kodo nevienareik5mi5kumas. Genomo strategija

Nevienareik5mis atitikimas (Zargoni5kai - voblingas, angl. w'ob-b/e - svirduliuoti, klibeti, virpeti). Kiekvienam kodonui teori5kai tu-retu bfiti speciali tRNR. Tadiau i3tyrus. prie kuriq kodonq jungiasi

atskiros tRNR, buvo nustatyta, kad nemaZai tRNR atpaZista daugiaukaip vienq kodona. DaZniausiai IRNR skir ia i r k i tus tos pacios ami-norugSties kodonus, bet nebltinai visus. Pav.vzdZiui, alanino IRNR iSketuriq atpaZista tris kodonus: GCU, GCC ir GCA, bet kai kuriostRNR skiria tik vien4 kodon4, pvz., Esc'lterichia coll leucino tRNRtik UUG ( i5 6 kodonq).

1965 m. Krikas tai paaiSkino nevienareik5miu atitikimu. Sqvei-kaujant IRNR antikodonui ir mRNR kodonui, tik pirmieji du nukle-ot idai sudaro standart ines nukleot idu poras. o trediasis nukleot idasantikodone gali sudaryti poras su daugiau kaip vienu nukleotidu:

antikodonts - U CJ

k o d o n a s - A a r b a G G

A G I ( inozinas)J r-= r-_-'---1---lU (l arba A U. C arba A

Dil nevienareikSmio atitikimo visus 61 aminorlgSdiq kodon4 galiarpaZinti t ik 31 tRNR (mitochondri jq DNR dar didesne ekonomija).S! rei5kini reguliuoja ribosomq balrymai.

Konteksto (supandiq nukleotidq) reik5md Siuo metu nekelia jo-kiu abejoniu.

Kodonq skairymas priklauso nuo jq padeties kitq kodonq -nukleotidq, jq sekq atZvilgiu, t. y. nuo konteksto.

Galima prisiminti jau Zinomq fakt4 - iniciacijos kodonus. Thspats kodonas koduoja dvi skirtingas aminorfig5tis. Tai priklauso nuojo padeties. Antai AUG (Met) ir GUG (Val) ir kt. (Zr. p. 102)skairymo rdmelio pradZioje koduoja savitq aminomg5ti formilmetio-nina. Si kodon4 atpaZista specifine IRNR.

Labai stipriai nuo konteksto priklauso beprasmiai kodonai. Galikilti klausimas, a.r IRNR mutacijos - beprasmiq kodonq supresoriainera baisi nelaimd, mirt inos letal ios mutaci jos. B[tent Sie supresoriaislopina nonsens mutacijas, pastatydami i beprasmio kodono viet4 betkuria aminorlgSti ( ir . 2.2 lentele). Thdiau lygiai ta patl j ie turdtqpadaryti ir su beprasmiais kodonais skaitymo remelio pabaigoje. Beto. terminacijos kodonai yra visose mRNR. Kiltq baisus s4my5is, fak-tiSkai visi5kai sutriktq normali balrymq sinteze. Gelbstint vieno bal-tymo sintezg. sutriktq visq. ir jo paties, sintez€. Bet taip ndra.

Terminacijos kodonai normaliai atlieka savo funkcij4 net esantgenome tRNR supresoriui.

Pastaroji problema labai padejo smulkiau i5tirti baltymq sintezdsterminavimq (Lr.p. 105). Paai5kejo, kad ne t ik beprasmiai kodonaibutini baltymo sintezds pabaigai. Terminacija priklauso ir nuo greti-rnq nukleotidq, ir nuo keliq baltymu - terminacijos veiksniq. Vykstabeprasmiq kodonq konkurencija del Siq veiksniq, ir laimi beprasmiaikodonai, esantys skairymo remelio gale.

Bc to, IRNR supresoriq aktlvumas yra miiZas. Beprasmiq kodonq slopinimasniekada nesiekia 100'2. vidutini ikai - apie 4-57c. Mietiu ir Escheichia col i kai kuriqsupresoriq aktp'umas didesnis - 60-15%. bet j ie slopina gynrybingumq. Taigi Zal in-

,uus supresorius veikia ir Sal ina atranka.

Kontekstas yra ne tik viso genomo, tret ir konkreiiq genq proble-ma. Genai ( i r be special iqju valdymo b[dq. Zr. tol iau) yra nevienodai

66 67

iveiklls. Kontekstas (gretimq nukleotidq itaka) - viena i5 Sio reiSkinioprieZasdiq. Kai kuriuose genuose jis yra paveldima genetinio kodo neu-niversalumo prieZastis. Zinduoliq, pauk5diq, augalq somatindse dife-rencijuotose lqstelese arba konkrediuose genuose UGA beprasmis ko-donas gali blti perskaitomas kaip aminor[gSti koduojantis tripletas.Antai aktyviajame peliq fermento glutationperoksidazes centre yra ne-

iprasta aminorlgStis selenocisteinas. Ji koduoja (geno viduje!) UGAkodonas, kurio neuniversalumq Siuo aweju lemia kitq nukleotidq kon-tekstas.

Genomo strategija ir tRNR mutacijos bei modifikacijos. Dalinisgenetinio kodo neuniversalumas ir nevienareik5mi5kumas yra savoti5-kas gudravimas, strategija. Visos ,,gudrybes" sukurtos evoliucijos iryra paveldimos.

Skiriama genomo ir geno strategija. Genomo strategija pasirei5-kia bent trimis aspektais.

1. Genetinis kodas visiems lyg ir vienodas, bet ilyko menkudiai,ypad reguliaciniq iniciacijos ar terminacijos kodonq pokydiai, ir jauskirtingi genomai nebesusikalba.

Svetimo genomo veikla sunkesnd. Tai ypad svarbu s4veikai ,.para-zitas - Seimininkas", daZniausiai ,,virusas - l4stelds genomas". Pakei-tus genome valdymo kodonus, galima apsisaugoti nuo parazito, arbaawirk5diai, iveikti Seiminink4.

2. Genetinis kodas pritaikomas naujoms reikmems, nekeidiant vi-sumos. Kaip par,yzdys gali buti iniciacijos kodonai. Tie patys kodonaikoduoja aminortg5tis ir yra igijg naujE iniciacijavimo funkcijq.

3. Tai vienas i5 b[dq taupyti, kai genomo apimtis ribota. Velvirusai, kuriq genomas i5 tiesq labai ribotas, ir vel beprasmiai kodo-nai.

Kai kuriais atvejais ir ne nuo sanklotiniq genq koduojami dubaltymai. Pirmojo sintezd vyksta iki beprasmio kodono, antrojo atve-ju terminacijos kodonas atpaZistamas kaip koduojantis aminorlg5ti.Taigi baltymo sintezd beprasmio kodono vietoje nenutrfiksta. ir pasi-gamina ilgesnis - i5tisinio skaitymo (angl. read-through) baltymas.Thip sintetinami lvairiq virusq (Qb, f1, m13 ir kt.) kapsido baltymai.Naujasis baltymas padidina infekcines virusq galimybes. I5tisinio skai-tymo baltymq aptikta E. coli (reguliuoja triptofano operon4), Zin-duoliq, augalq ir kt. l4stelese.

Geno strategija. Jos patryzdLiu gali blti kai kuriq genq veikladiferencijuotose lqstelese. Pana5iai kaip glutationperoksidazds.

68

Beprasmis kodonas skaitymo remelyje gali biti labai veiks-mingas budas genq veiklai valdyti.

Kai kuriq l4steliq diferenciacij4 lemia specifinis baltymas. Antaieritrocituose toks baltymas yra hemoglobinas. Tiiu5io retikulocitq he-moglobino B-polipeptido mRNR vidineje dalyje yra beprasmis kodo-nas UGA. Siose l4stelese UGA ,,lveikia" triptofano arba serino tRNR.Tuo tarpu kitokios diferenciacijos l4steldse Sio polipeptido sintezg,,draudZia" beprasmis kodonas.

Fenotipind supresija. Kodo skaitymo priklausomyb6 nuo ivairiqveiksniq. fprasta, kad glvybiniai procesai priklauso ne tik nuo geno-tipo, bet ir nuo aplinkos veiksniq, ir atrode neitikdtina, kad ir gene-tinio kodo skaitymas priklauso nuo aplinkos veiksniq. Bet taip yra.

Kad genetinio kodo skaitymas priklauso nuo aplinkos, pirmiejinustatd Gorinis (L. Gorini) su bendradarbiais dar 1961 m. Jie isitikino,kad antber (UAG) mutacij4 viename i( E. coli arginino genq slopinastreptomicinas. Paai5kejo ir Sio reiSkinio prieZastis: kodas skaitomaskaip dupletinis, tik su kableliais (tredias nukleotidas - kablelis).

Kodo skaitym4 keidiandiq i5orines ir vidines aplinkos veiksniq s4-raSas jau Siuo metu yra gana ispudingas. Ir jis vis ilges. Kod4 keidiakai kurie kiti antibiotikai, purino-pirimidino analogai (pvz., fluorura-cilas), senejimas, Mg:* jonq koncentracija, poliaminai, aminortgidiqbadas, temperatDros pokydiai ir kt.

Patogiarrsia Siuos poveikius nustatyti pagal beprasmiq kodonqiveikim4. Sie pokydiai yra nepaveldimi, todel pavadinti fenotipinesupresija. Pagrindine jos prieZastis yra IRNR pokydiai: antikodonqir nukleotidq sekq, nuo kuriq priklauso specifinis aminorflg5tiesprijungimas prie IRNR, modifikacija. Thdiau ji gali ivykti ir delkitokiq prieZasdiq, pvz., ddl ribosomq pokydiq.

Minoriniai nukleotidai. tRNR i5siskiria i5 visq RNR dideliu mi-noriniq nukleotidq dainiu. Jie susidaro po tRNR transkripcijos, vei-kiant specialiems fermentams, i5 iprastiniq nukleotidq. Pagal Siuosfermentus koduojandiq genl mutacijas paryko nustatyti IRNR mino-rinirl nukleotidq reik5mg. Siek tiek pavyzdLi4 yra 2.5 paveiksle. Mi-noriniai nukleotidai keidia ne tik sqveik4 ,,kodonas-antikodonas", betir tRNR s4veikq su aminoacil-tRNR-sintetaze+aminortg5timi, IRNRs4veikq su reguliacinemis mRNR sekomis (Zr. toliau).

Dupletinis-kvadrupletinis kodas. Jau mindtas Gorinio ir jo bendra-darbiq atradimas apie streptomicino poveikl genetinio kodo skaitymui

69

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

\/-"'

lnozinas INevienareikimis at i t ik imas(r 'obl ingas)

I ' lHCH""CH=CriCH.)

I,J-J.\-L\li

',)

cH,s-\r*lr , i

2-met i l t io-N n- izo-

penteni I adenozinasmstiuA

MaZesnis am-rnorugSiiq ijungi-mo tiksiumas, efektyviai slopi-nama umhcr (UAG) mutaci ja.gal i kisr i kai kuriq bakreri jqoperonq (.F1ls, Irp) veikia

N H t H 2 L t H = C i C H r ) 2

r.r,+1--\r,

Wrr'' J

N"- izopenteni l -adenozinas Keidiasi ochre (U.\\) mutacijr

supresija

5-meti lur idinas m'U TyC ki lpoje beveik vrsq elon-gacrjoje dalpaujandiLl tR\R:didesnis aminorug5diq ijungimotikslumas

frH N ^ * { H r C I O C H r

t i lo r l

5 -(metoksikarbonilmeti l )-2 { io u r idinas

mcm's'u Kinta eukariotrl oclire (UAA) iropul IUGA) nonsensq supresi ja

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

H Y -

TNn QH:

nry-V1..l t l

n-rl\.ri-{

KjuzinasR=HB=p-D-manozilR=p-D-galaktozil

amanQcalQ

Keiiiasi eukariotq bet ne prokariotq akceptorine funkcijaeukariotq opal (UGA) nonsenso supresija

Pseudouridinas v Eukariotq opal (UGA) nonsensosupresij a

2.-5 pav. Kai kuriq minoriniq nukleotidq tRNR molekuldje reiksmd transl iaci jai :i5 kaires - bazc. pavadinimas. jo santrumpa. funkci ja; formules ir pavacl inimai i iB .Juodkos , ,Nuk le ino r lg i i iq chemi jos i r b iochemi jos pagr inda i . ' (1986, t .Funkci ja - i5 M. D. Ter Avanesjano, S. G. Inges-vedtomovo ..Genetind baltymqsintezes kontrole" 198.9 (rus.)

70

llll+AJ L--)\---r:,-Jr=,-: it-ry

- ( ; c c( t c C l i

r ! Gr - i*

o. \

f ; " r ' - ' " c ca '

rRNRj* iRNR (suf J)

1.6 pav. Kvadruplet inis antikodonas mutantin€je tRNR (su/ . / ' ) , kuri yra r€melioposl inkio mutaci jos ( intarpo) supresorius:lpagal M. D. Ter Arancsjana ir S. G. Inge-Vedtomova, 1988) remell lc - normalausir kvadruplet inio antikodono scka

),ra principinis. Amber kodonas UAG buvo perskaityras kaip dupletinis,t ik su kablel iu.

Ne maZiau reik5mingas ir kitas atradimas, kad kodas gali bttikvadrupletinis. Keturiq nukleotidu derinys skaitomas kaip koduo-jantis aminorlgSti. Pasirodo, yra genq, koduojandiq IRNR, kuriosslopina remel io posl inkio mutaci jas. Pr imename, kad Sios mutaci-jos atsiranda arba iSkritus, arba isiterpus nukleotidq porai. Abiematvejais visq tripletq skaitymas pasislenka per vien4 nukleotidq, irgeniIS yra neakt) ' I /us. Siuo metu jau 1'ra Zinoma daug supresoriq -tRNR mutantq, kuric- slopina jvairius intarpus.

Antai mRNR nukleotidu sekos GGG ribose isi terpus dar vienam G, kodassutr inka. Tai iau 5ia skaitymo remelio mutaci jq slopina Glir tRNR, kurios antikodr>-ne vra keturi CCCC. Anatogi5kai mRNR kodonq AAdA slopina Lys IRNR suantikodonu UUUU. mRNR kodonus ccGG ACCA, ACCU, ACCC slopina ThrIRNR su an t ikodonu UGGU (de l ncv ienare ik imio a t i t i k imo) . mRNR kodona CCCC-slopina Pro IRNR su anrikodonu GGGG.

Slopinamos ir i5kritos. Tada antikodonas yra dupletinis.Skairymo rdmelio supresoriq - tRNR genq antikodone (arba vi-

si5kai Salia jo) irgi yra atitinkamai isiterpusi arba iSkritusi nukleotidr.lpora (2.6 pav.).

Jau Zinoma atvejq, kai ir normaliose. nemutantincse mRNR yra kvadruplct iniqkodonu. Antai gerr>kai veiksminsesni miel iq terminavimo kodonai yra kvadruplet i-niai - ne UAG. o L,,-4G;,.

Del sqveikos ,,mRNR kodonas-tRNR antikodonas" pokydiqkodas skirtingose ivairiq organizmq lastelese ir net genuoseyra nevienareiKmis ir priklauso nuo genetiniq ir aplinkos veiks-niu. Mutacijos ir aplinkos veiksniai gali pakeisti genetinio ko-do sandarq: tripletinis -+ dupletinis arba kvadrupletinis.Pagrindiniai veiksniai, lemiantys genetinio kodo nevienareik5-miSkum4, yra IRNR.

2.2. Genas

2.2.1. Genq simboliai

Genq Zenklai (simboliai). Tvark4 z,vmeti genus simboliais - rai-demis pirmasis lvede Mendelis. Jis dominuojandiuosius genus (po4-mius) Zymejo didZiosiomis, receslviuosius genus - maZosiomis raide-mis, alelinius genus - ta padia raide, nealelinius genus - skirtingomisraidemis (tarkinl. A ir a, B ir b). Morganas Siq zymejimo tvarkqpatobulino. Kaip mineta, drozofilos genus jis pavadino angliSkais mu-tacijq pavadinimais ir jq 1-3. o kartais ir ketr.rriq raidZiu santrumpo-mis. Antai mutacija baltos drozofilos alqs uZra5oma white - r,. Sitaipzymimas recesyvusis alelis. Thciau dominuojantis drozofilos alelis (tam-siai raudonos alrys) gali buti imimas dvejopai - W arba n'*. Genozymejimas ,,*" (plius) reiSkia ne tiek geno dominavimE, kiek norma-lq, arba dar kitaip vadinam4 laukini, tip4, t. y. simbolizuoja gen4.blding4 normalioms konkretaus organizmo formoms. DaZnai abi Siosgeno sarybis sutampa, bet ne visada. Antai drozofilos akir] formos(sumaZejgs fasediq skaidius) mutacija Bar (simbolis ,B/ yra dominuo-janti, o normalusis alelis, z1'mimas B*, yra recesyvusis.Savitai Zymimi polialeliniai genai. DaZniausiai to paties lokuso genai 4,-mimi tuo padiu simboliu tik su,,priedais" (w, w", w'i, wn, arba I'a, IB).Thi bendri genq z,vmejimo principai. Konkrediq taksonq ir pozymiq ge-netikoje yra sava genq zymejimo tvarka. Si4 warkq nustato tarptautiniaiatitinkamos srities arba taksono genetikos centrai ir yra visiems privalo-ma. D6l Sios prieZasties periodi5kai spausdinami konkrediu organizmugenq s4raSai. Si darba atlieka centrai.

Mikroorganizmq genetikoje genai daZniausiai Zymimi pagal tai,k4 jie koduoja (baltym4, RNR, metabolit4, proces4). Prie geno sim-bol io vir5uje raSomas.,+", kai genas veiklus (normalus). i r . . -" , kai

12

genas neveiklus (nril-mutacija;. Si 4mejimq palvairina specifiniai ge-no pokyiiai - tarpines (leal{\,), temperaturines (rs) mutacijos. Genaigaii bDti zymimi i5 eiles raidemis (drmA, dnaB, dnaC) arba skaidiais(cdc2, cdcl8, cdc27). Eile sudaroma arba pagal genrl atradim4, arbapagal koduojamq ivykiq eigE. Pradedant didZiqja raide uZra5omi nedominuojantys aleliai, o genq produktai. Pvz., geno dnaA produktasyra baltvmas DnaA. atitinkamai, cdc2 ir Cdc2. Kai reikia skirti nor-malq aleii nuo mutantinio, ra5omas ,,*", pvz., dnaA*. Si4 &ark4pastaruoju metu perima ir genetikai, tiriantys kitus organizmus.

Mieliu Sacclrarotnyces genai ir nukleotidq sekos 4mimi didZiosiomis raidemis -

CDC 2, CEN-A. CEN-B ir pan.

Zmogaus genai daZniausiai Zymimi arba pagal pozymius. sa,,ybes,kurias jie lemia, arba pagal paveldimq ligq pavadinimus. Kaip Zino-me, ligq pavadinimai yra lotyni5ki, tad ir genq simboliai daZnai yrakilg ne i5 anglq, bet i5 lotynq kalbos i.odiiu. Jie ra5omi didZiosiomisraid6mis, pvz.. HOX. Tie patvs peles genai uZra5omi Hox.

2.2.2. Funkcinis geno dalomumas ir alelizmas

Morganas buvo fvirtai jsitikings, kad genas yra nedalomas ir yrapats maZiausias paveldimumo vienetas. Kuri laik4 tai buvo viena i5genetikos dogmq. Pasak jos, maZesniq uZ gen4 funkciniq paveldimu-mo vienetq negali b[ti. Manyta, kad genas taip pat yra maZiausiasmutacijos ir rekombinacijos vienetas.

Geno centrq teorija. Kad genas yra dalijamas funkcijos atZvilgiuir kad mutacijos gali iv,vkti ivairiose geno vietose, 1930 m. pirmasisirode rusq genetikas A. Serebrovskis. Tiriant drozofilos sc-ac (scute-achaete, angl. scute - Sarvai. aclmete - be Sereliq) gen4, nuo kuriopriklauso Sereliq r.ysrymasis kflno pavirSiuje, paai5kejo, kad Sis genassudarytas i5 daugelio subvienetq, akry.viqjq centrq, kuriuos Serebrov-skis pavadino transgenais. Visas genas buvo vadinamas bazigenu, ogeno teorija, pagal kuri4 genas sudarytas i5 aktyviq centrq - genocentrq teorija.

Sio geno mutantiniai aleliai lemia Sereliu redukcij4 ivairiose ktnodalyse. SukryZminus homozigotinius mutantus, heterozigotiniams or-ganizmams Sereliai neaugdavo tik tose vietose, kuriose abiejq mutan-trl sutapo. Pavl-zdLtui, jeigu del vienos mutacijos sc, Sereliai nesirystd

- at - )

ABC, o del kitos sc, - BCD, tai drozofilos buvo plikos tik BC kunopavir5iaus vietose. Neabejotinai kiekviena Sereliq vieta buvo funkciS-kai ir geneti5kai savarankiSka. Vyko ne viso geno, o tik atskirq cen-trq mutacijos.

Krosingoveri geno viduje - tarp to paties geno atskirq daliu i5ai5-kino Liujisas (E. B. Lewis), Grinas (M. Green) ir Oliveris (C. P. Oli-ver). Thi buvo irodyta komplementacijos testu. Jis yra vienas ii prieina-miausiq i r paprasi iausiu bIdq nustaryt i . ar mutaci jos yra to pat ies ge-no - alel inds, ar skir t ingq - nealel iniq genq. Primename, kad to pat iesgeno strukturines atmainos yra aleliniai genai, arba aleliai, o skirtingi,nors ir lemiantys t4 patl pozymi genai yra nealeliniai.

Organizmo genetiniq galimybiq visuma vadinama genotinu(gr. genos - gimind, kilme+typos - atspaudas, paryzdys). Sis4voka 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 - mutantinispoZymis, Seriuotas - plikas drozofilos klnas ar jo dalys ir pan. Betkuri vieta gene (nukleotidq sekos, paZaidos) vadinama saitu, skirtin-gai nuo geno vietos - lokuso.

Kai mutacijos yra to paties geno, pirmosios kartos hibridai (F,)yra mutantinio fenotipo, t.y. nenormalaus poz1,mio.

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

Cia a, ir a, - paZeisti saitai (geno dalys), pliusas - normali topaties geno dalis. Auk5diau pavaizduotq paZaidq paddtis viena kitosatZvilgiu vadinama trans-paddtimi. Esant paZaidoms tame padiamegene trans-padetyje, fenotipas yra mutantinis, nes abu aleliai paZeisti.Thdiau retkardiais hibridai tarp mutantq, kurie paZeisti tame paiiamegene, yra normalaus fenotipo. Thip atsitinka, kai tarp geno daliq

ilyksta krosingoveris, apsikeidiama geno dalimis:

'7L

c h i a z m a

krosover in ia i gena i , c is -paddt is ,normalus poifrnis

Si geno daliq padetis viena kitos atZvilgiu vadinama cis-pad6-timi. Taigi kai abu (arba visi) paZeisti saitai yra tame padiamegene cis-padetyje, iSsirysto normalus fenotipas.

Sis reiSkinys aiSkinamas taip: cis-paddtyje abi paZaidos yra viena-me gene, o kitoje chromosomoje genas yra visi5kai normalus (funk-cionalus), ir j is pasireiSkia fenotipe, dominuoja prie5 aleli su dviempaZaidomis.

Pagal trans-padeti nustatoma, kada du tokio paties fenotipo mu-tantai priklauso tam padiam genui, o kada yra skirtingq, nealeliniqgenq pokydiai. Sis trans-testas dar vadinamas komplementacijos tes-tu. Ji pirm4 kart4 panaudojo 1938 m. Morganas, BridZesas ir Starte-vantas. Tai vienas i5 b[dq alelizmui nustatyti.

Tbans-paddti gauti nesuddtinga: reikia sukryZminti du mutan-tus, ir jq F, hibridai atitinka Siq padeti.Kai dvi mutacijos yra skirtinguose genuose, trans-padetyje bu-na normalus fenotipas, o kai dvi mutacijos yra tame padiamegene, - mutantinis fenotipas.

Tarkime, kad dvi mutacijos yra skirtinguose lokusuose, bet abugenai toje padioje chromosomoje:

r a r , - T -- -t r t l

a l

uzu 1

75

Thda mutantinl gen4 a stelbia antrojoje homologineje chromoso-moje esant is normalus (+) genas, o mutant ini gen4 b, esant i antro-joje homologineje chromosomoje, stelbia normalus (+) genas pirmo-joje homologineje chromosomoje, todel abu mutantinius genus nu-stelbia normalls aleliai, ir fenotipas yra normalus. Kai mutacijos yraskirtinguose to paties geno saituose, kaip mineta, abu genai ir pir-mojoje, ir antrojoje homologineje chromosomoje blna paZeisti, ofenotipas trans-paddtyje yra mutantinis, nes abu aleliai paZeisti, toddlnegali normaliai veikti:

, o r + l

-

-

Alelizmo irodymai. Ar genai yra aleliniai. sprendZiama i5 poZy-mio (fenotipo): aleliniai genai lemia to paties poZymio skirtingas,alternatyvias i5rai5kas. Bet tai labai nepatikimas rodiklis. DaZnai dugenai, lemiantys to paties pozymio variantus, yra nealeliniai. Palyz-dZiui, sukryZminus vaisines museles (Drosophila melanogaster) rudo-mis ir Sviesiai raudonomis akimis, visos F, muselds yra tamsiai rau-donomis akimis, o F, pasiskirsto taip: 9/16 tamsiai raudonomis: 3/16rudomis: 3/16 Sviesiai raudonomis: 1/16 baltomis akimis, t. y. 9:3:3:1.

Tai dihibridinio kryZminimo santykis (Lr. p. 584). IS to galimadaryti iSvad4, kad rud4 ir Sviesiai raudon4 akiq spalvE nulemia skir-tingi, nealeliniai genai. Taigi antrasis alelizmo irodymas yra hibrido-logine analizd,. Kai genai yra aleliniai, sukryZminus tiriamEsias for-mas, F, gaunama santykiu 3:1. Tuo tarpu kai F, yra santykis, atitin-kantis dihibridini (bendra suma 16, pvz.,9+3+3+1 arba 9+7, arba15+1, arba 9+3+4 ir kt.) arba suddtingesni kryZminim4. pozymiqskirtum4 neabejotinai lemia nealeliniai genai.

Tadiau net hibridologine analizd negali irodyti alelizmo, nors ge-netikoje daZnai tik ja ir remiamasi. Esant genq sankibai (Zr. p. 591).t. y. kai genai toje padioje chromosomoje, monohibridinio kryZmini-mo santykis F, gali b[ti ir tuo atveju, kai skirtumus tarp tevq nule-mia nealeliniai genai. Todel patikimiausias ir svarbiausias alelizmokriterijus - geno vieta chromosomoje. Aleliai homologinese chromo-somose uZima tq padiq viet4 - lokus4.

Komplementacijos testas labai palengvina alelizmo nustatym4.Kaip mineta, sukryZminus drozofilas rudomis ir Sviesiai raudonomis

76

akimis, F, hibridai esti normaliomis tamsiai raudonomis akimis. Va-dinasi, jau i5 F, galima sprgsti, kad rud4 ir Sviesiai raudonq akiqspalv4 lemiantys genai yra nealeliniai, arba mutacijos yra skirtinguo-se genuose. Tas pat gaunama kartais sukryZminus du visi5kai tokiospadios spalvos, bfltent Sviesiai raudonomis akimis drozofilos mutan-tus, paryzdZiui, mutantus v (vermilion, angl. cinoberis - rySkiai rau-dona spalva) ir cn (cinnabar, angl. cinoberis). Jq F, yra normaliomistamsiai raudonomis akimis, taigi mutacijos yra nealelinds, priklausoskirtingiems lokusams. Tik kai mutantai Sviesiai raudonomis akimisyra to paties geno (pvz., cn), Frfenotipas yra mutantinis - Sviesiairaudonomis akimis.

Komplementacijos testas, arba kitaip trans-testas labai veiksmin-gas, kai norima i5ai5kinti, keli genai nulemia pofmi. Reikia gautidaug tokio paties fenotipo atskirq mutantr]. Panagrinekime, kaip gau-nami mieZiq mutantai eceiferum (augalai be va5ko apna5os). Pavei-kus mieZiq sdklas mutagenu, kiekvieno augalo palikuonys sudaro Sei-m4. Joje gali pasitaikyti ne vienas, o keli augalai be va5ko apnaSos,taiiau jie tikriausiai bus kilg i5 vienos pakitusios l4stelds, t. y. yratapatfis. Atskirais mutantais jq laikyti negalima. Tadiau i5 dviejq skir-tingq Seimq tokio paties tipo eceiferum mutantai yra nevienodi, nestas pats fenotipas i5sir.yste po mutacijos arba tame padiame gene, tikskirtinguose saituose (tiksliai to paties saito mutacijos tikimybd yralabai maZa), arba skirtinguose genuose.

Visi Sie mutantai i5bandomi trans-testu (sukryZminami tarpusaly-je) ir sugrupuojami. Grupds viduje yra tie mutantai, kuriq F, hibri-dai yra mutantinio fenotipo. Jie yra skirtingq to paties geno saitqmutacijos ir gali bfiti panaudoti smulkiai Sio geno analize| Mutantai,kuriq F, hibridai yra normalaus fenotipo, priklauso skirtingoms gru-pems, taigi ir skirtingiems genams. Kiek yra grupiq, tiek ir genq,nulemiandiq pozymi.

Svedq mokslininke Lundkvist (U. Lundkvist) i5tyre 13,47 mieZiqeceiferum mutantus. Visi jie buvo sukryZminti tarpusavyje ir suskirs-tyti net i 66 grupes. Vadinasi, mieZiq lapus ir stieb4 dengiandio va5kosintezg nulemia ne maZiau kaip 66 genai (gali blti ir kiti kol kasneaptikti lokusai).

Aleliai yra to paties geno struktlrinds atmainos, nulemiantiosskirtingas to paties poZymio i5rai5kas. Apie alelizm4 sprendZiama i5:

' fenotipo - aleliniai genai lemia t4 pati pozymi;' hibridologinds analizds - kai genai aleliniai, F. hibridq santykis

3:1, v isais ki tais atveiais (kai 9:3:3:1 i r pan.) t ikrai genai I ' ranealel iniai :

' geno vietos - nustatytos ivairiais bldais;. komplementacijos tyrimrl - aleliniq genq F, yra mutantinio, o

nealelinirl - normaiaus fenotipo.

Polialelizmas. Alternatyvi pozymio iSraiSka. lemiama alelio, atsi-randa del mutacijq. Pasitaiko, kad pozymis turi tik dvi alternaqviasi5rai5kas arba i5 viso pozymio variantai neZinomi, tadiau gali brlti iratvirkidiai: irgi del mutacijq tas pats genas yra igijes keletq strukt[-riniq atmainu. Toks rei5kinys vadinamas polialelizmu. Stai tik dalisdrozofilos polialeliq, nulemiandiq ivairius akiq atspalvius: normaliostamsiai 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') - bui-volo odos spalvos (buff, *-bt) - dramblio kaulo (iuory1 rur) - medausspalvos (honey, w/') * perlu spalvos Qtearl, p't'; - baltos spalvos (white,w). Vienos peles kailiuko spalvos genll yra 6 polialeliai: vienos spal-vos pilkos (aguti) - pilkos su ivairiais margumo tipais - geltonos -juodos su gelsvu pilveliu - juodos su gelsvais plaukeliais ant ausq -

visi5kai juodos. Drylikos polialeliq serija nulemia ivairiai sumaZeju-sius drozofilos sparnus.

Visi Sie genai vienas kito atZvilgiu yra aleliniai, t. y. F. skilimosantykis 3:1, ir visi jie yra ivairios to paties chromosomos lokusoatmainos. Tadiau vienu metu atskiras individas genotipe (heterozigo-tineje blkleje) gali turdti ne daugiau kaip du tokius genus. pa\yz-diiui. Ww, trrw, w"rro ir t. t., nes auk5tesnirlq eukariotu branduolyjeyra po dvi homologines chromosomas (Zr. p. -56a).

To paties geno struktfiriniq atmainu - aleliq skaidius yra viena i5geno ypatybiq, geno evoliucijos rezultatas. Jis priklauso nuo to, ar rei-kalinga geno produktq ivairove, ar bltinas labai didelis vienodumas.

Kraujo grupiq ABO sistema - r,ienas geriausiq aleliniq genq su-balansuotos sistemos patryzdLiu. Yra trys pagrindiniai aleliniai genai.

Formaliai genai 1'a ir 18 lemia atitinkamq antigenrl A arba B sin-tezE; i - nei vieno, nci antro nelemia ir yra recesyvusis. Taigi Zmogus,kurio kraujo grupe O, yra homozigotinis ii, ABO lokusas koduojagalaktoziltransferazg, kuri prijungia skirtingus cukrus prie bazinio an-t igeno O:

Vienas fermentas nuo kito skiriasi 4 aminorlg5timis. Bazini Oantigenq turi visi individai (ir i i genotipo). A ir B antigenai skiriasiprie 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 bntihomozigotinis 1B1B arba heterozigotinis 18i. Normalu, kad, susituokusdviem asmenims, kuriq kraujo grupe A, vaikai gali gimti ne tik A,bet ir O kraujo gruptis, kai abu tevai yra heterozigotiniai - IAixIAi.Pana5iai yra ir susituokus dviem asmenims, kuriq kraujo grupe B.Asmenl's. turinrys kraujo AB grupg. kaip ir O grupds, yra ai5kausli^irJ genotipo. Jie yra heterozigotiniai, bet ypatingo tipo: abu genaivienas kito nestelbia, ir kiekvienas nulemia atitinkamas transferazes.Tokia s4veika vadinama kodominavimu.

Kai motinos kraujo grupe A. o tdvo B arba atvirk5diai, gali bltil aba i i va i r i s i tuac i ja :

. abu tevai homozigotiniai IAIAXJBIIt, vaikai IAIB genotipo ir yraAB kraujo grupds;

. vienas i5 tevq homozigotinis, antras - heterozigotinis, pvz..I'1l'lxJRi arba ItixJBII]. pusd vaikq AB (F Iu), o kita puse arba A(Fl), arba B (1Bi) kraujo grupiq;

. abu tdvai heteroziqotiniai:

Gcnas KoduojaI1 ,r- - ace t i lgalaktozi l t ransf crazgIB galaktozi l transferazgi i ( - ) r r r i l -n ru t r rc i . ie

Substratas AntigenasUDP aceti lgalaktoze AUDP galaktoze B

- (bazinis O)

Tok i t r je ie imo je v icnoda

t i k i m y b e ( 1 : l : 1 : l ) g i m t i

bet kurios kreujo grupcs

va iku i . S is sk i l imo

santykis yra del

kodominavimo.

o l A i t 8 i-7---i ' /' \,'.. \

l H i l E iGametos

Palikuonvs

E]/ ''i

e

Antigenq sintezcr yra tiksliai suderinta. Mat ABO kraujo grupiqsistema. palyginti su kitomis Zmogaus kraujo grupiu sistemomis. yraypatinga: i5 anksto geneti5kai uZprogramuoti ir kraujo serume gami-nasi at i t inkami antik[nai cr ir B, Vadinasi, be jokios pirmines sqvei-kos eritrocituose sintetinami antisenai. o krauio serume - antikr-rnai.Bet jie suderinti:

A kraujo grupds eri trocituose vra A antigenas. kraujo serume - p antikDnas;B kraujo grup€s cri trocituose - B antigcnas, kraujo serume - ci antiklnas:AB kraujo grupds eri trocituose - A ir B antigenai. serume antiklnu nera;O kraujo grupds eri trocituose antigenq nera, serume 1'ra o ir p antikunai.

Krauja perpilant svarbu. kad nesutaptr+ A antigenas ir cx antikfi-nas, arba B antigenas ir B antikfinas. Sutapus sulimpa (agliutinuoja)eritrocitai.

Izoalel iai . Kartais normal ls i r mutant iniai alel in iai genai labaimaiai skiriasi. Tokios normaliam genui artimos jo atmainos vadina-mos izoaleliais (gr. isos - lygus). Norint juos aptikti, reikia atliktispecialius fyrimus: i5bandyti nelprastoje genetineje (tam tikros ru5iesheterozigotos, genai modifikatoriai) arba iSorineje aplinkoje. Paq,z-dZiui, genas Wite (tamsiai raudonos akys) lvairiose populiacijose ski-riasi mutacijq daZniu. Si skirtuma lemia izoaleliai. Jie itin svarblsorganizmams pr is i taikant pr ie kintani iq apl inkos s4lygq. Zinomi i rZmogaus normaliq genq izoaleliai: normaliq raumenq (alternaty,'a -

raumenq distrofija), ABO (2.3 lentele) ir kt.

Antai, kaip mind:ta. l l i r 18 gcnu produktai yra at i t inkamai A ir B antigenai. 11ir 18 turi izoalel ius. Jq koduojami antigenai imunologiSkai nesiskir ia. bet bendrasgenq skai i ius Siame lokuse ne 3, kaip mindta. o 12. Kai kuriais atvejais tai svarbuir perpi lant kraujq. Be to, perpi lant krauja svarbios ir ki tos kraujo _erupes: Rh*(re-zus), Lewis ir kt. , kuriq pas Zmogu jau surasta maZiausiai 29.

Kai kurios i5 ju labiau paplitusios, irgi nurodytos 2.3 lenteleje.Taigi geriausia perpilti savo paties kraujq. Sia kryptimi ir tobulinamakraujo perpylimo strategija - turdti asmens kraujo bankus.

2.2.3. Tarpalelin6 komplementacija ir polifunkciniai baltvmai

Polifunkcinig genq sandaros klausimas gali buti labai komplikuo-tas tais atvejais, kai reikia atskirti, ar yra vienas funkciSkai dalijamasgenas, ar yra artimai sukibg genai. Pastaroji situacija blna tada, kai

80

* - aleliai, aptikti 100 milijonq ir daugiau Zmoniq; ** - duomenys patikslintiremiant is G. Petrani (1982).

chromosomoje greta yra du arba daugiau artimus ar netgi tapadiuspozymius lemiandiq genq. Tokia situacija, pvz., b[dinga kartotiniqgenq (Zr. p. 131) sankaupoms. Koks suddtingas klausimas, labai gerairodo rezus (Rh+) kraujo grupiq genet iniai tyr imai.

Rezus kraujo grupiq sistema formaliai diagnozuojama kaip Rh+(yra antigenas) ir Rh- (nera antigeno). Ji svarbi ne tik perpilantkrauj4, bet dar svarbesnd vaisiaus igimtos geltos (eritroblastozes) pro-filaktikai ir gydymui. Dauguma Zmoniq turi Rh+ grupg, o visi kiti754c - Rh- grupg. Rh* genas yra dominuojantis, R/r recesyvusis.Taigi paveldejimas yra pats paprasiiausias, pagal klasikinius Mende-lio desnius.

Iftiti5ka padetis bflna tose Seimose (2.7 pav.), kuriose motina yraRh- grupes, o tevas Rh* grupes (b[tina nurodyti, kad fenotipaiZymimi Rh+ arba Rh-, genai Rh* arba Rft-). Pirmiausia i5nagrine-kime paprastesng situacijq, kai tdvas, kurio kraujo grupe Rh*, yrahomozigotinis Rft*Rft*. o motina su recesyviuoju pozymiu (Rh- kraujogrupes). Suprantama, ji yra homozigotine. Tada

2.3 lenteld. Labiausiai papl i tusios(remiantis \ '1 Efroimsonu, 196ti , i r

imogaus kraujo grupesG. Pet ran i . 1982)

Kraujo sistema Globaliai arba plai iai papl i tg

a le l ia i ' *

Apytikris bendras Zinomqalcliq skaii ius

ABORezus* *

MNSsPKel l *

Lewis* *

LutheranDuffy* *

KiddDiegoSutterXga

Sekrecija

o, Ar, 42, BCde lcde, cde lcde, CDElcde,

CDelcDE, CDelCDeM , , Y S , SPP P2' p

K r kLe, le

Luo, Lttb

Fy', Fyb, Fy'

Jl(, JlcDi", Dio

Jf,, Jsbx{' xe

Se, se

t 236

6482J

13222)

B1

++

c d

2.7 pav. Rezus veiksnio paveldej imas ir eri troblastoz€s i isirystymas:4 - tevas R/r+ geno donoras: b - motina. kurios kraujo grupc Rh-: c - pirmasisnd5tumas. nors motirtos krauj l je pasigaming antikunai. r ,aikas normalus: r/ - antrasisnOitumas - antiklnams i5 motinos kraujo patckus i gemalo krauja ir rcasa'us sugemalo cri trocitais. iSsivysdiusi eri troblastoze

(Rh- ) (Rh+)Tevai Rh-Rh- x RlttRhtGametos Rh- Rh'Vaikai Rh*Rh-

( R h + )

Visi vaikai Sioje 5eimoje bus heterozigotiniai, bet kadangi genasRh* yra dominuojantis, tai vaisiuje gaminsis rezus antigenas.

Paprastai toks neatitikimas nekelia problemq, nes motinos gim-doje besiq,stantis gemalas atskirtas placenta. Tik kai paZeidZiamaplacenta (tik ll20 Seimq, kuriose yra rezus neatitikimas), prasidedaeritroblastozE. lr tai ne pirm4 kart4 gimdant, kai gemalo antigcnaipatenka I motinos kraujE ir serume gaminasi antikfinai. o esant ant-ram ir trediam nd5tumui, kai prasideda gemalo eritrocitq hemolize(er i t roci tq i r imas i5siskir iant i5 jq hemoglobinui) . fgimta gelta gal ipasireikiti ir pirm4 kart4 gimdant. jeigu pries tai buvo savaiminis ardirbtinis abortas arba pries nestum4 motinai buvo perpiltas kraujassu rezus veiksniu. Laiku i3ai5kinus antikunq susidarymq, galima imtispr iemoniq gemalui i5saugot i .

82

Seimos, kuriose tevq Rhgu normaiiai veikia placentatiktinai motinos kiauSial4stdssu R/i genu, ir gims vaikai

neatitinka, gali blti ir daugiavaikes, jei-arba tdvas yra heterozigotinis, bet atsi-bus apvaisinamos tdvo spermatozoidaisRh- kraujo grupes:

Tdvai

Gametos

Vaikai

Iki pirmo Rh* Rh, kuris bus dar sveikas, bet motinos kraujyjegaminsis antikunai, ir kitas gimdymas bus nesdkmingas. Taigi Rhkraujo grupiq sistema skiriasi nuo ABO tuo, kad kraujo serume i5anksto antikunq nebfina. Jie susidaro tik patekus antigenams.

Rezus kraujo grupiq sistem4 irgi lemia polialeliai (Lt. 2.4 lente-lE). Jq net daugiau negu ABO kraujo grupiq sistemos - 36. ThdiauRh antigen4 lemia sudetingas vienetas, sudarytas i5 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 CDEIcde aleliq r,yksta krosingoveris, C(c), D(d) ir E(e) heterozigotose yrafunkci5kai savarankiSki.

BakteriofagoT rrll rajono smulki4 geneting analizq atliko Benzeris.

Jo naudota genetine Escheichia coll kamienq sistema r/1 mutantams,komplementacijai, rekombinacijai tirti buvo jau aptarta (.Lr. p.49). Ben-zerio nuopelnas tas, kad jis suklrd virusq genq analizes metodus: san-klotiniq delecijq metodq, metodus delecijos vietai ir riboms nustatyti,delecijos ir krosingoverio dydi nukleotidq poromis, pritaike krosingove-ri ir komplementacij4 virusq genetinei analizei. Nustate, kad geno vidu-je krosingoveris r.yksta ivairaus dydZio nukleotidq sekomis ir kad ho-mologines DNR molekules gali keistis net viena nukleotidq pora.

Nors genetind sistema buvo labai jautri, leidZianti aptikti rekombi-nantus, kuriq atsiradimq daZnis lygus 0,0000|qa, tadiau nd karto nepa-

"yko gauti maZesnio kaip 0,0I7a rekombinantq daZnio. Paslaptis paai5-

kejo. kai buvo apskaidiuota, kam lygi viena nukleotidq pora krosingo-verio vienetais. Visa viruso T. DNR sudaro 7500Vo, o nukleotidq portlSioje DNR yra 150000. Thigi viena nukleotidq pora rekombinacijos

i' t

x Fht (r,

83

vienetais lygi \500c/c:150000 = 0,017c. Suprantama, kad maZesniu kaipviener nukleotidq pora DNR segmentu apsikeisti di' i DNR molekuldsnegal i , todel i r rekombinaci jos daZnis negal i bl t i maZesnis kaip A,1Iqc.Tai patvirtino ir mindtq bandymq duomenys.

Suradus rekombinacijos tarp dviejq saitq daZnl, suZinoma, kamlygus atstumas tarp jq. iSreik5tas nukleotidq poromis, arba kokio dy-dZio DNR segmentu buvo apsikeista tarp dviejq virusq.

Thiiau Benzerio nustatyt i funkci jos, rekombinaci jos, mutaci jos vienetai (at i t in-

kamai cistronas, rekonas, mutonas) Siuo metu yra t ik istoriniai. neteke reik5mestcrminai. I5l iko t ik pol icistrono savoka, vartojama tada, kai nuo genq grupds transk-r ibuo jamas v ienas bendras t ranskr ip tas .

Tarpalelin€ komplementacija. Nustatytas gana netikdtas rei5kinys.Komplementaci ja gal i bl t i ne t ik tarp neaiel iniq genq, bet i r tarp topaties geno daliq.

Tarpalelin€ (geno viduje) komplementacija r.yksta tarp genqproduktq - polipeptidai gali s4veikauti tarpusarryje, sudaryda-mi hibridines baltymo molekules.

Si rei5kini 1959 m. pirmasis aptiko Vudvardas (D. Woodward).Sujungus ekstraktus iS dviejq mutantiniq It[eurospora grybo linijq,nesugebandiq sintetinti adenilsukcinazes, gautas akryvusis baltymas.Fermentinis akryvumas atsistato. Tiesa, jis niekuomet neprilygo fer-mentq aktyvumui, kuris yra normalaus Neurospora grybo. Vdliau,1965 m., Findemas (J. R. S. Finchem) ir Kadingtonas (A. Codding-ton), panaudojg radioaktlviEl4 qtmQ, irode, kad, sumaiSius apvaly-tus mutantinius glutamatdehidrogenazds baltymus (neturindius fer-mentinio akryvumo), atsistato fermentinis akbryumas. susijungus skir-tingiems fermento subvienetams: arba atsistato fermentas i5 atskirqfragmentq, arba ryksta kooperacija tarp balrymo funkciniq centrq.arba i5taisomos konforniacinds (erdvines) baltymo paZaidos. Tarpdomenq esanti ry51 lengvai atakuoja proteolitiniai fermentai, ir, jamnutrfikus, domenas ve] labai lengvai susijungia. Taciau mutantiniaibaltymo subvienetai sunkiai jungiasi - jie neatitinka vienas kito.Normalls subvienetai, atvirkSdiai, lengvai komponuojasi vienas sukitu. Si savybe priklauso nuo konformaciniq baltymo ypatybiq.

Ne tarp visq aleliniq genq pastebima tarpaleline komplementaci-ja. Pagal tai genai skirstomi i heteroalelius, tarp kuriu eali blti re-

84

kombinacija geno viduje ir tarpalelind komplementacija, ir homoale-l ius, kuriems Sie reiSkiniai nebudingi.

VisiSkai imanoma, ir tai irodoma bandymais, kad, susidarius hib-ridinei baltvmo molekulei, baltymas gali igyti naujq sarybiq. AntaisukryZminus Pearleneck linijos balandZius su ker5uliais, hibridai sinte-tina visus antigenus, kurie aptinkami tevq organizmuose, bet atsiran-da ir naujq.

Del tarpalelines komplementacijos kilo du svarbfis klausimai:

. ar apskritai priimtinas komplementacijos testas genq alelizmuinustalyti;

. kodel vieniems genams bldinga tarpaiel ine komplementaci ja(yra heteroalel iai). o kit iems ne (yra homoalel iai)?

Abu Sie klausimai yra susijg. Norint atsakyti i pirmE;i klausim4,reikia i5siai5kinti. kodel r.yksta tarpaleline komplementacija.

Monofunkciniai ir polifunkciniai baltymai. Genq skirstymas I ho-moalelius ir heteroalelius priklauso nuo genq koduojamq baltymusandaros ir funkcijos. Baltymai pagal funkcrj4 yra dviejq tipq: mono-funkciniai ir polifunkciniai, o pagal sandar4 gali buti sudaryti iS do-menrl.

Domenai - tai baltymo dalys, kurioms budingos tam tikroskonkredios funkcijos irlarba sandaros autonomija. Thdiau po-lifunkciniai baltymai skirtingai paveldimi. Jie yra vieno arbakeliq genq produktas.

Geriausiai tai gzrlima parodyti sugretinant dvi bakterijq DNR po-Iimerazes: DNR I polimerazg ir DNR III polimerazg. Pirmoji yraDNR paZaidq reparacijos fermentas, antroji yra replikacind - rykdoDNR replikaci jq.

Abu fermentai sudaryti i5 domenq ir yra polifunkciniai: atliekapolimerizacij4 - elongacij4 5'-+3' kryptimi nuo 3'-OH pradmens irkartu yra nukleazis - paialina neteisingai ijungtus nukleotidus. Taigijos yra 3'-+5' egzonukleazes. Thdiau DNR III polimeraze - holofer-mentas i5 10 subvienetq. J4 koduoja bent septyni genai, ir jos korek-cing funkcij4 atlieka specialus (e) polipeptidas.

DNR I polimeraze koduoja tik vienas genas. Tadiau ir DNR Ipolimerazdje yra frasmentzri su skirtingomis funkcijomis: terminalinio

8-s

galo 36 kDa fragmentas, atliekantis 5'-+3' egzonukleazinq funkcij4;

didesniajam 70 kDa (Klenovo) fragmentui b[dingos i5 karto dvi funk-

cijos: 5'-+3' polimerazine ir 3'-+5' egzonukleazine (korekcine). Vadi-

nasi, ir Sio tik vieno geno koduojamo baltymo skiriami du domenai.Komplementacija ir poZymio genetika. Dabar galima i5 karto at-

salryti i abu del tarpalelinds komplementacijos kilusius klausimus.Kaip alelizmo testas, komplementacija visi5kai ai5kaus atsakvmo ne-

duoda.

Komplementacija parodo, kad arba po4mi lemia keli genai,

arba genas yra funkci5kai dalomas.

Komplementacija yra tolesniq tyrimq pamatas. Antai apie tai, argenai aleliniai ar nealeliniai, galima sprgsti i5 komplementacijos gru-piq vietos chromosomose. Jeigu komplementacijos grupds nustato-mos nutolusiuose lokusuose arba net skirtingose chromosomose, ga-

lima tvirtinti, kad po4mi lemia du arba daugiau nealelinirl genq,

Netgi paprasdiausia F, analizd gali vienareikSmi5kai iSsprgsti klausi-

m4 apie mutacijq aleli5kum4. Kai F, pasirei5kia komplementacija, oF. palikuoniq skilimo sanfykis yra dihibridinio (pvz., 9:7,9'.3:4,9:3:3:1)arba suddtingesniq kryZminimq, mutacijos yra ne tik nealelinds, betir skirtingose, nehomologindse chromosomose.

Sudetingiau yra tuo atveju, kai abi komplementacijos grupds yragreta, 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 tarpa-lel ine komplementaci ja.

Tad tarpaleline komplementacija irodo, kad genas yra dalus. Jigali buti dingstis detalesnei geno vidinei sandarai tirti.

2.3. Geno sandara ir veikla

Ir to paties genomo genai skiriasi dydZiu, sandara ir galutiniuproduktu. Pats didZiausias Zmogaus raumenq distrofijos genas net

86

2000 kb dydZio. Normalus jo alelis koduoja stambq 500 kDa baltym4distrofina. Bet ne tik koduojamas produktas lemia 5io geno dydi.Genas turi didelg valdymui skirt4 dali ir apie 60 intronq (Zr. toliau),kurie nekoduoja baltymo ir paSalinami i5 brgstandios distrofinomRNR.

Del ilgq valdymo seku ir intronq eukariotq genai apskritai yragerokai didesni ir sudetingesni uZ prokariotq.

Kiekvienas genas yra dalijamas i dvi dalis:. valdymo (reguliacing-akceptoring),. transkribuojamEj4.

Geno valdymo dalfie yra nukleotidq sekos RNR sintezei pradetiir sekos. su kuriomis s4veikauja valdymo (reguliaciniq) genq produk-tai.

Nuo transkribuojamosios geno dalies sintetinama RNR. Tianskri-buojamoji geno dalis irgi turi valdymo sekq. Jos butinos sekmingaibaltymo sintezei. Be to, genai, kuriq koduojamasis baltymas isijungiai membranq ar gabenamas uZ l4steles ribq, turi specialias nukleotidqsekas, koduojandias vadinam{i signalini polipeptid4. Sis polipeptidas

1'ra reikalingas baltymui isiterpti i membranas arba jam perne5ti uZmembranos ribq. Po to Sis polipeptidas pa5alinamas. Specialias nu-kleotidq sekas turi ir genai, kuriq koduojamieji baltymai jungiasi suDNR - yra transkripcijos veiksniai (Lr. p. 317). Kai kurie genaikoduoja speciaiius baltymus Saperonus (Lr. p. 320), kurie sukuriaarba atkuria balrymq treting sandar4.

Pagaliau ne visi genai koduoja baltymus. Kiekvieno organizmogenome yra daug genq, kuriq galutinis produktas yra RNR. Thi ri-bosominiq (rRNR), perna5os (tRNR), maZqjq branduolio (mbRNR)bei citoplazmos (mcRNR) ribonukleorlg5diq genai.

Pagal tai genai skirstomi i dvi grupes: 1) transkribuojamuo-sius, bet netransliuojamuosius genus (arba nukleotidq sekas),galutinis produktas Siuo atveju yra RNR; 2) transkribuoja-muosius ir transliuojamuosius genus ir nukleotidrl sekas - jqproduktas yra baltymas.

Genome yra nukleotidq sekq, kurios yra netranskribuojamos irnetransliuojamos. Jq paskirtis labai lvairi (Zr. III ir IV sk.)

B7

2.3.1. Ttanskripcija (RNR biosintez6). Reguliacin6s-akceptorin6s genodalies sandara

-Thanskripcija (lot. rranscriptio - perra5ymas) - tai matricind RNRsinteze. Matrica paprastai yra DNR. Kai genetin€ medZiaga yra RNR,ji yra matrica.

Visq RNR nukleotidq seka yra komplimentari DNR grandinei-mat-ricai ir sutampa su kita DNR grandine (skiriasi tuo, kad vietoj timidilor[g5ties RNR yra uridilo rng5tis). Pirmasis transkribuojamasis nukleo-tidas vadinamas starto taiku ir zymimas *1. Nuo jo transkripcija visa-da vyksta 5'-+3'kryptimi (2.8 pav.). Sia kryptimi (pasroviui) nukleoti-dai nurodomi ,,+" Zenklu, o prie5inga kryptimi (prie5 srovg) nuo startota5ko - SU ,,-" Zenklu. Tianskripcijq atlieka RNR polimerazes.

Prokariotq yra tik viena bendra RNR polimerazd. Specifine pro-kariotq genq transkripcija priklauso nuo papildomq veiksniq ir RNRpolimerazds komplekso (Lr. toliau).

Eukariotq transkribuojami branduolio genai skirstomi i 3 grupespagal tai, kuri i5 trijq RNR polimeraziq rykdo transkripcij4.

RNR I polimerazd lokalizuota branduolelyje, kuris susidaro antri-ndje chromosomos s4smaukoje ir yra ribosominiq RNR (rRNR) sin-tezds centras. Si RNR polimeraze sintetina dideli pirmini transkript4.Jis brendimo metu sukarpomas i 3-jq tipq rRNR: 18S; 5,8S ir 28S.

RNR II polimerazd transkribuoja transliuojamuosius genus, Jostranskriptas yra mRNR.

RNR III polimeraz€ transkribuoja maZqjq RNR - IRNR, 55rRNR, mbRNR, ;ncRNR ir pan. genus.

RNR polimerazd tiesiogiai ar per tarpininkus atpaZista regu-liacines-akceptorinds dalies nukleotidq sek4, vadinam4 promo-toriumi (lot. promolio - pasistumejimas i prieki). Jq sqveikainicijuoja transkripcij4.

Promotorius yra netranskribuojamas, bet prie jo jungiasi RNRpolimeraze ir kiti baltymai, kurie b[tini transkripcijai pradeti. fvai-rioms RNR polimerazems promotoriai yra skirtingi. Bakterijq poli-merazes apglebia DNR nuo -55 iki +20 bp. fvairiq genq promoto-riuose i5skiriamos kanoninds sekos. Tai 6-7 n.p. seka TATA blokas(prokariotq ji vadinama Pribnovo, o eukariotq - Hogneso-Goldbergobloku). Kitos kanoninds sekos bfidingesnes konkredioms organizmuir genq grupems. Skiriasi ir Siq sekq padetis. Kanoninds sekos nusta-tomos statistiniais metodais.

88

fL\R poLlmrraze

/il

.<l^r. IL\R Eandrnrrs

, rnlc lacl . la

-E- - * - =R\R elongacrta

i ZJaras konlFleksa5 promc.r._-rraus

zt*_- narcikos' l i

*.qtL*:--v. \ l f l r o . . f . T f . . . *

nr-r.f fi f\LJU

I -- \^. : \ kry?trs. kwra RNR

polimeraze tuda D\R

R\R polLm.raze

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

2.8 pav. Transkripci jos eiga

An'iras kompleksas

Jose nurodyti tie nukleotidai, kurie Sioje padetyje claZniausiai pasi-taiko. Be to, Salia pateikiami skaidiai rodo, kokiu dazniu (procentais)Sioje padetyje sutinkamas nukleotidas. Juo aukitesnis iis procenras, tuokonserva[vesnis nurodytas nukleotidas, ir awirksiiai, kuo Zemesnis pro-centas. tuo labiau iioje padetyje nukleotidas varijuoja ivairiu organiz-mq ir netgi to paties organizmo skirtingq genq pronlotoriuose. pagalsusitarima didziosiomis raidemis nurodomi nukleotidai, kuriu daZnisdidesnis kaip 54.i, maZosiomis - ne tokie konserva6r,'ts, bet daZniaunegu esant atsitiktiniam pasiskirsrymui pasitaikantys nukleotidai. Th pa-dd:tis, kurioje nera pirmenybes kuriam nors nukleotidui, zymima N.

Stai kaip arrodo bakterijLl promororiq pribnovo brokas (pateikia-ma dvigubai ilgesne nukleotidu seka, negu pribnovo bloko; Sis pa-ry5kintas):

A.oT*,,Tr, Gr,NTroAnrt.,rAuofl ,oTroG,,Palyginimui eukariotu promotoriq Hogneso-Gordbergo blokas toks:

T'AnrTr3ArrA6r/t3 4$ a.0/t.,r

Nors promotorius yra netranskribuojama nukleotidq seka, bet jiIemia daugeli svarbiq geno ypatybiq. viena is svarbiausiq promoto-riaus yparybiq - geno aktyvumas normalioje ir krastutinese (ekstre-minese) si tuaci jose.

Prokariotq promotoriuose nustafytos keturios konservaryvios iqsandaros ypatybes/sekos, nuo kuriq priklauso promotoriaus stiprumas:

*1 - starto ia5kas,* 10 - TATAAT seka,-35 - TTGACA seka,- atstumas tarp Siq dviejq nukleot idq seku (16_19 bp).

Thdiau promotoriaus stiprumui reikimingos ir nekonservaryr,iosnukleotidrl sekos.

Konkreiiq nukleotidq ir iq sekq reiksmd promotoriuje nustatomamutacijq metodais: pakaitomis (keidiant vien4 nukleotid4 kitu) arba de-lecijomis (pavieniq nukleotidq arba jq sekq iskritomis). Antai po TArAbloko delecijos transkripcija nenutrlksra, bet netiksliai pasirenkamasstarto taskas, kuris eukariotq dazniausiai yra A, o prokariotq A arba G.

Prokariotq promotorius. E. coli ir kitq bakteriju TATA blokasnutolgs nuo starto ta5ko 10 bp (-10). T[o tarpu eukariotq genuoseSios sekos nuotolis sr,yruoja -10-120 ribose. TATA blokas yra iSA-T porq, todel Sioje 'ietoje DNR grandines lengr,'ai atsiskiria. (pri-siminkite, kad tarp A=T yra dvi, o tarp G=c - trys vandeniliniai rysiai).

90

Antroji kanonindsigma veiksnys j4plekso dalis (2r.

-70

re ikdmind5 '3 '

nere ikdmine

seka yra ivairi. Prokariotq tai prikiauso nuo to, koksatpaZista. Tai poiipeptidas - RNR polimerazds kom-toliau). Visas E. coli promotorius atrodo taip:

_l 0 + ' l +20l l

TTGACa- TAtAat- cat-

AACTG t +l ?rt+ nruruffi_*ta -

l-1 lal+3

l l-42 -24 -18 +3 [b]

Vir5uje (a) nurodytos ribos, kuriose transkripcijos pradZioje formuojasiatviras kompleksas (ir.2.8 pav.). TATA blokas telpa i Sias ribas.

Eukariotq promotorius kur kas sudetingesnis. fvairios eukariotqRNR polimerazis jungiasi su skirtingais promotoriais. Antai RNR IIIpolimerazes promotoriai yra transkribuojamojoje geno dalyje.

Genq, kuriuos transkribuoja RNR II polimeraze, promotoriuje

1'ra dviejq tipq kanonin€s sekos:

. pagrindines, su kuriomis s4veikauja RNR II polimerazd,

. specifinds. budingos konkretiems genams arba palyginti nedide-lems genq grupdms, vadinan-riesiems regulonams.

Nuo pagrindiniq kanoniniq seku priklauso, kokiai stambiai genq(audiniq specifiniq, adaptaciniq, konstitutyviu ir pan.) grupei priklausysgenas (Zr. IV sk.). Sias sekas atpaZista pagrindiniai transkripcijos veiks-niai. Tai valdymo genq koduojami balr.vmai, kurie atpaZista pagrindineskanonines nukleotidu sekas ir su jomis jungiasi.

Eukariotq genq promotoriuose yra keletas pagrindiniq nukleotidqseku. lvirir[s ju deriniai lemia stambiqsias eukariotq genr] grupes.

Be pagrindines sekos, gali b0ti motlvai (pranc. motif - iia ana-logija muzikinio termino, rei5kiandio pagrindini element4) - pana5ios

i pagrinding sekos.Prokariotq ir ypad eukariotq genq labiau nutolusioje nuo starto

taSko dalyje (daugiau kaip -80-120 bp) yra nukleotidq sekos, kuriasatpaZista valdynio genq produktai. Visi genai, kurie sudaro vienqgenr] grupg - regulonq ir klauso vieno valdymo geno komandq, to-kias sekas turi vienodas. Ths pats genas gali ieiti i kelias reguliacinesgenrl grupes arba brlti reguliuojariras keliq genq-reguliatoriq. Toksgenas turi atitinkamai daugiau sekq, skirtq valdymui.

91

Promotoriuose dausiau negu visoje kitoje genq dalvje 1,ra judriq-jq genomo elementq is i terpimo ( integraci jos) vietq (2r. p. 140). Taiirgi specialios nukleotidq sekos. Jos bldingos arba genams. kuriqveikla valdoma judriqjq genomo elementq, arba genams. kurie mu-tabi l ls, ,pagal uZsakym4".

Kai kurie genai turi du tris promotorius. Thi genai. kurie priklau-so skirtingoms gcnq grup0ms ir veikia skirtingais reZimais: arba kon-stitut)'r,ziu, arba ivairiu adaptacinitr ir pan.

Skiriami trys transkripcijos etapai: pradzia, elongacija ir pa-baiga.

Prokariotq transkripcijos pradZia yra tada. kai RNR polimerazdprisijungia prie promotoriaus (2.8 pav.). Tiri r,yksta ram rikroje (Zr.auk5diau) promotoriaus vietoje. RNR polimerazes, pradZioje prisi-jungusios prie DNR atsitiktinai, juda DNR, kol suranda reikiam4nukleotidq sek4. Ten susidaro uZdaras kompleksas. Jame DNR yradvigrande. RNR polimerazes sudaro labai sudetingus balrymr.l kom-pleksus, apie kuriq dydi galima sprgsti i5 molekulinds masds. Ji bDnaiki 500 kDa. RNR polimerazei tiksliai prisijungti prie promororiausb[tinas sigma (o) subvienetas. Sigmzl padidina tikslumq atpaZinti pro-motoriq iki 10000 kartql Sigma subvienetai gali blti lvairus. Kaikurie i5 jq jungiasi tik prie tam tiknl genrl. UZdaras komplekszisvirsta atviru kompleksu (2.8 pav.), kuriame iniciacijos vietoje iSsiski-ria DNR grandines. I5skirtq DNR grandiniq ilgis lygus 12-17 bp.Siai stadijai bDtini RNR polimerazes substratai - nukleozidrrifosfa-tai. Susintetinus 8-9 nukleotidq atkarp4, pasiSalina sigma subvienerasir prasideda kitas RNR sintezes etapas - elongacija (2.8 pav.).

Eukariotq transkripcijos pradiia yra kur kas sudetingesne. Taipriklauso nuo trijq skirtingq RNR polimerazir; ir nuo sudetingesnespromotoriq sandaros.

Svarbiausia RNR transkripcijos pradZioje tiksliai nustatyti star-to taSkq. Pirmiausia tai priklauso nuo TATA bloko. Prie TATA blo-ko jungiasi TBP (angl. UTA-binding protein), paskui kiti veiksniai -TAF (angl. TBP-associated factors). Jq yra keletas. Thdiau promoto-riuje svarbios ir kitos paerindines nukleotidu sekos.

Elongacija. Su RNR polimerazemis sqveikauja kiti baltl 'mai -elongacijos veiksniai. Jq kompleksas toliau transkribuoja RNR nuoDNR matricos. RNR sinteze wksta 5'-+3' krvptimi.

c),)

Tlanskripcijos pabaiga (2,8 pav.) gerokai skiriasi prokariotq ireukariotq, bet j i turi ir dar.rg bendra. Pirmiausia abieju oreanizmqgrupiq mRNR susidaro terminatorius. Thi ivairaus ilgio nukleotidqseka, sudaranti dvigrandg struktDr4 segtukq. Segtukas yra RNR po-limerazds kliltis. Antra, RNR transkript4 nukerpa endonukleazes.

Prokariotq transkripcijos terminacijai svarbios ribosomos. Mat jossqveikauja su dar nebaigta transkribuoti mRNR (Zr. transliacija). Ri-bosomos trukdo ro (p) veiksniui judeti transkriptu. Taiiau jau pasie-kus jam beprasmi kodona ribosomos prie jo nesijungia. Ro veiksnysnetrukdomas praeina ir atskiria DNR-RNR hibrido grandines.

Nukleorlg5ciq (DNR ar RNR) sintezei, tarp jq ir transkripcijai,reikia dideliq ATP ir GTP energijos iStekliq.

2.3.2. Tfanskripto brendimas. Splaisingas. Intronin6-egzonin€ eukariotq

genq sandara

Labai svarbios funkcines geno sandaros ypatybes paaiSkejo paly-

ginus pirmini geno produkt4 - transkript4 su mRNR, kuri dalyvaujatransliacijoje. Ji labai pakeista. Pirminds RNR modifikacija vadinamabrendimu (angl. processittg - gaminio perdirbimas). Brendimas b[-dingas visiems transkriptams. bet sudetingiausiai jis r,yksta eukariotqbranduoliuose. Thdiau RNR brendimas branduoliu neapsiriboja, jisryksta ir tada, kai transkriptas transportuojamas per branduolio ap-valkaldlio poras i citoplazm4, taip pat citoplazmoje. Ypad tq genr+,kuriq koduojarnos RNR citoplazmoje gali buti neveiklios, atsarginds.Siq nNR aktyvacija susijusi su jq sandaros poLrydiais (Zr. p. 329).Apskritai transkripto brendimas yra vienas i5 genq veiklos valdymobldq (Zr. IV sk.).

Transkripto 5' ir 3' galq modifikacija. Tiroj pat po transkripcijospradZios prie pre-mRNR prijungiama kepurd (angl. cap - kepure). Thivienas metilintas, daZniausiai guanino, nukleotidas (*tG). Jis yra ne tikmetilintas, bet ir invertuotas (pasisukes 180") ir jungiasi su kitu nukle-otidu ne 5'-)3', o 3'->5'. todel dar zymimas m7G5' ppps' N"'p. Invertuo-tas nukleotidas blokuoja mRNR 5' gal4 ir yra reikalingas prisitvirtintiprie ribosomos.

Daugumos eukariotq genq mRNR 3' gale yra uodega. Thi sekavien i5 adenilo rug5ties - pol iA, I5imtis - histonq ir rRNR genai.Daugumos jq mRNR neturi poliA sekos 3' gale. PoliA yra prijungia-ma, bet prie5 tai transkripto 3' gale atskeliamos ilgos (Simtq n.)

93

nukleotidu sekos. Gene poliadenil inimo vietq lemia nukleotidu seka

A{TA{A.Apkarpytos pre-mRNR 5i seka yra per 11-30 nukleotidq nuo 3'

galo. poliA ilgis ne rik nevienodas ivairiose mRNR, bet ir keidiasi

molekulei senstant. Jos paskirtis yra apsaugind ir valdymo (Zr. to-

l iau). Be to. pol iA inici juoja baltymu jungimqsi prie mRNR. Thdiau

5i seka nira absoliudiai bfitina. Kitais awejais signalas Ar{UArdA gali

buti labai nutolgs nuo transkripcijos terminaciios tajko. Antai Zin-

duoliq p-globulino gene Sis signalas yra per 1400 nukleotidq nuo

transkripto 3' galo. Prijungus poliA, paprastai vyksta splaisingas' ta-

diau jis nesustoja ir po to, kai poliA prijungimq blokuoja inhibitoriai.Tai terminas i5 jlreiviq (ir cirko artistq) atliekamo triuko: r'irve kar-

poma ir karpoma, o galai kirpimo vietoje sujungti (angl. splicing -

virvds suri5imas, nepaliekant galq)'Pertraukta eukariotq genq sandara. Egzonai ir intronai. splai-

singas. Labai idomus rezultatai gauti sukryZminus genq inZinerijosmetodais isskirtus genus su jq koduojama mRNR. DNR susidarekilpos. Vadinasi, gene yra nukleotidq sekos. kurios praleistos RNR,nors jos ir yra geno viduje. KryZminant DNR su pirminiu transkrip-cijos produktu pre-mRNR, kilpos nesusidaro. Gene yra nukleotidqsekos intronai, kurie transkribuojami, bet jq nera galutindje mRNR.I5 pre-mRNR Sios sekos pasalinamos r,ykstant splaisingui. Islikq su-

brendusioje mRNR transkripto fragmentai vadinami egzonais.

Dauguma eukariotq ir archebakterijq genq transkribuojamo-joje geno clalyje yra pertrauktos sandaros - sudaryti i5 egzonqir intronq. Vykstant tipi5kam splaisingui, intronai i5 pre-RNRpaSalinami.

Eubakterijq genuose intronai yra labai retos iSimtys taiiau jq

yra kai kuriuose bakteriofagq genuose. Antai bakteriofagas T, turitris genus su intronais. Eukariotu genuose egzonq ir intronq dydis(ir tame padiame gene) labai ivairuoja. DidZiausi intronai aptiktiZinduoliq MHC (audiniq suderinamumo, Zr. p. 297) ir drozofilosAntennapedia lokusuose - 70-100 kb.

Skiriasi genai ir pagal intronq skaiiiq. Jq visiikai neturi daugu-ma histonq, interferono genq. Tieddalis visq drozofilos 28S rRNRgenll yra be intronq. Mieliq 28S rRNR genuose intronq i5 viso nera,tuo tarpu jq mitochondrijq analogi5kos rRNR genai turi po vienq

introna. Pasitaiko nr iel iu kamienu. kur iq mitochondri jq genai be in-tronq. Intuzorijos Tbtrahtnwta pigmentosa Siq RNR genuose vienqkamienq yra po 1 intron4, o kitq nera. Kokiq nors funkciniq skirtu-mq tarp Siq kamienq nepastebeta. I5 maZdaug 400 mieliq tRNRgenrl 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/cviso qeno. Nereikia manyti, kad intronai yra beprasmiai. Juose yradaug jvairiu nukleotidq sekq, bltinq genq veiklai valdyti ir kt. Intro-nai gali koduoti polipeptidus arba ribozimus (fermentus - RNR mo-lekules. ne polipeptidLrs), tarp ju ir katalizuojandius splaising4.

Bltinos jvairiq oreanizmq ir genq splaisingo sekos gana skiriasi. GU-AG sekoslabai konservatp, ios (apie 100%).

Norint t iksl iai i5kirpt i introna, butinos trys konservatyvios nukleotidq sekos pa-

i iame in t rone: nuk leo t idq seka in t rono 5 'ga le , a tSakos s r i t i s - konsensusasUACUAAC ir introno - i ' gale Py,NCAGN. At5akos seka blt ina laso t ipo ki lpaisus idan ' t i (2 .9 par , . ) .

Splaisingo t ikslumas priklauso ir nuo gretimq nukleotidq (konteksto;.

Splaisingas r1'ksta bent 4 budais. Pagal tai intronai skirstomi I grupes. Ti i juosesplaisingo buduose daugiau ar maZiau reiSkiasi r ibozimai. DaZniausiai susidaro splai-sosoma. Joje yra maZosios branduolio RNR (mbRNR): U1, U2, U1, U5. U6 ir kel iba l tymai (2 .9 pav .1 . Sp la isosonra suar t ina in t rono 5 'ga lq su v id ine - a tSakos seka.Susidaro laso pavidalo f igDra. Ji i5kerparna, o dviejq egzonq galai sujungiami. Po tosplaisosoma ir iSkirptas intronas pasiSalina.

Ribosominiq ir transportiniq RNR brendimas. Brgsta ne tik ge-nq, koduojandiq balt-l'ntus, bet ir rRNR, IRNR pirminiai transkriptai.Ribosominiq RNR genai sutelkti vienoje vietoje ir sudaro sankaup4.Nuo jos transkribuojama viena bendra pre-RNR. Del Sios prieZastiestokios genq sankaupos vadinamos transkriptonais.

I3 pre-rRNR transkripto i5kerpami ne tik intronai (jeigu jie yra),bet ir skiriandios vien4 genq nuo kito nukleotidq sekos. Thi transk-ribuojamieji tarpikliai. Jie skiria vienas RNR nuo kitq bendrametranskripte. Susidaro ki lpa. Ji i5kerpama (2.10 pav.).

Eukariotai pasiz.'"mi dar viena rRNR brendimo ypatybe. Riboso-miniu rRNR genai-sankaupos yra daug kartq pakartoti, sutelkti vie-noje vietoje, todel ir jq transkriptas sutelktas vienoje vietoje - bran-duolelyje. Cia formuojasi ir ribosomos subvienetai - rRNR sudarokomolcksus su baltvmais.

pre-mBNR

5 Kep

Vieta

U o 3Operonas

l ' ro r r l . . r ius i i . r i ) '

tR \R z - - r2 l

t 5 t

l r u s l r i P t a s + K \ t z c l l l

B 6irpimo vietos

- t i t * *a' 3,

l l i s

10 pa r . P re - rRNR sp la i s i ngas :- bakteri ju opcronas: B - Zinduoliu operonas

Pcrna(os (transport iniu) RNR intron4 f i is t ik vienas) pa5alina cndonukleazd, o cg-zonus sujuneia RNR l igazcs. Kai transkriptas )-ra bendras (gal i b[t i kel iu skirt ingq tRNRgcnu s lnkr ru l ' ros ) . j i : i rg i k r r rp t tn t l s .

Sios tRNR modif ikuojamos ir ki tokiu budu. Susidaro specif iniai minoriniai nu-kleotidai. kuriq nera kitose RNR, pav.vzdi iui. keletas uraci lq paveri iami dihidrou-raci lais. adeninas dgnrninuojamas i inozina ir t . t . Eukariotams b[dingos ir transk-r ibuojamosios tRNR genu regul iacines sekos. kurias fermentai paSalina brgstantIRNR. Be to. prie kickvieno IRNR 3' galo pri jungiamos CCA sckos.

Egzoninds-intronin€s genq sandaros reik5mC. Alternatyvusis splai-singas. Kokia prasmi geno sandaroje tureti intronus, kodel vienigenai juos turi, kiti ne'l Kaip mineta, intronuose yra daug reguliaci-niq nukleotidq sekq. Kai kuriq genrl intronai gali koduoti ir polipep-tidus. Be to, intronai gali buti judrieji.

Neabejot inai egzonind-intronind geno sandara padidina genet inesrekombinacijos tikimybg, ypad geno ribose. Del nekoduojandiq sekqlabai pailgeja genas, kartu atitinkamai dideja krosingoverio tikimybe.Manoma, kad intronai yra rezervas ilgainiui naujoms geno savybems,funkcijoms formuotis. Bet ne tai svarbiausia.

Jau vien tai, kad intronus turi archebakterijq genai. vertd manyti,kad egzonind-intronine geno sandara lemia funkcini organizmo labi-luma. geresni prisitaikvmE prie kintancios aplinkos. Mat archebakte-rijos gali glventi labai nelprastomis, sunkiomis s4lygomis: auk5tojetemperatfiroje, rlgSdioje terpeje ir kt. Pasi5alinant vienam ar kitamintronui, gali susidaryti skirtingos RNR.

Egzonines-intronines geno sandaros reik5me galutinai paai5kejotik tada. kai buvo irod,vtas alternatlvusis splaisingas. Jis pasireiSkialabai jvair iai . Kai kur ie jo t ipai pavir izduot i 2.11 pav.

Intronas

Splaisosomoskomponentai i

V

Egzonas 2Mb RNR U1,U2, U5. U4lU6ir baltymai

(1 ) , U QEgzonas 2

Intronas

5.8 S 2ti S

(21 s t<ep-__:--Egzonas 1

5 Kepj =Egzonas 'l

mRNR

Splaisosomos saveikasu intronu

Sujungtiegzonai 1 i 2

.uptarsosomos . A/I komponentai . ! ,-

v (ciklas kartoiasis#

(3)

. U o - sEgzonas 2

+

I l i "- Splaisingo eiga, dal lvaujant splaisosomair

I l r r - c ' g z o n a i ; I _ 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 1 _Sp la isosoma- Ur i r k i tos mbRNR suar t ina in t rono - ; 'gara su a ts isa tq imo seka:2 - intronas kcrpamas -5' gare, o introno atsi iakt j imo ,. toj. 'csantis i .ru.1rngiun-'u,su rntrono 5' galc csandiu G; J _ kerpamas introno 3, galas, laso pa' idalo ki lpa.rntronas pasi ial ina, o egzonu I i r 2 galus sujunria I igazes

96

rep I:

Uo2

97

E-- litr1nl fltrl s -_--i

i.r,

T IP ISKAS SP I -A IS INCAS

ia; lreuonas I nGl GIJFua.6u_-*P''rNP''tuFr rAPr,' -rv^tl cn';lEJEonai7l

Trans-splaisingas yra dar vienas btdas baltymq ivairovei susida-

ryti, nesikeidiant genams. Tiesiogine prasme susidaro hibridind nRNR,susijungus kovalentiniais ry3iais dviejq genq koduojamos pre-mRNRfragmentams. Thip atsitinka tripanosomrl mikrovamzdeliq baltymo tu-bulino pre-mRNR. Nematodo Caenorhabditis elegans aktino ir keliqkitq genq lyderind seka koduojama atskirai kitoje vietoje, ir transk-riptas yra prijungiamas. Dumbliq Chlamydomonas viename i5 chlo-roplasto genu (psa) pirmasis egzonas yra per 50 kb nuo antrojoegzono, o iis - per 90 kb nuo trediojo egzono. Thrpuose (intronuo-se) yra kitq genu. Pana5iai yra Zinduoliq pagrindiniame audiniq su-derinamumo lokuse (MHC).

RNR redagavimas. Thi irgi bfidas sukurti RNR ir baltymq ivairo-vg. nesikeidiant genui. Be to, Siuo atveju mRNR atsiranda sekos,arba nukleotidai. kuriq ndra padiame gene.

Buvo nustatyta, kad i pirmini transkript4 iterpiami arba, atvirk5-iiai, i5 jo iSkerpami pavieniai nukleotidai arba nukleotidq sekos. DaZ-niausiai U nukleotidas. Tokie mRNR pokydiai vadinami redagavimu.

Siuo metu skiriami bent trys RNR redagavimo tipai. Pirmasis -

iterpiamas arba i5kerpamas vienas nukleotidas. Tai rdmelio poslinkiomutacijos imitacija. Pasekmds visi5kai tos paiios. Nuo nukleotido iter-pimo arba Salinimo vietos visq kodonq skaitymas mRNR transliaci-jos metu pasislenka.

Antrasis redagavimo tipas - iterpiama arba i5kerpama daug nu-kleotidq. Toks redagavimo tipas aptiktas ivairiuose ZiuZeliniuose -

Tn'pattosotna, Leishrtnnia.Trediasis bfidas - tik vieno nukleotido pakeitimas kitu. Jis aptik-

tas daugelio auk5tesniqjq augalq mitochondrijose ir chloroplastuose.Nuo C pa5alinama aminogrupd, ir tada C virsta U; arba atvirk5diai,prie U prijungiama aminogrupel

.i1 Sit virsta C:

amlnogrupes pruunglmas

Thi tikrai vieno nukleotido virtimas kitu, konversija. Tokiu budu re-daguojamos ir kai kurios Zinduoliq mRNR. Antai didZiuliame pirmi-niame Zinduoliq apolipoproteino B geno transkripte, kuris koduoja,1563 aminorugitis, 2153-iame kodone C pakeitus U, vietoj kodonoCAA atsiranda beprasmis kodonas UAA:

One -+ UAA

f egzonas

- nnnn lSYry splalslllgrig3@ nb i ;\Jry

KAI KURIE AITEBNA_IIVTOJA SPLAISINGO TIPAI Lr reztnasarb,ru

(il# lrfunPr

r",'n''"o'*o- -4--{- ^-- r.l - -r)---zzn=A

Slg'dhauke Smegenrlaulular

Ev.E_v,iqw'fxl ialcrtonfLo mRNR

2.11 pav. TipiSkas (a, b) ir alternatyvusis (c - l ) splaisingas:

a - nukleoticlq sekos - konsensusai dvieju , ,egzonas-intronas-egzonas" r ibose: b - t ipiSkas

splaisingas geno. turincio daug egzonq, ivairaus dydZio egzonai ir intronai: c - gal i buti

i ikcrpami ne t ik intronai, bet ir egzonas(ai): r1 - alternatrvus intrc)ni] splaisinuas; e -

alternatyviai Sal inama dal is egzono:.f - to paties geno kel i egzonai turi pol iadenil inimo

sait4 (A,) l N - be t kuris nuklcotidas: Pu - bet kuris purinas; Py - bet kuris pir imidinas;

,g - alte;natlvus kalcitonino prc-mRNR splaisingasl visais atvejais (c-e) gal i wkti i r

t ipiSkas splaisingas

l . I i to pa t ies t ranskr ip to v ienu a tve ju pa ia l inami v is i in t rona i . 2 .1 I pav . , g .

an t ruo ju - ne t i k in t r r tna i , bc t i r da l i s egzonq (2 .11 par ' . . c , g ) , pa te ik tas i r konkre-

tus pav.vzdys - tas pats kalcitonino gcnas koduoja du skirt ingus baltvmus: viena

subrcndusi mRNR (egzonai 1. 2, 3, l) - kalcitonin4. o kita mRNR - specif ini

audiniq baltym4, aptinkama smegcn)'se.

2. Alternatyviai Sal inanri intronai (2.11 par.. d). Tik maZa dal is drozofi los po-

t iniq lqstel iq (Zr. p. 3-57) virsta qcncrat\ l , inimis. t . l ' . t ik tos. kuriosc judriojo geno-

mo'elemcnto P kocluojama pre-mRNR patvrC splaising3. Po splaisingo mRNR ko-

duojir baltymil . aktyvinanti genrr veiklq. o mRNR be splaisingo. atvirkidiai. koduoja

baltym4, kuris slopina gencratyt, iniu lastel iq v1'stvmqsi - ) ' ra reprcsorius. laigi splai-

singas valdo gcnq veikl4 ir l4stel iq di lerenciaci lr l .

3 .$a l i bu t i pas i r ink t ina i ia l inanas ne v isas egz( )nas . o t i k da l i s jo (2 .11 pa \ ' . , t ' ) .

Alternatyvusis splaisingas turi blti numatytas geno sandarqe. Pvz.,poliadenilinimo sek4 gali tureti ne tik paskutinis, bet ir kiti egzonai(2.11 pav. . f l .

Taigi i5 to paties geno, jam nesikeidiant, del lvairiai atliekamo

splaisingo gali susidaryti skirtingos subrendusios RNR.

98

tr

99

- : . ' . " r ' d

" o z n r : r ) (n) .A(n)

Smegenrl aulular

Pradine mRNR koduoja stambq (512 kDa) B apol ipoproteina ke-penq l4stelese, o po redagavimo koduojamas perpus trumpesnis ( ik incrnsenso) B apolipoproteinas Larnyno l4stelese. Dumblio Spizellomv'ces punctatu.r ir amebos Aconthantoeba castellanii mitochondrijq tRNRgenq transkr ipte pir imidinas kei i iamas purinu arba A keidiamas G.Nauda akivaizdi. Siq organizmu mitochondriju DNR 1,'ra i5 viso tik 8tRNR genai, o del redagavimo susidaro 24-25 skirtingos IRNR.

To paties geno transkriptas redaguojamas ivairiose vietose. Taisukuria tos padios RNR ivairovg - populiacijq. o jeigu 5i yra mRNR. -

tai ir baltymq populiacij4 (izoformas).Redagavim4 atlieka specialus baltymai. Jie lvaims, priklauso nuo

redagavimo tipo. Sie baltymai vadinami editazdmis (angl. - clottble strandRNA-specific editase). Mat daZniausiai redagavimui butinos specialiosRNR. Jos naudojamos kaip matr icos nauj iems nukleot idams i terpt i iRNR (2.12 pav.). Tokios RNR vadinamos gidais (gRNR). Editaziq ge-nq defektai (mutacijos), sutrikgs valdymas, pakitusi veikla, arba veiklane tose l4stel€se, kuriose normaliai turdtq genas veikti (pvz., kepenqlqstelese gaminasi Zerrnyno B apolipoproteinas), sukelia Zmogui ligas.Antai editazes geno REDI sutrikimai sukelia fatali4 epilepsij4.

Pirminio transkripto pokydiai brendimo metu yra budas sukurti RNRir baltymq iverirovg nesikeidiant genui; RNR ivairove sukuriama:

. alternatlviu splaisingu arba trans-splaisingu,

. pre-RNR redagavimu.

. bahymq lvairovg padidina pokydiai transliacijos metu, tarp jqir atsiradg del IRNR modifikacijos Sioms RNR brgstant.

2,3.3. Transliacija. Baltymo sintez6.'Iransliuojamosios geno dalies sandara

Transliacija - tai balgvmo sintezd ,,ribosomq+mRNR" komplek-se. AminorugSdiq seka polipeptide yra uZkoduota mRNR.

Baltymo sinteze r,yksta Siais etapais:

. aminorrJgStiq akryvinimas ir prijungimas prie tRNR,

. ,.ribosomu * mRNR" komplekso susidarymas,

. transliacija, kuri irgi yra skirstoma i etapus: iniciacijos, elonga-cijos, terminacijos, reiniciacijos (pastaroji, matyt, ne visuoseorganizmuose ir ne visq mRNR)

Aminorlgidiq aktyvinimas ir prijungimas prie IRNR galetq b[tiskirstomi i du etapus, bet juos katalizuoja tie patys fermentai - ami-noacil-tRNR sintetazes. Sie fermentai yra savit i kiekvienai amino-rfigiiiai. Aminorlgitys akryvinamos irgi etapais, dalyvaujant ATP irsusidarant aminoaciladenilatams (smulkiau B. Juodkos knygoje ,,Nu-kleino rlgSciu chemijos ir biochemijos pagrindai").

PernaSos RNR (IRNR) yra savitos ne tik kiekvienai aminorDg5-tiai, bet ir kodonams. Tadiau del genetinio kodo nevienareikimiSku-mo jq gali brlti maZiau arba daugiau, negu turetq btti pagal kodonqskaidiq. MaZiausias tRNR skaidius yra mitochondrijose - tik 24. Dai.-nesnis IRNR perteklius - daugiau negu jq turdtq bnti. Ypad didelisperteklius yra eukariotr] tRNR. Tbkio pertekliaus prieZastis ta, kadkodas yra ner.,ienareik5mis specializuotose l4stel6se, konkrediuose ge-nuose del IRNR modifikacijos (minoriniq nukleotidq).

Aminoacil-tRNR sintetazes labai tiksliai prijungia aminorlg5ti. Thipirmasis atpaZinimo rei5kinys transliacijoje. Nuo to, kaip tiksliai jisryksta, labai priklauso tiksli galutinio mRNR genq veiklos produktobalwmo sintezd. Vadinasi. Siam tikslui turi blti priemonir; sistema.

Pirmiausia aminor[gStis t iksl iai pri jungiama prie aminoaci l- tRNR sintetazes. Pas-tarojoje yra tr) 's pri jungimo centrai: aminor[git ies, ATP ir IRNR. Antra, sintetazdtiksl iai jungiasi su at i t inkama IRNR. Ivair ios sintetazds sqveikauja su IRNR skirt in-sais bldais. Ir pagaliau tredia. IRNR t iksl iai atpaZista mRNR kodona.

Klaidq gal i buti padaroma bet kuriame i5 minetq tr i jq etaprl , bet jos iStaiso-mos. Vadinasi. r ' isuose tr i juose etapuose dar yra kontrol is - klaidu iStaisymo bldai.Paskutiniame - , .kodonas-antikodonas" s4veikos - etape klaidas taiso ir r ibosomos.Vienas iS tRNR reparaci jos fermentq yra IRNR nukleotidtransferaze. Sis fermentasakccptorinio st iebel io 3' gale pri jungia arba pataiso nukleotidq sekq CCA, kai Siossckos ndra arba j i nepi lna.

Aptikta mutaci jq, paZeidZiani iq aminor[gSties jungimasi prie sintetazis, o 5ios -jungimasi su IRNR.

.GAAAAG

-AUAAAU

-GAAAAG

Pre-mRNR kontaktas su RNR gidu

n-A4' rcGGUUG-pre-mRNR:i l l l l l l i l i l l l l lt lfuuuaeeuRueeuacasnuucaecd UCAGU-RN'R gidas

UGUCUUUUAACU

l| ||l ltl- A U AA A U LU,U,U444 U 4 U44!AG4444U UGA{EU U C A G U - RIrl R g i da s

IV Redaguotos mRNR atsipalaidavimas nuo gido

-GAAAAGAAA UUU A U G UU G U C U UUUAACUUCAGGUUC-nIRIT.R

2.12 pav. Pirminds mRNR redagavimas, dalyvaujant RNR gidui:([ .eishmania citochromo b pre-mRNR/mRNR atkarpa: i tcrpt i U parl ikint i)

100

u-eAlccuuc-pre-mRNR{ Papildomq U iterpimas

i 01

Ribosomos yra organizacinis transliacijos centras.

Jos yra vienos i5 nedaugel io eukariotq nemembraniniq organoi-dq, kuriems budingas savaiminis susiformavimas i5 i jq sudeti ieinan-diq biopolimerq. Si proces4 par.1'ko atkurti in vitro. Siuo bldu gautadaug Ziniq apie ribosomq sandara. rRNR s4veika su ribosomq bal-tymais. Ribosomos sudan'tos i5 dviejq subvienetq. ProkariotU riboso-mose baltymrl yra maZiau. Ir patys subvienetai, ir visa eukariotr+ribosoma yra didesn6 uZ prokariotu ribosom4. Eukariotq ribosomuRNR taip pat stambesnes: didZiajame subvienete (605) yra 28S, 5,8Sir 55 rRNR, maZajame subvienete (40S) - iSS rRNR. Atitinkamaiprokariotu didZiajame subvienete vra 23S ir 55 rRNR, maZajamesubvienete - 165 rRNR.

Ribosomq padetis eukariotq lqstelese yra kitokia negu prokariotq. Pirma, eukario-tams btdingos pol isomos (arba pol ir ibosomos). Thi vicnos mRNR ir kel iu r ibosomq kom-pleksas. Pol isoma yra lyg nedidele gamyklele, gaminanti vieno t ipo balt lma. Mat antkiekvienos r ibosomos, ieinani ios j pol isomin! kompleksq, nuo tos pai ios mRNR vienumetu sintet inama po vien4 baltynra. Tokia sinteze labai intenslvi. Antra. r ibosomq i isi-destymas priklauso nuo l4stel€s diferenciaci jos. Tai ypai b[dinga toms ribosomoms. ku-r ios yra ant grldetojo endoplazminio t inklo. Jo sandara ir funkci ja ( ivair iu medZiaeqspecif ine sinteze ir pirmind pernaia). kaip Zinome, lemia l4steles special izaci ja.

Ribosomose yra Sie ju veiklai reikalingi centrai (vietos):

. aminoacilininis (A) - aminoacil-tRNR jungimosi sritis,

. peptidilinis (P) - peptidil-tRNR jungimosi sritis,

. i5 laisvinimo (E) - nereikal ingos IRNR iSlaisvinimo,

. atpaiinimo (R) - beprasmio kodono atpaZinimo sritis (2.14 pav.).

Transliacijos pradZia (2.13 pav., 1, 2) prasideda nuo to, kad su-sidaro kompleksas:

30 (arba 40) S ribosomos subvienetas xx mRNR'fM et- tRNRf" .IF2.GTP

Speciali iniciacijos fMet-tRNR (eukariotq - Met-tRNR) prisijun-gia prie komplekso, kai vienoje i5 ribosomos vietq - A saite atsidu-ria iniciacijos kodonas, daZniausiai AUG.

E saitas-nereikalingos tRNR iSlaisvinimo (lot. exit)sritis ribosomoje.be savo tiesiogines paskirties, reguliuoja transliacija. Kol 5i vieta uZimta,A saito giminingumas aminoacil-tRNR yra labai sumazdjes, todel tran-sliacija i,yksta ,,Zingsnis po Zingsnio" - kodonas po kodono.

r02

XnrR\R

..I* -N l c tl n i c i a c i j o s

r c i k n i r i

v3-I Phc

l ---..} {:

Elougaci j os\ eiksniai

- * - - ->

mR\R

,/ ".{ r J

r"r?r i l u

. - . - ( ; l ) ' '

Laisvasp o l i p e p l i d a s

2.13 par. Escherichia col i transl iaci jos eiga:

/*2 - iniciaci ja; -3-5 - elongaci ja; 6-7 - terminrci j : t

103

' r . r - \

\ ' ' t " .

\

T'\ \L, r'ieta ,{

Elongaci ja ( '2r.2.13 pav,. 3-5) - pol ipept idin€s grandinds pol ime-rizacija. Ji prasideda nuo to, kad iniciacijos aminoacil-tRNR atsiduriaP saite, o i A sait4 pagal ..kodonas-antikodonas" s4veik4 stoja kitaaminoacil-tRNR. Susidaro polipeptidinis rySys. Po to ribosomose velv1'ksta poslinkis po poslinkio per vienq mRNR kodonq. Ribosomqvaidmuo itin svarbus. Jos tikrina, ar teisingai I A sait4 pastatomaaminorflgitis. Sis reiSkinys vadinamas ribosomine korekcija. Thanslia-cijos tikslumui vieno tikrintojo nepakanka - yra dar specialls baltymai.

Pabaiga (2,I3 pav., 6, 7) baigiasi vienu kuriuo i5 terminacijoskodonq. Thdiau, kaip mineta ankstesniuose skyreliuose (Lr. 2.1.3 ir2.1.5), tai labai suddtingas transliacijos etapas. Jame dalyvauja termi-nacijos veiksniai. Jie ivmimi atitinkamai RF arba eRF. Vienas i5 jq(RF3) reguliuoja lEsteliq dalij imqsi.

Baltymq brendimas. Naujai susintetintas polipeptidas ivairiais b[-dais modifikuojamas. Polipeptido modifikacijos daugeliu atZvilgiu me-na pre-RNR brendima. Polipeptidas net yra karpomas ir vel sujun-giamas arba baltymas sujungiamas ii atskirq polipeptidq - domenq(lr. p. 291). Tai labai pana5u i RNR splaising4.

Kaip mineta, reikiamu momentu Salinamas signalinis polipeptidas.Nuo daugelio baltymq pa5alinama ir aminorug5tis, nuo kurios

prasidejo polipeptido sintezd. Prokariotu tai formilmetioninas, o eu-kariotq - metioninas. Da2niausiai baltymai prasideda kuria nors kitaaminomgitimi. Vadinasi, Siuo atveju forrnilmetioninas (arba metioni-nas) buvo atskeltas. Kai prokariotq baltymas prasideda metioninu,nuo formilmetionino galejo blti atskelta formilo grupe. Visa tai at-l ieka special ls fermentai .

2.4. DNR replikacija

2.4.1. DNR replikacijos irodymai ir su jais susijg DNR tyrirno metodai.Pusiau konservatyvi DNR sintez6

Pasak Vatsono ir Kr iko (Lr. 1.2.2. i r 2.1.) . DNR grandines pernepawarius vandenilinius rySius gali viena nuo kitos atsiskirti. Jeigui5 aplinkos prie vienos ir kitos grandinds prisijungia nukleotidai ir poto jungiasi tarpusaq,je, susidaro dvi naujos molekul€s, visi5kai tokiospat, kaip senoji molekule. Be to, puse naujos molekules, tiksliauviena jos grandind. yra i5tisai i5 pradines molekules:

P r ie ta\ r ' ieta

2. l4 pav. Ribosomos-mRNR kompleksas:vir iuje - pol ipeptido sinteze ir mRNR saveika suP v i e t o s i r k o n r r k l a s s u l 6 5 r R N R

.. R saitas (1or. reco,qnit ict l l - atpazinimas) kol kas t ik posturuojamas: RNR srcnkarib.sonra. Pastaroj i t iesi.g . . ieiko" at i t inkamu nukleotidu scku-kodonr.r. Kai priekonlpJekso prisi jungia -50 (60)S r ibosonrrr. suhr, ienetas. galut inai susiformuola A irP saitai. PasiruoSta transl iaci jai .

Kompleksas susidaro ir prasideda transliacija dallvaujant specia-liems baltymams. Jie vadinami iniciaciios veiksniais. Jq prokariotaituri 3: IF1, IF2, IF3. e'kariotai - t0. luos nesunku atskirt i pagaruzraiymo b[dq: pries visq tipq eukariotq veiksnius rasoma e: eIF1,eIF5 ir t . r.

Iniciacijos etapas baigiasi, kai ribosomos A saite atsiduria ini_ciacijos kodonas. su juo kontaktuoja savo antikodonu inicia-cijos aminoacil-tRNR.

104

A. P ir E r. ietomis: apai iojt _ A

i[] S subr,ienetas

105

t lC_ _G

t lT_ -A

l i . IA_ _T

t lG- _C

t lC_G C_Gl l

T_A T_A-+ l i t I

A_T A_Tt l

G-C G_C

l l l lC_G C_Gl l l l

T_A T_A- ) | l i ' l I

A_T A_Trtt l

G_C G_Ct t l l

Naujose DNR grandinese nukleotidai ijungiami komplementaru-mo matricai principu. Jei matricoje yra A, tai naujoje grandineje Ijei matricoje G, tai naujoje grandineje C, ir awirkSdiai. Primename!kad tai lemia vandeniliniq rySiq skaidius: tarp G ir C - trys, tarp Air T - du (Zr. 1.11 pav.).

Siuo metu niekam nekelia abejoniq pusiau konservatyvi DNRsintezd (naujose DNR molekulese viena DNR grandine yra sena, okita - nauja), arba kitaip replikacija (senoji grandind yra matricanaujai grandinei sintetinantis, ir dvi naujos DNR molekulds yra visi5-kai tokios pat kaip senoji molekule). Tadiau buvo laikas, kai tai rei-kejo irodyti. Siuo metu Sie irodymai bltq tik mokslo istorija, jeigujie neb[tq pagrindiniai molekulinds genetikos metodai. Jq atradimoistorija geriau atskleidZia Siq metodrl esmg.

Pirmiausia buvo nustatyta, kad DNR grandinds gali viena nuokitos atsiskirti ir vdl susijungti vandeniliniais ry5iais. Taip pat buvoi5skirti fermentai DNR polimerazds, atliekanfys DNR sintezg. Betpaai5kejo, kad sintezei reikia Siek tiek senqjq DNR molekulirl. irnaujosios DNR molekules yra visiSkai tokios padios kaip senosiosmolekul6s. Vadinasi, DNR sintezei bfltinos matricos.

DNR grandiniq i5siskyrimo ir susijungimo metodas taikomas la-bai lvairiai. Svarbiausias jq - molekulind hibridizacija. DNR polime-razds ir matricos naudojamos ivairioms polinukleotidq sintezems invitro (Lr. toliau).

Specifinis DNR Zymejimas ir autoradiografija. 1957 m. Teiloras(J. H. Taylor) pasiile metod4, kaip DNR specifi5kai rymetiradioaktyviuo-ju izotopu, o Zymes isijungimo viet4 chromosomoje nustatyti auto-radiogramoje. Thm tikslui naudotas tridiu Zymdtas timidinas. Thi timinonukleozidas (timinas* deoksiriboze). Jis tinkamas del dviejq prieZasdiq:

106

G'

2.15 pav. Pupq chromosomrl iym€jimas rH-t imiCinu:

kaireje - chromosomos II dal i j imosi metafazdje (pagal J. H. Taylor, 1957); dc5ineje -

chromosomos ir DNR prie5 bandym4 (0), po pirmojo (I) i r antrojo ( l I) dal i j imqsi.hykg seseriniu chromatidZiu mainai (pora ju nurodyti rodyklemis)

a) DNR yra timinas, kurio nera RNR (ten vietoj jo yra uracilas), todelzymetasis timidinas isijungia tik i DNR ir kituose junginiuose jo nebfna;b) timidinas skverbiasi i l4steles lengviau negu timinas. Zymint tridiu, ga-lima tiksliai nustatyti isijungimo viet4, nes tridio i5spinduliuojamq B-da-leliq trekai labaitrumpi, todel ten. kur isijunggs tritis, autoradiogramosesusidaro taSkas.

Thip buvo Zymetos pupq Sakneliq meristemos l4stelds. 3H-timidi-

nas panaudotas tik prie5 pirmqji l4steliq dalij im4si (po to Sakneldsb[davo nuplaunamos). Kaip ir buvo tiketasi pagal numatyt4 schemE(2.15 pav.), po pirmojo dalijimosi buvo paZymetos abi chromatidds,o po antrojo l4steliq dalij imosi - tik viena. Thi patvirtina pusiaukonservafyvi4 DNR sintezg.

DNR autoradiografijos ir zymejimo radioaktyviaisiais izotopais me-todai pladiai taikomi ivairiems tyrimams eukariotq l4steldse, ypad DNRsintezei tirti.

Siuo metu yra keletas bfidq konkredioms DNR molekulemszymeti, tarp jq ir neradioaktyvusis Zymdjimas.

t lC_GttT_At lA_Tt lG_Ct l

0

k,I

tH H

iltl^ l l l l

t" lvv; ; r l f t\ i I Ii ' ' o r l l .

I r 1

, l l

't 't{ e , I h h\\,, ' +' t iI ' i r t

l . r ' \ l r ; [J

tp

w&

*

%fE***

%-'ff#

Pastaruoju metu stengiamasi k iek imanoma neZvmeti DNR ra-dioaktyviaisiais izotopais. Neradioaktl,r.iojo ivmejimo bldai: 1) galib[ti prijungiamos nukleotidq sekos, specifiSkai reaguojanc'ios su kaikuriais daZais; 2) naudojami nukleotidq-biotino dariniai, prie bioti-no l iekanos pr i jungianras ferntentas (kr ienu peroksidaze arba Sarmi-nd fosfataze, fcrmento substratas lirsta spalvotomis nuosedomis -

"H 1'H

t t

JL

tl-

---'

Il\

t1l,l

i r \

il rlllll

I

t

rt*l*rr

t lt- -tt l

ilr-r - ' . jL - l

l - l

r ' \

l-1r.1i - l I It-'1 | IFil Ir lr lr t i I

i l l

!

II

tlI/

./

l.ll1f,l

/ . \

l Fli 1 f tlltl

taip aptinkama jo vieta: 3) prijungiamas digoksigeninas i5 augalo rus-nrenes (Digitalis). Jo vieta nustatoma arba specifiniu antikDnu, arbal iuminescenciniais daZais.

Ypac svarbu neradioakty/iai zymeti dalant DNR ir kitus biopo-limerus (RNR. baltymus) h situ - lastelese arba organoiduose, kon-krediose chromosomose. Neradiaokryviojo dazymosi vieta daZniausiainustatoma l iuminescenciniu mikroskopu.

DNR frakcionavimas ultracentrifuguojant tankio gradiente. Galu-tinai DNR replikacij4 irode 1958 m. Mezelsonas (M. Meselson) ir Sta-l is (F. W Stahl) . J ie surado b[d4, kaip frakcionuot i DNR molekules,ultracentrifuguojant tankio gradiente (ivairaus tankio sluoksniuotametirpale). fvairios lyginamosios mases DNR molekul6ms gauti bakterijosEschericltia coli i lg4laikq buvo auginamos terpdje, kurioje vietoj leng-vojo azoto HN buvo jo sunkusis izotopas r5N. Po to bakterijos buvoperkeltos i terpe su irN, periodiSkai i5skirta DNR ir ultracentrifuguotacezio chlorido tankio gradiente. Pusiau konservafyviu budu sintetina-mos DNR ultracentrifugavimo rezultatai pavaizduoti 2.16 paveiksle.

DidZiausias buVo pradines DNR (0) tankis. Visoms l4stelems pa-sidalijus viena kart4 (I), DNR tankis maZesnis, bet turetq bnti tikviena 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 frakcijostankis toks pats, kaip po pirmosios sintezds - vel vienoje grandineje

.vra i5N, antroje laN. Kitos frakcijos (dar maZesnio tankio) abiejose

DNR grandinese turetq blti 'rN. Thip i5 tikrqjq ir gauta.DNR ultracentrifuguojama ne tik CsCl, bet ir sacharozds gra-

diente. Frakcijos padaromos matomomis uitravioletiniais spinduliaisarba daiant, daZniausiai etidZio bromidu.

2.4.2. DNR replikacijos eiga

Pateikta 2.4.1 poskyrio pradZioje replikacijos schema labai supap-rastintzr. Thip supaprastintai DNR replikacija pradZioje isivaizduota.Manyta, kad uZtenka tik surasti ferment4, kuris jungia nukleotidus(nukleozidtrifosfatus) i polinukleotiding granding, ir DNR replikaci-jos problema bus i5sprgsta.

1956 m. Kornbergas (A. Kornberg) i5skyre pirm4ja E. coli DNR Ipolimerazg. Dabar bakteriju jau Zinomos trys (o gal ir 4), eukario-tq - keletas DNR polimerazi4. Mat vis dar atrandamos naujos DNR

jII

'\

rtt - lr- --'1

t- -1t-l

l]1.[ - ] [

1,,il-| 1 f -

2.16 pav, Escherichia coli DNR frakcionavimas ultracentrifuguojant tankio gradiente(Mczelsono ir Stal io bandt'rrras):0 - priei bandyml, 15N-riN - vie na irakci ja: I - po pirmosios repl ikaci jcrs,, I5N-],N -vicna frakci ja, pakitusi jos padctis; I I - p<-r antrosios rcpl ikaci jos. 1:N-1rN (padetista pati kaip I). i r rrN-rrN - i i viso di, i frakci jos: I I I , po trediosios repl ikaci jos.rrN-rrN ( jos po kickvienos naujos repl ikaci jos daugcja) ir i ick t iek Lj\-r.N

108

3 r

2 -

-j-t

II1

11N, - .N 15N i .N

3 r

N . N

4 "ru l'rJ \--./L

polimerazes. Tadiau giliau iStyrus DNR sintezg ir dna mutantus, iro-dyta, kad DNR replikacija v,vksta labai sudetingai. primename (Zr.sk. 1.4), kad dna mutantai slopina DNR sintezg. Jie aptinkami irtiriami kaip santykinai letalus - temperatfiriniai mutantai. Kiekvienasnaujas nealelinis dna mulantas - tai vis naujas genas, naujas veikejasDNR irykiq grandineje. E. coli yra per 150.

Pagal tris nealclines mutacijas pou, pr:lB, polc paryko isaiskinti. kacl E. coliyra ir trys DNR polimerazes. Be to. \ , iena i5 jq - DNR III pol imeraze vra holo-fermentas. kuris turi maziausiai 10 komponentq, ir jq sintezg lemia. matr.r. 7 genai.Mutaciju poL4, polB, polc tyrimais taip pat irodyta. kad retkariiais i'iena DNRpolimeraze gal i pakeist i ki t4. st ipr iai paZeisrE.

Kitais dna mutantais i5ai5kinta praimosoma. Tik vienas is i ios grupes genrJ.btttent dnaG, koduoja praimazg. Nemazai aptikta ir dna genu, kuriq produktaiSiandien neZinomi, bet zinios apie jq buvimq skatina ieSkoti produktq ir procesq.kuriuos i ie genai lemia. vadinasi, mrlsq zinios apie DNR repl ikaci ja dar negalut i-nes. Ypad mazai i inoma apie dna ir ki tq genq, dalpaujani ir l DNR biosintezeje,valdyma. Labai svarbu i5siai ikint i , kaip valdoma asinchroniSka eukariotu ivair iu re-pl ikonq repl ikaci ja ir kaip DNR sinteze suderinta su l4stelds ciklu.

DNR replikacijos tipai ir etapai. Skiriami du DNR sintezds tipai:rep l i kac ine . nep lan ine .

Replikacind sintezd - tai .,planine" viso genomo DNR sinteze. Jir,yksta prie5 lqstelei dalijantis. Tai esmine genetinds medZiagos pavelde-jimo dalis. Antras svarbus etapas - tiksliai paskirstyti DNR molekulestarp dukteriniq l4steliq. Tiek bakterijr], tiek eukariorq replikacing DNRsintezg atlieka baltymq kompleksas replisoma. Suprantama, kad esmin-giausi fermentai Siame komplekse yra DNR polimerazes.

Eukariotq mitochondrijos ir augalq plastides yra santykinai gene-tiSkai savaranki5kos: ne tik turi DNR, bet ir autonomiskai sintetinabaltymus (.2r. p. 231). Jq genomo DNR replikacijai yra specifinesDNR polimerazes, atitinkamai y ir 6. Specifines DNR polimerazesturi ir kai kurie DNR virusai (pvz., bakteriofagas T' plslelines vi-rusas). Ir pagaliau ypad specifing DNR polimerazg turi kai kuriejudrieji eukariotq genomo elementai (retrotranspozonai) ir rerroviru-sai. Tai atvirkstind transkriptazE, arba nuo RNR priklausanti DNRpolimeraze. Ji sintetina DNR nuo RNR matricos.

Neplanind DNR sintezd nesusijusi su l4steies dalijimusi (i5 dia jospavadinimas), yra ne viso genomo, o tik atskirq DNR segmentq.Zinoma keletas tokios DNR sintezes awejq. pirmiausia tokiu buduuZtaisomi DNR vienagrandziai trfikiai. atsiradg ne tik del mutageni-

1 1 0

D\R Lll polrmeraze

f)\R I polrmerazc

2.17 pav. DNR repl ikaci ja

niq veiksniq (reparacind DNR sinteze). Ti[kiai atsiranda bei uZtaiso-mi ir normaliuose lqsteleje rykstandiuose procesuose, kuriuose daly-vauja DNR. Visais Siais awejais veikia 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 sintezes tipai aptikti per pirmqji mejo-

zes dal i j imqsi - z igotenoje i r pachitenoje (Lr.p. 569). DNR segmen-tai. kuriq replikacija rl,ksta minetose mejozes stadijose, atitinkamaivadinami zyDNR (zigotenine) ir pDNR (pachitenind).

DNR replikacijos eiga (2.17 pav). Smulkiau DNR sinteze nagri-nejama ,.Molekulines biologijos (genetikos)" kursuose ir B. Juodkosvadovelyje , ,Nukleino r f ig5diu chemijos i r biochemijos pagrindai"

1 1 1

(1988). DNR sinteze prasideda nuo nukleoridrl sekos - replikato-riaus, arba ori (angl. origin - pradiia). Sia nukleoticlu sek4 atpazistaspecialls baltymai (zr. toliau). Dazniausiai iniciacijos signalas is abie-jq pusiq apsuptas nukleotidq seku, kuriose yra daug A-T porq. Tosevietose kur daug A-T porq, DNR grandines lengviau atsiskiria vienanuo kitos, nes tarp A ir T yra tik du vandeniliniai ryiiai. Thi paleng-vina DNR helikazdms, arba Rep-baltymams, iirynioti dvigubqja DNRspiralg, kad DNR grandines iSsiskirtq ir taptq matricomis naujai sin-tetinamoms DNR grandinems. Vienagrandes DNR dalis stabilizuojaSSB baltymas, kuris jungiasi su vienagrande DNR.

DNR grandiniq iSsiskyrimo vietoje susidaro reprikacind sakutd(2.17 pav.). Ji juda DNR sintezes kryptimi. ir vis naujos motinindsDNR dalys iSryniojamos. Prie5 aprasyrus lrykius DNR II topoizo-meraze pasalina DNR kilpas, o I topoizomeraze (eiraze) keidiasuperspiral izaci jos pobfdi: iS ,,+" (pl ius) vi jq susidaro ,,-, , (minus)vi jos.

DNR sinteze r.yksta viena kryptjmi: 5'-+3'. Vienoje, pirmaujan-iioje (arba l1'derineje) grandineje kaip rik ir yra tokia krvptis. Ant-rosios grandinds kryptis priesinga: 3'-+5'. Si grandine vadinama ve-luojandiqia. Ant jos nauja DNR grandind sinterinama atskirais,vadinamaisiais okazakio fragmentais. Ant sios grandines sintezt-rprasideda nuo to, kad specialus fermentas praimazd (o kai kuriqorganizmq RNR polimerazd) sinretina nedidelius pradmenis (angl.ptutrcr). Sie turi 3'-OH gal4. bltin4 DNR III (arba a) polimera_zei. Veliau Sias atkarpas suskaido nukleazes, ir trlkius uZstato DNRI polimerazd, kuri atlieka reparacing DNR sintezg. DNR fragmen-tus sujungia ligazds. Kol kas neaisku, kaip prasideda pirmaujindio-sios DNR grandin6s iniciacija: ar irgi dallvauja praimazd, ar pa_kanka to, kad fermentas, kuris iniciacijos vietoje kerpa DNR grin-ding, padaro ir 3'-OH gal4. tinkam4 DNR polimerazei.

lvairf is DNR repl ikaci jos bldai. Nors pagrindiniai DNR repl ikaci jos rnomenraiyra bendri visiems organizmams, bet jvair iq organizmq DNR repl ikaci ja turi savitqbruoZq. Tai priklauso nuo DNR sandaros (ziedine-l ini j ine, vienagrancle-dvigrande).Priklauso ir nuo repl ikatoriaus ( ir . tol iau) sandaros. Gali bf i t i vienakr;,pte. praside-

!a vi913me repl ikono gale ir tgsiasi iki ki to galo. Rcpl ikacind iakuti vra y pavi-

dalo. Kitais atvejais DNR sintezd yra dvikryptd. Tokiq repl ikonq o' seka 1,ra padvi-gubejusi, i r abi kopi jos nukreiptos prieSingomis kryptimis.

Kai DNR I 'ra 2iedine (bakteri iq, prazmidziq, didcrio skai i iaus virusu ir kt.) ,rykstant repl ikaci jai, gal i susidaryt i graikq abeceles teta (g) raides pavidalo f igura -teta kilpa.

t t2

Dar vicnas 1'ra . ,besisukandio Ziedo" sintezes b[dirs. Siuo blclu ryksta DNRamplif ikaci ja (Zr. p. 208). DNR segmentas (su at i t inkamais genais) daug kartq pa-dauginamas. Ziedines DNR viena erandind ikerpama. ir nuo jos 3'-galo prasidedanaujos grandinds sintezi. Antroj i grandin€. r ' isq laikq r,yniodamasi, panaudojamaka ip mat r ica .

Labai sr.rddtinga 1ra Zinduoliq mitochondri jq DNR repl ikaci ja: nuo tam t ikromomento ant vienos ir antros i iediniu DNR molekul iq grandiniu repl ikaci ja lykstar r tsk i ra i . 2 ieda i a tsk i r i rm i .

Replikonas. Tai yra genomo dalis, sugebanti savaranki5kai sinte-t int is.

Eukariotq tyrimai privertd pripaZinti esant replikacijos vienetq -replikon4. Eukariotq DNR sinteze lyksta atskiromis DNR molekulesdalimis. Tokiq replikonq skaiiius visi5kai neatitinka chromosomq skai-ciaus. Antai

mieliq (Sacclr ar()ntvces cerevisiae)Drosophila nrclanogasterruplZes (Xenopus laeis)peliu (,it/us nw.rculus)pupu (Vicia Juba)bakterijq (Escherichia coli)

replikonq chromosomq (n)7_s0 16

3500 415000 182,5000 2035000 6

1 1

' Taigi auk5tesniqjq eukariotq replikonq yra nuo t[kstandiq iki de-Simdiq tlkstandiq, o bakterijq - tik vienas. Vadinasi, eukariotq geno-mui bDdinga multireplikonind sandara. Be to, jq replikonai gerokaimaZesni (plg. E. coli 4639 kb, tuo tarpu drozofilos ir mieliq viduti-ni5kai 16 kb, peliq - 150 kb). Bet kur kas svarbiau. kad jq dydis topaties genomo ribose sryruoja daugiau kaip 10 kartq. Ir itin svarbu,kad atskirq replikonq replikacija v,vksta nors ir S stadijoje, bet nevienu metu, asinchroni5kai. Tai siejama su chromatino sandara irgenq veiklos valdymu.

Nuo ori prasideda DNR sintez6. Joje i5skiriami trumpuiiai (mieliq 1l bp) seg-mentai, turinfys daug A-T poru. Juos atpaZista replikacijos pradZios baltymai. Jq1'ra keletas. Antai E. coli 245bp ilgio ori yra 3 kartus pakartota 13bp sekaG.{TCTNTTNTTTT ir 4 kartus 9bp seka TTATNCANA. Su jomis s4veikauja balry-mas DnaA (sqveikos vietoje jo molekuliq daug: 2G-40), paskui ir kiti baltymai (DnaB.DnaC ir kt., i5 viso 6); 13bp sekq vietose atskiriamos DNR grandinis sudaro re-plikacine Sakutg. O toliau - jau Zinomi iwkiai (Zr. aukiiiau).

Abiejuose replikono saluose. net E. coli, irgi yra pabaigos (ler) sekos. Kaipminita. repl ikatoriaus sekos, miel iq dar vadinamos ARS (angl. autonotnous repl ica-ting sequences - savaranki5kai replikuojancios sekos), labai svarbios DNR molekuliq

113

gcnetinci lLrtr)nomijai 0ustatvt i . Jei_su DNR arba jos dalvse aptinkama ARS, taincabc jo t in l i sa l ima tv i r t in t i . jog j i r ra savarank i i ka genc t ine s t ruk t [ ra

Vistrs savarankiSkos citoplazminds genetinds struktf iros (plazmides. plast ides.mitochondri jos ir kt.) tur i tokias sekas. Dazniausiai ju DNR rra i iedin6, unirepl i-konind.

Labai svarbus DNR replikacijos tikslumas. Neiitaisytos klai-dos, kurios lieka naujai susintetintoje DNR, yra paveldimi po-kydiai - mutacijos. Auk5tas muracijq daZnis claZniausiai pri-klauso nuo DNR sintezds klaidu.

Pirrniausia DNR replikacijos stabilumq s4lygoja DNR sandai.osypatybes. 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+.

Padarytas klaidas i5taiso, pasalina neteisingai ijungtus nukleotidusDNR polimerazes. Jos yra ir 3'-+5' egzonukleazes. Atliekama DNRkorekciia. Vienagrandes DNR kompleksas su SSB balryrnu sumazinaklaidq daZni 10 kartq.

vis delto klaidingai ijungtu nukleotidq tebelieka. pirmiausia juosSal ina nesuporuotq nukleot idq. paskui i r k i tos DNR reparaci jossistemos.

Aptikta mutagenlf ir ypad genrl mutaciiq, kurios padidina klaidin-gai iiungtq nukleotidq dalni. Kai kurios mutacijos paclidina 50-100tDkstandiq karttl. DaZniausiai slopinamos DNR polimeraziq korekci-nds sav,vb6s ir 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 modifika-ci ja yra meti l in imas. Meti l in imo fermentai meti lazes (meti l t ransfera-zes) yra jvairios, ski'iasi pagal metilinamus nukleotidus (m6A, m5c,m4C) ir pagal atpaijstamas sekas, pvz,:

seka G [{lfC - metilina Dam-metitazd

seka C g ; GG- metilina Dcm-metitaze

Auk5tesniuosiuose augaluose ir stuburiniuose gyz[nuose yra ap_tiktos tik m5c metiltransferazis. Jq genome daZniausiai metilinamos

II4

CG sankaupos (120-2000 kb) - . ,CGsalelds". Jos sudaro apie 2Vc

zincluoiiu genomo ir daZniausiai yra geno 5' dalyje.

Thitau ne visq organizmq DNR metilinama. Metilintos DNR ne-

aptikta, pvz,. drozofilos ir mieliq genome.

IV{etilinimas yra labai svarbi DNR modifikacija. Nuo jos priklau-

so keletas svarbiu genet iniq 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

polimerizacind grandinind reakcija

DNR replikacijos ir grandiniq i5skyrimo pagrindu sukurti svarbilsDNR genetinds struktlros tyrimo metodai.

DNR lydymasis ir molekulin€ hibridizacija. Del silpnq vandeni-liniu rySiu DNR grandines gali atsiskirti viena nuo kitos. Ir tai atlie-ka ne tik fermentai. Dar 1960 m. buvo nustatyta, kad, laipsniSkaikeliant temperatur4, DNR grandinds i5siskiria. Thi vadinama DNRlydJ'musi. Lydymosi temperatura priklauso nuo nukleotidq G-C irA-T porq san['kio. Kuo daugiau G-C porq, tuo ji aukStesne. Thigi'lr,dy'mosi

temperatura gali buti vienas iS DNR sandaros rodikliq'

Laipsni5kai maZinant temperatflr4, DNR grandines vdl susi-jungia. Jungiasi homologinemis komplementariomis sekomis.

Pana5ius reiSkinius sukelia pH polcydiai. Sarmineje aplinkoje DNRirgi lydosi.

Visa tai pritaikoma DNR genetinei analizei - homologijai nusta-

ryti. Jungiasi tiek atskirq genq - nukleotidq sekq, tiek viso genomoDNR segmentai, kurie yra homologiniai (tapat[s). HeterogeniniaiDNR segmentai lieka nesusijungg.

Net gana tolimi organizmai gali turdti homologiniq DNR seg-mentq. Kuo labiau lyginamosiose ruiyse DNR yra homologines, tuotos r[Sys artimesnes, ir atvirk5diai, kuo labiau DNR yra heterogeni-nds. tuo organizmai vienas nuo kito labiau nutolg. Vaizdumo deleigalima palyginti Zmogaus ir primatq DNR: Zmogaus DNR nuo Sim-panzds DNR skiriasi tik 1,5-2,57o, Siek tiek daugiau skiriasi nuogorilos. o nuo pusbeZdZioniq daugiau kaip l0%.

115

Molekulines hibridizacijos metodu tiriami genas ir genomas. nu-statoma artimq ir nutolusiq taksonominiq vienetq sistematika, jq tak-sonomine padetis, evoliucija ir kt. DNR grandiniq isskyrimas beisujungimas dar vadinamas denatfiracija bei renatfiracija,

Siuo metu yra veiksmingesniq metodq DNR tirti, bet DNR gran-diniq i5slryrimas ir komplementari s4veika yra daugelio jq esminisdalykas (Zr. toliau).

DNR ir RNR molekulines hibridizacijos metodas ant citologi-niq preparatq. Atskyrus DNR grandines, galima gauti ne tik,,DNR-DNR", bet ir ,,DNR-RNR,, hibridus. RNR nukleotidq se_ka yra komplementari tai DNR atkarpai, ant kurios si RNR buvosintetinama, t.y.kuri yra i ios RNR genas. Komplementarios DNRir RNR sekos gali jungtis. Gaunamos hibridinei molekules, kurir]viena grandine yra iS DNR, kita - iS RNR. 7972 m. tai parykoatlikti ant citologiniq preparatq. panaudota hemoglobino ̂RNR,kuri buvo iymeta radioaktyviaisiais izotopais, kad 6utq galima nu-sta[ti, kur 5i prisijunge prie chromosomos. Konkredial ji prisrlun-gd prie vieno Se5ioliktosios chromosomos ir vieno vienuoliktosiosZmogaus chromosomq segmentrl. vadinasi, dia ir yra hemoglobinogenai. Pirmasis lokusas nulemia hemoglobino o-poiip.ptido, o ant-rasis B-, y- ir 8-polipeptidq sintezg.

Thigi globino mRNR buvo zondas hemoglobino genq vierai nu-statyti. Pagal Zinomas RNR panasiai nusratoma ir litq genq vietachromosomoje. Tadiau, kaip mineta, zondais daZniau nauiojama su-sintetinta arba genq inZinerijos metodais klonuota DNR. prisiminki-me, kad DNR zondo nukleotidq seka gali buti ,,nuZi[reta" ir susin-tetinta nuo konkretaus balfymo aminomgsdiq sekos arba klonuota iStaksonomi5kai tol imq organizmq.

Molekuliniais zondais nustatoma ne tik genq _ iq grupiq, bet irkonkrediq DNR sekq vieta. Salia radioakryviaisiais irot-opulr'zymetqnaudojami ir neradioakryieji zonclaj (ir. 2.a.\.

Molekuliniq zondq metodas Siuo metu yra pagrindinis Zmo_gaus chromosomoms geneti5kai tirti.

Nustatoma ne tik chromosoma, kurioje yra genas, bet ir genovieta joje.

Polimerazin€ grandinind reakcija (pGR, angl. pcR). NaudojantisDNR grandiniq i5skyrimu aukitoje temperatDroje ir DNR polimera-

r16

ze (konkrediai DNR I polimerazes dalimi - vadinamuoju Klenovofragmentu) izoliuotoje sistemoje (in t,itro), buvo padauginami DNRfragmentai. Tadiau aukita temperat[ra degraduoja baltymus, tod6lpo kiekvieno sintezds ciklo reikedavo vis naujos DNR polimerazes.

1988 m. Miulis (K. Mullis) atrado budq, kaip norimus DNR frag-mentus padauginti neribot4 skaidiq kartq. Atradimo esmd - neiprasta

(

Dauginamr rcka I1lt3',tr1 s'

- / a \/ar\5 ' ,F *3 ' ,

D \ R d c n r r iraci ia (95 f )

J@l

utr

H €

F EEI

I r ta ip to l iau

Pol imerazind grandinind reakci ja i r DNR segmento ampl i f ikaci ja

I:s

F

ht

F.

*l

3rtl

E

1.1

F w

Fo

*l lh{t lul 1

r'\A

/l@l\

tt s c€

I l@l Ic. * :;$

F EF

2 . 1 E p a v

I I 7

i-DNR polimeraze. Ji i5skirta i5 bakterijos Themuts aqtntictrs. Si Uak-terija gyvena karStuose sieringuose 5zrltiniuose. Jos DNR polimerazt)pavadinta Thq polimeraze. Ji pakelia temperatfrrq iki 95"C. Optimalitemperatlra 72"C, toddl sinteze r,yksta tol, kol sunaudojami nukleo-tidtrifosfatai ir pradmenys. Sintezei butini pradmenys, kurie ribojadauginamqji DNR fragment4 i5 abieju galq (2.18 pav.).

DNR paveikiama 95"C temperatlra. kad bfitq galima atskirti DNRgrandines. Po to, sumaZinus temperat[rq ik i 50"C, pr i jungiami prad-menys. Temperat[ra pakeliama iki 72"C, ir Taq polimeraze prijungianukleotidus prie pradmens 3' galo. Ciklas vis kartojasi. Po 25 ciklub u t t l 4 x 1 0 6 k o p i j u .

Siuo metodu padauginus DNR, galima nustatyti ne tik genus. beti r nedidel ius alel in ius jq skir tumus, nukleot idq sekq po$, 'dius delmutacijq. Del Sios prieZasties PGR naudojama kaip ..pir5tq arspau-dq" metodas heterozigotinius asmenis pagal mutantin! genq nustaty-ti, kriminalistikoje. paleontologijoje ir archeologijoje - visur, kur rei-kia geneti5kai identifikuoti asmeni. Galima manipuliuori seniai miru-sir+ organizmq genomais ir genais. I5 pradZiu pakanka labai nedidelioDNR kiekio - gabalel io odos, laSel io krauto.. .

III. GENOMO SANDARA IR VEIKLA

3.1. Prokariotai ir eukariotai. Genomo evoliucija

Eukariotq ir prokariotq samprata. Istori5kai organizmq skirsty-nras I eukariotus (tikrabranduolius. gr. eu - tikras * karyon - bran-duoly 's) i r prokariotus (probranduol ius, gr. po - pr ie5*Aaryot1: pro.-rei5kia ankstesng gyvl,bes f<lrmq) atsirado pagaI tai, kad pirmieji turibranduoli, o antrieji jo neturi. Pastarieji turi nukleoid4. Jis yra eu-kariotq branduolio elwivalentas, taciau nera apsuptas membranos.Nukleoidas r,ra kompakti5ka masd i5 DNR, RNR ir baltymq.

Eukariotai labai skiriasi nuo prokariotq, ne vien branduoliu (3.1lentele). Kuo skir iasi jq genu struktf i ra i r veikla (genet inis kodas.transkripcija, transkripto brendimas, transliacija). iSnagrindta II sky-riuje. Kiti skirtumai bus smulkiau nagrindjami toliau.

Prokariotai skirstomi i eubakterijas ir archebakterijas, o eubak-terijos savo ruoZtu - i bakterijas ir cianobakterijas (anksciau vadin-tas melsvadumbliais). Pastarosios rykdo fotosintezg.

fubakterijq ir archebakteriiu genomo sandara taip pat labai skiria-si. T[ro buvo galima isitikinti i5 paskirq nuotrupu II skvriuje. Antaiarchebakter i jq genai yra eqzonines-introninds sandaros. Net manoma,kad eubakterijq genai evoliucijos eigoje intronus prarado. Archetrakte-rijos gyvena i5ties neiprastomis s4lygomis: labai rugSiioje terpdje (pH<2)ir auk5toje temperatfiroje (80'C) - termoacidofilinds; dideleje druskqkoncentraciioje (NaCl daugiau kaip 5,5 M) - halofilinds; gali paverstiCO. metanu (CH.,) ir taip kaupti energij4 - metanogeninds ir kt. Visatai yra paveldimos Siq bakterijq sar,ybds. Jos itvirtintos atitinkamuoseqenuose ir genomo sandaroje. Antai, kaip mineta. archebakterijosTher-ntus oquttticus DNR polimerazds genas koduoja toki fermentq, kurisnedegraduoja net 95'C, o optimaliausias jo aktyvumas yra 72"C tempe-ratIroje.

Eukariotai irgi yra labai jvairls. Labiausiai skiriasi Zemesniqiq(grybr+, dumbliq. pirmuoniu) ir auk5tesniqlq (visi kiti) eukariotq ge-nomo sandara.

Funkcines genomo ypatybes, prokariotq ir eukariotq skirtumai ge-riau suvokiami isivaizduojant. kaip r.yko pirminiq l4steliq ir jq geno-mo evoliucija.

118 119

Sar t bes Prokariotai Eukar io ta i

L,Scndre,argenhil$ $nd*rti

raidq

Vicna l4s i ia i

Paprasta vicnos lEsteles ribo-se. sudetingcsne sporil ikacija

Nuo r iena lqsd iq i k i suddt ingq daug ia-lqsdiq

Laha i sudc t inga. d rugra lasc i . l . t :ncc ia -l izuotas l4stclcs. audinrus. organus. lai-kinas paveldirnumas

n r,lrtsle3 $n!q!*^i organ) ila t(lqstcles kompartmenlizaciJa)

ta rp jq b rJnduo l \ \ . r iho i r rn . r ' J r igu-bos mcrnbranos

lqstelis dqliiima.sis

N e

Ne. be t DNR su t t l k t : i nuk leo i -dq

Dali jasi skersai persisnauciant

Ta ip

Tarp

\' l i toze. mejoze

fll, Gcn*tl*!:n*tllr* :l . Gcnomo sandara l lerl i.t lrt ias

konpleksas su balqnuis

- pktiLli ikuntas

DNR replikaciiu

D N R kopij 4 pasiskirsn nLts

gen4 unikalunas

.i udriej i genomo elementoi

kurtotitr is sekas

\Iiena chromosoma. da2niau-s ia i 2 ied ine

Dh\R kompleksas su nbrrtubaltymq skaidiumi

At i t inka hap lo id4

L n i rep l i kon ine

l'r imitpus. anr lr4stclts mem-branos

Unika lus gena i . t j k rRNR i rtRNR gcnai wa kanotiniai

Transpozonai. insercines sekos

i\{aZai

Fragrnentacija i chrornosomas linij inesstruknrras

Nukleosomine chromosomos sandara

Hap lon to 'd ip lon to ka i ta . auk i tesn igq cu-kar io tq r1 ' rau ja d ip lon las

\ l u l t i r cp l i kon ine

Sud€tingas: mitozC. nrejozi

Un ika l0s i r kanot in ia i sena i

Didesni ir airor e

l\ airiq tipq ir labai daznos

2, Nebranduolinds/nechromosonrinisscnetines strukti iros

Plaarides Mitochondrijq. plastidZirl. kinetosomqDNR. p lazmides ( l ) . k t . ( l )

-1, Cenomo pertYarka Ribo ta (Tn . Is . ampl i f i kac i ja ) Laba i i ra i r i . sk in inga i ra i r iq genomq i r

4. (;€nq sandara ir valdp mas:san r/ara, pertraukti genai 1c'gzonai

/intronai)

IaKtt tnas

Tik archcbakterijLl

Paprastcsnis

Taip. bet ne r isq genq

Daugumos eukariotq ir daugumos jq

senu labai suditinqas

5. Gcnetin0 rckombinacija:homologini

sttitspecil ini

cl i l ats i t t kt i rtro c It to nto.s onul,l ui u i -

DIOSI

Transformacija. transdukcij a.bakterijr l rekombinacija. scks-dukcija

I u ip

. \ c

Krosingoveris, gcno konr ersija

Taip. bet ma2esni reikimc

Tarp

IV. P*veldiilmcs: rdr ir{r/d.1 t r ip . .q l1 r , ' ;a d rus in rmo. i . cenomo iJnd . l ro \ \pd tumar

gen4 s.D eika

sankibos grupis

n ep rik I u uso nu s p olrtt i t1 pu t't, IJtj irnus

Tarp nealcliniq genLl

\ r iena

Visi genai sukibq

Taip. salygoja heterozigoti ikumas. chro-rrosomq skaidiusKiek chromosomq haploidiniarne rinki-nlie

Kai (a) genai nchorrologindse chromo-sontose.

(b ) d ide l i s a ts tumas ta rp qenu

l . l lcnteld. Prokariotq ir eukariotq lqstel6s ir genetiniq strukttru skirtumai

Lqstel€s evol iuci ja. Suprantama. kad pirminiq lqstel iu l iekanu pale-ontologai neranda ir neras, todel moksl ininkams reikia pirmuosius gy-vybes raidos etapus atkurti. Pirmasis etapas Siame kelyje - organinjlljunginiq, ypad biopolimerq sintezi. Thigi pirmiausia reikejo irodvti, kad

r20

r-.Cf

"

* '{.

{r.

e*!l*, tunk ,3.1 par. Kaireje - dirbt iniai koacervatai su DNR; dei ineje - isivaizduojamaskoacen'atq susi l iej imas ir ski l imas pasiekus kri t ing masg i daugeli fragmentq

i ie junginiai galejo atsirasti prebiotindmis s4lygomis, pvz.. veikiant aukitaitemper2lturai ir elektros iSly'dZiams, ultravioletiniams spinduliams. Thibuvo sikmingai padaryta.

Kompartmentai (uZdaros erdvds) - antrasis etapas. Pasak A. Opa-rino. susidari pr.tsleles-koacen'atai (1ot. coocen'onts - surinktas, su-kauptas) ir juos supanti pirmine membrana. Kadangi koacervatas -

pusiau uZdara sistema (3.1 par ' . ) . tai ne visos medZiagos i j i galejopatekt i . bet i r ne visos galejo i5 jo i5ei t i , ypai pol imerai . Taigi san-tykinai vidine aplinka igijo pastovumo.

Koacen'atas - tai pirminis kompartmentas, atribota nuo isori-nes aplinkos erdv6.

Atsiribojimas membranomis l-ra vienas paprasdiausiq. bet ir kla-si5kiausiLr bDdq glvu orqanizmrl homeostazei (pastoviai vidinei aplin-kai) palai(vti. Palyginimui reikia nurodyti, kad ir dabartiniq organiz-mli atsparumas nebudingoms. svetimoms medZiagoms, vadinamiesiemsksenobiotikams (antibiotikams, pesticidams ir kt.), pirmiausia priklausonuo nepralaidZiq membranq. Tik tuo atveju, kai 5i priemone nepa-kankama arba neveiksminga (medZiagos yra skvarbios), veikia kitia tsparumo mechan izmai .

Nesunku isivaizduoti. kaip koacervatai. uZgrobdami daii jq aplin-koje plaukiojaniiu koloidiniu agregatq, virto erdviSkai izoliuotq siste-mrl populiacija. Turejo wkti gamtine Siq sistemq atranka. I5liko tic,kurie buvo .,uZgrobg" k4 nors vertingesni. Ir pirmenybe, matyt, buvo

:s''*,*@,

r , { , ,. , Ph

t '@-@'@,\tr

121

teikiama tiems koacervatams-pfisleldms, kurie turejo pirminio geno-mo elementq. Siq pagrindine paskirtis buvo stabilizuoti pirmines las-teles sudedam4sias dalis ir r,yksmus (tiksliau, ju uZuomazgas). Kitaiptariant, pirmenybe buvo teikiama toms pirminems lastelems, kuriosebuvo daugiau fvarkos ir pastovumo.

Erdvinio atsiribojimo (kompartmentizacijos) krvptimi itin toli yrapaZengusi eukariotq lqstele. Eukariotq l4stelese svarbiausios funkcijossutelktos tam tikruose lqsteles centruose, organoiduose, kuriu neturiprokariotai: paveldejimo, genetines informacijos saugojimo, reproduk-cijos ir transkripcijos i RNR, transkripto brendimo ir kompleksrl subaltymais sudarymo - branduolyje, fotosintezes - chloroplastuose, kve-pavimo 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), nukleoplaz-ma ir, svarbiausia. chromosomos. Mitochondrijose ir plastidese, kuriosyra i5 dviejq membranq, sudetinga yra vidine membrana su erdviSkaiorientuotomis baltymq molekulemis.

Prokariotq lqstel€se yra tik kompartmentizacijos uiuomazgos.Antai bakterijrl lqsteldse, ldubus plazminei membranai. susidaro me-zosoma. J4 butq galima palyginti su pinocitozindmis eukariotq va-kuoldmis, tadiau mezosomos funkcija yra kita - prie jos wirtinasibakterijos DNR. Mezosomos paskirtis * taisyklingai paskirstyri DNRmolekules kopijas tarp dukteriniq l4steliu. Sudetinga strukt[ra yrair bakterijq Liui.eliai. Cianobakterijos ,,1'k6s fotosintezg, todel jul4stelese yra fotosintezg rykdandiq membranq, bfidingq ir eukario-tq plastidems. Vienas organoidas yra bendras prokariotq ir euka-riotq l4stelems. Thi ribosomos. Be to, skirtumai tarp prokariotu ireukariotq ribosomq yra neesminiai.

Daugialqsdiq eukariotq kompartmentizacija labai stipriai lystesi to-liau ir visi5kai nauja kryptimi. 15 pradZiq atsirado vienodq l4steliu san-kaupos - kolonijos. Veliau r,ystesi tikri daugialqsdiai organizmai su spe-cialios paskirties l4steldmis, audiniais, organais. fvaims dumbliai galib[ti Sio etapo tarpiniq grandZi4 paryzdliai. fdomiausias ir geriausiaiSiuo atzvilgiu i5tirtas yra gleivlnas Dicnostelium discoidetun (3.2 pav.).Kaip mineta, Sis vienalqstis gleivfinas blogomis s4lygomis virsta daugia-l4sdiu organizmu. Tokiam virsmui sisnala duoda lasteles. samjnaniios

3.2 pav. Gleivlno Dictyostel ium discoideum virsmas i5 vienal4si io daugial4si iuorganizmu:.4 - r ' ienalEsi iai gleir, ' lnai; B - glcivunq agregaci ja; C - pseudoplazmodZio migraci jai i r ienos vietos i ki ta; D - kojeles ir sporq diferenciaci ja

daug ciklinio adenozinmonofosfato (cAMP). Apie tokias l4steles b[-riuojasi kitos l4steles, rikiuojasi I i lgus vamzdLio pavidalo daugialqsdiusklnus, po to susidaro vaisiak[niai, o ant jq sporos...

Daugial4sdiu eukariotq organizme funkcijos paskirstytos erd-vi5kai Atribotoms l4steldms, audiniams, organams.

Pavelddjimo, rekombinogenezds ir mutagenez6s reiSkiniai tiesio-giai susijg su Sio tipo kompartmentizacija. Ypad progresavo bDdaiapsaugoti, atriboti nuo aplinkos dauginimuisi skirtas l4steles ir struk-tlras (gametas, sporas. gemal4 ir kt.). Sia kryptimi tarp eukariotqmatoma kylanti evoliucija suddtingumo ir tobulejimo kryptimi. I5 pra-dZiq daugial4siiq dauginimuisi skirtos lqsteles atsidire giliame sluoks-nfe (tai matyti dumbliuose). To visi5kai pakanka apsisaugoti nuolabai mutageni5kq. bet menko skvarbumo ultravioletiniq spinduliq.Jie lemtingi vienal4sdiams prokariotams, bet maZiau pavojingi dau-g ia lEs i iams

Gywnq tobulejo kiau5inis, o augalq - i5siryste sdkla. Sios struk-tDros turi maisto atsargq pradiniam raidos etapui ir apdangalaisyra apsaugotos nuo iSords. Gaubtasekliq sdkla - augalq tobulumovirS[ne. Jos gemalo organogenezd toli paZengusi. Ir tai r.yksta antmotininio augalo. Dar tobuliau nuo i5orines ir vidines aplinkosyra apsaugota Zinduoliq organogenezel. Ji visiSkai baigiasi motinosorganizme, maksimaliai pastoviomis ir kontroliuojamomis s4lygo-mis. Tai atlieka placenta, kuri yra klittis net mutageni5koms, sve-timoms organizmui medZiagoms - ksenobiotikams.

;ffiwffi

A

I

Dauginimosi ir genetinds rekombinacijos uiuomazgos koacerva-tuose. Pfisleles galejo ir turejo tiesiog mechani5kai viena su kita su-silieti. Thip vienos ir kitos turinys tapo bendru ,,turtu", teigiamossarybes irgi bendros. Tai bendras visq genetinds rekombinacijos tipuprincipas. Antra vertus, tokie p[sleliq susiliejimai turejo ribas. Turdjoblti pasiekiama tokia koacervato kritine mase, kuriai esant sis tap-davo nepatvarus, subyrddavo. Tai jau pirmine l4steliq dalij imosi uZuo-mazga, Kadangi koacervato turinys fragmentuose pasiskirstydavo at-sitiktinai, jie b[davo nevienodai ,,turtingi". Thdiau bent dalyje jq tu-rejo i5likti per susiliejimus lg,vtas bendras .,turtas"- sud6tis, sandara(3.1 pav.). Stai ir pavelddjimo uZuomazga. Atranka tobulino pradinesl4steles. I5liko tik tobulesnes, toddl ,,susimesti i krfiv4" tapo naudin-ga. Toki ii,yki turejo iteisinti atranka.

Siuolaikiniq l4steliq pirmas ir vienas pagrindinirl signalq dalytisyra kritine l4steles mase (Zr. p. 335). Augimui/l4steles dalijimuisi rei-kia medZiagq ir energijos. Tik jas sukaupus ima veikti kiti l4steliqdalijimosi signalai.

Genomo evoliucija. Kaip formavosi genomas ir labai sudetingabaltymq sintezds sistema, iki Siol tebera misle. Net patys primityviau-si vienal4sdiai organizmai turi ribosomas. Thdiau pagristai manoma,kad pirmind genetind medZiaga buvo ribonukleortg5tis. Ir Siuo metuRNR kaip genetind medZiaga nera visi5kai iSstumta. Tai daugumosaugalq virusq, keliq bakterijq virusq, maZdaug pusds Zinduoliq viru-sq, kai kuriq plazmidZiq, viroidq, epigenq genetind medZiaga.

Pirminese lqstelese genetine medZiaga buvo RNR, matyt, del ke-liq prieZasdiq. DNR veiklai reikalingas tarpininkas, toddl i5 pradZiqbuvo paprastesne baltymq sintezds sistema, be tarpininko; RNR tie-siogiai dalyvavo sintezeje kaip matrica. Labai svarbu tai, kad RNRgalejo veikti kaip autokatalizatorius. Ir Siuolaikiniuose organizmuosetranskripto brendim4, kai kuriuos transliacijos procesus katalizuojaribozimai (RNR, Lr. 2.3-2.4). Manoma, kad polipeptidai i5 pradZiqstabilizavo RNR struktlr4 ir tik veliau nurungd RNR kaip geresnibiokatalizatoriai.

Thip pat manoma, kad pirminese RNR, kuriq sinteze ryko abio-tinemis s4lygomis, nukleotidai atsitiktinai jungesi i polinukleoridinggranding. TLrejo r.ykti Siq molekuliq atranka, tadiau bendra visqvienagrandZiq nukleor[gSdiq tendenci ja sudaryt i antr4 grandingkomplementarumo principu buvo pamatas matricinei sintezei - re-plikacijai atsirasti.

Netikdtai pastaruoju metu pradejo aiSketi detales, kaip ilgq iS-bandymq (atrankos) b[du kr]resi sanrykiai tarp DNR ir RNR arbatarp DNR ir kitq junginiq, t. y. kaip klresi genetind sistema. Antaiimituojant atrank4 (i5 10'r DNR variantq!) paryko atrinkti DNRmolekules, s4veikaujandias su neiprastais junginiais: trombinu, orga-niniais daZais ir kt., su kuriais anksdiau DNR nes4veikavo. Jau dabarSis atradimas pritaikytas kuriant neradioaktyviojo DNR zymejimo me-todus, vaistq pramoneje. Atrankos budu pakeisti ir kiti makromole-kuliq s4veikos parametrai. Antai maLo E. coli RNR viruso Qurepli-kacijos laikas sutrumpintas net 15 kartq. 837o sutrumpejo ir virusogenomas. Ribozimas l3 ktralq,ntena tennophila pradejo karpyti ir su-siuti DNR. Paprastai Sis ribozimas lykdo splaising4, vadinasi, karpoir susiuva RNR. Thigi atskleistas dar vienas labai svarbus genomoevoliucijos momentas: kaip i genetinds medZiagos veiklos sfer4 iei-nantys veiksniai ,,keite Seiminink4", kai RNR kaip geneting medZia-gq nukonkuravo DNR.

DNR - genetind medZiaga. Dvigrande DNR sandara labai stabili.Tai, matyt, viena i5 pagrindiniq prieZasdiq, kodel evoliucija pasirinkogenetine medZiaga DNR. Thdiau ne vien cheminis DNR stabilumasldmd tai, kad ji i5stlme kaip geneting medZiag4 RNR.

Dvigrandeje DNR slypi galimybes

. DNR replikacijai, tiksliai paskirstyti molekules-kopijas;

. DNR paZaidq reparacijai, iStaisyti paZaidas, naudojantis antrqjanepaZeista DNR grandine kaip matrica trlkiui uZtaisyti.

DNR paZaidq reparacijos atsiradimas. Mutageni5kq ir praZutin-gq veiksniq pirmineje terpeje gyq'bei tarpti turejo btti itin apstu.Pvz., tuo metu labai agresy/us mutagenas turdjo bfiti ultravioletiniaispinduliai (UV). Mat ozono apvalkalas, ekranuojantis, sulaikantis UYsusidarti veliau del augalq lykdomos fotosintezds ir i5skiriamo de-guonies. Taip pat lyko intensyvios chemines s4veikos, pvz., nukleoti-dq alkilinimas. Thigi tiesiog butinai turejo kurtis sistemos, apsaugan-dios pirming geneting medZiag4 nuo skvarbiq mutageni5kq veiksniq.Vienal4sdiams tai itin aktualu. DNR reparacijos sistemq evoliucijayra pasiekusi virSlng jau prokariotuose. Thdiau ir Sios SiuolaikinesDNR reparacijos sistemos gana sudetingos. I5 pradZiq turejo b[tinesudetingas DNR reparacijos tipas. Viena daZniausiq DNR palaidq

t25

vra vienagrandiiai DNR trfikiai, kurie atsiranda kaip daugelio pirmi-niq RNR ir DNR paZaidq pasekme. Vienagranddms nukleorDg5timstokie trDkiai butq fatali5ki. Todil, pirma, atranka turejo teikti pirme-nybg dvigrandems nukleorugitims. Antra, dvigrande nukleorrJg5diq san-dara savaime leme paprasdiausi4 DNR reparacijos b[dq - uitaisytitrfiki naudojantis antrqia grandine kaip matrica.

Diploido genetine medZiaga vra dar saugesnd. Degradavus vienaiDNR molekulei, iSlieka antra. Siuo atzvilgiu dar prana5esni yra po-liploidai, kurie turi didesni kaip 2 chromosomu rinkiniq skaidiq. Ne-atsitiktinai tuose Zemes rajonuose, kuriuose sunkios ekologines s4ly-gos, augalq poliploidines m5ys yra daZnos. Gyv[nq, ypad Zinduoliqoptimalus chromosomq skaiiius yra diploidinis, taigi Zinduoliq po-liploidai neglvybingi. Didesni chromosomq rinkiniu skaidiq sunkiautiksliai paskirstyti dukterindms l4steldms, paLeidLiamas genq balan-sas. Thdiau somatines lEsteles gana daLnai yra poliploidines. ypad tqorganq, kuriq veikla susijusi su mutageniniais veiksniais. kaip antaikepenq.

Yra dar viena prieZastis, koddl diploidu DNR saugesne. DNRtr[kiai gali brlti uZtaisomi ir naudojant kaip matric4 antrqjq DNRmolekulg. Tokiu bldu pa5alinami netgi dvigrandZiai DNR trikiai,kur ie, ju nepa5al inus. yra mirt in i l4stelei .

3.2. Bendras genomo sandaros apibudinimas

Bendram genetinill struktlrq apibldinimui vartojamos dvi sqvo-kos:

. genotipas (beveik i5imtinai tik eukariotu) - genetiniq organiz-mo ypatybir+ visuma;

o genomas - klasikiniu aweju (velgi eukariotq) genq visuma hap-loidiniame chromosomq rinkinyje; platesne prasme - qenq vi-suma chromosomose; arba genq visuma konkredioje genetinejestruktIroje:. bakterijq (virusq) genomas - genq visuma daZniausiai Ziedi-

neje DNR (arba RNR);. konkreiiq nebranduoliniu genetiniq strukturq genomai (mi-

tochondriju, chloroplastq, plazmidZiu ir kt.) - genq visumaSiq struktDrq DNR (arba RNR).

Genomas/genotipas vra iigametes atrankos subtiliai subalansuotagenq visuma. Tiro isitikinta tiriant tris tokius esminius genetiniusrei5kinius kaip genu sqveika, genq grupes, genq veiklos valdymas.Visi Sie reiSkiniai nagrinejami atskirai. Genq/chromosomq balansasgaii lemti poZymius (pvz.. drozofilos l1,ti). Genq balansas yra vienasi5 genq valdymo reiSkiniq (pvz., genq, kurie yra X chromosomoje).Sutrikus genq/chromosomu balansui, gali atsirasti mutacijos.

Genomq dydis, i5reik5tas baziq poromis (bp), sv,vruoja labai dide-lese ribose - nuo 5xl0r bp viruso SV 40 iki 10'1 bp augalo Trill ium.

Stai kai ku'riu genetiniq objektq genomai ftp):

virusas - bakterioiasas T. - 1,6x105bakterija Esclterichiu coli - 1,2-4,7x10'mields.Snccl iaronl\ 'cas cerevisiae - 1.4-2x10rncmatodas Caenorhubtliris elegans - 8x10--1x10bvaisind musele Drosolthi la ntelanogu.srar - 1.4-1,7x10"ruplt i i Xettoprr /cors - 3.1x10'rairenis (augalas) . l rubit lopsi.s tht l iatru - 7x10;Zirnis Pisunt sati turrt - 5x10t2nrogus Homo sapiens - 3,3x100

Genomo dydis turetq b[ti proporcingas dviem 'u'ienas su kitu su-sijusiems dalykams:

. genetinds informacijos kiekiui. kurl koduoja konkretus geno-mas;

. evoliucijos lygiui.

Apskri tai taip i r yra (3.3 pav.). Tai iau yra i r akis badani iu neat i-tikimu. Ypai stebina labai dideli auk5tesnirjq augalq ir amfibijq ge-nomai. Be to, jq dydis sr,yruoja labai didelese ribose. {vairiq Zinduo-liq genomq dydis palyginti nedaug skiriasi.

Pagrindinis genomo tyrimo kryptys ir metodai yra tokie:

o nustafyti genq sek4 ir vietq chromosomose:. nustatyti nukleotidq sekas - sekvenuoti, i5ai5kinti jq funkcing

reik5mg ir ypatybes;. klonuoti ir tirti genus.

Genorno tyrimo metodai bus nagrinejami atskirai. Jie visq laik4tobul inami.

Kai kurie genomai tiriami totaliai - sekvenuojamas visas geno-

r27

3.3 pav. Cenomo dydi iai nuk_leotidrf

Antai Zmogaus genome koduojandiosios DNR sekos sudaro tik37r. Buvo metas, kai manyta. kad Zmogaus genome yra 3-6 mln.genq. bet tuo metu nieko neZinota apie genq reguliacing dali irkitas netranskribuojam4sias genomo dalis, intronus. Veliau manyta,kad Zmogaus genome yra t ik apie 50000 genq. Siuo metu Sisskaidius padvigubintas - jau 100000 genq. Nematodo Caenorhabdi-tis elegans genu skaidius .,padidejo" nuo 3000 iki 20000 genq. Thibendra tendencija. Ji priklauso nuo genomo i5tirtumo ir nuo to,kokios nukleotidq sekos priskirianios genui, pagaliau ir nuo kon-krediq genu dydZio. fvairus genai yra nevienodcl dydZio. Pasitaikogenq, kurie savo dydZiu griauna bet kokius skaidiavimus. AntaiZmo,qaus genome stambiausias yra DiuSeno raumenq distrofijos ge-nas. Jo transkribuojamoji dalis yra apie 2000 kb. Tai priklauso netik nuo nejprastai dideles 14 kb dydZio mRNR, bet ir nuo dau-giau kaip 60 intronq.

Eukariotq geno dydis evoliucionavo daugiausia reguliacines ge-no dalies ir intronq s4skaita.

Pall ,ginimui vidutinis geno dydis:. grybq - 1.5-1,6 kb,. C.aenorlnbditis elegans - .1.0 kb,. drozofi los - 11.3 kb.. Zinduoliu - 16,6 kh,.

Genomq/genq homologija. Suprantama, kad tarp giminingq r[Siqyra didesne genomo homologija. tapatumas. Thdiau ir nutolusiuose tak-sonuose yra homologiniq genq. Pirmasis tai netiesiogiai aptiko N. Va-vilovas. Tyrinedamas au_qalq kintamum4, jis nustate, kad geneti5kai ar-timoms augalq ir gyv[nq rD5ims, gentims ir net Seimoms btdingas ly-giagretus pozymiq kintamumas. Antai I' isuose Zaliuosiuose augaluosepasitaiko ivairiq chlorofiliniq mutacijrl: augalai visi5kai balti (albina),geltoni (xanrha) ir t. t. Albinosq buna ir augalq, ir gyvlnq.

Vavilovas, apibendrindamas savo tyrimq duomenis, 1920 m. su-formulavo homologiniq paveldimo kintamumo eiliq ddsni:

. geneti5kai artimq nr5iq ir geniiq yra toks panaius paveldimaskintamumas, kad, sudarius vienos gerai i5tirtq ruSiq grupes po-4miq kintamumo eiles, galima numatyti ir kitq rflSiq lygiagre-dias formas:

. iStisoms Seimoms b[dingas bendras kintamumo ciklas.

mas, i.aiSkinami visi genai. pirmasis sekvenuotas genomas bu,",o smur-kaus, vienagrandZio fago QX\Tl (rik 537,5 bp). tJliau ietu.nuoti t._liq kitq virusq. Zmo.gaus _i1 kitq organizmq' ,nitocnonCnju genomai(zmogaus mitochond'iq DNR apie 16 kb). Eukariotu b'aigti sekve_nuoti saccharontt'ces cere,isiae ii Caenorhabaiti.s ,iegin !.no.ai ;.baigiama sekvenuori crroz.ofilo,s g.no.nq. Iki 1g97 m. pabaigos visiskaisekvenuoti 13 trakteriju ir mieiu qenomu.

. Pagrindinis demesys suterkras i imogq r990 m. priimtas tarptauti-nis ,,Zmogaus genomo projekras,,. prade]us r,ykdyti sipr;j"k;E, 1990 m.Zmogaus genome blvo.nustatyri 1772 genai, o- fggO m. iu lau buuo3868, t. y. dvigubai daugiau. tqg6 m. kasiienq buvo sekvenuojama apie1 mln. nukleotidq, rr: l1:p,

pradejus projektq tai buvo visrl rn.rq lr.rp_to darbo rezultatas. 1999 metai baigesi sensac,a: visiskai sekvenuotapirmoji zmogaus chromosoma, o 2000 m. barandyje - visas Zmogzrusgenomas.Genq skaidius ir dydis. Normalu, kad kiela,ienos organizmq gru_p:s g:]romuose yra netranskribuojamosios DNR sekos ?arp jau mi-neta II skyriuje, jos bfitinos genq veiklai valdyti. Thdiau eukariotugenome stebina genomo dydrio ir genq skaii i ius neatit ikiml;.

"" '-

128

Sis desnis skat ino ieskot i jo pr iezasi iq. pagal iau buvo nustatyrakai kur iq genomr,! i r genq homologi j : r . Antai i5 19 Zmogaus chio-mosomq 16 yra tokios kaip kai iu chomosomos ir t ik sepryniosezmogaus chromosomose apt ikt i pastarqju sandaros pok_vciai . kur iunebuvo kai iq chromosomose. Net Tl lz ryZiu eenu at i t inka kuku-r [zq genus i r t . t .

Geno vieta chromosomo.ie. Genai gal i bl t i pavieniai , i ibarswti pogenonri t i r sutelkt i j jvairaus t ipo genq sankaupas (klaster ius - angl.clttster), tadiau abiem atveiais jq vieta neatsitiktine. pasikeirur g.nqarba jq sankaupq vietai, keidiasi jvairios genq sar,ybes, pirmiiusiagenq vcikla. Sis reiikinys vadinamas paddties efektu.

Padet ics efektas skirstomas j stabi luj i (S) i r var iabi lqi i ( \ , ) . Sta_bi lqj i i r apskr i tai padet ies efekt4 192-5 m. i5ai ik ino Srarter,anras. J ispastebejo, kad tas pats drozofilos genas vienaip veikia. kai jo aleliaiyra po vien4 abiejose X chromosomose. i r k i taip. kai po netoivgauskrosingoverio abu alel ia i atsidur izr v ienoje X chronrosomoje. o antro-je iq nebtna. Thip arsirandzr jau mineta mutacija Bar. paitoviai per-duodama pal ikuonims.

variabilqii paddties efektq 1934 m. karru su savo bendradarbiaisatrado N. Dubininas ( todel kartais padet ies efektas vadinamas Dubi-nino efektu). J is yra laik inas i r susi jqs su heterochromatinu - st ipr iaukondensuota chromosomos dalimi (Zr. toliau). Genai, eruntlrs;

-h.t._

rochromatine arba arti jo, inaktlvinti. pastebimas poliSkumas: kuoardiau heterochromarino ynr genas, tuo si lpnesne jo veikla (3.4 pav.).

Geno padet is gal i turet i i takos jo veiklai , c lominavimo krypdiai i rmutavimo daZniui . Kartais del padet ics efekto atsiranda gcnet inisnestabi lumas (zr. p. 525). Prokariotq genai neatsi t ikt inai issic lestg ge-nq sankaupose - operonuose (Zr. IV sk.) .

Unikal iej i i r kartot iniai genai. Nurodvtas, pvz.. Zmogaus. genqskai i ius genome 100000 yra , .vardinis, , . Mat genome daug genqkartojasi kelet4 deSimdiq, Simtq ar net rlkstaniiq kartq. Siuo ut-zvilgiu genai skirstomi i unikariuosius ir kartotinius. IS bendrogenq silra5o imogaus unikaliqiq genu. kurie nesikartoja, yra apie644i. drozofilos - apie 70c,/r. Thi genai. koduojantys tokius fermen-tus' kur iq l4stclei reik ia nedaug, todel pakanka vicnos geno mat-ricos.

vienas i5 bDdq padidinti geno produkto kieki yra kartotiniaigenai.

a l , - -1 ,l ' " ' -

7

Prokariotq genome kartotiniai yra tik rRNR ir IRNR genai. An-tai E. coli yra 7 kartotiniq rRNR (kartu su tRNR) genq sankaupos

12r. toliau.). Ti.ro tarpu eukariotu rRNR genu-sankaupq yra daug.pvz.. mieliq 140. Auk5tesniqjq eukariotq dar daugiau. Xertopus laevisvra 450-28/5,8/185 rRNR ir 24000 - 55 rRNR genq. Zmogaus geno-me tokiq genu vra atitinkamai 280 ir 2000.

Kai kuriose specialiosiose eukariotq lqstelese 5i11 genq skaiiiusdar labiau padideja. Vyksta j11 amplifikacija (lot. ampliJicatio - i5ple-t imas). Be to. auk5tesniujq eukariotq 2Bl5,8/185 rRNR ir 5S rRNR{enai yra atskirai. tuo tarpu bakterijq ir Zemesniqjq eukariotq geno-me visi rRNR genai vra kartu. i

Eukariotu 28i5,8/18S sankaupos. o daZnai i r 55 genai sutelkt i idideles kartotinirtr genq sankaupas. Be to, eukariotq 28/5,8/18S rRNRkartotiniq genq sankaupa chromosomoje iSsiskiria savo ypatinga san-dara: \'ra antrindje chromosomos s4smaukoje ir vadinama branduo-l€lio orgnizatoriumi. Branduoldlis ir yra Siq genq veiklos produktas.Cia ne tik sintetinamos rRNR, bet ir susidaro granulds - formuojasiRNP (r ibonukleoproteidas).

Eukariotq genome vienas paskui kit4 kartojasi ir histonq genai.Kartot ineje sankaupoje blna nuo kel iq de5imdiq ik i kel iu Simtq his-tonq gcnq - sankaupq. Mat i r v isus 5 histonus (H1, H2B, H2A, H3,H4) koduojanrys genai, kaip ir 28/5,8/185 rRNR genai, yra vienojevietoje - sudaro sankaup4.

Genq grup€s - viena i5 bendrqiq genomo sandaros ypatybiq. Jos

i ra labai lvairios. Kai kurios iS jq toliau bus nagrindjamos konkre-iiai. Tadiau visi genai vra organizuoti i vienokio ar kitokio tipo gru-pes. kurias vienija bendras genq veiklos valdymiis. Pagrindinemis rei-kia laikyti dvi genq grupes, kurios yra bakterijq genome: operon4 irregulonq.

3.4 pav. \ariabi lusis pad6ties efektas:drozofi los X chromosomos segmcntas- lCr - -64 . , t rans lokuotas i ke tv i r toschromosomos heterochromatin4. Genai,kurie yra ardiausiai heterochromatino, i5da i ies s lop inami (pas i re iSk ia moza ika) .lblstant nuo hcterochromatino (kryptisparodyta rodykle), slopinantis hetero-chromat ino pove ik is pamaZu nyks ta ;r, iclurincjc segmcnto 3C, .-6A, . dalyjegcna i nes tc lb iami

130 131

Klasikiniu atveju:

. operonas yra genrl sankaupa, I kuriE ieina struktflriniai genai ir

bendros uul,iyrno sekos, nuo operono strukt0riniq genq transk-

ribuojamas vienas bcndras transkriptas. regulonas yra issibarsdiusiq po genom4 genrl grupe' kuriq vie-

nija bendri Siq genq veiklos reguliatoriai'

Ttumpai apie genq kilmg (genq evoliucija - atskiras klausimas).

Klasiskiausias bldas naujiems genams atsirasti - duplikacijos' Padvi-

gubejg genai turdtq keistis del mutacijq ir genetines rekombinacijos'

i<uuiiit tutacijos ir ryks padvigubdjusiq genq divergencija - vienas

klasi5kiausiq evoliucijos rei5kiniq, nustafytas Darvino'

Genus gali vienyti ir bendra kilme, nustatoma pagal jq homo-

logij4. G.nq grupd, kilusi del duplikacijq ir paveldimojo kin-

tamumo (genq mutacijq, translokacijq, rekombinacijq ir pan')

i3 bendro geno-protevio, vadinama Seima. Tas pat taikoma ir

ivairioms ONR nukleotidq sekoms (Alu Seima' Zr' toliau)'

Divergencija gali buti labai toli paZengusi. genai - skirtis koduo-

jamqja savybe, potylniu. Thip, pvz., atsitiko imuniteto genams' Jie

iuOaro labai didelg l4stelds paviriiaus baltymq super5eimE'

Galimas ir priesingas reiskinys. Po daugkartiniq duplikacijq atsi-

radusiq kartotiniq genq tapatumas specialiai palaikomas pastovus.

Taip yra rRNR genams.Kitas klausimas - geno vieta. Po duplikacijos galimi du awejai.

Atsiradg po duplikacijos genai yra likg vienoje vietoje, sudarydami

sankaup4. Taciau Zinomas ir kitas. translokacijos rei5kinys. Genas ar-

ba keletas jq galejo buti perkelti arba i kit4 viet4 toje padioje chro-

mosomoje, arba i kitq chromosom4. Thi jau priklause nuo genomo

strategijos. Ar naudingiau, geriau genams veikti sutelktiems vienoje

vietoje, ar i5barstytiems po genom4? Ir tos paiios grupes genams

1pvz., tremoglobino a ir B. citochromq P-450 ir kt.) gali blti bldingi

atu reiskiniai: dalis genq isliko toje padioje vietoje, kiti perkelti ikit4 chromosomq(as).

Kartotinds sekos - eukariotq genomo ypatybe. Nepaisant dideliq

pastangq, jq paskirtis iki Siol nelabai aiski, nors kartotiniu sekq dalis

g.nor" aiskiai evoliucionavo. Ji dideja aukstesndse eukariotq grupd-

132

se. Kartotinds sekos yra labai ivairaus dydZio, daZnio ir kilmes. Pagal

Sias ypary-bes Siuo metu jos yra skirstomos i grupes (zr. toliau).

Judrieji genomo elementai (Sokin€jantys genai). Juos atrado

Maklintok (8. McClintock) kukurizuose. Manyta, kad tai i5imtinis

reiSkinys. Taiiau judrieji genomo elementai buvo aptikti bakterijq'

o veliau ir kitq organizmq genome ir isitikinta, kad jie vra viena

ii genomo sandaros ypatybiq, brldingi visoms organizmq grupdms'

fuOlieli genomo elementai irgi yra ivairus (insercines sekos' trans-

poronui, "r.trotranspozonai).

Jie skiriasi dydZiu. sandara, kilme ir

iranspozicijos pobIdziu. sie klausimai nagrindjami atskirai, kaip ir

judriqlq genomo elementq reik5me.

Judrieji genomo elementai yra universalios genetinds struktu-

ros, kuriq transpozicija - vienas i5 genomo pertvarkos ir gam-

tinds valdomos mutagenezes b0dq'

3.3. Kartotinds sekos

Eukariotq genome gausiai yra nukleotidq kartotiniq sekq, kuriq

paskirtis iki Siol nera ailki. Tadiau tai i5skirtin€ eukariotq genomo

yparybe. Jas 1968 m. pirmieji aptiko Britenas (R. Britten) ir Konas

ib. korrne). Aptinkami DNR denatflracijos-renatura.ijgl,. centrifuga-

vimo tankio giadiente, molekuliniq zondq metodais. Siais metodais

nustatyti du svarbts faktai.i . DNR kartoriniq scku dalis eukariotq genome evoliucionavo

gausumo kryptimi.

. Prokariotai turi tik nekartoting DNR, o rRNR ir IRNR genai

yra kartotiniai.. Zemesniujq eukariotq genome ryrauja nekartotind DNR, tik

ap ie20Tcgenomo i r rav idu t i n io i rZemodaZn ioka r to t i ndsse -kos. Tarp iemesniqjq eukariotq yra ivairiq i5imdiq, kaip antai

pirmuoniq makrobranduolys, kuriame yra beveik vien kartotind

DNR.Gyv[nq vidutinio ir aukSto daznio kartotinds sekos sudaro apie

507o genomo.Augalq ir amfibijq vidutinio ir auksto daZnio kartotinds sekos

eali siekti iki 80% genomo.i a aI J J

2. Kartot inds sekos vra ivairaus daZnio. Skirstomos i icmo, vic lu-t in io i r auki to ( labai aukSto) daZnio sekas. Somatinese i4stelese jr lda2r r is ga l i ke is t i s .

Zemo daZnio kartot ines sekos daZniausiai yra kartot iniai genai.Jq paskir t is ai ik i (Zr. aukiciau). Ki tos karrot ines sekos Siuo meruskirstomos ne t iek pagal ju dai.ni , k iek pagal i lg i i r nukleot idq sekq.

vadovaujamasi maZdaug tokiais suminiais i iu kartotot iniu sckusankaupq i lg iais:

l 0 r -10 ' bp - pa lvdov ine DNRl0r - l0 r bp - n r in isa tc l i tas1.1-200 bp - mikrosatcl i tas

Paprastosios kartotines sekos. Palydovind DNR. paprastai tai trum-pos dviejq ar keliq nukleotidq sekos. Thiiau pasitaiko ir suditinges-niq sekq, kurias sudaro Simtai nukleotidu porq. Augah] B chromo-somose sekos gal i bf i t i dar i lgesnes: 1,1-1,3 kb.

Tiunrpq kartotiniu sekq sankaupos sudaro konstitutF'qjj hetero-chromatin4._ Sis aptinkamas chromoro.os" kaip labiau kondensuc-rtisegmentai. Zmogaus tokiai DNR tenka apie 57c genomo. DNR, kurisudaro dideles paprastuiq kartotiniu sekrl sankaupas. vadinama paly-dovine. Mat pirm4 kart4 ji isskirta ii krabo chromosomos palyclovo.Antai krabo palydovineje DNR labai daug kartq kartojasi seka TAGG.Dazniausiai palydovine DNR yra centromerose arba ial ia ju. telome-rose. sios struktflros bus nagrindjamos atskirai. 3.2 lenteleje nurody-tos jvairiq organizmu ir genetiniq srrukrfrq parydo'ines DNR karto-t ines sekos telomeru galuose. Dazniausiai genome yra daugiau kaipvienas palydovines DNR tipas. Iiskiriama ultracentrifueuoiant cscltankio gradiente.

Minisatelitai. Zmogaus qenome 1980 m. buvo aptikti labai poli-morfiniai hipervariabills lokusai, kuriu ivairor'g lernia skirtingas rrum-pq kartotiniq sekq skaidius. Del iios priezasties tokios kartotines sekosvadinamos minisatelitais, arba wrR (angl. r,aiable rumher tanclernrepeat - kintantis viena seka paskui kitq einaniiu kartotiniu seku skai-dius). Rimtai Siomis sekomis susiclometa r ik 1985 merais. kai bJvo i5-aiSkinta, kad lvairiq individq minisatelituose baziniq kartotiniq sekuskaidius labai svyruoja ir gali blti pritaikytas asmeniui genetiikai iden-tifikuoti (vadinamiesiems pir5tq atspaudams, angl. .fingiryintirg - nuotikrojo pir5tq atspaudq nietodo identifikuoti asmenj). pacios kartotinessckos irgi Siek tiek skiriasi, suclarydamos vadinam4sias seimas.

I J +

l . l lcntclc. Paprastosios kartot inds nukleotidq sekos telomerq galuose

Etakstienotieji I Ci l i op hct d)I n fuzorijos (.C i I i a t a\. buns F/r,relo.r/.)/ ldtr?I'.. I ru 11.\'DrctILI, Pu rd ntc i u ilt)

lnfuzorijos ( C i I i at q). bu\ s H vpotri( hd ( Sh l ont chi a' )\1 tri( he. Euplol e.\)7iu;eliniai 1\l as tigop ho ra\. burt s Tn po n os ona tid aI' t t p u n o s o nt a, L e i s h ttt Lt rt i d t

C;f cir unai lPh.t sa ruu [) t t rt,o: ( c I i u n I rDNRlcks t rachrornosorn in€) CCCTA

rninichromosonta

CC'CCA,A

CC'CCA-dA-A

CCCI'A

cr rA(cA) r rCCCTAAAGCC'TAACCCTAA

"i)aznar nurodoma kiros DNR crandrnes nukLeotidq seka. p\2., znlogaus TTAGGG arba TetrahtmenaTIGG( ;G Ta idaromade l t tmrento te lomerazdssudat \ jeesand iosr ibonuk leor idqsekos .kur inaudo jamaka ipl ) r i l r j c r \ in le l in l i te lonren l kanot ines sekas .

Idomu ta i . kad i n r in isa te l i tus panaSiq sckLr ap t ik ta nc t i k Zemesn iq jL t eukar io tu(p i rn ruon iq , g rybq) . bc t i r bak ter i ju genome.

Mikrosatel i tai . Thi i rgi labai t rumpos kartot inds 2-3 nukleot iduporu ilgio sekos. Normaliame genotipe Siu sekq suminis ilgis vie-noje vietoje vra tik iki 200 bp, todel vadinamos mikrosatelitais.Irsi naudotos kaip pirStq atspaudq zondai. Tadiau pastaruoju meturlikrosatelitais labai domimasi, ypai zmogaus genetikoje. Mat mik-rosatelitai gali bDti trijq itin svarbiq imogaus patologijos reiskiniupr ieZast is:

. chromosomu luZiq sai tu;

. l igr l (kaip antai nenq-raumenq);

. veZio (jis gali bhti susijgs su DNR reparacijos genais).

visi Sie trys Zmogaus patologijos reiikiniai gali btti vienas su kitususi jg i r gal i turet i bendra pr iezasri - mikrosarcl i ta (3.3 rentere).

Chromosomq l [Z[s sai tai , atrast i I974 m. Sater lendo (G. R. Sut-herland). Pirmasis saitas buvo nustatytas X chromosomoje, konkre-iiai X chromosomos ilgajame perle, 27.3 segmente, todel jis buvovadinamas fraXq 27.3 (angl. fragile), arba (dabartineje krasifikacijoje)fraX-E. Mat X chromosomoje yra keletas l[Ziq saitq.

Formaliai X chromosomos lDZumas paveldimas kaip dominuojan-tis, bet maZo penetrantiSkumo (Lr. p. 633) pozymis. DaZniau ir zy-miai st ipr iau pasirei5kia ryrams ( l :1500), kur ie is morinos paveldejgfraX. Tokie s,rai )'ra atsilikusios psichikos, b,dingos isvaizdos: ju

chromosomacltromos0machromosomachromos0ma

Orcanizmq grupi t ipas Genetine struktura DNR Paprastoji kanotines e k a ( 5 ' r ' l ) +

135

L ica luTus sa i las . ucnas- chrumosoma lokusas Seka Da2nisFRAXA (Fl t |R1.Xo27.3 CGG 200 1000FRA.X f, (Xq28) CGG,CCG 200 1000FRAX F CGG CCG 300-500} RA I6.4 CGG'CCG l 000-2000Progresuo ian t i chore ia (Hant ing tono l iea) (H/1 . ap l6 .3 ) CAG (GIu) <.12 t00Spinocerebrind (susijusi su nugaros ir stuburo smegenimis)ataksiia. l-asis ripas (SCA l. 6p2 3)

CAG < 1 0 0

Spinobulbozine (susi jus i su nugaros i r pai lgosiomis smegenimis)raumenu atnr f i ia - KenedZio l isa ( lR. Xql l -12)

CAG 10 12

Machado-Joseph sindromas IMJD. Ilq 21.3-31) CAG < 100M i o t o n i n e d i s t r o f i i a t D V P K , l q q I l . l - I 1 . . 1 ) CAG CTG 200+000Storosios ZanI\{ut L PMSI

Pirts? |MLHl

I\{ut S MSH6MSH2(t

ros nepapilominis v€ivs(2q31 33) nesuporuotq7p22) nukleotidqi3p2l .3) reparaci jos(2p 16) genai'.p21 22)

CA ivairus. ikr200 6000

3.3 lentelc. Kartot inds sekos - l l i iq saitq, payeldimq l igq, r '€Zio prieZastis

- r , \ f

F l ' 1 q : 7 n : l

1

t l l

. rbll

f l

l rNoganas

, ut-r

3.-5 pav. Zmogaus chromosomq l[Ztsmosomq mutaci jos:

onkogenai ir vdZi sukel iani ios chro-

Lu2 iq r rc tu ap t ik ta i r k i tose chromosomose (3 .5 pav . ) . Be to , nus ta ty ta ka ikuriu luZiu vietu si ' lsaja su vc2iu (pvz.. fra 16A). Atrandami vis nauj i lDZus saitai.Siuo metu Zmogaus chromosomosc ju ! ' ra bcnt 21.

LlZi X chromosoma buvo pirmoji. kuriai i5ai5kinta l[Zumo prie-Zastis. LuZumo vietoje yra genas (FMR-1), kurio reguliacineje dalyjevra 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 - darpremutacind b[sena. Tbks saitas yra potencialus kandidatas i l[Zu-m4. Ten, kur yra nuo 200-230 iki 1000 kartotiniq sekll, - l[Zi vieta.I i p remutac ines i mutac ine b lsena pcrc inama mot inos organ izme.rarp 5 i r l0 ndStumo d ienu. S iuo a tve ju luZumas t i k iS da l ies sus i jqssu protiniu atsilikimu: CpG yra DNR metilinimo vieta (Lr. p. II4),o reguliacineje dalyje metilintas FMR-1 genas yra neveiklus. Tai le-mia protini atsilikim4.

Paprastqiq kartotiniq sekq kilm€. Kartotiniq sekq polinkis i ne-tolygq krosingoveri. Manoma, kad paprastosios kartotinds sekos at-siranda ir ju skaidius dideja dviem b[dais: \ykstant:

. Suoli5kai DNR replikacijai,

. netolygiam krosingoveriui (3.6 pav.).

Kartotiniq sekq ir genu sankaupos yra netolygaus krosingoverio..karstieji taSkai".

Tokiose sankaupose homologines chromosomos gali konjuguotinetiksliai. pasislinkusios, kaip tai pavaizduota 3.6 pav. ir 3.7 pav.Likg laisvi vienos ir kitos homologiniq chromosomq kartotiniai seg-mentai sudaro kilpas (3.7 pav.). Po netolygaus krosingoverio vienojei5 chromosomq segmentas yra i5kritgs - atsiranda delecija, o kitojehomologindje chromosomoje - atitinkamas segmentas yra padvigube-jgs - atsiranda duplikacija.

Thdiau susiduriama su tokiu rei5kiniu, kai kartotiniq sekq skaidiuspadideja labai staigiai. Parlzdys gali buti fraX-E. Toks rei5kinys ais-kinamas Suoli5ka replikacija. Jis tik postuluojamas, dar neirodytas.Gali blti, kad SuoliSka replikacija vyksta dalyvaujant specialiems fer-mentams - atvirk5tindms transkriptazdms. Kai kuriq jq sand3roje yraRNR seka, kuri kaip matrica naudojama DNR sintezei. Sia RNRmatrica gali bDti paprastosios kartotinds sekos. Kaip tik tokiu bldufermentas telomerazi sintetina paprast4sias kartotines sekas telome-ru saluose.

p-,

I g'E.!tlr.F ",,H= g::

RIIl ' 1 - .E

,EflITIIU

;:::::l:::''""'"''' ;,,

I

i ' ! - - i . i - , i _ i

=l -i '-i '= =--=

U L /

: i ,

p l l

) l lZus saitas; ) onkogenas; ' chromosomqkur iq de lec i ja (+ - - - ) a rba t rans lokac i jaJ. J. Yunis, A. L. Soreng, 1984)

rodyklemis nurodvtos vietos.lemia leukoze s . (Remiant is

veidas neproporcingas - sumaZejgs vidurinis treddalis ir padidejg vir-Sutinis bei apatinis treddaliai, todel smakras ir kakta atsiki5g. Mote-rims fraX l[Zumas pasirei5kia daZniu 1:2500. Thdiau neseniai irodyta,kad chromosomq llZumas paveldimas ne pagal Mendelio ddsnius.

136 L J I

2 7 b p - g a a a a a t g t l S a a a a a t g r l g a a a a a r c r

Rckomb inac i i a +l : b l g a a a 3 a t g t I g r a a i a r r r f s , , , u r r t g t l a L { \ . \ . \ f c T l c { { \ { \ I G T -l dup l i kac i j a t r r

I'olygus krosingor eris kartotiniq sekq vietoje

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

i : ' : i i : i : : : i i t r : : : : ; : i : : l ; i l : i : i : S i n a p s e2 7 b p g a a a a a t g t l g a a i r : r r t g t l g a a a a a t s t -

. | Rekombinaci ja

2 7 b p G A A A A A T G T I S a a a I a r g t l S a a a a a t g rrr e Rckor.nbinant inet D\R crandines

27 bp g a a a ir a r g r IcAA-A-AATGT lc.AAAAATcif-

Netolygus krosingoveris kartotiniq sekq \ icto.ie

t 7 h n G{ A r \A t ( ; t l cq rn q . r I c f l c .L { \LATGTl r

. retropozonai nera sukaupt i v ienoje vietoje i sankaupas, o iS-barsn,ti po gcnon14. todil j ie dar \,'ttdinami i5sklaidytaisiais (dis-perguotaisiais) genomo elementais;

. skiriasi kilme, taigi ir nukleotidq sekomis.

Retropozonq nukleotidu seka t iesiogiai priklauso nuo to, kuri RNR buvo nau-

dojama kaip nratr ica DNR sintezci. Pagal tai retropozonai vra dviejq t ipq:- I I ' \ 'ES - i lgi , sintet int i nuo pribrendusiq RNR II pol imeraz€s transkriptq.

' f ip i i k i - 6 -500 bp i lg io .2 induo l iu SL-nLr rne ju v ra ap ie 10000-50000 (Zmogaus -

rupic 10000. sudaro apie -5-6'2 genonro). DaZnai baigiasi pol iA. LINES sekos yra

neveikl ios, neturi promotoriaus. intronq. Bet gal i b0ti i r atvirq skaitymo remcliq.- SINES - trumpi. sintet int i nuo RNR III pol imerazds transkriptq. Zmogaus

senome z1l l Seima (pavadinimas ki lgs nuo to, kad j4 kerpa Alul restr iktaze) turi

apie 700000 kopijq, y'ra 300 bp ir sudaro apie 6',1c genomo. Alu kllE i5 vienos maZos

1-105 bp) 75 RNR. S i ZS R lvR jc ina is t ruk t [ r4 da le l iu . kur ios a tpaZ js ta s igna l ines

po l ipept ido sekas . S iam in tegruo jan t is j membran4.

Kartotiniq sekq reikime iki Siol neai5ki. Vis dar sklando nuomo-nd. kad tai yra parazitine DNR, privalomas (ultimatyvus) genomoparazitas. Ilet net pagal bendrus genomo evoliucijos principus taipneturdtr+ b[ti, nes nereikalingas DNR sekas Salina atranka.

Be to, kaip mineta, v isos DNR sintezes reikalauja didel iq ener-gijos iStekliu. Thigi neekonomiSka per 50Vo Senomo tu5diai dauginti,neturint i5 to naudos. Del to, kad kol kas kartotiniq sekq. ypairetropozonu, funkcija genome nei5aiSkinta, dar nerei5kia, jog SiosDNR sekos nereikalingos. Kartotiniq sekq reik5mg rodo pirmiausianeatsitiktinis jq pasiskirstymas lqsteles genome. Telomeros, (prie) cen-tromeros satelitine DNR tiesiogiai susijusi su Siq chromosomos daliqfunkcija. Be to, drozofilos chromosomq telomeriniuose galuose yrane palydovine DNR, o retropozonai.

Retropozonq vieta genome irgi ncatsit ikt ind. Jie yra arba genq 5' i r 3' ionuose,arba intronuose, arba tarpikl iuose. Retkardiais retropozonai yra transkribuojamojegcno dal l ' je. Nustatvta, kad nuo tokio geno transkribuota RNR sudaro specif ingantr ine sandar4 ir dal lvauja vidiniuose branduolio dariniuose. Matyt, neatsit ikt inisdalykas ir tai. kad kaip rctropozonri vra gausiai mult ipl ikuotos t ik kai kurios su-brendusios RNR. pi '2., minetoj i 75 RNR (i5 jos ki lusi -4irr Seima).

DidZioj i kartot iniq seku dal is )ra netranskribuojama. Kai kurie mikrosalel i tai

) ' ra ir transl iuojami. Siuo atveju baltyme yra turt ingi vienos kurios nors aminorlgS-t ics rajonai: (CGT)" - turi daug gl icino, (CCA)" - prol ino. {domu ir tai, kad iuo-l i(ka mikrosatel i to ampli f ikaci ja gnl i rrykt i i r transkripci jos, ir net transl iaci jos metu.t. \ ' . ne DNR. o RNR. Tai irgi sukel ia Zmogaus l igas.

Sinapse -+

3.7 pav. Netiksl i homologiniuseku sankaupos vietoje, D -sekos

b

chromosomq konjugaci ja a , su posl inkiu kartot iniqjos paseknrds (p l l . su -3 .6 par ' . ) l 1 .2 ,3 kar to t ines

9bp (dclecUa) G{A.ddATGT-

3.6 pav. Netolygus krosingoveris kaip kartot iniu DNR seku ampli f ikaci jos bf idas:po netolvgaus krosingovcrio I ienoje DNR molckulcjc scenrcntirs padriuubeja. ki tojeDNR nro lcku ld ie i vvks ta dc lec i ia scsnrcn tas iSkren ta

, ' l , 2 , ' l , 2 , 3 ,

Retropozonai vrzr kaip tik tokios kartotines gcnoriltrdusios del atvirkitines transkriptazes.

Thrp paprastqjr4 kartotiniqr seku ir retropozonu yraniai skir tumai:

1 3 8

sckos, atsira-

du pagrindi-

I -1y

Kartotines sekos gali bflti transkripcijos reguliatoriai. Jas speci-fiSkai atpaZista kai kurie valdymo baltymai. Thi vaizdliai parodytatransgenuose (genq inZinerijos metodais perkeltuose genuose).

Kartotiniu sekq reik5md rekombinacijos ir mutaciju atsiradimoprocesuose nagrinita auk5diau. Kartotinds sekos, iStgsdamos chro-mosom4, apskritai padidina krosingoverio tikimybg. Kartotiniq se-kq i5kritos ir ypad intarpai yra gana daina mutacijq prieZastis.Tokie irykiai nustatyti lvairiuose Zmogaus genuose (a- ir p-globi-flU, LDL receptoriaus, net X chromosomos centromerinio hete-rochromatino).

Pseudogenai. Konkrediq organizmq genome, nuolat, kaip siste-matikos pozymis aptinkami neveiklDs genai, vadinami pseudogenais.Sis taksonominis jr1 pastovumas genome skiria pseudogenus nuo rutl-mutacijq. Pseudogenai zymimi V. Jq kilme dvejopa:

brendimo pseudogenai. Thi aukSdiau nagrineti neveiklus retro-pozonai, atsiradg del awirk5tinds transkriptazds veiklos;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 pseudogene ryB2 yra ir in-tronai, ir reguliacine geno dalis. Tik Sis genas neveiklus delrdmel io posl inkio mutaci jos.

Kodel pseudogenai yra pastovus visam taksonui? Galima tik spe-lioti, kad kaZkuo pseudogenai svarbfis, ypad genq sankaupose, kaipB-globino genq sankaupos (Zr. p.279).

3.4. Judrieji genomo elementai

Judriqiq genomo elementq atradimas. Daugeliui margos augalq(Zirniq, lubinq, pupeliq ir kt.) sdklos nera naujiena. Lygiai taip pat,kaip ir glvuliq veislds, kurioms budinga marga klno spalva. Tai pa-veldima ypatybe, vienas i5 brldingq veisles poZymiq. Thdiau genai galinetolygiai pasireik5ti ivairiose klno l4steldse ddl ivairiq prieZasdiq.Be to, ne tik k[no spalvos genai. Pavir5iaus pigmentacija yra tiklabai patogus pozymis stebejimams atlikri.

TUo pasinaudojo Maklintok, atkreipusi demesi i kukurlzq grfido margum4.1940 m. j4 sudomino nc tiek nestabil i grudo pigmentacija, kiek i io nestabilumo

140

prieZastis - mil taci jos. Thi iau t ik po 10 metqintenslvaus darbo pradi jo ai5kit i Siq reiSki-niq prieZastis.

Paprastai kukurflzq grldai b[na

ivairiq spalvq, bet aplvaisis vienspal-vis, ne margas. Maklintok bandymuo-se ant geltonq grldq atsirasdavo ivai-raus dydZio violet iniq demiq (3.8pav.). Mat vienspalvd (geltona) tirtqkukurflzq apyvaisio spalva buvo ne delto , kad j ie ne turd tq an toc iano -

violetinio pigmento sintezg lemiandioC geno, o toddl, kad, be C geno, ge-notipe buvo dar nealelinis 1 genas. Sisgenas slopino C geno veikl4. Kukur[-zrl genotipas buvo IICC.

Nealeliniai genai, slopinantys kitqgenq veikl4, buvo Zinomi jau seniai.Jie vadinami epistaziniais genais, ar-ba supresoriais. Taigi 1 genas yra epis-tazinis.

Spalvota grldo ddmd atsirasdavo tada, kai vykdavo 1 gen4 inak-ryvinanti mutacija, ir jis negaledavo slopinti spalvos C geno. L4steles,kuriose tai atsitikdavo, ir tos, kurios i5 jq buvo kilusios, buvo pig-mentuotos. Thd kuo anksdiau grldo raidoje ilykdavo mutacija, tuodidesne buvo spalvota ddm6.

Mutacijas sukele genas, kuris keite savo viet4 chromosomoje. Tainustatyta hibridologiniu metodu. Aptikti du tokie judrieji genai: Ds(disociatorius) ir Ac (aktyvatorius). Ds, isiterpgs Salia / geno, sukel-davo toje vietoje chromosomq trfikius ir geno 1 mutacijas. Bet Dstapdavo judrus tik akryvintas kito Soklaus geno Ac (pastarojo judru-mas buvo i5ai5kintas veliau; Maklintok vis4 savo demesi buvo sutel-kusi i Ds).

Del Sios prieZasties Maklintok priskiriamas ir atradimas, kurioji i5 tikrqjq nepadare. Tai valdymo genai, genq veiklos valdymas.Manyta, kad Ac valdo (akryvina) Ds. Net judriuosius genus Mak-lintok pavadino kontroliuojaniiaisiais elementais. Taip jie vadinamiir Siuo metu.

.!

-{r

. 1 . 8 p a v . G e n e t i n i s k u k u r f i z qnestabi lumas(pagal B. McClintock):kairdje - nestabi l ios gr[du muta-c r jos : v idur l je - s tab i l ios mutac i jo :(r, iolet ine spalva);deSindje - lvairaus laipsnio gr[dqmargumas

s**'":

W@

I4I

Thdiau moksias pilnas paradoksu. Kukurlzq kontroliuojaniiqiu ele-

mentl l Ac i r Ds sqveikos pobldis paai ikcjo t ik tada, kai buvo atrast i

juclr ic j i baktcr i jq genomo elemcntai , o Ac i r Ds - sckvenuot i (apie

iai toiiau). Paradoksas yra tas. kad viena i5 dviejq pagrindiniq jud-

riqju genomo elct.ncntq funkcijq 1'ra valdyti genq veikl4

' arba ls i terpiant i genq ar genQ grupq'. arba kcidiant gcnq vietq del padet ies efekto'

Antroj i pragrincl ini i iq elementq paskir t is - mutageneze, mutaci ju

daZnio valdyrnas.Makl intok ne t ik pirmoj i atrado judr iuosius genomo elementus.

bet i r i5ai(kino. kad j ie sukel ia gcnet ini nestabi luma - padidejusi

genomo ar plvicniq genq mutaci ju dazni. Daznos . I geno mutaci jos

yra Sio rciikinio paryzdYs.Bakterijq Is ir Tn. Judriuosius bakterijq genomo elementus atra-

clo t ik 1968 m. Star l ingeris (P. Star l inger) i r Sapira (J. A. Shapiro) '

J ie labai lvair [s, ber pagal struktura skirstomi i du trakter i jq judr iqju

genomo c lcmentu t ipus :

. insercinds ( i terpt inds) sekos (IS).' t ranspozonai (Tn).

IS sekos yra trumpos (700-1000 bp) i r tur i t ik j t1 perna5ai rei-

kal ingus genus. Visu IS struktura bendrais bruoZais vra vienoda.

Judruma lemia dvi strukturos ypatybes:- IS galuose yra invertuotos kartotinds sekos (9-41 bp)' ?ti tos

paiios nukleotidq sekos. tik priesingq krypiiu nuo lS centro. -Ibkios

sekos clar vadinamos palindromindmis \gr. palindromeo - sugriZtan-

tis; palindromas yra kalbininkq terminas - fraze, turinti tq padia reik5-

mq skaitant i ( kaires i dei ine ar atgal, pvz.. , ,sunis").- tS vicluje yra vienas arba dr.r genai (kartais ir daugiau). koduo-

jantys transpozici jos fet 'mentus.Ta vieta, kur is i terpia IS (ar ki tas kur is judrusis clementas), va-

dinama taikiniu, arba i tarpos seka. Ji labai nedidele - 3-13 bp. IS

isiterpus, ii seka arba jos dalis padvigubdja. Susidaro tiesiogin€s kar-

tot inds sekos. Jos supa IS i5 abiejq pusiq. Vienos IS is i terpia l r ,air io-se gcnomo vietose, kitos tik tam tikrose vietose, tik I konkreiius

genus. Tai pr ik lauso nuo taik iniu.

1 4 1

Nedidel io. bet t ip iSko E. col i ISi strukt[ra yra tokia:

T ---;4' IKS tKS --i T -i

W.r-=-JHe bp 23 bp --AFT---)

n U-------2 23 bt e bp

Cia t - lS isi terpimo victa. taikinvs. t iesiogines kartot ines sckos: IKS - inver-tuotos kartotincis sekos IS galuose; of. . o(B (angl. open rcatling franrc - alvirassklr i tr nro rdmelis) - ge nlr i . koduojantvs transpozici jcls fermentus.

Transpozonai (Tn) yra labai ivairaus ilgio, bet gerokai ilgesni uZIS (2-25 kb ir ilgesni). Tili susije su Tn struktfiros ypatybemis.

Nuo IS transpozonai skir iasi dviem sandaros ypat-vbemis:

. turi ne tik genus, lemiandius transpozicij4, bet ir su ja visi5kainesusi jusius genus,

. daZniausiai Tn sudarvt i iS dvieju IS (galuose).

3.9 paveiksle pavaizduotos ne tik Sios dvi sandaros ypatybds, betir pagrindiniai ivairiq Tn sandaros skirtumai.

Pirmiausia yra labai didele Tn lvairove pagal gal ines sekas. Nett ipiniu atveju. kai Tn galuose yra po IS, Sios sekos gal i bl t i jvair iaiorientuotos: prieiingomis kryptimis (kaip Tn5) arba viena kryptimikaip (Tn9). Tiro tarpu Tn3 1,'ra pav_vzdys transpozono. kurio galuoseapskri tai ndra IS, o t ik t rumpos (38 bp) invertuotos sekos.

Labai didele Tn jvairorc 1,ra i r pagal t ranspozici jq koduojandiusgenus: ne t ik pagal Siu genq skaidiq, bet i r pagal v iet4 - centr indjedal l , je (kaip Tn3) ar [S sekoie. Be to. Sie genai gal i b[ t i veiklDsabiejose IS arba tik vienoje ii ju. Antai Tn5 veiklDs transpozicijosgenai yra tik ISR, t. 1'. de5iniojoje IS.

Vidineje Tn dalyje vra genai. nuo kuriu priklauso bakteriju at-spirrlrmas antibiotikams ir kitiems nuodams, pvz., gylsidabriui. TuoTn labai panaSus j R plazmides (Zr. p. 239). Siq gcnu skaidius jvai-r iuose Tn taip pat labai nevienodas ( ik i 5 genq).

Tianspozonq t ipo judr iej i e lernentai yra i r dirbt inai konstruojamii i dvieju judr iqju elementq (panai iai kaip i5 dviejq IS nat lralaustranspozono galuosc). Tokios konstrukcijos naudojamos kaip vekto-riai genq inZinerijoje. Thip, pvz., konstruojami vektoriai i5 dviejqdrrrzof i los P elementu.

r43

IS50i tSL IS5O ISR

9 9 9 9<__ i5 j j bn _____" <_ lxriir bp ________________ <- i5j j bf|________)

I IGKS l l ' . l r ' 5

I S I Cnr IS I

Tn9f- )r,:.:-,:.:::r --< - )9 9 9 9

<--768 bp---? <- 1102bp -------+ <-768 bp .--'- ' -ITGKS

- ITCKS

l D n ) res ttrp R bla

Tn3 (<-lR hn ->

4600 bp

3.9 pav. lvair iq transpozonq strukt lros palyginimas:Tn 5 - genas Kni koduoja atsparum4 kananticirtr t i i galuose invertuoti IS50 - at i t inkaIIGKS - i lgas invertuotas gal ines kartot ines sekas (angl. LRI): I550 galuose 1'ra9 bp invertuotos kartot inis sckos.Tn 9 - genas Crr koduoja atsparumq chlorant.fenikol irr i ; galuose du t iesioginiai IS1 -

at i t inka ITGKS - i lgas t iesiogines gal ines kartot ines sekas; IS1 saluose yra 9 bpinvcrtuotos kartot ines sekos,Tn 3 - genas b1a koduoja atsparum4 antpici l inui (B laktamazc): galuosc vra trumposinvcrtuotos galines kartotinis sekos - TIGKS (angl. lIR): genai tnpA ir tpnR koduojatranspozici jos baltymus; res yra regul iacind seka. Nuo jos priklauso, ar rcpl ikonaibus sul iet i - sudarys kointegratq. ar bus i iskirt i geno r i ip R produkto rezolvazes.IS, - kair ioj i (angl left), o ISR - deSinioj i (angl. nglrt) insercines sekos

Visi5kai pagristai prie judrirjq genomo elementq priskiriami nuo-saikieji virusai ir plazmidds (Zr. p. 237). Sios struktIros, jsiterpusios

i chromosomE, irgi gali keisti genomo veikl4. Tai vienodai tinka irbakterijoms, ir eukariotams. Vienija plazmides ir nuosaikiuosius viru-sus su Is ir Tn ir labai pana5ls isiterpimo i chromosom4 bfidai.

Transpozicija ryksta labai ivairiai. Skiriami du jos tipai:

. repl ikacind, kai judrusis elementas ir iSl ieka senojoje vietoje. ir atsirandanaujoje, perkel iama t ik vicna DNR grandind, o po to abiejose vietose rni 'kstan c p l a n i n e D N R s i n t e z e :

' konservatyvioj i , kai judrusis elementas i ikerpamas i5 scnos vietos ir perkcl ia-mas i naujq viet4. Senojoje vietoje l ieka dvigrandis trukis. kuris arba uZtai-somas, arba yra mirt inas. Eukariotu j is gal i buti chromosomq mutaci jq prie-iast is.

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

_ Jie turi genus, kurie koduoja speciali4 endonukleazg transpozazg.Sis fermentas labai tiksliai i5kerpa judrqji element4 i5 abiejq pusill,tik skirtingose grandinese. Thikinio vietoje kerpamos abi DNR gran-dinds, tik velgi skirtingose vietose, susidaro lipnus galai:

-+-AC f A C- K imimas - . {CTA-

. T , G A T C - € . T - : : :Taikinys

--+l l *J , : : -c- Rcpt ikaci ju -qcrn c | *" lo. t^ ' . 'r'- - _c rrc. --) i, c..r rc L .-'r, cerc

UZpildZius vienagrandZius tarpus, taikinio seka arba dalis jo pa-dvigubeja.

Tn ir Is eal i is i tcrpt i nc t ik ichromosomas. bet i r ik i tas genet ines strukt l ras,tur ini ias DNR (pvz., plazmides). Del ( ios prieZasties bakteri jose gal i i rykt i reiSki-nvs. kuris vadinamas repl ikonq susi l iej imu. I5 dviejq genetiniq strukt lnl susidarovicna (vadinamasis kointegratas). Pvz., taip gal i susi l iet i dvi plazmides. Tokiu atvejur, iena geneting strukt ir i ] (plazmide) nuo kitos skir ia Is arba Tn kopi jos.

Judrieji genomo elementai gali koduoti ir ferment4 rezolvazg, ku-ris iSskiria dvi sulietas genetines struktlras. Pasitaiko dviejq tipq jud-riqjr+ elementrl mutacijq, del kuriq Sie praranda judrum4. Mutacijagali paZeisti galing nukleotidq sekE. Siuo atveju judrusis elementaslieka visq laik4 toje vietoje, kur jis tuo metu buvo. Nebent i\yktqgriZtamoji mutacija. Bet Sios yra retos. Gali lvykti transpozazes genr+mutacijos. Siuo afteju elementas irgi tampa nejudrus, tadiau toksjudrusis elementas gali pasinaudoti kitq, normaliq judriqjq elementqgenq produktais - fermentais, reikalingais transpozicijai.

Y6l Ac ir Ds. Pastarojo tipo mutantas yra kontroliuojantysis ku-kurlzq elementas Ds. Jis turi normalias galines sekas, bet yra ir,1'kusifvairaus dydZio delecija transpozazes gene. Tad jis naudojasi Ac trans-pozaze. Ac yra normalus judrusis elementas (4563 bp).

Judrieji eukariotrl genomo elementai pana5us i prokariotq Tn irIs, ypad I Tn3. Tik skiriami judrieji genomo elementai trumpomisinvertuotomis galindmis sekomis (jiems priklauso kukuruzq Ac, dro-zofilos P, judrusis Alu sekt4 tipas) ir ilgomis invertuotomis galindmissekomis (LTR, angl long tetminal repeats), Pastarajam priklauso tikeukariotams bldingas judriqq genomo elementq tipas retrotranspo-zonai. Pavadinimas kilgs i5 savito transpoziciios b[do.

Retrotranpozonai isiterpia i genomq naudodamiesi atvirk5tinetranskriptaze, t. y. DNR-+RNR+DNR-+integracijos b[du.

Tuo retrotranspozonai sutampa su isiterpusiais i genom4 retroviru-sais (Zr. p. -5a9). Kaip minita, retrovirusus, kaip ir nuosaikiuosius viru-sus, galima priskirti prie judriqjLl genomo elementq. Nuo retropozonrl(kartotiniu seku) retrotranspozonai skiriasi ne tik dydZiu (5-8 kb). betir tuo, kad iq viduje yra veikl[s genai. DaZniausiai tai genai, koduojan-t,vs atvirk5ting transkriptazg ir kita ferment4, bltin4 transpozicijai Siuob[du, - integrazg. Thi nukleazi, butina ikirpti DNR. Galinds sekos(300-100 bp) yra tiesioginis, t. y. vicnos krypties.

Galimi miSrls rctrotranspozonq tran\pozici jos b[dai - naudojant ne t ik an' irk(-

t inq t ranskr ip tazQ. be t i r t ranspozazg (ka ip Tnr ls ) .

Tbanspozicijos valdymas. Kaip min6ta, judrieji genomo elementaiyra vienas i5 genomo pertvarkos bldu. Kai kuriais atvejais valdymosekq (pvz., res) turi patys Tn. Bet apskritai transpozicija valdoma i5Salies: arba specialiq genq (daZniausiai supresoriu), arba,/ir aplinkosveiksnirl. Nuosaikieji virusai ir plazmides daugiau ar maZiau valdymogenq turi savo genome.

3.5. Chromosoma

3.5.1. Molekulin6 chromosomos sandara

Eukariotai skiriasi nuo prokariotq viena i5 esminiq genomosandaros ypafybitl - chromosomomis.

Manoma. kad lemiamu momentu eukar io tq senomo f ragmentac i -jai I chromosomas atsirasti buvo genomo dydis. Jeigu visa ZmogausDNR sudarytq vien4 molekulg, jos ilgis b[tq 1,74 m. Suprantama.kad tokios DNR molekules erdvinis i5sidestymas. sinteze, kopijq pa-siskirstymas nelmanomi. Thdiau Zmogaus chromosoma ir pagal esamqpadcti yra labai didele - vidutini5kai 100 000 kb DNR. Taigi euka-riotq DNR yra ne tik

. fragmentuota i chromosomas,

. bet i r st ipr iai kondensuota.

t46

Bc to. chromosomos kondensacija keidiasi l4steles dalijimosi cikleir priklausomai nuo chromatino funkcijos.

Chromatinas yra DNR ir baltymq kompleksas interfaziniame

branduolyje. Thdiau pagrindinis DNR-baltymq kompleksas nukleoso-

ma iSlieka ir l4stelei dalijantis. Keiiiasi tik nukleosomq ir bendraschromatino erdvinis iSsidesfymas, taip pat kondensacija ivairiose mi-toz€s ir mcjozes stadijose ir fazdse.

Chromatinas susideda i5 DNR ir dviejq tipq baltym4 - bazi-niq (histonq) ir rfig5dirjq (nehistoniniq). DNR+histonq kom-pleksas sudaro savit4 strukt[r4 nukleosom4. Ji yra pagrindiniskartotinis eukariotq chromosomos sandaros vienetas.

Skiriama visa nukleosoma ir minimalioji nukleosoma, arba nu-kleosomos Serdis (angl. core). Minimaliqj4 nukleosom4 sudaro savitaii5sidestg (3.10 pav., ,4) ketur iq t ipq baziniai bal tymai histonai (podvi molekules): H3, H4, H2A, H2B ir DNR. Apie ritinio pavidalohistonu Serdi DNR sillas apsir.ynioja 1,75 karto (3.10 pav., B). Lanks-tq vietose DNR 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 svarbiir maZojo ir didZiojo grioveliq DNR grandindje padetis ant histonq-ierdies (3.10 pav., A, C).

Vienq nukleosom4 su kita jungia DNR atkarpa, vadinama jung-

tuku. Jungtuko DNR yra prieinamesne mutagenams, negu apsir,ynio-jusi aplink histoning Serd! DNR. Jungtuko dydis labai ivairus - nuo8 iki 114 bp. Thi lemia ir visos nukleosomos ilgi. Mat vis4 nukleo-somq sudaro minimali nukleosoma * jungtukas. Vidutini5kai nukle-osomos DNR ilgis 200 bp, tadiau mieliq Saccharomyces cerevisiaenukleosomos ilgis yra tik 165 bp, Zinduoliu - 180-200 bp, o j[rqeZio net 260 bp.

Prie jungtuko DNR jungiasi histonas H1 (arba kiti Sio histonoSeimos baltymai, pvz., H5). Nuo jq priklauso chromosomos konden-sacija, veikla ir net l4steliq diferenciacija.

DNR apie histoning ierdi gal i apsivyniot i atsit ikt inai arba t iksl iai nustatytomisnuklcotidu sekomis (pastarasis rei ikinys vadinamas fazavimu - angl. phasing, arbaposit iort i t tg). Pastaruoju atveju tojc pai ioje chromosomoje lvair iq nukleosomq dydisncv icnodas.

l l ] ' t41

€ ; .

Chromosomos domenai - tai 50-100 kb ilgio 30 nm chroma-

tino kilpos, kurios tvirtinasi prie pamato - pastoliq, sudarytq

ii balrYmq.

Baltymai zymimi Sc (angl. scaffold - pastoliai). Kol kas atrasti

trys baltvmai: Sc I, Sc II, Sc III , bet ju turetq b[t i daugiau'

Sc I ' - pirmasis nustatytas chromosomos baltvmas' Pasirodo, j is yra II topoizo-

mcraze. Tai fermentas - specif inc cndonuklcaze, kuri dalyvauja visuose reiskiniuose'

fur rclhu i iwniot i . iSt iesint i DNR (repl ikaci joje. rekombinaci jojc ir kt.) . Ji kerpa

oNR or] i .1ore grandindse ir po tO r,el susiuva tr lkius. I I topoizomcrazis mutantai

7[\ 'a. nes negali i5siskirt i chromosomos mitozis pabaigoje'

;q. @a@

N '

T^lr

nn

4-.::' 'i''i..-

".i!.' - Y . . - ' - ''-€ l:v

( . '

3.10 pav. Nukleosoma ir chromosomos sandara:

,4 - lerdies histonu s4veika su DNR, nukleosomojc paraizduota t ik

apvi ja apie Serdi ir t ik po vienq histonu H.2A' H2B ir H4 molekule;

g'- ' oNn apsi iyniojusi apie histonu Serdi beveik du kartus' juodu

pavaizduota galima histono H1 padetis;

C - DNR sil lo deforrnacija apiiryniojant apie histoninq (erdi --+ vietos' kuriose

DNR skaido DNRaze l, - vietos, turi is atakuoia ZIV (angl' HJ1] integrazd (pagal

A. P. Wolffe, 1995)

Nukleosominis chromatinas budingas interfaziniam branduoliui.

DNR yra 2 nm skersmens (3.11 pav'. A)' Del nukleosomintis sanda-

ros chromatino sifllas storeja iki 11 nm' Toks yra nukleosominio

kamuoliuko skersmuo (3.10 pav., B). Nukleosominis chromatinas vra

30 nm skersmens (3.1i pav., C). Kaip jis susidaro' t"1u galutinai

isaiSkinta. Pastaruoju *.tu *unoma, kad lvairiais bldais. Histonai

Hl skatina interfazinds chromosomos susidarym4. Nukleosomq san-

kaupose nukleomerose yra 5-7, iki 15, nukleosomq'

bomenind chromosomos sandara (3.11 pav., D) pirmiausia aptik-

ta bakterijose, paskui metafazindse eukariotq chromosomose ir tik

vdliau - interfaziniame branduolyje.

148

I,,-.g

ililildmil,'3.11 pav. Chromosomos kompaktizaci jos lygiai:, ,1 - DNR skersp j [ r i s : -B - nuk leosomin is ; c - nuk leosomin is (dar lab iau

kompakt i i kas \ : D - c lomen in is (pagr ind in is in te r faz in iame branduo ly je ) ; f ' -

nrctafazini chromosoma

viena DNR

apskrit imu

T

l"'"F

l,oo*.

l'*uu."

:'jr b

r49

3.12 pav. Chromatino ki lpq susidarymas ir chromosomos kondensaci ja dalyaujant

baltymui XCAP-C/E

Sc II, arba XCAP-C/E (angl. heterodirneric coiled-coil - dimeras ii C ir E po-

l ipeptidq) baltymas yra gal nct svarbesnis chromosomos domenams-ki lpoms atsiras-

t i . Jis yra juddj imo baltymas. Manoma. kad butent j is suart ina chromatin. l ! dome-

nu k i lpas (3 .12 pav . ) .

Metafazinds chromosomos (3.11 pav., E) yra labiausiai konden-suotos ir menkiausiai iitirtos. Jas iStirti trukdo tai, kad l4stelei dali-jantis chromosomos visa laika keiiia savo sandar4, ir tai trunka labaitrumpai. Manoma, kad metafazinese chromosomose domenind chro-mosomos sandara toliau $/stosi, kilpos glaudZiasi viena prie kitos.Be to, jos gali b[ti stambesnds. Toliau r.ystosi ir baltyminiai chromo-somos pastoliai. SuardZius arba i5plovus DNR, chromosoma iSsaugosavo iSvaizd4.

Kompakti5kos, trumpos metafazinds chromosomos yra fizi5kaipatogiausios paskirryti tarp dukteriniq branduoliq/lqsteliq. San-dara atitinka paskirti.

Chromatino sandara eukariotq interfaziniame branduolyje irgiger iausiai at i t inka intcrfazinio branduol io paskir t i . Nuo jos pr ik lauso:

' chromatino/genrl veikla,' DNR repl ikaci ja.

1 5 0

. DNR rekombinacija ir reparacijzr,

. pradiniai lqsteles dal i j imosi etapai.

Todel visi5kai suprantama, kad ir interfazinio chromatino sandarakeiciasi priklausomai nuo l4steles r,yksmq. Vienokia ji yra specifinesveiklos, diferencijuotose, bet nesidalijandiose lqstelese, kitokia - l4s-tcl€se, kurios aktyviai dalijasi. ypad S ir G" stadijose.

' Jau senokai nustatyta, kad chromosomos interfaziniame branduo-l11c' i5sidesdiusios neatsitiktinai. Chromatinas s4veikauja su dvieminterfazinio branduol io strukturomis. su:

. tankiEja plok5tele - lamina (os balrymais laminais A, B, C),kuri iSkloja branduolio apvalkaleli i5 vidaus;

. branduol io skeleto-matr ikso si l la is ( f ibr i ldmis).

DNR yra special ios sekos. kuriomis interfazind chromosoma tvirt inasi prie mat-r ikstr ' laminos baltymrl. Sios sekos vadinamos MAR (angl. matrLr attaclunent regiort)rrrba S.A.R (angl. sca.ffold attuchntent region). Gali buti . kad ir intcrfazines chromo-rt)rnos i5 dal ies sqveikauja ir su tais pai iais Sc I. Sc II (XCAP-C/E), kurie yra irdLrnrenines chromosomos pastol iuosc. Antai branduolio matrikse yra 70o/o visos II to-poizomerazes (Sc I). MAR sekoje 1'ra I I topoizomerazis paZinimo vieta. Joje vy-niuja AT poros (apie 70r' l ) .

MAR/SAR sekq vieta DNR yra neatsitiktine. Ji susijusi su chro-matino veikla. Antai histonq kartotindse genq sankaupose prie bal-tl,miniq pastoliq tvirtinamasi tomis vietomis, kur baigiasi viena histo-nu genq sankaupa ir prasideda ki ta (3.13 pav.). Interfaziniame bran-duolyje chromatino kilpos yra nepastovios, nes ne visas chromatinas

3.1-3 pav. Vietos chromosomos ,,pastol iuose", prie kuriq tvirt inasi kartot iniai histonqqcna i

X( , \ l ' -C l : X ( . \ l ' -C I X ( AP- ( f( l ) I o l r l i r l r l l i l \

| | |

\ t t i

I Kondensacrlos

i afit\ \'acla

( ( (

I Kondensuota

I ' cl lroll losonla

151

veiklus - veikli yra tik vos zymi jo dalis. Neveiklioji chromatino clalisgali blti labiau kompaktiika - gali sudaryti heterochromatin4.

Prokariotq chromosoma, palyginti su eukariotu chromosoma, yralabai paprastos sandaros. .E. col i chromosoma - tai Ziedine (apie1100 pm) i lg io DNR molekuld. v is ddlto j i yra kondensuota i r sudarokompaktiSk4 darini nukteoidq (3.14 pav., a). Prisiminkime, kad DNRmolekules skersmuo yra 2 nm. DNR yra neigiamai superspiralizuota irsudaro kompleksus su baziniais balwmais. Jq yra keletas (H4, H1, arbakitaip H-NS; P). Jie pasiskleidg po vis4 nukleoidq. IS baltymq ner su-sidaro kamuoliukai, menantys eukariotq nukleosomos histonine serdi.Bet t i k rq nuk leosomq nera .

Kaip ir eukariotq interfazinio branduolio, bakteriiq chromosomasudaryta i5 kilpq-domenq. E. coll chromosomoje yra apie 100 domenq.Vidutinis domeno dydis -apie 40 kb.

Domena i - ta i dar v iena kompakt i i kos nuk leo ido sandaros pr ie -Zasdiq, ko gero, pagrindine, nes, kaip ir eukariotq afveju, tai bldaserdvi5kai-funkci5kai orientuoti bakteriju genom4. Skiriasi lvairiq do-menq dydis, DNR superspiralizacija.

Bakterijq chromosomos domenq (3.1,1 pav., b) pamate yra ne tikbaltymai, bet ir RNR. Thiiau apskritai erdvine bakterijq chromoso-mos orientacija nera visi3kai aiSki. Bakteriju nukleoidas neturi neiapvalkalelio, nei matrikso. Kokios RNR ir kokie baltymai yra jqchromosomos domenq pamate, irgi kol kas nenustatyta,

Bakterijq chromosoma gali kontaktuoti su lqstelds apvalkaleliu,ypad kai r,yksta DNR replikacija. Del sio kontakto DNR molekuleskopijos tiksliai paskirstomos tarp dukteriniq l4steliq.

'.."._

b3.14 p;. Bakteri jq nukteoidai:a - Escherichia colr glvose, besidal i jandiose l4stelcse. skir iasi pagal stebcj imq trukmg(i3 kaircs i dei ine nuo 0 iki 2l min.). marvri persismaugg nukleoidi i (remiantisE. J . DuPraw, 1970) ; b - E . co l r chromosomos domena i (k i lpos) . o k i lpose -.kamuoliukai, menantys cukariotu nukleosomos icrdi

r52

i-A-',r A i l .u-( ] \ - -

*

$$,i*

)Y,#$#)##'fik

Y*.e'uEEsHEr['i'l'"tl tl tt IIfidi-'g[[[EIEii'""v"V v v v$tr&, fl nn fl B n'E n-A'X'A"l i'.'n

A:f,;t='il[[g[U[! V Il ll II llI I I

3. i5 pav. Rti inis kariot ipo savitumas ir chromosomq pol imorf izmas:kairdje - kariot ipai: 1 - upinio veZio (98): 2 - lydekos (12); 3 - arkl io (66); a -

salamandros (31): -5 - uodo (6); 6 - kates (3tt); 7 - jaui io (60); 8 - avies (54);skl iaustuose nurodytas diploidinis chromosmq skai i ius; de5indje - j l rq sraiges Tftalslopi l lus chromosomq pol imorf izmas: I - kariot ipas sraigiq, gyvenandiq vietovese,kur menki poh'_v-niai (kariot ipe - 18 chromosomq); B - kur didel i potryniai (13chromosomq di l susi l iej imo centromeromis); C - tarpinis formos (chromosomqskaii ius tarp 13 ir 18). Thmsiai pavaizduotos chromosomos, kurios arba yra, arbagali susi l iet i centromeromrs

3.5.2. Eukariotq chromosomq morfologi ja. Kariot ipas, r[Sinis jo

savitumas. Heterochromatinas ir specif inds sandaros bei paskirt ies

chromosomos

Kariotipas. Idiograma. [vairiq organizmo rt5iq kariotipo savitu-mas. Kiekvienai organizmq rlSiai b[dingas tam tikras chromosomqskaidius, dydis, kitos morfologines sar,ybds. Thi rodo 3.15 paveiksle pa-vaizduoti kai kuriq organizmq chromosomq rinkiniai - kariotipai.

Bene daug iaus ia chromosomq tu r i ka i kur ie papard ia i (1260) , rad io l ia r i ja(1600), maZiausiai arkl ine askaridd - t ik 2 (1 por4), augalas Haplopappus - 4.CitogenetiSkai patogiau t ir t i organizmus, kuriq l4stelese nedaug chromosomq. kaipvaisines muselds (Drosoplila nrelanogaster), turiniios 8 chromosomas, ir kuriq chro-mosomos yra stambios kaip drozofi los gigantinds ar pupq (Vicia faba) (Zr. tol iau)chromosomos.

Kariotipas - tai organizmo chromosomq visuma, apibldinamachromosomq dydZiu, i5vaizda ir skaidiumi. Jis yra paveldima kiek-vienai organizmo m5iai bldinga sarybd, kaip ir kiti poZymiai.

fvairios skirtingq organizmq ir to patiesmos apibfidinamos taip: dydis, centromerasomoje, pediai ir jq ilgis, antrind sqsmauka,

organlzmo chromoso-jos padetis chromo-

palydovai (3.16 pav.).

153

rlgasts-t

Per) s q

t _

3.16 par,. Chromosomq t ipai: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 d s u p a l y d o v u : 3 -

submctacentr ine (pediai nelygls)t I - metaccntr ine ( 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.je Zmogaus chromoso-moje DNR siulas yra 16 cm.

Chromosomos i5vaizda labiausiai pr ik lauso nuo centromeros, J iesti pirmineje s4smaukoje. I5 abiejq jos pusiu susidaro kinetochoras,prie kurio fvirtinasi achromatin6s verpstds mikrovamzdeliai. Centro-mera dal i ja chromosomq j pet ius. Pagal centromeros padet l chromo-somos gali bfiti metacentrin€s, lygiapetes, t. v. centromeros dalijamos

i du lygius pedius, jq forma metafazeje X raides; submetacentrinis,kai centromera yra ne ties chromosomos viduriu, susidarg pediai yrane visai lygus; akrocentrinds (telocentrinds), kai centromera yra be-veik chromosomos gale (tokios chromosomos metafazeje V raidesformos). Nedidelese, ovalinese chromosomose (pvz., drozofilos IVchromosoma) gali buti difuzine centromera, t. y. verpstes si[lai galiprisiwirtinti bet kuriame taSke.

Chromosomoje gali blti ir antrind s4smauka. Kaip mineta, jojesusidaro branduolelis. Bet ne visada taip b[na. Kartais antrine sa-smauka esti labai rySki. ir atrodo, kad viena chromosomos dalis su-sijungusi su kita plonu siuleliu. Tiumpesnioji chromosomos dalis (ypaijeigu ji nedidele) vadinama palydovu.

Pagal kariotipq galima apibndinti organizntq gentis, o kartais irru5is. Yra net mokslo Saka kariosistematika. Taiiau kariotipo specifiS-kumo svarba organizmui kol kas neaiSki. Nenustatytas rv5ys tarp or-ganizmq evoliucijos ir chromosomq skaidiaus jq l4steldse. Par,yzdZiui,Zmogus turi 46 chromosomzrs. viSta - 78, avis - 54, drozofila - 8, upinis

t54

rcrzr,s - 98 i r t . t . ?r i iau didesnis ar maZesnis chrontosomu skai i ius tur i

i ta[os genet inei rekombinaci jai .Gcriiiusiai chromosomq morfologines ypatybes iZilrimos mitozes

ir nrcjozes metafazdje. 3.17 par ' , kar iot ipai pavaizduot i metafazeje.

C'hromosomos gali buti i5 metafaziq nuotraukq iSkerpamos ir i5ri-

kiuojamos pirmiausia pagal dydi, paskui ir pagal kitas auk5diau ap-

t3rtas jq morfologines ypatybes. Toks grafinis kariotipo pavaizdavi-

rlirs vadinan-ras idiograma (Lr. 1.11 pav.). Lytinds chromosomos (X,

\') idiogramoje gali b[ti ten, kur joms priklauso blti pagal dydi iriSraizd4, arba jq vieta yra po autosomq (nelyt iniq chromosomq).

Heterochromatinas ir chromosomos sandara. Ivairiais bidais nu-sraq'ta, kad ir toje paiioje chromosomoje chromatinas yra netolygiaikondensuotas. Net Sviesiniu nikroskopu galima iZilreti mazgelius -

chromomeras. Gigantinese chromosomose (Zr. toliau) matyti tamses-nis juostos - Balbijanio Ziedai. Elektroniniu mikroskopu interfazind-sc chromosomose matyti mazgeliai (angl. knobs).

Skiriamos trys kondensuoto heterochromatino klasds:

. kondensuotasis euchromatinas.

. fakulta[nrusis heterochromatinas,

. konstitutyvusis heterochromatinas.

Euchromatinas pagal klasikini apibldinim 4 yra maLiau kondensuo-tas ir genetiikai akryvus, t. y. DNR turi geneting informacij4 - genus.Thdiau dzruguma genq specializuotuose, diferenci.juotose l4stel6se yraneveiklls. Veiksmingiausias bldas genq veiklai slopinti - euchromatinokondensaci ja. Tai v ienodai t inka i r kondensuotam euchromatinui , i rfakultaryviajam heterochromatinui. Skiriasi jie tik kondensuotos chro-matino dal ies dydZiu, la ipsniu i r t rukme.

Neveikl[s interfaziniame branduolyje genai yra labiau konden-suoti ir sudaro smulkius mazgelius. Thi ir yra kondensuotasis euchro-matinas. Jis yra savitas ivairiems audiniams. Tik spermatozoiduose

l rii inakryvintas visas genomas. Pana5iai yra ir augalq vyri5kojo ga-mctofito - mikrosporos generatlviniq lqsteliq branduoliuose.

Fakultatpusis heterochromatinas - irgi kondensuotas, tik stip-riau, euchromatinas. Be to, kondensuoti arba dideli chromosomossesmentai, arba i5tisos chromosomos. Kondensuotos vietos i5rySkejadiferencinio dazymo bldu C juostomis. Siuo budu nusidaZo bttenthcterochromatinas. Fakultatyvusis heterochromatinas gali bflti i lga-laikis, kaip Zinduoliq X chromosomos, pavirtusios labai kondensuotuBaro ktnel iu (Zr. p. 193).

155

Konstitutyvqli heterochromatin4, kaip mineta, sudaro kartotintq

sekq sankaupos. Jis skirstomas pagal Vietq chromosomoie:

' centromerinis.o telomerinis,. NOR (ansl. rrrrclcolLrs org,aniser region) - branduoldl io organizatoriaus vlctoje.

. n,urg. i ini i ivair iosc (nei auki i iau minctose) chromosomos dal-u-se. Jis sudaro

hetciochromarino mazgelius (angl. knobs). Jie irgi isryikeja da2ant c juos-

tomis. Inte rfazincse cnronlosomose nlazgeliai matomi pro clektroninl mikro-

skop4.

specifines sandaros ir paskirties chromosomos labai priklauso

nuo ihromatino kondensacijos. Genetiskai inerti5kos B chromoso-

mos. didele dalis Y chromosomos Vra beveik vien i5 heterochroma-

tino. Tuo tarpu akqviose l4stelese gali brrti dekondensuotos, specifi-

nes sandaros chromosomos. Thi politeninds chromosomos' chromoso'

mos-,,lempq SePeiiai".Lytinfs chromosomos yra lrodymas, kad savitq paskirti gali tureti

ir normalios kondensacijos chromosomos. Tokios yra lytines X chro-

mosomos. Jos genet iskai labai talpios'

Nors l-vt is paveldima labai ivair iai , bet daZniausiai ja lemia lyt ines chromoso-

mos. Jas turi i r kai kurie augalai:

' kanapcs (Cannahus -vrtr la),' apyniai (Humdus luPtr l t ts) '. smidras (Asparagus offictualis)'. vynn.redis (Vitis vinifera),. iakinys (Melandiunt albunt).. pol ipioidincs Zemuogiq (h.agoria) r l iys ir kt. Sie augalai yra dvinamiai.

Lytines chromosomos labai ivairios. Skirtingq lydiq individai ski-

riasi lytiniq chromosomq skaidiurni arba/ir i(vaizda. Kai jos skiriasi

dvdZiJ ir fbrma, vadinamos X ir Y chromosomomis. DaZniausiai Y

chromosom a yra maiesnd uZ X chromosom4, bet jos gali btti vieno-

do dyclZio. Tada skiriasi savo sandara, pvz., heterochrom-atino kiekiu.

Zmogaus y chromosoma ne tik maZesnd, bet ir beveik vien tik i5

heterochrclmatino, turi nedaug genq. Kaliotipe gali bDti keletas ne-

homologiniq X chromosomrl porq ir tik viena arba ni vienos Y

chromosomos. Pastaruoiu atveju lytis skiriasi chromosomq skaidiumi

(pvz., taip yra Ziogo).Visos kitos chromosomos vadinamos autosomomis, arba A chro-

mosomomis.

156

Papildomosios. arba B, chromosomos yra viena didZiausiu citoge-net ikos mlsl iu. Jas atrado dar 1906 m. Vi lsonas (E. B. Wilson) vabz-ctyje tr[etapodiunt, bet iki i iol neai5ki nei jq funkcija, nei kaip jos

atsiranda. Mat jos ndra kariotipo bltinybe. B chromosomos i5 tikru-

iq yra papildomosios chromosomos. Jos gali b[ti. bet gali jq nebDti.

Ile to, aptinkamos tik autbrydingo (angl. breeding - veisimas) b[du

besiveisiandiq organizmq kariotipe, t. y. tik tq, kuriq apsivaisinime

clalyvauja du partneriai. Pvz., jq neturi savidulkiai augalai.

Kariotipe chromosomos papildomai atsiranda ir del heteroploidi'jos arba amplifikacijos (mini-chromosomos). Bet jq kilme aiSki. Jos

vra homologines kuriai nors pagrindinio kariotipo chromosomai arjos daliai. Tuo tarpu B chromosomos nera homologinds nd vienai ii

A arba lytiniq chromosomu, arba jq segmentq.

B chromosomas sudaro beveik vien konstitutyvinis hetero-chromatinas, bet kitoks, negu A arba Y chromosomose.

Jos daZniausiai yra smulkesnds uZ A chromosomas, (3.17 pav.),

bet gali buti ir vienodo dydZio.Pastaruoju metu nustatyta, kad B chromosomos skatina mejozg ir

rekombinacijq mejozes metu, generatyviniq l4steliq mitozg po redukci-

nio dalij imosi, selektyvq apsivaisinim4. Ir padios B chronosomos i5lie-ka (paveldimos) del selektyvausapsivaisinimo, teikiant pirmeny-be toms lytinems l4steldms, ku-rios turi B chromosomas. Bet Bchromosomu skaidius kariotipenegali dideti iki begalybes, yrasubalansuotas. Pasiekus tam tik-r4 lygi (rugiti kariotipe - 6 Bchromosomas), sumaZeja tokiqindividq vaisingumas.

Chromosomos-,,lempq Sepe-iiai" estidaugelio stuburiniq gy-v[nq ovocituose mejozes diplo-tenos stadijoje. Taip jos pavadin-tos del daugybes i Sonus i5sikero-j u s i q a t a u g e l i q ( 3 . 1 8 p a v . ; . S i qchromosomq atradejui Riukertui

,vF(-,

i /ffi,) I\"iw)-3. i7 pav. Augalq B chromosomos:kaireje - rugio (Secale cereale) chromoso-mos su viena B chronrosoma Ziedadulkes1-oje mitozi je: padvigub€jusi B chromo-soma paskirstoma netaisykl ingai - paten-

ka i vienq dukterini branduoli ; deSini je -

e ra i i ino (Fes tuca pra tens is ) kar io t ipas(2n= 14)+ l ,1B chromosomu ( remiant is A .Mt in tz ine . 1961)

t57

d.{

''&'" t-4.

I

ara ir veikla (remiaint is W. Beermann.d

TT Clever,3. lE pav. Chromosomos - , , lempq Sepediai":

rr - konjugal,usios dvi homologincrs tr i tono (Tri turus) chronttrsorntls-.. lempu Scpeiiai"

( iS J . D . Ca l l , 19661; b - mRNR s in tezc (Zymeto jo u r id in t l l j unu imas chromosomos-

. , l cnrpq Scpcc ' io " \epc t i l i u r rse : pa2rnr i ta juoda i )

(J. Rtickert, 1892) Jos prinline Sepedius, kuriais truvo Yalomi senrlq zi-

bal iniq lempq st ik lai .Chromosomos-,,lempq Sepediai" i5 tikrqjq yra dviejq homologi-

niq chromosomq kompleksas - bivalenta. chromosomos viena ki-

tos laikosi chiazmais - susikryZiavimo vietomis. Tokioje bIsenoje

chromosomos-,, lempu Sepediai" gal i bl t i keleta mdnesiq. Susidu-

riame su uZdelstqla nreioze.Chromosomos-..lempu Sepediai" 20-,10 kartu ilgesnes uz iprasta-

sias chromosomas. Tir ip yra todi l . kad jos dckondensuotos ! atskirus

domenus (3.18 par, . , b). J ie yra nepastor ' Is. . .Pirmyn ir atgal" k i lpo-

mis iStempiami skirtingi chromatino domenai. TLri atiieka baltvmai -

akt inas, nukleoplazminas ir kt . Domenuose intensp' iai s intet inama

mRNR. ?ri nustatyta 4metuoju uridinu.

Panaiiq i , , lempu icpci ius" dekondcnsuotq chromosomq gal i buti i r ki tose las-

teldsc. Antai panaii i juos vra Y chromosoma drozofi los spcrmatocituose. l is i iako-

jusios domcnq chromosomps aptiktos pupg iakneliq t istamajame audinl jc. Nelaime

ia. kad gal imirbes t irr i chronrosomas difercnci juotosc laste-l isc yra lahrr i r ibotos.

Tbkios lr lstclds nesidal i ja.

Pol i tenines, arba gigant ines, chromosomas atrado dar 1881 nt.

Balbi janis (G. Balbiani) uodo tr lk i io (Cl i rortonus) lervose. jq sei l iu

liaukq l4stelcse. veliau jos arrastos ir kitq I'abzdziq, tarp jq ir dro-

zofilos, sekrecij4 rykdandiose lervq l4stelese.Politcnines chromosomos jau apra5ytos I skyriuje (2r. p. 40 ir

1.9 pav.). Patogu t i r t i Siq chromosomq sandarE ir net nedidel ius,

vieno lokuso dyclzio. sandaros pokydius - chromosomq mutacijas.

nes poiiteninds chrontosomos tarytum i$margintos juostomis ir brlk5-

niais. Thi Balbi janio 2icclai . J ic gerai mar-vt i i r pro Sr ' icsini mikrosko-

i 5 8

-1.19 par' . P[psnio (pufo)

re6- l ) :t - ( . ' l t i rononrrrs plp-snis. kuris susidaro pavcikus hornlonu ekdizonu - intcnsyviair rks ta mRNR s in tc -ze . i jung iamas Zvmetas is u r id inas ( tams[s ta5ke l ia i ) ; b - ta pa t i\ icta sigantinejc chromosomojc. t ik prici tai . kai buvo panaudotas ckdizonas. paveikta11\R -s in tezcs inh ib i to r iumi ak t inomic inuD - pupsn is nesus idar i , mRNR s in tczeLlbrr i si lpna: r: - hcndra p[psnio sandara: r1 - atskiros chromonemos ki lputds p[psn1,je,i i ionu - mRNR n io leku lcs

. - , - , , ' , - , ' 1 ' , '

3.20 pav. Plpsniq kaita l-oje Chironomus dorsalis chromosomoje ivairiose raidosstadi jose (remiantis L Kiknadze, 1965):juodais stai iakampiais pavaizduoti chromosomos segntentai, kuriuose yra susidarep lpsn ia i ; s ta i iakampio dyd is va izduo ja pupsn io dyd i : 1 - 7 - t l parq le rva l 2 * 9 -10puru len ,a i 3 - p r icS. , i rs tan t le l iuke : 4 - jauna le l iuke : . i * sena le i iuke

pq del tikrai gigantiSko Siq chromosomu dydZio. Jos 70-250 kartqilgesnes ui normalias chromosomas, todel stipriai dekondensuotos.Thdiau imponuoja ne tik jq ilgis. bet ir storis.

Politenind chromosoma i5 tikrqjq yra bivalenta * dvi labaiglaudZiai konjugavusios homologines chromosomos, kuriosechromomera (DNR) daug kartq padvigubejusi.

I . ' r

kitt"' ' " t -

159

Daug kartq lyko DNR sinrczi. bct DNR kopijos neiSsisklr i . l iko vicnoje chro-nr(rsom()je. Drozofi los pgl i tcniniu chronlosomq skcrspjurl , je yra 20.18 DNR moleku-l i ' s . o_ka i kur iq uodu - ncr . j l76(s . 15 i ia k i les 5 iq chromosomr l pavad in imas (g r ,po-/ \ ' - daug + tenos _ s ih las) .

Atkreiptinas dirnesys ir i tai, kad homologiniq chromosomq kon-jugacija yra ir,ykusi ne mejozdje, o somatindse l4stel6se, Kaip mindta( ir tai mtrt) , t i 1.4 pav.), tai labai palengvina apt ikt i chromosomq mu-tacijas. Be to, visos politenintls chromosomos sudaro vienq komplek-s4. Jas vienija vadinamasis chromocentras. Ji sudaro konstitutlvusisheterochrornatinas. Antai drozofilos patineliq seiliq liauku lqstelesechromocentre yra Y chromosoma.

Nors politenines chromosomos stipriai dekondensuotos, bet ju san-dara nera pastovi. Tie lokusai, kurie yra labai aktlvis, issipuiia i p[ps-nius (pufus). Pfipsniuose DNR yra itin dekondensuota ir r.1'ksta inren-syvimRNR sintezd (3.19 pav.). Thi nustatoma Zvmetuoju ur idinu. p[ps-niq vieta nepasrovi (3.20 pav.), keiiiasi organizmo raicloje ir ivairiuoseaudiniuose priklausomai nuo to, kokie genai tuo metu yra itin veiklls.

3.5.3. Specialiosios chromosomns dalvs

3.5.3.1. Telomeros

Telomeros ir chromosomq aberacijos. Dvi svarbios funkcines chro-mosomos dalys buvo irodytos iswrus chromosomu aberaciias.

loll.f;

3.21 pav. Chromosomq aberaci jos:n - normali chromosoma; b - fragmentai; c - centr inis Ziedas ir ace-ntr inis fragmcntas;d - ccntr inis fragmcntas ir acentr inis zie<las; e - dicentr iko l t i l to) susidarymas, sal ia- susi junge du acentr iniai fragmentai; - f - chromatidiniai t i l tai pupu (L, icia faba)l4stelcse po povcikio EDTA

160

Ilti

iltJ

, 8 + '

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

l'EU#

chromosomrl aberacijos - tai ivairus chromosomq sandaros

pokYciai. atsiradg spontani3kai arba jas paveikus mutagenais.

Chromosomq aberacijos yra ivairiq tipq - chromosomines, chro-

matidines ir kt. Siuo atveju mus domina tik tie chromosomq san-

claros polg,diai, kurie susijq su telomeromis. Paprasdiausias ir daz-

ni"rriui c'hro''oromq aberacijq tipas yra fragmentas (3.21 pav.).

Kai fragmentas atitrtksta nuo chromosomos galo, Si netenka telo-

rn.ror. *Stui

tada ir isaiskeja chromosomos galu reiksme. Tilkio

vietoje chromosomq fragmentq (tiek su centromera - centriniq,

tiek be jos - acentriniu) galai yra lipnts, labai iengvai jungiasi.

Kai susijungia du fragmentai. kurie turi centromer4, susidaro di'

centrikai. $io tipo aberacijos, kaip ir acentriniai fragmentai, svar-

br.rs tiriant centromeros paskirti (Zr. toliau)'

Pasitaiko ir tokiq atvejq, kai fragmentai atitrUksta nuo abiejq

chromosomos galq. Likusi vidine chromosomos dalis galais gali jung-

tis ir sudaryti Zied4.Taigi svirbiausia telomerq paskirtis yra apsaugine: sar-rgoti galus

nuo rulipi*o, taip pat nuo nukleaziq, kurios skaido DNR. Net tr[-

kio vietos neiveikia nukleazes. Ti[kio vietoje nuo -nukleaziq saugo

specialfis kepures baltymai (angl. capping protein). Sie baltymai jun-

giasi prie bet kokio dvigrandZio tr[kio. Thi tik parySkina chromoso-

iros ir joje saugomos genetinds informacrljos vientisumo svarbE. Ta-

ciau tel-omeru tiik5-e yra ivairi (Zr. toliau), ne tik apsaugine.

Chromosomos galq problema. Si problema yra tik linijiniq gene-

riniq struktrlrr.l: neb[ru galq, nebltq ir problemos. Bakterijq, daugu-

mos virusq, diugelio nebranduoliniq genetiniq strukt[rq (mitochon-

drijq, 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-

me) ir subtelomera. 15 tikrqjq reiketq skirti dar tredi4 dali - padiq

atokiausiq chromosonros galq, Tik Si dalis, matyt, yra ne visq orga-

nizmq chromosomose.Telomeras (siaurqia prasme) sudaro savita palydovine DNR - pa-

prastosios kartotines tclomerq sekos (Zr. 3.2 lentelg). lvairiq organiz-

mu ir skirtingq genetiniq strukt[ru siq paprastqjq kartotiniq sekq skai-

i ' ius labai skiriasi. Antai Zmogaus chromosomoje jq yra iki 2000 (ar-

ba 10-14 kb), ktrahymena makrobranduolio chromosomq galuose -

tik 70, mieliq chromosomoje dar maZiau (bendras ilgis 300-450 bp).

MaZiausiai yra ZiuZeliniq minichromosomq galuose - tik 3-5 (be to.

16r

skirt inguose galuosc ncvienodai: ,5'gale - 20 bp. o 3'galc - 20 bp+1(,bp vicnagrandcs DNR).

Palyg in t i ne sen ia i nus ta t ) tas idonrus rc i i k in r s . Kar to t in iu sck t t ska i i ius . nL- t tospirc' ios lastclcs chr()nr()sonrrr tclonrcrosc. ) ' ra nepirsto\ns. Senstani io Zmogaus som3-t incsc las tc lcsc tc lon tc ros v is t run tpc ja . Anta i odos i r k rau jo las te l iq chromosontosete lomcros su t rumpej i r ;1 ; l -s - :10 bp (ga lbn t ne t S ios se-kos v is iSka i iSnvks ta) . Mano-ma, kad ta i ga l i nu lenr t i 2mogaus gvven imo t rukmg.

V s ' 2 i r r i ' s c l r r s l c l i : t ' \ u r i r \ l i l n c p l r p r l r : l u i t r u m p u l c l ( ) m c r u . i r t t r r g e l i h l t i p r m a t a stok ioms lqs tc lcms savc suna ik in t i (apoptozc . i r . p .317) . Bet ta ip v ra nc v isoselqs tc lcsc . Anta i makroc i tu t rsc . l imfoc i tuose sekq ska i i ius nck in ta . o spermoje . a t -v i rk i t iu i . scns tan t te lomeros i lgc ja .

Telomerul galuose aptinkami vienagrandZiai DNR tr[kiai, kuriqvieta yra kanonin€ (t . y. pastovi to taksono individams ir chromoso-moms). Antai ktrultmenu Sie trukiai pasiskirstg taip:

5, . . .CCCCA! CCCCAACCCCAA ! CCC. . .l l | | l | | | | l I t I lt t t t t l t t t t t t t l t t t t t l

3,. . .GGGGTTGGGGTTGGGGTTGGGG. . .

Thdiau Siu tr [k iq paskir t is kol kas neai ik i . Manoma. kad juospaZjsta specif in iai bal tymai. Baltymai gal i jungt is i r su paprastosio-mis kartot indmis sekonl is.

Antai micl iu Succltonlt t . t 'ce.r pric kartot iniu sc-ku . jungiasi i t in svarbus rcgul iaci-nis baltymas RAP I (angl. reprcssorlact i tator prott, i t t -1 ). be to. ne vienojc- r ietoje. okas 18 bp. Side chromt'sonros dah,je j is rcgul iuoja kartot iniu seku skai i i t l . Pana5iqreguliaciniu balt l ,mu aptikta ir ki tu organizmu lqstclcsc'. Zmogaus - nct keletas.

RAP 1 baltymas valdo ir telomerojc bei subtelomerojc csani iu genl] r ,eiklq. Beto. kaip rodo balt l 'mo pavadinimas. r, ienu senq veikla j is slopina. o kitu - aktyvina.Tir i pr iklauso nuo nukleotidq scku. su kuriomis savcikauja Sis balt l 'mas. ir nuosuvcikos su kitais baltvmais. Ai ikeja, kad telomerq sirvcika su branduolio matriksuir vidine branduolio mentbrlnzr irgi priklausct nuo Sio baltvmo. Antai kai RAP 1birf tvnras sqveikau.ja su SIR (anl l . .rr /ort i t t . fontrut iott regultt tor) halt t 'mai.-s. telomerosap l inko je esan i i r l gcnq vc ik l rL s lop inarna:

' Ielomerq ivairor'6. Paprastosios telonteru kartotines sekos yra

lrrbai konservat\r ' ios (2r. 3.2 lcntelg). Seka CCCTAA/TTAGCG yrartc t ik Zmosaus. peles, bet i r k i tu g,r ,v[nu telomerose. Net i r labai11tole organizmai - apval iosios kirmi les, auk5tesniej i augalai , glei-r [r1ai. Zir"r2e ]iniai turi toki4 paci4 (arba labai artimq) palydovingDNR tclonleru galuose.

Nciprastos )'ra drozofilos chromosomq telomeros. Jas sudaro kar-ror i l t is sckos, bet ne paprastosios, o judr iej i genomo elementai . J ie\ra chieiLl tipu: I' ieni retropozonai, o kiti retrotranspozonai. Jq sin-tcze ir pr i jungima at l ieka atvirkSt ine transkr iptaze. Kokiq dar net ike-runru gal ima t iket is t i r iant didesni skai i iq orgzrnizmu, sunku numaty-t i . \1at k i tu i i t i r tu vabzdZiq telomeriniuose galuose yra paprastosioskartot inis sekos. Jos yra net homologines Zmogaus telomenl papras-tosioms kartotinems sekoms - butent (CC1AA/TTAGG),,.

Subte lomeru genet ine sandara y ra sav i ta ne t i k taksonq. genet i -niu l in i ju (kamienu). bet i r skir t ingq tos pai ios genet inds l in i jos chro-m()soulrl. Sioje telomeros dalyje yra genai.

R[ i in i subtelomenl savi tum4 lemia specif ines kartot ines sekos.kur ios r ,ra i lgesnis negu paprastosios. Subtelomeroje yra genq. Jieirgi lcmia to pat ics taksono jvair iq chromosomq telomenl genet inisavi tuma. Nciprasta Siu genq vieta lemia kai kur ias Siq genq sa\Tbes.kur ir , ! netur i genai v idineje chromosomos dalyjc (Zr. tol iau). Papras-tLr ju kartot iniu sekr] gal i b[ t i apt inkama ir subtelomerose. Subtelo-merose y'ra i r nukleot idu sekos DNR sintezei pradet i (orz, ARS).

Pal rg in in tu i pa te ik iama v isa mie l iu i r d rozo f i los te lomera .(C :A) . . ARS (CI 'A) - ARS

C i r ( . N -k lL r to t ines:ck t r : i l s i s

Dr i rzo f i los

- l }ndcmas iS

rc t r ( ) ( t rans)po lonu

T lndcmas i i Nuto lcs sub-kar to t in i r - r t c lomeros0.5-1 .8 kb ra jonas ( ' J )se ku

F-0kartot inis sekos. y' i r x - specif inesgali bnti pakartota i-4 kartus, o xiki 3.7-i kb.

tc lonrc ra sk i r ias i ne t i k te lomcr in ia is sa la is , be t i r sub te lomcros sandara :

eAel\+-A- /L-o

( i r r e - - re t ropozona i lF lc t -A)s rn i tos kar to t incs sckos

| , Ir(_- (r.t kb ______9, r

cent romcra . (C, .A) , , . " - papr i l s tos iossckos . ju sudcn je v ra ARS; 1 ' sekasnruo ja p luc iose r ibosc - nuo 0 .3

rr retrotranspozonai (TART), jq skaidius nepastovus:- ivairaus i lgio t iek part ios sckos. t iek visas rajonas.

t62 163

Ne tik kiekvienos chromosomos subtelomeros di'dis ir nukleotidq sekos 1'rasavitos, bet net chromosomos peiiq. Antai 3D chromosomos subtelomeros i lgis

13 kb. o 2K chromosomos - i0.5 kb. PastarEii peti sudaro kartotines;160 bp ir

l50bp ilgio sekos, t 'r l ikusi Sio peties 3,5 kb yra savita, koduojanti '

Telomerazds. Paprastqiq kartotiniq sekq sintez6. visiskai akivaiz-

du, 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 veluojandios DNR grandines ga-

lq. Taigi po kiekvienos DNR replikacijos Siose grandindse liks neuz-

pildytas tarpas. Kuo daugiau kartu r,yksta DNR sinteze, tuo daugiau

turdtq buti prarasta kartotiniq sekq telomerq galuose.

1984 m. moksl ininkds Greider (C. W. Greider) i r Blekbarn

(E. H.Blackburn) aptiko ferment4 telomerazg. Tai awirkstind transk-

riptaze. Ji sintetina paprast4sias kartotines DNR sekas nuo RNR

matricos. Matrica yra telomerazds sandaroje. Tai ivairaus ilgio po-

liribonukleotidas (Ti:trahymena - 159 b, Ettplotes - I92 b ir pan')'

Jame savo ruoZtu yra nukleotidq seka (irgi ivairaus ilgio), kuri

komplementari telomerq paprastosioms kartotintims sekoms (atitin-

ka 1,5-3 sekas). Ja paZistama vieta telomeroje, ir j i yra matrica

telomerq galams naujai papildyti (3.23 pav.). Bet ji aktyvi ne viso-

se l4steldse. Generatyvindse l4steldse telomerazes genas yra veiklus

(ekspresuojamas).

Tclornerazds prisijungirnas

pr ie DNR

,5 ' -TTGGGGTTGC3'-AACCCC.AACCCC

Telorneraze---J

Naujq nukleotidri

l jungimo prad2ia

5 ' -TTGGGGTTGGGG3'-AACCCCAACCCC

Polirnerizacij a tqsiasi

5 ' -TTGGGGTTGGGG3'-AACCCCAACCCC

Telomerazdstranslokacii a

I nauJ4 \ ' let4

5'-TTGGGG'TTGGGG3'-AACCCCAACCCC

Ciklas kartojasi

3.2,3 par,. Telomeraz€ sintet ina telomerinius chromosomos galus

TLro tarpu daugumos somatiniq l4steliq telomerazds genas neveik-lus, toddl, kaip mineta. po kiekvieno Siq l4steliq dalij imosi telomerqgalai trumpeja. VeZinese lqstelese 5is genas gali suaktyveti.

Atrastas ir kitas telomerq kartotiniq sekq kompensacijos bDdas -

rekombinacinis: tmkstami telomerq galai uZpildomi naudojant matri-ca antrqj4 DNR granding (arba molekulg).3.22 pav. Telomeros galo trumpdjimas vdluojani ioje DNR grandini je rykstant

replikacijai

r64 165

2z dGTpTTGGGGTTG

AAC

/ i C/ , C

/c/ A

/ ARNR matrica C

AACCCCAAC

TTGGGGTTGGGGTTGAACCCCAAC

</ dGTPTTGGGGTTGGGGTTG

AACCCCAAC

Vcl! . i j rul i ! l r rn(|nc

I] irnrau]aoti Srirrdini

\ ' ! ' luoiaot i gr r t l ( j rnc

I ( \ l i l 1 ! , r J r r u , '

P r r r n r i l l i l r t l t U r i r t r d l t r c

DNR

Prie genetiniu struktlru, kuricls atsiranda individo raidoje (infu-

zor i jq subchromosomos ar minichromosomos, ekstrachromosomind

DNR) telomeros yra prijungiamos. ktralwntenu tai atlieka telomera-

zc. Pastoviq chromosornq 5i dalis sintetinama S stadijoje kartu su

visos chromosomos DNR.Padius linijiniu strukturq galus gali .,uZlipdl,ti" baltl,mai. Mano-

ma, kad dalyr,'auja tie patl's jau anksdiau mineti kepuris balqvmai'

Telomenl reik5m6. Nuo scno Zinoma ne tik apsaugind chromosomq

reik5me, bet i r tai , kad jos iemia homologiniq chromosomq sqveik4

rnejozeje. I profazds diplotenos-diakinezes stadijose ir I metafazeje ho-

mologinds chromosomos laikosi viena kitos (sudaro bivaientq) tik telo-

meriniais galais. I r k i tos chromosomq sEveikos ryksta telomeriniais ga-

lais. B[tcnt.

. nuo telomeriniq galq prasideda homologiniu chromosomq kon-jugacija mejozeje;

. erdvinis chromosomu iSsidestymas interfaziniame branduollie.Telomeriniais galais chromosomos kontaktuoja su vidine bran-duol io membrana ir tankiqja plok5tele ( lamina).

Genq veikla/genomo pertvarka ir telomeros. Kaip mineta, subte-lomeroje gali bnti jvairfis genai. Antai keturi kartotiniai mieliq mal-tozes metabolizmo genai (MALI, MALI, MAL\, XUL6) yra chromo-somq (I l , I I I , VII , XI) subtelomerose. Pana5iai i r sacharozes meta-bolizmo genai SUC yra subtelomerose.

Miegliges sukeldjo 'Inapanosoma genai, esantvs telomeroje, sqly-

goja lEsteles pavir5inio antigeno - variabiliojo pavir5inio glikoprotei'

no 1Vi'C, an'gl. VSG - v'ariable nuface gl),coprotein ) sintezg. Sio bat-tymo sintezg koduoja apie 1000 Tr1'panosontd genu (jie sudaro apie104lo genomo).

VPG genet ika yra suddt inga, todel i smulkmenas nesigi l insime,bet b[tina nurodyti, kad lsg genai yra ne tik vidindje chromosomosdalyje, bet ir Salia telomeros. Pastarieji gali veikti arba neveikti irneperkelti i5 vienos vietos i kit4. T1'rinetojus domina ne tiek pasto-viai Salia telomeros esantys usg genai, kiek tie. kurie i5 vidines chro-mosomos dalies perkeliami Salia telomeros. I5 Sios lsg genq grupdsveiklus genas yra tik tas, kuris atsiduria Salia telomeros esandiamevadinamajame ekspresijos saite. MaZdaug kas savaitg i Salia telome-ros esanti ekspresijos sait4 pakliuva (perne5amas) vis naujas genas:

166

l '.ig-r TEr r - r

I F V i d i n i a i g c n a i ( r , . i g 7 . 1 )

)r,l:._- Pemasa i rE-_l

r'.ig/ r:r'g-l r'.ig/ |sg?V--7-1 TE Geno raiSka

J (rrg,, mRNR sin-rlR.VR teze)

Kokia nauda parazitui iS tokios r'.rg genq perna5os ir savoti5ko jqrcik los valdymo? Mil2ini5ka. Tarp parazi to i r Seimininko vyksta am-Zirta kova, Ir lsg genetika vienas i5 tobuliausiq parazito ,,iSraclimq".Scinrirrinko lqsteleje priei Tit'panosonla pavir5inius antigenus sinteti-nrLnri antik[nai. Tadiau vos tik Seimininkas speja isigyti atsparum4 -pradeda gaminti antikfinus, parazit:rs - Sast, ir pakeite pavirSiniusr int iqenus.. . Vel v iskas i5 naujo.

lr mieliq subteiomeriniai SUC MAL genai gali b[ti perkelti ik i tas chromosomas. Tiromet i rgi keisis ju veikla, kur i i r taip jau sa-. . i ta i valdoma del Siu genq vietos subtelomerose.

Ektopind konjugacija. Rekombinacija,,telomera-telomera,, (gr. ek-ropos - ne vietoje, perkcltas). Sie pokTiiai, kaip ir minetos s4veikostarp chromosomq, priklauso nuo telomerq sandaros, butent nuo kar-tot iniu seku, ypad nuo paprastqjq kartot iniq sekq. Siomis sekomisgir l i konjuguot i net nehomologines chromosomos, ncs viso kar iot ipopaprastosios kartotines sekos yra tapaiios. Tai ir yra ektopine konju-gacija. Telomerose, paprastqjq kartotiniq seku sankaupose, lengvait t ksta nctcl lygus krosingoveris.

Ektopinds konjugacijos pasekmds gali buti dvejopos:

. telomeriniuose galuose esantys genai lengvai perkeliami i5 vie-nos chromosomos 1 kitrl;

. gali r.ykti netolygus krosingoveris tarp nehomologiniq chromo-somq - susidaryti delecijos ir translokacijos.

Vadinasi, telomerq sandara ir su ja susi jg rei ikiniai i i dal ics paaiskina labaistarbi i l gcnetikos problema - kodel atsiranda chromosomu mutaci jos. Kaip galejo-tt lc isi t ikint i , del netolygios paprastqjq kartoriniq sekq konjugaci jos ir po to neto-l \{aus krosingoverio atsirzinda deleci jos ir duptikaci jos. Del ektopines nehomologi-

r67

niu chromosomu konjugaci jos. kurios pric2astis irgi y,ra telomeros sandara. atsiran-da deleci jos ir tarpchromosomines translokaci jos.

Vidineje chromosomos dallje del kartotiniq sekqtokios pai ios chromosomu mutaci jos.

3.5.3.2. Centromeros. ARS

Normaliai chromosomos veiklai bltinos dar dvi dalys: DNR re-plikacijos pradZios seka ir centromera.

Centromera - genetiSkai itin svarbus chromosomos darinys. Jis pa-skirsto DNR kopijas/chromatides (dukterines chromosomas) dukteri-niams branduoliams. Visi pagrindiniai eukariotq poZ,vmiq paveldejimorei5kiniai susijg su centromeros veikla. Kaip ir telonterq, centromerqpaskirtis ir reikSme nustatyta chromosomu aberaciju/mutacijq (deleci-ju) metodu. Netekusios centromeros, chromosomos daZniausiai pra-randamos. Anafazeje praradusios centromera chromosomos lieka ek-vacindje metafazes plok5tumoje. Jos netempiamos i polius ir vertina-mos kaip atsiliekaniios chromosomos. Chromosomos be centromerosprilygsta acentriniam, t. y. neturindiam centromeros, fragmentui. Perkiekvien4 lqsteles dalijimasi kas de5imta chromosoma be centromerosprarandama.

Gali bfiti ir prie5ingai - susidaryti chromosoma su dviem centro-meromis. Tokia chromosoma vadinama dicentriku. Ji atsiranda susi-jungus dviem centriniams fragmentams, t. y. fra_qmentams, turintiemscentromerq. fdomiausia tai, kad achromatines verpstes mikrovamzde-liai nuo vieno poliaus tvirtinasi prie vienos centromeros, o nuo kitopoliaus - prie kitos centromeros. Thigi dicentrikas vienu metu tem-piamas i abu polius. Citologiniuose preparatuose matomi vadinamiejit i l ta i (2 r . 3 .31 pav . ) . S i ta ip rempiamas d icent r i kas sur r f l k ine ja .

Labai pana5i padetis yra ir mejozeje. Konjugavusios homologi-nes chromosomos sudaro bivalentus. Tai dviejq homologiniq chro-mosomq kompleksas. Jis irgi yra su dviem centromeromis. Tikcentromerq padetis yra tiksliai orientuota. Vel prie bivalento vie-nos i5 centromerq mikrovamzdeliai tvirtinasi nuo vieno poliaus, oprie kitos centromeros - nuo kito poliaus. Del to viena ii homo-loginiq chromosomq tempiama j vienq poliq, o kita - i kita. Sisrei5kinys, galima sakyti, netyrinetas. Suprasti, kaip jis valdomas,galetq padeti ir dicentrikq t-vrimai.

168

Centromerq funkcijos yra tokios:

. orientuoti chromosomas mitozdje ir mejozeje, ypad metafazd-se - chromosomos centronreromis i5sidesdiusios ekvacineje plokS-tumoje ir orientuotos poliq link;

. taisyklineai paskirstyti dukterines chromosomas (chromatides)ir homologines chromosomas ir judejimui suteikti krypti l inkpoliq.

Mitozes metafazese chromatidds kontaktuoja viena su kita tikcentromeromis, o su achromatinds verpstds mikrovamzdeliais - netie-siogiai, per kinetochorus (gr. kinetikos - susijgs su judejimu * cho-r e o - j u d u i p r i e k i ) .

Centromerq sandara yra sudetinga. Thi DNR-baltymq komplek-sas. Be to, abiejose centromeros pusese yra po kinetochora. Todelvisu Siq komponentq sandar4 reikia tirti atskirai.

Centromerq DNR. Pati paprasdiausia i5 tirtq yra mieliq Saccha-ronl,ces centromera (tik apie 120 bp). Thdiau Sioje trumputdje cen-tromeroie delecijq metodu ir su dirbtinemis mieliq chromosomomisnustatytos 3 nukleotidq sekos, kuriq delecijos arba visi5kai paverdiachromosomq acentriniu fragmentu, arba sutrinka tikslus chromati-d2iq paskirsrymas dukterindms lqstelems. Sios sekos vadinamos CDE(anksdiau CEN). Dvi i5 jq (CDE I ir CDE III) yra centromerosgaluose, o viduryje yra 80-90 bp CDE II, kurioje gausu A-T porq(per 90 i r ) :

i- cr{c NcATl G.{TATITGAT TTTAT TAT.I TTTT T AAAA AAAGTAAA AAATAA AAAGTGTACTAICTATAAACIAAAAIAATAT AAAAA T T TT TTTC,AI-TT T TTATTTT

CDE-I (CEN--I) CDE l l (CEN t l) 80-90 bp: >90% A+-fv b p.{GTAG T T TAITTT TAAAAAATAAAAI'T TAAAAT.{T T TCACAATCAT CA.A.ATAAAAATTTT T T.4TTT T A,A,AI T T TATAAAGTGTTT

CDE III (CEN III)l l b p

CDE II sudarvta i5 paprastqju kartotiniq seku TTTTT/AA'Au{A. Pana5iai iraukitesniqjLr cukariotq centromcrose aptinkamos paprastosios kartot inds sekos.

CDE I ir CDE II mutaci jos si lpnina centromeros veiklq. Tuo tarpu irykusmutaci jai CDE III sekoje CCG, centromera tampa neveikl i , tarytum butq acentr inisi ragmentas .

r69

Auk5tesniqiq eukariotq. tarp 1u ir Zmogaus. centromeros pamatqsudaro palyclovine DNR, bet j i r , ra i lgesniu sekq - a (al foidine)DNR. Viena tokia seka ,vra 171 bp. Bendras centromeros i lg is apie3x106 bp. Net mieliu Schizosacc'haronly-c€s pombe centromera 1'ra ke-l iq kb i lg io i r sudaryta i i kartot iniu sekr l .

Siuo metu vyrauja dvi nuomonis:

. ta r l l kar to t in iu sekLt l s i t r ' rpus ios sa lc lcs nuk leo t idu sekq. su kur iomis s l i t r is l r r e i k a u i l r h l r l l r m r r i :

. a l tb id ine i DNR tenka ccn t romer( )s funkc i ja . o nuk leo t idu sekos . su kur iomi -csaveikauja baltymai, yra pai ioje al l i r idineje DNR.

I-abai svarbus tokios nuornones irodvnras yra dirbt incs centromcros vien iS al-foidines DNR. Dirbt ines Zmogaus chromosomos su tokia centromcrir stabi l ios irjungiasi su centror.ncrai bf idingais balt l 'mais.

A l fo id ine DNR s i rv i ta i sare ikau ja su h is ton inc nuk lc t rsonros ic rd imi . tod i l cen-tronlcra yra pirmini chromosornos sasmauka. Vienai al loidinei DNR sekai tcnkavicna histoninc nukleosomos ierdis.

Kai kur ios chromosomos netur i t ikros centromeros. Paprastai tainedideles chromosomos, kaip antai drozof i los IV chromosoma. Ach-romatinds verpstcs mikrovamzdeliai prie Sios centromeros tvirtinasi

lvairiose vietose, todel tokios centromeros vadinamos difuzin€mis.Centromeros Vaidmuo dia tenka heterochromatino mazgel iams.

Centromeros/kinetochoro baltymai. Esmines centromeros nukleo-tidu sekos iS pradZiq buvo vadinanos CEN, toddl ir su centromero-mis susijg baltymai pavadinti atitinkamai CENP (angl. centromereprotein). 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 centromeros balr,vmus reiketq suskirs-tyti i tris grupes: baltymus, tiesiogiai kontaktuojandius su centrome-ros DNR, kinetochoro balryrnus ir reguliacinius bei motorinius bal-tymus.

Baltymai, kurie t iesiogiai kontaktuoja su centromeros DNR. Ju Zinoma keletas(INCENP, CENP-A, CENP-B, HN,IG-I/Y ir kr.). Anrai balrvmas CENP-B kontaktuo-ja su specif ine nukleotidq scka (CENP-B bloku) alfoidinejc palydovineje DNR:

,',- CTTCG-TTG CAAACC G GA- 3'.

Reguliacine paskirt i tur inris baltymas Hi\{G-l iY (angl.Zos mol . mases - 10 kDa) i s is t : r to i maZd i DNR gr io re l i

Micl iq centronrcrojc su CDE I seka jungiasi baltvmasbit i l i t rg Juc'tor), o su CDE III '_ tr i jq balrvnru kompleksas

r70

higlr ntobilin grae, ma-

CBF-l (angl. (att trontare

CBF- I I I ABC.

'11ciau cl i rugel io i iu balt l 'mn t iesiogine paskir t is Siuo metu clar ik i

rrrlo neiiiri5kinta. Antui CENP-B turi transptvazes sar'-vbiq. AiSkesne't.,,1t1'nro

INCEP (angl. inneT cenlromere protein) psskirtis. Sis balty-

, '1 i tur i dvcjop4 paskir t i : v ienu metu jungia i r skir ia chromatidZir" t

dcr.lrronteras. Siam rySiui nutrlkus, dukterinds chromosonlos turdtq

pl. jLrclet i Pol iu l ink.' Kinetochoro baltymai. Achromatinds verpstes mikrovamzdeliai tie-

,iogiai su centromera ncsqveikauja. Jie sqveikaLrja su kinctochorais, ku-

riLrl'ra du: r,ienas i5 vicnos puses. antras - i5 antros. Abu orientuoja chro-

1ro;omzr pol iu i ink. I k inetochoro sandara ieina maZiaLrsiai -5 baltymai '

( 'hromosomu el iminavim4 tol imuosiuose somatiniq l4stel iu hibr iduose

irei sqli 'goja kinetochoro balrymai, kurie laipsniSkai prarandami.

Regul iaciniai i r judej imo baltymai. Ju i rgi yra bent keletas. v ieni pa-

\r()\'rJs. kiti keiiiasi, ltes centronera, kaip minita, dalyvzruja labai dina-

rliikuose. trumpalaikiuose reiSkiniuose: chromosomoms judant ekvacinds

pkrkitumos link, iSsirikiuojant ekvacineje plokStumoje, judant poliu link.

Kai kurie i i minitu balt l ,nru dal lvauja ne viename rei ikinyje rrr strukturoje' Antai

( [ :NP-A ne t ik t iesiogiai saveikauja su DNR. bet ir ieina i kint-tochoro struktur4.

I lal trnras INCEP dalSauja lastcles vyksmc, kurio ryiys su centromelos funkci ja yra

lrbar nct iesioginis. Tir i r ienas i i ankstp'qjq citokinezds balt l 'mu. Jis sr"rdaro komplcksa

,u ckracint je plokStumoje esz,rndiais achronratines vcrpstis mikrovamzdcliais. Thip pra-

. le t ia fo rmuot is p lok i tc lc : . da l i jan t i mot in inc l4s te le i dv i duk tc r ine s l i l s tc lcs .

Centromeros modelis. Centromerq judejim4 ir ijsidestym4 ekvaci-

lcrje plok(tumoje atlieka baltvmai. Thdiau kaip jie sudzrro visumq ir

CentrOmcra

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

t71

veikia kaip vieningas darinys. kol kas nenustar l ta. Bet taiv iena i5 inten-syviausiai Siuo metu tiriamq chromosomos sandaros ypatybiq.

Siuo metu vyrauja ,osumu5tinio" modelis (3.24 pav.). Pagal jichromatidZiq centromeras vienE nuo kitos skiria INCEP bal-fymas, o komplekso i5ordje i5 abiejq pusiq yra po baltyminikinetochor4. Prie kinetochorq jungiasi mikrovamzdeliai.

Sis centromeros-kinetochoro sandaros model is pakankamai pama-tuotas. Gal i keist is t ik detales.

3.5.3.J. Dirbtinds chromosomos. Eukariot4 gen4 klonavimas ir genonrobibliotekos

Dirbtinds chromosomos konstruojamos kaip vektoriai (Zr. p. 653)genu inZinerijoje:

. svetimiems genams perkelti i konkreiiq eukariotq genomE bio-techno log in ia is sumct ima is :

. klonuoti genus, sudaryti genomo bibliotekas. tirti klonuotq ge-nq sandarq i r veikl4 (ekspresi ja).

Kaip vektoriai, dirbtines chromosomos turi labai dideliu privalumq.Svarbiausia, kad jos yra labai talpios svetimai DNR. DidZiausia seka,kuri iterpiama i mieliq dirbting chromosomepYAC, yra ner 300 kb ilgio.I dirbtines chrontosomas galima klonuoti ilgus eukariotq genus, kurir;netalpina kiti vektoriai. Thi labai aktualu ir sudarant genomo bibliote-kas. Antai visa drozofilos (D. melanogaster) genomo biblioteka sutelpai maZiau kaip 2000 mieliq dirbtiniq chromosomq YAC.

Genomo biblioteka yra klonuotq fragmentq rinkinys, kuriametelpa viso genomo DNR sekos.

Eukariotq genams klonuoti ir genomo bibliotekoms sudaryti daZ-niausiai naudojamos mieliq dirbtines chromosomos YAC. Tiro tarpugenu sandarai i r veiklai , biotechnologiniais i r genq terapi jos t ikslaisturi blti konstatuojamos konkreiiq genomq dirbtines chromosomos.

Dirbtines chromosonios Zymimos pagal organizmus, pvz., yAC(angl. -yensr artificial cltromosotrte - mieliq dirbtine chromosoma).

Dirbtiniq chromosomq sandara. Dirbtines chromosomos privaloturdt i v isas tr is pagrindines chromosomos funkcines dal is: telomeras.

1 7 2

ccntrornera. replikatoriq (orz, ARS). Visos Sios dalys turi blti to

()rganizmo. kurio.dirbtine chromosoma yra konstruojama. Tik tokia

chromosoma prigis genome - \yks jos DNR replikacija, o DNR ko-

oiios bus taisyklingai ir pastoviai paskirstomos. PrieZastis neai$ki, bet

stiibiliai paskirstomos tik pasiekusios tam tikr4 ilgi dirbtines chromo-

\r)rros. Mieliu - 20-50 kb.IAC konstravimas, DNR klonavimas. PrieS ijungiant svetim4

DNR. 5i chromosoma dauginama kaip Ziedine plazmide. Joje yra

nrieliu ARS. centromera (CEN). 2 telomeros (TEL). Bet to nepa-

kanka. si ziedine plazmide dar turi tris zymeklius, t. y. genus, nukle-

otidq sckas, kuriomis genetiskai paiymima chromosoma,lDNR - TRPI.

LiM3, SUP4. Be to, butinai yra trys nukleotidq sekos, kurias speci-

fiikai paZjsta restriktazds. Thi endonukleazes, kurios kerpa DNR tik

ram tikroje sekoje. Restriktazei BamH III perkirpus DNR' tuoj uZ

telomerq esandioje sekoje, plazmide virsta linijine chromosoma:

TRP 1 CEN

Klonavimo srit is (viduje yra SUP 4 genas).+ Ki.pi,oo vietos iterpiant klonuoj am4 DNR

LIR{ 3

Kirpimo vietos. Ziedine DNR virsta l ini j ine clrromosot'na

I I I

cEN

---->n

TEL L'RA 3 TEL

F---I--Perkirpus BamH III restriktaze, vienas Zymeklis QRPI) Zymi kai-

riii, antras (URA3) - desiniji segment4. Klonavimo sriti zymi trediasis

4'meklis (SUP|), kuris, klonuojant svetim4 DNR, prarandamas.Klonavimo sritl kerpa tokia restriktazd, kuri padaro lipnius galus.

Lygiai tokius pat lipnius galus ji padaro ir klonuojamojoje svetimojeDNR. DNR fragmentai lipniais galais atitinka vienas kit4. Juos su-

iungia DNR l igazes:

I BamHPerkirpus

ARS

I /- ')

Tai bendras budas hibr idinims DNR molekuldms gziut i genu in-Zineri jo je. Znroqaus dirbt inc chromosoma gauta i r labai savot iSkubf idu. J i pat i susir inko l : lsteleje i i i jq i terptq pavienir+ dal iq: telome-rU. CCnt rOmCr( )s . 0 l ' i .

Siuo metu sukurtcls i r bakter i iu dirbt ines chromosomos.

3.6. Somatiniq lqstel iq genomo ypatumai

Sorlat incs daugial4sdir l organizmq l4steles i r vegetat, lv inis viena-l4sdiq organizmq l4stelcs gal i i5 esmes skir t is nuo bazinir l - nedife-rencijr-rotq lqsteliq ne tik forma, sandara ir funkcija. bet ir genomosandarii.

DaZnai somatinems l4stelems b[dingas vadinamasis laikinasispaveldimumas - polq'diai, kurie i5lieka Sioms dalijantis mito-zes budu.

Thiiau rci(kiniai. nar:r incjami i iamc ir kai kLrr iLrose krtuose i io sklr iaus poslry-r iuosc. kai l-r epigenetinis paveldimumas, genomo imprint ingas ir pertvarka, buvonc t ikc t i . nc t sensac ins i . Nepa isvc lama i t i k inamu gcnc t in iu i rod1,mu. ju kur i la ikancpripaZino of icial ioj i cenetika. IJerikovi i ius (1. Herskor. ' , i tz). r ' ieno iS idomiausiqscnc t ikos radovc l iu au tor ius . savo knvgo jc ( i966 m. . rusq k . - 1968 m. ) ap ie i iuc tsre i (k in ius i i rn in t inga i apra ic . .Ne i (a isk in tu re i i k in iq ' ' sk1" r iu jc . po kur io la iko s iere i i k in ia i . .pc rs ik raus t i " I k i tus scnc t ikos skvr ius . Anta i S iuo mctu ga l ima t i k s te -bit is. kad i i i skvriLr buvo pakl iuvusi gcno konr,crsi ja - r , icno alel io virsmas kituhc tc roz igo tosc .

Paga l iau a tc jo e i le i r paramutac i joms, genot ro fams (z r . to l ieu l . S ie re i i k in ia ibuvo isnoruo. jami nc t i k todc l . kad i ie nc t i lpo i t r i i d ic in is gcnet ikos r imus. be t i rtodel. kacl ju atracl imas istori ikai sutapo su lvscnkizmo laikais. Formaliai i ic rciS-kiniai h. 's ir art imi r Lysenkos po2ilr iui i paveldimuma ir kintamuma. Bet t iklbrmaliai. Tir ici clabar gal ima suprasti . kodcl kiekvicnas toks ..nctclpantis i remus"genet in is rc iSk in l ' s kc lc nuoZmu gcnet iku nepas i tcnk in ima. i r a tv i rk i i ia i . dZ iaugsma.jc i ru bcn t la ik ina i pavrkdavo rc i i k in i nune ig t i .

- la ip a ts i r i ko K ingo i r Br isso ar ra -

d i m u i .

Branduol iq persodinimo tyr imai. 1952-19-54 m. Brigsas (R. Briggs)ir Kingas (T J. King) suktrd metodq. kaip perkelt ivar l iagrviu brancluo-l ius i i somatiniu lqstel iu i neapvaisintus kiaui inel ius. kur iems pr ies taibuvo paial intas branduolys. l ,vr imai at l ikt i su var le Rana pipiens, kur ioskiausincl iu branduol ius labai patogu pasal int i mikropipetc. J ie yra nckiausindl io ccnrre. kaip dazniausiai pasi taiko, o pakrasryie. todel k iau-i inel io ci toplaznra mikropipcte ncpaZeidZiant i i .

174

Brigso ir Kingo sukurtais branduol iq persodinimo pamatais pladiail . rsdojamasi at l iekant i iuo metu labai popul iar ius Zinduol iq klonavimo[.rrndvr-t.tus. Metodo esme - branduolius perkelti i kiau5inelius/ovocitus,

r .y . i r icnintele lastele. i5 kur ios lengvai iSauga visas organizmas (3.25 pav.).\ct Zincluol iu genu inZineri jo je naudojamasi Sia ovocitq ypatybe.

. Brigsas ir Kingas pirmicji nustate , kad diferencijuotose lastelese galihlti nciZilrimi pro mikroskopil. bct pastovls branduolio pokydiai. Kaii bcbranduol ius ovocitus b[davo perkel iami branduol iai i5 blastules l4s-teliu. gemalai r1'stydavosi normaliai. Vadinasi, Sios l4stelds geneti5kailr giavertes - totipotencines (lot. totalis - visi5kas, pilnutinis * poterttia -

-gllinl'be. pajegumas) gcneraryv:incms l4stelems. Kitokios buvo gastrules,ucmal iniq lapel iu (ektodermos ir cndodermos) l4steles. Jq branduol iuo-\c rtustiltyti pastovus pokl,iiai. Persodinus branduolius i5 ektodermosrurba endodcrmos. branduoliai nesiryste arba r.ystdsi su gana savitais lqs-rcl iu-branduol io dononl t ipo nukrypimais.

Branduolio pokydiai buvo tokie stabilfis, kad iSliko po daug kartq pa-kartoto persodinimo (3.26 pav.) arba branduol iq persodinimo iS transp-lrurtzrnto -+ i kitos r[5ics varliq ovocitus + o i5 5iq dar kart4 i R. pipiens( ) \ t lC l tUS .

Pastovls branduolio pokydiai diferencijuotose lqsteldse prie5tara-ro nuostatai, kad visos lqsteles yra geneti5kai lygiavertds. Todel supusitenkinimu buvo sut iktas Gardono (J. B. Gurdon) darbas. Jampan'ko, kaitaliojant bandl' 'mo s4lygas. i5auginti normalias pentinuotasrupuZes (XenopLts laeis) perkdlus branduolius i5 difcrencijuotq Zar-nr no iaste l iq. Vadinasi. Siu l4stel iq branduol iai yra genet i5kai lygia-rcriiai zigotai. Taiiau i5 tikrqju Gardono, Brigso ir Kingo tyrimrlrczultatai beveik sutapo. Gaut i t rys rezultatai (3.25 pav.):

. i5augo normal ios var l is.

. s .emal i r i \ \ s tcs i ncnorm; . r l i l i .

. gemala i r i s i i ka i nus i \ \ s tc .

Skirtumas tik tas. kad Brigso ir Kingo bandymuose gcmalai nor-nral iai nstesi t ik perkelus branduol ius i i b lastul is l4stel iq, o perke-lus branduol ius i5 labiau di ferenci juotq gastrulcs i r gemal iniq lapel iql l rstel iu. gcmalai normal iai nesivl ,ste.

Manoma. kad skir tumus l€me dvi pr ieZastvs:. buvo skirtingos varliaglviq gentys;. Gardonas kaitaliojo bandymo s4lygas. Net ovocitq branduoliai

bur,o paialinti kitokiu budu, ne mikropipete, o suardyti apivi-t inus ul traviolet iniais snindul iais.

t75

;-:i\. a#-_r-

\-r.-.,;z :-S-i . . t L ' r

ti{ t"^"Q

,.lij +j j j1,.1i.""1. l l i5:il l l)J{paSalininas( ) { *"'''""\./ //

\ "tt?'o

:n'

\ ,/ i,i:T:l:,'',\ / ,

Dr: rndr , r l r . / i5_ i rmrn la . re lcs

Persoornrma\ . .y' bran,luch.s

.,r" Y t..., / l \

, / { \r ' _ \-1f f i i

i:-j.i 'JS ( ^ ' \ e ' r , l | ,t l l l i t u l e . : l o o

I I i n r ' I r ' r ' t ' r ' '

ili;lii; I 'i'':"p{*:''"

€ : ' , )

\,omalus buoaalus \en..malu>q e n ) a l a s

3.25 pav. Branduoliu persodinimas i i Xenopus /aevis iarnyno epitel io lqstel iq ineapva is in tus k iauSin6 l ius ( remiant is J . Curdon. 1968) :ovocito branduolvs paSalintas ultraviolet inc spindul iuotc. normalus kiaui inel io dal i j imasis-7qc. i i jq t ik 2.3fr lurejo normalr.J raumenq atsak4: dal inis kiaui incl io dal i j imasis -36.42: abortyvus kiauSincl io dal i j imasis - 26c1c; nesidal i jo - 3l iZ

176

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

l'

t

E

+, ! ' )

('

I

l lrarduoliriD

1I

l ) br!nduol io klonJs, pirnrasis persodinimas

D branduol io klonas, ai l t rasis peEodininras

l--mi l l li * i f

'/- :,; . ' - ' : ' - ) - - t , ' . ' - - ' . ,

--r-_-\

i-_l-i i

Ii

, . :- - - . . , . \

. - , . , . . , . , ._ , , . . .

_ , t - . .

3.16 pai. stabi l ls branduolio pokyi iai varl€s Rana pipiens vel lvosios gastrul6s

lastel€se. nustat)-ti pakartotinio branduoliq persodinimo bldu. Individuali branduoliq

irairord pagal epigenetinius pokydius (rcmiantis R. Bri-ugs, l9-56)

Sie abu skirtumai yra esminiai. Pirmiausia transplantuotuose bran-duoliuose net nat[raliai ryksta dideli pokydiai. Antai HeLa l4steliqbranduoliai, perkelti i ovocitus. padidejo 500 kartq. Srautas baltymuii citoplazmos traukia i transplantuot4 branduoli. Per 75% buvusiqbranduolio baltymq pakeidiami naujais. Todel galima padaryti dvii ivadas: Pirma.

iS diferencijuotu l4steliqta suddtingi pokydiai;ke ic ian t sq lygas . ga l imaferenciitcijos (griZimo)

i ovocitus perkeltame branduolyje ryks-

pakcist i Siq pokydiqkryptimi.

1.77

Antra, regeneraci ja nevienodai sekminga jvair iuose organlzmuose.Thi nustatyta augaluosc. Augalai regeneruoja lengviau. bet ir ju rege-ncrantai nevienodai lengvai gaunami. Plat i augalq ampl i tude nuo ta-bako (l/icotianu tabauurt) ar vairenio (Arabidopsis tlnlianct'), kuriqregcnerantai ii atskiru l:rsteliq gan leng""ai gaunami. iki varpiniq auga-lq - mieZiq, kviediu, ryZiq. Bet, kaip i r Gardono bandymuose. buvoparinktos bandymo s4lygos, kur iomis gaut i i r varpiniq augalq regene-rantai. Augalq tyrimai parodd, kad regeneracijos sdkme priklauso irnuo visai menkuiiq skirtumq. Lemtingi gali blti ne tik skirtumai tarpgendiq/rfi5iq ar veisliq/genetiniq linijq. bet ir tarp tos padios linijospavieniq augalq. Tai ncturetq stebinti, nes lvairove bldinga somati-ncms lasteldms, iS kur iq gaunami regenerantai .

Somatiniq l4stel iq popul iaci jos. Kad somatinis lasteles skir iasinuo meristeminir l augalo lastel iq genot ipais, dar 1919 m. i rode vo-kiediq mokslininkas Vinkleris (H. Winkler). Jis daug kartq Salinopomidorq [glius ir tokiu bfidu priverte pumpurus susidaryti ne iSmeristemos, o i5 gi luminiq somatiniq l4stel iu (vadinamuosius pr ide-tinius, adven[viuosius pumpurus). Tarp iiaugusiq lgliu aptikta po-l ip loidq, kur ie tur i kel is chromosomq r inkinius.

Dar rySkiau somatiniq l4stel iq genot ipu jvairovg irode 1931 m.T Asejeva. Naudodamasi pana5ia metodika kaip Vinklerio. ji i5chi-merino bulviq gumbus. I5 adventyviniq pumpurq i5auge [gliai ir bul-viq gumbai buvo labai ivair[s pagal daugelj tirtu pozvmiu (gumbudydi, spalv4, formq ir kt.). Skirtumai buvo paveldimi. Vadinasi. bul-viq gumbuose to paties audinio l4steles yra skirtingq genotipLl, suda-ro populiacijq (lot. populus - liaudis, minia).

Branduoliq persodinimo tyrimais papildomai buvo lrod,vta, kad

somatinds l4stel€s sudaro populiacijq ir pagal branduolio po-kydius, kurie r,yksta l4stelems diferencijuojantis.

Antai nors i5 Rana pipiens gastrules lqsteliq, perkdlus branduoliusi ovocitus, visi gemalai r,ystesi nenormaliai, bet pagal iSsirysty,mo lygij ie labai skyresi (Zr. 3.26 pav.).

Somatiniu l4steliq totipotenci5kumui lrodyti labai daZnai vis darremiamasi augalq regeneracijos tyrimais. Antai i5 vienos morku Sak-nq f loemos lEsteles gal ima regeneruori v isa augal4 (3.27 pav.). Sissavo poZymiais sutaps su morkos - lasteles donoro savybemis.

r78

. - , tt J ^ ; i a '

l-,Ii

IIt 'l : ; a ,

l l t E *t -t / ' : '

),, , 4

t 2 3 4 s 6 ;.1.17 par' . Augalo somatinds l4stel6s tot ipotenciSkumas - morkos klonavimas i5 vienossonratin€s lqstel6s: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 greitaipadaugint i augalus.

Vieno individo (augalo) palikuonys, dauginami nelytiniu buduar i3 somatiniq jo l4steliq, sudaro klon4. Jj sudaro ir somati-nds l4stelds, kilusios i5 vienos motinin6s l4steles. Lqsteliq klo-no dydis priklauso nuo to, kiek kartq pradin6, motinin6 l4s-tele dalijosi.

Visais awejais vadovaujamasi taisykle, kad visi klonuoti individaibus to paties genotipo, kaip ir motininis individas ar l4stel6. Klo-nuojant i5saugomas ir heterozigotinis ar homozigotinis genq derinys,kur is keidiasi dauginant lyt in iu bldu (Zr. p. 584). Del i ios pr ieZast iesstengiamasi klonuoti net medZius (pu5is, egles), kurie paprastai vege-tanr,,iniu budu nesidaugina, norint i5saugoti ger4sias vadinamqiq ,,pliu-siniq" medZiq sawbes. tiksliau, palankq Siq augalq genq derini.

Thdiau klonuojant neiivengiama somatiniq lqsteliu genotipq ivai-roves, tik nesamoningai atranka atliekama pagal teigiamq rezultat4,kad t ik bl tq gautas normalus regenerantas.

Thdiau 5iuo metu irodyta, kad ir pagal gebejimq regenerucltisomatines augalLl lasteles yra populiacija. Vienos l4steles normaliairc{Ieneruoja, ir regenerantq sar.ybes puikiai sutampa su augalo-l4stelds

'"{ll.,1+..

IU

I:.ds

t -' - 1 , * ', r - . * ) *

179

donoro savybemis. lS kitq to paties audinio lqstel ir l regeneracijavisi5kai neryksta, o i5 trediq iSauga pakitg regenerantai. Pasirei5kiavadinamasis somatokloninis kintamumas - paveldima regenerantu

lvairove.

Kad ir kaip kistq somatinds lqsteles (Zr. toliau), i5saugomadalis l4steliq be Siu pokydiq, t. y. Sios lieka totipotencinds. Josyra rezervas naujq pokyiiq, kurie butini prisitaikvti prie naujqaplinkos veiksniq arba pradeti nauj4 diferenciacijos cikl4. Tai-gi soiFatines l4steles sudaro populiacijq nuo nepakitusiq lqste-liq iki lqstelirl, kurirl genomas negriZtamai pakitgs, t. y. ne-grlltamai diferencijuotq, netekusiq totipotenciSkumo lqsteliq.

Pakitusiq ir nepakitusiq l4steliq santl'kis ivairiuose organuose iraudiniuose skirtingas. Antai vairenio (Arabidopsis thaliana) rozeti-niuose ir vir5utiniuose lapuose, stiebe ir seklaskiltese labai dideleploidi ikumo ivairovd - nuo 2 iki 32 C (i ia C - DNR kiekis haploi-diniame genome). T[o tarpu Ziedynq l4stelese nustafytas absoliutusdiploidiSkumas.

Be to, somatiniq lqsteliq populiacijoje ivairiu santlkiu pasiskirstol4steles su griZtamaisiais ir negriitamaisiais genomo pokytiais. Thipriklauso nuo genomo pokydiq pob[dZio.

Pastaruoju metu labai populiarus Zinduoliu klonavimas. Diploidi-nis branduolys i5 somatines l4steles perkeliamas i kiau5ial4stg, kuriaiprie5 tai pa5alintas branduolys. Matyt, klonavimo sekmg lemia aukS-diau aptartos somatiniq l4steliq genomo ypafybes:

. somatines l4steles sudaro populiacijq nuo totipotenciniq iki ne-griZtamai praradusiu potencijE l4steliu;

. lEstelds i5 ivairiu audiniq ir organq nevienodai praradusios ge-netinE potencijq.

Stai, matyt. kodel sekmingai klonuojami branduoliai ii gyr,uliute5mens l4stel iq.

Genomo pokytiq somatindse l4steldse pobfidis. Skiriami trys so-matinese l4stelese rykstantiq genomo/genq pokrydiu, tipai:

180

. chronatrno lr_ genq "'eiklos

pokydiai, pastovus toje l4steleje,. kurioje jie iryko, ber nepaveldimi dukteriniq l4steliq;. epigenetiniai (gr. epi - potgenesis - kilme) pokydiai, kai mito_

ziSkai irlarba mejoziskai paveldimi genomo/geno pokydiai ne-keicia DNR nukleot idu sekq;

. genomo pertvarka, kai somatiniq l4steliq pokydius salygoja griZ-tamieji arba negriZtamieji DNR nukleotidq seku pokydiai.

visais trimis arvejais pokyiiai gali blti griztamieji ir negriztamie-ji. Pastaruoju aweju prarandamas totipotenci5kumas.

Pirmojo tipo pokyiiai r,yksta del daugelio prieZasdiq (Zr. IV sk.);riena jq - ilgalaikes mRNR. Par,yzdys gali bfiti i lgalaikes hemoglobinonrRNR. Hemoglobinas yra savitasis audiniq baltymas. Jis yra tik retiku-Iociruose ir er i t roci tuose. Kitose organizmo lqstelese jo nera.

Hcmoglobino sinteze vyksta retikulocituose, bet juose ner.ykstamRNR sintezd. Naudojamasi mRNR, kuri buvo susintetinta gerokaianksc*iau - bazofiliniuose eritroblastuose iki hemoglobino sintezds re-tikulocituose. Dar idomiau tai, kad Zinduoliq retikulocituose ir,yksranegriZtamoji genomo pertvarka: jie netenka branduolio, nes jis suyra.Taiei retikulocitai kategori5kai uzprogramuoti tik vienam baltymui -hemoglobinui s intet int i .

Kamienines lqsteles, i5 kuriq r,ystosi eritrocitai, turi vis4 genetinginformacijq. Irykill grandine tokia:

kamienines lqstel€s proeritro- bazofil iniai retikulocitai eritrocitaitun YisA SenetinE + blastai + eritroblastai -+ vyksta hemoglobino sinteze, -+ galutinai diferencijuotosi,romsgij4 ;Hii'lffl:j!- ;**;l;.Ti::.?;1;il "li;::#,;:flrn"ruir sintetinti mRl{R

Po genomo pertvarkos retikulocitai ,,pasmerkti" sintetinti tik he-moelobinq, o suire branduoliai visiskai uZdraudZia diferencijuotomslastelems sugriZti i prading nediferencijuotq l4steliq busen4.

3.7. Epigenetiniai genomo pokydiai ir paveldimumas

Siai rciSkiniq grupei priklauso pokydiai, kurie paveldimi lqstel€msdalijantis mitozds ir/arba mejozds bldu. Esmin€ iiq pokyiiq ypatybe -DNR nukleotidq seka nesikeiiia. Be to, epigenetiniai pokydiai yra

181

t iksl ingi : ar zymeti motinos bei tevo genomus (Zr. genomo imprin-

tingas), ar suvienodinti genq dozg (X chromosomos virtimas Barokuneliu), ar susijg su l4steles spccializacija ir diferenciacija.

3.7.1. Genomo imprint ingas

Terminas atklydgs I genetik4 i5 psichologijos, glvrlnq elgsenos. Thi

isiminimas, ,,atspaudas" (angl. intptirtt - 4md, pddsakas, atspaudas,jspausti, antspauduofi palikti gilq peclsak4, ismigti atmintyje), patir-

tis, kuri lgyta vaiklzsteje ir i5saugota visE gyvenimq. daLnai netiketaii5kylanti. Taip pat pri(si)ri5imas vaikysteje prie konkreiiq individq -

irgi i5liekantis ilgq laikE, gal ir visq gyvenimq.Sis ilgas paai5kinimas gana gerai nusako esmg rei5kiniq, kurie ir

genet iko je vad inami impr in t ingu:

. genomo imprintingas,

. genq veiklos (valdymo) imprintingas.

Pastarasis reiSkinys kartais vadinamas l4stelds atmintimi.Genomo imprintingo apibldinimas. Sis epigenetinis rei5kinys at-

rastas t ik 19BB-1990 m.

Genomo imprintingas * tai atmintis, 4^d, i5 ko palikuonisyra pavelddjEs chromosoma: i5 tevo ar i5 motinos. Zymej imasatliekamas ttjvo ar motinos generatyvindse lEstel6se, bet zy-mejimo budas DNR nukleotidq sekq nekeiiia.

Genomo imprintingas aptiktas ivairiose eukariotq grupese: Zin-duoliuose, vabzdZiuose, augaluose, net mieldse. Thd jis yra budingasorganizmams, kuriq lytis diferencijuota i ryriSk4 ir moteriSk4, ar ap-skritai i lytinius tipus, bet dauginimosi bldas yra autbrydingas: susi-lieja dviejq individq lytines l4steles. AukStesniqjrl eukariotq, kuriedauginasi autbrydingo b[du, palikuonys vien4 haploidini chromoso-mq rinkini - genom4 paveldi i5 motinos, o kit4 i5 tevo. Tai naudinga,nes susidaro didesne genq, taigi ir organizmq lvairove, polimorfiz-mas.

'lhd Siam dauginimosi budui buvo palanki atranka.

182

Genomo imprintingas istoriSkai atsirado kaip draudimas susi-lieti savo paties lytinems l4stelems. Kiekvienoje homologiniqchromosomrl poroje viena chromosoma turi buti motinos, an-tra - t6vo. Kai 3i tvarka paZeidZiama, b[na negyvybingi arnenormalis palikuonys.

]totina x

DraudZiama.nesivvsto arba

defektai

Palikuonis(nonna, esantautbrydingui)

DraudZiama,nesilysto arba

deI'ektai

Imprint ingo reikSmd tuo ncapsir iboja. Thi vienas i5 budq gcnq veiklai valdyt i ,rpai anksryr 'ojoje cmbriogenezeje. Siuo raidos etapu tevo genai buna neaktlvus,r r i k i r t i k m o t i n o s r . l c n a i .

Mat1,t. i r eukariotams genrrmo imprint ingas nera universalus rei5kinys. Neai5-ku. kaip j is pasirei ikia tuose organizmuose, kuric patys apsivaisina, t . y. veisiasiiraisos ( inbrydingo) bldu - y'ra hermafroditai gy,unai ar savidulkiai augalai. SiuortZvi lgiu dar idomcsni organizmai. kuriu autbrydingas kaital iojasi su hermafrodi-tizmu (drugiai. nematodiis Cuenorlutbtlitis elegans ir kt.). Paradoksalu. bet iirlorsanizmu genomo imprint ingas r isi ikai nctvrindtas. Ir apskri tai kol kas daugiau-i ia t ir iami t ik Zmogus ir Zinduoliai. Taip 1'ra ddl gcnomo imprint ingo svarbosnredicinoje ir 2induoliq biotechnologi joje.

3.7.LL Genomo imprintingo tyrimo metodai ir irodymas

Genomo imprintingas irodytas ir nustatomas trimis budais:

. branduolio persodinimo,

. aneuploidijos (heteroploidijos),

. chromosomu mutacijq (daZniausiai delecijq).

Kiekvienas i5 Siq bldq savaip i5rySkina genomo imprintingo reikS-nq: pirmuoju affeju - r,' iso gcnomo, antruoju - pavieniq, konkredirlchromosomq, treiiuoju - konkrediq lokusq (gen.+).

Tdvas

183

Branduol io persodinirnas. Metodo esmg sudaro budas atskir t i mo-

tinos ir tevo branduoli zigotoje. Pasinaudota tuo, kad po apvaisinimo

Zinduol iq (pel iq) z igotoje kiau5alqstds (motinos) i r spermatozoido (te-

vo) branduoliai kuri laika ncsusilieia. Branduolius galima atskirti pagal

dydi ir formq. Taigi ii vienq zigotq pa5alinamas motinos, i5 kitq - tevo

branduolys. O tol iau gal ima pasielgt i ivair iai :

F/ \

Kai rokia m ,*l"a r+k#ruriri.ra su kita tltinc l4stele. kuri turi n.rmaltl

haploidini chromosotnrl skaidit l n' palikuonis y'ra lnonosomrkas:

Tt'rai O ln .l Ci' ir1 arba O ll d ?"\ l . 1 o z i ' /

\ / l / \ /

r l l r incs tas te lcs ) . E 6 4 { + F( l l , r incslqsteles)" *O_f I t

Prlikuonvs monosomikai -1-:*:X'-

I - Monosomiko

- l

n

\?vDOV' dt'J \_-/lAtkurta normali padotis I

/--Eo'u'a9In(o )

V)-v"/o o \\ /\_-/

Abu branduoliai t6voAbu tlranduoliai motinosarba visai nesivysto. arba gemalarbeveik nonnalus. bct silpnai iSsir r stqplaccnta ir tr lnio maiSas

td !o=mot inos branduo l ia i a rba r i sa i nes iYys to . a rba gemalas

idca l i kon t ro l i s i lpna i i ss i r l s tqs . o p lacen ia i r t ryn io

normaliis gemalai maiias bl'e ik nomal[s

is lt'r- .nro,.oro,'tu \s ,iYotino.

Abiem affejais nustaf,vta genomo imprintingo tvarka yra paZeista.

Viena chromosoma yra tik tdvo arba motinos. Todel vien del to turi

brlti nukrypimai nuo normalios raidos/fcnotipo. Nenormalq monoso-

mikq fenotip4 Qr. p. a2l nulemd paZeisto genomo imprintingas.

Tadiau tai iSai5kinti ne taip paprasta.

Gpybingi ir vaisingi Zmogaus monosomikai yra tik kai kuriq chro-

mosomrl, be to, reti. Taigi tikimybe, kad monosomikas tures palikuo-

r-rir.1, -u-ra labai maZa. DaZniau monosomikai ir apskritai aneuploidai

gimsia normalaus kariotipo tevams. Mejozeje neissiskiria homologi-

niu chromosomq pora, ir abi homologinds chromosornos paklifiva i

viena l,vting lqstelg:

(1 ) (2 ) (3 )

Tiro ar motinos ---)d ip lo ic l in is kar io t ipas

\1c..1oze ( ' , ienos hor-uo-

ioginiq chromosomq

poros ne i5s iskyr imas

ir jo pasc'krnes) l) ,r ines

lasteles

Nei5sisl ' ] ' rus chromosomq porai , po lygiai atsiranda n*1 i r n- l

kariotipu lytiniu l4steliu. Pastarajai susiliejus su normalaus kariotipo

lvtrne lqstele n, palikuonis yra monosomikas, paveldejgs tik vieno

l ivq chromosom4.

Normaliai Zinduolio raidai palikuonis turi turdti vien4 geno-mq i5 motinos, o kita i5 t6vo.

Aneuploidija (heteroploidija) yra genomo mutaciios, kai pakintapavieniq chromosomq skaiiius. Genomo imprintingui tirti pasinaudo-

iama arba monosomija ( t ik v iena chromosoma vietoj poros), arbadisomija (tuo aweju, kai abi homologinds chromosomos yra arba tikrnotinos, arba tik tevo). Pastarojo tipo pokytis anksdiau. iki atran-dant genomo imprintingq. net nebuvo laikomas mutacija (Zr. toliau).Genomo imprintingui tirti specialiai kuriamos eksperimentiniu g1v[-nq monosomines, sukibusiu chromosomq, su Robertsono translokaci-jomis l in i jos.

Monosomija - tai toks aneuploidijos tipas, kai truksta vienos chro-mosomos. Organizmas, kuriam trlksta chromosomos, vadinamzls mo-nosomiku.

Jeigu monosomikas vaisingas, puse jo l l , t in iu l4stel iq yra n-t ta-r iot ipo, o ki ta puse - normal iq haploidiniq:

1 8 4

l.I

185

Daugel is Zmogaus ir k i tq Zinduol iu monosomiku Z[va dar negi-mg. Genomo imprint ingas ver i ia dometis i r Siq ( i5 persi leidimq) ge-malq fcnot ipais - kokius nukrypimus nuo normalaus fenot ipo j ie

tur i .Sunkiausia nustatyti, kieno - tevo ar motinos - chromosomE pa-

veldejo monosomikas. Tiriamoji chromosoma turi bfiti zymima cito-logiikai arba gcneti5kai. Tyrimams naudojamos g1vlnq (daZniausiaipcl iu) special ios l in i jos, kur ias gal ima dirbt inai sukurt i .

. GenetiSkai chromosomos .kmimos dominuojandiais genais, ku-r iq lemiami pozymiai nesunkiai nustatomi fenot ipe.

. CitologiSkai chromosomos zymimos matomais chromosomu san-daros pokydiars.

Antai pel i r l genomo imprint ingui t i r t i sukurtos pel iq l in i jos susukibusiomis kai kur iomis chromosomomis. Zymetoj i chromosomalengvai aptinkama.

Prisiminkime, kad aneuploidijos metodu nustatoma. ar genomo im-printingas b[dingas konkrediai chromosomai. Pvz., peles, abi 11-4siaschromosomas paveldejusios i5 motinos, buvo smulkios, pavelddjusiosabi 11-qsias chromosomas i5 tdvo, - gerokai stambesnds uZ normaliaspcles, kuriq viena 11-oji chromosoma buvo i5 motinos, o antra - i5 tevo.

Kai yra genomo imprintingas, monosomikai, pavelddjg chro-mosom4 tik i5 motinos arba tik i5 tevo, skiriasi poZymiais,fenotipu.

Chromosomq mulaci jq metodas. Chromosomq mutaci jomis nu-statomas konkreiiq lokusq/genq imprintingas. Siam tikslui pasinau-dojama ivairiomis chromosomq mutacijomis, bet daZniausiai - dele-cijomis.

Genomo imprintingas aptinkamas tais atvejais, kai vienoje i5 ho-mologiniq chromosomq yra delecija, o kita chromosoma normali.Joje segmentas neiSkritgs, t. y. delecija yra heterozigotindje paderyje:

A B E F GH

186

- normali chromosoma

- CD segmento de lec i ja

peleci jos pasireiSkia kaip rrrr l -mutaci jos. Bct kai deleci ja yra Io-

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 at-

siradg del tos paiios delecijos Zmogaus 15-ojoje chromosomoje. I5-

kr i tg 15-osios chromosomos i lgojo pet ies 11-13 segmentai . Deleci ja

Zy'mima del15ql1-13- (delecijos zymimos po segmento raSant minu-

so Zenkl4).Sindromai skiriasi:. genot ipu, i5 ko, tevo. fenotipu.

PRADERIO-\ ' ILIO s. (PVl S)

ar motinos, vra normali chromosoma;

c d e l 1 5 q I l - 1 3 -

motinos ftdvo

d l 5 q I 1 - 1 3 +Fenotipai

Sutrikqs judejimas, stipri hipotonija, ie- Sutrikusi judesiq koordinacija - ataksija,

mas [gis, neproporcingai trumpos 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 asmenys yra normalaus kariotipo, nors jq fenotipas

iiek tiek skiriasi nuo to, kuris bldingas, kai PWS arAS yra del de-

lec i jos 15q11-13- .Taip gali bUti del dviejq prieZasdiq:

. gali pakisti genq imprintingo pobldis (pvz., del genomo im-

printing4 valdandiq genq mutacijq);. nors kariotipas yra normalus, abi chromosomos i5 tevo ar mo-

t inos.

Kaip gali atsirasti toks kariotipas?Kaip mineta, mejozdje neiSsiskyrus homologiniq chromosomq

porai, po lygiai susidaro lytinds l4steles su abiem homologinemis

ANGELMANO s. (AS)

r8'7

chromosomomis n*l i r lyt in is lz lsteles, kur ios netur i s ios chromo-somos, bDtent n-1. Kai susi l ie ja viena nenormalaus kar iot ipo n*1lyt ine lastele su ki ta nenormalaus kar iot ipo n-1 lqstele, pal ikuonistur i normalu diploidini kar iot ipa:

/ r ieno ie poro ie ab iY- chromoiomos is re ro

Bet raip yra t ik formariai. Is r ikruq tokiq disomikq pazeistasg:noT.o imprintingas - abi chromosomos arba motinos, arba tevo.Net jeigu tokie asmenys neruri ryikiq sindromu pozymiq, lie liguisti.si lpnos sveikaros. rySkus polinki i susirgti veZiu.

3.7.1.2. Genomo imprintingas ir aleliniq genq veiklos ypatumai.Imprintingo esnre

Zymimi konkretfis lokusai. Deleciiq metodu buvo lrodyta, kadzymimas ne visas genomas, o tik kai kurie lokusri.'si;;lokusuose yra nuo vieno iki keliq genq.

Manoma, kad Zmogaus genome yra apie 200 zymetujq, imprinrin_go lokusq.

. Mincruose l-5q11-13.scgmcnruose (apie g00 kb), nuo kuriu pr ik lauso. ar busAngelnran. ar pradcrio-Virio sindronrai. jra kerctas genu. tarp ju GABR sankaupa(is triiq gcnq, koduoja 8-aminobutano A tipo receptoriius suuuienlius;, glnas s,\RpN(angl. vnall_nu.lcur riboprotein porvpepridej. pastarasis koduoja 'ienos mazosios bran_duol io RNR (nrbRNRI,bal?!?_r : . i - . , is 'por , fept iOq. Nornra laus kar iot ipo asmenuveikia tik ' icnas iARpN gcno, butent tevo. aleris. chromosomoje. iuri paveldeta isrrotrnos' alclis nevciklus. Specialiai sukurtoje periu Iinij je. k;;;;; inu .r,n.n",alelius i i morinos. i is gcnas apskritai n.u.lte.Kaip priciinu'be jam -vra kiras ccnas L'BE .izJ. kuris Iemia ubikvit inprotc-inliga_zg ir.,r 'eiki. t ik i io gcno alc'ris. pavcictetas is moiinos. Aleris, p,,*r. iJ,r, is te'o. vraneve i k l us . V i sas k r kusas a t r odo t a i p :

r q ' e ' I \ rw ru r

188

T T T M M

Cia lC - impr in t inqo cent ras . AS i r P \ \ 'S

<- trumputes sekos. nuo kuriq prik)ausoimprintingo pob[dis generatylindse l4stel€se

._(t+m arba m-+t).

PanaSus genu duetas aptiktas ir 11-ojoje Zmogaus chromosomojc. Sios chromo-r r rmos t ru r lpo jo pc t ies 15 segmento (dc l11p15- ) de lec i ja suke l ia pave ld imE (Se imi -

1111 \ ' i lmso rc2i. Tri pikt;binis inkstq auglys, kuris atsirancla vaikams iki 3-jq metqrinrZiaus. Lokuse irgi yra kel i genai, tarp jq du genai, kurie skirt ingu budu Zymetinrirtirros ir tivo chromosomose: IGF2 ir H19. IGF2 (angl. insLrline-like growth fac-rr,r '11) genas koduoja vaisiaus (fetal ini) mitogen4. Mitogenai - tai medZiagos, kuriossuke l ia p i rna impu lsa las te le i da l l ' t i s ( i i i i a i r jq pavad in imas k i lgs i i m i tozds) .1(iF2 genas ) 'ra 4metasis. I5 dvieju i io geno alel iq, kuriq vienas paveldetas i5nrotinos. o kitas i5 tdvo. iSsivvsdiusioje placentoje veikia t ik vicnas alel is, t ik tas.kuris pavelddtas i5 t€r 'o. Tamc pai iamc Zvmetajame lokusc yra kitas Zymitasis ge-n:rs Hl9. kurio i5 drieju pareldetq alel iu veikia t ik motinos alel is.

Genomo imprintingas ir aleliniai genai. Genomo imprintingasvra esminis nukrypimas nuo Mendelio, ypad 1-ojo - dominavimo,desniq. Paprastai homologinese diploidinio organizmo chromosomo-se yra arba po toki pati aleli (yra homozigota) arba po skirtingE aleli(r'ra heterozigota). Klasikiniu atveju homozigotose abu tapatus genair u-iklus, o heterozigotose pasirei5kia tik vienas alelis - dominuojantis.Antrasis alelis - recesyvusis gana daLnai yra neveiklus (rzal-mutacija)arba apskri tai jo nera.

Genomo imprintingas sukuria skirtumus tarp visi5kai tapadiq ge-nq - to pat ies geno t iksl iq kopi jq:

. du visi5kai tapatfis genai s4veikauja taip, Iyg bfitq du skirtingia le l in ia i gena i :

. turetq pasireikSti abiejose homologinese chromosomose esantysvisi5kai tapatls genai, tuo tarpu veikia tik vienas genas;

' autosomose (nelirtinese chromosomose) esaniiq genrl veikla pri-klauso nuo lyties (kas tevas, motina); klasikiniu afveju tai b[-dinga tik tiems genams, kurie yra lytinese chromosomose.

/ P\\S AS O\ z r r t : - Dr5sn s \Rr \ LBEJA i , tans t GABRG. I

. ' *---5---v---

( _ror Prf tT IPU' Dt5s10 GABRA5-

189

Gal pagaliau ir amerikic. i ini pripaZins. kad rra ne du. o rr1,s N,[endcl io dcrsniai.J ic nuo Morsano la iku t r i r t ina . kad rn r t i k du l \ ' l ende l io desn ia i : sk i l imo i r nepr i -k lausomo po2)n t iu pavc ldc j in ro . Lvg gcnu savc ika . dominav imas ncbDtu ._sener in ia irc i i k in ia i . F lk t i sk i i i j i c ta i jau daro .

Imprintingo esmi. Genomo imprintingas padaro du visiSkai tapa-i ius genus skir t ingais alel in iais qenais. Bet skir iasi ne nukleot idq se-kos. Jos iil icka pastcrvios ir nesiskiria. Skirtingai modifikuojami DNRir chromatinas. >'

Monoalel ind i r bialel ind ekspresi ja (rai5ka). Kaip mindt i i , geno-mo imprint ingas pakcitc m[su poZi lr j I a lel in iu genrl veikla. Klasi-kiniu an'eju veikia abu tapaths genai. esantys homologinese chromo-somose. Del imprintingo veiklus )rra tik vienas alelis. Be to. pasirink-t inai - motinos ar tevo. Thigi 1 'ra:

. bialel ind rai5ka, kai veikia abiejose homologinese chromoso-mose esantys alel ia i ;

. monoalelind raiSka, kai veikia tik r,ienoje i5 homologiniq chro-mosomq esant is alel is. be to. pr ik lausomai nuo to, i5 ko alel ispaveldetas: i i tevo ar i5 motinos. Ki toje homologineje chromo-somoje j is yra neveiklus.

Zmoniq ligas, nenormahl fenotipq gali nulemti sutrikusi mono-alel ind raiSka. UZuot veikgs vienas alel is. veikia abu alel ia i . Jo raiSkatampa bialeline. Antai apie 50% leukernijos atveju buna del jau nekart4 mincto IGF2 geno bialelines raiSkos. Pasigamina per daug mi-toseno, todel pradeda neprogramuotai dalvt is somatines lEsteles. Otai ir yra veZio prie2astis. Nustatyta, kad bialeline IGF2 geno rai5kagali lemti ne tik Vilmscl veZi. bet ir abdomiosarkom4 ir kitas veZioformas. Kitq Sio lokuso genu bialel ine raiSka (vietoj monoalel ines)sukc- l ia Bekvito-Vyclenrano (Bechrvi th-Wiedemann) sindromq ( i t instambus vaisius, veZys). Seimini Sirdies defekta - LQT (angl. /origQf ) s indroma i r k t .

Bialelind raiSka - nezymetiesiems (klasikiniams) genams y,'ranormali b[sena; zymetiesiems genams - imprintingo paZaida.

Tam pac' iam senui ' ienuose orqanizmuose budinga bialel ine ekspresi ja. ki tuosc -rrtrnoalcl inc c-kspresi. ja. Plstaruoju atveju pasirci(kia senomo inrprint ineas. Taip 1,raMCPIIGF2R gcnui. Jis kocluoja balnma. kuris vr i i 1GF2 mitogenu represorius. slopinanr i togcno ve ik l i r . Pe l iu genome S io geno ekspres i ja y ra monoa le l ine ( ta ig i j i s 1 ra n 'me-tas is ) . Zn logaus scnomc v ienoda i ve ik lus abu a lc l ia i (h ia le l ine eksprcs i ja ) . A le l in iqhomologr l ve ik los pob ld is ke i i i as i i r i ru i r iuose organuose. aud in iu<- rsc . ra idos e tapuo-

190

, i \ntai (r E savai i iu placcntoje vcikia zibu eenu 1GI2 ir Hlt) alcl ia| I5sirysdiusioje

lr l ,rce-ntoje abicju ge nu eksprcsi ja buvo nronoalcl ine. Choriokarcir.romos lqstclcse da2-i r r i I r i i r ra b ia lc l inc i iu gcnLr r c ik la .

Pasirinktinis DNR metilinimas lytindse l4stel€se. Kol kas metili-ninras vra vienintel is iSt i r tas genomo imprint ingo br ldas. Daugel isi)NR rajonu pasir inkt inai meti l inami po apsivaisinimo. Genomo im-print ingas tuo i r skir iasi . kad pasir inkt inai meti l inama DNR brgs-tant lytin€ms lqstel€ms ir metilinimo pobfidis po apvaisinimo pavel-dimas pal ikuonio lqstel iq. Meti l inami t ie genai, kur ie tur i meti l in imor ictas. daZniausiai 5 ' dalyje CpG saleles arba CNG.

Brestant naujoms ly,tinems lqsteldms, diferencijuotose l4stelese galrr anksdiau. genomo pasirinktinio zymejimo pobldis iSnyksta, o jor rc. toje l l t in iu lastel iu genomai 4'mimi i5 naujo (3.28 par, .) . Sis cik lasklr tojasi i5 kartos i kartq.

Tb pat ies gcno s t ruk l l r ines a tmainos - a le l in ia i gena i daZn iaus ia i mod i f i kuo ja -nr i r i c 'noda i . T ik ka i S ie gena i sk i r i rs i sckorn is . svarb iomis impr in t ingu i . ju Zymei i -rrrtr pob[cl is qal i skirt is. Kai clcl mutaci jos genas praranda Zymcjimo viet4. pasckmcs\ra tos padios. hg bltq Sio geno dcleci ja at i t inkamame (tcvo ar motinos) gcnomerLrbr i seno ckspres i ja v ra b ia le l ind .

Ka ip pas i r ink t ina i met i l inan t DNR Trn t im i gena i . parodvs ime pawzd2 iu ( ta i nei ' in r in t i . o suvr rk t i ) . MusLr k las ik in is panzdvs - Anse lmano i r Pradcr io - \ ' i l i o s indro-nr rL i . Ka ip jau huro sakv ta . 15c1 l l -1 .3 scgmente v ra senq duetas . STVRPN genor ik l r lus tevo a le l i s . o D15.S l0 geno - mot inos a le l i s . Pcr 96? v isu - i ' -CG-3 ' ( i i r , i sotLt 13) dinukleotidu apl ink S.\ 'RPN I-qj i cgzona vra nret i l int i motinos chrorrrrsrrmojci r r i - . i i ka i nemet i l in t i t i ro chromosonro . j r ' . Pr ie i in ,qAs v ra D l5S l0 geno met i l in in tas .StLs t ip re jes te ro a lc l io i r sus i lpne jcs n to t inos a le l io me t i l i n imas.

DNR meti l in imas yra ne vienintele epigenet iniq pokydiq, tarp jqir genomo inrpr int ingo pr ieZast is. Thi i rodvta mutaci jq metodu. Tikkiti epigenetinio paveldimumo mechanizmai dar neiitirti.

Nletilinimas keidia chromatino sandar4, nukleosomq fazavim4 -

i tpsn"rniojani iu apie histoning Serdi DNR sekq padet i . Manoma, kadir kiti veiksniai ir r..vksmai. kurie keitia chromatino sandarE, gali bfitiepigenetiniq polg'diq ir laikino paveldimumo prieZastis. Antai kit4cpieenet inl rc ' i5kini - Zinduol iq X chromosomos virsmE Baro khnel iulcnr ia ne t ik DNR meti l in imas, bet i r histonq acet i l in imo po$diai .

Genomo imprintingo valdymas. Nekyla abejoniq. kad genomo im-printingas yra gcnetiskai valdomas. Pagal metilinimo pobfidi DNRskir iamos tns padetys:

191

3.2[i pav. Genomo imprint ingo ciklas:chromosomos, paveldetos i5 motinos ir tcvo, zymdtos skirt ingai: susidarant gc.neratlvinims l4stelems, dar prieS mejozg. 4'me i inyksta: abi homologines chio-mosomos zymimos naujai: vienaip tevo. ki taip motinos. Ciklas kieloienoic kartoiekartojasi

Manoma kad DNR meti lazds paZista pusiau meti l intas victas,

bet genomo imprintingui paai5kinti to nepakanka. TUri btti genai,

kurie valdytq specifini konkreiiu nukleotidq sekq zymejim4 tam tik-

rrrse (lytinese) lEstelese. Antai IGF2 geno zymejimas reguliuojamas

rc;F2R geno. Nekelia abejoniq, kad yra specifiniai baltymai, valdymogenu produktai, skiriantys nukleotidq sekas, kurios turi btti pazymi-

ruos ir kurios jau yra paZymetos.

Du baltl'mai (McCP angl. trtetlil-CpG bintling protein), kurie paZista metilintE

DNR ir slopina jos vciklE (paverdia monoalel ine ekspresi ja), yra nustatyt i . Bet tai

r ik pradZia. ncs apskri tai senomo imprint ingcl valdymas dar neiSsprgsta problema.

3,7.2. X chromosomos inaktlvinimas. Dozds kompensaci ja

L,vt is nulemiama ivair iais bf idais (Lr.p. 383). Daugel is organizmqturi savitas lytines chromosomas.

Dozes kompensacija (lot. cotnpensare - sudaryti pusiausr.yr4, at-lrginti) yra problema visq tq organizmq, kuriq vyri5koji lytis nuorloteri5kosios lyties skiriasi chromosomq skaidiumi. Kol kas 5i pro-hlema i5tirta tik Zinduoliq ir drozofilos.

Drozofilos. kaip ir Zmogaus, moteri5kosios lyties individai turi dviX chromosomas, r.yriSkosios tik vien4. Tadiau tais pozymiais, kuriuoslemiantys genaiyra X chromosomoje, moteriSkoji lytis niekuo nesiskirianuo lyri5kosios, nors moteri5kosios lyties individq lqsteldse Sie genaiir 1'ra dvigubos dozds. Jau senokai buvo manoma, kad yra genq, kuriesull'gina genq dozes r.yriSkosios ir moteri5kosios lyties individq l4steldse.Be to, paai5kejo, kad lvairiuose organizmuose doz6s kompensacija pa-sirci5kia skir t ingais bldais.

Baro ktnel is - neaktyvi X chromosoma. 1959 metais Baras(M. L. Barr) kaiiq pateliq somatiniq l4steliq branduoliuose. prie jqapvalkaleliq vidines dalies, aptiko k[nelius, kurie buvo pavadinti jovardu, arba Iytiniu chromatinu. Veliau Baro klneliai aptikti ir kitqZinduoliq, tarp jq ir Zmogaus, moteri5kosios lyties individq somatiniqlastel iq branduol iuose.

Somatindse l4stelese Baro kunelis (3.29 pav.) matomas kaip tamsideme (Zmogaus - 0,7x1,2pr). Kartais jo vieta yra neiprasta - Saliabranduolelio. Thdiau neiprasdiausios formos lytinis chromatinas yraneutrofiluose - gruddtuose leukocituose (mikrofaguose). Siq l4steliqir branduolys yra neiprastos sandaros - i5 3-4 segmentrl, sujungtq

( hronrosonrasu lc\ o 7\ n1c ( hrornosonra su

nrotinos )rnrc

Sonrat incslaslclcs

/ \ ts l r J l ldA

nau-11 7r ntc

-{-G-

--c-c-

Nemet i l in ta v ic ta

m

arba _{_G_

--4-C-I

m

VisiSkai meti l inta victa

Somati:rcsIas tc lcs

Alsrrandxniluia ;\ n1i

m

arba _{_G_

-__c_c_

P u s i a u m e t i l i n r a v i e r a

192 193

rn /-.r,\ - ' " ' i \ i r* , , -_.\ _ j , '

' \ . ' r - . - r r

Y_

3.29 par". Lyt inis chromatinas - I laro klnel iai i r bf igno lazdeles:Baro k lnc l ia i parodv t i rodvk l r ' : 1 - tn s Baro k lnc l ia i r i cname branduo l i je(kar io t ipas X\XX arba XXXXY) : 2 - r ' i r iu je normaiaus vvr r r po l imor -lbbranduolis lcukocitas bc ,.bisno lazdclt ls": apai ioje - normalios moters - suv icna. .b lgno lazdc lc " : - l i r I - Baro kunc l iu i r , .b lsno lazde l iu " ska i i ius p r ik lau-sonrai nuo X chromttsonru skai i i i rus

plonais siulais. todel jos dar vadinantos pol imorfobranduol iais leuko-ci tais. Siq l4stcl iu l l , t in iu chromatinu vir tusi X chromosoma yra ivair iosformos (blgno lazdeles, teniso raketds. kolbeles) branduol io pr iedas.

Ono (S. Ohno) i r Lajon (M. tr Lion) pasi [ le hipoteze, kacl Zin-duol iq X chromosomoje esandiu genu doze kompensuojarna motcr i5-kosios lvtres individq somatinese l4stelese inaknvinant is vienai is dviejuX chromosonrq. vdlesni tyrinrai 5i4 hipotezg paflirtino. Tiro jsitikin-ta, kai buvo i i t i r t i Zmogaus ir k i tu Zinduol iu X chromosomos aneup-loidai (3.29 pav.).

194

. - \n ta i csant K ia in ic l t c r io s in r . l romui XXY. r ienas Baro k [nc l i s b lna i r d i rusu-nro jc r r ru somat in iq l i l s te l iq . o motc ru . tu r ind iu t i k v ienq X chromosomq (Terne. r i t r, inclromas). - ne

" ieno. Vlrai su tr imis X chromosomomis - XXXY, kaip ir moterys

\XX. turi du Baro kuncl ius. Kai branduoly' je yra keturios X chromosomos, t iekr rn r i . t iek motc+ 's tu r i 3 Baro k [ rnc l ius .

Vadinasi. i5 aneuploidu t1'rimq paai5kejo bendra X chromosomos

i r r r rk t r r in in t ( ) t i t i svk lc :

Baro k[neliq yrzi vienu maZiau negu X chromosomq.

Taiiau i i taisykle negalioja pol iploidams, kurie turi kel is visq chromosomq rin-

kinius. Triploido (-3n) somatincsc lastelese Baro khneliu skai i ius nenusistovejgs -

rrcnas arba du. Tetraploido (. ln) 1'ra du Baro klnel iai.

Kuri i5 X chromosomq inaktyvinasi, yra atsitiktinis dalykas. T[oisi t ik inta t i r i i int moter is. heterozigot ines pagal kai kur iuos , ,sukibu-sius" su ll,timi genus, parvzdZiui, pagal gliukozo-6-fosfatdehidrogena-zis arba raumenu distrofijos. genus. Siq moterq vienoje chromoso-moje yra normalus genas (+), k i toje - mutant inis genas. Jq somati-nes iastelis mc'rzaiki5kos. Vienos somatines l4steles yra normalios,kitos - su anomaliniu poz,vmiu. Thi priklauso nuo to, kuri i5 dviejuX chromosc'rmu inakryvinasi: ar ta, kurioje vra raumenq distrofijoseenas (tada raumens lastele normal i) , ar ta. kur ioje yra normalusqenas (tada lastele yra distrof inio t ipo):

Heterozigotos branduolys

. ' - r . \" | 1 j

I

. - ' /t

\*

d *--

5 jt€rF;

,F

\

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

/---:\1 . : " \

t 'I a_.: r .-'a

l

{ r . . 1\ " - . f /

\ J f\ , /

|s*%if

$ryk .r.id@sffitu2

+

Sterb l in iu Z induo l iu X chromost tmatero pavcldetai X chromosomai.

- l ' . t igi

k r rnc l i r r nu lcn t iu qcnL lnro in tp r in t inu , l . .

X inaktpacrja -

ku ip ta r ryks ta . be tdidesnis ar maZesnis

{V\,--..u^,",/(' " l) T;::il1,:?"""-

k[rrel is- \ - /Mutantinis poZymis

inaktpinasi neatsit ikt inai. Pirmenybe yra i5i iu g1^vlnq X chromosomos virsmq Baro

epigenetinis reiSkinys. Nors dar labai neai5ku,X chromosomos inaktyvacijos pob[di paveldilasteliu klonas. Tiio isitikinta iStvrus moteris,

t95

3.30 pav. Ektodermos displazi ja. Trysheterozigotiniq moterq kartos, pasku-t inioj i - identi5kosios dvynds:tamsiau nudaZl,tos kuno pavirSiaus dalysbe prakaito l iauku ( inakqrinta X chro-mosoma su normaliu genu); pavir5iaus

,, lopas" rci5kia lastel iu klonq; l ikusi odayra normali , su prakaito l iaukomis ( inak-t) / inta X chromosoma su ektodermosdisplazi jos genu)

heterozigotines pagal recesyviuosius ,,sukibusius" su lytimi genus. La-bai patogus, nors ir retas pozymis - ektodermos displazija. Tai irgi,,sukibgs" su lytimi recesy/usis poz.vmis. Sutrikusi ektodermos raida.Vyrai, kuriu X chromosomoje yra Sis genas, bedandiai, turi maZaiplaukq ir neturi prakaito liaukq.

Pagal 5i4 ypatybg tiriamos heterozigotines moterys (3.30 pav.). Aki-vaizdu, kad i5tisas odos lopas be prakaito liaukq - tai l4steliq klonas,kurio pradineje lqsteleje inaktyvinosi X chromosoma su normaliu genu.

Lqsteliq klonas kelia daugiausia neai5kumq. Mat dalijanris soma-tinems l4steldms, Baro kuneliu virtusi X chromosoma padvigubdja,kaip ir kitos chromosomos. Vadinasi, Baro klnelis vel turi virsti ipras-tos sandaros chromosoma. Pasibaigus mitozei, chromosoma turi inak-tlvintis pagal motinineje l4steleje nustatyt4 tvarka.

Taiiau kol kas bendra visil epigenetiniq reiSkiniq problema yrata, kad neaiSku, kaip 5ie rei5kiniai iSlieka po kiekvieno naujo l4steliqdalijimosi.

DNR metilinimas dar nei5sprendLia Sios problemos, nors Barokfinelyje DNR yra itin stipriai metilinra. Metilinimas paai5kina Xchromosomos inaktwacij4, bet to nepakanka paaiSkinti, kaip formuo-jasi Baro k[nelis - ypatingas X chromosomos chromatino virsmas.Taigi r,yksta ir kiti pokydiai. Anrai pirmiausia labai stipriai acetilina-mas histonas H4.

196

Baro kunelio ir kitus epigenetinius rei5kinius lemia stabilfisvaldymo genrl veiklos polryiiai.

Xis/ genas ir inakty"r'acijos centras. X chromosomos inaktyvacija prasideda inak-nr,aci jos ccntre. Sis centras aptiktas translokaci jq metodu. Translokaci jos - tai chro-mosc)mLI mutaci ju t ipas. kai chromosomos segmentas perkel iamas i i vienos chromo-somos vietos i ki tq vietq toje padioje chromosomoje arba apskri tai i ki tE chromo-\oma.

Paprastai. pc-rkclt i X chromosomos segmentai i autosomas ndra inaktyvinami.

hi iau pataikius i autosomas perkelt i segmentE su inaktyvaci jos centru, gal i virst iheterochromatinu ne t ik i is translokuotas X chromosomos segmentas, bet ir jam

art imi autosomr-is segmentai:

A X b e l C A X s u l C

FWA X b e l C A A X s u l C A

rrc--.r lryr -r-ryV\A /il\l,"',_lCia- neinakl\aintas X segmentas: \,A.n inaktprntas \ segmentas; ir{aktyvinti lvirtqhc terochrona i inu) inak t t , rac i . los cent ru i i lC ) an imi au tosomos ( . { ) segnrenta i .

Nuo inaktlracijos centro X chromosornos inaktylacija plinta abiem krlptimis;la ---------------- c

Cia lC inakryracijo, centras. c centromera, ql itguri, O",rr, O f ,--Ouris petys. Neu2brukSniuotas trumpasispet rs p . kur iame r ra ak tnus is ra jonas (Xp l2 . l l - :2 . - l ) .

ISt i ;rus ivair ias X chromosomos segmentq deleci jas ir translokaci jas, buvo nusta-t1' ta. kad inaktlvaci jos centras yra Xq13 segmente. Siame lokuse yra labai idomusgenas Xrsr (angl. X-irtuctivating specific transcipt). Xisl genas buvo klonuotas. Paai5kejo,kad j is nekoduoja balt l 'mo (neturi atviro skaitymo remelio). Aktynrus yra jo transkrip-tas - RNR. Jis t iesiog apgaubia t4 X chromosomq, kuri vra inaktyvinama.

I5lieka akryv-[s ne tik genai, kurie yra neinaktyvintame trumpaja-me X chromosomos petyje p, bet ir kai kurie genai, esantys Baroktneliu virtusiame chromatine. Manoma, kad jie yra isorineje Barokr.rnelio dalyje.

X chromosomos virsmo Baro kuneliu ciklas. Zmogaus X chromosomos inaktlva-cija prasideda 5-4jq embriono vysty'mosi parq. Moruldje arba blastocistoje aktyvinamasXlsl senas. Jis vcikia abiejose X chromosomose, bet po to, kai Xist-RNR stabi l izuo-jama ir apgaubia inaktlvinam4 X chromosom4, Xr:t genas veikia t ik Sioje chromosct-moje. Inaktyvinamoje X chromosomoje DNR meti l inimas prasideda vel iau - t ik 7-q14para. Pirmiej i Baro k[nel iai pasirodo trofoblastuose 12-4j4 parq. o pai iame gemale -

t ik 16-zg4 rystymosi par4.

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

1 t t

f t ! lI : i 1t i r li : r :

q ) . - -

r97

Dozds kompensacija somatinese drozofilos lqsteltise rrksta kitaip.Patinelio X chromosomojc genai veikia dvigubai akqn,iau negu pate-les X chromosomoje. Taip 1'ra del specialiq valdymo gentl-numerato-rir; veiklo.s. Tie genai moktr suskaidiuoti. ar )/ra lveinis (patele), arnelyginis (pat inel is) X chromosomq skaidius.

Zmogaus X chromosomoje kol kas qcnu-numcraronl! nerasri t . tai iau turctqb t t i . ncs ka ip k i ta ip paa i i k in t i ta isyk le . kad v ra v ienu Baro kL inc l iu maZiau . negu1'ra X chromosomrl. \ trdinasi, skai i iuojamos ir Zmogaus bei ki tu 2induoliq _X chro-mosomos. Gali buti Sios skaidiuotes sutr ikinrr l , pvz.. del dupl ikaci jq.

Zinduoliq X chromosoma inakt),vinasi erapais:

. ekspresuojamas (veikia) Xrsl genas;

. signalas plinta i abi puses nllo inakt).vacijos centro, inaktyvina-ma didesne dalis X chromosomos:

. inaktlvinta X chromosoma virsta Baro klneliu.

Laipsni5ka X chromosomos inakryacija paai5kina du svarbiusrciSkinius.

Pirma, koddl dal i jant is somatindms lqstelems dukter indse lqste-ldse i5lieka X chromosomos inakt_wacijos pobfidis, tipiskas motini-nei lqstelei? Dalijantis somatindms lqstelems mitozijc. Baro kuneliuvirtusi X chromoson-la neprarandama. jq paveldi dukterines somati-nes l4stel is. Kad abi X chromosomos padvigubdtq i r jq kopi jos butqtaisyklingai paskirstytos tarp dukteriniq l4steliu. Baro kDneliai ku-riam laikui turi virsti iprastos sandaros X chromosomomis. KadangiX chromosomos inaktyvacija ir virsmas Baro kfineiiu atskirti laikotarpsnio, l4stele dalydamasi vdl tampa lprastos sandaros chromoso-

198

srir. bet iisaugojamas inaktyt'acijos pob[dis. Sios chromosomos vir-\p1ls Baro kf inel iu kiekr, ' icname lqstel iq cik le kartojasi :

fprastos sanclaros.Lra.'; krneris J

;'*'.;l:llil'li,i, - Baro kuneris

lntcrfazi J Mitozi -) lnterlazc

Sie ir,1'tlal kol kas nepakankamai i5tirti.Nlutant inio . .sukibusio" su lyt imi pozymio pasireiSkimo heterozi-

lot iniq moteru somatinese lastelese pob[dis rodo, kad l4stel ints da-Ji jant is X chromosomq inakqvaci ja gal i keist is (Zr. 3.30 pav.). VienEt 'cnot ipini lopa keicia ki tokio fenot ipo somatiniq lqstel iq klonas.

Antras rei5kinys, kuri paaiSkina laipsniSka X chromosomos inak-

rs acija: kod€l ne visos moters somatinds l4stel6s turi Baro kflneli?\ntai 30'7,: fibroblastu fiq kulturose) neturi Baro k[nelio. ,,Bignolrrzdeles" tur i t ik i iek t iek daugiau kaip lc ic moters neutrof i lq. Ma-t\ t . kad tose normalaus kar iot ipo moters l4stelese, kur iose nera Barokunel io, inakt lv inta X chromosoma nevir to Baro klncl iu.

3,7.3. Paramutacijos. Ilgalaikds modifikacijos

Paramutacijq atradimas. 1956 m. amerikieiiq genetikas Brinkas(R. A. Br ink) tyrd vieno kukur[zq antociano geno R ivair iq alel iqsuvcik4. Kry'Zmino recesp'iqji1 linij4 r-g r_3 su hibridu - heterozigotapagal dominuojandius genus R-r ir R-s/:

? r-e r-g x d R-, R-t

Tai tipiSkas Mendelio sugalvotas analizuojantysis kryZminimas, ku-rrLro ko$biSkai ir kielrybi5kai tiriami lytiniq l4steliq genotipai. Brin-ko t irt iej i alel iai leme tokia endospermo spalvq:

/Lg - nenuda4t4, R-r - raudon4, R-sl - marg4.Diploidinio heterozigotinio organizmo, koks buvo R-r R-sl, Iyti-

nes laste les turc tu b l t i dv ie ju t ipu:

Rt R-st:'/--'t,..t

t. -r---_\)tt ,{1,.) t,/z {at'

DNR met i l in imas

199

Ti-ro tarpu visos receslviojo homozigotinio organizmo lytines l4s-

tcles vienodos:

Lrye!-&/---<-'(-3) 'l'.'g,,

Be to, per analizuojanti kryZminimq jos nelemia palikuoniq sary-biq (fenotipo). Viskas priklauso nuo tiriamojo heterozigotinio orga-nizmo: kokios ir kokiu santykiu susidaro jo lytines l4steles. Pvz.,visas kryZminimas ir pal ikuonvs turetq b[t i tokie:

9 tr,"-g t1.@- Lytines l4steles

r-g r-g R-stf l

e3 Palikuonl s

Marguendospermu

r-8Turet4 hfrti raudoni,

gnlrl i si lpnai nudaZltu endospermu

Brinko bandyme santykis, kaip ir tikdtasi, buvo 1:l: pusd laukia-mq margq (endospermo gcnotipas del dvigubo augalu apsivaisinimoyra triploidinis r-g r-g R-sr) ir pusd netiketai silpnai nudar,v"tq, kaituretq blti r-g r-g R-r - sodri raudona spalva.

Brinkas hetcroziqotinius si lpnai nuda2ytu endospermu augalus rdl patikr ino at-l ikdamas analizuojani iuosius krl ,Zminimus:

a r-s r-s , & R-r' ,-sPl l i ku t 'nvs huvo tok ic 'pus€ nenuclaZvtu endospcrmu , rj r-g r-g'.pusd - si lpnai nudaZytu endospermu - r-g r-g R-r ' ,

I5 Sio bandymo Brinkas padare iSvada, kad R-sl alelio paveiktasR-r alel is paveldimai pakinta. Si paki tusi alel i j is paivmejo R-r ' .Pokyt is paveldimas ik i Siol (daugiau kaip 40 metq).

Alcl is Fcno t i pas Paramutacijq aktyvumas

B-lrt tutSe (B' l)"B' 'h - t "Il-Pcnr''

l ' l-Rltoatlas ( PI-Rh l'Pl'-rnahogan.r' ( PI-nah 1

Pl-Blocl rd (Pl-B11) ' '

T imsiai purpur in ia i au_salaiSi lpnai purpur in ia i augalaiZal i augalaiS i l pn l r uu . ru l u r pa l r a : s l i p r i pu rpu r i ncscklu spalvaTamsiai purpur in ia i augalai i r kuokcl ia iRaudonmedZio raudonumo augalq spalva;kuokcl ia i margiMarga dr 'mtr ta auqalq i r kuokel iu spalva

Paramutabi lusParam utageni ikasParamutabi lusNcutralus

Paramutabi lusParamutageniSkas

Ncutralus

. i .J lcntele. ParamutageniSki . paramutabi l f rs i r neutra l ls kukur lzq antociano spalvos D i r p/genu ale l ia i (pagal V L. Chandler ct a l . . 1996)

ParamutageniSki, paramutabilfis ir neutral[s aleliai. PokydiusBrinkas pavadino paramutacijomis (gr. para - Salia, priei), alelius,kurie keidia kitus alelius - paramutageni5kaisiais, o tuos alelius, ku-rie pasikeiiia, - paramutabiliaisiais. Vadinasi, R-r' yra paramutacija,R-sl - paramutageniikasis alelis. o R-r - paramutabilusis alelis.

Paramutacija - tai mitozeje ir mejozdje paveldimas polrytis,kuri sukelia heterozigotose vienas alelis (paramutageni5kasis)kitam (paramutabiliajam).

Pagal paramutaciias to paties geno aleliai skirstomi j paramuta-geni5kuosius, paramutabiliuosius ir neutraliuosius. Pastarieji yra irneparamutageni5ki, ir neparamutabills. 3,4 lenteleje pateikti 2-jq lo-kusq b ir p/ visq trijq aleliq tipq pav-vzdZiai.

Idonru. kad paranrutaci ja pasirei5kia t ik tada, kai r-g r-g yra motina. o R-stR-r - tdvas, nors paramutaci ja iryksta ir lada, kai heterozigota yra motina. t ikparamutaci ja nepasirei ikia fenotipe.

Paramutacija - epigenetinis reiSkinys. Iki Siol nustatyti 3 kuku-r[zq genai. kuriq aleliai yra pramutageni5ki ir paramutabills. Thimindtasis r (red). pl (pale) ir b (booster). Visi trys genai valdo anto-ciano sintezg. Thi valdymo genai. Jie koduoja HLH (angl. helLr-loop-lrclLr - spirald-kilpa-spirale) tipo transkripcijos veiksnius (Zr. p. 318).

Dvi paramutacijq sai.ybes yra iSskirtines. Pirmiausia jos atsirandatik heterozigotose neiipasakytai aukStu daZniu, nebldingu kitiems kin-tamumo rei5kiniams. ParermutageniSkai aktr,viose heterozigotose (pvz.,R-sr R-r) visos lytines l4steles gali bfiti pakitusios. Tiesa, ne visi

parirmutageni ik i alel ia i v icnoclai st ipr ls. Pt,z. , R-ntb alel is nors i rparamutageniSkas, bet jo poveikis gerokai s i lpncsnis ncgr: R-sr alel io.

Antroj i savybi ger iausiai i rodo. kad paramutaci j rrs - epigenet inisreiikinys. Nors paramutageni5kai akfyv-us kukurfizu r b, pl genai yraklonuot i i r sekvenuot i , bet nukleot idq sekq pokydio paramutabi l iuo-se alel iuose neapt ikta. Neapt ikta i r DNR meti l in imo skir tumu. Norsparamutaci jq pr igimtis kol kas neai5ki , bet manoma, kad tai pavel-dimi, stabillrs gcnq transkripcijos polg'iiai. Deleciju metodu nustaty-tos nuklcot idq sekos, del kur iu prarandamas alel io paramutageniSku-mas arba paramutabi lumas.

Ilgalaikds modifikacijos nesusijr,rsios su heterozigoti5kumu, taiiaudia yra galiniybe aptikti naujus epigenetinio paveldimumo rciSkinius.

Aplinkos poveikio sukcltos modifikacijos yra nepaveldimi or-ganizmo organu, pozymiq bei sar,ybiq polq,iiai.

Jos paprastai yra trumpalaikes, pasirei5kia tik toje kartoje, kurio-ie veikia modif ikaci j4 sukel iant is veiksnvs. Kirose kartose jq sukel ian-diam veiksniui nepasireiSkus, modifikacijos iSny,ksta. Tadiau aptikra iri lgalaikiq modif ikaci lu, kur ios persiduoda ki tai . o karrais i r keletuikartq, nors ir neveikia modifikacija sukeles aplinkos veiksnys.

Ilgalaikiu modifikacijq prieZasc*iq vra daug. Kai kurios jq yra la-bai paprastos. Antai labai qeromis s4lygomis ausantys augalai ne tikduos ger4 dcr l iu. bet i r k i tais metais bus dcr l ingesni uZ tuos, kur iei5augo iS blogomis salvgomis augintq augalu. Mat i i geromis salygo-mis auginamq augalq seklos stambesnes. sukaupusios daugiau maistomedZiagq. IS jq iSauga stipresni daigai. Lygiai taip pat ir gyvuliai.Silpnesniq, blogomis s4lygomis gyvavusiq revq palikuonys buna sil-pnesni. Veislininklstc\je tai svarbi aplinlrybe.

Gana dzr2nai Zmonds savo lk ineje veikloje susiduria su tar iamupoZymiq pavelde.iimu del to, kad modifikacij4 sukelianfys veiksniaitant tikroje ekologineje aplinkoje per daugeli kartu yra pastovrls.Pirmasis su tokiu rei ik iniu susidf i re Bone (G. Bonnier), bandydamasaugint i kai kur ias tar iamai alpines augalq r lSis zemumose. Jis nusta-te. kad Sios rlSys 1'ra modifikacija. Tos padios rDiies au_salai kalnuosei5auga trumpu stiebu, daZnai sudarydami tik lapu skrotele (panasiaikaip gyslot is), o Zemumose augalu sr iebas aukSras (3.3i par. ' . ) . Matnuolat auki tumose augantys augalai tur i v ienoki fenot ipq. 2emumo-sc - k i tokl .

202

Antai P S'etk^'as ir G. Korsakova nuo 1966 m. i i viso i0 mctq tyre dvii i r i rzof i los mutaci jas . l ' ( lbrked - i is i iakofe serel iai) i r a'(r,rr1e.rr - redukuotos akys,br 'akes). Abieju genu pasirei5kima eal ima jvert int i kokybiSkai. Thm rikrais jautr iaisr:Jrr.r7efi l6q raidos periodais pareikus j4 aukita 3g'c temperatIra ( i i luminio sokoint iukci jos sal lga). atsirado i lgalaikis modif ikaci jos. rrukusios per kelet4 desimdiqkrrrtu ir buvo paveldimos t ik iS morinos. Gali buti . kad i ic pokl, i iai ekstrachronro-'onr in is p r ig i rn t i cs . nors ta i dar nc t i r ta .

.r.- . Christol iubora drozofi las pareike et j lendinitr i lotetraaceratu (EDTA). Si me-d2raga suri ia dr, ' i i 'alcni iu ir tr ivalcndiu mctalq jonus. Susidare papiidomq branduo-l i l ru. Kitose karrose modif ikaci ja pama2u bleso, mazejo inoi; icl l l . kurir; lqsteleselruro atsirade papildomi branduolcl iai . Siu skait ius l4stel6se irgi maZejo, tadiau vi-: i (kui i in-r 'ko r ik 22-qoje kartr je. eia visisiai ai iku. kad pokyri i ,usi jgi su chrorno-sontom is .

3.8. Genomo pertvarka

3.8.1. viso genomo pertvarka ir jo pertvarka pirmuoniq vegetatJviniqIastel iq branduol iuose

Net toki gerai z inoma rei ik ini kaip diplofazes kai ta i haplofa-z.^. i r ar ' i rk i i ia i . per gyvenimo cikl4 reikdtq pr iskir t i i ia i reiskiniq

;i+:bh*%

Panai iai yra i r su kul t l r i -niais augalais. NepriZiureti j ienegali konkuruoti su laukiniaisaugalais ir i5auga menki. Thdiauvisai kitokia jq genotipo suke-liama reakcija j palankias s4ly-gas. Laukiniai augalai Sia se-notipo salybe nepasizymi, todelir labai palankiomis sqlygomisneduos tokio derl iaus pr iedo,kaip Zentes tikio augalai.

?rdiau vra ilgalaikiu modi-sautenis f ikaci jq, kur ias lemia mejozes

Zenrumose bldu kuri laik.1 paveldimi epi-genet iniai pokydiai . Deja, Siepokydiai kol kas neririami. Epi-

modifikaciju, kaip ir paramutacijrl, daZnis

.1 .1 1 pa \ ' . Papras tas isI Hr' I iantIt t , tnLott t t t t t t t tntt I tr i t tnt\i r r ) i r ka lnuose (b )

gr 'net ines ki lmes i lgalaikiusal i s iekt i I00rL.

203

grupei. Juo labiau kad kai kuriq organizmq haploidinis chromoso-mq skaidius tampa diploidiniu ne apsivaisininimo metu, o praside-jus individualiai raidai, somatinese l.lstelese. Taip yra. pvz., bidiqtranq. I5 pradZiu jie r,ystosi i5 neapvaisintq kiauiineliq. yra haploi-diniai . Tokios i5l ieka jq gencratyvines l4steles, bet somatinese l4s-teldse atkuriamas diploidinis chromosomq skaidius.

Tirtini I skyriuje mindti askaridZiq (Ascaris megalocepltala), kaikuriu vabzdZiq reglamentuoti chromosomq skaiiiaus pokyiiai perei-nant generatyvinems lEstelems i somatines. Antai askarides generaty-vines l4stelds turi tik dvi chromosomas, somatinese l4stelese susidarodaug smulkiq chromosomq. Dalis genetines medZiagos yra praranda-ma (Lr. 1.3 pav.). Si askarides genomo pertvarka prasideda 4 l4steliqstadi joje, i r 16 l4stel iu stadi joje jau t ik v iena l4stele tur i pradini 2chromosomrl genomE. Si lEstele tampa generat) /ine l4stele, ir duk-terinds jos lqsteles i5saugo pradini genomE. Dar XIX Simtmedio pabai-goje Boveri (Th. Boveri) nustatd. kad Siuos pokvdius valdo l4stelescitoplazma. ISlieka nepakitqs tik tas branduol,vs. kuris besidalijandiojel4steleje patenka i tam tikrq citoplazmos vieta. AskaridZiu ryrimai,deja, toliau i prieki ndra paZengg, bet visi5kai panaSiai blsimos ge-neraty/ines lasteles yra determinuojamos drozofilos ovocito polinejeplazmoje (ir. p. 359). Citoplazmoje vra vadinamieji morfogenai, ku-riuos atrasti labai padejo Boveri tvrimai.

Nereikia manyti . kad askaridi iu ar kai kuriq musiq eenomo pokvi iai somatine-se lastelese yra i t in dideld ir rcta iSimtis. Tiesiog dar dauselio priminvesniu. betstambiu taksonu genomai ncpakankamai i i t i r t i . Antai kai kuriu samanu tame pai ia-nre auga le y ra hap lo id ind-d ip lo id ine ar ne t te t rap lo id ine (Jn1 da l i s . S iu r r mctu smul -kiai tiriami genomai tq eukariotq, kuriq grvenimo cikle vyrauja diplontas. taiiauir jq somatiniq lqstel iu genomas gal i i5 esmes skirt is nuo zigotos ir gemaliniu l4s-tcl iu genomo.

Visam blakstienotqjq (Ciliophoru) tipui bldinga sudetinga vi-so genomo pertvarka susidarant makrobranduoliui i5 mikro-branduolio vegetatyvindse l4stelese.

Genomo pertvarka infuzorijq (Ciliata) makrobranduoliuose. Ii SiosinfuzorijLl klases geriau iStirtos tik kai kurios dvieju b[rit; - Hyme-nostomata (Tetralrymena ir Poramecium) ir Hvponicha (Ox,vnicha, Sty-lorUchia, Euplotes) gentys. (Sistcmatika pateikiama pagal R. Kazlausko knyg4

,.Bt 'stuburiq zoologi ja". 1988. nes pirmuoniu stanrbiuju taksonu sistematika ir lot1,-

n iSk i pavad in ima i l i te ra t I ro je gcroka i sk i r ias i y .

204

lnfuzorijq ypatybe - dvejopi brand;roliai. Jos turi vien4 ardaugiau diploidiniq mikrobranduoli! ir vien4 arba daugiaupoligenominiq makrobranduoliq. Makrobranduolys - vegeta-

ryvines lqsteles pozymis. Jo ndra generatyvinese l4stelese.

Rekordinis mikro- ir makrobranduoliq skaidius aptiktas pilvablaks-

tieneje infuzorijoje (Jrosry*lis grandis - daugiau kaip 100.Mikrobranduolys (Mi) yra smulkus, bet turi stambias chromoso-

nras. Jis dalijasi mitoziSkai. o prieS infuzorijq konjugacij4 ar jos metu -

ir mejozi5kai (po mejozes Mi yra 1n). Turi visE genU rinkini. Jo chro-

nrosomos kondensuotos, todel RNR sintezd beveik ner.yksta, i5skyrus

kai kuriuos morfogenezei svarbius (pvz.. burnos) genus.Vykstant konjugacijai, lasteles apsikeicia haploidiniais mikrobran-

duol iais:

2n 2n vciozc n n n n l;:ill, ffJ:#ll n n i-" ill,il'", 'r"

: gTFoo or..--..--...--.' qg!l- oo o.TF:Makrobranduolys (Ma) yra stambus, dalijasi amitozes bldu. ISsi-

r1'sto i5 mikrobranduolio. kai Sis dalijasi nesidalijant l4stelei. Kiekkartq dalysis mikrobranduolvs, priklauso nuo genties. Vienas ar kelirnikrobranduoliai i5lieka. Juose i5saugoma visa genetind informacija.Kitas arba kiti mikrobranduoliai virsta makrobranduoliu arba mak-robranduol iais.

Skir iami du pagrindiniai Mi virsmo Ma t ipai . Vienam ju atsto-vauja klumpelines infuzorijos (Hltntertostontata), kitam - pilvablaks-tiends infuzorijos (Hypoticln).

ktrahymena makrobranduoliuose prarandama tik apie l0-20Vogcnomo. Apie 100 susidariusiq vadinamqiq subchromosomq yra il-gos. v idut iniSkai 600 kb.

Hvpoticha burio pirmuoniq makrobranduolyje prarandama didZiojigenomo dalis. Orrriclua i5lieka apie l0% viso Mi genomo. Susidarodaugybe - iki 20000 smulkiq chromosomq. Jos vadinamos minichromo-somomis. Vidutinis jq ilgis apie 2,2 kb. Taigi minichromosoma, galimasakyti, yra vienas genas. Tuo tarpu Mi chromosomq vidutinis ilgis net9000 kb. Sty'lonychia Ma i5lieka Lik \6qc Mi genomo. Nors didele dalisgenonlo paSalinama. bet makrobranduolyje DNR yra 40-50 kartq dau-q iau . neeu Mi .

205

Ma didZi i1j4 genomo dal i sudaro genai, koduojant l 's balrymu sin-

tczci reikal ingus baltymus ir RNR. daugiausia rRNR.

Mekrobranduo l iq sus idarymas r l ' ks ta dv iem c tapa is i r l i r iu is ru r iun ta is . b ld in -gais konkrct icnts taksonams. Pirmuoju etapu paial inama dal is chromosomu arba jq

daIu. Vyksta t l inr inuci ja. I da l ikusioj i genomo dal is ampli f ikutt jama. ir susidaropoli tcnines chromosontos (3.32 par,. . ' ,1). Ju sandara labai panaii i drozofi los sei l iul iauku pol i tcrr inir4 chromosontq sandar4.

Hy-potricha (Sh,lonyc:hia, Euplotes ir kt.) po to v,vksta antrasis etapas.Pol i tcnines chromosomos sukarpomos i t rumpus segmentus, kur iuosskiria membranos. Kerpama tarp politeniniq chromosomq diskq. Tadakiekvien4 juost4 i i v isu pusiu apsupa membrana. Juostos atsidur ia pus-leleje (3.32 pav., B). Tbl iau vel vyksta genomo diminuci ja. Pa5al inaminctranskribuojami tarpikliai, vidines juosteliu dall's. Prijungiamos telo-meros.

Plslcl iu susidarymas primena prlsleles pern'arkomajame lscaris nrcgaloccplula

somat in iu las tc l iu b randuo l l ' j c ( . i . .32 pa t . . C) .Kit i pirmuonys. I5 pirnruoniu blakstienotiej i erol iuci jos pakoposc u2ima auki-

c iaus ia padc t i . Sudc t inqunro a tZv i lg iu ta i i i rS Inc . kur ia pas ieke v iena las i ia i gp ia i .

Todcl nrikro- ir makrobranduolius irgi gal ima vert int i kaip Siu gp'unu genomo di-

fcrcnciaci jos vir i i rnc. Nors kitu pirmuoniq tokios branduolio diferenciaci jo\ nira,

bet genomo pcrtvi irka irgi. mat1t. r ' r 'ksta. GnIniniams 2iu2el iniams atstovaujani iq

7n'puttosotnu brzrccr. kaip ir daugcl io kitu pirmuoniu. chromosomos ncsikondcnsuojalas te le i da l i jan t is . D i l i i os p r ic2as t ics jas nc imanoma t i r t i i v i cs in iL r mik roskopu.

Tirt iau chromosomos truvo nustat\, tos gcl-c- lcktroforezds pulsuojani iajame lauke me-

toclu. Siuo mctodu gal ima lrakcionuoti stambias DNR molekules (r ' isa chromoso-m:1). Kcletas T. hrucei chromosomu buvo tokios stambios. kad ncicjo i gcl i . \ 'sbur,o apic l0(Xl kb. ici ios - 200-700 kb ir apie 100 minichromosomu 30-1-50 kb.

Kitos rui ics T. r: t trzi minichromosomos maZcsnis: 2-1--t0 kb. bet stambesnes uZ in-

fuzori jq minichronrosomas.Tt1'putrctsonn brrrcci minichromosomu ki lmi nenustat l ' ta. bet i io parazitrr genomc

aptiktas kitas. jau minctas scnomo pertvarkos bhdas - r,Jg genq translokaci ja i5

vidincs chromosomu dal ies i telomerq. Tai iau minichromosomu DNR analize rodo.kad tai 1-patineos chromosomt'rs. Jose labai daug paly'dovinis DNR (177-lq-i bp i lgiokar to t in i r l sckq) .

Sudetingi brandr.rolio pokydiai \yksta miksosporidijt4 (My'xospori-dia) l4stclese, tret j ie, matyt, paprastesni, susi jg su pol iploidi ja. Spe-jama. kad pol iploidi ja bldinga ir ameboms. Antai Arnoeba proteustur i per -500 chromosomu.

206

Ma gena'- 'N Tarpikl iqlspeiseriq)

c , A ' - / - \ - D N R/ - - - 4 , < { H H _ k H ! F

M i \chromosoma IES I DNB repl ikaci ia

V/ * / _ T T H H . < C H ] F/'---<_-1 <.!'......rHr|<L!{{r' r c - i l H | g ' k J r - ' - f F

I - Puslel iu susidarymas

<HilHf>

ilHH>

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

{tvta genU iipiovimas

/ / a O \ O / OO I , - - /

O - - \ r / I \

o-- o - F--*or Taroikl iu ir ki tu seku- - - - - - - > + + < S a l i n i m a s '

|_ret-r_t-r]cll-itlttl:i

( .

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

DNR repl ikaci ja

ts

3..32 par' . Hypotr icha makrobranduolio (NIa) susidarymas i5 mikrobranduolio (Mi):. .1 - . \ t t ' lot* 'cJt iLt lenuruc'. u, b, c. r1 - nuo kondensuotu iki pol i teniniq chromosomq:c, . f - chromosomu frasmentaci ja ir plslcl iu susidarymas: 14, t t , i , k - antrasis DNRrcpl ikaci jos raundas ir jo fazes: 1 - subrcndes Ma: B - Genomo pcrtvarkos eiga.IES ( r ' id incs kar to t ines sekos) i r ta rpgen in iu ta rp ik l iu DNR I ' ra pa ia l inarnos ; C,A, -kartot incs sckos. pri juneianros prie kickvienos nt inichromosontos: C - Sh.lony-chiunrakrobranduo l i r - r sus idannr ( r t t rp in i \ momcnt r \ - k iek r , ienas sukarpy tas po l i ten incschromosomos d iskas v ra i zo l iuo tus pus lc l i i c

201

Poliploidija ir politenija - du genomo pertvarkos tipai, bldin-gi auk5tesniesiems eukariotams.

Poliploidija daLna augalq somatindse lqsteldse. Kaip mineta, pa-sinaudodamas Siuo reiSkiniu, vokiediq mokslininkas Vinkleris (H. Win-klcr) dar 1919 m. gavo pirmuosius dirbtinius poliploidus. I5 adven-tlviniq pumpunl i5augg pomidorq lgliai buvo poliploidiniai.

Gyvfinq somatinds l4steles yra daZniausiai diploidinds, bet ne visqorganq ir audiniq. Kepenq lqstelds, ypad neuronai yra poliploidiniai.

Politenija - jau nagrindtas reiSkinys (Zr. p. 158). Politeniniq chro-mosomrl aptinkama dvisparnir+ (Diptera) somatinese l4steldse. Antaij.l yra vaisinis muselds (Drosophila), uodo tmklio (Chironomus) ler-vq sei l iq l iaukq l4stelese, Kaip ne kart4 mineta, pol i tenines chromo-somos susidaro daug kartq kopijuojantis DNR, bet dukterinems DNRkopijoms nei5siskiriant. Pvz., kiekviena drozofilos homologine polite-nind chromosoma turi 1024 DNR kopijas. Per abi konjugavusias ho-mologincs chromosomas bendras DNR kopijq skaidius - 2018.

Del poliploidijos ir politenijos padideja visq genq skaidius l4s-teleje, todel Sie reiSkiniai vyksta tose somatinese l4stelese, ku-rios labai aktyvios arba jq veikla susijusi su genetines medZia-gos rizika - mutageniniais veiksniais.

Pvz., padidejusios rizikos s4lygomis veikia kepenq lEsteles. Josskaido lvairius ksenobiotikus. Ir ksenobiotikai, ypad jq skilimo pro-duktai gali bfiti mutageni5ki. Vadinasi ne tik l4steles aktwumas, betir aplinlqrbds, kuriomis l4stele veikia, lemia poliploidija ir politenii4.

3.8.2. Pavieniq genq skaitiaus pokydiai - amplifikacija. Prisitaikymasprie toksinq ir kitokiq veiksniq

Priei daugeli metq Sios knygos autorius klausesi labai vaizdZios,impulsyvios T Ivanausko paskaitos apie tai, kaip gaminami prie5nuo-dZiai gyvates nuodams. Karvei suleidZiama nemirtina nuodq doze. Poto ji didinama, vel ir vel... Kol galq gale keliasdeSimt kartq virSijamirtin4 dozg, o karvei - nieko. Ji gpa. Ji prisitaike prie nuodq. Tuometu buvo Zinomas tik rei5kinys, bet labai nedaug Zinoma apie jopr ieZast is.

208

Adaptacija - viena i5 bendrqjq organizmo savybir;. Prisitaiko-ma prie ivairiausiq aplinkos ir vidiniq veiksniq. Prpiraiko visigyvi padarai, tarp jq ir Zmogus prie narkotikq, vaistq ir kt.Prisitaikymo budai ivairus. Adaptacija skirstoma i fiziologingir genotiping.

Genotipin€ adaptacija yra paveldimas prisitaikymas prie konkre-diq veiksniq. Jis ryksta vejkiant atrankai. Genotipq atranka be palio-r,os ryksta. Jos negali nutraukti jokia s4moninga ar nes4moninga veik-la. Genotipine adaptacija garantuoja taksonui ilgalaiki, pastovq prisi-taikymq.

Fiziologine adaptacija - daugiau ar maZiau staigus atsakas ikintandiq aplinkq. Sio tipo adaptacija daZniausiai ryksta vienojeorganizmo kartoje. Palikuonvs jos nepaveldi. Bet ir j i priklausonuo genl} :

. arba kinta genq veikla (genq valdymo klausimas);

. arba r,yksta somatiniq l4steliq genomo pertvarka ir epigeneti-niai polqrdiai.

Prisitaikymo prie nuodq bfidai. Sis prisitaiklmas tiriamas Zin-duoliq l4steliq kult[rose. Per palyginti trump4 laik4 i5tirtos atsparu-mo prieZastys daugeliui ivairiq nuodingq ir nenuodingq aplinkos veiks-niu, net fiziniq, tarp jq jonizuojantiems ir ultravioletiniams spindu-liams, aukitai ir Lemai temperaturai ir kt.

Prisitaikoma ivairiai. Vienas i5 daZnesniq bldq * didesnes ar ma-Zesnis genq grupes - regulono aktyvacija, sukelianti atsak4 i kon-kretq veiksni (ar veiksniq grupg).

Atsakai 1'ra i ivairius r.'eiksnius, ne tik i toksinus:

. S i lumin io Soko a tsakas :

. aminorlgidiu ir apskri tai bado atsakas;

. SOS atsakas ( i DNR paZaidas. ypad DNR trukius);

. Ada atsakirs ( i alki l inani iqsias medZiagas ir jq padarytas DNR paZaidas);

. sunk iu ju mct r r lu r tsak i i \ :

. oksidacinio streso (OxyR. H,O, ir SoX atsakai i laisvuosius radikalus irperoksidus) ir kt. atsakai.

Atskiras reiSkinys yra didejantis atsparumas stiprejant nepalan-kaus veiksnio poveikiui (dozei).

209

Laipsni5kai atsparum4 didina

. arba didesnl atsparurnE lemiandiu genoripq (genu) laipsniSkaatranka:

. arba vienu lokuso (pavieniq genq - genq sankaupq) laipsni5kaampli f ikaci ja.

Geriausiai iStirta amplifikacija lokusr.]. salygojandiq atsparuma:

' fo l io rh -es t ies ana logams - inh ib i to r iams meta t rcksa tu i (ameropter inu i ) . ami -noptc r inu i ( j ie y , ra i r ka i kur iu papar i iu nuoda i ) : a rsparurna sa l rgo ja d ih id -rofolatreduktazcs (r/ /r l i ) genas:

. sunkicsicms metalams lkadmiui. cinkui. variui i r kt.) : atsparuma sal l 'gojah r l t l m u m c t u l o t i u n e i n u g e r r r i :

' nuodarns. si lvcikaujantienrs su mikrovamzdeliq balt l 'ntais tubul inais ir suke-l ian t icms po l ip lo id i j r l (ko lch ic inu i . v ink r is r inu i i r k t . ) : a tsp^rur3 53 | . , ,go ja ne-d ide le rs n ro ieku l incs mases l ra l tvmu p l9 i r p22 gena i :

' N- fos fonacc t i l - l - -asp i t r ta tu i i r k i t iems p i l im id inu s in tczcs p i rmin iu e rapq in -hibitcrr iams; atsparuma salvgoja eenq sarrkaupa, koduojanti i i karto tr is fer-mentus: karbamoil fosfatsintaze. aspartatkarbamoil transfcraze. dihidroorotazgi r k t .

Visu i iq genq ampli f ikaci ja dideja proporcineai didcrjandiam arsparuniui mine-t iems nuodanrs .

Pr is i ta ik l 'mq pr ie nuodu lcnr innc : iu renu ampl i f i kac i ja nera v icn z induo l iu mo-ntlpol is. Antai vabzd2ir l , atspariu fosfoorganiniams insekticidams. estcrazes B gcnasampli f ikuoj lnras iki 32 kartu.

KryZmiSkas atsparumas nuodams. Tir t i atsparuma nuodamsypad skat ino zmogaus ir k i tq zinduol iq somatiniq l4stel iu pr is i tai-kymas prie prie5veiinirl vaistrl. DaZniausiai tai labai nuodingos,mutageniSkos alki l inani ios medziagos. Pr is i taik iusiq pr ie alki l inan-diq medZiagq lqstcliu t1'rimai buvo labai sekmingi. Aptiktas Adaatsakas, apie deSimt iki tol neZinomq DNR reparacijos genq (Zr.p. 510), kur iq veikla pr is i taik iusiose pr ie alki l inandiq medZiagq l4s-telcse padideja ik i 200 karru.

Prisitaikiusias prie pricsveZinio vaisro veZines l4steies bandyta ,.per-gudraut i" : naudot i kcl iq skir t ingos chemines ki lmes cirotoksiniq jun-giniq deriniai arba gydymas cheminiais junginiais derintas su joni-zuojandia spindul iuote. Bet i ia lauke staismena. Lqsteles. pr is i taik iu-sios pr ie vieno nuodo, buvo atsparios ki t iems nuodams. Thip buvoatrastas r , : rc l inamasis kryzmiSkasis atsparumas. Jis i rgi ncra l , ien zin-duol iq lastel iu monopol is. Antai vaircnis i r pupos, arsparesnes EDTA

2 1 0

lct i lendini tr i lotetraacto r lg5i iai - metalq jonus sur iSandiai medZia-sai). buvo atsparts ir alkilinandiosioms medZiagoms.

Kry'Zmi5kqli atsparum4 irgi gali lemti vieno geno amplifikacija. Btr-tcnt transmembraninio baltymo - glikoproteino P. KryZmi$kai atspario-se lzlsteldse Sis transmembraninis balrymas yra l1'e ir pompa - baltyminesrrukt[rra, kuria toksinai pa5alinanri ii lqstelds. Nuodai Salinami nespe-cifiikai, todel lasteles, kuriose iryko glikoproteino P geno amplifikacijair susidard pompa, yra atsparios ivairiems nuodams. Vadinasi, atsparu-nras nuodams gali priklausyti ne tik nuo genq, kurie lemia inaktyvinan-c' iu nuodus fermentq sinteze, bet i r nuo genq, kur ie lemia membranosnepralaidum4 nuodams ir/arba akr) /tl toksinq Salinimq i5 l4steles.

Bakterijq atsparumas toksinams. Membranq nepralaidumo reikS-md nustatyta seniai. Jis aptiktas tiriant bakterijas, atsparias antibio-tikams. Tai viena i5 svarbiausiq medicininds bakteriologijos proble-mq. Konkretus ant ibiot ikas buna veiksmingas t ik kur i la ik4. Vdl iauhakterijos jau pasidaro jam atsparios. Nors bakterijq atsparumas an-trbiot ikams ir k i t ierns toksinams (sunkiesiems metalams ir kt .) yragenotipine adaptacija, bet paralelizmas Zinduoliq somatiniq l4steliqprisitailrymui prie nuodrl yra labai rySkus. Paai5kejo, kad bakterijqatsparumas nuodams (o tokie yra ir antibiotikai) priklauso nuo:

. special iq fermentq, skaidani iu ar sur i5ani iq nuodq,

. arba nuo l4stel iu nepralaidumo.

Tai. pvz.. nustatyta tiriant mikroorganizmq prisitaikyme prie peni-cilino. Gali bfiti aktlvi penicilinazd, bet gali blti ir nepraleidZiandiospenici l ina lqsteles.

Atsparios antibiotikams ir kitiems nuodams bakterijos turi vadi-namqsias R plazmides. Jos turi genus, lemiandius atsparum4 ivai-riems nepalankiems veiksniams: jonizuojantiems spinduliams, ivairiomschemin€ms medZiagoms.

Anta i p lazmid i R lO lJ tu r i S iuos a tsparumo genus:. tL ' t - te tmc ik l i r ru i .. \ / / ' - \ t rcp tL)miC i r lu i .. cnt l - chloramfenikol iui.. r r r / - s u l f o n r m i d u i .. nt(r - g1,r 'sidabrio jonams.. . f i r .r - fuzido r lgi i iai .Vrdinasi. bakteri jos. kurios turi Rlt)0 plaznridg, lra atsparios

toms nrcdZ iagoms.

l - 1 '

sumrne-

I t in atspariu bakter i iu plazmicles yra daugiakopi j in€s. Lqstelese juyra 10-20, taigi t iek pat kart l ] padidejgs i r lqstel iu atsparumas. Betsvarbiausia, kad atspariq nuodams bakterijq genome gali padideti at-sparuma lemianiiu genu skaidius, t. y. gali v,vkti tikra amplifikacija.

Tai jrodo, kad amplifikacija yra universalus, ivairioms organizmqgrupems bfidingas rei5kinys, kurio uZuomazgq reikia ieSkoti proka-riotq genome.

Ampli f ikuojami ne t ik genai. kur ie lemia atsparum4 nuodams.Labai aktlviose l4stelese (Zmogaus, amfibijq, vabzdZiq ovocitq, kaikuriq gyvfnq regeneruojandiq audiniq, augandios acetabuliarijos, be-siv-vstandio vi5iiuko stuburo, infuzorijos makrobranduoliq. dulkia-daigio ir kt.) v,vksta rDNR geno-sankaupos amplifikacija. KopU,+skaidius yra proporcingas lqsteles aktyvumui. Jis gali padideti iki20000 kartq.

Drozofi los genome aptiktas dar vienas IRNR gcnu daugejinro bldas. Tiesa, j isyra kompensacinis. Siq genq padaugcja t ik tada, kai del netolygaus krosingovcrioarba deleci jos dal is rRNR genq prarandama. Tbkiu an'eiu dal is l ikusiq chromoso-noje rRNR gcnu pasi ial ina i \ chromosomos ir repl ikuojasi. Tada visos kopi jos

lsr jungia i chromosomq ir kartu su ja stabi l iai perduodamos dukterin€ms lqstelems.Sis rei5kinys vadinamas magnifikacija (lot. magnificatio - padidtnimas). Ji bldingair genams, kurie lemia chromosomu histonu sinteze.

Amplifikacijos bfldai. Pirmiausia buvo aptikta ne genq, lemiandiuatsparum4 nepalankiems veiksniams, o rRNR genq amplifikacija.DNR segmentas, koduojantis Sias rRNR, iSkerpamas. Toliau besisu-kandio Ziedo bfidu nuo jo kaip matricos sintetinama ilga ekstrachro-mosomind: rDNR.

Prie nuodq prisitaikoma keturiais b[dais:

. susidaro ekstrachromosomind DNR;

. po amplifikacijos ekstrachromosomine DNR susitelkia i smul-kius mazgelius, kurie yra ne tik branduoll,je, bet ir citoplazmo-je; Sios DNR replikacija r.yksta ne tik S, bet ir kituose lqstelesciklo tarpsniuose;

. susidaro dvigubos mikrochromosomos (angl. double mirute chro-ntosomes). smulkios, suporuotos chromosomos, neturindios cen-tromeros;

. amplifikuoti genai yra chromosomoje, bet nebttinai tame pa-i iame lokuse ar net chromosomoje, kaip pradinis genas. o tai

1 1 )

I1 2 3

3.33 par' . Atsparumq kolchicinui lemiani io geno ampli f ikaci ja di iungarinio i iurk€nochromosomose (rcmiantis B. P Kopninu ir A. V Gudkovu, 1982):/ - i lga chrrxrosoma su homogeniSkai nusidaZiusiu i igu segmentu (pazymdta rodykle);2 - daug dvigubu mikrochromosomq: -3 - ckstrachromosomini DNR (smulkf ista ike l ia i )

rodo. kad amplifikuoto segmento ijungimas i chromosom4 galiblti antrinis irykis: susidaro pailgejusi chromosoma su vienodaibesidaZandiu ilgu 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 nuodopirmaisiais trimis bDdais, amplifikacija nestabili. Nestabiliausia jos for-ma - ekstrachromosomind DNR. Ji laikina net toje padioje l4steleje.Geriausias pavyzdys - rRNR genq amplifikacija ovocituose. Subren-dusiuose ovocituose 5i ekstrachromosomine DNR i5nyksta. DNR maz-gelius dar 1982 m. atrado B. Kopninas, bet iki Siol jq reikSme irypatvbes neiStirtos. Ypai neaiSki citoplazminiq amplifikuotos DNRmazgeliq paskirtis. Dvigubos mikrochromosomos stabilesnes, bet pa-smerktos iSnykti dukterinese l4stcldse, nes neturi centromeros (vie-noje jq telpa 2-4 dhJr genal).

Stabiliausia amplifikacija yra tada, kai amplifikuotas segmen-tas yra normalioje chromosomoje. Jeigu l4stele su tokia chro-mosoma dalijasi, amplifikuot4 segment4 paveldi visos dukteri-nds lastelds - klonas.

i l .

, o j

\o" ' t \*o . t a - i L j ' . ' t t

) r?r l- :- l ' , t t l t ; r"- - -

"a { i } r '

o il,',l-t I ,

a. l

-al. ',rs

2t3

L4steliq populiacijos. Kaip ir pagal epigenetinius pokf iius, taipir pagal genomo pertvarkq somatinds lqsteles sudaro popul iaci j4. Ge-riausiai tai irodyta dh.fr genui.

Somatiniq lqsteliq populiacija susidaro i5 karto pagal keliassar'ybes:

. pakitusiq ir nepakitusiq lasteliu santykl;

. amplifikacijos budus;

. amplifikacijos laipsnl (kopijq skaidiq);

. pertvarkos stabilum4;

. grlZimo laipsnl (griZtamum4 - negriZtamum4).

KaZkuri l4steliq dalis lieka nepakitusi. Pakitusios l4steles skiriasiamplifikuoto lokuso skaidiumi ir amplifikacijos budais.

Nepakitusios l4stel6s yra naujos genomo ar pavieniq jo loku-sq pertvarkos rezervas.

Tai savotiSka organizmo strategija. Mala su kokiais aplinkos veiks-niais dar teks susidurti organizmui per ilg4 jo gyvenim4. Taigi irdaugumos lqsteliq amplifikacija yra nestabili. Tadiau aptikta l4stelirl,kuriose dhfr geno amplifikacija i5 karto buvo stabili. Si lqsteliu dalis,matyt, svarbi l4steles atmindiai.

Amplifikacijos iSsaugojimas yra l4stel6s atminties, arba kitaip ge-nq veiklos imprintingo b[das.

Pakartotinai paveiktos nuodu ar kitu nepalankiu veiksniu, l4s-teles prie jo prisitaiko greidiau, negu tos, kurios pirm4 kartqs4veikauja su Siuo veiksniu.

Amplif ikaci jos valdymas ir genetika yra ateit ies problemos. nors jau dabar kyladaug svarbiq klausimq:

. koddl nepakinta lyt ines lqstelds, nors jq genome 1,ra t ie patls genai, kurieampli f ikuojami somatinese lqstelese;

. kodel ampli f ikaci ja vyksta t ik tam t ikrose l4stelese;

. ar gal i bl t i nukrypstama nuo genu ampli f ikaci jos tvarkos, ypai lyt inese las-teldse?

Labai nedaug Zinoma apie genus, kuric valdo ampli f ikaci jq, tai iau akivaizdu,kad amplifikacija yra valdomas reiSkinys:

. ryksta t ik tam t ikrose lqstel6se, pvz., rDNR gcnq - Zinduoliq ovocituose ir pan.l

. nusistov€jgs santykis -tarp amplifikacijq sukelianiio veiksnio lqsteliq tipo irampli f ikaci jos b[do. Zinduoliu ovocituose v.vksta ncstabi l iausia ampli f ikaci ja.

' t 1 AL l +

Olocitai - generat)\ incs lastel is, todi l csant stabi l iai ampli f ikaci jai j4 pavel-ditu pal ikuonys. Pir imidinu sintezds genq sankaupa. atvirkSdiai, ampli f ikuo-jama t ik stabi l iausiu budu - chromosomoje. Atsparumo kolchicinui atZvi lgiulastelds labai ivair ios. Net toje pai ioje lasteldje pasireiSkia kel i ampli f ikaci josbuda i .

Zmogaus patologij4 gali nulemti sutrikusi amplifikacija.rDel kaikuriq genq amplifikacijos atsiranda veZys. Thi pirmiausia onkogenq -

c-tnvc, K-ras ir kt. amplifikacija. Thdiau veZi gali sukelti ir kitq genrl -

telomerazds, D ciklino amplifikacija. Pastarasis genas, kaip ir onko-genai, valdo lasteles dalijimqsi (Zr. p. 336). Chondriosarkomos l4ste-

lese amplifikacija aptikta net 8 lokusq, be to, ivairiq ligoniq skirtingq

lokusq skirtingose chromosomose.

3.8.3. Lokusq vietos kaita. Somatinis krosingoveris. Mieliq poravimosi

tipai

Lokusq vietos kaita yra vienas pagrindiniq somatiniq l4steliqgenomo pertvarkos b[dq. Daugeliu atvejq del to pakinta ge-

nq veikla, pasireiSkia paddties efektas. Pana5i peffvarka gene-

ratyvinese l4stelese sukelia paveldimus pokydius - mutacijas,rekombinacij4.

Keletas 5io tipo reiSkiniu nagrineti. Tai netolygi euchromatinotranslokacija I heterochromatin4 arba Salia jo, lokusq translokacija i5

vidines chromosomq dalies i subtelomerq, lokusq vietos keitimas deljudriqjq genomo elementq ir Siu elementll isiterpimas naujoje vieto-je. Sal ia jq dar yra

. somat in is k ros ingover is :

. kasetine pertvarka genq, lemiandiq mieliq poravimosi tipusl

. inversija kaip genomo pertvarkos budas (Salmonella faziq kaita).

Somatinis krosingoveris. Mejozeje homologiniq chromosomqkonjugacija - bfitinybe, viena pagrindiniq Sio l4steliq dalij imosi ypa-

tybiq, bet ir mitozeje homologines chromosomos gali suartdti. Pir-

miausia tai nustatyta genetiniais metodais - atrastas somatinis kro-

singoveris.

2r5

l l c k r r r r i n g o r e r i o

Tdb

'- -

Mitoz in iq k ros ingor c r is

. a a

q

d-JE'+"

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

, _ , { ,

{c l

f i ( t ' rn . .o . -br r a

*i , t t

u'!l

' . - .

l , l - t t

*

-r

-1.31 par. Dr. iguba mozaika - so-matinio krosingoverio rezultatas:I - chromosomu pasiskirsry'mas mi-tozd.le be krosingoverio ir po soma-t inio krosingoverio drozofi los hete-rozigL)tose t,*. i1571; -B - fenotipinissomalinio krosingoverio rczultatas -dviguba ntozaika ant drozofi los kru-t inc les (a rba ge l tonas k [nas . a rba. .apsv i l c " i c re l ia i )

Ji atrado 1936 m. Sternas (c. Stern). Jis tyre drozofilos (D. ntelatto-gaster) hibridus, heterozigotinius pagal du genus X chromosomoje:

y Qellow) - geltonas ktnas, normali - pilka spalva:sn (singed) - ,,apdeginti. apsvile,, iereliai.Hibridiniq pateliq kunas buvo pilkos spalvos su normaliais sere-

liais, nes abu genai (r' ir.vr) yra recesFieii. Thciau retkariiais antdrozofilq kai k,riq k[no daliu atsirado crvig,bos demes:

o puse demes - gel tonas kf inas. normal ls ierel iai .' k i ta pusd denies - normal i pi lka kDno spalva. . .apsvi le iercl ia i , ,

(3.3-1 pav.). Tai mozaika.

Mozaikos. Dvigubosios mozaikos po somatinio krosingoverio. So-matiniq l4stel iu mozaikas sukel ia:

. ivair ios nrutaci jos:' genq veiklos pokydiai , ypad del var iabi l io jo padet ies efekto;. somatinis krclsingoveris.

216

\tr1. \ ! . : ,\tr 7\ ,6i l t :

Pastarasis i t ik inamiausiai i rodomas dvigubosiomis mozaikomis. Jo-mis ivertinamas ir somatinio krosingoverio daZnis. Thi mozaikos, ku-riq pusg pakitusio lopo sudaro somatines l4steles su vienu recesy-viuoju pozymiu, kita pusg - l4steles su kitu receslviuoju pozymiu.Thip buvo ir hibr idu .v* l*srt (2r.3.34 pav.). Tokios dvigubosios mo-zaikos atsirado ddl somatinio krosingoverio. Thdiau bttinos dvi sqly-gos: \_

1) tam tikra aleliniu genq padetis dizigotose (heterozigotose pa-sal du nealel inius genus):

arba apibendrintai -

SN- {

={ ar{2) krosingoveris turi

tromeros geno-zymcklio,

A b

a B

i r

a B€

A b

Abu poZlmiaidominuojantvs

r.y-kti tarp centromeros ir pirmojo nuo cen-b[tent sn-t arba B, b'.

.4A b t- l

A, ! -_

-) ir- a B''-''..'...'

I

e

a B

C'hiazmas tarp homolouiniu chromosomq Po l1 'g ia i laste l iq, kur iose yrachrorrat ic lZ iu somat ineje laste le je po,v ien4(a arba b) receslvqj t

poz)-ml

Normalioje mitozeje visos dukterines l4steles vienodos. Ddl so-matinio krosingoverio atsiranda ivair iq genotipu somatines l4steles,tarp jq ir tos, kurirl genotipe recesyvieji genai yra homozigotinejebrJkleje (hb arba aa). Jos yra kamienines (motinines) dvigubajai mo-zaikai atsirasti. Krosoveriniq chromosomq su vienokiu ir kitokiu ge-nu deriniu susidaro po lygiai, todel ir lqsteliq. kurios tampa homo-zigotinemis pagal a aleli ir pagal b alell, turi blti irgi po lygiai.

Ddl somatinio krosingoverio susidaro somatiniq l4steliq popu-liacija. Dvigubosios mozaikos b[dingos tik somatiniam krosin-goveriui.

217

Gcnct inds jo pasekmes gal i bt t i dvejopos: pirma. susikur ia soma-

tiniq l4steliu ivairor,'e del gcnq naujq deriniq chromosomose. Antra.

tai vienas i5 genomo pertvarkos - geno amplifikacijos - btdq soma-

tindse lEstelese. Thi svarbu l4steliq diferenciacijai. Manoma, kad to-

kiu bhdu susidaro Zinduoliu raumenq lastcliq ivairovd. Somatinis kro'

singoveris - vienas i5 bndq somatiniq lqsteliq genotipq skirtumams

atsirasti. Tai pagrindind ontogenetikos problema, kuria pirmasis ban-

de sprgsti Veismanas.Kiekvicnos krosoverines l4stelds (kurioje itykEs krosingoveris) pa-

likuonys paveldi naujq genq derini krosoverinese chromosomose. Jos

sudaro klon4. Klono ir mozaikos lopo d1,dl lemia tai. kaip anksti

organizmo raidoje iryko somatinis krosingoveris. kiek dukteriniq l4s-

teliq atsirado per t4 laik4.Somatiniq lqsteliq genotipu lvairovd susidaro ir kai ryksta krosin-

goveris tarpe tarp dviejq iyminiiqiq genq (3.35 pav.). Atsiranda skir-tingo fenotipo mozaika, bet ji vienguba. Kad tai somatinio krosingo-verio pasekmd, reikia irodyti, nes, kaip mindta, lygiai tokios pat mo-zaikos gali atsirasti dei nrutacijq ar chromatino sandaros pokydiq.

l lc krosinsoveri( l\ I i to?inis k.or insor€r i \

Mieliq poravimosi tipq kaita. 15 visq genomo perwarkos rei5kiniq

stenetinis nrieliq poravimosi tipq kaitos valdymas geriausiai iStirtas.Mielinrs (Saccharomyces cerev'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.

a ---'a=a a c t , a \ ?

-i ]>-- r.,/ ".-/ .raf

UZdrausta Susilieja UZdrausta

Susidaro diploidines a/cx l4stelds. Bet kaip i5 tos padios vegetaty-r inds l4stelds atsiranda dviejq skirtingq poravimosi tipq l4steles a ira? Mieliq poravimosi tipq ypatybd, yta ta, kad o gali virsti a, arbaan'irk5diai: a virsta cx:

Poravimosi

iefA- riPq kaita

'\--l

MAT, HMLa ir HMRa lokusai. 3-iojoje mieliq chromosomoje yra

3 lokusai, kurie lemia poravimosi tip4: vienas veiklus MAT (angl.

rnating h'pe) \r du neveiklDs - ,,tvlindios" neekspresuojamos kasetds

HMLa ir HMRa (angl. hontothallic left ir right). Potencialiai kiekvie-

na haploidine mieliq l4stele turi geneting informacij4 virsti s ir a

porar,imosi tipais. Thdiau konkreti l4stele yra tik vieno kurio lytinio

t ipo: a arba cr (3.36 pav.).

Poravimosi tipas yra tas, kurio kasetd (HMLa ar HMRa) yra

MAT lokuse. VienE kasetg MAT lokuse gali pakeisti kita; kar-

tu gali keistis poravimosi tipai (aea).

Poravimosi tipu kaitai bDtinas dominuojantis genas HO (angl. ho-

ntothallisnt). Sis genas koduoja endonukleazg, kuri kerpa specifines

nr.rkleotidu sekas mieliq DNR. MAT lokuse ji padaro dvigrandi trflki,

ir po to i MAT lokusq istatoma prieSinga buvusiai kasetd:

HMRIiMATaarba

HMLa iMATa

-i-

tl l o t i n i n dl4st. ' ld

- b

1!

- .+

Dilktcr inasl4stelAs

5'.,_.,- -

IDukldrina'sl4stelAs

3.35 pav. Somatinis krosingoveris tarp dvieju genq - Z1'mekliq:A. a ir B. b - gcnai-Zvmckliai; parySkinta dukterine lqstcl6. kuricls fenotipe pasirei ikiarcccsyvusis genas d. nes po krosingovcrio j i tampa homozigotine (aa) pagal 5! gen4,kitq tr i jq gal imq genotipq somatinesc l4stelese dominuoja alel iai ,4 ir -B

218 219

+l l o t i n i n €l4steld

I5lieka genetine informacija ir tame lokuse. i5 kurio (HMRa arbaHMLU) kasete perkeliama i MAf lokus4. Vadinasi, perkeliama tikviena DNR grandind. Virsmas vieno tipo kitu 'uyksta santykiu 1:1.Thd a tipo lEstelei yra cr tipo l4stele. Kai endonukleazes genas yrarecesyvusis (nll-mutacija), ho poravimosi tipq kaita ',yksta labai re-tai . 10 " daZniu.

Kasetind vietos kaita ir jos valdymas. Tai sudetingi rei5kiniai.Pirmiausia yra genai S1R (angl. silent infotmation regrlalors), kurieslopina HMRa ir HMLr,,tylindias" (neekspresuojamas) kasetes. Jqyra keletas. S1R genq koduojami represoriai sqveikauja su specialio-mis nukleotidq sekomis, kurios abu neveikliuosius lokusus supa iSabiejq pusiq ir kuriq nera veikliajame MAT loklse (Lr. 3.36 pav.).

Kasetinis perjungimas nera unikalus rei5kinvs. Pana5iai perjungia-mi Tiypanosotna vsg (variabiliojo pavirSinio glikoproteino) genai. Ma-noma, kad tokiu pat bfidu valdomi homotaliniq samanr] ir dumbliqporavimosi tipai.

Inversija kaip Salmonelln faziq kaitos prieZastis. Salmonella irEscheichia juda ZiuZeliais. DidZiqj4 ju ZiuZelio dali sudaro balrymai

flagelinai (apie 50 kDa). Jie yra pagrindiniai pavirSiniai 5iq bakterijqantigenai. Tik E. coli turi vienq flagelin4, o S. t,vphimuium du, Lymi-mus H, i r H..

Dar 1956 m. Lederbergas (J. Lederberg) i r Ino (T I ino) apt ikoidomq reiSkinj. Yra dvieju tipq to paties S. typhimuturru kamienol4steles: v ienos tur i f lagel in4 H,, k i tos - H.. I r v ienos, i r k i tos l4s-te16s vienodai turi genus, kocluojandius abu flagelinus. Be to, paai5-kejo, kad nors ir retokai (10 r-10 5 daZniu/l l4steliq kartai), bet Hlserologinis tipas gali virsti H2, arba awirk5iiai:

Skirtingos S. tvphinutrilrnz serologines b[senos vadinamos fazdmis.

Vieno serologinio tipo virtimas kitu vadinamas faziq kaita.

S. t,nphimuium nauda i5 faziq kaitos yra panaSi, kaip Trypanoso-rna ii l,sg genq kaitos, - didesnis pasiprieSinimas imuniniam gyv[nqatsakui i parazit4.

Flagelinq genetika ir faziq kaitos reguliacija. Abu flagelinus H, irH, koduoja skirtingi genai, nutolg vienas nuo kito (3.37 pav.). Svarbu,

hinP 1H:rhl

H,\fr?a

a - F */ 1 |

f,tisgtino ;r-1 l s.lnrezels loprnama I

arbaH t o P z

-Flagelino HlTintezevyksta

- c=E>

Repre- Flagelino H2sorius sintezdRh I vyksta

Represoriaus Rhl ir f lagelinoH2 sinteze nevvksta<.,+ ,. /,1 7.2--ffiru -:L M---

\\' \ _ailff>-3.36 par'. Nlieliu sacccromyces cerevisiae poravimosi tipq lokusai HMLa, M4Ta irHMRa ir jq valdymas:HMLa ir HMRa lokusq vcikl4 slopina sIR genq produktai: j ie sa'eikauja su E irI , vcikl ls yra t ik t ie gcnai. kuric yra MAT lokuse: transkribuojami genai pavaizduoti. \ /1,. . t , translokaci ja at l ieka HO cndonukleaze

220

3.37 pav. Faziq kaita - promotoriaus P, inversi ja:H1 ir H2 - f lagel inai; Hl 1r H2 - f lagcl inu genai; rhl - regul iacinis genas, kuriskoduoja baltymq-represoriu Rhl. Sis balt lmas slopina f lagel ino gen4 Hl. Jis savei-kauja su geno H/ operatoriumi O. Promotorius P, ir genas hin yra judriojo genomoclemento viduje, t ik 5is elementas ncsiki lnoja i5 vienos vietos i ki tE, o apsiveri ia( inversi ja) 180'. Genas /r}r koduoja baltymq (DNR invertazg), kuris at l ieka elcmcntoi nversi ja

^^_>

r 1 . r , ' t I

<- tl -.a --:--r. d l. I n( r cnuJnuklcalck a r t a V I

221

ar bus ak[vus H. genas ir Salia esantis genas r/r1. kuris koduoja repre-soriq, slopinanti Flr geno veikl4. Genai H.ir rhl veikia kartu, jq veiklapriklauso nuo promotoriaus P padeties, Ji gal i kist i 180':

. P t

\__ ___ I - H) r r-li 1 r'eiklls = Hz fazi

H2 ir rhl neveiklf is = H' fazd

Kai rhl genas neveiklus, nesigamina represorius, slopinantis FI,gen4, ir Sis veikia.

Faziq kaita irgi ncunikalus rei ikinys. Panaiiai kaital iojasi klunrpelts (Parume-ciarrr) poravimosi t ipai arba antigcnrl gamlba. Antai 2iu2el iu pavirSiuje esaniiq an-t igcnq s in tezg koduda nc t 8 b randuo l io gena i . bc r pas i re i5k ia r i k v ienas . Kur is iSju. priklauso nuo apl inkos. Ivairhs poveikiai A serotipa eal i paverst i B serotipu, iratvirki i iai : B-+A-+B, bct kai sal l 'gos nekinta, serotipai rra srabi lus ir paveldimi percitoplazm4.

ldomiausia. matyt, ) ' ra aukitesniqju augalq faziu kaita. t ik kol kas maZai t i r ia-ma. Lenglr iausia jr1 stcbit i \ ,esetaty/ iniu bldu dauginamq augalu. Skirt ingo amZiausarba iSaugc jvair iomis sal l 'gomis to paties augalo ugl iai nikiai skir iasi. Skirtumaii i l ieka dauginant veqetatv\ iniu bldu. bet, matvr, Siq pokvi iu prieimtis kita - epige-netind. Kur kas sudctingiau negu Stt lnnnella, vyksta Pnrzurrcci lrn serotipu kaita.

Dvicjq virusu 1', i r , ! f tr genome invertuojami segmenrai. kaip ir Salntonel la.Priklausttmai nutt invcrtuojanto segmcnto padeties kie l l icnls i iu nurtsaikiujq r irusuu2krc i ia sk i r t i r rc rs l ruk tu r i i t rs .

3.9. Nebranduoliniai (nechromosominiai) genomai.Nebranduolinis paveldimumas

Nebranduolinis paveldimumas - daug giniq sukelusi problema,kaip i r genomo epigenet iniai pokydiai . Nepaisanr to, kad pr ie ne-branduolinio paveldimlrmo .,lop5io" XX a. pradZioje buvo tokie zy-m[s mokslininkai kaip Boveri (T. Boveri), Korensas (C. Correns) irBauras (8. Bauer) (pastar iej i du atrado plast idZiu paveldimumq), i lgqlaikzl nebranduol inis paveldimumas (rei5kin,vs vadinamas jvair iai : ne-chromosominis, citoplazminis) nebuvo viesai pripaZistamas. Tik poto, kai apie 1950-1955 m. Sonebornas (T M.sonneborn). Bi las(G. H.Beale), atrado ir smulkiai i5tyre lvairius Parantecirun nebran-duol inio paveldimumo reiSkinius, tarp jq susi jusius su kapa dalele-mis, Michaelis (P. Michaelis) nustate citoplazminio paveldimumo svar-ba tol imuosiuose augalu hibr iduose, Roudsas (M. M.Rhoades) i ro-

222

dc, kad r_vr i5kas kr.rkurt lzt l stcr i lunras paveldimas per ci toplazmq,rusis (B. Ephrussi) apt iko mitochondri ju parelcf imtrmq, pagal iaubranduol inis paveldimumas buv() r , ' ieSai i te is intas.

I tampa i ioje srirr je gal i parodl ' t i i r toks i ' rrkl ls: net - l moLsl ininkai i . i r inkt iAnrerikos nacional incs mokshl akrdemijos nariais u2 dalbus. susi jusius su nebran-c luo l in iu peve ld imumu. Nc v iena i senet ikos s r id i r r i r l ; r r ncbuvo sk i r ta t iek dcmes io

i ioje presti2ineie Mokslu akademijoje.

3 .9 .1 . Spec i f in ia i nebranduo l in io pave ld imumo ty r imo metoda i

Nebranduol inio paveldinrumo t1'r imo problemos. Kla: ik iniams ge-netikos metodams butinos to paties g.c-no (pozvmio) alteriratyvos" skir-tingos formos. Altr,:rnirt),rrias nebranduoliniq polymiu iirai5kas sunkuapt ikt i del kel iu pr ieZasi iu:

1. Nebranduolinio paveldimumo vienetai daZnai nulemia glvybeisvarbius po4/mius, pvz., mitochondrija yra kvipavimo centras. ir jei-gu lqstele nekvepuoja. j i tur i Zl t i .

2. Chromosomosc esantys genai daZniatrsiai yra pakartoti tik dukartus i r tol l 'g iai pasiskirstQ tarp cluktcr iniu lustel iu, toddl nesunkuiSaiSkint i jq genot ipa i r fcnot ip4. TLo tarpu nebranduol inio pavelcl i -mumo strukturos kartojasi daugvbg kartu. Fvz., l4steleje plast idZiqvra nuo deiimc'iu iki 5imtu, o mitochondriju gali b[ti ir tfikstandiai.Jeigu viena kita mitochondrija ir pakistq, lasteles sar,ybdms tai netu-retq l takos. Pakitusi mitochondri ja degraduotq i r jos viet4 uZimtqnormal ios.

3. Jeigu mutantines plastides (ar mitochondrijos) l4steleje i5gy-vens ir pasidaugins. jo je ial ia mutant iniq plast idZiq (ar mitochon-dr i jq) bus normal iu. Plast ides tarp dukter iniq lastel iq pasiskirstonetol l ,giai , o mutant ines plast ides pasiskirsto atsi t ikt inai , todel la-bai daZnai dukter inis lastelcs tur i ne t ik mr.r tant ines, bet i r nor-mal ias plast ides. Konkuruodamos normal iosios plast ides gal i daZ-niau dalytis ir iSstumti mutantines plastides. Tik atsitiktinai galisusidaryt i lasteles su visomis mutant inemis plast idemis (3.38 pav.).Ir Siuo atr,cju daugialilstis organizmas bus mozaika - margalapis.Tbdel daZnos marcalapiu augalu plast idi iq mutaci jos.

Nors aukSdiau iSclcstl,tos aplinkybis ir ztpsunkina tirti nebranduo-l inf paveldirnunrq. bet i iuoiaikiniai molekul ines genet ikos metodailc idZia apsiei t i he al ternatyiu qeno b[senu.

Ef-ne-

223

Y

3.38 pav. Atsit ikt inis plast idi iqpasiskirstymas tarp dukteriniql4stel iq:n ( ) rma l ios p las t ides paZr mctosjuodu, mutantines - pi lku skri-tul iukais. Lini jomis AB ir CDpavaizduota citokinezc

reikSmg, jq valdymq, rodelpraradg savo vertes:

Visoms genetinems struktfiroms, ku_riq genet ine medZiaga yra DNR arbaRNR, taikomi tie patys nukleomgSdiq ty-r imo mctodai. kaip i r branduol io DNR.Toli paZengta jais tiriant ir nebranduoli-nius genomus. Antai vienas pirmrjq vi-s i ikai sekvenuotq buvo Zmogaus mito-chondrijq genomas net neZinant, kokiusbalrymus koduoja kai kurie awirieji (va-dinamieji neidentifikuoti) skaifymo reme-liai. Tiesa, Zmogaus mitochondrijq geno-mas labai nedidukas (tik Siek tiek dau-giau kaip 16,5 kb, Zr. toliau).

Mitochondrijose ir kitose nebranduo-linese genetinese strukt[rose esaniiq ge-nr+ alternatlvios formos (aleliai) yra b[-tinos, norint nustaryti funkcing 5iq genq

klasikiniai genet inds anal izes metodai ne-

I ru l r rp ; r l r i l i iLon j ugrc i j r r

lh/\/ ; i \ / \l , , K 4 7 f t I

\i r'';d r Iv/ \_/I l { r la i k ik o n j u g r c i i r

\

rapa ffierarcrc.

li.^-..Jj\*'t9

\v

.lutogrrui.ir n

dh /lF,f''l ( f )v/ \-/

,/fl\

i'i'i "\F, r lf->' n ' r , "1 '

\,i/

nnt K li r < l

50p,6

' jais, kaip ir anksdiau, aptinkami nauji nebranduorinio paveldi-mumo faktai ir rei5kiniai;

' l4steleje nustatomos konkredios struktlros, kurioms budinga ge-netine autonomija, ir tik aptikus jose DNR (ar RNR) kaipgeneting medZiag4, taikomi molekulines genetikos metodai;

' paZintine reikSme: klasikiniq metodq pagrindq visacla sudarogenetiniai rei5kiniai ir desningumai, kuriuos reikia Zinoti.

Visais atvejais nebranduoliniq pozymiq paveldejimui yra bldin-gas nukrypimas nuo tipi5ko tam organizmui pozymio paveldejimo,bndingo branduoliniams genams. fvairiems organizmams taikomi sa-viti metodai nebranduoliniam paveldimumui nustatyti. Jie pagr!stiSiq organizmq dauginimosi ir lytinio proceso ypatumais. pvz,, klum-peles (Paramecium) lytinis procesas yra konjugacija. Tiumpalaikeskonjugacijos metu apsikeidiama tik branduoliais, o ilealaikes - irc i toplazma, todel nebranduol inemis genet inemis strukt0romis apsi-keidiama tik r,ykstant itgalaikei konjugacijai (3.39 pav.). IS pavelrce-jimo ypatumq sprendLiama ir apie bakteriiq nebrinduolinio pavel-dimumo struktlras - plazmides.

224

trumpalaik€ a ir

507o 5O7o

ilgafaikd b Paramecium

konjugacija:rr - apsikeidiama t ik mikrobranduoliais ir juose esaniiais genais K ir k; ci toplazmancaps ike i i iama: kapa da lc l iu iS l i k imas pr ik lauso nuo branduo l io gcnot ipo : csantrerkl iam K genui (Kr( arba Kft genotipai) kapa dalelds i i l ieka, o kk genotipoParattteciunt kapa dalclcs i inl 'ksta: b - apsikei i iama mikrobranduoliais ir ci toplazma:u joje esantiomis kapa daleldmis: i iq i i l ik imas priklausys nuo K geno (Zr. a)

Galima pasinaudoti i r savita kai kuriq mutaci jq fenotipinc apraiSka. kaip antir it i r t i ts (temperatlr inius) mutantus. Efrusis irodd genetine mitochondri ju autonomijapasinaudodamas tuo. kad vienalasi ianrs grvbams (tarp jq miclems) bldingi du kvi-parimo t ipai: aerobinis ir anaerobinis. Di l mutaci jos sutr ikus aerobiniam kvdpavi-nrui. dar iilieka anacrobinis k"cpavimas. Mieliu Sacclmrontvces mutacijos petite (pranc.smulkus. maZas) arba gnbo Neuro.spora cra.r.sa mutacijos polo (angl. skurdus) yran r t ' d e l i a i m i t o c l t o n d r i j u g c n o m u i t i r t i .

Abipusiai kryZminimai yra klasikinis metodas. Net Linejus (C. Lin-ne) jrodinejo, kad esminiai. stambls pozymiai yra paveldimi i5 motinospuses, o smulk[s i5 tevo. Siq laikq terminologija tai reik5tq, kad stam-bls poz,vmiai paveldimi per citoplazmE, o smulkls - per branduoli.

AukStesnieji eukariotai i5 motinos paveldi ir trranduoli, ir ci-toplazmq, o i5 t6vo - tik trranduoli (arba tevo citoplazminespaveldimumo struktlros suyra). PoZymis, kuri nulemiandios ge-netinds strukturos yra citoplazmoje, i5 tdvo nepaveldimas, nes5l pozymi lemianiio geno branduolyje nera.

225

Tuo ir pugristas abipusiu krvzminimq metodas. Vadovaujantis auks-

i iau i idestyta taisykle, i i karto aiSku. kad visi poZymiai. kur iuos pa-

liktronis pavcldejo i5 tdvo, perduoti per branduoli. o tu pozymir],

kur ie buvo paveldet i i i mot inos, pr igimtis neaiSki: j ie galejo persi-duot i arba pcr branduol i , arba per ci toplazma. Kurie poz,vmiai yrapavcldet i i5 motinos, i r nustatoma abipusiais kn,Zminimais.

Kad b[tu aiSkiau, iSnagrindkime konkretaus citoplazminio pozy-mio, bhtent ryr i iko ci toplazminio ster i lumo (VCS) paveldej imq, kaiatliekamas abipusis krvZminimas.

Apie 1930 m. Ukrainojc M. ChadZinovas, o JAV Roudsas (M. Rho-adcs) aptiko kukuruzus, kuriems buvo lemtas labai sv:irbus ekonomi-nis vaidmuo. Mat Antrojo pasaulinio karo metais JAV gelbejo SSSRmaisto produktais. Pasak amerikieciq genetikq. JAV sav'gs tuo n6kiek nesuvarZd. Visa, kas buvo i5veZama, - buvo derliaus priedas.kuri (i Salis gavo i5 heterozds.

Heteroz€ - tai hibridind galia, rei5kinys, kai hibridai-heterozi-gotos lenkia savo sarybdmis, daZniausiai kielrybiniais pozymiais,tdvus-homozigotas.

Atrodytq, kukuruzai, tam ir sutverti. Vyri5ki Ziedynai - Sluotelesir moteriiki - burbuoles auga atskirai. Kad augalas apsivaisintrl gre-t imos l in i jos Ziedadulkimis, tereikia paSal int i 5luotele, t . y. papras-iiausiai jq nukirpti. O juk reikia gauti s6klos milijonams hektaru.Kiek gi reikia prikarpyti Sluoteliq? Net naudojant specialius irengi-nius tai neimanoma ir . svarbiausia. neapsimoka.

ISeitis surasta labai paprasta. Panaudotos kukurlzq linijos su \y-r i ikais stcr i l ia is Ziedynais (3.40 par, .) . Teko at l ikt i genet inius tvr imus.nes reikejo surasti genus, kurie atstato normalq vaisingum4.

Puikiais Roudso bandymais buvo neabejotinai jrodl'ta, kad r,1,1i51utkukuruzq sterilumas paveldimas per citoplazma, todel jis pradetas va-dinti ryri5kuoju citoplazminiu sterilumu (VCS). Tai irodyta abipusiaiskryZminimais. Kai VCS au-ealas buvo motina. o tevinis augalas - nor-malus, v is i pirmos kartos pal ikuonys (F,) buvo ster i l ls augalai :

;vcs " crxFr VCS visi augalai su steriliomis Sluoteldmis.

Kai motinine l in i ja buvo normal i , o tdvinei i in i ja i buvo bldingasvyri ikas ster i lumas. F, hibr idai v is i buvo normal[s:

226

t i t ' i r t i i i . r ; a 1 6 - . . - . - - - - - \ / V i ( a t s t a t l i o j a )

^ + l->lii"i'1-1 '' v '1Vaisinga \-ClS \'('S

- \':risinga

n -f

.l ii rinrjos /l i;M {hot

'rM

M. nP, nm-o^_.h^ [\% fl)"^ ^W' l^K

')ur' ;:

,S ' , ' i . V- {$Jl- \ l .s

(*, __\*'/\i ifA\iVA )'nt

\ iene'bieji (Panresi':ii)

ffi\i \h\n\\( A r B ) , A ( C r D )'vcs

ffi vaisincasS - Driqub,jr, l i rr i i rnio@

' hihrido burhrr. ' lc

[ ( A x B ) r ( C t D ) lVaisingas

.i . .10 par' . Dvigubqjq l ini j iniq kukur[zr; hibridq gavimas panaudojant vlr iSkqj i

ci toplazmini steri lumq:. 1 . B , C . D i r a i s o s l 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 t i V C S ; D - l i n i j a '

atstatanti vaisinsumq. jos hibridai su VCS yra vaisingi

? N X , , V C S

F1 N visi augalai normal[s.

Cia ne klaida. Toks kry'Zminimu dcrinl 's i5 tikrqjq buvo. Pasinaudota tuo. kadkartais pasitaiko VCS auqalu. kuriu dulkindse yra (iek tiek gFybingq Zicdadulkiq.Taip 1'ra ddl vadinamosios ncvisi5kos gcnrl (gcnetiniq strukturq) raiSkos. Thi feno-tipinis ptrkl,t is. Genotipas dil to nesikcii ia. todil nevisiika raiSka galima pasinaLrdo-t i a t l ickant gcnet in ius tvr imus. kur ic formal ia i a t roc ly tu ne!nranomi. Thip buvo i ri isvk.

227

Ii aukidiau pateiktq abipusiq VCS ir N augalq kryZminimq bltugiil ima padaryti iSvad4, kad VCS paveldimas per citoplazmq. Bet taitik pirmine i5vada. Hibridas (VCSxN) turi pusg chromosomu i5 mo-tinos ir pusg i5 tcvo. VyriSkasis sterilumas galejo i5siryst-vti (ir tai

i rodyta kai kur iuose tol imuosiuose hibr iduose) del tevc-r i r motinoschromosomrl neatitikimo arba tdvo chromosomq neatitikimo motinoscitoplazmai. Bltina paai5kinti vienq hibridq Zymejimo taisyklg. Kaihibridas uZra5omas nurodant jo tdvus, i5 kuriq jis kilgs, tai atliekamaskliaustuose, kaip, pvz., (VCSxN). Taip i5 uZra5ymo galima atskirti.kur yra hibr idas. o kur jo tdvai.

Norint irodyti, kad poz,vnris tikrai paveldimas per citoplazmq, rei-kejo pakeisti visas motinos chromosomas tevo chromosomomis, Taiatliekama griitamaisiais kryiminimais. Siuo arveju - kryZminant hib-rid4 (VCSxN) su tdvine linija N tol, kol visos motinos chromosomosbus pakeistos tevo chromosomomis: i5 pradZiu hibridas turi 1r'2 chro-mosomu iS tdvo, po pirmojo griZtamojo krvZminimo jq 3/,1, po kitojau 718 ir t. t. Jeigu ir tada pozymis neiSnyksta, tai jis paveldimas percitoplazm4.

Kad bltq itikinamai irodytas citoplazminis VCS paveldejimas irkad po griZtaniujq kryZminimq i5 tikrqjq visos Sios motinos VCSlinijos chromosomos buvo pakeistos vaisingo tevo (N) chromosomo-mis, Roudsas griZtamiesiems kryiminimams kaip tev4 naudojo vaisin-g4 linij4 su visomis 10-dia citologiSkai zymetq chromosomq. Su jakryZmino tol, kol visos motinos normalios chromosomos buvo pa-keistos citologiSkai Zymetomis tevo chromosomomis, t. y. s$resi nuonormalaus kariotipo chromosomu. Hibrido (VCSxN) pozynris ir poto nei5nyko, vadinasi, jis neabejotinai paveldimas per citoplazmE.

Abipusiq hyiminimq skirtumq prieZastys. Ne visuomet abipusiqkryZminimq skirtumai rodo nebranduolini paveldimum4. Skirtumaigali b[ti:

. ddl nebranduol inio paveldimumo,

. ,,sankibos" su lytimi (kai genas 1'ra tik X chromosomoje),

. motininio efekto (matroklinijos).

Motininio efekto (matrokl inr jos) prieZastys yra kel ios:1. Tcvo branduolio gcnai pirmaisiais raidos etapais buna neveiklus. VeiklIs

bttna t ik motinrts branduolio gcnai, todcl pal ikuonio fenotipas ( iSvaizda) qal i neati-t i k t i jo gcnot ipo .

- f t r rk imc, ka i tevas t , r t A .4 , o mot ina ca . Pa l i kuon io genot ipas .4a :

aa x 4.4Aa

228

Palikuonis turetq bIt i lcnotipo. lemianto ,.1 geno, bet vra atvirk5i iai. Jo feno-t ipas a t i t inka mot inos fenot ipa - pas i re iSkc d genas.

2. Cali susidaryt i i lgalaikiai motinos branduolio vciklos prclduktai, kurie blnztakn.r 'us ir vt lcsniais etapais. T.1i s4lygoja preadaptaci ja. ParryzdZiui, sraigiq spiraleskryptis prikl luso nuo motinos sar,1'biq, net donrinuojantys tc\o genai pasireiSkiav icn l i kur ta v i l iau .

3. Gr1 nzri motinos organizmo poveikis besiwstani iam gemalui. Tai bldinga vi-siems gw'avedZiams. pirmiausia Zinduoliams. I l iustraci jai gal ima patcikt i normalausd1'dZio arkl iu krlZminimus su SkotiSkais poniais (3.41 pav.).

Hibridai,,citoplazma*branduolys". Idealiausias b0das nebranduo-l in iam paveldimumui t i r t i yra gaut i hibr id4,,c i topiazma+branduolys' '(citoplazma yra vieno organizmo, branduolys - kito). Tai pasiekiamaivairiais budais, net auk5diau apraSytais griZtamaisiais kryZminimais.Vienas i5 bldq yra merogeneze (gr. nteros - dalis + genesis - kilme).

Merogenez€ - tai bebranduoles kiau5inio dalies apvaisinimasir gemalo rystymasis i5 Sios dalies.

Jlrq eZio kiau5inius mechani5kai galima susmulkinti I gabalus, ku-riu dalis bus be branduolio. Toks gabalas apvaisinamas spermatozoidu.

Ginrus

I mdn.

-1.-11 par. Nlot ininis efektas, Abipusiai poni kr-r ' iminimai su normalaus dydi io arkl iais( remiant is F . B . Hut t , 196.1)

. i : r ' . i ' l

'-'tt-:'

' r: ' l : ' '

229

7

B { -

3. ,12 pav . C i top las tq i r kar iop las tq gav imaspanaudojant ci tochalazinq B:, 4 - l a s t e l e a n t o b j c k t i n i o s t i k l e l i o p r i e Sccntr i fuguojant: B - del povcikio citochalazinu Bir centr i fugavinto susiclariusi i (auqa. kurioje 1,ral q s t e l e s b 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 - susidares karioplastas ir ci toplastas

ir i5 jo pradeda \,ystytis gemalas. Nors individas nesubrgsta, bet dalipoZymiq (anks[vojoje embriogenezeje) galima i5tirti.

Branduol iq persodinimas. Thi tobul iausias bldas hibr idui . ,c i top-lazma * branduolys" gauti. Branduoliai persodinami lvairioms amfibi-joms. pirmuonims, Zinduol iams, dumbl iams Acetabulaia. I i Siu orga-nizmq patogu mikromanipul iator iumi paSal int i branduol i i5 r ' ienos r[-5ies l4stel iq i r i tokias bebranduoles l4steles perkelt i sver ima (ki tosr[iies) branduoli. Atlikus tokiq operacij4 dumbliams Acetabttlaria, ke-purele r,ystesi tos ruSies. kurios buvo branduolys (Zr. 1.1 pav.).

Citoplastq suliejimas su karioplastais daromas ivairiais tikslais,atliekant ivairius fyrimus, ne tik tiriant nebranduolini paverdimu-m4. Citoplastai - bebranduoles l4steles, o karioplastai (minilqste-les) turi branduoli ir labai nedaug citoplazmos. Ir vieni, ir kitigaunami dirbtinai.

Paveikus l4steles iS grybo Helminthospoiunt tlenntioitleurz i5ski-r iama medZiaga ci tochalazinu B ir po to jas centr i fuguojant. bran-duolys atsiduria citoplazmos iSaugoje, kuri ' is labiau tista, kol pa-galiau prie lqsteles pagrindo i4 laiko rik siauras stiebelis (3.42 pav.).Jam nutrukus, iikusi dalis lieka be branduolio. Surenkamos ne tikbebranduoles I4steles, bet ir karioplastai.

cibridai. Citoplastai naudojami cibridams, lastelems (kartais irorganizmams) hibridine citoplazma gauti. Bet kartais gali veikti i lga-laikes RNR, kurios pasigamina lqsteles branduolvje ir patenka i ci-toplazm4 dar pr icS susidarant ci toplastui .

230

U ra-

3.9.2. Eukariotq l4stelds organoidq genomai

3.9.2. l. illitochondrij4 genomas

N{itochondrijq genomo apib[dinimas. Genetini mitochondrijq sa-varankiSkum4. kaip mineta, nustate Efrusis 1949 m., bet intensyviairnitochondrijq genai pradeti tirti tik 1963 m., kai mitochondrijoseapt ikta DNR. Jau 1981 m. Zmogaus, miel iu mitochondri jq DNR bu-r.o vis iSkai sekvenuota.

Daugumos organizmq mitochondri jq DNR (zymima mtDNR)nrolekules yra Ziedines. bet kai kuriq organizmq ktrahymena, Pa-rurrteciunt. Hvdru mtDNR yra l in i j inc. Organizmai labai skir iasimtDNR d1'dZiu:

. augalq - I E0-l-100 kb,

. gn tu-mie l iL r - l8 -108 kb .

. s tubur in iq - 1 -5-18 kb ,

. Zmosaus 165639 bp .

?rd t ik stuburiniq mtDNR dydis maZdaug vienodas.Labai -skiriasi organizmai ir pagal bendra mitochondrijq genomo

szrndar4. Zmogaus ir kitLr stuburiniq mitochondrijq genomas sudarovienq sankibos grupg. Thi atitinka vienq chromosom4. Thiiau vienojernitochondrijoie vra 1-8 mtDNR kopijos, o i5 viso mtDNR kopijuvienai lastelci 1100-8E00. Tnpanosonta brucei turi 20-50 stambiq iriki 10000 smulkiq molekuliq, sudaraniiq sudeting4 kompleks4 i5 su-nertq Ziedq - k inetoplastq.

Daugumosbaln,mais. Beciasi su vidine

organizmu mtDNR nesudaro nukleosomu. bet yra jq kompleksai suto . k ickv icnr mtDNR molcku lc spec ia l iomis sekomis (D k i lpa) jun-

mitochondri jos rnembrana.

Mitochondri jq genai. Mitochondri jq i r chloroplastq DNR koduojatik RNR ir birltymus, reikalingus 5iq organoidq veiklai. Tadiau jq nepa-kanka 5iq genetiniu strukthrq sandarai ir veiklai. Antai Zmogaus mtDNRyra 37 genai. Jie koduoja 22 rRNR, 13 polipeptidq subvienetlt, tarp jlfcitochromoksidazes I. II ir III subvienetus, ATP-azds 6-4 ir 8-q subvie-netus. septynis NADHdehidrogenazes komplekso ir citochromo b sub-vienetus. Thi sudaro tik 5o/r, mitochondrijq reikmiq. Visus kitus balry-mus, ir ju subvienetr-rs koduoja branduolio DNR. Sie baltymai sinteti-nzrmi ci toplazminese r ibosomose ir perneSami i mitochondri jas.

Y

--r I

A u g a l q . p i r m u o n i u m i t o c h o n d r i j o s e p i r m i n i s t r a n s k r i p t a s(preRNR) redaguojamas. todel ju DNR y"ra genai. koduojanws RNR-gidus.

Micl iu mtDNR yra 5 kartus i lgesne negu Zmogaus. bet genu jojet iek pat. Kaip tokioje trumputi je molekuleje, kaip Zmosaus mtDNR,telpa tiek daug genq ir kur eikvojamas mieliq genomas'/

Genetind mitochondrijq genomo sandara. Genetiniu atzvilgiu Zmo-gaus nritochondrijq DNR 1'ra labai .,ekonomiika". Tai nebtdinga netbranduol io chromosomoms. Nuo visos DNR sintet inasi t ik v iena ben-dra RNR, turinti tik viena promotoriq. Kitokiq valdynio sekq ndra.Pirminis RNR transkriptas sukarpomas i atskiras RNR. Tarpikliai tarprRNR ir polipeptidus koduojaniiq genrl yra tRNR. Thigi nekoduojan-iiq nukleotidq scku Zmogaus mtDNR beveik nera. Tilo tarpu daugeliogrybq, augalq mitochondrijose didelg genomo dali sudaro nekoduojan-dios DNR sekos. Daugiausia tai ilgos AT porq sankaupos ir trumposCG saleles. Miel iq mtDNR yra 8 repl ikonai. o Zmogaus - t ik po vienqkiekvienai DNR grandinei.

I k o n r p l e k s o - \ , \ D H

dcl l ldrocena/es gcl lai

) : i i . i i l \ Nr i l lDI:L:o- crto, l t toi l rt ; l r )r ' ! Ok\ ldl l ( ' i CCtt l r

f li{{;L'il:l:l,r;:\ k . r lo l r ' l .o - - \ fP s r r r r r -:

" / zcs lenal

r ' R M . l e n a i : . j i e r r a l rt t r p r t t l J j t a q l p o l l p ( p l -

dus koduojrni iL!Lr genu- -

t R \ R g c n a i

3.43 pav. Zmogaus mitochondri jqi5oreje - gcnai; vicluje - rodvklemisl igas . i r ka i kur iu IRNR gena i

: - 1 1

genomas:nurodvti saitai, kuriq mutaci jos sukel ia paveldimas

Zmogaus mitochondri jq genome pakaitomis koduoja tai v iena,

tai krta DNR grancl ine (Lr. 3. .13 pav.). Dal is geno, koduojandio

.\TP'azis (ci t4 subvienetq. i i dal ies uZeina ant ki to eeno. taigi yra

sanklot iniq genq. Thupoma gcnct inc medZiaga ir \ 'ykstant transl ia-

ci ja i (pol ipept ido sintezei ant mRNR r ibosomose). Nera sekq, ku-

r i l rnis 'mRXR pa2ista r ibosomas. Pol ipept ido sintezds pabaigos sig-

'alas yra UAA kodonas. tadiau DNR turi tik po vienq dvi Sio

koclono nukleotidq poras. Kita UAA kodono dalis panaudojama i5

poliA, kuri prijungiama brestant RNR' Tiansliacijos metu ta pati

infn paZisia ne vienq, o 2-.4 kodonus. Nevienareik5mis kodas

tors rysrui, kad zmogaus mitochondrijose transliacijai uLtenka 22

rRNR. miel iu - 2-5 IRNR.Prisiminkime, ir kad mitochondriju genomo genetinis kodas neu-

niversalus.

\ I i tochondri ju genq sqveika su branduolio genais. Ji r-rksta nc t ik per bendrus

produktus. bet ir per raklvmo genus. Kaip mincta, surasti genai. kurie atstato ku-

lurlzu VCS aug.lu normalu ,r ir ing,.,*o. Tai clominuojantys branduolio genai R/

(ansl. r-c|crsron ./1' t 'eni l in '1. j ie r ieniclai pasireiskia. ar butq honrozigota RJRf' ar

hctcrozigota R.l i1:

.: rfrfVCS l ini ja

" :t RJR1Liniia. atstatanti vaisingum4

RfrfVaisin-ei palikuonys

Augalq mitochonclrijose atrastos plazmidds, kurios gali lemti

,ryrist 41 citoplazmini sterilum4. Branduolio genai neleidZia

joms isiterpti i mitochondrijq genom4.

vcS genetika nera tik kukurlzams bldingas reiskinys. PanaSiai

paveldima per 140 i5tirtq augalq rli iq VCS'

Mitochondri jos i r paveldimos imogaus l igos. Del mutaci jq

mtDNR kyla ivairios ldtin€s, degeneracinds smegenq, Sirdies raume-

nu ir enclokrininiu liauku ligos. Taip yra todel, kad:

. mitochondriios yra energiniai l4steles centrai. ATP sintezds

Victa; sutrikus aprr.rpinimui energija, sutrinka visi lqsteles pro-

cesai:. mtDNR mutaci jos yra labai daznOs; Zmogui senstant, jos kau-

piasi sontat indse l4steldse.

8 , t 9 1 ( , C

IJA I

l{ l | ,r{t.

\

' - 1 J

Bet kaip i r k i t i somatiniu l4ster iu pokldiai (epigenet iniai , genomopertvarka). taip i r ntutaci . ios somatinese lastclese l , ra t ik konkretausorganizmo problcma: pal ikuonys jq nepaveldi .

Thi iau nuo la t daugt - r i . sarnsn: .p r rc l t r imu r igu . . t s i ran t lan i iu dcr mtDNR gcnunrut.ci1L1. Pirm.sios l igos bu', 'o rct i sindromii. iaip r_cbcrio pa'cltJinia oprine neu_ropat i . ja a r r l iok lon in i cp i l cps i j z r . \ ' ra pa 'c rd in ru r igu . kur ias iuker i l rnu tac i l . s nc tg iI 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 u , p 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 . trunrpui i je 2'9 bp igio lc.ucino rRl\R _',RNR,."" o.noatkarpclerje tarp 3r" i-r i r -rr7t n p. iu' . t aptikr,rs 'r mutaci jos - nukreotidq porq pa-kaitos, lenriandios 3 gana skirr ir iqai l ieai:

Genet in is a ts tumas

.{. Populiaci jos:

I i er uviaisuomia i

i talaiIzlael io alabai

kinai ir japonaiIzrael io 2ydai

bu imena i i r zu lusa i

B. Lietuviai:

aukitai i iaiZemaii iaiAmerikos

l ie tu r ra i

n l l l ( t 1 0 , 6 0 . 8 I . 0 I . 2 1 , 4 t . 6 I , 8

l

encefa lopar i ja (ea lvos smcgenr . l l i ga) . p icn ine ac idoze(par [g i tc j imas) . panaSIs i apop lck i i j r l p r i cpuo l ia i :n i i rochondr inc miopat i ja ( raunrcnu i iga , p i in r ine , t :mot rn ine miopat i ja i r kard iomiopat i j i f s i rc t ies raumensl iga) :

' 327lbp - T-;C = taip.pat encefalopati ja (galr, ,gs smL.scltr l I iqa). prcnine aci_

D c' g c n u m u t a ci j u.. s Lr s 3ii.{,Jl T: ;iJI i: l" fi ::?,1 :' J, f ;l[- ill,|.l:,u" i ;kinta raumcnu skaidulos. Lcberio par.,cldi ira optine neuropati ja vra ivarnos geneti-nes prigimtics Jrl sukcl ia mutaci jds ivair iu nrrDNR gcnu. iu. ie ki. ,ctrcr l i r NADHdchiclrogenazcs r. 2. 4. - i ar 6 sub,,, ienctus. ci tochronrtksiclaze s I suLr' icneta.

Del daZnu mrDNR muraciju susidaro diderd mtDNR ivairov€,polimorfizmas. Siuo reiskiniu remiamasi tiriant zmogaus fopuriacijasir sprendZiant zmogaus rDiies e'oriuci jos problemis. konkrei iai -Zmogaus rasiLl evoliuciia.Mitochondri jos ir

lT"q.r lr.rasiq evoliuci ja. Apie genorgenomoevoliuci i4.galima sprgsri keriais budais: is DNR 'o-otoi4os (raparu-mas.), iSreiSkiamos procentais pagar DNR nukreotidq ,. ior. ir is evo-l iuci jos periodo vieneto.

Evoliucijos periodo .viene!1s (EpV) _ tai milijonai metq, perkuriuos aminorlgsdiq sudetis baltyme pasikeidia rvc. Mito-chondrijq DNR genq EpV labai i.urnpur, 0,2-5_0.5.

Jis.deiimt kartu trumpesnis uz hcmogrobino genu Epv. I\ ,2., pasi-naudojant EPV buvo nustaryta, kad dabirtines zlogau, ,ur., kilusiosi5 pirmtako. -ryarenusio Afrikoje tik pries 140-rg0 t,itstaneirl meru.Pasinaudodami dideliu mrDNIi porimorfizmu. v. rrei"ril* i.v vitkiene i i tyrc r ietu' iu .etnines grupes: zemaii ius ir pieru, r_r,tubci vakarq aukstai i ius, pal l 'ginimui - JAV l ietuvius. polimorfizmas

234

. 324-1bp - A-+G =

. 32-5{)bp - T-rC

. 326{)bp - A+G

Genetinis atstumasl).-l 0..+ 0.,s (1.6 0,7

: . . . . i0,8 0 .9 1 ,0 1 , 1 1 . 2 1 , 3

' ' ' r ' ' - - l - i

.i..1-l pai'. Filogenija pagal mtDNR:.l - l ieturiu populiacrjos. 11_rinanr su kitomis populiaci jomis; B - pagrindiniu erninir l[-retuvos srupiu (pagal \{ Kui inska, 1997; 1998)

ivertintas pagal DNR restrikciniq (suskaldZius resrriktazemis) fras-mentu ilgi.

Nors Lietuva buvo kryZkeleje tarp rytq ir vakarq, siaurds ir pietq,bet pagal mtDNR lietuviq populiacija homogeniska (tapati). Ji homo-geni5kiausia i5 visu kaukazoidiniq populiacij q. 2emai6ai yra vienodZiausitarp lietuvi'a Q.4a pav., ,4). o lietuviq populiacija artimiausia suomiq(.3.4'1 pav., B). Lawiq ir esrq populiacijos nebuvo tirtos.

Kaip ir buvo galima tiketis, JAV lietuviq mtDNR polimorfizmasdidZiausias.

3.9,2.2. Plastidii4 fthloroplaste genomas

Plastidziu pa'eldimum4 1908 m. iSaiSkino Baueris ir Korensas.tirdami margalapiu augalu paveldejim4. plasticles geba reduplikuotis.Kaip ir mitochondrijose, jose yra DNR. fvairios plastidZiq mutacijoslengviau aptinkamos negu mitochondriju mutacijos. Mat jos daLnaisusijusios su pigmentq sintezds pokyiiais, todel lengvai nustatomospagal fenotipa. Be to. jos daZnesnes, nes lEsteleje plastidZiq daugmaziau negu mitochondriiq. todel daZniau susidaro lqsteles su qrynaimutantinemis plastidemis (Zr. 3.,15 pav.).

-

235

Plastidinio pavetd€jimo ypatumai. plastidziq genq nulemiami po-zrymiai yra paveldimi tik ii motininiu augalu. nors rerkareiais iiH0,29'b dainiu) aukstesniqiq augalq plasrides gali persictuoti ir per sper-mi*. Chlarnydontonas gametos yra vienodo oyczio. bet zigotose vie-no genomo chloroplastai suyra. panaius reiikinl's ryksta lr aukites_niqiq augalq mikrosporose (Ziedadulkese). Taiiau isauginus haploidi-nius augalus (su vienu chromosclmq rinkiniu - n) is

-nesubrendusiq

ziedadulkiq (kai jose ryksta pirmoji mitozd), isauga ir Zaliq haploidu.Kadangi aukstesniqiq ar-rgalq rqsrerese prastidziq yru duug ir jos

pasiskirsto netolygiai, galima isskirti 3 augilq tlpus: i; su normalio_mis plastidermis, b) su murantin€mis pla.sticlemis ir c; ciurious sunormaliomis ir mutantinemis plastidemis. Kai cibridas yra motininisaugalas, galima tiketis rrijLl fenotipq palikuonill (3.a5 pav.).

PlastidZiq DNR telpa daugiau genetines informaciios nesu mito-chondr i iq DNR. J i 8 kar tus i rgesne uz 2 induor iq mi tochonurr j 'u oxR,vidutiniSkai:

- i .4,5 pav. Plast id i iq poZymiq ( lapq spalvos) paveldej imas

ZJO

. auk5tesniqju augalq - apie 140 kb;

. Zemesniqjq augalq - apie 200 kb.

DNR yra Ziedine. Kiekviename chloroplaste yra nuo 10 ik i50 DNRrnolekuliq. fvairiu augalq chloroplastrl genomo sandara skirtinger, betbendrais bruoZais artima branduolio genomo sandarai. PlastidZiq DNRvra reguliuoj andios netranskribuojamos sekos, tarpikliai, i,yksta pre-RNRbrendimas ir splaisingas. genrl viduje aptikta intronq.

Chloroplastq genai. Tipi5ka chloroplastq DNR turi apie 120 genq.Ji koduoja visas autonominei baltymq sintezei b[tinas tRNR ir rRNR,apie -50 baltvmq, tarp ju RNR polimerazg ir keletq ribosominiq balty-mq. Kaip ir mitochondrijq, chloroplastq DNR pirmiausia nulemia sin-teze baltvmu, dalp'aujandiu fotosintezeje ir feinandiq i plastides struk-t[r4, svarbiausia,,I frakcijos" baltym4 (arba ribuliozo-1,5-difosfatkar-boksilazg). sudaryt4 i5 dviejq subvienetq: didZiojo ir maZojo. Thi ypadsvarbus augalq balrymas. Jis sudaro apie 40% visq augalo balr,vmq irvra pagrindinis fotosintezes fermentas (jo funkcija fiksuoti COr). Chlo-roplastu DNR koduoja Sio fermento didZiojo subvieneto polipeptidinggrandine. MaZasis subvienetas koduojamas branduolyje. Vadinasi, irdalis plastidZiu baltymq yra paveldima per branduoll.

3.9.3. Plazmidds - nechromosominds genetinds bakterijq struktliros,jq ivairovd. Plazmid€s kaip vektoriai genq inZinerijoje

Plazmidiiq 1'ra aptinkama ir eukariotq (mieliu. augalq ir kt.) las-telese. Antai, kaip mineta, plazmides lemia augalq vaisingum4 - VCS(ryri5kq;i citoplazmini sterilumq). Kai kurios eukerriotq genetinds struk-t[ros balansuoja ant ribos tarp privalomq genetiniq strukttrq ir pa-razitizmo (Zr. 3.8.4),

Iki Siol nera vieningo poZi[r io i plazmidi iu prigimti. Dvi kra5tut inds nuomoneslra tokios:

. plazmide yra parazit ine DNR ar bent molekul inis simbiontasl

. plazmide yra papi ldoma bakteri jq chromosoma, daugiachromosominio geno-mo uZuomazga.

Su parazitinemis infekcinemis struktfiromis plazmides sieja tai,kad jos gali pereiti i5 vienq lqsteliq i kitas ir, kaip nuosaikieji viru-sai, bfrti dvejopos b[kl6s:

a a a/.J I

Y

. aut0nominds;' integruotos, isi jungusios i chromosoma. plazmidds, kurios geba

isiterpti j chromosom4, vadinamos episomomis.

Bendrosios prazmidziq sarybds ir tipai. Tipiniu atveju lasterevr.a t0-20 to paiies tipo piazmiiziu. nuffir *t r"'o*:;JHffi:- . \1.1 jl1]:_o'l9Z bakterijos chromosomos. pr"rirrait.'r"o*""ir":"i;

,"1:::t,1,:iy, 3j : ", :l lg: !1 i r e r i y m _ | 4.0 _2 40 r J i r e i " I ; ; * #ii ;nl::r:'*::-:lr1:"

mikorizes grybuose. ren jos p.trieri""l.ri

sudaro

rrtada-l iu i j r l brandut>l io genomo.

Plazmidds yra Ziedines ekstrachromosominds DNR moleku-les' kurioms bldingas genetinis savarankiskumas: turi DNRreplikacijos pradziai ir .integracijai reikaringur g;r.' ;aZniau-siai turi ir genus, lemianiius kitas l4stelei ,uiyU.r. -

savarankiska DNR reprikacija, tiksliau jos pradzia. - vrsq auro-nonriniq genetiniu strukt[rq ypar]'be pagar iq irr,.n'r.ri, skirstomosi dvi grupes:

. maZakopijiniu,

. daugi r rkopi i in iu .

MaZakopijiniq plazmidZiq DNR replikacija yra grieitai suderin-ta su bakterijos chromclsomos DNR reprikacija: T .h.on'ornrno,kopija - 1 plazmides kopija. Kitaip yru o'uugiatopr;iniu"pro zmidLiu.Jq kopiiq lasrcleie yru duug, tr i[ oxn ,;ltk-;JU;";ri#;;r;chromosomos DNR replika*cija.

PlaznridZiu DNR reprikaci ja *ksta panaiiai kaip ir bakteri ju chromosomos DNRrcpl ikaci ja. DNR tvirt inasi prie lastelci membranos.. Manoma. kad prisi tvir t inimo'ictu skaic' ius niembran.jc ir nulcmi. tai. kiek bus I i lstcleje prazmid)iu kopi ju.

Plazmidiiq pernaSa ii 'ienrl bakteriiq i kitas - kita prazmiclzi'ypatybc. Taiiau ji lllrnea ,.,. uiro*., pr"in'iol,or. Sri"*r!,0i";*l;t ios plazmicles, vadinamos konjugacinemis. Nesugebandios percit i iSl4steles i kitq l4stelg plazmidei vacl inamos nekonjugacinrimis.

Konjugacincs prazmi<res turi genq ru-nk1lpq (operonq) rrzr (angl.tran.s.fer), kuri kocluoja plazmides- p..rnasa (3.16 pav.). Tuip par yra238

3.-16 par' . Plazmidds Rl00 genolapis:r/ 'd operonas (truA-troL) - plazmidds pernaSos genai. f inO, f i lP - pernaios valdynrosenai. .) / . l f - pernaios praclZios seka. rzpl - DNR repl ikaci jos gcnasi atsparumogenai: l rer - gvlsidabrio jonams. .sr1 - sulfonamidui, srr - streptomicinui, cnt l -

ch l r r ranr fen iko l iu i . t t ' t - te t rac ik l inu ' r , k tn - kanamic inu i i IS l , I52 , IS10 - inscrc inc 'ssekos: Tn10. Tn3. Tn.l . Tnl571. Tn903 - transpozonai

valdymo genq. Vieni jq aktl,vina perna54, kiti j4 slopina. Apie pusgr,? genq lemia pi lg - i lgq atauga (apie 30 mM), kur ia . .uZkabinama"ir pr iart inama ki ta bakter i ja (3.47 pav.). Pi lg paSal inus, konjugaci janerl ,ksta. T:rda plazmides i i v ienos lasteles i k i t4 neperne(amos.F veiksnys (taip tradiciSkai r.'adinama 5i pirmoji atrasta bakterijq plaz-mide) pasizymi neiprasta salybe. Visos l4steles, kurios turi 5i4 plaz-midg (vadinanlos F-). turi ir pilg. Kitq konjugaciniq plazntidlit4 tragenu sankaupos veikla daZniausiai yra slopinama, toddl pi le susidaroretai ( t ik apie 0,192 lastel iq).

PernzrSos pradiia panaii i plazmides DNR replikzrcijos pradli4.Plazmide pirmiausia pr is i tv ir t ina pr ie bakter i jos vidines membranos.Vicno i3 rrn genq produktas perkerpa vien4 DNR granding. Si vietavra pcrnaios pradZia ari Z (angl. oigitt of trans.fer). Susidaro linijiSkaDNR. kur ios r , iena grandini pcreina i k i ta baktcnyq. Thigi donorineje

239

3.-17 par'. Bakterijq konjugacija:l i tsteles. sujungtos konjugacinio t i l tel io: pai lsa lastele _ Hfr. i i jos i lga i iauga _ pi le;apval i l . lstele - F'

lasteleje ir recipientindje rastereje yra po vienq prazmides DNR gran-ding. Jos replikuojasi, ir atsistato Ziedine olazmide.

Integracija i bakterijos chromosmq bldinga tik episomoms. Fveiksnys yr' episoma. plazmides isiterpia I bakterqos chromosom4per IS sekas. Tokias paiias sekas turi ir bakterijo, .hro*oromii, to-ddl tarp plazmides IS ir jai komprementarios bakterijos chromoso-mos IS susidaro heterodupleksas.

Heterodupleksas - hibridine DNR molekulds dalis, kurios vienagrandine yra i5 vienos DNR molekulds, antra - is kitos DNRmolekules. Jis susidaro dviem DNR morekurems jungiantiskomplementariomis grandinemis.

Heteroduplekso vietoje plazmide isiterpia i bakterijos chrom,somq.Tianspozonai gali isiterpti i bakterijos chiomosomq ivairiose vietose.Integruota plazmide replikuojasi kariu su bakterijos .h.on'orora. Bak-terijoms konjuguojant, tokia plazmide nepersiduoda recipientinems rqs-telems, nes konjugacinis tiltelis labai len.svai nutrfiksta.

240

fsiterpus plazmidei i chromosomq, bakterija igyja naujq salybiu, ga-li pakisti ir bakterijos. ir plazmidds genr4 veikla. Pavyzdliui, isiterpusi Fplazmidd bakterijq rekombinacija padidina Simtus kartq. Del iios prie-2ast ies bakter i ju kamienai. kur iuose F veiksnys yra ls i terpgs ibakter i joschromosoma, iymimi Hfr (angl. high freqtrencl of recontbinution).

Plazmidei pereinant i5 integruotos bfikles i autonornine, bakterijoseenai gal i i ja is i terpt i . Autonomineje bDkleje Sie genai perne5ami i5vie nu lasteliq I kitas. Thivyksta ne tik tarp giminingq, bet kartais ir tarplabai tolimq bakterijq. pav,vzdliulli Eschericltia coli /ac-operonas per-neStas j fotosintczg atliekandias bakterijas Rhodopseudomonas sphae-rrtitles arba net i mikoplazmq Mycoplasma caprisolium.

PlazmidZiq ivairovi pagal koduojamas sarybes. Plazmides skirs-tomos i grupes ir pagal koduojamus pozymius. Jq genai koduojaivairiausias bakterijq sar,ybes. Tik E, Col, R plazmides tarp bakterijqvra labiausiai paplitusios ir geriausiai i5tirtos.

F veiksnys - pirmoji bakterijq plazmide, kuriq 1961 m. i5tyreZakobas (J. Jacob) ir jo bendradarbiai. Tai itin svarbi plazmidd. nesjos genai lemia genet ing rekombinaci jq i r lvt in ius t ipus.

Col plazmidds koduoja pavir5inius baltymus kolicinus. Kolicinai -

tai pavirSiniai toksinai. kuriais vienos bakterijos naikina kitas tos r[-iies bakteriias. Jautrios bakterijos kolicinq negamina arba gaminakitokio tipo kolicinus, bet neturi imuniteto pirmojo tipo kolicinams.

R plazmides - labai svarbios medicinai ir veterinarijai. Jos s4ly-goja atsparum4 ivairiems nuodams, tarp jq antibakteriniams vaistamsantibiotikams. Ypat pavojineos yra tos infekcines bakterijos, kuriqplazmides lemia atsparuma i5 karto keletui veiksniq, kaip plazmiddR 100 (ir. 3.46 pav.). Daugelis R plazmidZiq yra konjugacines. Dcliios prieZasties atsparumo antibiotikams ir kitiems vaistams genailabai greitai paplinta bakterijq populiacijose. Atsparumo genai per-nciami net kitq gendiq bakterijoms. Bakterijos, mafyt, noriai dalijasiatsparumo genais, o plazmidiiu genomo sandara pritaikyta Siam kei-tirnuisi. DaZnai visi atsparumo toksinams, nepalankiems veiksniamsgenai sutelkti I bendr4 lokus4 - r-determinant4. Pagal sandar4 r-de-terminantas yra transpozonas.

Didejantis bakterijq atsparumas dai.nai vartojamiems antibiotikams

)'ra atsakas i nesaiking4 ir netinkama antibakteriniq vaistq ir sterili-n imo pr iemon iq var to j ima.

Plazmides, kuriq genome yra DNR reparacijos genai. Jos irgi didi-na atsparum4, bet t ik genotoksiSkiems, sukel iant iems DNR paZaidas

241

vciksniams - jonizuojant iems ir ul t raviolet iniams spindul iams, genotok-si5koms cheminims medZiagoms. Thi operaciniq. gimdymo namu r1'k5-t i . Tirk ius genus tur i plazmides R46. R205. pKM101. Antai plazmidejepKMl t )1_yra genas - homologas bak ter i ju chromosomos genamsumtrDC. Sie genai padidina atsparum4 ivair iems mutagcni5kiems veiks-niams, bet lemia mutagcni5k4 - su klaidomis DNR reparaci ja.

Ent plazmides irgi svarbios medicinoje. Jq genai koduoja entero-toksinq sintezg. Gali sukelti keliautoju diareja (viduriavim4) ir kelet4dizenterijos tipq. Daugelis enterotoksinus koduojandiq plazmidZiu ko-duoja ir pilg, kuria E. coli wirtinasi prie plonosios Zarnos epitelio,todel ir susergama. Paprastai E. coli g) /ena storosiose Zarnose.

Hly plazmidds koduda sinteze veiksniq, sukeliandiq eritrocitq iri-m4 (hemolizq:).

Patogeniniq plazmiclZiq genai koduoja sintezg ntedZiagq, nuodingqSeirnininko organizmui. kuri uZkreiia bakterijos, paryzdZiui. fitopato-geniniq 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 Psclrdontonas yra plazmidZiq su biodegradacijos genais. Lqste-les, kuricls turi tokias plazmides, skaido kampar4, toluen4, naftalen4ir kitus organinius junginius. Kai kurios dirvoZemio bakterijos galiisisavinti atmosferos azotq. Tai irgi gali nulemti plazmides.

Dirbtinds plazmidds - vektoriai. Tai labai svarbi ir veiksminqaplazmidZiq panaudojimo sritis.

Vektoriai (lot. vector - veZ4s, ne54s), arba klonavimo vekto-riai, - struktfiros, kuriose laikoma lterpta klonuota svetimaDNR. Thi atliekama dviem tikslais: saugoti ir dauginti klo-nuot4 DNR.

Vektor iams konstruot i daZniausiai naudojamos plazmides. Kaipkonstrucljarnos plazmides - dirbtines mieliq chromosomos (YAC),gana smulkiai buvo nagrinejama (Lr. p. 173). Pana5iu bfidu kon-strrrcrjami ir vektoriai - dirbtinds plazmidds. Jos bDtinai ruri ori,be kurio plazmide negaletq savaranki5kai replikuotis. Joie blnazyrnekliniai gcnai, pagal kuriuos nustatomos tos lqsteles. kurios igijo5i4 dirbtine plazmidg. BItinai turi buti nukleotidu sekos, kuriaskerpa Zinomos restr iktazes. Rcstr iktaziq kirpimo sekos yra klona-

)1",

vimo vieta. Cia istatoma svetimoji DNR, kuri turi tokius pat lip_nius galus. kaip ir restr iktazes perkirpta plazmide (kerpama ta pa_iia restriktaze). Kad vektorius bttq talpesnis, i5 plazmides pa5ali-namos visos nereikalingos sekos.

Thip sukonstruota ir viena ,,klasi5kiausiq" dirbtiniq E. coli plaz-midZiu - vektorius pBR322. Si plazmide rik 4363 bp. L4stele, ga-vusi Sia plazmidg, iS karto yra atspari dviem antibiotikams: ampi-cilinui (.ampn) ir tetraciklinui (rerR). Tai selektyv[s (tinkami arran-kai) zymekliai. Sios plazmides naudojimo galimybes klonuoti DNRlabai dideles, nes pBR322 plazmidd turi labai daug skirtingq re-str iktaziq kirpimo vietq (Zr. 3.48 pav.).

Atitinkama restriktaze perkirpta plazmide tampa linijine su lip-niais galais. Susijungus Siems galams, vel atsistato Ziedine DNR. Prie5

fn-tlpSC I t)lEcoF I

Tn-ip,\lB I

Al l l t Nd" t ] lm r t r r

- i .-1l l pav. Dirbt in€ klonavimo plazmid6 pBR322:j i sukonstruota iS 3-jq dal iu: on (rcpl ikaci jos pradZios seka) i5 plazmidds pMBl; /c/(atsparumo tetracikl inui) genas i i plazmides pSC10l; amp (atsparumo ampici l inui)genas i5 transpozono Tn3; parodyti unikal ls restr ikci jos saitai

t 6 '

I cla I

EcoR vAat lll I Hrnd lll /

l : l / / N h e l

8sm I'Stv I

Ava- I

I- L

^ ^ a/ +J

tai prie linijines DNR galo irgi lipniu galu gali prisijungti svetima,klonuojamoji DNR.

Susijungus lipniems salams. Ziedinese rekombinantindse plazmi-dise bfina ijungti ivairls svetimos DNR fragmentai. Pasitaiko ir ne-rekombinavusiq plazmidZiq. Atliekama jq atranka. Kai klonuojamojiDNR iterpiama i kuri nors zymeklini gen4, lastel6 tampa jautri vie-nam iS dviejq antibiotiku. Taip atrenkamos visos rekombinantindsplazmides, paskui pagal atitinkamq genq veiklos produktus ie5komaplazmidlirtr, i kurias klonuoti reikiami genai.

Daugiakopijinds plazmidds naudojamos kaip vektoriai konkreiiqproduktq/medZiagq superproducentams sukurti. Kiekviena plazmidel4steleje - klonuoto geno kopija. Kuo daugiau plazmidZiq, tuo dau-giau klonuoto geno koptj,t, tuo daugiau bus gaminama pageidauja-mo produkto. Netgi specialiai stengiamasi padidinti daugiakopijiniuplazmid2iq skaiiiq.

Augalq v€Zi sukeliandios Ti ir Ri plazmidds. Sios plazmides nu-stebino ir visko madiusius, prie jvairiq netiketumq pripratusius gene-tikus. Jos atlieka natlralia genq tnZinerija. Be to, genai perkeliami-klonuojami netiketa kryptimi - j dviskildiq augalq genoma.

Augalq veZi sukeliandios Ti ir Ri plazmides turi DNR sriti,kuri i5 plazmides perkeliama i augalo l4stelds genom4 ir pas-tarqfi perWarko. Tai ypatingas genomo perfvarkos bfidas.

Siq plazmidZiq aptikta Agrobacterirrrl gentyje:

. Ti plazmid€ (angl. tuttnr irtducirtg) iiAgrobacteriunt ntmefaciens.Ji turi T sriti, kurioje yra genai, inicijuojantys augalq viZi (galus),ir genai, kurie koduoja neiprastq aminorfig5ti - arginino darinl.Pagal 5i4 aminorrlg5ti Ti plazmidds skirstomos:

a) nopalino - T sri t l je vra genas rros. kuris koduoja nopalinq [N:-(1.3-dikar-boksi lpropi l)-L-argininzl l ,

b) oktopino - T sri t l je yra genas ocs, kuris koduoja oktopinq [N]-(D-1-karbok-s i l c t i l ) -L -arg in inq l , i r k t .Atrandami vis nauj i jvair iu aminorlgidiq (arginino. clrnir ino. hist idino ir kt. ,1dariniai. kr-rr ie vadinami opinais.

Ri plazmidd (angl. root inducing) i5 kitos ruSies - Agrobacte-ium rhizogenes. Del Ri plazmidZiq augalams iSauga ,,barzdo-tos" Saknys (Saknq kuok5tas) arba ant Saknq atsiranda gaiai.Pana5iai kaip ir Ti plazmidd, turi DNR sriti. kuri pereina iS

bakteri jos plazmidds j augalo genomE. Si sri t is turi kitokiusgenus ir koduoja kitus opinus.

Abiejq t ipq plazmidZiq genetika bendrais bruoZais yra art ima. UZ T sri t ies r ibqvra (r qenai rrr (angl. r ' int lettce - nuodingumas, plkt is, tulZingumas), kurie lemia Tsr i t ies l te rp im4 i auga lo genoma. Jq ve ik l4 suke l ia feno l in ia i jung in ia i . S ie jung in ia i

susidaro ausalo Zaizdose. Tni vadinamieji Zaizdq hormonai. Tad Agrctbacteium puo-la t ik paZeistus ausi i lus. Opinai reikal ingi pai iai bakteri jai .

Ti ir Ri plazmidds - tiesiog gamtos dovana augalq genetikams:

' pati plazmide ljungia dali savo genetines medZiagos, T sriti, iaugalo genomq (tai viena sunkiausiq auk5tesniqjq eukariotq ge-nrl inZinerijos problemq);

. genai, kurie lemia T srities isiterpimq, ir genai, kurie inicijuojaaugalq vdLi, yra atskirai. PaSalinus pastaruosius, vezys nesi'u1's-to. Vietoj Siq genq T srityje galima istatyti genq inZinerijaipageidaujamus klonuojamuosius genus/nukleotidq sekas.

Ti ir Ri plazmidZiq T sritis augalq genq inZinerijai yra uni-kalus. nat[ralus vektorius.

3.9.4. Parazitizmas, simbiozd ar natlralls lqstelds komponentai?

Jau plazmidZiq sarybes verdia susim4styti apie jq prigimtj, nessavo ypatvbdmis plazmides labai pana5ios i nuosaikiuosius virusus -

profagus.Simbioz6 yra daZnas rei5kinys. Kartais l4steles komponentq sim-

bioze neabejotina. Antai amebq Pelomyxa palttstris citoplazmoje ran-dama bakterijq, apie kurias susidaro speciali skiriamoji membrana.Partrnteciuni ir kitq infuzoriju l4stelese pasitaiko dumbliq (Zoochlo-rella ir kt.). Kaip ir pridera, dumbliai rykdo fotosintezg ir aprflpinainfuzorijas organine medZiaga. Taiiau Paramec'iunr be dumbliq galiapsieiti, jeigu yra pakankamai bakteriju masds. Netekusios dumbliq,Parartrcciunr vel lenqvai uZkretiamos (jeigu iia tinka Sis Zodis) C/z/o-rellu. Ameba Pelomyxa paltrstris neturi mitochondrijq. Jas atstoja sim-biontines bakterijos. Thiei santvkiai su endosimbiontu gali bfiti labaiintl 'mls. Kaip ir pastaruoju atvcju endosimbiontas yra tapgs butinaamebos dalimi, be kurios 5i nei5gyventq.

1 A ALaa1 .4 <

--

Kartais endosimbiontais yra lqsteles organoidai. Antai Sl iuZamsmait inantis lapais, i epitel io lqsteles patenka plastidZiq. kurios renegzistuoja gana ilgzl laika.

Genetikq uZdavinys - nustatyti, kaip paveldimi ivairts konkretlspozymiai. Bet kaip vertinti tokiq padetj, kai svarbq organizmui pozy-mi lemia infekcines daleles ar endosimbiontai, o ne l4steles geno-mas? Thip yra ir su pavirsiniais roksinais, kuriuos sintetina ir isskir iaI l4steles pavir5iu Paramecium, Saccharontyces, Ustilago.

Kapa dalel€s. 1938 m. Sonebornas (T M. Sonneborn) apriko klum-peles (Pnrameciunt ourelia), iSskirianiias i aplinka kolicinq tipo anti-biotik4 paramecinq, kuris uzmuSa kitas jautrias siai medZiagai klum-peles. Pozymis paveldimas per citoplazmoje esandias daleles, kuriosbuvo pavadintos kapa dalelemis. Klumpeliq Pnrameciutn kamienai.kurie i5skiria Siuos antibiotikus, buvo pavadinti kireriais, t. y. zudi-kais (angl. killer - Zudikas). Kapa dalelds ruri DNR. pasireiskia lvai-rios jq mutacijos, tadiau jomis galima uzkresti jautrias paramecinuiklumpeles. Kapa daleles (1974 m.) buvo pripazintos bakterijomis irpavadintos caedobacter taeniospiralis. Kiek veliau siose bakterijose -kapa dalelese aptikta i virusus panasiq daleliq. Jos ir sukelia parami-cino sintezg. Zinomi klumpeliq kiteriniai kamienai, kuriuose kapadaleliq nera. Juose aptinkama tik ! virusus panasiq dareriq (galb[tplazmidZiq).

Su infekcinemis strukturomis kapa ir kitas daleles (gama, liamb-da, sigma) suart ina tai, kad jomis galima uZkrist i , bet. pvz., kapadalelei i5gventi b[tina, kad branduolyje butu K, S, ar S, genai (pri-klausomai nuo kapa daleliq tipo). Kai mikrobranduoly,je Siq genqnera (yra tik recesyvusis k alelis), nesvarbu, kokiu bDdu lEstelejeatsirastq kapa daleles, ar uZkritus, ar del ilgalaikes konjugacijos (Zr.3.39 pav.), - Sios daleles i5nyks. Tad kapa daleliq isgyvenimq parante-cium citoplazmoje lemia branduolio genai.

Kileriniai kamienai i5skirti ir is kitu organizmq grupiq - mieliu(saccharomyces), k[liq (usrilrzgo rnavdis). Sis iq pozymis persiduodaper pana5ias i virusus strukt[ras, turindias dvigrandg RNR. Sios RNRreplikacija vyksta pana5iai kaip DNR replikacija.

Endosimbiontai ir lyiiq santykio reguliacija. Drozofiros sR. Vie-noje i5 vaisinds muselds rfiSiq - Drosophila willistoni buvo aptiktosvien pateliq linijos ir populiacijos. Veliau tokia padetis nustatyta irkitose drozofilos rfiSyse. Kaip ir vcs lin4q augalus, tokias drozofilas

246

lpvaisina kitu linijq-populiacijq patineliai. Taigi glnybingos patelesvra hibridai, luri pasireik5ti heterozd.-

Sios drozofjlos linijos buvo pavadintos SR (angl. sex rullo). SRntuseliq linijose buvo surasti spirales pavidalo dariniai. Jie Zudo tiktas zigotas. kurios turi Y chromosom4, t. y. btsimuosius patinel ius.Sie dariniai, taip specifiSkai paZistantys l4steles su Y chromosoma,vra spiroplazmos. SR spiroplazmose aptikta pana5iq i virusus daleliq.Manoma, kad br"rtent jos nulentia SR sav.vbg sunaikinti zigotas su Ychromosoma. Mat yra linijq su SR salybe, bet be Siq SR daleliq.

Manoma, kad aktyvns SR lokusai, ddl kuriq Z[va zigotos, turin-cios Y chromosomE, genq inZinerijos metodais gali bfti i5 drozot]losperkelti kitiems g1'r'[nams. Thip galima sukurti, kur tai reikalinga,vien tik moteriSkos lyties linijas.

Nesuderinamumo tipai. Thi dar viena savybd, kuri4 gali lemtiendosimbiontai. NesikryZminimo barjeras yra labai daZnas reiSkinyseukariotq genetikoje. DaZniausiai nesuderinamum4 lemia branduoliogenai. Bet uodo (Cttlex pipiens) 5i sarybe paveldima per citoplazm4.Ju citoplazmoje aptikta riketsiju tipo endosimbiontas. Nustatyta bent17 skirtingq uodo nesuderinamumo tipq, kuriuos lemia skirtingi Siosriketsijos tipai.

3.9.5. Nebranduolinio paveldimumo pasireiSkimo bldai.

\etradicinds genetinds struktlros (prionai, viroidai, supermatricos)

Autonomijos laipsnis. Visais aukSiiau iSnagrinetais atvejais ne-

branduolinis paveldimumas niekuo nesiskyrd nuo branduolinio: ji s4-lygojo paveldimumo medZiaga DNR. Kaip ir virusq, genetine me-diiaga gali buti ir RNR. Jq turi mieliu ir klliu Ustilago kileriniaikamienai.

Siq genetiniq struktfirl] autonomijE lemia:

. jq vieta lqsteldje,

. geb€jimas savaranki5kai sintetinti DNR (arba RNR).

Pagal 5ia antrqj4 sar,ybg yra pladios ribos, bet nd viena i5 nagri-netu struktlrq ndra visi5kai savaranki5ka. Vienos Sios strukt[ros turine tik genus, lemiandius DNR replikacijq, bet ir genus, koduojandiustranskripcij4 (ivairiq RNR sintezg), pirminio transkripto (preRNR)

247

brendima ir t ransl iaci ja (baltyno sintezg). taip pat i r konkrecius po-lipeptidus - termentus arba jq subvicnetus. Tokios yra mitochondri-jos i r chloroplastai . Be to. 5ie organoidai lqsteleje sudaro uZdaraserdves - kompartrnentus. Juos nuo visos kitos lastelds dalies ribojamembranos.

Thdiau ir Sios struktlros ndra visiSkai savaranki5kos. DaZniausiaijos sudarytos i5 balrymq - branduolio genq produktq.

Dziugclis kitq genetiniu strukt[rq, kurios apibldinamos kaip sa-varankiSkos, i5 tikrqju turi tik replikatoriq on. toddl jos tegali inici-juoti savos genetinds medZiagos replikacijq. Jq DNR (arba RNR)replikacijq atlieka branduolio/chromosomq koduojami fermentai.

Branduolinio ir nebranduolinio paveldimumo sqveika ir integra-cija. L4stele - labai darni sistema: nei branduolys be citoplazmos.nei citoplazma be branduolio normaliai veikti negali. Branduolio veik-los produktus panaudoja visos be iSimties nebranduolines genetinesstruktlros, kurioms b[dinga reduplikacija, t. y. padvigubejimas. Bran-duolio genq ltaka nebranduolindms genetinems strukturoms pasireiS-kia labai ivairiai: koduoja suddtines dalislpolimerus, i5 kuriq sudary-tos nebranduolines struktfiros; lcmia struktflru, kurios neturi atitin-kamq genq, genetines medZiagos replikacija ir veiklq (transkripcij4 irtransliacij4); 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 rySys yra abipusis. Per mitochondrijq produktq AIP ir chlo-roplastq lotosintezds produktus veikiamos prakti5kai visos pagrindi-nes branduol io funkci jos. genq ir jq grupiq veikla (Zr. taip pat I I , IVir kt. slq,rius).

Genomas visi ikai arba i5 dal ies negal i normal iai veikt i svet imojecitoplazmoje. Tolimqjq hibridq citoplazmos neatitikimas genome dide-ja i r gal i br i t i stabi lus, toddl Siuo rei5kiniu gal ima paaiSkint i kai kur iuosnebranduolinio paveldimumo afvejus, net ryriSkqji citoplazmini sterilu-mz1 (pvz., sukryZminus skirtingas nakviSos rflSis). Kad genomas neatitin-ka citoplazmos, ypad iSrySkeja suliejant tolimq taksonq somatines IES-tcles. J is pasirciSkia vieno i5 sul ietq genomq el iminavimu. Antai sul ie-jus Zmogaus ir pelcs somatines lEsteles elirninuojzrsi Zmogaus genomas,o Zmogaus ir Zir . rrkes, - Ziurkcs genomas (Zr. p. 413),

Reneris (O. Renner) aptiko grupg ypatingq genu, kuriuos pava-dino citoplazmai jautriais genais.

248

Ep igena i .Ta i l aba i sa r i t ancb randuo l i n i qgene t i n i qs t ruk t | t r qgrufe. Ii pradZiq iias struktilras koduoja branduolio .genai' bet

iejusios I citoplazmq jos tampa savarankiSkomis genetindmis struk-

tliomis. kai furios j.l gafl sanrykinai savarankiskai replikuotis, va-

dinasi' turi ori' ; atrado Sonebornas' Jas pa-

Tokias genetincs strukt[ras plrmasl!

vadino epilenais (gr. epi - Saiial' Thip paveldimi klumpeles (Pa-

,r,,,rrrri,,,ri1"pur"uit-ori tipai ir lqsieles pavir5iniq antigenu serotipai

(2r . 3 .49 Pav.) .Antai pasikeitus sqlygoms, r'ienus serotipus keidia kiti'

Epigenai gali lemti laikin4 nebranduolinl paveldimum4' Neiti-

t;tina buvo tai, kad epigenais gali blti baltymai' Kilg i5 genq'

j iegal ipas ic lary t i tuuut* t iSt t i i rve ik t ika ipdale l6s 'sukel ian-eios' intetccija.

-Sie baltymai vadinami prionais'

prionq (baltyminiq infekciniq daleliq) atradimas. Prignu atradi-

mo istoriia yra ilga ir prasidejo nesitikint ypatingq sensacijq' Susido-

nc taZmogaus l i gaku ru i r uu iu t . i oZkq l i ga , ku r i i r g i ne tu r i l i e t u -viiko pavadinimo sc:rapie (skreipi)' Gal tiktq pavadinimas.."nugrandy-

mas,, (angl . scrctpe). Ilel sutrikusios koordinacijos sergandios a\Ts ar

oZkos ramstosi i medZius ar kitus daiktus' Atrodo' lyg jos inirtingai

kasytusi. Uel totio ramstymosi nusigramdo ju vilna'

"lf 'll3.-19 par'. Paramecium antigenu (serotipo) paveldd'iimas:

1 _ kai ciroplazma neapsikJidiama. t ik mikrobranduoliais (trumpalaikd konjugaci ja);

i t - . ,pr i t ' . i i iama ir ci toplazma l i lgalaike konjugaci ja); A' B - serotipai

B

249

Atkampiojc Naujosios Gvincjos kalnu r ietovejc Forc gcnties Znroncs : ir-{rr ne_pagvdoma l iga. Ja viet iniai vadino kuru. Ligoniams laipsniskai sutr ikclavo koordina-ci ia - vystcsi ataksi ja ir sunvkdavo centr ine nenu sistema. Liea baisdavosi naralr,-ZiLrmi ir mirt imi. Mire daugiausia moterys. Tadiau nustat l ta. iad l ig"a ira r iepodaiplveldima i i motinos ir tg'o puscs. Manyta. kad tai pa\,\ ,zclys genLr. kuriu veiklariboja lyt is. Motcnl i ioje gcntyje susersa iki 50t2. o r,1,,ru t ik t f lZ l i i tai tant mala_mciius berniukus). Vyrai tokiu arr, 'eju yra geno plat intojai.

Gentl jc susidare nenormali padetis pagal lvi iu sanb;ki. Vyrai stengisi migruotii k i tus ra jonus ' Bet k i lo .pavo jus . kad ten j ie to l iau p l i t ins i i i t i n pa io j ing4 gena.Austral i jos valdzia. kuriai priklause i i salos dal is, uzdraude Ftre genties zmonemsmigruoti i r stcngcsi '"-rrus sugr4zint i I gcntics uzimama teri tori ja. iai papikt ino netgenc t ikus . Anta i v ienas .zymiaus iL l g lvu l iq gencr ikos spec ia l i s tu 'Hatas (n e . Hut t )knygo je . .G lvu l iu genc t ika ' ' (136 psr . 1969 m. . o r ig . 1964 m. ) rasc : . . Idomu. a r b t tuimamasi tokiq eugcnikos priemoniq, jeigu (o tai visiskai t ikerina) .<i .utu. i lu oir irastu Sidnejuje ar San Franciske?,,

Tadiau lauki ncmaroni staigmena. Genties morale teko nusivi l t i . Liga uZsikre-i iama neit ikei iausiu bf idu. Gendiai budingas r i tual inis kanibal izmas (tai buvo i t inslepiama). Moterys ir vaikai ragaudavo mirusiojo kuno. Taip bu,,,o ir uzsikrei iama.Genq veiklos yparybcs i ia nickuo dctos.

Kuru buvo vel susidomdta, kai buvo isitikinta, kad labai panaSrsyra Kreitzfeldo-Zakobo (creutzfeldt-Jakob), Gersrmano Srr.irr..io_Seinkerio (Gerstmann-Streussrer-Scheinker) sindromq pozymiai. Ne-seniai atrasta dar viena prionind liga - mirtina seimlne insomniia(paveldima nemiga). Kanibarizmu siomis rigomis susirgusiq zmoniqnegalima ltarti. Pamatuotai manoma, kad ji galima uzs*ikresti suval_gius serganiiq gyvuliq mesos.

. I5 esmes tie patys smegenll polrydiai budingi ir galvijq spongifor_minei encefalopatijai, ir jau minetai aviq bei oztq Iigal"scrapie. ser-gantys gyvuliai tapo bandymq objektais visoms spongiforrnindms en-:.fll:p1l!oms llrti (kuru, Kreitzfelcro-zakobo sindroirai irgi tarp jq).stai kodel Anglijoje naikinami susirgg galvijai ir vengiama"pirtti iio,Salies mesos produktq. Stebina ir is gilios i.nou., aiejusi ismintis irpatirtis - nerasyta taisykle, savotiskas ,,tabu" - nevalgyti kritusiq gy-vulirl mesos.

Nustatyti du itin svarb[s dalykai:

' uzkratas yra bartymas (o ne DNR ar RNR struktfiros):. galima uZsikr€sti valgant m€sq.

UZkrestos buvo beZdZiones, Ziurkenai, peles. pastarieji du gyvu_liukai naudojami prionq tyrimams.

250

A. Zmogaus PrP genas

( P H G G G W G Q ) 5 M l 2 9 V V 1 8 0 I V 2 l 0 l M 2 3 2 RSignalinis\ -/- / ' /

t , \ I-polipeptffir - - :. -l --

lI I f5 l q t A l l 7 v D l 7 8 N \ Q 2 l 7 RP l 0 2 L P l 0 5 L Y t + s t . r u P I q S S l ) o o k

_ * _2 4 5 6 7 8 9

Kartotine seka KZS

B. Prionu atsiradimas(du spejami b[dai)

Normalaus Priono Hetero- Homo-

pavidalo pavidalo dimeras dimeras

1) o - t=-]-l=t-----j'

Normalios formos s4veika su prionuarDa

2) o ,-.-. .-.- ^o rrrt .o_-.! * t. ! : --- !--

Kristalind ,,sdkla"

3.50 pav. PrP genas ir prionq atsiradimas:4 - kartot ine seka lemia Kreitzfeldo-Zakobo sindrom4. Sergandiojo genome, irykus5io segmento deleci jai . iprading pad€ti negriZtama; B'1 - ddl sqveikos normali

forma virsta prionu, i is disoci juoja. 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 encefalopatijas sukeliantys pri-

onai. Sis genas PrP (angl. pion proteine) koduoja pavirSini l4steles

baltym4 glikoprotein4 (apie 28 kDa). Prionas - mutantine 5io bal-

tymo forma. Pav,vko Sio geno mutacijas susieti su mindtais Zmo-

gaus sindromais (3.50 pav., A). Visq auk5diau minetq ligq prieZas-

tis yra alelines to paties PrP geno mutacijos. Antai kartotinds se-

kos, koduojandios 8 aminorfigStis, mutacija yra Ifueitzfeldo-Zakobo

ligos prieZastis. Kiekvien4 Zmogaus lig4 lemia mutacijos ivairiosePrP geno vietose. Mutantiniai baltymai virsta prionais - savaran-

ki5komis infekcindmis dalelemis.

25r

Trys prionq ypatybis yra labai svarbios:

' prionai atsparfls proteazdms, o nclrmalius. nemutantinius prpbalt l ,mus proteazes skaidol

' didZiausi4 pavoiq kclia tai. kad prionrl negalima sunaikintiiprastomis sterilizacijos priemondmis, pvz., ultra'ioletiniais spin-duliais, kuriems itin jautrios nukleor[gstis turiniios infekcinesdalele s. r ' i rusai. Di l s ios pr iezast ies pr ionai gal i is l ikt i antchirurgi ' iq i rankiu. nat,ral iuose Zmogaus augimo hormonoprcp l l ru tu ( )se - r u is tuosc .

' mutantiniai PrP geno koduojami baltymai paverdia normaliusPrP balt,vmus prionais.

Prionq paveldejimas. Infekcijos blclu patekes arba i5 mutantinioPrP baltymo kol kas ne' is iSkai ai5kiu blclu juo tapgs (3.50 pav., B;yra t ik hipotezes) pr ionas sukel ia lvg grandinine reakci jq:

( l ) p r ionas + normalus ba l tvmas + 2 p r iona i .(2) 2 prionai * 2 normalr-rs balt_vmai --; -{ prionai.( -3 ) i r r . t .

Thi irodyta eksperimentais. Sumai(ius normalius prp baltl,mus suprionais, normalls baltyniai virsdavo prionais.

Pirminiams pr ionams ir ts irast i v ien mutaci jos prp gene neuZten-ka. Klonavus PrP genq bakterijoms. prionai nesusidarydivo. prionamsatsirasti reikalingi kazkas tas. kas ncnusratyta ir ka turi eukariotqlqsteles. Mat du pr ionai uRE3 ir pSI surast i mielese. Jie ki lg is k i tqgenq. Pirmasis vra kilgs i5 normalaus geno L,'RE2. kuris koduojabaltyma, skaidanti ureidsukcinata. Si medziaga susidaro r.1'kstant ura-cilo sintezei. Antrasis (PSI) kilgs ii geno .sL/pJj, koduoiindio balw-ma. skar inant j t rans l iac i jos (po l ipepr ido s in tezes) paba igq .

Prioninds ligos ir ateriniq ge-nq sqveika. Gali b[ti, kad prionaikur kas daznesni negu manyta. Siuo metu susiclometa visomis l igo-mis, kurios rystosi laipsniskai. progresuoja. Ta.p potencialiq imogausligq, kuriu progresavimas gali bDti sicjamus tu p.ionais, yra Alheime-r io i r Parkinsono l iqos. Sonind amiotrof ine skleroze (paZeidZiamosnugaros ir pailgosios smegenys), miozitas (raumenr] uZdegimas).

Gcnct ikus domina visos tos l4steles strukturos. kur ios dauginasireduplikacijos b[du, r. y. sugeba padios padvigubcti. Sia sall,gA pri_kiai at i t inka i r cenrr iol is.

centr iolds. Labai misl inga rasrercs srrukr[ra. J i b 'c l inga t ik gyv[-nu lqstelems. UZima centr ing padct i centrosomose. nuo kuriu lastelei

dal i jant is nur ista ivair iu t ipu mikrovamzdel iai . Todel manoma, kad

cenrrioles reikalingos i4stelei dalytis, tadiau augalq ir grybq l4steles

ccntr iolds netur i , o lasteles normal iai pasidal i ja. Del to kartais abe-

jojama centrioliq svarba l4stelems dalytis.

Centrioles sugeba padr,igubeti, nors sudarytos labai paprastai - ii

nrikrovamzdeliu. Dev-vnis kartus po 3 mikrovamzdelius (3.5I pav., A

ir C). Be to, centr iol iq padvigubej imas susi jqs su l4stel iq pasidal i j i -

mu. Jos dalijasi prie5 branduolio dalij imosi pradZi4. Si centrioliq sa-

r1,be labai jdomi, Centrioli padvigubeja savotiSkai. Salia senosios cen-

tr iolds statmenai ja i susidaro nauja centr iole (3.51 pav., B) '

Dukterinds l4stel6s paveldi po vien4 centrosomq su dviem viena

kitai statmenomis centriol€mis. Iki profazds pradZios centrosoma b[-

na 5alia branduolio. Ten ji ir pasidalija i dvi: centriolds atsiskiria

Viena nuo kitos, 5a1ia iq statmenai susidaro po naujq dukterinq cen-

triolg. Padvigubejusios centrosomos juda i prie5ingus galus, inicijuoja

mitozes mikrovamzdeliu susidarymq.

Kai l4stelds pasidalija, dukterindms lqstelems tenka po vien4 cen-

trosom4 su dviem statmenai viena kitai cenrioldmis. Ir vel viskas

kartojasi i5 naujo.

Centriol€s yra puikus paryzdys, kaip i5 genq produktq balty-

mr1 gali savarankiSkai susidaryti sudetingos strukt[ros, be to.

sugebandios reduplikuotis.

--1

A B C.1.51 par. Centr iolds ir iq reprodukci ja:. i - centr ioles S stadi joje, Sal ia stambesnes motinininds centr ioles yra smulkesne

duktcrine centr iole: B - centr ioles meti i fazeje. i5 motinines (subrendusit ls) centr iolds

r ivair ias puscs i isidistq nrikrovamzdeliai (1); C - dumblio Nitel la centr ioles bazal ines

clal ies skcrspj[vis, matl t i mikrovamzdcliu, i5 kuriq sudarytos centr iolds. tr iados (2)

(C - i i F. R. Turner. 19b8)

.*,f: nr.

-t" '!^r"'.r1 &.

' : , '

: t . , . . ' t * ' -

',,!.

$i - , ,,;,".r1'.i1t:i;r f . ; . . . i 1 . ! ; . .

"$ ' l i ' , .

t : .

i: -' -

"v"\ t

' ; ' " :

253

Stebina ir tai. kad sudetinga struktlra susidaro i5 palyginti pa-pra.stu sudetiniq daliu - dvieju balrymq tubulinq cr ir B g.u,tul iu. Da.vicnas tubulinas (y) ir baltymas pericentrinas yra centrioles supaniio_je vadinamojoje pericentrineje meciziagoje. Ji irgi yra centrosomossandaros dalis. Toliau mikrovamzdeliai susidaro ber,eik automatiskai,kaitaliojantis cr ir B tubulinu granuldms. Tik neaisku, kas iuneia mik_rovamzt lc l ius ip luo i rc l ius po 3. po to j ju kompleksa 19x.31.

Genetinds mcdziagos (DNR ar RNR) centriole.se aptikti neparl,ko.,,Lopytos infuzorijos". Tai dar vienas reiikinys, kuris siejamas su

prionais. Pirmuoniu l4steles iioreje 1'ra iiev€ (korteksas). Jis igyjalaikina genetini savarankiikuma, nors neturi nei DNR, nei replikiii-nes RNR. Pirmasis tai nustatd Sonebornas, bet apie 30 metq reiSki-nys buvo pamiritas.

Klumpelei (ParanteciL*i) buvo pasalintas Zieves gabalas ir plysysuZ,lopytas Zievis gabaleliu i5 kitos klumpeles. kurios zieve turejo ki-toki piesini. Lopas ne tik prigijo, bet ir buvo pa'elclimas nell,tinesekartose. Dar isprldingesni buvo bandymai. atlikti su kita infuzorija -trimiteliu (stentor), kurio zie'es piesinys dar ryikiau skiriasi (sche_mati5kai Sie bandymai pavaizduoti 3.52 pav.).

Skirtingai nuo prionrl ir net centrioliq. infuzoriiq zieve yra ne vieno,o daugelio genq produktas. Vadinasi. savarankiSkuma igfa erdvinis bal-rymq i isidesrymas. Siuo atzvirgiu domina ir membra]ior. n., naujosmembranos susidaro ialia senuiq. Membranos lemia funkcine-erdvine

chloroplasto lapo lasteldse, - sudaro proplastides. Thi smulkios (apieI mm ) ivairios formos struktlros, atribotos nuo kitos l4steles da-lies dviem membranomis. Bet tai chloroplasto pradmuo.

O toliau ankst_lvose raidos stadijose pradeda formuotis sudetingavidine chloroplasto sandara (3.53 pav.). fdomu tai . kad susi formavgauk5tesniqjq augalq chloroplastai nesugeba dalytis. Tik Zemesniqjqaugalu (samanu) j ie dal i jasi . Auk5tesniqjq augalq dal i jasi t ik proplas-

tides. bet i5 nriujo chloroplastai neatsiranda.Pana5iai ir mitochondrijos, kurios dauginasi pasidalydamos pusiau

arba pumpuravimosi bldu. Pastaruoju atveju ,,pumpurelio" - promito-

chondrijos vidine sandara stipriai skiriasi nuo subrendusios mitochon-drijos sandaros, bet tai yra mitochondrijos pradmuo.

z-4.. l 'h:rrelc;(( '\.::7 u;/u0ntltiag:t

i

-3 . -52 par . . T r im i td l io (S ten tor l kor teksotransplantaci ja (schcmatinis pavaizdavimas)

254

lqsteles sandarq, i5 jq sudary.tadaugel is lasteles organoidrr.

Ka ip mine ta , supermat r i -cos, membraninds struktr . i ros(lvairiu tipq endoplazminis tik-las, GoldZio r inkl inis komnlek-sas. plast idds. mirochondri jos i rkt.) gaminasi i5 senrl motini-niq struktunJ. rykstant ju re-dupl ikaci jai . Ner ros lqsrelesstruktIros (chloroplastai , mi-tochrondrijos), kurios turi ge-net ing medi iag4, nepradeclanuo nieko. Auealu chloroplas-tu sandara sik los gemale 1,rak i tok ia . negu funkc iona laus

,^-".

o< -i>\

. - \ \' ':,...?." 1 - ', '._ \=>__: :? r ,

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

, lr /

+ + J ' /-*l-

I,,.,,,','':.===-F\--7' - - - -S r .

_:€=-:'i\=_.==rZ

. ixp 1135 i [ ] 6v.-rpr 115135

( i r lL-rr i !1r iarst i rs

3.53 par' . Chloroplasto raida i5 plast idds uZuomazgos ir proplastid€s

,: l'l) \ 1C5i1 l l\)

255

Vadinasi, besidari jani ios lqsteles struktr l ros i isaugo. perduoda nau_joms, dukter inims strukrLrr.nls savo bazine.. pradinisandarq. Toks ge_net inds informaci jos perteikimo bldas ua, inamas sup".mat. ic iniu.

L4stele _ savaranki5kiausia supermatrica.

Ji irgi ruri sa'o bazing r3rdltq, kuri toliau ruturiojosi ivairiomiskryptimis, bet Virchovo (R. Virchow) lg-5g m. tezes

kiekviena l4stele iS l4steles

nenuneige niekas, nors bandvmq b[ta (pvz., l i [dnai pagarsejusi O. Le_peSinskaja).

, Kgp:r - ypat inga simbiozes forma. Neprikrausomai nuo ro. arbotanikai laikvs ias atskiru ripu, ar tik krase, - iic organizmai paver_dimumo atzvirsiu irin jdomui. ni ir-ulio ir grybo limbior., pro_duktas' Susidaio organirmai su stabiliomis- visiskai naujomis sar,ybe-mis' kuriq ncturi nei grybas, nei dumblis. Net u..n.#"e iq sudetis

:ll:ft 1ug, abieiu..tra-e931u.lq ouiiq, jie sugeba sintetinti visi.kainauJas medZiagas (iq priskaii iuojama'i i i :ooi k;; ' ; ; ;"mina neigrybas, nei dumblis , pyz,, sintetini kerpiq rugitis. kurios slopina bak_teril'a.s, todel naudojamos antibiotikams gaminti.

^^_l_lt simbiontq sandara y.o purroui, sivita, nebOdinga kitiems or_ganrzmams. pasrovumg.l.^odl_^ yra kerpiq sistematikal Skiriu,r_,u p..

1?9_g:l,tu., i..ipl:..26_0qg iusiu (rnunornu, kad jq gati brti gerokaidaugrau - iki 40000). Taiiau koi kas kerpes geneti.kai nei.tirtos. Matjos labai l6tai auga' be to, eksperimenti.kai neparyksta gauti kerpesi5 simbioze. tomryllnrrl _ dumbliu ir grybq. Maryr, SiJ organizmaidar atskleis daug nau1a.Viena i iandien nelbejotina ir akivaizdu. kacr visuma siuo atvcjunelygi i4 sudarandiq kompon.ntq rr-ui. Sistema rgy:.^ ,"r;"s saq/-bes,,kuriq neturejo' jq sudaraneior-Ouivr.Kaip roli siekia biologiide lgenetitoie) sios tezes. kor kas nerakaip kiers'biskai ivertin...h;i. riizi""ii,

-ri"[i"'i"r"."r*i1)'iypi rqste_ldje kaip visumoje,

3.10. Genomo tyrimo metodai

3.10.1. Genomo tyrimo metodai ir chromosomq genolapiai

, *? genet ikq popul iar iame Zurnale , ,Tiends in Genet ics,, 1997 m.buvo diskutuo.jama, ar reikia moklrti studentus ..skaiiiuoti iki triiu,,.

256

Tilreta omenyje Morsano bendradarbio Startevanto 191-5 m. sukurtqmetodq genq vietai chromosomoje nustatyt i genet iniu metodu pagalkrosingoverio daZni tarp 3 genu. Kai kuriq diskusijoje pasisakiusiqnuomone, Siuo metu niekas tokiu metodu genq vietos chromosomojenenustatineja, nes yra labai veiksmingq metodtl, todel kam ,,skai-diuoti iki triju"?

Ar i5 tikrqjq nereikia mokytis .,skaidiuoti iki trijq"? Butina. Dauge-lio klasikiniq genetiniu metodq pamat4 sudaro genetiniai rei5kiniai, beto, patys bendriausi. b[dingi daugeliui ar net visiems organizmams.Antai mindtu Startevanto metodu matuojamas krosingoverio daZnis ir

nustatoma genq sankiba. Tiek vienas, tiek kitas rei5kinys btdingas vi-

siems gyviems padarams - nuo virusq iki Zmogaus.Visi genai. esantys vienoje chromosomoje, paveldimi kartu suki-

bQ, t. y. sudaro vien4 sankibos grupg.Jeigu genas pakeidia savo viet4, t . y.

. i5 vienos vietos chromosomoje perneSamas (translokuojamas) ikita,ar i5 vienos nehomologines chromosomos perkeliamas i kit4nehomologing chromosom4,ar apsikeiiiama fragmentais tarp homologiniq chromosomq -

vyksta krosingoveris,

visais atvejais pakinta sukibusiq genq seka.Krosingoverio dainio nustatymas - paprasdiausias ir prieinamiau-

sias bldas aukStesniqjq eukariotq genetinei rekombinacijai kielqrbi5-

kai ivertinti apsikeiciant segmentais tarp homologiniq chromosomq.Pana5us i krosingoveri keitimasis segmentais lyksta visose orga-

nizmq grupdse, tarp jq ir virusq (Zr. VIII sk.). Visi Sie reiSkiniai

smulkiau nagrinejami B ir C dalyse.

Linijiniq genetiniq struktfirq genolapis vaizduojamas linija. Jojepateikiama papildomu svarbiq Ziniq apie chromosomos sandar4: cen-tromeros vieta, telomeriniai galai , sEsmaukos, chromosomq mutaci-jos. Visa chromosoma suskirstoma segmentais ir numeruojama. Thiplengviau nurodyti geno, chromosomq mutaciju, kartotiniq sekq san-kaupq ir kt. viet4 chromosomoje.

Zlediniq DNR molekuliq genolapis yra Ziedinis. Jame pateikia-

mos Zinios apie replikacijos pradLi4 @ri), judriuosius genomo ele-

mentus, o genetiniq struktDrq, kurios isiterpia i chromosom4 ar per-

neiamos i5 vienos lasteles i kita. nurodomos ir atitinkamos sekos:

257

gtt , t ro i r pan. Su kel iq tokiu genet iniu stmktDrU - mitochondri ju.plazmidZiu genolapiais jau buvo proqos susipaZint i .

Chromosomu genolapiai - tai grafi5kai pavaizduota chromo-somos genetind sandara - genai, jq sekos ir atstumai.

Drozofilos genetiniai genolapiai. Morganui pirmajam kilo mintis,kad krosingoverio daZnis yra tiesiog proporcingas atsrumui tarp ge-nq. Tiriant krosingoveri tarp gen4 A(a) ir B(b). fiksuojama bet kokiakaita tarp Siq genq. nesvarbu kurioje chromosomos vietoje tai b[ tuirykg. Kuo didesnis atstumas tarp genl l A(a) i r B(h). tuo didesnekrosingoverio t ik imybe:

AB

m arbaa h

Cia X galimos keitimosi vietos, chiazmai tarp homologiniq chromo-somu.

I5 pradZiq nustatoma sankibos grupd. Visi sukibg genai yra tojepadioje chromosomoje. PavyzdZiui, jeigu iSaiikinama. kad drozofilosgenas Bar paveldimas. sukibes su genu camatiott. tai iie genai yratoje padioje chromosomoje. Norint konkreiiai nusraryri, kurioje iS .1drozofilos chromosomu yra genas. kiekvienoje ju turi blti bent po2-3 gcnetinius z,vrneklius. Paprastai tai dominuojanfvs genai. kuriqpave ldc j imq nesunku nus ta ty t i .

Thrkime, kad pirm4 chromosom1 zymi genas l, antrq - B,tredi4 - C, ketvir tq - D. Jeigu t i r iamasis genas E sukibgs su,4,tai jis yra pirmojoje (t. y. X) chromosomojc.

Geno vieta chrornosomoje i r atstumas nuo ki tq genl1 nustatominuosekliai iStyrus krosingoverio daZni tarp trijq genq. Par.yzdZiui, jei-gu krosingoverio daZnis tarp genll A ir B yra 7.17c, galima teigti,kad atstumas tarp Siu genq lygus 7.1olr . Tarkime, kad krosingoveriodaZrr is tarp genu B ir C yra 3,2o/c,. Suprantama, kad genas C yraari iau geno B nr-gu genas A, bet geno C paclet is yra neaiSki: j is gal ib[ti per 3,2o/r: i de5ing arba i kaire nuo taiko B:

?

_3.2_ B _3 .2_ C2

Geno C padi i ia i A i r B atzvi lgiu pat iksl int i t i r iamas krosingove-rio daZnis tarp A ir C. Jeigu jis lygus 4,09"c. tai genas C yra tarp Air .8. nes

4 . 0 c / o * 3 , 2 c L = 1 , l V c

Galutine genq seka ACB, ir visada atstumai tarp genq krosingo-r e r i o v i e n e t a i s s u m u o i a m i :

A-B+B.C+C_D+D-E. . .

Taip sumuojant galima gauti iki keliq Simtq procentq * priklau-somai nuo chromosomos ilgio. Antai III drozofilos chromosomos il-gis 106,292, ir tiesiogiai nustatyti atstum4 tarp labiausiai nutolusiqSioje chromosomoje gew4 Miru$e (smulkls, trumpesni Sereliai) ir roug'/ioid (Siurk5tokos, nelygiu paviriiumi akys) negalima.

Rekombinacijos daZnis 0.01 (skaidiuojant nuo visumos - 1,00),arba lc/c (skaidiuojant nuo 1007o) vadinamas centimorgana. ZymimacM Morgano garbci .

Maksimalus atstumas tarp t i r iamq genq netur i bl t i d idesnis kaip25% (krosingoverio dainis nc didesnis kaip 50oZ). nes didesnis atro-dytu, l1,g genai butu nesukibg - skirtingose. nehomologindse chromo-somose.

Krosingoveris tiriamas tarp gana artimu, nenutolusitl genq. Ben-dras jo procentas beveik atitinka atskiros chromosomos ilgi. Ilgiausiqdrozofilos II ir III chromosomq ilgis krosingoverio vienetais atitinka-mai yra 107,0 ir 106.2c/c. tuo tarpu mazyteje IV chromosomoje visigenai susitelkg vienoje vietoje nc vien del to, kad 5i chromosomamala, bet ir todel. kad joje krosingoveris ner,yksta (jai b[dinga va-dinamoji achiazmind mejoz6.

{vairiu organizmq rekombinacija gali rykti skirtingai, tai ir jq

genolapiai sudaromi ivairiais bldais, priklausaniizris nuo rekombi-nacijos budo. Antai bakterijq chromosomos genolapis sudaromaspagal laik4, pcr kuri ivairDs genai pereina konjugaciniu tilteliu (Zr.8.2 pav.) i5 vienos l4steles i k i t4. Nustatant genu viet4 Siuo me-todu. a ts tumas ta rp gcnu matuo jamas la iko r ieneta is - m inu tdmisir sekundcmis (Zr. p. 5a1). Be to, bakterijq yra keli rekombinaci-jos bldai: transformacijos, transdukcijos, seksdukcijos. Ir 5iais, skir-tingais budais sudaromi genolapiai. Drozofilos genolapiai irgi buvosudaryt i skir t ingais budais.

AB

XXXXa b

?

C1

2-58

A _4 ,0 _

259

--_=-- Dls12 ---

250 : - D lS14_ t 5O-_-\\- o1src-G-- 91911----/,//=

\- rsHB/NereJ//r,/,/lE-\.L

DlS13- - D lZ5

- - - L

_- cR1/CRz/DAF- 01s70_400_- Daai'i 300

d

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

D1s'tozJl450 ,/ f- 01S08 --J-J lI 50 / r - D1S6E-

' l

II

cq -/

moters molekul in ia i2ymekliai D

1 3

ti1'l

, t2

23

u

431

BA B C-

!42

a

2m

250

3.54 par. Zmogaus l-osios chromo-somos genet in is i r f i z in is geno-lapiai:Kaircjc: l -oj i chromosoma - dife-renc in is daZvmas, deSine je - 5o-nuose genet in ia i , r idun je - f i z in isgeno lap ia i . cM - cen t imorganos ldel nevienodo krosingoverio daZniomoters (daZnesnis) - \ \ ,ro (rctes-n i s ) g c n c t i n i q g e n o l a p i u a t s t u m a isk i r t ing i

Citologiniai genolapiai .Reikejo sudaryti drozofilosgenolapius kitais bldais, netik pagal krosingoverio daZ-ni . Mat jo daZnis pr ik lausonuo ivairiU genomo sandarosypatybiq (centromeros, chro-mosomq mutaciju), fiziologi-niq-genetiniq (rekombinaci-jos genu mutaci jq. senej imo.lyties) ir aplinkos (metalq jo-nq k iek io , tempera turos)veiksniq. Drozofilos patine-liuose krosingoveris apskritaine\yksta. Zmogaus, kaip irpeliq, daugelyje chronloso-mos segmentq (bet ne visuo-s e ! ) k r o s i n g o v e r i o d a Z n i smoteri5koje lytyje yra dides-nis negu lyri5koje. Rekom-binaci ja 2mogaus ovocituosev,vksta beveik dvigubai daZ-niau negu spermatocituose.Todel motenl chromosomqgenolapiai. sudaryti krosingo-verio metodu, yra apie 40Voi lgesni, atstumai tarp genqd idesn i (3 .54 pav . ) . An ta i

a b cA

Todel ir ieikoma individq sutol iau - jq mejoze, chromosomq

ABO kraujo grupiq genas yra sukibgs su nagq-girneles sindromogenu. Moterq kariotipe atstumas tarp Siq lokusq nustatomas 14 cM,r.vrq kariot ipe - t ik 8 cM.

Labai palankiai buvo ivertintas rusq kilmes genetiko DobZanskio(Th. Dobzhans$). dirbusio tuo metu Morgano laboratorijoje, 1928 m.surastas b[das sudaryti citologinius chromosomq genolapius. Pritaiky-tos chromosomrl mutacijos - translokacijos. Buvo tiriamos drozofilos,kuriq kariotipe chromosomos segmentas i5 vienos chromosomos buvoperkeltas (translokuotas) i kitq nehomologing chromosomq. Del tran-slokaciju susidaro naujos sankibos grupds, kurios nustatomos tiriantgenq sankib4 analizuojaniiaisiais kryZminimais (heterozigota kryZmi-nama su recesyviqja homozigotine linija, Lr. p. 592). Analizuojandiai-siais kryZminimais tiriamas ir krosingoverio daZnis.

CitologiSkai aptinkamas translokuotas segmentas, iSmatuojamasjo ilgis. I5 genq sankibos analizds ai5kts ir genai, kurie buvo per-kelti su Siuo segmentu. Siuo metu translokacijos ir vertinamos delatsiradusiq naujq sukibusiq genq deriniq, kaupiamos jq kolekcijosQr. p. a3l.

Delecijq metodas. Chromosomoms kartografuoti dalniau naudo-jamas kitas chromosomq mutacijq tipas - delecijos. Be to, BridZesas(C. B.Bridges) ir Painteris (T. S.Painter) chromosomq mutacijomsaptikti pasinaudojo drozofilos politeninemis chromosomomis, kurioselengvai aptinkamos ir labai maZos delecijos.

Kaip jau ne kart4 mineta, delecijos aptinkamos genetiniais ir ci-togenetiniais metodais. Jas, kaip ir kitas chromosomq mutacijas, ga-lima sukelti jonizuojandiais spinduliais. ApSvitinami hibridai, kuriqvienoje homologineje chromosomoje yra dominuojantys, o kitoje -recesyvieji genai. Normaliai fenotipe turetq pasireikSti dominuojanty-sis genas. Tadiau, kai iryksta delecija segmento, kuriame yra domi-nuojanflsis genas, recesp'usis- genas nera stelbiamas ir pasirei5kia(yra hemizigotineje b[kleje). Zemiau pavaizduotu aweju hemizigoti-neje blkleje -vra b genas:

___, ----|AC,_=________.,a ( . Q c

recesyviaisiais pozymiais. Jie tiriamikonjugacija.

*-z- D1J- D1

1-oj i chromosoma

260 261

Jeigu recesyvusis genas pasirei5ke tikrai del delecijos, - mejozeszigotenoje-pachitenoje, kai homologinds chromosomos konjugavusios,nepakitusioje chromosomoje matoma kilpa:

Pagal fenotip4 nustatomas genas, o pagal kilp4 - Sio genovieta chromosomoje.

Drozofilos homologinis chromosomos konjuguoja ir somatinesel4stelese. Tai budinga ir sei l iq l iaukq lqsteldms, kur iose yra labaistambios politeninds chromosomos. Jose matyti ir labai nedideli chro-mosomq sandaros pokydiai.

Palyginus genetiniq ir citologiniq chromosomq genolapius, pa-ai5kejo, kad genq seka, nustatoma skirtingais metodais, su-tampa. Skiriasi tik atstumai tarp genq.

3.10.2. Zmogaus chromosomq kartografavimas. Restrikciniai genolapiai

Zmogaus genq katalogai. Diplomatiniais sumetimais Zmogaus kar-tografuotq genq skaidius daZnai nenurodomas, nes visada yra pavojusnurodyti netikslius duomenis: Sis skaidius spardiai keiiiasi, dideja tie-siog dienomis. Vadovaujamasi amerikiedio Makjusiko (V.A. McKusick)leidZiamais genq katalogais (1994 m. buvo jau 1l-oj i la ida). Siame ka-taloge registruojamos ir paveldimosios Zmogaus ligos.

1995 m. apie 3400 genq buvo kartografuoti autosomose (nely-tinise chromosomose), X chromosomoje apie 285 ir Y chromoso-mos nepseudoautosomineje dalyje (holandriniq) - 23. Genq sanki-bos analizes metodais buvo nustatyta apie 20Vc genq, chromosomumutacijq tyrimais - tik apie 5Vo genu, vieta, bct i 5i skaidiq ieinatokie svarb[s genai kaip Rb, p']r, kurie yra antionkogenai. ir jrlmutaci jos lemia veZi.

Apie pusg visq Zmogaus genq kartografuota somatiniq l4stelighibridizacijos metodu.

/.Dl

Somatiniq l4steliq hibridizacijos metodas. Somatines lqstelds su-liejamos apardZius arba visi5kai suardZius l4steles apvalkalell Sende-jaus viruso galvuiiu preparatu, fermentais ar polietilenglikoliu (Zr.p. a12). Thdiau sul iejus tol imq organizmq l4steles, v ieno i5 genomqchromosomos eliminuojasi. Thi lyksta tam tikra kryptimi, kurios prie-2astis 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 ge-

nas. Bc to, chromosomq eliminacijos krypti galima valdyti: to orga-nizmo, kurio chromosomq eliminacij4 norima sukelti, somatinds 14s-tclcs ap5vitinamos jonizuojandiais arba ultravioletiniais spinduliais. Ta-da. pvz., ap5vitinus peles l4steles, eliminuojasi ne Zmogaus, o peleschromosomos.

Tyrimams lengviau pasirinkti reikiamq genotipq eksperimentiniussrrruliukus, toddl kaupiamos ir saugomos jq genetines kolekcijos.

Pirmasis Zmogaus genas, kurio sankibos grupe buvo nustatyta to-kiu bldu. buvo timidinkinazds. Peliq linija (TK-) nesintetino Sio fer-mento. LK lqsteles lengva atskirti nuo IK* l4steliq, kurios sintetinatimidinkinaze. Peliq, kuriq genotipas buvo IrK-, l4steles neaugo se-lektyvioje (atranka atliekandioje) terpeje, kurioje buvo trijq medZia-gq - hipoksantino, aminopterino ir timidino mi5inys (vadinamoji HATterpe). Visos IrK- l4steles tokioje terpeje Zudavo.

Suliejus Zmogaus somatines IK* l4steles su pelds IiK lqstelemis,kaip paprastai, ryko Zmogaus chromosomq eliminacija, tadiau kaikurios peliu l4steliq kultlros augo selekff/ioje HAT terpeje:

,,2--\ +

rq-

,:. tgo 2 3 savaidrq ZS qS_f genSmgl :-.-

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

Jr

il;1illj3,''"'ffi,Selek t ] \ i te rp il r ipoksant inas aminopter i r r r . -

t r 'F

/-timidinas

l?\.,,,

.uiJX"'

Pasirodo, pavienes Zmogaus chromosomosvadinamieji asimetriniai hibridai.

l7-o j i chromosomai5liko (+17)

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

L4stele gynrena ir dali jasr

gali iSlikti. Gaunami

/.oJ

Tirigi po chromosomq eliminacijos susidare l4steliq klonat - asi-metriniai hibridai, ir HAT terpeje gy,'os liko tik tos lqsteles. ku-ricrs turdjo l7-qq Zmogaus chromosom4. Vadinasi, TK* genas yraI 7-ojojc chromosomojc.

I-1'giai taip pat buvo sul ietos somatincs Zmogaus lasteles. gal indios sintct int igl iukozo-6-fosfatdehidrogenazg (G6PD') su pclds Ci6PD l lstclemis. Siuo bandymupasit ikr inta. ar tuo metodu teisingai nustatoma genu sankiba. Mat iS anksto buvoZinoma, kad G6PD* genas yra Zmosaus X chromosomoje taigi G6PD- yra ..sukibes"su l i r t imi. Vyrai. kuriq lqstelese sintet inanta maZai C6PD. serga l iga. r 'adinama fa-bizmu. Ligos pavadinimas rodo. kad tokie 2mones gal i apsinuodvti nesunokusiomispupomis (Vicia . faba). . I iems pavoj inga nct vaikidiot i po 4'dindiu pupu lauka. taippat gal i pakcnkti kai kurie vaistai: sulfamidiniai preparatai. barbit lratai. Nesintet i-nantiems fermento Zmonims visi Sie veiksniai sukel ia maZakraujyste.

Suliejus Zmogirus G6PD. ir peles G6PD l4steles. gl iukozo-6-fosfatdehidrogena-zes sinteze r,yko t ik tose lqstel iu asimetriniq hibridq kult [rose. kuriose buvo i5l ikusiZmogaus X chromosoma.

FISH. Molekulinds DNR hibridizacijos ant citologiniq preparatqmetodas. Reikia dar kart4 priminti 5i DNR-DNR arba DNR-RNRhibr idizaci jos metodq. Pakelus temperat[rE, DNR,, lydosi"- atsiskir iaviena nuo ki tos DNR grandines, i r jos gal i jungt is su homologinesDNR komplementariomis grandinemis-sekomis arba su RNR. Si kom-plementariai jungiasi su ta grandine ir tik su ta vieta. nuo kurios 5iRNR buvo sintetinta, t. y. kur yra Sios RNR genas.

Sujungus DNR-RNR ant citologiniq chromosomq preparatLlin situ (buvimo vietoje), galima nustatyti ne tik chromosomq,bet ir chromosomos vietq, kur yra tiriamasis genas.

Siuo metodu genai nustatyti 1972 m. Hibridizacijai in sittr naudotaZymetoji radioaktyviuoju izotopu hemoglobino mRNR. Deja. i5sklrustai, kad 5i mRNR jungdsi su dviem chromosomomis, visa kita (t. y.kokios i5 tikrqjq yra chromosomos) buvo neteisingai nustafvta.

Vis delto tai buvo pamatas atsirasti ivairiems DNR hibridizacijosant citologiniq preparatq metodams, kuriais naudojamasi lvairiais tiks-lais. daZniausiai geno vietai, sandarai, alelinems mutacijoms nustaty-ti. Naudojami molekuliniai zondai, bet jie aptinkami ne Zymint ra-dioizotopais, o fluorescenciniais daZais, todel metodas buvo pavadin-tas FISH (angl. fluorescence in situ hvbfidization). (Besidominriemsgiliau: ivairios 5io metodo variacijos ddstomos J. Lazutkos ,,Moleku-l ineje ci togenet ikoje", 1998).

/-o+

Dar kartq restriktaz6s. Prisiminkime YAC mieliu dirbtiniq chro-mosomq konstravim4 Qr. p. 173). Ten restriktazis naudotos klonuo-jamajam DNR segmentui iterpti ir Zieding DNR paversti l inijine struk-t[ra. Restriktaziq paZinimo vietos yra kiekviename natlraliame arbadirbtiniame (pvz., minetoje plaznrideje pBR 322, ir. 3.48 pav.) vek-tor iuje.

Naudojamasi Siq endonukleaziq salybe specifi5kai paZinti ir kirptiDNR trumputdse palindrominese sekose. Pvz., dalnai vartojama re-striktazd ii E. coli - EcoRI kerpa DNR taip:

kirpimo vieta

I5 ' - - G A - A - T - T - C - - 3 ' . - p u Z i n i m o v i e t a

- -C-T-T--{-A-G- -

I t kirpimo victakirpimas I

5'- - G- -A-A-T-T-C- -

I- _ C-T_T_A_A_

| + lipniis galai kirpimo vietoje

-G- -

Nors restriktazds yra specifiniai bakterijq fermentai, bet jie vie-nodai paZlsta ir kerpa tas pacias bet kurio organizmo DNR sekas.Tuo ir naudojamasi klonuojant DNR segmentus, gaunant rekombi-nacines DNR.

DNR karpymas restriktazemis praverte ir kitiems tikslams:

. sudarant restrikcinius genolapius ir panaudojant restrikcijos vie-tas kaip molekulinius zymcklius;

. tiriant populiacijq ir genu polimorfizm4;o nustatant genetinq asmens tapatybg vadinamuoju pirstq atspau-

dq metodu: tai svarbu teismo medicinoje;. nustatant asmenis su mutantiniais genais, sqlygojandiais pavel-

dimas ligas. Tai svarbu medicininei-genetinei konsultacijai ir pre-natalinei diagnostikai.

Restrikciniai genolapiai. Siuo aweju pavadinimas neatitinka es-mes. nes chromosomose linijiSkai kartografuojami ne genai, o restrik-taziq palinimo vietos. DNR skaidoma ivairiomis restriktazdmis. Pa-grindinis uZdavinys surikiuoti teisinga seka fragmentus, nustatomus elek-troforezi5kai. Tai atliekama ivairiais budais. DaZniausiai pirmiausia

265

DNRsuskaidonra ls tambiusSegmentusc lv iemski r t ingomisrest r ik ta-;"*t, paskui gautieji t"gn.ttntui dar kartq.sy\a+omt' sukeiiiant re-

striktazes. eagat tai' k;ii sukarpyti tokiu btdu segmentai uZdengia

vienas kit4, nustatoma jq iisidestymo seka'

Molekuliniai zymef<iiai fiziniuose chromosomu genolapiuose zy-

n l im iDra ide (Z r ' 3 . . 54pav . ) .Res t r i k tazdspaZ in imc lv ie to jega l i i l y k t i*.,tu.i3u, ir toje vietoje re'striktaze PIR

nekerpa' todel. gaunamos

dvi alternatyvos. lsitikinta, kad molekuliniai Zymekliai irgi paveldimi

pagal Mendelio iesnius' 'Sia

jq sav-vbe ir naudojamasi mutantiniam

Zmogaus genui susekti'

3.10.3 Genomo bibliotekos' DNR sekvenavimas

Genomo tribtiotekos - klonuotq genomo fragmentq rinkinys'

atstovaujantis visam genomui'

DNR fragmentai klonuojami i fagu' plazmidZiq arba Y"lC !Tl:t]:

dirbtiniu chromosomq) vekiorius. Fa,gq vektorius papra.sdiau saugotl

uZsaldytus, bet del Juugetio priezasdiq, kuriu viena - didesnis talpis,

Zinauotiq genomo bibliotekoie pirrncnybe teikiama YAC'

Bilr l iotekos dvdis priklauso nuo genomo dydZio:

E. t :r t l i g"t lon,o, sutelpa apic i500 klt lnuotq fragmentq'

miel iu - aPic '{600 fragmentq'

r lrozo[i los - apie 5t)000 fragmcntq'

Zmoqaus - apic 500-8{10 ttkstani iq fragmentq'

Bibliotekos Yra dviejq tiPq:

' genomo arba chromosomq: jose saugt lmi t iesiogiai k lonuot i

chromosomos fragmentai '. kDNR (arba cDNR) - saugomos DNR kopijos, gautos sinteti-

nant DNR nuo mRNR (nauclojant atvirkStinq transkriptazg)'

T a i k o n k r c d i o s e l 4 s t e l d s e a r b a a u d i n i u o s e v e i k i a n i i q ( e k s p r e -suojamq) genq bibliotekos'

K a i p i r k i e k v i e n o j e b i b l i o t e k o j e j g e n o m o b i b l i o t e k o j e t u r i b f l t iNarka, ka<l reikiamu momentu gili.u biitq pasinaudoti reikalingu

bXn ttonu. Si Warka nustatoma sudarant STS (angl. sequence tagflet

266

sirc) genolapius' Tai dar vienas atvejis' kaip ir restrikciniq genolapitl'

kur tcrmina, g.no'up" neatspindi tt*tt' nes kartografuojami ne ge-

nai. o klonuoti iraginentai' Veikiama,.panaiiai' kaip ir sudarant re-

strikcijos paZinimo;tttq tt""t;*' Kfn''1 seka nu-statoma pagal tai'

kurie klonai dcngia uienis kit4 (yra sanklotiniai' 3'55 pav')'

STS sekzt nustatoma trumpais (apie 500 bp) Zinomos - sekos

DNR segmentais' Iai atlickami Sat'terno blotingo metodu' Si me-

toclq 1975 *. pntiii^ Suutttnu' (E M Southern)' Sauterno blotin-

eas (angl. llo! -.;;!td' ;"19nti-tv.^11re rasalu)' nudziovinti sugeria-

rnuoju poplerlumr,1' Pastaroji prasme' matlt' labiausiai atitinka es-

mg, nes restriktazemit "t"tittilyi

-vienagrandZiai DNR fragmentat

poe lek t ro fo rezes ta lp inan r i . an tn i t roce " l i u l i ozdsa rbaan tna i l onofiltro. Ten lie surisami pagai jq. sanlirking pacletl. Fragmentai pa-

Zistami raclioaktyviuoju arba kitokiu UuOu'zymetuoju zondu' su ku-

ti"" il. komplernentariai iungiasi'

YAC klonai

I

2

3

4

5

6

YACkaitnwYstes(angl. corr l ig) I

nustal)4nas 7

STS tvrimai molekul iniais zondais

B C D i

r r i

_ + r r - i

I STS seka

C B

Ia--.J

I-...l

s#{-

+

+

3 .55tr-iu

pav. STS genolaPio sudarymas:

liC ffnnu iidestymas scnomo bibliotekoje

261

Sukurt i pzrna5i ls mctodai RNR ir pol ipept idams paZint i . Linkgpajuokauti tyrinetojai metod4 RNR aptikti pavadino Norterno blo-t ingu (angl. r torthent - Siaurinis. Siaurds, po Southem, i ivertus pavar-dg, reik5tq pietinis, pietq). Atitinkamai .,isisilbavus", imunocheminismetodas polipeptidams aptikti pavadintas Vesterno blotingu (angl.western - vakarietiSkas, vakaru). Pastaruoju metodu polipeptidas ap-tinkamas labai maiais kiekiais. gali b[ti - net ii pavienes lasteles.

DNR sekvenavimas. Nukleotidu sekai nustatyri DNR karpomarestriktaz6mis, ir nukleotidq seka nustatoma 100-200 nukleotidq il-gio vienagrandZiuose fragmentuose. Sekv-enuojant antrqjq DNR gran-ding, patikrinama, ar pirmoji grandine yra sek-enuota teisingai.

Siuo metu yra trys pagrindiniai DNR sekvenavimo metodai:

. Maksamo-Gilberto cheminis metodas,

. Sengerio fermentinis, arba dideoksi, metodas,

. automatinis metodas.

Amerikieditl Maksamo (A. Maxam) ir Gilberto (W. Gilbert) me-todu DNR fragmentas specifiSkai kiekvienam nukleotidui suskaido-mas cheminiu b[du. Suskaidytq fragmentq galai fiksuojami (y-P3r)ATP, kuri prijungia minetasis fermentas polinukleotidkinaze. Ketu-riais bDdais suskaidyti fragmentai frakcionuojami elektroforeziSkai.Kiekvienu bldu - atskirai. Zymetieji fragmenrai radioautografuojamiir skaitomi (3.56 pav., de5ine).

Sengerio metodas. Anglq mokslininko Sengerio (E Sanger) meto-das vra popul iaresnis, juo daZniau naudojamasi. SekvenuojamasisDNR fragmentas suskaidomas I maZesnius fragmentus. Prie klonuo-tu vienagrandZiq segmentq 3' galo prijungiamas pradmuo. zvmetasradioaktyviuoju izotopu arba fluorochromu. pvz.:

3'_ AACA - GATGTAATC_s'5'_ TTGT _21'm6tasis pradmuo

I reakcijos mi5ini dedama:+DNR l po l imeraze.+dATP, dCTB dlTP, dGTP+nedidcl iais kiekiais (1:4 palyginti su dNTp) po vien4 kuri iS

keturiq dideoksinukleozidtrifosfatq: ddATB ddCTB ddTTB ddcTp

268

G

T

T

C

G

c

T

c

3. Fragmentq elektroforeze ir sekos nustalymas

3.56 pav. Dviejq DNR sekvenavimo bfidq palyginintas:

kairdje - fermentinis, de5ineje - Maksamo-Gilberto

R e k o m b i n a n l i n ep i a z m i d e

_ K OOUOIa

, 4 D l . l R s e k a

3)X",5e,qo "ccc, AF{oI

1. T i r iamos ios DNR sekos k lonav imas l p lazmidq

1 d A - o 1 - oJ \ e l p o - e a z e l d G - P

' o l . : - PI

ddGTP ddATP ddTTP ddCTP

c c1 . a

i : o ) o ,. ' -

* C T A C G C A T T A d d c

* C T A C G C A T T d d A

* C T A C G C A T d d T

* C T A C G C A d d T

' * c T A C G C d d A

- c T A c G d d c

* c T A C d d c

* c T A d d c

* c T d d A

* cddT

* ddc

2 Spec i f ind DNR s in lezds te rmrnacr lad ideoks inuk leo t ida is

T a

r 2 3 4 5 6 7 I 9 1 0 i l 1 2 1 3 1 4 1 5 1 6' :

T A G T C G C A G T A C C G T AA T C A G C G T C A T G G C A T

;1. T i r iamoj i DNR seka

a,o

2. DNR Zymejimas

o3. Vienagrandis segmentas

a 3G ^

O - - ' " " , - - ' - - "

O YG

o ' l - ' "4. Specifiniai trDkiai konkretaus nukleotido(dia - G) vielose

art(Es9|.qK] c) <} i=>

l I L G , . , , G r, I r . - ' l 1 ' ' - " 1l a { i { , {

, t ' '. . . . , . : , ,' 6 ' G , A r : 6 c

r l l lt t t lv _ v v vTG

TG

r GcT

. G

L

I

5. Ke lu r i reakc in ia i m is in ia i su spec i f in ia isfragmentais ir jq elektroforeze

269

--

I ( v iso paruoi iami 4 reakci ju mi i in iai . kur iu kiekvicname yra po

skirtingq cidNTP.DNR I polimeraze prijungia nukleozidtrifosfatus, bet retkariiais

pasitaikant is at i t inkamas ddNTP irgi pr i jungiamas. Ten. kur j is pr i -jungiamas, tolcsnd antrosicts DNR grandinds sintezd nutrlksta. Susi-

daro ivairaus ilgio fragmentu mi5invs. kuris tirianlas elektroforezi(-

kai. Kiekr,ieno reakcijos miiinio (su ddGTP. arba ddATP. arba ddTTP,

arba ddCTP) - atskirai. Po to nuo radioautogramos arba fluorogra-

mos tereikia nuskaityt i nukleot idq sekq (3.65 pav., kaire).

Automatiniai DNR sekvenatoriai yra juos gaminaniiq firmq pa-

slaptis. Bazes imimos fluorochromu (-ais), kiekviena bazd: turi savas

spalvas. Pvz., Lymint A - Zalia, T - raudona, C - mdlyna. G - juoda.

Automatinis analizatorius uZraSo spalvq sugdrimo maksimumus (vir-5[nes), o at i t inkama kompiuter ind i ranga anal izuoja i r uZra5o nukle-

ot idq sek4.Pastaruojr.r metu DNR sekvenavimas, kaip mineta, tobulija: pvz',

elektroforeziikai tiriami dideli DNR fragmentai, o tai labai paspar-

t ino total ini Zmogaus genomo 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 speciali-

zuotos. diferencijuotos. DaZnai tai sr.rsijq su vieno baltymo sinteze.

PavyzdZiui. raumens lastelese sintetinasi miozinas, kuris lemia pa-

lr inding l iy lastel iq funkci j4 susi traukt i , o er i t roci tuose yra hemog-

lol . inas, del to ( ios lasteles perne5a O. i r CO.. Raumens l4stelese

nira hemoglobino, o er i t roci tuose - miozino, nors kamienines jq

lasteles tur i genet ing informaci j4 Siems baltymams sintet int i . Ekspe-

rimenti5kai paryko i5 l4stelit1. kurios taptll raumens l4steldmis, i5au-

sinti eritrocitus, ir atvirkiciai. Kamienindse raumL-ns lqsteldse yra veik-

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 moks-

l in inkai Zakobas (F. Jacob) i r Mono (J. Monod) '

Pracliitr didelio pasisekimo nezadejo. Mono susidomdjo Escheri'

clia coli prisitaikvmu (aclaptacija) perdirbti laktozg, ivairius galakto-

ziclus. Paaiskejo. kad fermentq. kurie skaido laktozq i galaktozq ir

gliukozg, sintezd qrksta 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 Zino-

mi du :p-galaktozidaz6 ir p-galaktozidpermeazd'

Vdliau 5i4 balt,vmu grupg papilde dar vienas fermentas B-galak-

tozidtransacet i lazd, bet tai operonui atrast i reik imds neturf io.

Kiekvien4 baltymq koduoja genas, o kiekvieno geno galima gauti

mutacijas, kurios visiskai slopintq geno veiklq. Tokiq mutacijq paies-

komis ir uZsieme Zakobas. Jis gavo ne tik mutacijas. kurios slclpina,

pvz., p-galaktozidazes arba B-galaktozidpermeazes sintezg, bet i r mu-

tantus. kuriuose vienu kartu nuslopinta abiejq fermenttl sintezi. Ge-

netikas pasakl,ttt, kad tai dvigubas mutantas' t' y' mutacija ii 'yko

abiejuose genuose: koduojandiame ir B-galaktozidazg, ir B-galakto-

zidpert-ueaze.

2'7 |

Taiiau sudomino neiprastas reiSkin1,s. E. coli vieno geno mutacija

r,,yksta l0-' daZniu, taigi dvigubo mutanto tikimybe turdtq bDti lygipavicniq genq mutavinio t ik imybiq sandaugai:

1 0 r ' 1 0 I = 1 0 I r .

Ti.ro tarpu iios ,.dvigubos" mutacijos, kurias gavo Zakobas. irgiatsirasdavo iffr daZniu lyg bDtq vieno geno mlrtacija.

Laimd, Zakobas buvo i5 tq mokslininku, kurie q're F plazmidg iri5ai5kino bakteriju poravimosi tipq F*, F-. Hfr prigimti. Be to, jissurzrdo budq. kaip nustatyti E. coli genq viet4 chromosomoje. Si me-tod4 Zakobas ir pritaike gautq laktozis metabolizmo mutantq vietainustatyti. PaaiSkejo, kad

. genai, kurie lemia konkreiiq baltymq sintezg. buvo vienas Saliaki to;

. Salia jq buvo dar vienas, atskiras genas (tiksliau, nukleotidqseka, kuri4 netiktrl vadinti genu, bet tai paaiSkejo vdliau), ku-rio mutacija nutraukdavo abiejq fermentus koduojanciq genqveikl4;

. aptiktas dar vienas genas, kurio mutircija irgi nutraukdavo abiejqfermentr l s intezg. Sis genas buvo nutoles per didel i atstumqnuo kitq genq.

Apibendring tyrimq rezultatus. Zakobas ir Mono pateike schem4(Zr. tol iau), kaip valdoma laktozes metabol izmo genq veikla.

Operonas. Genq kompleks4, sudarytq iS vadinamqjq strukturiniqgenq ir Salia esandiq nukleotidr+ sekr:, kurios valdo struktlriniq genqveiklq, Zakobas ir Mono pavadino operonu. Pirmoji Salia struktDri-niq genq esanti nukleotidq seka buvo pavadinta operatoriumi. Ve-liau 5iq valdaniiqj4 operono dali papilde

. promotorius - nukleotidq seka, kuriq, kaip Zinia, paZista transk-ripcijos pradZios baltymai ir RNR polimeraze;

. cAMP (ciklinio adenozinmonofosfato) receptoriaus prisijungi-mo seka.

Siuo metu manoma, kad visos nukleot idq sekos, pr ie kur iq jun-giasi valdymo genq produktai ir kurios skirtos operono veiklai valdy-ti, jungiamos i bendra promotoriaus dali. Taigi ir operatorius. ir cAMP

272

receptoriaus jungimosi vieta yra operono promotoriaus dalys. Sis pa-

rikslinimas labai svarbus. nes yra operonq, kurie turi po du tris pro-

nrotorius. pvz., rRNR genq sankaupa'Lcc operonas ir jo veiklos valdymas. Lac operonas tapo klasiki-

niu. standart iniu. Su juo lvginama kitq operonq veikla. Kaip mineta.

io sudetyje yra 3 strukttriniai genai: lacZ. ($-galaktozidazes), lacYn

1B-gafaf.iozidpermeazes) [ lacA* (B-galaktozidtransacetilaz6s). Pries

1uo", 1,tu valdandioji operono dalis: o (operatorius). P (promotorius)'tr

cAMP receptoriaus -iurrgimosi

vieta (issidestg ,,pries srovg"):

l , tc c . l l lP la t P- l t t t ( ) la t 7-- l t tc ' t - la ' l -

prisi jungimo vieta +

Tianskripcija (mRNR sintezd) /ar operone ryksta.tik nuo struk-

rhriniq genq ii dalies operatoriaus, Vadinamoji lyderind seka reika-

linga ir *transliacijai,

o kartais ir padiai transkripcijai valdyti.

Nuo operono transkribuojama viena bendra mRNR' Ji yra

trumpaiaikd. Nutrtkus transkripcijai, senosios mRNR suyra' o

naujq nesusidaro - fermentq sintezd nutr[ksta'

Tai priklauso nuo dviejq veiksniq: induktoriaus ir geno.reguliato-

riaus /ac 1. kuris koduoja baltym4 represoriq (R). Sis baltymas atpa-

Zista operatoriaus nukleotidq sek4, ir jeigu terpeje nera galaktozidq'

kurie galetq sukelti fermentu sintezds indukcij4, represorius prisijun-

gia prle operatoriaus. Tai tampa nelveikiama kliutimi RNR polime-

razei. ir mRNR sintezi nutrlksta,Induktorius sqveikauja su represoriumi. Induktoriumi gali buti

ne visi galaktozidai, o tik tie, kurie keiiia represoriaus erdving san-

darq, ir" gis negali s4veikauti su operatoriumi. Tianskripcija toliau

nesltpinama. ir-gaminasi mRNR. Kartais galaktozidas .gali blti sub-

stratas (perdirbamas), bet nesukelia operono veiklos, ir awirksdiai,

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*"d; i i ; . l . ; i ; ; pa'aizdu.tas. auroriaus nuomone, yra supranramiarrsias - esmc

nuo to ncnukeniia: savcikauclamas su induktoriumi, rcpresorius taip pakeidia savo

erdving struktr lr i l . kird ncgali s4r 'cikauti su operutoriumi'

Represorius turi du aktyvius centrus:

. vienu paZfsta opcratoriaus sek4 ir su ja jungiasi'' ki tu jungiasi su induktoriumi'

r . . J { r '

1 ? 1

Dil to keidiasi erdvini represoriaus

'ol nduk tor ius

i + R e R '

Siuo atveju represorius negali sEveikauti su operatoriumi. todelatstoja nuo jo. RNR pol imerazei k l i f i i r l nebira. vvksra mRNR sin_tez€:

BE h]TITiKTORLd TS

ntr.eikia

Veiklus represorius(slopina operonil)

sandara:

v\e r e i } . lus reprcsor ius(operono ncslopina)

Genai operone issidestg neatsitiktinai, ir tai svarbu iq veiklai.

operono poliSkumas. Pirma. nukleotidu sekos valdandiojoje ope-rono dalyje yra iisidesdiusios tam tikra warka: cAMp receptoriausjungimosi v ieta - RNR pol imcrazes jungimosi v ieta - operator ius.Antra. r,isos Sios sekos atlieka savo paskirti tik bldamos cis-padetyje,ial ia struktur iniu genq:

lac cA'\[P-j.sr n P* O* Z* Y* A,Tai nustatyta bakteriiq dalinese ir laikinose heterozigotose * me-

rozigotose, kur ias gal ima sukurt i genet ines rekombinaci jos metodais.Merozigotoje lac P+ O* Z- y- A-

luc P* O Z* Yr A*operonas neveiklus, nors ir yra visq genq dominuojanrys aleliai. Sisfaktas veliau padejo -eenq veikl4 valdandius veiksnius skirsqvti i cis irt rans veikiani ius (Zr. tol iau).

Strukttriniq genq seka operone irgi neatsitiktine. Tuo isitikintapirnriausia tiriant i 'airias mutacijas. Kaip jau mineta, p ir o muta-ci ios gal i pakeist i v isu operono genq veikla, bet i r v ienq struktur iniqqenq mutacijos gali veikti kitus struktfirinius genus - pastebimas po-liSkumas: mutacija IacZ- sumaZina genu lacy* ir IacA* ak\wum4,tLro tarpu geno lacY* mutacija genui lac'Z* itakos nebeturi, tik silpni-na qeno lttcA* velk\4. vadinasi, vieni genai veikia kitus operone vie-na kryptimi. tolstant nuo operatoriaus, t. y. poliSkai:

lacP'o*7f ..a*.

(al lacP'O-71/At operonas neveikia,

(b) lacP'O*Z lnA* n*'eikia /ac'Z , susilpnejusi /acIr' ir lacA. veikla"

(c) lacP-O'71-A'- neleikia /rrc l '-, susilpnejusi ircl* veikla,

(d) lacP-O-Tl-A - neveiklus tik /acl genas.

Ir normaliu 5iq genq aleliq akryvumas operone nevienodas: veik-liausias yra genas prie pat operatoriaus, neveikliausias - esantis toliau-siai nuo operatoriaus. Thi kiekybinis geno veiklos valdymo bfidas: l4s-teleje ne visu balty'mu molekuliu rcikia vienodai. Operone svarbiausias

StI I]\DtiKT0RIfT'tr (i)

, f t u r P - O ' Z ' [ ' . 4 ''-:-nrtrLNR

(R-ii= R'---T - baltlmai

l'erhta

Thi dar ne viskas. I5 tikrqiu /ac operono ','aldr,mas vra dvigr-rbas.Kai apl inkoje yra i r laktozds. i r gl iukozes, E. col i elgiasi . .pror in-

gai" : kam eikvot i energi iq i r skaidyt i laktoze. jeigu yia gl iukozes;nors yra induktor ius. operonas neveikia.

Genai supresoriai ir genai aktyvatoriai. Genas. kuris koduojacAMP (ciklinio adenozinmonofosfato) receptoriq. gali blri priskiria-mas prie aktyvatoriq. Mat be cAMp receptoriaus RNR polimerazdnegali prisijungti prie lac promororiaus. Sis baltymas pati turi brltiakfi,vinamas cAMP, kuris sudaro kompleks4 su iiuo receptoriumi.Gl iLrkozes vaidmuo cia nct iesioginis. J i valdo cAMp sinteze - ja slo-pina, todel nesusidaro cANIp -) receptorius neakty"rinamas + jisnesusijungia su DNR + RNR porimeraze neaktl.vinama J opero-nas neveikia.

Tik kai nera gliukozes, irl,kiai pakrypsta kita linkme. Tada jausv.rbu' ar yra induktor ir . rs; k i taip tar iant, ar yra k4 skaidl t i , t . ) , . aryra galaktoziclu.

Suderintas keliq operonq valdymas. Ciklinis adenozinmonofosfa-tas (cAMP) pana3iai valdo ne tik lac operonE, bet ir daug kitq ope_ronq. kur iq paskir t is koduot i balrymus, skaidani i r-rs ivair ias medzia-g:rs ' pirmi.usia cukrus (galaktozc, laktozg. arabinozg. martozg).

Toks sudcrintas diclel io skaidiaus genu vardymas ypai bDdingas eu-kariotams. Vien t ik drozof i los baltymas polycornb vatcto apie 150 ( l )genq.

a1 /1

275

baltymas yra B-galaktozidazi, todel ii fermentq lemiantis genas yra ar-iiausiai operatoriaus: jis ir aktyviausias. Taigi B-galaktozidazds rnoleku-I iu s in tet inama daugiausia.

Operatoriaus ir geno-reguliatoriaus mutacijq ypatybes. Kaip mi-neta, operono tyrimai pradeti nuo nlrl-mutaciju, del kuriq operonoveikla visiSkai nutrDksta. Cia reikia isnagrineti kitaip pasireiskianiiasmutacijas - kai /ac operono veikla tampa pastovi. Zakobas ir Mononenutr[kstamE operono veikl4 pavadino konstitutl"lia (pastovia). Thisvarbus atradimas. Jis rodo, kad genu skirstymas j konstituryvius iradaptacinius nera nekintamas. Adaptaciniai ir audiniq specifiniai ge-nai dil mutacijos gali virsti nuolat veikianiiais - konstitutyviais. Kon-stitut)^/ios gali bnti tiek operatoriaus, tiek geno-reguliatoriaus muta-ci jos.

operonq ivairovd. operonai labai ivairr.rs savo sandaros ir valdv-mo ypatybemis.

Sandaros auzvilgiu:

. gali turdti ne vien4 promotoriq (kaip mineta, rRNR genq san_kaupa - rrn operonas: zr. ir toliau); kiek'ienas iq dazniausiaivaldo skirtingE operono veiklos reZim4, pvz., konstitutJvq arindukuotq (arba intensyvesnj - silpnesni);

' promotoriuje yra ivairus skaidius nukleotidq sekq, su kuriomiss4veikauja valdymo genq produktai;

' transkribuojamojoje dalyje gali b0ti valdymo sekos; del iq kei-iiasi viso operono veikla; toks ,vra ateniuatorius (lot. anenua-re - sumaLinti, suivelninti), kuris gali nutraukti operono veikl4(ji turi aminorugSdiq sintezds his, trp operonai);

. operonai skiriasi genq skaiiiumi (2-10 ir daugiau).

Tianskripto atZvilgiu:

' bendras transkriptas nuo viso operono trumpalaikis, '"yksta ben-dra transliacija (kaip /ac operono);

' transkriptas yra bendras nuo viso operono, bet po transkripci-jos skyla I atskiras RNR (taip yra rRNR, histonu genq sankau-pose)l

' genai yra sutelkti vienoje vietoje, bet transkribuoiami atskirai(kaip hemoglobinq o ir B-klasteriu);

216

aruD ctra,-l lraB

-|-.--.-')_-l r lt t lVvv

Ribuliozofostat- Arabinozes Ribuliokinazec n i r n , ' r . r r e i u n 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 jungiasi t traC geno produktai - baltymas-represorius(P1) ir baltymas-aktpatorius (P2), priklausomai nuo s4veikos su arabinoze, tas patsbaltymas 1ra aktn'atorius arba reprcsorius: CC - geno rrraC konsti tutyvi mutaci ja,po ktrr ios r lrr l opcronas vcikia nenutr[kstamai. nes P, nesugeba sqveikauti suarabinoze

. i r atvirk idiai , nors genaitranskr iptas,,sudurst\ ' ' tas"suderinamumo genai) .

Valdymo pobudZio atZvilgiu:

sutelkti vienoje vietoje, subrendgsi5 pavieniq genq produktq (audiniq

. skatinamas arba slopinamas:

. to pilties geno-reguliatoriaus produktas gali bDti ir represorius,ir akryr'atorius: taip ,vra ara (arabinozes metabolizmo) operone(,1.1 pav.): geno-reguliatoriaus araC produktas gali b[ti ir rep-resoriumi, kai jungiasi prie lokuso araO (operatoriaus), ir ak-

[vatoriumi, kai jungiasi prie kito lokuso, Zymimo aral (inicia-toriaus). Siuo aweju geno araC produktas yra susijunggs suarabinoze.

Skirtingai veikia ir aplinkos veiksniai, valdantys operono veikl4.Jie vadinami efektoriais. El'ektoriai veikia:

. kaip induktoriai (pvz., lac operono induktoriai galaktozidai);

. kaip represoriai - slopina operono veikl4. Thip veikia amino-r[giws histiclinas. triptofanas ir kt.. kai jq pasigamina per daug.Tokie aplinkos veiksniai vadinami korepresoriais. Jie, panaSiaikaip galaktozidai, irgi sqveikauja su geno-reguliatoriaus produktu

27'l

represoriumi. betrono. Jis slopina

SIS

rikvienas yra neaktyvus, t. y. neslopina ope-po sqveikos su korcpresoriumi:

Eukariotq r ibosominiq R\? operonas:

P

I185 rR.\? i.8S lR,\? 28.S rRVR

' '- ---_ rl::' i

I sS ,n.\R 5JS .R\R ----ITSIRNR-

Ypatvbcs: nera - i .S IR,VR geno. bct 1'ra 5.8S IR;VR genas;

atskiras kartot iniLt genq sankaupas: visas operonas koduojapre rRNR pasi ial ina apie ;18' l viso pirminio transkript i l -

ta rp ik l ia i .

R +

/ , - t t - - - - - ' t \\]

Neaktyvus represorius

"J"?",,:-ffi,Korcpres t r r ius A l i t l vus rcprcsor ru :

i f{^,:::lTila,,lrendQ rRNR

55 r'B1y'iJ genai sudaro

t ik 1p5 l { ; b rgs tan t i5

dit lgl l 1, ;rnskribuojami

Cia R - pirminis represorius, geno-reguliatoriaus produktas: Ko-R - korepre-sorius, arba efektorius (nenurodant jo veiklos pobndZio)l R' - aktrvusis represorius,po savcikos su Ko-R, arba kompleksas (R+Ko-R). panasios efektoriaus saveikosgali rykt i i r su geno-aktyvatoriaus produktais (vadinamaisiais apoinduktoriais)

Operonai eukariotq genome. Operonas atrastas bakterijose. KaL-kodel isigalejusi nuomond, kad eukariotams operonai nebudingi. I5tiesq eukariotq genai, lemiantys tq pati pozymi, proces4, daZniausiaine sutelkti i vien4 bendr4 grupg, o iSsibarstg po ivairius lokusus irchromosomas. Thdiau eukariotq genai vienijami bendrai veiklai kituprincipu: turi tapadias valdymo sekas ir valdomi tq padiq valdymogenq produktq, panaiiai kaip bakterijq ara operonas. Tokia genqgrupe vadinama regulonu. Regulonai yra ir pagrindines prokariotqgenq grupes (E. coli - j iems priklauso apie 70% visq genq).

Tadiau nuomone, kad eukariotams neb[dingas operonas. yra ne-teisinga ir net nesuprantama, nes vienas svarbiausiq operonq, bltentrrn, bidingas tiek prokariotams, tiek eukariotams. Tiesa, jis gerokaiskiriasi, bet eukariotai turi viena rRNR dausiau.

Prokariotq rnr operonasPr P: 165 rRrVR /AVR 235 rRNR JS R,VR lR\,R rj r.

30S pre RNR

Kaip mineta III s\'riuje, eukariotq genome rRNl{ g,'nq sankau-

pai bldinga dar viena ypatybe: Sie genai sudaro kartolip;rtr genq san-

kaupas. Jq skaidius somatinese lqstelese gali kisti del gJnomo per-

fvarkos.Kartotiniq genq sankaupas sudaro ir 55 rRl/R gcnar Jiems b[-

dingi labai dideli tarpikliai tarp Siq genq. Xenopui 5.S'.RlV{ .g:n}sankaupo je pseudogena i pcr iod iSka i ka i ta l io jas i su , rK t ) ru la lS l? rs5"S rRNR genais. Stabili jq padetis sankaupose ir chromoaomose ver-

iia manvti, kad vis delto pseudogenai turi kaZkoki4 nei:,rllsKtnt4 pa-

skirti.

I65 RNR

Ypatybds: 2genas; IRNR genai -skiriasi.

IRNR 23S RNR 55 RNR IRNR subrende RNRpromotoriai (P, ir P.); 2 terminatoriai ( t , i r t .) l 55 RNRjva i r iose kar to t ine \e sankaupose (E . co l i genome jq y ra 7 )

4.2. Hemoglobino genq sankaupos ir jq evoliuciia

Z-ogars ir kitq Zincluoliq genome yra dvi globinrf sankaupos

(klaster iai) : a i r B.Zmogaus genome:

[i[n*q]!pa vieta - 1 6p1 3. 1 l - 1 3.33 (paiiame Sesiolikt,rsio, chromosomos

trumpojo peties galc). ilgis - apie 30 kb. genai trys veiklus ; (di et1)' d2 1r d1'

3 pseudogenai V(, Vot. V/dt ir vieno (dr) paskirtis neai5ki, valdyn,o "rya HS-40:

IIS 40 ( r/( Va: Vdt cr2 ctt 0t

: ltlp;qlliaifio .reta I lp l-s.5 rT{ii.ffiofries gale,. itgrs apie 60 kb'

genai 5 r'eiklus e, Gy, Ay, di Bir vienas pseudogenas r4pi:?-LCR € Gl .4y VFt 6 P 3'H';l

5' {II ilI [I}- TilJIHTamsiai pavaizduoti egzonai, Sviesiai intronai.

)

Zinduoliq genome hemoglobino genq. suderinta u ir p-sankauptl veikla,. genrl veikla susijusi su individualia

valdymo Ypurybtt Yra dvi:

organizmo rair la'

P, promotorius - pagrindinis. Jis yra stiprus. p, promotorius -silpnas, jis veikia tada, kai P, yra nuslopintas. pvz., kai yra amino-rngsdiq badas. Tada slopinama rRNR sinteze, bet sustipreja amino-rug5diq sintezd. Kaip tik tada suaktlvdja p,.

278279

Genr; veiklos ypatumai. Viena i5 Zincluot iLr indivic lual ios rzr idosypatybiu yra tai . kad 3 kartus kei i iasi o. c 'o. apvkaitos sqrygos. ISpradZiq besidal i jani ias gemalo rasreies aprupina o. i r sal ina co"grc r imos lqs te les . pasku i O. CO. ap lka i ta ryks ta pcr v i rkStc lg . i r nuoginr imo vis4 gyvenimq kvepuoj ima burna ir plaudiais. Gcnu veiklayra suderinta su i ia is O./CO. apykaitos pokydiais.

Gemalo ( ik i s savaidiu amZiaus.; . uaisiaus i r suaugusio zmogausI re rnog loh ina i sk i r ias i :

' genralo - q... (f! Gower l). (,y, (Ht portland) ir a.e. (Hb Gou,cr 2);. vaisiaus - o,,1 1UUfl. suaugusi.. ict _ 9Tci sudar. hcm.g.tbinas q.p. (HbA). 2c,1c _ (r. .6- (HbAl) irapic I ' l q,. / , .

Taigi abiejosc genq sankaupose (a ir f l vien4 veikrq genq keii iakitas veiklus genas. Jose

.genai i(sidestg pagar veikros (raiSkos) raik4.Pirmiej i yra ati t inkamai ( ir e genai. juos [ei i ia u i , ygenai, paskuiT ge.nq keiiia 0 g.nnt.. Vadinasi, dviejq senu sankaupq _ u ir B _veikla yra sudcrinta. fdomu tai. kad it , i .Jor. 'g"nq ,oituupose rem-tingq genq kaitos momentq vietas skiria arba pseudogenai, arba di_desnis atstumas tarp genq.

_ ̂ Hemoglobino genq mutacijos. IS apie 300 B_globino ir apie100 a-globino istirtu mutacijq didelg clali sudaro "tokios

taSkines('tis-ens) mutacijos. kur v-iena aminorugstis pakeista kita l+.2 pav.;.

IJemoglobino paxyzdiiu galima parodyti. kokia sudetinga yramultimeriniq bartymq genetika, ypue i.igu tai yra heteromultime-rinis baltymas kaip hemogrobinnt,-kurir suctarytas is 4 polipepridq:

Kodono numer is p g lob ino gene

::::*"" : l , : '3 :: : j q eE 12r r.1-5 Homozigot,l

hemoglobinas Glu \hl Val Glu His Glu Val Glu TVr

HbS

HbC

Hb Freiburg

HbE

l lb Zr i r i ch

Hb Saskatoon

Hb Mahn<i

Ilb Kciln

HbO (Arabia)

Hb Os ler

Sr.klcmija

l\. la2akraujysrc su siklemL.josrciikiniu

NesraLrilus hernoglobina:

Ncnesrog ia i v r s tos i p_ ta l rscmr . ;a

\lerhemoglobino susidan,ntas

Policitcmija (erirrocitrl preausejimas\lethemoglobino susidanmas- ! -_

Met

' L vs

Aso

pvz.. 2- jq o. i r 2- ju 0, t . y. s,0,. Hemoglobino mutaci jos rocio,kaip gali sutrikti qcrai suderinta sistema net nedalyvaujant valdy-mo genams.

Antai sergant chroni5ka maZakraujystds formzr talasemija, yra su-tr ikusi c- arba B-globinq sintezd:

' o-talasemija - sutrikusi u-globino sintezd.. p-talasemija - sutrikusi B-globino sintezd.. p8-talasemrja - sutrikusi 6- ir B-globinq sinteze.

o, genu szrnkaupoje 1'ra du nealeliniai a genai (duplikacija), todelgali buti labai idomi talascmijos priklausomybd nuo genq dozds. Kartutai labai geras polimerija vadinamos genrl s4veikos ir su Sia s4veikasusijusio reiSkinio kielgbini4 poi:mfu (medicinineje genetikoje - slenks-tines genLy dozes) paveldejimo paryzdys (Lr. p. 629).

Esant polimerijai, l iga pasireiSkia tik perZengus tam tikr4slenksting genq dozg.

Hemoglobinu genq dozds santykius labai patogu tirti: j ie pasirei5-kia tarp minimalaus nealeliniq genq skaidiaus - 2-j,l o genq porq:

. kai 4 veiklus genai (po 2 homologindse chromosomose), nor-ma;

. 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

homologindse chromosomose;. kai veiklus 1 genas. esti rySkus B-polipeptido perteklius, toddl

gali susidaryti neiprastas tetrameras 0, - vadinamoji HbH liga;nors silpnai, bet paZeista ir psichika;

. 0 veikliq genr.l - lctali anomaltja hvdrops.fetalis (vaisiaus van-dene); vaisius Z[va gimstant arba ik i gimimo.

HPFH, stambios deleci jos ir genq susi l iej imas. Gali atsit ikt i taip, kad del tarpik-l io deleci jos (r ibqc. skir iani iojc du gcnus) eenai susi l ieja. Pirma kartq i is reiSkinysnus ta t l tas b tk te r io fago TJr11 ra jonc ta rp c is t ronq A i r B ( i r . p .61) . Tbk ia pa t idcleci ja. t ik stambesni. aptikta tarp genu i i i r B. uZgriebianti i r dal i (apic 7c/r,) i t t ldvieju eenLt sekq. todi l ahu genai neveiklhs. Kita gcnq 6 ir p dal is susi l iejusi - yra

Hb Lepore. Kitais atvejais deleci jos dar slambcsnes.4-5-100 kb dydZio. Hb Kenya

,1.2 pav.

280

TaSkindsnrutaci ios transl iuojamojo.le p_globino geno dal l je

281

i i k r i tus i B-sankaupos da i i s nuo A7 ucno ga lo i k i p gcno sa lo . \ / i sa is a tvc ja is . ka inup l rTc is ta . r to rs r i cn i rs / SL n ls . l r l . i l i nku . k rd i r :L t l t rg t r5 i ( ) a \n tcn \ c r i l roc i lu t rsesintct inamas fetal inis 1r 'aisiaus) henroglobinas cr.1.. Rei ikinl,s sutrumpintai vadina-mas HPFH \angl. ltcredittul persistertcc of .tbtal ltenrctglobirt).

Nestabi l [s hemoglobinai - dar vie nas blclas. kaip eal i i is iderint i pol ipeptidu kom-p leksas mul t imcr in iame ba l tvme. De lec i jos a rba dup l ikac i jos lemia nes tab i lu hcmoglo-b inq , nes v icnas po l ipcp t id ls (q a rba p)1 , ra i lgcsn is uZ k i ta . I t k ia padet is sa l i a rs i ras t ii r de l inserc i jq (Hb, . - hentog lob inas Crans ton - l s i te rpe du nuk leo t ida i A i r G) a rbamutaci ju, de I kuriu susidaro .. i i t is inio skaitvmo" (Zr. p. 68) balt l ,mai. tokie kaip hcmog-lobino Constant Spring (viu-toj stop kodonct UAA 1,ra C,A,A).

Lyginamoji hemoglobinq genetika/hemoglobinq evoliucija. Lygi-namoji hemoglobinq genetika yra lyderio pozicijose. Pirma, tai kolkas vienas i5 nedaugelio atvejq, kai morfologing-funkcing (kvepavimosistemos ir organu) evoliucijE galima sieti su senu evoliucija. Antra,tiesiog chrcstomatiSkai galima pademonstruoti visus pagrindinius ge-no evol iuci jos momentus (4.3 pav.).

Pradinis genas gyvlnq genomuose neZinomas. Ji atitinka augah+gumbel iniu bakter i ju leghemoglobinas. J is tur i ne tr is. o ketur is eg-zonus. Matyt, r,yko dviejq cgzonu, surisandiq hem4, susiliejimas ivienE. Primityviosios Zurys turi tik vien4 globin4, o amfibija Xenopttsjau turi du atskirus a ir p globino genus.

p sanKaupa-f

I-KIP f I Dvi genq sankauPosiI T-Im-T-f (paukidiai ir Zinduoliai)

a;ankaupaPakartot ind dupt ikaci ja

ir divergencija .,.

Duplikacija ir a ..4

a ir p genai skirtinguoselokusuose ir chromosomose

S u k i b g o i r p g e n a i(Xenopus\

Vienas globino genas(neges, rniksinos)

Pirmtakas ( mioglobinas)Leghemoglobinas

Jicms atsirasti turdjo r,1'kti du irykiai - duplikacija ir divergencija( lot . div 'ergc - iSsiskir t i ) del mutaci jq kaupimosi dupl ikuotuose ge-nuose. Skirtunrai tarp duplikuotq genrl pagaliau susikaupe tokie di-del i , kad j ie tapo nealel iniais genais.

Sudetinga abiejq (cr. ir B) sankaupq genetind sandara ai5kiainulemta iSi j imo i sausumq - kvepuot i deguonimi iS oro. Na. <rsudetinga individuali raida ir su ja susijusi gentl kaita jau aptarta.Ji ir nuleme tai, kad atsirado dvi (o ir B) globinq genq sankau-pos. Bttent sankaupoje. nratyt, lengviausia valdyti suderint4 genrlve ik los ka i t4 .

Kaip i5lieka nepakitg duplikuoti genai? Sis klausimas kyla i5nag-rinejus genq sankaupas, kuriose yra duplikuoti genai. Ribosominiq irpernaSos RNR kartotiniq genq sankaupos yra iStisai i5 tokiq dupli-kuotq genq. Globino a-sankaupoje vra du tapatus a (ar ir a.) genai,o B-sankaupoje - du y (Gy ir Ay) genai. Skiriasi jie, kaip mindta, tiktuo, kad koduoja baltym4 su viena pakeista aminorfig5timi (Gly arbaAla, tadiau Sie skirtumai pastov[s). Duplikuotuose genuose per mi-lijonus metq turdjo kauptis mutacijos. Ir jeigu ne\yko divergencija,palaikoma atrankos, tai bent turejo atsirasti Siq genq populiacijos.Taip yra su imuniteto ir citochromrl P450 genais (Zr. toliau).

Duplikuotq genq pastovumas turi buti specialiai palaikomas.

Kaip tai ryksta, kol kas konkrediai nenustatyta, aiSkinama ivairiai.

4.3. Imunogenetika. Imuniteto genai, jq pertvarka ir valdymas

4.3.1. Bendras apibfldinimas ir imuniteto genq evoliucija

Nepaliaujama kova,,parazitas-Seimininkas". Tai amZinai nesiliau-jantis ,,karas". I kiekvien4 Seimininko priemong atsikratyti parazitrrSis atsako prisitailrydamas prie jos arba net ,,i5rasdamas" nauj4 bld4,kaip iveikti Seimininko pasiprieSinimq. Cia atranka labai stipriai pa-laike kiekvien4 ,,naujovg", ir imuniteto evoliucija vyko labai spardiai.

Dainai atsakoma net tuo padiu ,,ginklu". Jau trumpai aptardmeTnpanosonta V'PG (variabiliojo pavir5inio glikoproteino) genq perna-54 i telomerinius galus, kur Sie genai yra aktyvUs. Del tokios genomoperwarkos Trypanosonta maLdaug kas savaitg pakeidia vien4 pavirSini

divergencija_r,: -

l--r--rEgzonq)7

susiliejimas--/[ r f f

- - =-f0-0 - , f 500 300 100 Milijonai rnetq800 600 400 200 0

4.3 pav. Hemoglobino genq evol iuc i ja : juodai - egzonai , p i lka i - inr ronai .uZbrlkiniuota - tarpikliai rarp genq (remiantis B. Lewin. 2000)

282

- .

283

glikoproteina - antigenq kitu. Nespeja Seimininkas antigenui sukurtiantikinq, o jau viskas keidiasi, reikia naujo balrymo.

Bet lygiai toks pat ,,iSradimas" panaudojamas ir stuburiniq glv[-nq limfocituose. Vyksta vadinamoji imunoglobulinq klasiu kaita (Zr.toliau). Mat parazito l4stel€s isigudrina sintetinti pavir5inius l4steldsbaltymus. pana5ius i Seimininko antik[nus, ir jq neskiria Seimininkoimuniteto sistema.

Nustatyta. kad naujas augalq atsparumo parazitui genas gali bntiveiksmingas -5. daugiausia 10 metq, todel ligoms atsparios veisles turibfiti nuolat keiiiamos naujomis. Pasaka be galo... Ir tai nepriklausonuo metodq, nes pastaruoju metu labai sekmingai atsparios veisleskuriamos genq inZinerijos metodais. Parazitas po kiek laiko vel pri-sitaikys prie naujo atsparumo geno.

Imunitetas (lot. immunitas - nepriklausomumas nuo ko) -

organizmo atsparumas uZkrediamosioms ligoms. svetimiems ge-netiniams veiksniams (pvz., plazmidems), nuodams, pagaliausavo paties ne vietoj ir ne laiku besidalijandioms lqsteldms.

Imunitetas parazitui yra labai suddtingas pozymis, todel suditin-ga ir Sio poZymio genet ika. Be to. ivair iq organizmq grupiq, pvz.,augalq ir gyvtnq, ji yra specifine.

Tai:

. bendri, nespecifiniai - fiziniai apsaugos bldai, susije su nepra-laidumu ir fiziniu parazito pa5alinimu (oda, gleivine, a5aros,bakteriocidinds organizmo skysdiq sarybes); pana5iq apsaugospriemoniq (tik specifiniq pagal jq sandarq ir biologij4) turi iraugalai;

. igimtas imunitetas parazitams, budingiems organizmo aplinkai;ir 5is teiginys vienodai teisingas gyvtnams ir augalams. Sio tipoimunitetas gali bnti specifinis net skirtingiems organizmq ka-mienams, veisldms, populiacijoms, rasems. Pvz., europiediq di-desnis atsparumas tuberkuliozei, Zmoeaus atsparumas glv[nqar augalr.l ligq sukelejams ir pan.;

. specifin6 ir labai suddtinga organizmo reakcija i antigenus,paprastai i parazito l4steles pavir5inius balrymus. Si sistema bD-dinga stuburiniams. Toliau Tmpanosomn pav-vzdys rodo. kad ji

gali pasitaikyti ir kitose organizmq grup6se (gal priskirti prie

,,uZmirStq, prarastq evoliucijos atradimq").

Selekcijoje kaip tik naudojamasi genais, nuo kuriq priklauso pa-

reldimas, igimtas imunitetas; ieikoma tokio atsparumo bldq ir genq.

stuburiniai gvlnai turi specialias lqsteles. kuriomis ryja ir su-

skaido bakterijas, pirmuonis, lasteles ir lqsteliq liekanas, kitokias smul-

kias daleles. Thi leukocitai ir makrofagai. Skiriania humoralind ir

lastel ine apsauga.Humoralinis atsparumas gali buti bendras ir specifinis. Kraujo

serume ir kituose skysdiuose yra specifiniq ypatingq baltymq - anti-

khnq. Sis specifinis arsparumas gali blti perduotas neatspariam as-

meniui serumo injekcijomis.

stuburiniai gyvunai turi specifing ir indukuojam4 imuning sis-

tem4, kuri paZista ir pa5alina svetimus patogenus bei medZia-gas. Ji vadinama imuniniu atsaku, o medZiaga, sukelianti imu-

nini u$^k4, antigenu. Imunini atsak4 lemia B ir T limfocitai

ir makrofasai,

infekcij4. bet ir prieS veZines l4steles,Zmones, kurie geneti5kai arba del pa-

ZtV) turi sutrikusi4 imuning sistem4,

B limfocitai gamina antiklnus - dvi imunoglobulinq versijas:

. humoraling, laisv4 organizmo skysiiuose (serume).' lqsteling, transmembraninq (l4steles pavir5inius balrymus)'

B limfocitai gaminasi kaulq diulpuose.T l4steles gamina pavir5ini, transmembranini balrym4 - T recep-

toriq. Tai balrymas, bfltinas l4steliniam atsakui. T l4steles baigia brqsti

diobrialiaukdje (4'21ut, - i5 dia T raidd, kaip ir B - angl' bone -

kaulas). Sergantys paveldima Di George liga neturi diobrialiaukesarba yra jos hipoplazija. Jie labai jautrls infekcijai, praradq l4steliniatsak4.

T limfocitai sudaro specializuotas subpopuliacijas:

. T. (arba T*) - citotoksiniq l4steliq, arba kileriq (Zudikiq);

Tai sistema ne tik Prie5skaidanti nenormalias lEsteles.Saliniq prieZasdiq (Pvz., dellabai lengvai paZeidZiami.

Tn - helperiq (padeiejq): padeda ki toms l4stelems di ferenci juo-t is i r dalyt is, sqveikauja su T. i r B l imfoci tais:T. - supresoriu: manonta. kad i ios lasteles skir tos i tnuniniamatsakui valdyt i .

Vieni l imfoci tai c i tologi5kai nesiskir ia nuo ki tq. Skir tumai apt in-kami pagal iu produkuojamus baltvmus. Taigi produkuojamieji baltv-mai vartojami kaip Zymekl iai v ienam l imfoci tq t ipui atskir t i nuo ki to.Antai B l i rnfoci tai produkuoja imunoglobul inus. o T l int tbci tai - Treccptoriq (TCR). Tolesnis tokiq n'rnckliu paieSkos paddjo aptiktiCD (angl. cell di.fferentiutor) baltymus.

Visos T l4steles tur i CD3. Jo paskir t is - perduot i s ignal4 i5 lqs-telds pavir5iaus i lasteles gi lumq, kai pr ie T l imfoci to pr is i jungia an-t igenas.

T,, l imfoci tai atskir iami nuo T. pagal CD4 ir CDS:

. T' turi TCR*,

. T. turi TCR*,CD3*,CD4*,CD8,CD3*,CD,l ,CDS*.

I5mokus atskirti lqsteles, buvo iStirta jr"r paskirtis. Pvz., nustatyta.kad T,, lastelems tcnkir centr inis vaidmuo: be ju organizmas praran-da imuninio atsako gehej im4. ZIV uirusas. saveikaudamas su CD4,patenka i Tn lqstel iq vidq i r jas sunaikina. Sio in 'k io pasekmds Zino-mos: stiprus imuninis nepakankamumas (imunodeficitas).

CD baltymai dalyvauja atpaZistant savus ir svetimus baltvmus-an-t igenus. Paprastai imunine sistema yra tolerant i5ka savo pat ies balry-marrs. Thdiau b[na. kad 5i toleranci ja sutr inka, imuninio atsako lqs-teles neatskir ia. kas sava, o kas svet ima. prasideda autoimunine l iga.Ji atspindi negerq organizmo genotoksikologing b[senq, todel gene-tikai autoimuninei ligai skiria daug demesio.

MHC baltymai sudaro tredi4 stambiq baltymu grupg. Juos koduo-jantys genai yra vienos ki lmcs su imunoglobinu ir T receptor iu qenais.MHC baltymq paskir t is i rgi yra panaSi - rcaguot i i svet inrus pavir5iniusir savus endogeninius, bet nereikalingus balrymus. MHC balrymai yrapavirSiniai antigenai. Jie nei5pasakytai ivairts, kiekvieno individo saviti.Thi yra pagrindine audiniq ar organq persodinimo kl i l t is. I5 dia ki lgs jqpavadinintas - MHC (angl. nmjor listocomputibili4' contplex - svarbiau-sias, pagrindinis audiniu sr"rderinamumo kompleksas).

286

Imuninio atsako ir MHC genq evoliucija. Pakanka palyginti i iq

dviejq baln,mu superieimu erdving sandarzl (4.4 pav.), i r paaiSkeja,

kacl v is i j ie yra vieno gcno - , ,Adomo" - vaikai , v ienaki lmiai . Visi

rur i 1-3 konstant inius (c) domenus, var iabi l iuosius (V) domenus.

Seniausiais laikomi t imozino (Tft , r ' -1) i r pol i - Ig-receptor iaus genai. J ie

kildinami i5 vieno pirminio lasteliq pavirSinio receptoriaus geno, ku-

ris po duplikacijos ir divergcncijos tapo sudarytas i5 dviejq daliq,

koduojandiu C ir V domenus.Toiesnis imuninio atsako - MHC gettq evol iuci jos tempas t iesiog

fantasti5kas, neturintis analogq. Rezultatas - taip pat. Atsiradusios

pirmosios antigenus suri5andios molekules ir visa sistema evoliucio-

navo I imunoglobulinus, 1' reccptorius, MIIC. Siq super5eimq viduje

Gen.': ,r,,0,,,,,1;l];,ll:11iXi"..,",,u,

___f----t_t+

Y t r c----il--

Sonratinr: rckontbinacija l inlf ocituost-

rcceptorlus

Ba l tvmai :

hnunog lobu i ina i CDE T - l4s tc l iq recaPtonar

lla P)ntk lase k tase

Imuninio atsako ir \ IHC genq evol iuci ja ir baltymq sandaros palyginimas

Ik lase

t r :DJC

"1.;l plr

281

Y

irgi v,vko sparti evoliucija. Antai primityvtls stuburiniai. pvz., rykliai.tur i t ik v ienos klases imunoglobul inus IgM. o 2mogus tur i 5 klasesIg. Be to, kai kurios jq skirstomos I subklases: IgG yra 4 subklases,IgA - 2 subklases, vadinasi, pakankamai rySkiai divergavusios.

Visi5kai tiketina, kad 5i sistema evoliucionuoia ir toliau. pvz.. plin-tant AIDS IZIY, twi arsir inkt i var ianrai . atspaius Siam vinrsui , r . y.var iantai , kur iq T,, l4stel iq nej 'e ik ia ZIV. Jau i iuo metu aiSku, kad

1r pagal atsparumil ZrY zmones sudaro populiacija: vieni uzsikretgZIV suserga ir mir5ta, kiti yra tik ZIV viruso ne5iotojai, o tokir],kurie visiSkai atsparus, neimhls siai infekcijai. - kol kas nustafl'tineimanoma. Nebent atsi t ikt inai .

Susik[re genet ine somatiniq t4stel iq di ferenciaci jos sistema, le-mianti fakti5kai ncribot4 l4steliq ivairovg su neribotu deriniu balty-mq,_gal indiq reaguot i I bet kur l i5 anksto neZinomq ant igen4.

Zmogaus kDne yra apie 1'10r: B l imfoci tq, o 5ie savo ruoZru tur iapie l0s-10e skirtingq receptoriaus specifi5kumu. Be ro, su tr"ro padiuant igenu gal i sqveikaut i ne vienas B l imfoci tu t ipas. Ant ikunas savei-kauja ne su visu antigenu, o tik su jo dalimi, kuri vadinama epitopu,arba antigeniniu determinatorium. Tai dar labiau padiclina galimqs4veikq ..antikDnas-antigenas" skaiiirl. nes vieni antikunai pazista vie-nq epitopa, o ki t i - k i tE to paries ant igeno epitop4. Kiekvieno l im-focito pavirSiuje i,ra apie 10i molekuliq transmembraninirl balrymq,kurie yra antigcnq receptoriai arba susijg su Siq veikla.

Kaip atsiranda tokia didele dil 'erencijuotq lEsreliu ivairove? vyks-ta sudet ingas, bene pats sudet ingiausias is ik i s iol nagrinetq genomopertvarkos tipq.

4.3.2. Imunoglobulinq genq populiacija ir rekombinacija somatindsel4stel6se

Artikunai yra priderinri prie antigenr]. Tad ilgq laika pati di-dZiausia imunologijos ir genetikos misle buvo tai, kaip is anksto lim-focitai numato, su kokiais antigenais jiems teks susidurti.

Dar 1950 m. Jernd (N. K.Jerne) i r Barneras (F. M.Burner) subendradarbiais pasille hipotezg, kad wksta limfbcitu klonind atran-ka. I5 pradziq tai buvo rik tusiia ideja, bet Barnerui ir jo bencJradar-biams i5 tikrqjq pav-vko irodyti, kad susidaro diferenciiuotu limfocituklonai (Zr. toliau)

288

Labai svarbfis imuninio atsako esmei atskleisti buvo paiiu imu-

noglobulinq sandaros ir ivairovis tyrimai.

Imunoglobulinq sandara dabar yra gerai istirta. Ji priklauso nuo

imunoglobulino (Ig) klases. Jq yra penkios: IgM, IgD, IgG, IgE,

IgA.

IgG yra 4 subklasis. IgA - 2 subklasds. IgM yra pentameras, o IgA - dimeras-tlft '- pirmoji klaser, clifcrencijuojanti B limfocitus, ir pirmoji imuninio atsako

klase. Aktlvina komPlenlent4.IgD l i isvo labai nedaug, t ik B l imfocitq pavir5iuje. Kol nera IgM ir IgD, tol

nera i r in run in io a tsako.IgG t,ra daugiausia. Jo ir IgM santl ,kis l2:1. IgG genas pradeda vcikt i imuninio

atsaki l-ojo etapo pabaigoje ir 2-ajame etape, kai bakteri jq lqstelds ir virusai yra

arclomi. IgC pristafo urdo-ut l i lsteles makrofagui. Tai vieninteld Ig klase, kuri

0,001 viso IgM kiekio) skatina maitinaniias l4steles,sersant bronchine astma, esant anafilaksijai ir kt.,

praeina pro Placent4.IgE yra labai maZai (t ik

taigi i r imunini atsaka, toddl

padaugdja l--1 kartus.IgA ( jq irgi pal l 'gint i daug, 3 kirrtus daugiau

vpad sekreciniai - aSarose. prakaite, sei lese, piene,

r e s e . S a l l g o j a r i e t i n i i m u n i t e t a '

negu IgM). Jie yra serumlnral lr

Zarnyno ir kvepavimo takq glei-

Imunoglobulinq klases skiriasi viena nuo kitos C domenu: IgM

turi Cu; IgG - Cr,-r. (Y-.1 4 subklases); IgD - Cu; I8E - C.;

IgA - Co,.o: (yra 2 subklases).

Visq lg monomerq sandara panaSi: sudaryti iS dviejq L (angl'

tight, 22 kba) ir dvieju H (angl. lrcavy,50-70 kDa) grandiniu. Visos

L grandines susideda i5 2-jq domenq: v (variabiliojo) ir c (konstan-

tinio). H grandindse irgi yra tik po vien4 V domen4, bet C domenq

skaidius ivairus: 3-4. Grandinds viena su kita ir domenq galai su-jungti disulfidiniais tilteliais -S-S*.

Kiekvienas Ig monomeras pana5us i Y raidg: i5 2-jq ',pediq" ir

vienos .,kojos,,. .roje" su ,,petimi'' jungia lankstas. Ir i5 tiesq lanks-

tas pediams suteikia lankstumo, gebejimo keisti padeti'

v domenai yra dviejq tipq: r (kapa) ir l" (liambda). Santykis tarp

siq dviejq tipq toks: peliq 95:5, Zmogaus 70:30. Veiklos skirtumq tarp

r ir ), nenustatyta.Kiekviename v domene yra po 3 vadinamEsias hipervariabili4sias

srit is (4.5 pav.). Jomis ir prisiderina antiklnas (lg) prie antigeno.

Hipervariatiliosios L ir H grandiniq sritys sudaro lyg ir ki5eng, ituii4 ..it<iSamas" antigenas. Del lankstumo, kuri suteikia molekulds

t ! )289

lU Junglnl r -l \

tultlgeno

t-?tll\ill igrandine

Be to. gal imu deriniu skai i iq 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'

Imunoglobulinq genq yra 3 sankaupos. Kaip ir hemoglobinq san-

kaupos, joi yra skirtingose chromosomose: Zmogaus H grandines -

14 chromosomoje $a$l:- D P J H - - - - C H

1 t5 Y3 Y l Ye a lYY Y '2 l t a2

. : : i l l l l l l l l l l l l l I l l l l l l l l3o-o -st--2to lto loo

' s0- o rr

L t L t t L :

r l I

t l - , . - -

Li: L. I a,

r: . .r1COC)H

4.,5 pav. Imunoglobulino molekul€s monomero sandara (kairdje) ir antigeno jungimo

vieta (de5indje)

,,pediams" lankstas. ta pati molckul6 gali iS karto sEveikauti su dviemantigenais arba su to paties antigeno dviem epitopais (arba kitaip -

su ant igeno determinantais).Imunoglobulinq genq populiacija. Apie 1965 m. imunoglobulinq

sandara ir dauguma klasiq buvo gana gerai i3tirtos, bet Zinios apiejq genus buvo labai menkos. Toddl daugeliui genetikq 1965 m. pa-skelbta Drejerio (W. Dreyer) ir Beneto (J. C. Bennett) hipotezd, kadV ir C domenq genai yra atskirai, bet ankstyvojoje B limfocitq rai-doje jie sujungiami i vien4 bendrq gen4, be to, jvairiuose B limfo-cituose skirtingai, ir kad V genq yra Simtai, o gal tfikstandiai, atroddkaip didZiausia nes4mond. Net veliau, sukfirus genq inZinerijos me-todus, atrode neitiketina, kad lEsteleje natlraliai ryksta toks sudetin-gas gonq konstravimas.

Tatiau 1976 m. japonq mokslininkas Tonegava (S. Tonegarva) visatai lrode ilgamediais bandymais su peliq mielomos lqstelemis. Mielo-ma i.ystosi jau i5 diferencijuotq B limfocitq, kurie gamina vieno tipomonokloninius antikfinus, taigi Sie Ig yra vieno konkretaus geno pro-duktai.

Ig sqveikauja su antigenu V domenais, ir i5 tiesq V genq yradaug. Zmogaus genome:

. H grandines V clomenas koduojamas - 300-1000 l . / genq,

. L. _ 300 Iz genq,

. L - 300 I ' ' senu.

-{I__+l- .. I I - **--*-r{{-1-I--L, grandinds - 22 chromosomojc (22q11)'

L,. genq klasteris zmogaus genome atrodo panasiai kaip ir l"genq'

t,et peies genome yra tik du l. genai ir susidaro tik dviejq tipq Ig)".

i,ekombinacija 1g genq sankaupose ir konkretaus Ig geno kon'

stravimas. Vystantis B limfocitui, kiekviename i3 trijq 19 lokusq su-

sidaro po vienq konkretq 19 genq:

' L grandines gene susijungia po vien4 V J ir C gen4'. H grandines gene - po viena V D, J ir C gen4.

Kokiu deriniu Sie genai jungiasi vienas su kitu' yra atsitiktinumas,

tod6l esant dideliam v gen4 skaidiui susidaro labai ivairis genai.

lvairovg padidina ir ./ genai, o sunkiojoje (H) grandineje dar ir D

genai. iaigi kiekviename B limfocitq klone yra skirtingi H ir L genai.

Siq genq deriniq skaiiius yra labai didelis, pvz':

l ' , .1 .1 'n. . . D1- tz . - Jy C arba Vt ' i 'V, Dl tz " t ( " 'C ' arba t ' t " '

f,,, D+, Jtr v: D,', J,tGaf utinis genas l'j1D jJ2C sankaupa VzDtzJzC sankaupa ir t' t'

Genai jungiasi tam tikra tvarka:

. H grandinds gene pirmiausia susijungia D, su J.apaskui prisijun-

giaV,, ir susidaro V.,D,J., ir tik po to prisijungia C genq sankaupa;. L grandines susijun gia v, su J,, o prie jq prisijungia C genas'

L* grandinds 2 chromosomoje (2p12):

L i l , * t L: Ia L. I^" J- C',

L grardine

290291

Susijungimas ryksta specialiu genq rekombinacijos (vadinamosrossait-specifinds) b[du, dallvaujant fermentq kompleksui. kuris vadina-mas rekombinaze. Jungiamasi specialiomis nekoduojandiomis nukle-otidq sekomis, kurios vadinamos atpaiinimo (arba rekombinacijossignalo) sekomis.

Kiekvienas I. 'genas tokiq sekq turi 3' galc. J genas - 5' gale, o D genas - i5abicjq galq:

-CACAGTG- ... 12 arba 23 ... -ACAd$ACG-...-GTGTCAC- tarpiklis -TG TTTTTGC-

Ir sekos, ir nukleotidq skaidius tarpiklyje yra labai konservaqvus, t . v. pastovls,bet netiksl iai susi jungiama 5' i r 3' galais. I jungimosi vietas gal i bl t i j terpt i papi l-

domi nuklcotidai, todel kei i iasi "/ i r D geno dalys. Thi dar labiau padidina Ig i t 'ai-rovg. Pagal ki lmg Sis ivairovds ialt inis vadinanas jungimosi ivairove.

Nesigilinant i Siq reiSkiniq ir rekombinacijos detales (tai specia-laus ,.Imunogenetikos" kurso klausimai) vis ddlto nors bendrais bruo-Zais reikia Zinoti, kaip ryksta rekombinacija, Atitinkamai tarp D ir Jarba V ir Dl (tas pat tarp V ir J lengvojoje grandineje) susidarokilpa, kuri nukerpama. Tai, kas liko, sudaro naujai konstruojam4 ge-nq ar jo dali :

Klasiq kaita r,yksta del Siq genq rekombinacijos ir veiklos pokydiq.

Pirminiai B l imfocitai po l l geno susidarymo sintetina IgM, kuri, kaip Zinia,koduda C,. 5ie l imfocitai dar nesubrende, ir imuninis atsakas dar nepasirei5kia.Tik kai kartu pradedami sintetinti IgM ir IgD, atsiranda imuninis atsakas.

C genu pertvarka tuo laiku neryksta. Paprasdiausiai susidaro veiklios dviejqtipq mRNR del savito alternatyvaus splaisingo:

" \^/fES -rtHf f q.-,S I

Visada veikia (i5skyrus C u ir C,kartu) pirmasis C genq sankaupoje

t jl[--lcr E l:.*D.l

rj7tlf- -7; * pre-lgc,mR\R'-DJ "l]re, -.tg^c.mRNR

lgU4 balt).Tnas

Klasiq kaita. Sukonstruotol i je v ra v is i C gena i :

D J

L :!f5ai ttttttt- fitf-+'.-g

sunkiosios grandinds (I1) geno C da_

I El | tr! I grt 9r | tr;ilp.j

I El |P4 l c-;ll El | F;,ilEq|

kurie veikia atskirai arbaesantis genas.

tgM-mRNR

L D J'. -}{ffi-) IgD-mRNR

ga- V5C,a genas

Ti+

9i

V geno hipermutabilumas - dar vienas 19 genq ivairoves Sal-tinis.

Pertvarkytuose VJC ir WJC genuose nustatytas nei5pasalqytai di-delis mutacijq daZnis. Be to, specifi5kai r,yksta tq nukleotidq sekqmutacijos, kurios koduoja hipervariabi l i4sias Ig sri t is (CDRI irCDR2). Mutaci jos padidina Ig lvairovg 100-1000 kartql! Sios valdo-mos mutagenezes mechanizmas kol kas neZinomas, bet nustatyta,kad Sie genai yra aktyviai metilinami, todil padidejusi rizika mCvirsti T Be to, Sie genai nereparuojami, toddl nepaSalinamos DNRpaZaidos (Zr. p. 494). Mutacijos ryksta tik somatindse l4steldse irilgainiui kaupiasi. Taigi juo velesnds klases Ig, tuo didesne jo ivairo-vd, sukelta mutacijq.

292

L D J

,*r€'---E-J"-'-'>I, ,DJ

ref---;, Iglvl-mRNR

tgMTaiifras -ir lgD balty.rnas

IeM ir IgD baltvmai turi ta patl V domenq ir skirt ingus C domenus.Tolesne klasiq kaita w'ksta del genomo pertvarkos, panaSiai kaip ir V gent;

Dalis C genq, atsiduriani iu ki lpoje, i5kerpami. I5 l ikusiq genq veikia pirmasis i5ei les - nuo 5'galo.

DJ

D,J,

Klase gali bDti keii iama tik ta, kurios C genas chromosomos H lokuse dariSlikgs neiSkirptas. Auk5iiau pateiktame pav,vzdyje tai butu IgE, IgAl arba IgA2.

Prie5 kiekvien4 C gen4 irgi yra specialios nukleotidq sekos, kuriqpask i r t i s - k las iq ka i ta .

Imunoglobulino isiterpimas i membranq. Kiekvieno V geno 5'dalyje yra L (lyderine) nukleotidq seka, koduojanti baltymo domen4,kurio ndra subrendusiame Ig. Tai signalinis polipeptidas, reikalingasIg isiterpti i membran4. Bet tai nieko neiprasto. Signalini polipeptid4koduoja visi transmembraniniq ir sekretuojamq baltymq genai. Th-diau yra savitq, tik Siai genq grupei bldingq genq valdymo ypatybiqir rei5kiniq:

. imunoglobulino lokusq perfvarkos valdymas,

. monoalelind raiSka,

. limfocitq klonai ir imunine atmintis.

19 lokusq pertvarkos valdymas. PerFarka yra i5 anksto numatyta,geneti5kai uZprogramuota. Tai rodo lokusq sandara:

. specialls genai - jungtukai (D, J);

. specialios rekombinacijos signalo sekos; joms sqveikaujant susi-daro kilpa, kuri nukerpama ir pa5alinama;

. specialls fermentai - rekombinazds.

Net lokusq pertvarkos seka, kuriam lokusui pirmam persiwarkyti,yra valdoma. Pirmasis daZniausiai pertvarkomas H lokusas.

Vieno alelio ,,i5jungimas" (angl allelic exclusion), arba monoale-lin€ rai5ka. Diploido l4steliq homologinese chromosomose yra du topaties geno aleliai. Abu jie turetq veikti, bet veikia tik vienas, yramonoaleline raiSka. Ji bldinga ir genomo imprintingui. Thdiau nors19 genq monoaleline ekspresija nepakankamai i5tirta, jau dabar aiS-ku, kad jos prieZastys kitokios, negu genomo imprintingo.

Ig genq monoaleline rai5ka priklauso nuo Sig genq pertvar-kos.

ReiSkinys nepakankamaialel io,, i5jungimo" budai:

294

matyt, todel, kad

295

re

Nepertvarkytas Z genas

Vienas lokusas gal i l ik t i

LW

wv;ile TL l V 1 5 J 1 C

usas pertvarkomas klaidingai

-mI{NR-Mityrnas

Genai po

(-konversijos)

fTI v' I' Is-n;Trc T

Geno konversija yra toks reiikinys, kai heterozigotose vienasalelis virsta kitu (Zr. p. 6a$. Kad ir kokiu bldu rai atsitikrq,diferencijuotuose B limfocituose veikia tik vienas alelis, svar-biausia, gaminasi tik vieno tipo imunoglobulinai.

Stai kodel l4steliq klonas (arba natlralus ir normalus, arba kaipnukrypimas - veZines mielomos l4steles, arba dirbtiniu b[du gautoshibridomos l4steles) sintetina tik vieno tipo (monoklonini) antikln4.

Limfocitq atranka ir klonai. Imunind atmintis - vienas su kitususijg rei5kiniai. Ideja priklauso Barnetui ir jo bendradarbiams, labainuosekliai irodZiusiems, kad r,yksta diferencijuotq limfocitq atranka.Atrenkami limfocitai, kuriq gaminamas antikunas geriausiai atitinkaantigen4. Sie limfocitai labai spardiai dalijasi sudarydami diferenci-juotq limfocitu klonq.

Besidalijandios l4steles yra dviejq tipq. Jos skiriasi dydZiu ir gy-venimo trukme. Smulkesniq l4steliq gyvenimo trukme gerokai ilges-ne. Tai atminties lqstelds. Jomis isimenamas pirmasis kontaktas suantigenu ir imuninis atsakas. Todel antr4 kart4 susidfirus su tuo pa-iiu antigenu, reakcija I ji (antik[nq sinteze) labai pasparteja: blna3-4 kartus grei tesnd.

V1-ksta geno konversij a

TCR lvairor,d atsirancla derinantis dviejq pertvarkytq genq produk-

t"r, (o ir B polipeptidams). fCR genq pertvarka, kaip ir 1g genq

konstravimas. segmentq jungimosi vietose \yksta netiksliai. Thi irgi

naclidina TCR lvairove. Tadiau ZCR genams somatinis hipermutabi-

iutut nebldingas.'.-!r€, l4ste les - 2000 molekul iq lg isek)

<- Pakartotinis kontaktas su antigenu

AiC,

--,Q",u.*.. ,ui. ,eikriosios rqsreres

!o-l €' f3l , | , Greitesnis atsakasSusriprejusi atmintis

' '--'/ -

Po imuninio atsako ir imunoglobulinq lokusq perrv-arkos susidarounikalus darinys, kuris vadinamas idiotipu. Taigi klonuojamos vienoidiotipo l4stelds, nes Sio idiotipo koduojami Ig geriausiai atitinkaantigen4.

4.3.3. T limfocitq receptoriaus (TCR) ir audiniq suderinamumo (NIHC)

genai

Neatsitiktinai Sios dvi genq grupds, sudarandios dideles genq san-kaupas. nagrindjamos kartu. Nors audiniq suderinamumo genai su-telkti i MHC sankaup4 ir aptikti persodinant organus bei audinius(pirmiausia od4), jie tiesiogiai dalyvauja imuniniame atsake, kuriamT limfocitai ne tik ,,diriguoja". Jq koduojami baltymai TCR, CD3,CD4, CD8 tiesiogiai sqveikauja ir su MHC baltymais.

ICR genai ir jq pertvarka brgstaniiuose T limfocituose. 1CR ge-nams bldinga pertvarka tokia panaSi i /g genq perh-ark4, kad netrekombinacijq atlieka tas pats fermentq kompleksas rekombinaze. Matir TCR genuose yra tokios padios (7 ir 9 bp) nukleotidq sekos,kuriomis suartdjus susidaro kilpa. Pastaroji nukerpama ir buvg kilpo-je genai pa5alinami (ta DNR suskaidoma), o visi kiti segmentai su-jungiami.

Skirtingus polipeptidus (cr, F. y, 6) koduoja skirtingi genai, konstruojami i5skirt ingq genq sankaupu. Thdiau sankaupq yra ne 4, o t ik 3. nes i a sankaupq

isitcrpg 6 genai; B ir 7 sankaupos yra atskirai, bet abi toje pai ioje Zmogaus 7-ojojechromosomoje. o ad sankaupa atskirai - I . l -oje chromosomoje.

TCR polimorfizmas irgi jsp[dingas: gali bfiti 1015 ivairiq TCRvariantq. Toks skaiiius yra nc tik del genq pertvarkos, kaip ir Ig, bet

296

<- Pimrasis kontaktas su antigenu

---,1,-q)(91r-..-\ - .

O O Elektor ia i . ant ik l tna saminantrs

/ - \ / ^ \ . ^ n n - ^ 1 ^ t - - , 1 : . , t - t - ^ l@ (p;Atminties l4steles

L4stelejenoalelind

veikia tik vienas TCR geno alelis - pasirei5kia mo-

raiSka.

Ir Siuo reiskiniu TCR labai panaius i Ig. Tadiau T limfocitai

koduoja gerokai didesni skaidiq imuniniam atsakui labai svarbiq ir

br l t inuUa-t t i ,mq(CD'c i tok inq) 'TuotarpuBl in i foc i ta i lab iauspecia-lizuoti antikunus sintetinti (Zr. toliau)'

Audiniq suderinamumo kompleksas - MHC' [r genai' ir jq ko-

duojami battymai pasiZymi didiiausiu imogaus genome polimorfiz'

mu. MHC genrl totuso dydis irgi lspldingas (4'6 pav') -. 4000 kb'

jame per fO() genq. Zmogaus genome MHC genai uZima vis4 6-osios

chromosomos trumpqji peti (Op). Nepaisant dydZio, jis yra pirmasis

visiskai sekvenuotas (dar 1992 m.) stambus Zmogaus chromosomos

segmentas.Geriausiai iStirtos yra Zmogaus ir peles MHC genq sankaupos'

bet turi skirt ingus Pavadinimus:

. Zmogaus - HL1 (tngl' htunan leukoct'te-ussociated antigens)'

. peles - H2 (angl hisrocontpatibi l in ') '

iia nagrinesime tik Zmogaus Hl-4 lokus4'

MHC iodnojami baltymal skirstomi i I, il, III klasg' I5 tikrqjq

kai kurie Sios genq sankaupos koduojami baltymai formaliai tiesiogi-

nio rySio su iriuniniu atsatu neturi, ypad III klases baltymai. Antai

III kiases genai koduoja komplemento baltymus C2 it C4 (C4A'

c6B, C2 genai), Siluminio Soko atsako vien4 svarbiausiq baltymu

Hsp70, citochrom4 P-450 (steroidq hidroksilazE), kuris atakuoja en-

dogen in i subs t ra t4_s te ro idus (genasCYP2 l ) , veZ ionek roz6sve iks -ni,is 1fl,lf',< ir Tl,lFB genai). Thdiau imunind sistema veikia ir veZines

lqste les(TNF),degra"dauusiusarbanere ika l ingusbal tymus(Hsp70,CYP2L genai).

Jau -tik

Zvilgtelejus i pieSinl (Lt' 4'4 pav'), vaizduojanti I ir II

klases MHC, ai5ku' tad lie yra vienos kilmes su Ig ir TCR' irgi

\--

297

.(EJ\R1,\G1aR,/_\G:

l:J-/A:r_,zDpB)t t , - t . / )a_DP-. l :

"uttt;'.1'., JR;;:;r - ' \ J i - D P . 4 l

n119-r-\i i--r,r.:.r?#;\,\3:i;; ; : \ - . , 1 \ - r . r r - jr . { -1

*Jr \D-1,r8RI\G?-F ! -n1p

t t m - / / 1 )

T i D 1 / r \ - Y " -rlH/ l,\b01,

5.-\aPr-;1 \DaB1

j J__ 'DQ.l1

,o ru

CE\TRO}IER\

Genai:

Hsp70 - Srlurnruo Soko.Z,VF- r.ezo nekrozis veiksmcr,COZ - kolagenrr.

IJP:I ' citouhromo P-J50,

/./L-J. .- | l l35g5.D.. |Dl\{B, DPB . )- II klasesC, G - komplenrentcr

uk1

CI?)]C,4B

CIP2]

G5

DP BZ p_O D1 p'_g DR- a - - : - - : - r h -' r r ' - l T - x - l ; -

LqP_q"F 9_c rgu BBpc rI 000kb

Cia yra tik dalis jr.l (plg. su 4.6 pav.). I kl. MHC genrl yra10. II kL MHC genq - per 15. Labai daug yra pseuclogenq irrotiniq seku. Siu sckq paskirt is neai5ki.

aplekar-

.1),

Polimorfizmas sukuriamas visiskai kitokiu bldu negu Ig ar TCR:

a

a

kaip mineta, genq daug;kiekvienas genas turi iki 150 aleliniq formq. kiekvieno iq hete-rozigoti5kumas sudaro nuo 10 iki 90%:veikl[s abu aleliai lbialeline raiska), pasireiikia kodominavi-mas: yra abieiq aleliq produktai, iq deriniai cluoda skirringusfenotious.

G 1 3

G16G 1 5G11G13

OSG

.i,v)

4.6 pav. Zmogaus HI-4 (MHC) lokusas

atsiradg i5 bendro pro.revio geno del duplikaciju ir divergencijos. Kiek-vicn4 domena koduoj.a skirlingas g.nur. Genq konstrului,,,i, ner.yks-ta, bet to paties poripepticro g.nii daug kariu pakarroti, skirtingi.Pvz.. l l klases genai:

298

Nors qenai nekonstruojami, bet krosingoveris Hl.,4 sankaupoje vyksta labainetolygiai. Kai kuriose vierose j is i t in daznas, ki tose atvirkidiai. sl ipinamas, pvz.,t i i rp genq DQA ir DRB (lr kl .) . Manoma, kad tokiu b!<tu r, ,aldomas arsparum4infekci joms lemiani iq alel iq daZnis. ypai jeigu krosingoveri lydi dazna geno kon-versi ja - vieno alel io virsmas kitu.

Haplotipas. Del dideles aleliniq genq gausos ir rekombinacijostarp genq HIA lokuso (6p) viduje kiekvieno Zmogaus HrA rokusesusidaro nepakartojamas ivairiq MHC I ir II klases genq derinys. Sisderinys pavadintas haplotipu.

Haplotipas - tai artimai sukibusirl genq ir iq areriq derinystoje padioje homologineje chromosomoje. Thi miniatiniinis, ne-dideles genomo dalies genotipas.

_ MHC hap lor ipa i sudaro sa lygas save ika i ta rp gcno produk tq - b rQstan tMHCmRNR. Manoma. kad net kiekvien4 MHC balt l ,mq clomcn4 koduoja ganasavarank iSkas genc t in is v ienetas . Ths savarank i i kumas- i r pas i re isk ia b rgs lan tMHCmRNR. Bresrant mRNR. j i gari susidaryt i , ,hibridine", t . ,v. is abieiq diploidi-nio organizmo F1L,r lokusu, esaniiq abiejose homologinese 6-osiose chromosomose.Hl, ' l lokuso. kaip ir ki tq imuninio arsako (/g. rcR) lokusq, ypatybe ta, kad vienabu]ITo. domen4 koduoja vienas egzonas. t i igi brgsranr rnNR. ivair iais ,r"r i" ; . l igal i derint is FILA'RNR egzonai. koduojami homologiniq chromosomq:

.q)a

c1-4G l lRDBfC2

GI0 ,G9A'G9 'G 9

HL1-.1nLa-,4

HL.l.Hmj-GHLl.F

BulT,\IE{T,VFBB,1T ]

-{0iTELOMER{

299

6-o1i chr

pre-mRNR

l . _ _ _E A r

-::-lrF . R

- r r F n

A r B t C r

, . l i i b r id incs"

MHCniRNR

_ f :lA, B. C.

pre-mRNR . - '- l -

_iE-A: E .B: E .C: E-D:

6-oji chr. f-

i l a - ( . . D : "

Tai gal i buti viena i i pr ieZasi iq, kodel 5iek t iek skir iasi to paties asmens ivair iqaudiniq lqsteles pavirsiniais antigenlr is. Sie skirtumai svarbis audinir l nesimai5ymui,autonomijai. Thi iau Sie skirtumai gal i atsirast i i r brgstant baln'mams. juos modif i-kuo jan t sk i r t in -ea is huda is .

MHC veikla. I ir II klases MHC baltymai pristaro antigenq (bal-tyme) T l4stelems.

Pagal pristatymE I ir lI klases MHC balrymai yra specializuoti.Specializacija yra pagal dvi ypafybes:

. kokioms lqsteldms pristatomi antigenai:. I klasds MHC baltymai antigenq pristato CD8+T. lqstelems

(kileriams);. II klasds MHC baltymai anrigen4 pristato CD4+Th (helpe-

riams); pastarieji savo ruoZtu skatina B limfocitus gamintiantikunus:

. kokius antigenus skaido ir suri5a visa veikianti sitema (nesveikia ne tik MHC I ir II klases baltymai):. I klases MHC paprastai pristato endogeninius (vidinius) bal-

rymus;. II klases MHC pristato egzogeninius balrymus.

300

D.

I klzrsds MHC baltymai daZniausiai atakuoja virusinius baltymusprie5 virusui baigiant brgsti. Bet 5i sistema veikia ir prieS kitus en-doparazitus. vdZines l4steles, baltymrl atplaiSas, kurios, pvz., susidarodcgraduojant ballvmams po Siluminio Soko. T. limfocitai uZmuia vi-sas Sias l4steles. I klasds MHC baltvmus gamina visos (ar beveikvisos l4steles).

II klases MHC baltymai sintetinami, kai atsiranda i5oriniq balty-mu, kurie i lqstele yra pateke endocitozds b[du.

MHC gen4 evoliucija susijusi su tais veiksniais, prie5 kuriuos MHCbalt,vmai nukreipti. Labai stiprus MHC genrl atrankos veiksnys yravirusai. Nobelio premijos laureatai Cinkernagelis (R. M. Zinkerna-gel) ir Dohertis (P. C. Doherty) nustate, kad ivairfis I klases MHCaleliai lemia atsparumq skirtingiems virusams ir kitiems endogeni-niams parazitams. Antai atsparumas maliarijai priklauso ne tik nuohemoglobino genq mutacijq, bet ir nuo MHC (DRI, BW53) aleliq.Sie aleliai i5plitg Vakarq Afrikoje.

Amerikos indenai yra neatsparumo europieti5koms uZkrediamomsligoms (gripui, tuberkuliozei) pavyzdys: 56 mln. indenq Zuvo del Siqligq. Indenai turi labai maZai HLA-A aleliq. Tadiau pastaruoju metuindenq genome atsirado bei plinta nauji HIA-B aleliai. Sio skyriauspradlioje mindta, kad panaSaus reiSkinio reiketq tiketis ZIV virusoatZvilgiu. Tai mikroevoliucija, kuri ryksta ir Siuo metu, nepaliauja-mai, ddl amZinos kovos,,parazitas-Seimininkas".

NIHC special iosios formos. I IHC genai ddl i5nagrinetu veiklos ypatybiu yrarieni seniausiu tarp visq imuninio atsako gL-nq. Veikiant atrankai, atsirado labaisiauros specializacijos MHC genu. Pt'2., HLA-DM genas koduoja pagalbini baltym4,kurio paskirt is - sukurt i ki tq baltvmq tret ing sandarq, priZi lret i , , ,kad visi butq savovietose". Tokie balry'mai vadinami Saperonais (pranc. chaperone - moteris. kuriospaskirt is buvo priZiuri t i jaunas paneles, kad Sios, . .neiSkrypdamos i5 kel io". patektr li i ta iko A i ta ikq B. . . ) .

Kai kurie genai dar labiau specializuoti ir veikia dar trumpiau. Antai HIA-Gveikia t ik iSoriniuose trofoblastuose, saugo praddjusias dalyt is embriono lqsteles,kurios geneti5kai yra pusiau transplantantas, nes turi pusg chromosomq, svetimqmotinos kariot ipui, - bltent i5 tevo, Sal ia kitq genq ir lemiani ius MHC haplot ipus(genu derinius. lemiani ius I klases baltymus).

Vieninga sistema. Visos imuninio atsako sistemos tokioje glausto-je kurso dalyje iinagrineti neimanoma. Tik trumpai i5nagrineti imu-ninio atsako ,.pagrindiniai veikejai": Ig, TCR, I ir II klases MHC.Juos reikia papildyti balrymais, kurie nemindti (pvz., interferonais,

301

Y

daugeliu CD baltymq, kuriq jau yra apie 100), arba tokiais, kuriuossumindjome tik prabegomis (pvz., CD3). Visa 5i sudetinga sistemaveikia darniai, kaip vienas vienetas (4.7 pav.).

Thi vieninga sistema, kurioje dera

. univcrsir l ios formos su siaurai special izuotomis formomis,

. konstitutyvios formos (pvz., I kl. MHC) su indukuotomis for-momis. Be to, vis4 laik4 yra tam tikras pastovus, bet Zemaslygis tr1 formq, kurios yra indukuojamos. Nuo to priklauso vi-sos sistemos pat ik imumas.

fi nntgeno nrencirmas\-/ rr Dflstatvmas

I qs te les : t lE

,1.7 pav. Imuninis atsakas

?n ' )

4.4. Citochromq P-450 genq populiacija. Ksenobiotiksbiodegradacijos genetika

4.4.1. Ksenobiotikq biodegradacija ir jos fazds. Citochromai P-450 ir jqgenai

Panaiiai kaip imuninio atsako veikia ir kita labai stambi genqgrupi, lemianti ksenobiotikq metabolizm4 - biodegradacij4.

Ksenobiotikai * svetimos, nebfldingos organizmui medZiagos.

Thi detergentai (ieinantys I skalbimo priemoniq sudeti), ivairios kil-mds vaistai, ivair[s pesticidai ir kt. Daugelis jq ne tik nuodingosmedZiagos, bet ir tiesiogiai ar netiesiogiai yra mutagenai, kanceroge-nai. Bltent Sios jq savybes skatina tirti ksenobiotikq metabolizm4.Organizme Sie junginiai patiria biotransformacij4: arba suskaidomi,arba paverdiami junginiais, kurie lengvai pasi5alina i5 organizmo. Me-tabolizmo pobldis labai priklauso nuo to, ar organizmai turi aktyvi4ial in imo sistcm4.

Konkrei iq kscnobiot ikq biotransfirrmacijos fcrmcntq porcikis i i dal ics progno-zuojamas i i anksto. Ti i i pr iklauso nuo istorincs taksono patir t ies, kuri sukauptavykstant r l i ics evol iuci jai (Zr. tol iau). Egzistuoja labai didele citochromq P-450genq populiaci ja.

Ksenobiotikq ativilgiu organizmo strategija labai panaii j imuni-nio atsako strategijq, nes pana5Ds tikslai: nukenksminti svctimas or-ganines medZiagas arba nereikalingq savq medZiagq pertekliq, nesksenobiotikq biotransformacija nukreipta ir prieS endogeninius sub-stratus. MaZa to, pirmicji Sios sistemos baltymai (pirmieji citochro-mai P-450) buvo skirti endogeniniams substratams - cholesteroliojunginiams skaidyt i . Kaip i r imuninio atsako,

. yra universalios ir specializuotos konkrediam ksenobiotikui sis-tcmos:

. veikiandios visq laik4 (lemiamos konstitutyvirl genq) ir indu-kuotos biodegradacijos formos;

. sistemos yra dubliuotos, t4 patl ksenobiotik4 atakuoja ivairio-se padetyse skirtingos to paties fermento izoformos (4.8 pav.,A) arba skirtingos fermentq sistemos skaido ivairiais b[dais(4.8 pav., B).

l 2 l T

,,u,"...#,1,,?,"" _b-a*2( \@,*''"n.o'.,,'.*

r p i l o p d s

f i _ ) , \

dkyva.a ,",r1$r,,r, I'p/

6D r.u*,ruu.,,u | ,'l'ffi'on"' @

r''ro'ro a*v"a"uu

1-E -'+ d O{ ''"*'"' l x*:*, ,,{," \ - -

,:il,:::" ou"''ll'" t'il

I], Benz(a)pireilasA, Testosteronasot l 2,J-rpoksiBl '

.t{ ' l . \ iBI '

{J .6-ch inonRP

0{ ,5-epol i r i l l l '

t

4. f t pav . Tes f os te rono ' -1 . " U" r r f o lO i reno (BP) metabo l izmas i iu rk iq kepenqnrikrosomose:A - pavaizduotos t ik kt lnst i tutyviosios citochromo P-.150 izoformos (rcmiantisV. Kobliakovu, 1990)

Ksenobiotikq biodegradacijos/biotransformacijos fazds. Sal inimoneskir iant i atskir4 trei iq fazg d:rLrgcl io ksenobiot ikq mctabol izmasskirstomas i dvi fazes.

I biotransformacijos faz€je riebaluose tirpls kscnobiotikai virstavandcnyjc t i rpiais metabol i tais, igyja reaktyvir l grupiq: OH. NH,,COOH, SH. Vyraujer monooksigcnazinio tipo (clviejq elektronu per-nasos) rcakci jos: v icnirs molckul inio deguonics atomas pr i jungiamasprie substrato (R), o kitas yra redukuojamas i H.O.

DaZniausiai deguonies atomas iterpiamas tarp C ir H atomq;susidaro hidroksilo grupd (dviejq elektronq reakcija):RH + O. + 2C + 2H+ -+ ROH + H2O.

Bfi t inas laisvasis deguonis tO. l . Sio t ipo reakci jas vykdo ci tochromoP-450 fermentine sistcma:

. c i tochromas P-450 (hemoproteinas),

. NADPH-citochromo P-450 reduktaz6 (flavoproteinas),

. fosfolipidai (pvz., fosfatidilcholinas).

Sio tipo rcakciju alternatyva yra tiesiogine elektrono perna5a su-sidarant laisvam kationo radikalui (vieno elektrono reakcija). Cia de-guonis nereikal ingas. jo atomas gaunamas i i pcroksidq ir pr i jungia-mas prie substrato. Thi atlieka peroksidazds. Si4 reakcijq gali katali-zuot i i r c i tochromas P-450, bet i r jam but inas H,O,.

304

Vien4 sistemq gali keisti kita. Tas pats ksenobiotikas gali bltizrktyvinamas ir vienokiu, ir kitokiu b[du. Antai i5 benz(a)pireno (BP)pirmuoju btdu susidaro labai akryvUs 7,8-dioliai, antruoju budu -

kationo radikalas (4.8 pav., B). Kuris bldas D/raus, labai priklausonuo objekto ir net nuo to paties organizmo skirtingq audiniq. Auga-lq l4stelese lyrauja peroksidazind sistema, Odoje yra tik 2-60/o ci-tochromo P-450 aktyvumo, palyginti su kepenimis.

Daug ksenobiotikq metabolitq, atsiradr.rsiq po I fazes reakcijq, yramutagcni5ki, todel labai svarbu, kad tuoj pat vyktq II fazes reakcijos.

II ksenobiotikq biotransformacijos fazdje lyksta konjugacijos re-akcijos. Jas patiria ir endogenines medZiagos: hormonai, katechola-rninas. bi l irubinas ir kt. Sioje fazrjc prie t fazrrje susidariusio mcta-bolito (jeigu junginys tirpus vandenyjc, ir apeinant pirmqf:1 fazE) ter-mcntai prijungia ivairius junginius:

. IJDP-gl iukuronozi l transferaz6s pcrncSa gl iukurono r[g5ti nuo UDP-gl iuku-rorro r lgi t ics ant mctaboli toi sr.rsidaro gl iukuronidai;

. glutat ion-S-transferazds pri jungia glutat ionq; galut inai susidaro merkaptorlgS-tys;

. ari lsulfotransferazds pri jungia sulfato l iekanq nuo 3'foslbadcnozin-5'fosfosul-fato (PAPS);

. peptidai, dainiuusiai gl icinas, pri jungiami pric aromatiniq karboksirr lgi i iu(bcnzenkartroksirf igStis * cl icinas = hipuro rugStis; i i rcakci ja dtroma kcpc-nq dctoksikaci jos funkci jai patikr int i) ;

. ace t i l i n imas ksenob io t i kq , kur ie tu r i aminogrupg (a romat in iq aminq, su l la -midq , h id raz inq) .

Konjugaci jos reakci jomis kscnobiot ikai galut inai nukenksminami;tada ialinami metabolitai. ?riiau ir po II fazds reakcijq gali atsirastimutageni5kq mctabolitq. Antai labai stiprls mutagenai yra 1,z-di-chloretano ir 1,2-dibrometano junginiai su glutationu.

Ksenobiotikai ir jq metabolitai gali blti kaupiami (deponuojami)vakuolese, aug:rlq lqsteliq sienelcse, kai kuriuose audiniuose. Thi irgibldas apsisaugoti nuo Zalingo Siq junginiq poveikio.

Daugelis fermentq (UDP-gliukuronoziltransferazes, glutation-S--transferazis, arilsulfbtransferazes, peroksidazes) turi izoformq, brl-dingq konkret iems substratams arba audiniams, tadiau Siq fermen-tq genetika nera taip gerai iStirta, kaip imuninio atsako baltymq,todel apsiribokime tik citochromais P-450.

Citochromq P-450 genai. Tai viena i5 stambiausiq genq populia-cijq. Visos citochromo (c.) P-a50 izoformos sudaro Seimas ir po5ei-

-305

r-I

mius. Seimq yra daugiau kaip 20 (jos zymimos romdni5kais skaitme-nimis, poieimiai - didZiosiomis raidemis, izoformos ir genai - arabi5-kais skaitmenimis. pvz., citochromai P-450 IA1, IIC13; genai ati t in-kamai: CYPlAl, CYP2C13 ir pan.).

Kaip mincta, ivairios citochromu P-450 izoformos s4veikauja suskirt ingais substratais:

. IA (2 genai, CYPIAI ir C:YPIA2), izoformos lAl substratai yrapolicikliniai arenai (PAA, Lr. p. 467), o izotbrmos IA2 - aro-matiniai zrminai, aminorfg5diq pirol izes produktai;

a

a

I IAI (genas CYP2A1) oksiduda testeronq, be to. labai spcci f i5-kai - tik 7-ojojc padetyjelI IB (1 genai) substratai yra ivair [s ksenobiot ikai ;I IC (13 gcnq, i i iu 5 konst i tutyvls, k i tus indukuoja fenobarbi-tal is (Zr. tol iau), Scirrros izof i rrmos sudaro didZizf4 Siuo metuZinomq konst i tutyviqjq ci tochromq P-4-50 dal i lI IE, (2 genai) , substratai yra ctanol is, acetonas, N-dimeti ln i t ro-zoaminas ir kai kur ie ki t i n i t rozojunginiai . ldomu, kad genqinduktor iai yra ne t ik ctan<l l is, i lcctonas, bet i r f iz iologines bu-scnos, kur ioms csant organizmc gaminasi keton:r i : bf tent dia-bctas, L-raclavimas. Stai clel ko baclaujant paclideja mutacijq;IVAI (genzs CYPlAl) spc'ci f iSkai oksiduoja r iebalq rDg5t is i r kt .

Citochrcnrq P-4-50 izoformu ivairove gerokai clidesnc ncgu yraC'YP lokLrsq. Thi pr ik lauso nuo kcl iq pr icZasdiq:

. k iekvienas gcnas gal i tLrrct i savo alel ines i i rai ikas (kai kur iqgcnu alcl ia i i r pol ialc l izmas nustatyt i ) ;

. daugunra ci tochromq P-450 genq yra sudet ingos sandaros, su-claryti i5 7-9 cgzonq, todcl gali vykti altcrnatyvus splaisingas irt ransspla is ingas;

. Sie scnai sudaro populiacij4 ne tik pagal genq produktus, beti r pagal genq valdymo bldus (Zr. tol iau).

Suistratai- iymekliai. 2monc. lahl i jveir iai reaguoja i tq pati kanccrogenq-muta-gcna. Sio re iSkinio prieZasdiq daug. lrct vicna i i jq - ci tochromq P-450 izotbrmos.l irdiau t icsiogiai t i r t i P-,1-50 ir jo izofr lrmas yra sunku mctodiSkrLi, i r toclcl incl ividual iZmoniu i tnal izcl l lbui r ibcita. Sumanvta konkrei iLr asmcnq P-450 izoti-rrrnq aktyvumilivert int i pagal t ipi(kas konkrcciai ci tochromo P-450 izolbrmai rcakci jas: naudojantissubstratais-Zvnrckl iais (4.9 pav.). Pvz., norint jvert int i izoformos I,A2 kieki (aktyvum4),nustatoma, kick i5 fcnacctino pasiganrino parace tamolio. Substratq paieikos tssiamr)s.

306

Naudojantis substratais-zymekliais, iSt ir tos stambios Zmoniq grupes, nct popu-

l iaci jos. Nustalyta, kad st ipriai i r si lpnai metabolizuojandiq asmenq santykis popu-

l iaci jojc daZniausiai pirsiskirsto pagal Mendelio, Hardi io-Vainbergo disnius: domi-

rruoja st ipr iai metabolizuojantys asmenys. Tir i iau alel iq pasiskirstymas priklauso nuo

2nroniq rasds, populiaci jos. Antai si lpnai metabolizuojani iq S-mcfcnitoinq (citochro-

mas P-450 IICt ' t-10 izofbrmq substratas-Zymeklis) baltaodZiq ir kint l vra apie 57o, o

iaponq net 18-23"t 'r , . Nustebino Iabir i didel is 2moniq pol imorf izmas pagal kai kurias

t- '1,50 izofornras. Antir i pagal ci tochromo P-4.50 IA2 izofornri l . nustatom4 substratu--Tymckliu fenacctinu. Zmones skir iasi vienas nuo kito 100 ir daugiau kartq. Prisi-

minkimc. kad ( i forma aktyvina ar<tnratinius aminus ir aminor[g(i iq pirol izds pro-

cluktus. Pastariej i labai kancerogeniiki .

Citochromq P-450 genq evoliucija. Kaip ir imuniteto, hemoglobi-nq genai, citochromq P-450 genai yra turejg vienq bcndr4 pirmtakE

(4.10 pav., l ) . Citochromo P-450 pirmtakas atsirado bakter i jose pr icSmaZdaug 2 milijardus metq. PricS 1,5 milijardo metq i5siskyre proka-

riotai ir eukariotai. Thi buvo Iemtingas citochromq P-450 genq evo-liucijos momcntas, ncs prokariottl citochromq P-450 genq divergen-cija buvo labai silpna. Susik[re tik viena genq Seima (C1). Tuo tarpu

. .czHs( . _ N H| >(''f-*).:"

( 1n,

(l- {.rn,-r:H,f'cnacetinas S-mcfe nitoinas

t+I r -N-C-Cl I .

l l r

trll1 \ - / lv/

a9paracetamolis

l 2

4.9 pav. Zmogaus citochromo P-450 genqI - fcnacctinas ---} paracetantol is =.: l-hidrcrksimefenitoinas = CYP2Cll ' 9 vksidebrisochintts = CYP2DB

20 '

.l- h id ro ks im efcn ito i n as 4-h idro ksidetrrisochinas

3

markeriniai substratai:CYPI42:2 - S-mcfenitoinas ---|

10: 3 - debrisochinas ---) 4-hidro-

:Hst l)c=o

Il.t

307

'1,4 I - Pseudomona't'vP t I Blsrcroidu, I 'P I IAJ

,, s-i:r;,-i,:r( pse u doge n asll,,.,o, o u' te ( ' r 'PIg I

. 1 7 - ( ' Y P 1 7 J

L/ - rn ie lds

C'I'P4

,5 fl n;] $j,i\XljliLi * "r"n, 0", o u

, ' r r : l indukuoiam i

,,t r_,.rJ llnnbarbital io

- t ' t t ' tE l indukuo iamil L r ' l r / d p A A . d i o k s i n o

M i l i j o n a i m e t q ( x l 0 )

,r c y P 2 D - debrisochino metabolizmo

L'YP2f, - indLrkuojami etanolio

, '-f cyP2c ([vairfis. didelis poseirrris)

25p0 , l0p0 , ol5oo Soo r-f i l i . ionainretq

tDabartis

4.10 pav. visq citochromq P-450 genq (l) ir citochromo P-450 IIE (B) evoliuciia:

nj lkamc lbne * kscnotr iot ikq mctabolizmo citochromq P-4-5() Scimcls ir poSeimiai

eukariotams blclinga labai intensyvi CYP genq divergencija i daugeliseimq. Antai, priei 1,1 milijardo metq issiskyre genai, kurie koduoja

citochromo P-450 izofbrmas. katalizu<tjandias endogeniniq ir egzoge-niniq substratq biotransformacij4 (CYPlI). Mat padios seniausios ci-

r6chromo P-450 formos katalizavo tik endogeniniq substratq (choles-

rerolio junginiq) metabolizmq. Prie$ maZdaug 900 milijonq metq at-

sirado steroidq metabolizmo P-450 Seimos (CYP17, f9' 2l).

Siq genq ieimq koduojami citochromai P-4.50 svarbls normaliai Zinduoliq rai-

clai. Anrai CYPtl i r CYP2t genq Scimq mutaci jos sukcl ia moteri ikEi i pscudoher-

nrafrodit izm4 (kariot ipas XX, su iSsirrysi iusiomis kiau5idemis, bet sutr ikusia genita-

l i jq raida), o CYPtT ieimos rnutaci jos. atvirkidiai, sukcl ia vyriskaj i (XY) pseudoher-

nra l rod i t i zm4.

Tik priei maZdaug 800 milijonq metq pagaliau atsirado genai,

kuric kocluoja izoformas, katalizuojandias ksenobiotikq biotransfor-

rnacij4. Thip ZoledZiai gyvhnai prisitaiki prie augaliniq toksinq. Toles-

ni citochromq P-450 genq divcrgencija vyko 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$barstyti po ivairias chromosomas. Zmogaus citochromq

t,-450 yra bent u chromosttmose. Thigi jei ivyktq vieno lokuso dele-

ci.ja. liktq veiklls cYP genai kitose vietose ir kitose chromosomose.

Gyvenimo bIclas, ckologija skatino atsirasti naujas citochromqp-4-50 izofbrmas. Anrai lIEl (CYP2E1) atsirado pricS tiO milijonq

mctU. Sio citochromo P-450 substratai yra nitrozoaminirs, etanolis,

kctonai. Thdiau triuSio gyvcnimo bldas paskatino tolesng geno di-

vcrgcncijzl i atskiras dvi izoformas:

. v ienos substratas etanol is ( l lE2),

. antros - ni t r t tzoaminai ( l lE, l ) (4.10 pav., B).

Za l i0 jc 2o lc ' j c c l r rug iuu n i t rozoaminq p i rmtakq. Zo le i ka is tan t ga-

minasi alkoholis. Del to triuSis tapo geneti5kai uZprogrzrmuotu ,,alko-ho l i ku" .

4.4.2. Citochromq P-450 genq valdymo ypatumai. Lytinis dimorfizmas ir

imprintingas

CI? genq valdymas yra labai suddtingas. Thi suprantama' nes spren-dZiamas klausimas , .b[ t i ar ncb[t i " . Sistema saugo organizm4 nuonuoclq, todel, kaip mineta, veikia dubliuojantys apsaugos budai, t4

Divergencijos pradT.ia

Ipati ksenobiotik4 skaido ivair[s fermentai. Patys citochromai P-450gali atakuoti ivairius substratus, vienas kit4 bent i5 dalies pakeisti.

CI? genq veikla tiriama naudojant ne tiek mutantus, kiek induk-

torius ir inhibitorius. Vicna mutaciia - CYP2D geno yra labai papli-

tusi : 5-107i Zmoniq tur i 5io geno mutaci jq. J i buvo apt ikta t i r iantvieno anksiiau vartoto vaisto, maZinandio kraujosprldi - debrisochino(izochinolino karboksiamido) Zalingas paSalines pasekmes.

' Iai . kad CYP genai pasirei5kia nc visosc l ipstclcsc. audiniuttse. organuose. yra

jprasla cukrrr iotq genu valdymtt ypatybi. Aktyviausiai CYP gcnai veikia kcpenyse,plaui iuosc, placcntojc ir smcgenysc. Thi iau jq ypltybi yra ta, kad vienuose orga-

nuose j ic gal i h[t i konsti tutyvls, ki tuosc inclukuojami kaip CYP2B poic-imio gc-

nai. Plaui iuosc j ic yra kt lnst i tutyvls, kcpenysc - indukuojami. Ksenobiot ikq meta-bol izmui spccial izuotamc organe kepcnyse dauguma cit i tchromu P-450 gcnq yraindukuo janr i .

Induktor iai yra ivairus, kaip i r pat i s istema. DaZniausiai tai spe-ci f in iai substratai , kur iuos atakuoja at i t inkami ci tochromai P-4-50.

Genotoksikologi joje susmulkinta endoplazminio t inklo frakci ja(mikrosomos, arba S-9) buvo pritaikyta promutagenams nustatyti. Thitokie muti tgcnai, kur ic veikia ne t icsiogiai . o po kscnobiot iko nleta-bol izmo I fazis. Pr irc ikc surast i tokius indrrktor ius. kur ie indukuotqkuo d:rugiau citochromq P-450, t. y. icSkota universaliq induktoriq.

fs i t ik inta, kad daZniausiai induktor ius yra pats substratas. Vis deltosurasti du induktoriai. kurie aktyvina dideles CYP gcnq grupes. Tai3-meti lchol i lntrenas ir f 'cnobarbi tal is.

,,MC tipas". 3-mctilcholantrenas indukuoja CYPIA genus, kuriqkoduojami citochromai P-4.50 atakuoja svarbi4 kanccrogcnq grupg -

pol ic ik l in ius arenus. Ju mRNR kickis padideja apie 100 kartq.Visi pana5us induktor iai i r jq indukuojami CYP vadinami MC

tipo induktor iais. St ipr ls MC induktor iai yra pol ichloruot i bi feni lai -

labai svarbi ksenobiotikq grupe, kaip induktoriai daZnai vartojamiherbicidai. Labai stiprus induktorius yra herbicidas ,,Aroclor 1254",bet v isus lcnkia ( t iesiog visus tyr indtojus Sokiravo) 2, 3, 7, 8-tetra-chlordibenz-[b,e]- 1,4-dioksinas:

Cl ,,".

.!:',i ICI

, ))ct

Jis net apic 3000 kartq vciksmingesnis uZ 3-meti lcholantrena.

Bc to, genq vciklE sukel ia i t in maZos jo dozds, fakt i ikai pedsakai(0,85'10- ' mol/kg).

Bhtcnt dioksinas buvo trrs prvoj ingus nuodas ,,oranZiniamc" defol iantc, kuri

\ ,urto. io Vietnamc JAV kurinis pa.icgos. Dcfol iantc j is l tsirado dcrl aukitos Icmpc-

nr l i l ros (ga is rq) . Dar v icnas skanda las k i lo ' l i i vane - . .a l i c jaus l iga" . 1979 m. ap ic

2(X)() - l?r ivano

gp'cntojq. r 'artojusiq al icjq ryZiams kcpint i , susirgo Sia l iga (atsiranda

budinga oclos ir niLgq pigmcntaci ja, plsles). Pasirodo, al icjuje blta hcrbicidq - po-

l i ch lo ruo tq b i fcn i lu pcdsakq. TL 'n tpcra t I r t t s vc ik iami (kcpant ) 5 ic v i r to d ioks inu .

Pol ichlonrot i bi fcni lai kaip hcrbicidai naudojami i r Lietuvoje vr i r-puc' iui naikint i .

PB t ipas - k i to induktor iaus fenobarbi tal io (sin. 5-et i l - -5-feni lbarbi-turrr rlgltis, luminalis). Jis indukuoja kitus CYP, tarp jq CYP2B ir CYI'2Cpoicimiq. Pol ichlorucl tq bi feni lq miSinys herbicidas,,Aroclor-12-54", taipprrt i r dioksinas, indukuoja MC ir PB t ipus. Pr ik lausomai nuo indukto-r iaus, pvz., MC ar PB, pasigamina nctapatf is to pat ies junginio (kseno-t r io t i ko) mctabo l i ta i (4 .1 I pav . ) .

,4ft lokus:rs. Baltymai - receptoriai. Su kokiu gcnu szlvcikaujaMC t ipo induktor iai , paai ikejo t ik po to, kui par,yko apt ikt i pel iql in i ja (DBA/2N). kur i ncrcaguoja i i iuos induktor ius. Sis dominuo-

. i rurt is gcnas buvo pavadintas Alt (yra dvi jo pavadinimo ki lmis vcr-sijos, istorinc - angl. an'llwdrog,lusc - pagal pagrindini indukr"rojanrqlrirltynrq f'ermcntini aktyvuntq, ir antra, iiuolaikinc - urom(ttic lwdrtt't 'urhon rcsponsivutc.s.t - paqal pagrinding grupg ksenobiotikq, kuritloksidaci j4 vykdo jo valcloma genq grupd rcgulonas). l / r lokusas val-ckr apic 20 gcnq, t. y. per l0 mortooksigcnaziniq aktyvumq.

Visi genai, valdomi vieno bendrcl valdymo geno, sudaro regu-lonq. Visi regulono gcnai turi tokias padias valdymui skirtasnukleotidq sekas, su kuriomis s4veikauja vieno bendro valdy-mo geno produktai - reguliavimo baltymai.

,4lr lokusas - t ik lcclkalnio virSlne]. Kaip i r daugel io genq,kuriq veikla yra atsakas j ekologiniq veiksniq poveikl, pvz., padide-jusi pot ic ik l in iq arenq (PA) kicki , t radici5kai s ignal4 pr i ima lqstelcsplvir i iu jc receptor ius; tol iau pcrnciamas i branduol i , o ten transk-ripciios veiksnys ijungia genus/visq regulonq ar genq sankaup4. Thibldinga valdymo eiga. Tadiau CYI' genq ji r,yksta truputl kitaip.

'D".. t"'1ao,,, \

310 311

9a 9* ,,il / \ ffil"".lt:r'"* * (OXO>(-- (OXO>('"

*-\rr* --\r/-

I l rombcnzana!

cH,cH,cH,qcH,cH,

l ledt{o}pir .n. !

Q}@"4.1 I pav. Ksen<lbiot ikq nretabol izmo skirtumai priklausomai nuo pB arba NICindukuojamq citochnomq P-450 izoformq:kair i jc - ci tochronro P-4-51) izol irrrnos, indukuotos tcnoblrbital iu (PB); dci incjc -indukuotos mcti lcholantrcnu (MC); ci tochromai p-450 i terpia o atom4 ial ia F{ atomoir susidar-o otJ grupi ' . paivmct, pi lkai (remiantis o. pclkoncn ct al. . 197tt)

l /r lokusas kaip t ik ir koduoja receptoriq, be kurio lEstelesnereaguotq i PA. tadiau receptorius yra ne ant membranos, o netolijos - citoplazmoje. Be to, ten jis neaktyvus, susijunggs su vienu svar-biausiq Siluminio atsako baltymq - Hsp70 (4.12 pav.). Todel busreaguojama tik rada, kai PA (ar atitinkamai kitas ksenobiotikas) pra-siskverbs i l4stele. Ah rcceptorius bilna tol neaktyvus, kol i lastelgncprasiskvcrbia PA. Prasiskverbgs pA s4veikauja su Ah receptoriumi,ir Sis i5silaisvina ii komplekso .,Ah f Hsp", akryvinasi ir pernesa iL.rranduol! signal4 apie pavojq:

J t z

l.L

-) l -:)

rI

/-}-.r\Ah iH.p I +\ _-/

Neaktyvus rcceptorius

t3:qi,t--^.r) ,*aa-1rlX).; -' (,t9 J{h/ tit;:i".::il"u"

Aktlwus receptorius

Tiri labai panaiu i represoriaus ir induktoriaus silveikq /ac operone.Steroidiniq hormonq receptorius irgi jungiasi su tuo padiu Silumi-

nio Soko baltymu, kaip ir Ah receptorius. Mafyt, toks valdymas bu-dingas CYP genams.

Ah aleliai. Ah genzts, kaip ir daugelis kitq eukariotq genq, yra po-l imorf inis, tur i daug alcl iq. Kaip valdymo genai, j ie skir t ingo st iprumo.fvair[s lft lokuso alcliq dariniai (pvz., Aht'Aly'', Altt'All, AhtAhd ir kt.)lcmia individual ius Zmoniq skir tumus skaidant aromatinius aminus.

Valdymo genai gali lcmti ir kiekybinius individq skirrumus.

:1. 12 pav. Citochromo P-150 CYP|,4l geno indukci ja 2,3,7,8-tetrachlordibenz-[b, el--d ioks inu (TCDD)

e$\ l

l/r regulono valclynio kerias yra tipiikas cukariotu genq, kurielcmia atsak4 j ekologinius veiksnius:

induktoriaus sqveika su reccptoriunri -+ signalo pernasa ! bran-duoli -+ sEveika su transkripcijos veiksniu --r transkripcijosveiksnio s4veika su valdomais genais -+ gcnq veiklos uttynou-crja - mRNR transkripcija -+ transkripto brendimas ir perna_ia i ribosomas -+ transriacija - bartymo sintezd -+ baltymobrendimas ir veikla.

?r i i lgas kel ias. Thip gal inra i r , ,kojas pakraryr i , , . I pavoj ingusgyvybei .pl inkos veiksnius tur i but i grci tesnis i r i t in grei tas atsa-kas - , ,grci tojo rc.gavimo" t ipai . Labai cr i t rerc sekmJ garima rai-kyti tai, kad pavyk. aptikti Ziurkiq subliniji l, kurir.rs k"ienyse yrancveikl i c i tochrom. p-4-50 I ICI3 izoforma. Si izofcrrma oksiduojatcstosteronE. Pats cyp2cr3 genas mutant ines Ziurkiq r ini jos kepe-nyse tr .nskr ibuojanras nornral iai . Mutunt inio i r n.rmalaus ziurkiqcYP2cl3 gcno mRNR kickis mazdaug vicnodas, o ci tochr.masncsintetinam.s. Tirip ir p*aiskejo, kacl yra atsarginis, neaktyviosmRNR. Jas aktyvira ksen.bi . t ikas, o i iu. atveju endogenincs me-dziagcls testostcrono pcrtckl ius. Del atsargi ' iq mRNR atsak. ke-l ias labai sutrumpcja: tcreikia aktyvint i mRNR, i r jau sintet inamasbaltyntas.

b. l tymai. t ik j ie ncvcikr ls. I r toks varclynro bldas iuip pzi t apt iktasci tochromq P-450. Baltymai sintet inanri i r pcrvcclami i neaktyvi4 b[-sen4 - citochromai p-4-50 lirsforilinanri:

F oslbri l in irnarici tochromas P-450 proreinkinatd'

aktyvus baltymas Defbslbri l inimas

F ()s fatuzc

citochromas P-420

neaktvl us baltvnras

Lytinis dimorfizmas - tai skirtunrai tarp lyiiq pagal citochromqP--X50 izoformas. Daugiau veikliqjq CYP gen4 turi r,yrai (pvz., CYPIA,kuris lemia benz(a)pireno ir kitq PA metabolizm4). Thi genai, kuriuve ik l4 valdo lyt iniai hormonai. Hormonq poveikis CYP genq vciklaii r daugel is ki tq ci tochromq P-450 gcnet ikos klausimq t i r iami grauZi-ku pc l iq . Z iu rk iq gcnome. Tr i ne v ien de l pa togumo. S iems gyvu-nams bldingas itin aktyvus ksenobiotikq metabolizmas: ryja viskq,r r c t z i u r k i u n u o d u s . . .

GrauZikq genomc lytinis dimorfizmas budingas ir ksenobiotikqclegradacijos ll fazis reakcijoms. Antai gliukurono r[gitis prie nitro-fcnol io intensyviau pr i jungiama Ziurkiq pat inel iq kcpenyse, o sul fatolickana, atvirk5ciai, pateliq kepenysc net pcnkis kartus intensyviauncgu pat inel iq kepenysc.

Cl? genq veiklq valdo lytiniai ir augimo hormonai. Bltcnt delruugimo hormonq daug CYP genq veikl [s t ik subrcndusiq Zinduol iqtrrganizmc. Abiejq hormonq grupiq vcikla suderinta. Antai CYP2A2,('\ 'P2Cll, CYP2C13 gcnq ckspresija rryksta tik subrendusiu patincliqkcpcnq lastclcse. Subrcndusiq patel iq l4stel ise i ic genai neakryvts.

f l r rkos tu r i anrZ ius . ob jck tas . Zm()gaus izo formrrs l l lA gcnas ncpr i -k lauso nuo lyt ies, o Ziurkds vcikia t ik subrendusiuose pat inel iuosc.

CYP gent l valdymas hormonais tur i gi l iq ckologing-biologing pras-rng - i isaugot i r l i i i r jos genofbndq:

- vaikams visa, kas geriausia! Saugomas brqstandiq pal ikuoniqorganizmas nuo mutageniniq veiksniu.

CYP genq veiklos imprintingas. Thi dar viena CYP genq ypatybc,i rgi nustatyta grauZikanrs. Imprint ingas, arba lqstel€s atmint is, dtrL-niausiai budingas gcnams, kuriq veikl4 reguliuoja hormc'rnai.

Imprintingu Sis reiikinys buvo pavadintas del labai didelio pana-(umo i imprinting4 psichologijoje. Paveikus naujagimj ksenobiotiku,kuri metotiolizuojaniio citochromo P-450 genai veikia tik subrendu-sio gyv[no kepenyse, povcikis, pvz., benz(a)pirenu, ctilmorfinu, etok-sikumarinu isidemimas. Pakartotinai jau subrendusiam gyvhneliui da-vus kurios i3 Siq medZiagq, atitinkamq genq indukcija buvo spartes-nc negu tq gyvuliukq, kurie kontakto su ksenobiotikais prieS taincturdjo.

Prisiminkime, kad pana5i atmintis bldinga ir B limfocitams.

Fosfi lr i l intas citochromas P-120 (deI pasikcitusio iviesos sugcrimo maksinrunr' -420 nm) yra neaktwus tol, kol fosf l tazd.i paial ins foslaro r-ugst" ics I ickanq. l l i labaidaZnas grcito atsako budas.

CYI' gem4 valdymo isskirtiniai reiskiniai d,: rytinis dimorfizmas irgcnq vc ik los impr in t ingas.

314 315

4.s. GENV VETKLOS VALDYN4AS

4.5.1. Cis- ir trans-veiksniai. Regulonas

Eukariotq ir prokariotq genq veiklos valdymas is esmes skiriasikad ir tuo, jog

' eukariotu gcnq veiklaiypat ingzr reiksmg tur i chromatino sandara,. daugclis genq nesudaro sankaupQ, yra i5sibarstg po genomq

(chromosomas),' daugial4sdiq 'rganizmq genq veikla yra suderinta skirtingose

lqstelese; vicnq l4sreliq produktai reguliuoja kitq l4steliq u"iHq.

Jau esamc iSnagrincjg kelctq itin svarbiq eukariotrl genq grupiq:

. bal tymu sintezes/r ibosominiq RNR,

. chromatino sandaros/histonu.

. O./( 'O, apykaitos/hcmoglohinq.

. zltsparumo infekcijai/imuninio atsako (Ig, TCR, MHC),

. atsparumo ksenobiotikerms, jq biodcgradacijos/citochromq p_450,

taiei galejomc is i t ik int i , kad genq vardymo potr[dis - ar i ie genaisutclkt i i sankaupas, ar i5sibarstg po chromosomas, kokia jq valdymotvarka, - yra tikslingas, tenkina optimalias siq genq veiklos s4lygas.Thi, kad cukariotq gen()mc vyrauj. regulonas, i rgi tenkina Siq. genqvciklos opt imal ias s4lygas:

' daugel is eukariotq genq dalyvauja daugiau kaip vienoje genq val-dymo grupiu, sankaupas suda^r t ik labai r ibot.s veikros genai;

' i is ib.rstymiis po gcnomq at i t inka opt imal ias saugos s4lygas: vie-no geno delcci ja neslopina visr; l ikusiqiq rcgulono genq veiklos.

Bet ir Siq genq veiklos valdymo pamatq sudaro Zakobo ir Mclnoatrasti veiksniai - aktyvatorius, represorius, incluktorius, specialios nu-kleotidq sekos (cAMP rcceptoriaus ir represoriaus paZiriinro, opera-tor iaus), v:r ldymo gcnai ( I ) i r valdymo budas.

crs-veiksniai yra nukleotidq sekos, kurios valdomosikoduojan-iios geno dalies ativilgiu yra cis-paderyje (t. y. toje paiiojechromosomoje). Prie jq jungiasi valdymo genq procluktai.

Konkrediai /ac operone - tai sekos, prie kuriq jungiasi cAMPreceptorius, represorius ir RNR polimerazd. Kiek vdliau Sios sekospasipilde sekomis, kurios buvo pavadintos enhanceriais (angl. enhan'cc - didinti, stiprinti). Jie zymimi En.

Enhanceriai yra geno veikl4 aktyvinandios nukleotidq sekos,kurios dideliu atstumu nutolusios nuo valdomojo geno, betpaprastai yra cis-padetyje. t. y. toje paiioje chromosomoje,kaip ir valdomasis genas.

Atstumas tarp enhancerio (iki keliq de5imdiq kb) ir valdomo ge-no gali tik iitrodyti labai didclis, bet paprastai susidaro kilpa, ir en-hanccris priarteja prie promotclrizrus:

E n Prc " Geno

oromotorius

Thigi priartejgs enhanceris sudaro kornpleks4 su promotoriumi:

arba s4veikauja su RNR polimerazc ir kitais transkripcijos pra-

dZios baltymais,arba su transkripcijos veiksniais.

Enhanceriai gal i blt i i i abicjq (5'- arba 3'-) geno pusiq. Jq ap-t ikta netgi intronuose.

Thans-veiksniai yra kita genq valdymui butinq veiksniq grupe.Thi baltymai - valdymo genq produktai. Jie gali skatinti arbaslopinti geno arba genq grupes veikl4. Sie veiksniai kitaip darvadinami transkripcijos veiksniais. Jie yra trijq tiptl.

1. Pagrindiniai (baziniai), arba bendrieji, transkripcijos veiks'niai (zymimi TF) ieina i kompleks4 baltymq, kurie bltini geno transk-ripcijai. Jie gali nulemti labai dideliq genq grupiq veikl4. Antai ma-Ziausias transkripcijos veiksniq TFIID, TFIIB, TFIIF kompleksas su

J L /

ooc ra

ooc ,ii:

Kilpab ' - --/,lfu

5i\ti" \ ," :

Spiral6 - k i lpa - spi ra ld

cooH cooH

N H , L : L N H :

L L

Spiral6 - posOkis - spirald

T F I I I A

sooc---Pa2inimo

sptrale

Pai inrmo

sprrale

Sqveikos sritys

Cinko "p i r5 te l ia i "

Leucino "u2trauktukas"

4. l3 pav. lvairf is transkripci jos veiksniai i r jq sqveikos su DNR modeliai: L -l c uc inas

RNR II pol imerazc aktF/ ina visus gcnus, kur ic lemia baltymus irkur iuos transkr ibuoja RNR II pol imerazi (Lr. p. St l ) . Vienas ki taspapildomas transkripci.jos vciksnys gali s4lygoti maZesnes, specifiikes-nds genq grupis, pvz., konst i tutyviu. adaptaciniq arba audiniq speci-f in iq genq ir kt . aktyvaci jq.

Vienas ii Siq veiksniq TFIID kartu su TAIA nukleotidq sekE atpa-Zistaniiu TBI' baltymu (angl. MTA binding protein, Lr. p. 92) sudaroki lp4 tarp enhancerio i r promotor iaus. Kai susidaro kompleksas su en-hanceriu, genas transkribuojamas akt)^/iau negu be enhancerio.

2. Specifiniai transkripcijos veiksniai, saviti konkreiiai genq gru-pei - regulonui. Tianskripcijos veiksniai pagal jungimosi su DNRpobrldi yra kel iu t ipq (4.13 pav.):

. spirafd-poslkis-spirald (HTH, angl. heli-r-tum-hela), isistato i didlji griovcli(Lac ir Tip rcpresoriai, l , reprcsorius, homecldomcnas. kuri koduda home-oz in ia i gena i ) :

. cinko ,,pir5tel iq" motpas prrd2iojc aptiktas transkripci jos veiksnio TFll lA,kuris valdtr .5.S ,-RNR gcno transkripcijq. Varlcs Xenopu.s Sis veiksnys turi 9c inko , ,p i rS tc l ius" (C is a rba H is l i ckana jung ias i su Znr* ) ; moty \ ,q tu r i i rstcroidiniq hormonq rcccptoriai;

. leucino ,,uitrauktuko" motpas i i dviejq pol ipcptidq. Kickvienamc jq rcru-l i rrr iai i is iclcsi ' iusios Lcu l iekan<rs (c-Myc. c-Fos),

. spirald-ki lpa-spiral6 (HI-FI. angl. l tclLr-knp-hel ir) - vicn4 spiralq ki lpa jun-gia su kita. pol ipcptidai gal i bi l t i t ic palys arba skirt ingi (paramutagcniSkqkukur[zq gcnq koduojami baltymai).

Kai t ik nust i l toma, kad baltymas tur i kur i4 nors i5 minetq sanda-ruI. tai beveik automatiSkai tampa irodymu, kad 5i bal tym4 koduojan-tis gcnas yra valclymo, o pirts baltymas yra transkripcijos vciksnys.

3. Koaktyvatoriai ir korepresoriai; j ie jungiasi ne tiesiogiai prieDNR sckq, o pr ic valdymo baltymq.

Regulonas. ' la i

po genon)i l iSsiharsciusiq gcnu grupe. vieni jamabcndros funkci . ios i r bendrq valdymo gcnq. Visi regulono gcnai tur itokias pai ias valdymui skir tas nukleot idq sekas (4.1 lentelc).

( iana daZna i t l s pa ts cukur io t r t qcnas pr ik luus t t r t c v icnam rcgu lonu i a rbu k luus t rkc l iu . ,v i r i in inkq" kornr rndq ky l ln r ' iu tvarka . C ia l i b [ t i va ldynro genq h ie rarch i ja . ' l i r -kia valdymo gcnq hicrarchi ja yplt bhdinsa morl irgcnczis - individual ios rait l rs gc-nunrs . Pavyzd l iu ga l i b [ t i d rozo f i los kuno scqmcntac i . jos gcna i 12r . p .37a) .

-1 . I I cn tc le . M ie l iq aminor lgSd iq bado i r d rozo f i los i i l umin io Soko regu lonqpa lvg in imas

Org:rnizma Gcnas lndukcr ja f]cndra valdymo scka(cis-veiksnys)

Sckoshomoloui ia oz

['adetis gcnc

M i c l c s HIS I

HIS 3HIS 4

T'RP 5

Ant inoruuSi iqbadu

Kartotinc scka

e N or<;nc |ctr9

1889

78

-334-3 I 9-170 73-99 33

- 1 9 5 1 8 3- 1 3 9 8 8- 1 9 0 6 5

[ )rozofl la hsp 70hsp 83h.sp 26hsp 27hsp 68hsp 23hsp 22

S i lurnin iuioku

Karlot ine sekaC1'C]CAATGN'C.

-GCGA

8 58 5546962858 5

-62

62-68- 6 1

147-117

Signalq perna5a. Pavir5iniai receptoriai ir Saperonai. Gana daZ-nai signalas veikti arba nustoti veikti yra ne l4steles viduje, o i5Salies. Thi bldinga ir Siluminio Soko genams. Signalas veikti yra memb-ranos baltymq irimas, kurl sukelia auk5tesni temperat[ra. Plsleles(vezikules) 5l signalq nuo l4stelds membranos gabena i branduoli.Ten aktyvinamas valdymo genas, kuris koduoja transkripcijos veiksni,o Sis aktyvina visus regulono genus.

Valdymo ivairovd prasideda nuo receptoriaus. Vieni receptoriai yralEsteles membranojc. Jie s4vcikauja tik su induktoriumi, o toliau signa-las pcrne5amas i branduolj. Ten aktyvinamas baltymas (arba baltymqkompleksas), kuris yra transkripcijos veiksnys. Vadinasi, nuo signalopriemimo iki komandos genams veikti yra i5tisa tarpine grandis:

. receptorius -) perna5os struktfiros ir veiksniai -+ transkripci-jos veiksnys.

Thip veikia, pyz., mitogenai (Zr. tol iau), t . y. vciksniai , kur ie sukel ialelstel iq dal i j im4si.

Signalo pernaSos genetika labai sudetinga. Ji Siuo mctu labaisnrarkiai tiriama. Tiriant signalo perna54, atrasta nauja grupe genq.Jie koduoja baltymus arba RNR (2r.Y sk.), kuriq paskirtis pernc5tiirlar pastatyti j vietE genq produktus (baltymus ir RNR). Siq ,,tieki-mui ir statybai skirtq" genq labai daug, daugiau negu tiketasi. Pir-mieji buvo i5tirti Siluminio Soko atsako gcnai ir jq veikla. Poveikis(nctgi trumpalaikis) auk5ta temperatfira sukclia didclio genq skai-diaus veikl4. Paaiikcjo, kad ne visq jq produktai tiesiogiai dalyvaujalikviduojant aukitos tentperatlros poveikio pasekmes. Pirminis signa-las yra apirg baltymai. Baltymo klatrino padengtomis vezikulemis (p[s-lelcmis) signalas perne5amas i branduol i . l9B7 m. El is (J. El l is) at-rado Saperonus.

Saperonai - baltymai, kuriq paskirtis padeti kitiems baltymamssukurti treting sandar4 ivairiose l4steles struktflrose ir balt,v-mq kompleksuose. Patys Saperonai i Sig strukturq-kompleksqsuddti neieina.

Drozcrfilos iiluminio Soko atsako gcnai ft.rp 70 ir hsp 60 (nuo heat-shock protein)koduoja iaperonus, kurie vel iau buvo aptikt i i r ki tuose organizmuosc: bakteri jose,

ivair iuose eukariotuosc. Vadinasi, j ie yra labai kttnscrvatyv0s. Sapcronai yra ir bal-tymai nukleoplazminai. Jic vcikia branduolyjc: tvarko DNR repl ikaci jE, transkripci-jE, RNR brcndinri l , molekul iq pcrnaiE i branduolj i r i5 jo.

320

Hormonai - dideliq genq grupiq reguliatoriai' Tai ypatingi genq

vciklos reguliatoriai: j ie gaminasi vienose l4stelise (paprastai specia-

liose, liaukq), o valdo genq veiklq kitose lqstelese. DaZniausiai tik

tam tikrose, kurios turi atitinkam4 baltymE-receptoriq.

Hormonq, receptoriq, pernaSos baltymq, Saperonq genq mutacijos

qali atsiliepti tiems lyksmams ir reiskiniams, kuriuose dalyvauja jq ko-

iluojami baltymai. Pa',ryzdLiu vel gali blti steroidiniai hormonai. Pasi-

taiko moterq, kuriq kariotipas yra XY. Normaliai lyties raidai bttinai

rcikalingi ir steroidinis hormonas testosteronas, ir receptorius.

Testikulin€ feminizacija bldinga XY kariotipo moterims, ku-

riq organizme nesigamina receptorius.

.lu l4steles negali reaguctti i tcstosteron4, todil nesivysto ryriSka lytis

(Lr. p.391). Test ikul ine feminizaci ja daZnesni tarp manekeniq. Jq

l'cnotipas atitinka Siuolaiking moters groZio samprat4 ir tuos reikala-

vimus, pagal kuriuos atrcnkamos merginos Siai profesijai.

4.5.2. Genq veiklos valdymo etapai (apZvalga)

4.5.2.1. Genomo sandara ir gen1 veiklos valdymas

Genq valdymo lygiai. Skiriami Seii gcnq vciklos (ekspresijos) val-

clyrno lygiai/etapai: l) gcnomo (stacionarus ir pcrtvarkos), 2) transk-

ripcijos, 3) RNR brendimo ir modifikacijos, 4) pernaSos i citoplazm4

(aktyviq arba ,,atsarginiq" mRNR pavidalo), 5) transliacijos, 6) poli-

pept idq brendimo ir perna5os (4.14 pav') .

l l - lV skyriuose patciktq Ziniq apibcndrinimas. Buvo gal ima isi t ikint i , kad gcnq

vcikla. didcsnis ar maZcsnis kclnkrediq gcnq aktyvumas, valdymo pobudis priklausc'r

i lu ( ) gcn( )m() i r gcnq s l tn t l i t ros .

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 OBRANDUOLYS

Funkclnd sandara(genq grupes. vieta, kartorinds sekos, judrieji elementai)Programuota perfvarka

I citoplazmos I branduolistruktlras 4

6. POLIPEPTIBRENDIMASI

/PERNAI

Ui l4stel6s' ribrl

Yaldymo etapai/lygiai

ariiau sankaupos valclymo (cis_veikian_operono poliskum4.). Valdymo sekos yramctu aptiktos sekos, kurios gali keist i irtrans-padiryje, r. y. kitojc homologincje

chromosomoje. Tai aptinkama heterozigotose. Sis rciSkinl's pavadin-tas transvekcija. Skirtingai nuo aleliniq genq kitokiq s4veikq, trans-vckcija pasirei5kia tik tada, kai homologinds chromosomos yra kon-jugavusios. Kai vienoje i5 homologiniq drozofilos chromosomu yradcfckflvus genas, nereaguojantis i hormon4 ekdizon4 (turitu susida-ryti p[psnys), Sl kai kuriq mutantinir"l genq defekt4 ,,iStaisc'r" kitojehomologineje chromosomoje esantis genas, ir plpsnys susidaro ir to-jc mutant inejc chromosomojc. Gal i b[ t i , kad nuo Sio rei ik inio pr i-k l i ruso pr ionr: susidarymas. normalaus p*t t bal tymo virsmas mutant i-niu l ral tymu p"t (Zr. tol iau) i r kt .

Ncscniai nltst i t lvta, kad hontologinis chnlnrosomos arba jq dalys yra konjuga-vusios ir somatini 'sc lr lstcl isc. todcl gal i bnti . kad transvckci ja vra claZnesni ' negui i r r ( ) mctu m: rnonta .

Genq padeties pokyiiai pasirei5kia kaip padeties efektas. Genqvciklai valdyti ypad svarbus variabilusis padeties efektas, t. y. chro-nrr)sonros scgmento transkrkaci ja Sal ia heterochror lat ino (Zr. tol iau)lurba euchromatino virsmus hcterochromatinu.

Gcnomo sandaroje yra uZprogramuotos dinamines jo ypatybes:

. pertvarka kcidiantis gcrno veiklai ir nct genu sandarai (/g, 7CRgcnq),

. funkciniai chromatino pokyiiai lqstelei dalijantis ir somatinesel4stelese, di l kur iq kinta gcnq veikla.

Drozof i los gcnome apt iktas pirmasis genas, kur is valdo vien4 i5{cn()m() pcrtvirrk()s hldu - lmpl i l ' ik lc i j4.

' la i t rct l l i l t 's , ; . Sio gcno in-

versija arba translokacija kcicia genq amplifikacij4. Amplifikuojamine tie genai, kuriq amplifikacija paprastai r,yksta, t. y. uZprogramuo-ta ii anksto, o nauji genai. kurie atsiduria Salia oc'elli less ddl inver-si jos ar transklkaci jc ls.

Plrvaniiuose Iapuosc. Zievdjc gyvcnaniiq uodeliq Sciarith (pvz., Rhl'ttoscuriu irkt.) chromosomose clcl anrpl i f ikaci jos susidaro DNR plpsniai. ISori ikai j ie labaip r tn l i l s i po l i t cn in iu chromosonru p lpsn ius , bc t ta rp jq y ra esmin is sk i r tumas.t 'ol i tcniniq chromosomq plpsniai sudaryt i ne' i i ampli i ikuotos, o i5 dckondcnsuolosI )NR. Po ampl i f i kac i jos gena i iS l ieka t i c pa tys , ke i i ias i t i k ju dozc .

Dalies genomo perne5imas i kitq vietq. Sis jvykis sukelia minet4jirciSkinj padeties efckt4. Genomo segmentq pernaier i5 vienos vietosi k i t r l ga l i vykr i de l :

2 TRA

I

(vietos keitimar * transpozicija, genq dozes pokvdiai ,.amplifikacija diminucija, laikina inaktyva.iia _ dozesKompensacUa, genq nrontaias, DNR modifikacija _ metilinimas)

. Chromatino pokyliai(cnromosomq kondensacija _ dekondensacija.rakultatylTs euchromatinas, papildoma fragmentacija (?),nuUeosominds sandaros pokyeiai)R I P ( . I J A(enhanceriq/promotoriU sqveika su transkripcijos veiksniais,ranskipcijos etapq valdymas)

' "

| | lbrendimas. redagavimas, nukleotidq modifikacija,| | .. splaisingas - tipilkas, ,tt.*urn r. trunri

4 Pt : t tNn SA [ ( IT ( )PaAZM4g9gZiaqlpalCktriias I branduol! _ signah/receptoriq, nukleotidqP_f 1

*?jik".lr"s. reparacijos, rekomiinaci.los, .t rorn'uuoo,

liilfi::fti,R1t*q: ilojimas - ribosomq subvienerrl mRNR,

I . TRANSKRIPTO BRENDIMAS/I rMoo tp r rAc ' t Ln

Mitogcnai Signalai iSHormonai gret imr l lqste l iq

4.14 pav. Eukariotu genq veiklos

Aktyvcsni gcnai yrai iq) sckq. (Pr is iminkime /ar.cis-pacletyje. Tik pastaruojuvaldyt i geno veikl i l bDdamos

322

ANSLIACU

-) /.J

. judriqjq genomo elementq, kuriuos turi visos organizmq gru-pds;translokacijos i telomerinius galus, kaip Trypanosoma VSG ge-nq (taip prisitaikoma prie Seimininko l4stcles pavir5iniq balty-mq);translokacijos i specialius lokusus, kaip HMLx arba HMLa lo-kusq/kasediq i specialq lokusq MAT (t"ai lemia mieliq poravi-mosi tipus);

. lokuso inversijos (apsisukimas 180'); taip lyksta Salmonella fa-ziq kaita (Liui.elfi4 tipai);

. insercijos del plazmidZiq, kaip T:DNR iS Ti plazmidds auga-luosc.

Kol kas aptiktas tik imuninio atsako Ig ir TCR gcnq montaZas.Stabilfis epigenetiniai genomo pokyiiai somatinese rqsterdse. Thi

pirmiausia nustatyta branduoliq persodinimais is diferencijuotq l4ste-liq i ovocitus. Veliau Paramecium aptikti epigenai - tai nuo genonukopijuotos RNR, kurios citoplazmoje igyja genetini savarankisku-mE, dauginasi ir netgi perduodamos nelytinems kartoms. Thip keidia-si Paramecium lytiniai tipai ir serotipai. Panasiu b[du susidaro pri-onai, kur ie apt ikt i miel iq i r Zinduol iq l4stclese.

Viena i5 epigenetiniq pokydiq prieZasdiq - lokalinis specifinis kon-kretiq genq metilinimas, arba, atvirkSdiai, demetilinimas. Kadangimctilinimas daZniausiai slopina genq veikl4, tai aktyvfis lokusai clc-metilinami. Antai B limfbcituose demetilinami 19 gcnai, o a-aktinogenas demeti l inamas mioblastuose, insul ino genas - insul inq gami-nandiose l4stelese ir pan.

Stabil[s epigenetiniai pokyiiai generatyvindse l4stel6se, paramu-tacijos irgi sicjami su DNR metilinimu, kaip ir genomo imprintingas,kuris irgi ryksta generatyvinese l4stelese ir persiduoda palikuonims.

4.5.2.2. Chromatino sandara ir gen4 veiklos valdymas

Pagrindine eukariotq chromatino dalis yra neveikli. Tik nedi-dele genomo dalis yra akfvi, transkribuojama. Thip yra delhistonrl poveikio ir chromatino sandaros.

Histonai visi5kai nuslopina transkripcij4. Tik atradus Si4 jq sa-r,ybg, manyta, kad nustatytas bldas, kaip valdoma genq veikla. Ma_

a ^ ^J Z +

nyta, kad kiekvienas genas ar jq grupe turdtq tureti po savit4 histon4ar jq form4. Tadiau paai5kejo, kad histonq tipq yra nedaug. fvairiausivra histonai H1. Tadiau ivairios jo formos nulemia ne tiek konkreiiqeenq, kiek viso l4steles genomo veiklos pokydius, todel H1 formossvarbios l4steliq diferenciacijai. Antai pauk5diq eritrocituose vietojhistono H1 yra histonas H5.

Kur kas svarbiau tai, kad slopinantis histonq poveikis susilpnejaiicms jungiantis i kompleksus su rfig5diaisiais baltymais. Tokie yravisi su DNR s4vcikaujantys baltymai (RNR polimerazds, transkripci-jos veiksniai i r kt .) .

I-listonai yra Sarminiai baltymai, ir su Sia sarl'be siejamas jq slo-pinantis poveikis. Spermatozoiduose, kuriq genomas yra visi5kai nu-slopinamas, histonus keidia dar Sarmingesni baltymai protaminai.

Histonai ivairiais bfidais modifikuojami. Zinomos penkios histo-nq modifikacijos: 1) acctilinimas, 2) fosoforilinimas, 3) metilinimas,4)ADP-ribozilinimas (q,kstant DNR reparacijai), 5) H2B ir HZAgali jungtis su baltymu ubikvitinu, kuris yra proteolitinis fermentas.Tik acctilinimas ir fosforilinimas tiesiogiai siejami su genq veiklosvaldymu: jie bfidingi aktyviajam chromatinui, nes keidia histonq kr[-v i i r chromatino kondensaci j4.

Tianskripcijos veiksniai arba patys yra histonq acetiltransfera-zes, arba sudaro kompleks4 su histonq acetiltransferazimis.Akfius chromatinas yra dekondensuotas, o neaktlvus, atvirk5-diai, kondensuotas.

Chromatino kondensacijos pokydiai gali vykti visame l4steles geno-me (pvz., l4stelei clalijantis, spermatozoiduose, politenija - specializuo-tose lqstelese, pvz., drozofilos seiliq liaukq lqsteldse, chromosomos -

..lcmpq Sepediai" kai kuriq g) i0nq ovocituosc), arba paviendse chro-mosomose (Baro k[neliu virtusi kondensuota X chromosoma) arba tikatskiruose chromosomos segmentuose. Pavieniq genq ir jq grupiq veik-la priklauso nuo to, kaip valdoma chromatino kondensacija vienojechromosomoje ir net viename gene. Pasirodo, valdymo sekos ir visakita geno dalis gali buti nevienodai kondensuota.

Aktyviq ir neaktyviq lokusq chromatino sandara yra skirtinga.Tiri irodyta ivairiais bfidais, tarp jq I DNR nukleaze. Sis fermentaspasirinktinai skaido aktyvius lokusus. Antai pauk5iiq eritrocitai i5sau-go branduoli, kuriame aktlviai transkribuojami (hemo)globinq genai.

32s

I DNR'aze suskaido globinq genus, o ovalbumino genas, kuris yraneaktlvus, neliediamas.

Thdiau ir aktyvaus lokuso sandara nevienalytd. Tuo padiu fermen-tu - I DNR'aze aptikti aktyviq genq 5' gale ypai jautr[s nukleazeisaitai. Jq dydis ivairiuose genuosc nevienodzrs, kaip ir atstumas nuo,,+1" taSko. DaZniausiai tai t ranskr ipci jos veiksniq jungimosi v ietos.

Chromatino sandaros skirtumai gene atsiranda del jvairiq prie-Zasdiq. Pirniiausia del nukleosomos fazavimo, t. y. kuriomis nukleo-tidq sekomis apsiryniojama apie nukleosomos histoning Serdl, o ku-r iomis DNR l icka laisva ( jungtukas tarp dvicjq nukleosomq SerdZiq).

Sqveika su baltymais. ypad tais, kurie jsistato i nukleosoming5erdj, irgi keidia chromatino sandarq. Tokic baltymai yra HMG (angl.high mobility group). Siq baltymq ncdidelc molekulinc mase. Jie labaijudr[s t i r iant juos elektroforczis metodu. Issi la isvina iS I DNR'azeijautr iq vietq. F{MG baltymai padeda susidaryt i chromatin4 aktyvi-nant iems baltymq kompleksams.

Viso I4steles chromatino pokydiai (pol i teni ja, , , lempq Sepei iai")vyksta i t in aktyviosc l4stclese. Jose gaminasi didcl i gcnq vciklos pro-duktq kickiai , daZnai i r , ,eksportui" uZ l4steles r ibq (pvz., sei l iq l iau-kq l4stclcsc).

Chronrosomq- ,, lcmpq icpci ' iai" transkripci ja i is iskir ia nc t ik ypatingu intcnsy-vumu, bct ir ki tonris 1,pa1ybcmis, sunkiai paai(kinamonris vicn t ik chrornosomq de-kondcnsac i ja : l ) p i r rn in ia i t ranskr ip ta i laba i i lg i ; 2 ) t ranskr ibuo janra i r esant i k i lpo-sc . . , i cpc tc l iuosc" , s : r tc l i t inc DNR. t . y . papfas tu . jq kar to t in iq sek t l sankaupos.

Chromatino sandara, kondensacija yra genetiSkai valdomos. ?riis i t ik inta t i r iant fakultatyvuj i hcterochromarin4/var iabi lqj i paddt iescf-ekt4. kai euchromatinas laik inai v irsta hctcrochromatinu, arba at-virk5diai . Thi v ienas i5 bf idq valdyr i genq veikl4.

Aptikt i eenai, slopinantys variahi lq. j j padcties et 'ekt4. - Su (var) arba i j ef i 'krqskatirrantys En (var). Thrp slopinandiq gcnu ( lrukdo susidaryt i hctcrochlorlat inui)vra drozofi los ir zinduoliq gents ntod (modulio). fvykus j<l rr l fmutaci jr i , rystosimelanomos t ipo vcZys.

ktlyconth (arba ,,HPIlPcbox" genas), arvirkSdiai, sulaiko ge-nus neaktyvioje fakultatyvaus heterochromatino bfisenoje (4.15 pav.).Jis valdo apie 150 gcnq, tzrrp jq - homeozinius drozofilos genus,lemiandius ktno segmentaci j4. Zinduol iq genomc apt iktas Sio genoanalogas.

.1 ,o

Chrr rna l in t t g t la

V i r t imas hc terochromat inu

l-aisvas Pol-vconlb

ll .lN------>

gmt

f.Vt"^

l \ ' lodel is , k t ip i i l ieka v i r t into hctcrochronrat inupobldis po l )NR repl ikaci ios

.1. l5 pav. polycomb baltymo reikim6 euchromatinui virsti heterochromntinu irrirtimo pobudiio iSlikimas lqstcliq kartose (rerniirntis A. Il wolffe, 1995)

4.5.2.3. Gen4 veiklos valdymas vykstant transkripcijai ir po transkripciios

Geno sandara ticsiggiai atitinka jo aktyvunlel. Tiri stcrbima transk-

ripcijos, transkripto brendimo, perna5os i citoplazm4, transliacijos ir

potransl iaciniamc ctapc (Zr. 4.14 pav.).

Nuo scno sandaros ypatumq pr ik lauso pr incipinds geno, jo pro-

clukto salybds:

. ar gcnas bus tik transkribuojamas, bet netransliuojamas (galu'

tinis produktas RNR)'. ar bus transkribuojamas ir transliuojamas (galutinis produktas

baltymas),. ar kotluojami baltymai liks citoplazmoje laisvi arba ijungti i

membranas.

Poly cornb b lhYn lq ko tnPtcLsas

R.

f... sl w.w)

1 1 ?

o ar bus pernesami pro lqsteles membrana.. ar grj i i branduoli ( ir . 4.14 pav.).

Ir normaliomis sqlygomis genq aktlvumas jvairusmolekuliq kocluojarno proclukto iki 100 000 ovalbuminopijq vi5diuko kiauiintakio lastelese.

- nuo keliqmRNR ko-

Gcno aktyvurn4 lemia jo nukleosominis chromatin. sandaros ypatumai; cnhan_ccrio ir p.m.t.riaus s:rndara, nukrcoridq sekos. rcmianii,,; ir;,;;t; i ;ci jos pracrziq(kaip grcitai susidar. uzcraras ir...tviras komprcksai, Zr. p. g9). Gcno sancrar.je yratr nuklcotidq sektl ' nuo kuriq priklauso reiikini;ri po transkripcijos: transkript. bren-climas ir modii ikacija (splaisingas - jprastinis, artcrnatyvusis,',r i".rrpi"ir,"gas. nukrc_.tidu modifikacijrs, recrirgauirnns. p,ri lA ir kcpurcs pri jungimas), transkripto pcrnasai citoplazmrl ir vciklos valdyrnas pries transriaciiq.' jo.s m-ctu ir ' p,, j,;;

Tianskripcijai, transriacijai ir bartymq brendimui varcryti labaisvarbi lyderind seka. Kai kuriq baktcrijq opcro nt1 (ttp, ttis) lyde_rinejc sckojc yra seka, vacrinama ateniuatoriurni jrot. attertuare -surnaZinti , suiverninti). Kai yra tr iptofano ar hist idino pertekl ius,Siojc sekoje susidaro papircr.mas terminatorius, ir transkripci ja nu-tr[kst.. Tai akivaizdZiai irodo, kad ir gcnq vardyrno budai yradubliuoti , kacl bDtq gautas reikaringas iardymo iezurtatas: siuoatvcju nutruktu aminor[git ics sinteze. Nors i i taip jau i i4 sintezgnutraukia aktyvintas represorius (Zr. p. 273).

Siuosc vyksmuose yra ypatingas branduolio membranos ir ypaiporq kompteks'vaidmuo. (4.16 piv.). pro i i kaip p;;; i",4 ivair iomiskryptimis praleidzianri. ,rbzi nepiareicrziumi r."u "" i tr"., i ."dukrai, ibranduoli pcrneiam.i baltymai (b[t ini DNR replikaci jai, reparaci jaiar rckombi*aciiai, chronr:rtino-clirom.somq. sandarai, aktyvinti r.-c.-p_toriai/ transkripci jos veiksniai). nukleotidai ir kt.Kai kurie virusai (adenovirusai).sugcbejo isnaudoti ir si4 eukario-tq branduolio savybg. J.ie geba priveisti iqsterg veikti savo naudai,blokuodami ieimininko-r4stcres 'RNR pernai4 is brancruorio i cito-plazm4. Lasteles 'RNR rieka branduoryl'e Iyg .uis". Faii iqstere irgigali valdyti si reiskini. pvz., mRNR m;lek;cs gali t ,ui i-uzoarytosbranduolyje tol. kol jryksra jq splaisingas.

Labai.svarbus genr+ veiklos. valdymo etapas _ mRNR pernaSair paskirstymas citoplazmoje.

sio etapo svarba jsitikinta iityrus morfogenezes genq koduojamrlmRNR paskirstymE ovociruose. sis vaoinarn"qiq *o.tog"i,q paskirsty-mas ovocitc ir nulemia benclrqjj blsimo organizmo piun4.,

328

YIIiI

,,Krep*elis"iS fbriliq

mRNR, IRNR, rRNR(ribosomq subvienetai)

Inkariniarball).mai

Lamina Iil"";iT.T,@ Mef tbra-

n0s

PemaSos arga

lvlikrovarnzdeliai

Fibriles

4.16 pav. Porq kompleksas i r

nuldeotidai,DNR rqrliliaciios,reparacijos,rekombinacijos.hanskripciios,hansl<ripto brendimo.ribosomq baft.v*nrai

pernasa pro Jl

Daug mRNR, tarp jq ir morftlgcnq, gali blti neaktyvios, ,,atsar-ginds"- laukt i . kol galcs veikt i . Pirmosios tokio t ipo . .atsargines"mRNR buvo aptiktos jlrq cZio ovocituose. Jos pradeda vcikti (yratlansliuojamos) tik pradejus vysfytis gernalui. o tai jvyksta tik poapsivaisinimo.

Kitas , ,atsarginiq" mRNR t ipas s4lygoja grei t4 atsakr l i nepalan-kius apl inkos vciksnius - ant ibiot ikus, kscnobiot ikus i r kt . Sios rnRNRyra dvejopos crdvines sanclerros:

neaktyvios formos .p aktyvios formosrRNR mRNR

Perejimas i aktyviq form4 priklauso nucl s4veikos su aprinkos veiks-niu (pvz., su streptomicinu, bcnz(a)pirenu ir kt .) :

neaktyvi + aktyvatorius -+ aktyvi, transliuojamamRNR apl inkos veiksnys mRNR

Paprastai keidiasi mRNR lyderines sekos erdvine sandara.

Geno produktq (mRNR) aktyvumq vykstant transliacijai gari keistispecialfis baltymai arba RNR.

. Tir ip valdomas net r ibosominiq baltymq kickis. Nustatyta, kad kai si l lygos rran-sl iaci jai ncpalankios, r ibosomq baltymai (kai yra jq perteir ius) suciaro kompleksussit r ibosomq baltynrq mRNR ir slopina jq rnRNR transl iaci j4.

Tiansliacija gali bfiti valdclma ir antiprasminemis RNR. Aptiktigenai. kurie koduoja antiprasmines RNR. Antiprasmine RNR yrakomplementari mRNR -5' sridiai. Susijungusi su Sia sritimi komple-mentariais ry5iais j dvigrandg RNR, antiprasmine RNR slopinamRNR transliaci ia:

l un t ip rasminc RNR m R N R-Y --->

Genome uZprogramuoti ir visi pokydiai, kurie i,yksta brgstant bal-tymams.

Genq veiklai, tre jau mineto fosforilinimo/defosforilinimo, svarb[siic pokyiiai:

. perdjimas iS neakty'vios pre/pro-b[senos i aktyvi4 brlsen4. Pir-minis polipcptidas yra karpomas ir i5 jo daliq susistato aktyvusbaltymas, nereikalingos aminorug5diq sekos paialinamos. Taip,pvz., pasigamina aktyvus insul inas;

. integracija i l4steles struktlras arba virsmas laisva tbrma (kaipyra imunoglobul inq). Lemia signal inis domenas, kur i koduojalydcr ine sck:r . Nebereikal ingE signal ini pol ipept id4 paSal ina spe-cialus baltynras - lydcrine (signaline) peptidaze. lntegrzrcijE, kaipmini ta, at l ieka specialus baltymai (Saperonai i r kt .) .

Baltymq brendimo valdymas - greidiausias atsakas i aplinkos irv idaus vciksnir .rs. J is nustatomas pagal atsiradusj hal tymo aktyvum4,nors nauju baltymq sintezi neryksta (tyrimo tikslais baltymq sintezdqal i b[ t i c l i rbt inai s lopinama, panaudojant transl iaci jos inhibi tor ius).

4.6. Lqstelds ciklo valdymas

L4stelds skirstomos j nuolat besidalijancias, galindias dalytis tamtikromis sulygomis i r nustojusias dalyt is ( tai somatinis, di fercnci juo-tos daugel io audiniq/organq l4stcles). Tos lqstclcs, kur i t ls dal i jasi , pra-cina keletzl stadi ju:

. interfazg - Gr, S, G,,

. mitozg (siaur4ja prasme) - M, susidc:dandiE i5 profazes, prome-tafazes, mctafazes, anafazes ir telofazes. Pabaigojc lyksta l4stc-les ci toplazmos dal i j imasis - c i tokinezd (4.17 pav.). L4stelesciklas gal i nutr lkt i la ik inai di l nepalankiq s4lygq ir v isam lai-kui (difcrencijuotose l4stelese). L4steles, kuriose ciklas nutr[-ko, Iaikomos esandiomis G,, stadijoje. Si stadija Siuo metu skirs-toma pagal nutrukimo pob[di ( la ik inai ar v isam laikui) . Skir ia-mi du eukariotq l4stclis dalij imosi tipai: mitozd ir mejoze.

L4stcles dalijimasis yra valdomas, t. y. ji gauna signalq, kada jaiclalytis ir kada nustoti dalytis, kada lEstelei nustoti dalytis laikinai irrcl grlZti i dalij imosi cikl4. Thip pat valdomi perejimai tarp stadijq/faziq, tarp mitozds ir mejozds, citokinezes prad1ia.

Korn p lcnrcn ta r ia ii i r n t i l r r i . t r . . < , $ l t l u n l R N R _ U A ( ' - - \ e r y k s t l r

- -Seino-Delgarno/ Inici lci joslydcrini seka kodonas

Su lyderine -5' mRNR seka gali jungris ir special ls poliocptidai.Pvz. , ta ip vz r ldoma ba l tymo t 'e r i t ino s in tcze . Fcr i r in ls sur iSa i r la iko :L rsar -ta i gc lc l i . k r r i v ra jos pcr tck l ius . C ie lc2 is i i l a isv in i rma, ka i jos p r i rc ik ia hempglob i -nu i s in tc t in t i . Ka i n i ra gc lcz ies , p r ic l ' e r i t ino nrRNR jung ias i spcc ia lus po l ipcp l idas ,i r i i n rRNR nc t rans l iuo j i tn ra fc r i t inas ncs in tc t inamas.

mRNR ilgaamZi5kumas irgi y'ra labai svarbus genq valclymo vciks-nys. Tuo buvo galima isitikinti ir 13 lac operono. viena is svarbiu sicroperono valdymo ypatybiq yra ta, kad nuo operono struktlriniq ge-nq transkr ibuojama mRNR yra trumpalaike. Eukariotq rnRNR i lga-amZiSkum4 gali lemti ,,uodegc'rs"- poliA itgis. Juo ilgesne poliA, tuoi lgiau i5l icka mRNR. l lgaamZi5kumas gal i pr ikrausyt i i r nuo apl inkosveiksniq. Pvz., mazas gcleZies kiekis stabi l izuda ki to bartymo trans-fer ino mRNR. o didel is - arvirksi iai , skat ina siq mRNR ir im4. (Tians-fcr i rrai perneia gelei i j kcpenis arba kaulq diulpus.)

Eukariotq rnRNR gal i bl t i i t in i lgalaikds. pr is iminkime hemog-Iobino mRNR. Zincluol iq er i t roci tq bianduorys sunyksta, o balrymosinteze vyksta, nes hemoglobino mRNR yra ilgalaikes.

Baltymq fosforilinimas - vienas is svarbiq genomo ir geno veik-los valdymo budq. Kcidiama:

' chromatino sandara (fosforilinant histonus, laminos baltymus),. valdymo ir signalo pernaios baltymq aktyvumas,. baltymq aktyvumas potransliaciniame etape. Kaip mineta, tai

vienas i5 itin greito reagavimo b[dq. Thip, pvz., paverdiami ne_aktyviais. .,atsarginiais" kai kurie citochromai p-450:

- aktyvus cit. P-450 j'qlllil' neaktyvus cit. p-450 (saugomas arsargai).

330

;.

a a IJ J l

Gn

t n D N RI)NI{

2n-4n DNI{

III \.,*,"+ r cak r r v i n i r nas

iG, I

S 1 1 I ' c r e . i i m a s l ( i "

\4. l7 pav. Lqstele's ciklas:zmogaus spar i ia i bas idar i j .nc iq r^s tc l iq s tacr i j r l t rukmi tok ia : G, ap ie l2 va l . . S_6-lJ val ' . ( ; . - j -4 val. , M - nraziau kai j l val. Bcndra trukmc lu-24 var.

Pirmiausia buvo. kuriamos hipotezis. viena iq sako, kacr signalasl4stelci dalytis yra jos kritine mas6. Vykstant ;uoiriq medZiagq (pir-miausia biopolimcrq) sintezei, r4steres t lr is dideja ir pasiekia tokia ap-imti, kad j i pasidaro nepatogi _ rel ieka lastelei pori jufft i .Dvi tyrimq kryptys susir iejo ! vien4, ir taip atsirado i iu.raikine

samprata apic l4steles ciklo valdyma.Brendimq skatinantis veiksnys (MpF). Viena tyrimq kryptis atro-de csanti gana tori nuo rqstcl is cikro. Aptiktas brendimq skatinantis

veik_s1y_s - MPF (angl. ntaturation promoting factor)..

v1rfc1 (Xenopus) ovocituosc darijimasis stabdomas du kartus. pir-miausia jis sustoja G, stadijojc tor, kor hormonai pradecr. skatintimgjoze. Thda mejoze .sustoja anrrojo darijimosi n-'"ioture1. Tai jausubrcndg kiauSineliai, kurie apvaisinami.

Varles kiauiineriai gana stambfis, toder buvo nesunku mikropipetepaimti citoplazmos ii subrendusitl kiausineriq, praejusiq t -"jo.es (re-dukcini) dalijim4si, ir ̂ suleisti citoprazmE i ovocit4, lrriuo'e branduorysyra G, (4'18 pav'). Tokiuose ouocituoreiuoj pat prasidejo mejozi. Hi-potetine medziaga, sukerianti mejozg (sis veiksnys papritgs tarp orga-nizmq - nuo nrieriq iki zinduoriq), buv. pavadi.ia brendima skatinan-

J J J

J. l i i pav. Brendim4 skatinantio veiksnio (MpF) aptikimasi irodymas:rn ik rop ipe te pa imta c i rop lazmos i i k iau i ia r i l s tcs ,

'esand ios ' r r ,o .1or . , dar i j imos i

l]:l:lii.:l:i.'r,.:li:.Li_:,,, i tqstele, csanii4 G. siadijoje. rnjekcija pnrriuiino mejozq: irK l l l L l s l l l l i l s l C s t ) r C n L l t m l i

i ' iu veiksniu. Tadiau tyrimai nesustojo, ir rggg m. medziaga, skatinanti.v.citq brcndim4, buvo iiaiikinta. pasirode, kad rni rroTry*as, kurispagal savo molekuling.masg (.34kDa) huvo pavadintas p.r. kiek vel iaubuvo rrustatyta, kad tai fcrmentas proteinkinaze.

Proteinkinazcs jau buvo pakriuvusi.s i moksrininkq akirati - jautruvo isaiikinta, kad

.kai .kuric onkogenai loduoja pr*lrntinu zes (ir.t.liau). Del t. susidomcjimas pt birtyrnu is k.rto rabai padidejo.Proteinkinaz.s - fermcntai, fosforilinantys balfymus. Jos yrati.vigjU tipq pagal tai, kurios aminorDg5tys fosforilina*o, _ ,.-rin/treoninkinazds ar tirozinkinazcs. Lqstete;e daugerio barty_mq aktyv,mas valdomas fosforirinant (proteinkina?iqy ir de-fosforilinant (fosfatazia) (a.19 pav.).

.Lqstelds cikro genai cDC ir kritiniai taskai. Kita tyrimq kryptistikslingcsne. Hartvelas (L. Harrweil) nuo 1914 m. .u([r. ir istyrelll,"l,::j: Ti:llu,saccharomyce.s cerevisiae muranrq, stopinaniiq t4ste_rcs crKr4. Sruos mutantus ir at i t inkamus genus j is pavadin o CDC(irngl. ccl/ div,ision cyc.te . lqsreres dalijimosi"ciklasj. rralrio"fu buvo /sl l : :P:l l :ol l ] lo_l lro',

r ipo. ncs t ik tokius muranrus grri ;u dauginti .r\()rmallal mutacl jos,. sropinaniios rqsteles dali j im4si, yra mirt inos.. Svarbiausi4 atradimq padare Nuise (p. Nuise)'r" 6.noluoarbiais,t1'rusiais mieliu schizosaccharomyces pombe rilsteres ciklo mutantus.S.varbiausias iq buvo crtc2 (didriorro.. ii ruzosios raides yra genetikqilllit"riTT ir^b[dinga^s skirtingoms mieliq gentims). N"itje ir"od, kadtarp prJ, CDC2B, ctrc2 garin'ra deti lygybes"Zenklq: genas ttouoja t4Paii4 proteinkinazg.

^.. Hartvelas stengesi nustatyti kritinius r4steres dalijimosi taskus irgcnus, kurie valdo siuos taskus. Thip buvo nustatyta, kad svarbiausias

JJ . '

.qi i'"irata.e I?---------->l

P P P P P P P P P P P Pi r i - i i i i l 1 ' ' - r - | t i r r r t - l - ] i T ; i I - r f t ; i ,

H l + H l > , H l + H l J H I + H l l - + F l , ] - , 1 1 1 - , H l - H l + ; H l ] - + H l > , H l

P PP PPP P I ) P Dc fos fo r i l i n imas

kr i t in is taikas l4steles cik lc yra perej imas i5 Gr i S stadi j4, vadina-

nurs pradZios (STARTO - taip jis Zymimas pagal susitarimq) taiku.(-r , stadi joje yra vidinis tarpsnis nuo kurio pr ik lauso, ar l4stele dalysislur pcreis i G,,. Siuo metu G{} skirstoma i du tipus:

. kai v is iSkai nutr [ksta dal i j imasis,

. kai dal i j imzrsis nutruksta laik inai .

Dar vicnas i t in svarbus kr i t in is ta5kas - perej imas i5 G, i M.Pagaliau, kaip mineta, l4stcles ciklas gali sustoti metafaz€je. Tiri

chr vienas kritinis titikas, btidingas generat]ryinems lqsteldms:

Fosfatazes, ciklinq degradacila=atsiranda branduolio apvalkalelis,dekondensuoJasi chromatinas

Cdc 25 --> Cdc2Hrstonas H1. F Signalas daly't is

PLarnrnar -----> LL0llll&ll l

Fosforilinimas

I I I k i nazc

d;ffih\ L , I , '

Thr Tyr Thrf4

, P rp p p

p'r{ foslbri l inimas

\ \\

illmllai

Branduol io apvalkald l is sul ra

a. Branduol io apvalkal€ l io pokyCiai

Histonas Hl,r

| <- s -----+ | <- MitozdP P P P P P P P P P P P P P P

I os l i r r i l in imas

b. Ch romatino kondensaci ja/dekondensaci ja

pokyl ia i{ t5 tdl pldefosfori l inimas'hr Tyr Thr 1

p': I Ncaktyvus p'ol i .

( i r c ik l inas . ; Nau. jq c ik l inq'

sintczt

pI fosforilinimas

lamrnar,I\4AP- iSnykslabranduohoapvalkale l is ,kondensuojasicnromatnas

$l-rI a c r a l a a m . c o

mrtogenar ,c rk l rnas ,Cdc 2 fosfori l inimaslrT

y s 2 L r (

t--r,l'hr Tyr

, P''1P I '

' ' I Suski lqsG1 cik l inas

c. L4stc l6s c ik lo valdymas

MAPkinazc -+ lTilrornaiinelerpstei<- MAP fosfhtaze[-osforilinimas Defosforilinimas

d, Achromatin€s verpstis susidarymas/iSnykimas

.1.19 pav. Lqstelds ciklo valdymas fosfori l inant-defosl irr i l inant ir skaidant baltymus(ddl proteol izes). Keturi suderint i veiksmai mitoz6je, regul iuojami proteinkinaziq/fosfataziq:b randuo l io apva lka lc l io k i t imas - i r in ras /a ts is ta tymas; chromat ino kondensac i ja /clckondcnsaci ja; l4stelcs ciklo valdvmas; achronratinis verpstas susidi irymas ir suir imas,MAPkinazc = mitogcno aktyvinta protcinkinazi, valdo CDC37. CDC20 ir kt. genai

-')-')+

Schcmoje kr i t in iai taikai paZymcti skersinimis juostomis i rrba ro-d1, 'k lemis; ia l ia paZymeti pagrindiniai pokydiai (Zr. tol iau).

Kuris kr i t in is taikas yra'svarbiausias, pr ik lauso nuo l4stcl iq t ipoir jq raidos momento. tuip pat nuo organizmo. Daugel io daugial4s-cxiu organizmq svarbiausias taSkas yra

Gr-+S

Proteinkinazds ir l4stel6s ciklas. Susidomcjimas lEsteles ciklo val-dvnru paskat ino trei iz l tyr imq krypt i . Buvo ic5koma baltyn.rq, kur iq kie-kis kinta vykstant l4stelcs cik lui . Taip buvo atrast i c ik l inai . I i pradZiqmanyta, kad tai vicnas baltymas, bet veliau nustatyta. jog tai grupebaltymq, kur ic r i : iSki :rs i ivair iose lqsteles cik lo dalyse. Cikl inai v ienincveikia. J ic sudaro kompleksi l su lqsteles cik lo proteinkinazemis, jas

xtr€**bt l) Suskilqs rrtit,

ffitozes ciklinS I' ciklinas\ - . - + & - s , . q R

Thr fr Thr t' ( iklinas skyla- Thr Tyr Thr ' - 4w ffil,. , . , , ; ' .

i fh .qh ' j

IIasCIe'f (iI ciklas I

335

akty/indami. Mieles turi tik vien4 proteinkinazg cdc2, bet lasteles cikrokrit iniuosc taSkuose keidiasi cikl inai.

Zinduoliq l4steles turi kelet4 kinaziq: Cdc2, Cdk2, Cdk3, Cdk4,Cdk6, Cdk7, kaip ir kelet4 ciklinq: Dl, D2, D3, H, E, A, B ir kt.Komplckse kci i iasi ne t ik cikl inai. bet ir kinazes:

. k r i t in is t i r i kas - C i , , + G, .' n r i toqcnas indukuo ja konrp lcks i r cdk4/6 + c ik l ina i D (bc to . ve ik ia c ik l i -

n a s I I + C ' d k 7 ) :. kr i t iniamc taikc G, -+ S - Cdk2 + cikl inas E.. S s t r r d i j o l c . ( ' d k : + c i k l i n a s A ,' k r i t in iamc ta (kc G, + M - cdc2 + c ik l in rLs ts . S is k .mp lcksas i r y ra b ren-

d imo vc iksnvs MPF.

Nereikalingus baltymus suskeridr proteazis. Mcjozei vardyti yraspecifiniq gcnq. Apskritai atrandami vis niruji genai/baltymai, kurieve ik ia l4s tc lc 's da l i j i n r i l s i .

L4stelds dalijimasis - suderintq ivykirt grandind. Nuo ko prasi-deda lEsteles cik lasl I r 5j k lausimq padejo sprgsr i mieles. paaiskejo,kad yra kclctas sienalq prasidet i lqstclcs dal i j i rnuisi , i r jq vcikimassuderintas.

Pirmasis signalas l4stelei dalyt is yra jos mas6. TLri but i sukauptosdideles, ypac= biopol imerq, energi jos i i tckl iq, nuktcot ic lq atsargos, kadl4stele pradetq dalyt is. Kiausial4ste/kiaui inis bf ina sukaupgs t ick at-sargq, kad ju pakanki i keletui dal i j imqsi, tadiau po kickvicno clal i j i -mosi lqstcle 's masL' nr lz i ja. Siuo arvcju svirrbus didcl is dal i j imosi grci-t i s .

Santyki tarp auginro cik lo i r c lal i j imosi c ik lo valdo spcciarDs ge-nai. Nurse gavo miel iq mutantus (weel) , kur iuose sis santykis paZeis-tas, lqsteles yra smulkios. Mutanto l4stcles dal i jasi per ankst i . Ki tomutanto c:dr '25 l4stcles yra labai stambios, dvigubai stambesnes negunormal ios, nes veluoja ci tokineze.

Vadinasi. yra suderintas lqstelds mastirs kaupimasis su DNR re-plikacija. Thip ir turi btti, nes vienas svarbiausiq rqsteles dalijimositikslq yra taisyklingai paskirstyti geneting medZiagq - DNR moleku-liq kopijas ir vis4 l4steles masg. Kai vyksta asimetrini mitozd ir ne-tolygiai paskirstoma citoplazma, veikia specialus genai.

Mielese nustatyta, kad kartu su cdc veikia ir tie genai, kurielemia achromating verpstg ir kitas l4steles strukturas/baltymus, brJti-

336

4us mitozei/mejozei. Mieliq lasteles ciklo genu veikla: ;u veikla genq. lemiani iq miel iq poravimosi t ipus.

Zinduoliq l4stel6s ciklo valdymas. Apie ii labai daug svarbiq Zi-niq gauta, i5fyrus neprogramuotq somatiniu l4stel iq dal i j im4si - aug-lio pradZiE. vrldymas dar sudetingesnis, nes suderintai claliiasi arblrrcsiclalija nc viena lEsteli, o jL1 grupes.

Zinduol iq l4steles cik las dal i iamas i

. augimo cikla,

. dal i j imosi c ik l4.

Abu ciklai suderint i . Kol nira sukauptos pakankarnos aminor[gs-iiq, gliukozes, nuklcotidq, energijos atsargos, tol ncryksta antroji ciklot lal is, bet bendrq impuls4 dalyt is duoda mitogenai/augimo veiksniai :

yra suderinta

Nt i togenas

. Grc i tas anks lyvas a tsakas

( p n t d e t l r r v c i k t i i n d r r k u t r j r r n r u

Augimo ciklasJJT

--r Dalijimosi ciklas ('dk2+'iktinai > S stadija

gcnu g rupc )

Mitogenai, arba augimo veiksniai, valdo r4stcres clalijimqsi. Zin-cluoliq j ie skirstomi j keturias klascs:

I. I5oriniai (lqstelei) veiksniai: augimo hormonai, cpiclcrmio ar,r-girno veiksnys ir kt. Jie gali bf i t i speciarizuoti t ik tam tikroms l4ste-lcnrs, pvz., cpitel io, tada j ie valdo t ik Siq l irstel iq dali i im4si;

II. Lqstelds pavirsiaus receptoriai - daZniausiai proteintirozinki-nirzcs, G baltymai;

III. signalo nesikliai - irgi dauguma pr.teinkinaziq genq, pvz.,kai kuriq onkogenq (zr. toliau) - scr, ras, erb, koduojami bartymai;

rv r[anskripcijos veiksniai, pvz., onkogenq iun ir /os koducrja-nras baltymas AP-l, onkogenq nryc, myb kocruojami baltymai. Siaigrupei priskiriami ir antionkogenq (pvz., RB, ptr) kocluojami balty-mai, kurie slopina l4stelds dalijim4si. Tai vdzio supresoriai. visiemsiios grupes veiksniams b[dinga s4veika/jungimasis su jq varcromr+ ge-nq special iomis nukleotidq sekomis.

L4steles dalijimqsi lemiantys genai yra mitogenq/augimo veiksniqvi i ldomi t ipi5kiausiu, klasikiniu b[du:

) J t

J ttt tct. veiksnys * signalo ne$iklis

veiksnys - transkripcijos veiksnys

r r r 'r r i;Regutono transkriici ja^_

f ' -- mRNR

V

mRNR -TransliacijaI\-_-r Balfvmai

Mitogenq veikla. Lqstelcs cik las - puikus kaskadinio genq vzr l-dymo pavyzdys. Mitogcnai valdo kcl is Sinrtus g.-nu. Sic genai le-mia l i lstc lcs dal i j im4si i r kai kur ias ki tas savybes, kur ios atsirandaspardiai c ' lauginant is lelstclcms. Pvz., ankstyv4sias ontclgcnczcs mor-fcrgcnezcs stacli.ias lcmia IVF'kll icima. Jos koduoiamas baltymasyra transkripcijos veiksnys ir kocluoja baltym4, homologinj drozofi-los baltymui I)orsal ( i is lcmia dorzal inE-vcntral ing /nugaros-pi lvokuno s imct r i jq ) .

Mitogcnai indukuoja i r t ranskr ipci jos veiksni E2F, kur is i lun-gia tuos genus, bc kur iq vciklos neprasiddtq DNR sintcze\. t . y.pcrcjimas iS Ci, i S. f)augum:r jq yra nukleotidq sintezis genaibutcnt dihic lrotblatrcduktazds. t imidinkinazcs. r ibonukleot idreduk-tazes, karbomoilfosfatsintazis-aspartatkart'romoiltransfcrazes-dihidro-orotzrzis). Jis i.jungia paiios DNR polimcrazds cr gcnil, tuip patc 'r lk/c ik l ino kontpleks4, (-nlvc. E2F gcnq, slopina pBR ( ir . to-l iau) .

Vadinasi, mitogenai ijungia veiklq gene, kurie valdo kelet4stambiq genq grupirl, Sic - maZe sniq grupiq, o pastarieji - darmaZesn iq .

338

4.7. YELio genetika. Nereglamentuotas diferencijuotq somatinir;14steliq dalij imasis

4.7.1. Mutacin6 ir virusind veiio teorijos. Onkogenai

Vezys yra normalaus augimo - l4steles dalijimosi sutrikimas.

Tai Siuolaikine veZio kilmes samprata. Iki jos buvo ilgas kelias.

Su genet ika pradeta siet i . sukurus mutacing vdZio tcor i j4.Mutacind vdZio teorija. Kancerogenai. T Boveri (1914), de Fry-

z ls . M io lc r is - mut i rc i jq i r mutagcnczcs ty r imo prad in inka i mane.

kad veZys atsiranda del mutaci ju. JeigLr taip yra, tai tur i bl t i mu-tagcniiki veiksniai, kurie ji sukelia.

'Iaip buvo atrasti kanceroge-

nai. Dirugelis mutagenq (vciksniq, sukclianiiq muatcijas, Lr. p. 448)i i t icsq yra kancerogcnai.

- l ' I i jonizuojantys i r ul t raviolet iniai spin-clrr l ia i , ni t rozoaminai, pol ic ik l in iai aronrat iniai angl iavandeni l ia i , ami-norlgSdiu - peptidq pirolizcs produktai ir kt. Jq sarybis nagrine-janrt-rs VI I skyriuje.

Sal ia kanccrogcnq/mutagcnrl , keidiani iq gcnus/gcnet inc medZiag4,atrasti vdZi skatinantys veiksniai (vdZio promotoriai). Tli veiksniai,kur ic patys nesukel ia veZio, bct susidarius s4lygoms skat ina jo raida.( ial i but i ivair ios sintet incs ( forbolo cstcr iai) arba gamtincs ( fenol iai)

nrcdZiagos.C)nkogeniniai v irusai. 194-5 m. L. Zi lber is paskelbe virusing vdZio

teori jq, pagal kur i i l velZi sukel iet v irusai. Prasidcjo i i r ; v i rusq paieikosir tyr imai. VeZj sukel ia kel iq grupiq - t ick DNR (Zr. p. 547): pol io-nros, adcnovirusai, EpSteino-Baro, tiek RNR virusai. Pastarieji pava-dinti retrovirusais (lot. rctro - atgal). S. GerSenzonas dar 1954 m.nustate, kad Sie virusai gal i bl t i la isvi i r is i terpg i l4steles genomE.'fik

iis nesugebijo i5skirti fermento, kuris nuo RNR matricos sinte-t ina DNR. Atskirai v icnas nuo ki to 1972 m. tai at l iko du amerikicdiunroksl ininkai Teminas (H. Temin) i r Balt imoras (D. Balt imore). Fcr-mentas, kuris sintetina DNR nuo RNR matricos, buvo pavadintasatvirkStine transkriptaze (arba revertaze, nuo RNR priklausoma DNRpol imeraze).

t

a

o

o

sqveika su lelstclis paviriiniu receptoriumi,signalo pcrna5a j branduol j ,transkripcijos veiksniq aktyvinimas,valdonros genll grupes aktyvinimas:

I k l . augi rno vc iksnls / ln i togcnasJ I I k l . vc i ksnys r ccep to r i us

Jtv k l .

339

Visi5kai logi5ka Siq fyrimq tEsa: nustatyti, kurie onkoviruso genaisukel ia veZi. Paai5kejo, kad dazniausiai tai v ienintel is genas virusogenome. Tik labai retais atvejais bfina jq keletas. Sie genai pavadintionkogenais. Pa5alinus, pvz., Rauso sarkomos virusui onkogenq (kurisnuo viZio pavadinimo Zymimas scr; taip pavadinti ir kiti onkogenai,aptikti virusuose), virusas tampa neonkogeniniu.

Prasidejus genq klonavimo ir sekvenavimo epochai, ir,yko didziau-sia stai-rlmcna. Bi5opas (M. Bischop) ir Varmus (H. Varmus) nustate,kad onkogenq homologai yra normaliame Zincluoliq/Zmogaus geno-me. Tai aptink:rma nuo virusu klonuotq onkogenq pagamintais mo-lekul iniais zondais.

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 sei-mas, pvz., r:-ras Seimoje yra per 50 genq, skirstomq i kelis poseimius:c-ras, c-rho, c-rab, c-a$ c-sar, c-ran. Seimoje genai skiriasi ne tiksandara 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 valdol4steliq dalij imasi ir difcrenciacij '4, c-rho - aktino kompleks4 su cito-skclctu).

c)nkogenq funkcija. Aptikus onkogenus normarir;, ne vdZiniq lals-teliq genome, paai5kejo, kad yra dvi to paties geno funkcin€s/sanda-ros bfisenos:

' nesukel iant i vei io i r bf i t ina normal iai l4steles veiklai ( tai i ro-dyta veliau),

. sukel iant i vdi i - normal ios geno veiklos anomali ja.

Nesukeliantys vezit-r genai buvo pavadinti protoonkogenais.

Nuo protoonkogenq priklauso normalios l4steres funkcijos *l4stelds dalijimasis ir diferenciacija.

Protoonkogenq koduojami baltymai grupuojami taip:

340

Sg!rytuo.iami balty;ai]- auginro veiksniai (r'-si.s, n.ntl, int2)

llra ns memFr nniniai-b aIS maf l -Aug-rrno vCikSn.rl reeEploiiai- .ISit hrrrembmnar-I f, -rttB, t'-/ins, r'4il ]susiie baltvmai j

lcftoplazmind - G baltymai/signuj,l pernusO-. bttwtcftoplazmind - G baltymai/sig""iq p.;.sO-. uatny,""lplqt-e!4linazds ] - c-res ieima (r'-ras, c.-rho, c'-rab,- tirozinkinazds c'-,arl, c,ran), gsp/gip)( c' -,s c: r, t' -a h l, r' -f ps )

serin/treoninkinaz€s lBranduolio battvmai -(c-ra/, r: nto.s) ipSijsr yef!^llriall

c-nryg - HLH baltymai,cJos, c-jun - API - Leu ,,uZtrauktukas",c-rel - NFrB Seima,c-<rb - skydliaukes hormono receptorius,c'-<rgl, c--erg2 * cinko ,,pir3teliq" balt).rynas

Daugelio iiu baltymq paskirtis i5destyta 4.5-4.6 skyreliuosc. Vie-naip ar ki taip vis i protoonkogcnai susi jg su l4steles dal i j imusi. Antair.'-./bs Seirnos (cy'bs, t:-.fosB, c-tra-1, c-tra-2) koduojami baltymai ieinai kompleks4 baltymq, kur ic lcmia l4steles cik lo kr i t in ius ta5kus G,,-+Sir G,-+S. Kitas protoonkogcnas c-mos reguliuoja Xenopus mejozcs Ii r I I dal i j im4si. Jo mitogcnas yra progcsteronas.

V6l mutacind teorija. Atradus, kad onkogenai, tiksliau, protoon-kogcnai, yra normalus l4steles dalijimosi ir diferenciacijos valdymo(daZniausiai augimo veiksnius kclduojantys) gcnai. susim4styta, o kaipi ic gcnai tampa patogeniniais, veZi sukel iandiais.

Vel teko pr is imint i mLrtacing vci io tcor i j4. Labai intensyviai , kasapskritai b[dinga veZio tyrimams, praditos tirti protoonkogenq mu-taci jos, i r lDkesdiai v is i ikai pasi tv ir t ino.

Kad prasidetq viZys, protoonkogenai turi virsti onkogenais,t. y. nevaldomais/ne laiku vcikiandiais lEsteles dalijimosi/dife-renciacijos valdymo genais. Thi atsitinka ddl mutacijq.

O kaipgi virusai? Pasirodo, v-cnc alsiranda sudetingu bldu: virusuii savo genom4 netiksliai ijungiant protoonkogenus arba Siq kopijas,pasigaminusias nuo protoonkogenq subrendusiq mRNR.

. Vadinasi, onkogeniniais virusais tampama seniai virusu geneti-koje Zinomu bfidu (Lr. p. 544). virusas, iseidamas is l4stelii, galijsijungti j savo genom4 dali Seimininko l4steles generines med.Lia-gos. Jeigu tai ilyksta netiksliai, tas ,,uZgriebtas,, genas savaime tam-

341

pa mutantiniu, nenormaliu. DaZnai v-onc neturi 5'-geno dalies. Dau-gelis i5tirtq v-onc neturi intronq. Intronai prarandami brgstant pre-mRNR (i,ykstant splaisingui). Vadinasi, iie v-ortc pasigamino ir isi-te rpe i viruso genomq visiikai kitokiu bfidu, nuo subrendusiosmRNR, dalyvaujant retnrviruso atvirk5tinei transkriptazei.

Vel atsirado vietos ir kancerogenams. Siuo atZvilgiu labai geraii5tirtas odos vdzys, kuris JAV sudaro per 50oh veZiniq ligq.

Vienas i5 kanccrogenu, sukeliandiq odos vdLi, yra ultravioletiniaispinduliai (UVB). Jie yra mutageniiki, bet neskvarbDs, todel sukeliamutacijas tik tose lqsteldse, j kurias prasiskverbia. O prasiskverbti j iegal i t ik iatviras Saules iv iesai (UV) pavir5ines odos l4steles. Todelnuo UV spinduliuotes labiausiai nukencia veidas (ypad nosis - la-biausiai atsik iSusi) , rankos. Pirmiausia i r atsiranda 5iq kIncl dal iqodos veZys.

Thdiau protoonkogenu veikla yra valdoma. Thigi pavojingiausiosnrutacijos yra tq genq, kuric valdo protoonkogenus. I5 pradZiq jievadint i ant ionkogenais. Siuo nletu popul iaresnis jq pavadinimas vdi iosupresoriai, pagal veiklos pob[di. Jie slopina somatiniq ir kitq su-siformavusiq audiniq lqsteliq dalij im4si. Del jq veiklos l4stelds per-eina i5 Gr i Go.

Vezys daZniausiai pradeda vystytis tada, kai iryksta kurio norsviZio supresoriq gcno, pvz., p5't, mutacija.

Zmogus, auk5tesnieji eukariotai turi po dvi homologines chromo-somas. o mutacijos vra rccesyviosios. Tbdel mutantiniam <lnkogenuipasireik5ti b[tinos mutacijos abieiose homologinese chromosomose.Pvz., p5t geno tai atrodytq taip:

gali ivairiai virsti onkogenu ne tik del muta-

iutrikusio genq veiklos valdymo, atsiradusioprieZasdiq transkripcijos/transliacijos ctapuose:

Protoonkogenascijq, bet ir deldel fiziologiniq

5 tp- '-+-

UV Pakartotinernutacija _]::,- ----r,- --;VeZys

uV p'"

4,T .2 .Y iL iosupresor ia i .Vd iys_ |a ipsn iSkomutac i jqkaup imos ipasekntd

Antionkogenai/v€Ziosupresoriai 'Pr icsingaionkclgcnams,vcZiosu-prcsoriai s lopina l4stel iu clal i j im4si, nulemia l4stel iq perej im4 i5 Gr i

c i , , , s lopina G,--+S.-Kaip t ik del Siq genq vciklos di ferenci iuotos l i ts-

tcies nustoja 6alytis. Siuo metu Zmogitus gcnome yra Zinomll mil-

2iausiai 13 vcZio supresuriq. Dazniausiai j ie apt inkami t i r iant pavel-

cl imas (Seint inio) vcZio formas. Jq reiksmc vezio raidai ypad svarbi .

VcZio iupresoriai s l .pina netgi v iZini t l lqstcl iu dal i j im4si- . l ie valdo

,.,nkogenu vciklir. Kol 5ie viZio supresoriai veiklls, l4stel6s licka G,,

stadi j l jc. Gcriausiai i i t i r t i vcZio supresoriai RB ir p" '

i3 'g.r ,u. apt iktas t i r iant ret inoblastomq. Ji (daZnis apie 1:18000)

prasideia dar vaikysteje kaip balk5va deme ant vienos ar abiejq akitl

ivadinamoji ,,kares;' akis). Negydomas auglys pleciasi. Ligoniq 13-ojoje

chromosomoje daznai aptinkama ilgojo peties 14.1-I4.2 segmento dc-

lcci ja (del 1iqla.1-1a.2-). Vcl iau p:rai5kejo, kacl i r RB geno taikine

n-,riu.iiu sukeiia retinoblastoffi4, o dar veliau, - kad asmenys' kuriq

g",1,r*. iqiko RB geno delecija arba taSkine rnutacija, linkg sirgti lvai-

riomis vdZio formomis, ne tik rctinoblastoma'

Ka ip jaumineta ,pRBba l tymas jung ias isu t ran 'sk r ipc i josve iksn iuE2E, ir tai slopina G,-+s. L4steles nesidalija. RB baltymo aktyvum4

Valclo proteinkinazes.'pRb baltymas yra aktyvus, t. y. slopina l4steles

dalijimqsi, kai yra defbsforilintas. Kai jis yra fosforilinamas, nustoja

veikti kaip supresorius, ir l4stelds dalijasi:

Amerikiediq genetikai nustate, kad pirmqj4 5io konkretaus genomutacij4 .,parupina" mamytes, kaitindamos savo i5rengtus vaikudiussauleje. Pirmoji p5r geno mutacija atsiranda iki 15 m. amZiaus.

Antroji atsiranda nelaukiama. Nustatyta, kad r,yresnio amZiaus Zmo-niq somatiniq l4steliq mutacijq ir vdZio daZnis padideja dramati5kai -

10r-107 kartq, nes senstant sutrinka daugelis b[dq apsisaugoti nuoDNR paZaidq (Zr. p. 497), pirmiausia DNR paiaidq reparacija. Be to,sutrinka laisvqlq radikalq/antioksidantq balansas, ksenobiotikq meta-bolizmas ir kt. Todel Sioje amZiaus grupeje vezys yra daZnas.

-)+/.

pana$[s i Prionqarsi*dim4(Zr. toliau)

J+J

kincs mutaci jos yra ketur iuose,,karstuosiuose taskuose", turtrnguose

.;a;" .r1. C"gal ibt t i met i l inamas. o meti l intas C deaminuojant virs-

ta T- Thip atsiranda ta5kines mutacijos'

Kadangi pil veikla susijusi su DNR reparacija' geno pir mutacijos

pacliclina kitq genq mutacijq daZni' Atsiranda genetinis nestabilumas''f,i,.l

g.nq mutacijl l claZnis padideja 20 kartq'

Visq veZio supresoriq ypatyb6: mutacijos yra recesyviosios ir

gali pasireiklti/sukelti veZi tik homozigotose'

Vaclinasi, veZitri Vystytis mutacijc]S vienoje chromosomojc nepa-

kanka, turi i lrykti mutacija ir antrame gene p'r'* kitojc homologineje

clrromosomoje:

pRB akty'racija/inaktpacija irgi yra valdoma. Fostorilinim4 sukclia onkoprotei-

nas E lA , o sk rp in i i aug imo inh ib i to r ius TGF-B l .

Vdiio supresorius p'\r dar geriau i5tirtas. Ji aptiko 1990 m. Mal-kinas (D. Malkin) su bendradarbiais, t i rdamas kelet4 Seiminio vdZioformu, pirmiausia Li-Fraumenio sindromq. Siam sindromtr i bf idingaspolinkis sirgti veZiu gana anksf)'\iame amZiuje. Iki 30 m. amZiaussuscrglr apic 50' i lsntcrtq. tuo tarpu visoje Zmoniu popul iaci jojc vc-Ziu scrga lo/o ilrl amZiaus asmenq.

Genas ( l7q13) koduoia -53 kDa baltym4, kur is slopina lastelesdal i j imqsi G, stadi jos viduryjc. I5 dia i r gcno pavadinimas p5' . Gentrvcikla susijr"rsi su DNR reparacija. Lelstcldse, kuriose yra paZeistaDNR, rryksta intcnsyvi p5i gt:no rai5ka, ir lasteles ciklas stabdomas,kol bus iitaisytos DNR paZaidos.

Kai p5r baltymo pasigamina daug (genas p5' yra i t in aktyvus), gal iv is i ikai nr-r tr [kt i l4steles clal i j imasis i r lykt i jos di fcrcnciaci ja arbal i lstc lg gal i i i t ikt i programuota Z[t is - apoptozt i (Zr. tol iau).

. . . g' tr nevcikia . , \ , i L(Gn)---..--------.---* iGr .)==* i, S ,)-rjtvlltozc 1

Lqstcl iq di ferenciacija,

PRBaktyvus

Lqstelcs ncsidal i ja, pRBveikia kaip supresorius

Fostbr i l in imast reloslon l tnlmas

IPRB

neaktlvusLqsteles dalijasi/ R.B geno

veikla slopinarna

Gr-)S

VeZys, genetinis nestabil

Go

r Mutaci ia

I

Antra mutactla ,r- t ' Vc2vs--Trp

LatentinC konforma-'

c i ja /o l igomeras

-5.i+-

Bct nc tik mutacijos veZio supresoriu gcnuose yra viZio prtcZas-

tis. Cali rykti genq koituojamq produktq-baltymq s4veika' Po norma-

l iu pRB ir p5] bal tymq sqvcikos su virusq onkoprotcinais pRB' p5r i r

f i i i t ' ,at tymai supresoriai neslopina l4stelds dal i j imosi '

Darv ienas |domus i rsvarbuss i l vc ik t l sbr - rdasbuv t lap t ik tas t i r ian tpi bal tynro sandarzl . J is labai panalus ipr ionq atsiradinr4 (zr ' p ' 2-50) '

Anot Donhoverio i r Breidl io (L ' A' Donchower' A' Bradlcy' 1993) '

; r ' ' bal tynras yra trejopos konformaci jos (erdvines sandaros):

Pronrotorius/mutan- Konfonnacijos .-suptcsorius/nornra-

tin€ konformacija pokyiiai --+ti konformaciia

Virsmasaktyviubaltynu

I il8ilnnilAntrojo prr geno nrutaci ja

.9n', ff i o., l l l l u lac l la

II+

F o s l l t a z c s ( ' . ' ) P ( - P-._--.---.---|^- r - C - P---z- ,?Mutanto 7r-''

0ci)<c\t)

Kazcinkirrazc II

p'lj geno mutacijos yra vienas daZniausitt Zmogaus veZiniu lqstelittpokyiiq genome. Kai yra nepaveldimas (ne Seiminis) vdzys, mutacijosatsiranda somatindse lzlstel6se; ten ir r,ystosi auglys. Antai kai yrastorosios Zarnos papilominis vizys, net B6oio ligoniq genome aptinka-ma p't' geno mutacija, daZniausiai geno delecija (75a/o pacientq). ThS-

344

Heterozigt. l toscmutantinisbaltymas(l4stelesdali j imosipromoto-rius) skatina normalios konformacijos baltymo (supresoriaus) virsm4

promotoriumi/mutantine baltymo forma:

345

5-lp--r-J

t ln - '

-E---T

t - ,., (- trdvlnes sandaros poky.tisMutantine/{'%-mutant inekonformaciia

[Pro'"oi*i*'l

0

Nuo padiddjusio epitelio - [ nepiktybing I storosios tar.lqsteliq dali j imosi

._ adenom4

- no, karcinomq

+M-fryj

Iki karcinomos turi j"ykti bent triiq veZio supresoriq homozigo-tines mutacijos (dvigubos abiejose homoroginer" lh.u-oromose): bejau minetojo p'''t, dar DCC (angl. detetion in colorectal carcinoma),APC (nuo udenontous poryposis coli), onkogeno .r-ras ir kitq, kol kasnenustatytrJ:

346

Normali/-jls[]mutantinikonfbrmaciia

j supresoitus 1_.

Sic konfurnraci jos pokydiai vyksta daly,raujant v:r lclymo baltymams/fosfatazems.(ie nas ncturi ' lArAA

ir cAAT sckq, todel ncra gricztai nustatyt.s jo transkripci jospradZios. Tianskripci j .s pradzia priklauso nuo prie geno prisi jungiani iq valclymobaltynrq. Vyksta altcrnati ,vus splaisingas. Di l Siq ypJybiu yra did-cl is p, l baltymopolir lor l ' izmas. psr geno homologq nerasta bestuburiq genome.

I i tyrus ivair ias seiminio veZio fbrmas, aptikt i kit i vezio supreso-riai: wT'l ( l tp) - Vi lmso veZio, NItr (17q) - 1-ojo r ip. neurofibro-matozes, DCC ir APC - storosi.s Zarnos vilio (zr. iemiau) ir kt.

VeZio supresoriq koduojami bartymai s4veikauja su genais, kuriqveikla yra atsakas i mitogen4:

vdzio raida. vezys - daugerio mutaciiq sankaupa. papilominisst.rosi.s zarnos veZys (ieimind adenomatozine polipoze) yra kol kasparyzdys, kaip, kaupiantis mutzrcijoms, progresuoja- veZys:

Ankstyvojo atsako genai Velyvojo atsako gcnai I DHFR7lt

TKDNA polaCDC2Cvc'linA

I

lr

J + /

( 'h rotnosoma 2 l l l p J 2 l 8 q 2 l . l 1 7 o 1 2 - 1 3

Pokyt ls Deleci ja Geno mutac i ja AktyvacUa Dr ' lec i la Deleci ja Ki t i po-kydia i

Gcnas lPC DNR hipotne-t i l i n imas

DCC p a'- t leLI

\orrnalus ,

Padid€jqs epite- __*Ankstwoji _* Vidutine --, Vetyvoji---- Karci-

. p i rc l is -

l io dal i j imasis '

adcnoma adenoma adcnoma noma melastazes

Thigi vezys \ystosi i5 tq l4steliq, kuriq genome susikaupia daugnrtrtacijq. Ar neatrodo, kad vcLys yra savoti5kas dramati5kas bldaspopuliacijai atsikratyti genotipq, kurie yra sukaupg daug Zalingrl mu-tacijq? Todel neturdtq stebinti, kad r.yresniojo amZiaus Zmoniq popu-

liacijoje veZio daZnis padideja 103-i07 kartq. Laikui begant somatind-sc lqsteldse kaupiasi mutacijos.

Ry5ys su mutacijq kaupimusi akivaizdus ir todel, kad kitas storo-sios Zarnos veZio tipas - nepapilominis vezys atsiranda ddl mikrosa-tcl i to (CA)n nesuporuotq nukleot idq reparaci jos gcne.

Apoptozd (gr. apoptosn' - i5kritimas) - rei5kinys, kuriuo Siuo me-ru visiSkai pamatuotai labai domimasi. Thi uZprogramuota (i5 ankstonurnatyta) l4stel iq Z[t is.

Pirmiausia 1951 m. j i apt ikta l4stel iq, kur ios, atrodytq, netur i nickobcndra su veZiu, b[tent kraujo l4steliq, kurios paprastai atsinaujina kas7 dienos. Susidarius lqstcl iq pcrtekl iui , Sios Zt iva ik i normalaus (t iksl iau,rcikiamo) skaidiaus ribos. Kraujo vcZio/lcukoziq atvcjais kaip tik sutrin-ka i is balansas tarp senq lqstel iq Z[t ics i r naujq l4stel iq atsiradimo.

Gcriausiai apoptozi i i t i r ta ncmurtodn Cucnothaful i t i .s clcgans (Zr. V skyriq). Nu-statyt i genai, kuric valdo si rciskini \ t ' t ' t l t)1. Zinduoliq prtt tonkogcnai c-m1tc, H-ras,

1r" aktyvina apoptozg, o bt: l 2 yra apoptozcs suprcsorius. Apoptozg valdantys gcnairuktyvina daugiausia tuos gcnus, kuriu kocluojamos nuklcazis ir proteazis skaid<lbrr l tymus ir nukleorugit is. Skaidymo produktai - aminorlgitys ir nukleotidai - pa-naudojami kitose lqstelcsc.

Manoma, kad tik pradejusios ncreglamentuotai dalytis somatindsIasteles sunaikinamos i5 vidaus, akryvinant apoptozds genus. Be to,apoptoz6s genams talkina imunin6 sistema, ypad makrofagai.

Sutrikus apoptozei, vystosi auglys.

4.8. Genq evoliucija/lyginamoji genetika

Vienq smulkiau - hemoglobinq, citochromq P-450, kitq prabdgo-ntis - kaip imuninio atsako, morfogenezds - svarbiq genq grupiq

evoliucija apra5yta. Kaip buvo galima jsitikinti, Sie tyrimai padedaatskleisti genq/genq grupiq veiklos yparybes.

Genq evoliucijos tyrimo metodai. Ypad daug Ziniq gaunama lygi-namosios genetikos metodais. Palyginus tq pati gen4 arba genll gru-pg jvairiuose organizmuose, nustatoma, kuriose organizmq grupdseatsirado pirmtakas gcnas ir pan. Metodi5kai tai tapo imanoma, kaibuvo sukurti DNR nrolekulines hibridizacijos (vadinamasis zooblo-tingas) ir molckuliniq zondq metodai. Buvo galima nustatyri organiz-mq g in r in in tun lo la ipsn j i r apskr i ta i . kur iose organ izmq grup ise y rat i r iamasis genas; genai k lonuojami i r sekvenuojami ( tai panaudotane t i k g i r rn inant n ro lcku l in ius zondus) - ga l ima lyg in t i tq pa t i gen4ivairiuosc orsanizmuose ir nust:rtyti jo evoliucijos kryptis. Daug Ziniqgauta i r iS toki l1 sr i i iq kaip mutageneze, genet ind rekombinaci ja, nestaip iSai ik int i bldai , kaip vyksta gcnq evol iuci ja.

Ortologiniai ir paraloginiai genai. Pagal kilmg gcnai yra dviejqt ipu :

. ortologiniai genai yra kilg i5 vieno bcndro geno-prcltcvio, bettas pats genas ivairiuose organizmuose evoliucionavo jvairio-nris kryptimis (pvz. citochromo c genas):

. paraloginiai genai i rgi k i lg i i v ieno benclro geno-protdvio, beti r t s i rado dc l dup l i kac i iq i r cvo l iuc i t rnavo to pa t ics o rg l rn izmogcrnomt: i skir t ingas funkci jas lcmiandius genus.

Pvz., paraloginiai yra visi citochromq P-450 genai, visi imuninioatsako gcnai. Pastaruoju metu paai5kejo, kad ir didele grupe DNRreparaci jos genq, hemoglobino genai Zinduol iq, Znrogaus genome yrap:rraloginiai .

Evoliucijos greitis ir gcnr-1 evoliucijos/iisiskyrimo (divergencijos)laipsnis nustatonlas dvicm budais:

. pagal DNR homologijr/divergcncija,

. pagal geno koduojamo baltymo divergencij4/homologij4.

Baltymr divergencija iSrei5kiama minetuoju evoliucijos periodovienetu.

Evoliucijos periodo vienetas - tai laiko tarpsnis (milijonaismetq), per kuri baltymo aminordg5diq sudetis pasikeiiia lVo(tr. p. Ta).

348

Ka ip i rDNRd ive rgenc i j a , j i sy ra ind i v idua | i genoypa tybe , ta ig iivairiu genq labai skiriasi. Konservatlv[s baltymai yra histonas H4 ir

.ii,r.n.Jnrui c. Ypad spardiai evoliucionuoja imuninio atsako genai,

n., i, Siomis dienomis. Labai intensyviai kito ir fibrino genai, toddl

iic tinka artimq r[5iq filogenijai tirti'-,'- Antri kai kuriq balrymq aminorugsdiq pakaitq daZnis (%) per

100 nrilijonq metq Yra toks:

i i b r ino 90 , ins t r l ino - 4 '

augimtl hormctnct - J7' ci t trchromo c - 3'

irnuntrglobul inq - 27-39, histono H4 - 0'06'

l re mog loh ino 14 .

Geno evoliucijos greiti valdo atranka' Thdiau manoma' kad gene

gali blti neutralfs fokyiiai (neutralios mutacijos). Pasak Kimuros

iN,4. finrura) ir Kingo (J. L. King), DZiukso (T' H' Jukes)' gali i'ykti

ncutrali geno ir visJ genomo evoliucija. Thdiau iis klausirnas gincy-

tiras. Gali pasireikiti icticsioginis - pleiotropinis mutacijos poveikis,

gcno lygmeniu - priklourc,*yt'" nuo konteksto' gretimq nukleotidq

ir,,ueit ici. Atr.dytq, yra neutralios daugelio kodonq trediojo nukleo-

i ido mutaci jos, ncs gana daZnai visi keturi deriniai su tredi 'oju nu-

klcotidu koduoja ta padiq aminorlgsti. Thdiau mutacija trediajame

k.dono nukleotide u"ltio mutacijq daZni kituose dvicjuose nukleoti-

duosc (Lr. p. 525)'Mor fo log inds i rmolekul indsevo| iuc i jostempainesutampa.Anta i

iirnpanzis DNR nuo Zmogaus skiriasi Ltk 1,5-2,5o/o. Tai statistinds

p.kiaidos ribose, nors morfologiniai skirtumai akivaizdhs' Tiro tarpu

.t"i"jq Xenoptts ruii'4 (Xenoptr's luet'is ir Xerutpus boreulis) DNR ski-

riasi 15-2(X%. Vaclinasi, tarprflsine DNR divergencija Siuo atveju di-

c | csndnegu ta rpgcn t i nO.Dar rySkesn imor fo log i tes i rmo leku l i n i scvo l i uc i j osnesu tap ima ipaga la tsk i rusba l t ymus .Zmogaus i rmaka-kos citochromas c skiria.si tik ui"nu aminorfig5timi, nors abiejq tak-

sonq divergencija lr,ykusi prie5 40-50 milijonq metq'

Kovarionai. lvaiiiose geno,/baltymo dalyse divergencija/homologi-jos praradimas $/ksta irgi nevienodu greidiu. Gene .ikkiriamos

kon-

.scrvatyviosios, ir labiau polimorfines/kintandiosios dalys. Ypad kon-

scruatyvios, pavyzdZiui, yra valdymo sekos arba nukleotidq sekos'

koduojandioi aktyvius baltymo centrus. Arklio ir kiaulds citochro-

ma i csk i r i as i l Tam ino rugSd iq ( i 5104 ) ,be t , nepa i san t t o , t u r i beve i kidenti5ka tretinE sandar4.

349

Baltvm. sandaroje isskiriami ko'arionai - aminor[gstys, kurioskeidiasi spardiau negu kita barrymo daris. To paties bartyiro, bet skir-ting.q organizmu kovarionai dalniausiai skiria.si. citochiome c keidia_si t ik 4--10 aminorlc5i iu.

Gen.me gali bui i g. 'nq. kuric organizmuose-pirmtakuose koda-vo vien.ki4 savybc, o is iq kirusiu.se organizmuose - kitokiE, arbadar kurioziikesnis atvcjis, kai gcnomc yra ,,uZsikonservavusiq,. ge-n.u. Tbkic, pvz., yrlr--g"r,o1l Iemiantys clantis. paukSiiq genome genaii.iliko ,.ty[rs" pcr 200 mirijonq *.tq. K.raras (E i i(oilar) ir Fi_icris (c' Fischcr) 1980 m. atr iko nejt iketinq bandymzl: peres me-zcnchimos r4steres augino kartu su vi(tos rykies epitel io jabaleriais.vi i tos . ' l inis cpitcris.rcagavo i porcs oraring mezcnchlnr4, ir i icpitcl io I i lstcl iu susidarcr strukturos, panasios j clantq em:rl io struk_turas (4.20 pav.). Vadinasi, gcnai btwo potcnciariai vcikrus, t ik uZ-sikonscruavg. Jq veikrai trtrko rcikaringo signalo i i gretimq r4stel iq(tcrks virldymo bDclas iprasras incliviclualiojJ raicloic] ir. p. 370).. ortologiniq genr;.evoriuci ja gari rykti jwrir i . i , rr"t 'pog.i iainis bD-d.s - taikinds mutacijos gcno rib.,r". Dazniausiai tai nJilcotidq pa_kaitos: vien. nuklo.t idq pora kci i iam^ kita, vietoj ui.nu t,r, tuno su-sid,r' kitas koclonas. Tirip ir kcidiasi anlinrlrLigstys k.vari.rruose. Mu-taci jos kovarionuose gali sukelt i mutaci jas t<itosc kovarion. victosc.Vietoj pakaitq gcnc gali b[t i snrulkios delcci jos ( i ikr i tos) arba intar_

pai (insercrtos) i genE. Kaip veliau paaiSkdjo, daug genq pasikeitedel paprastqjq kartot iniq sekq (mikrosatel i tq).

Thi iau nauj i genai negal i atsirast i t ik del nukleot idq i r amino-r lgidiq pakaitq.

Genq susiliejimas - bfldas tiek ortologiniams. tiek ir paralogi-niams genams atsirasti. Jis gali r,ykti dvejopai del rekombinaci-jos/translclkacijq ir del tiesioginio gretimq genq susiliejimo, i5-kritus tarpikliui (speiseriui), skiriandiam du gretimus genus.

Viena geno dal imi genai gal i bDti homologiniai , k i ta - ne.Del tarpikl io tarp dviejq art imai sukibusiq genq deleci jos gcnai

irgi susilieja i vien4. Tbkiu b[du atsirado daug genq, koduojandiqpolifunkcinius baltymus. Pavyzdys jau kelet4 kartq minctas - tai bak-tcr i jq DNR I pol imcrazis (polA) gcnas. DNR I pol imeraze at l icka tr isfunkci jas: pcl l imcrazing, 3 '-+-5' i r -5 '->3' - egzonukleazing, i r j i suda-

ryta i5 dvicju domcnq. Domcnini baltymo sandara daZniausiai atsi-randa susi l ic. jus genams arba j ic 'nrs kci i iant is geno clal imis. Antaivadinanrasis VII I vciksnys. kur is svarbus kraujui krciet i . yra sudary-tas iS tr i jq domenq A, B, C. Vienas i5 i iq domcnq - A yra homo-Ioginis ccrukrplazminui - scrunlo baltymui, kur is pr is i jungia var iojon4. Manoma, kad MHC genai pirmi l karta , ,susikonstravo" bcnt i it r i jL; gcnq pr ic i 400 mil i jonq mctq.

Genq su(si) l ic. l imas labai daZnai naudojamas gcnri inZineri jo jc.Duplikacijos ir divergencija yra pagrindinis b[iclas atsirasti para-

loginianrs genams. DaZniausiai nauj i genai atsiranda del dupl ikaci jq,o po to - clcl divergencijos, kuri iryksta kaupiantis duplikuotuoscgcnuose taik inems mutaci joms. Taip atsiranda genq ir bal tyrnq Sci-nros. Jas kodLro. ia dupl ikuot i genai. Genq Seima - grupe bendroskilmes genq, kuriu koduojani'ios dalys yra pana5ios.

Lahiau nutolg gcnai, bct kai kuriuos baltymo domcnus koduojan-tys tuos paiir"rs, sudaro super5eimas, pvz., Ig genu/imunoglobulinqsuperieima. SuperSeimos yra gausios. ' f ranslokaci jos Siuos dupl ikuo-tus gcnus gali i iskirti, i5barstyti po chromosomas. Taip yra, pvz., suci tochromu P-4.5() gcnais.

Del duplikacijq gcnome atsirado ir kartotinds sekos. Antai jaudioalbumino gene yra 9 kartotines sekos. Jos Siek tiek skiriasi, kai ku-rios invcrtuotos (apsisukusios 180') ir sudaro palindromus.

Genq grupds/Seimos evoliuciioje daZniausiai pasirei5kia visi auk5-diau anra5vti bfidai.

A B4'20 pav. ,,Hibridinis" dantis, susidargs is viitos gemaro orarinio epiterio ir per€sgemalo dentalin0s mezenchimos:'4 - viitos gcmal. .ralinis cpitclis, i i kurio \ystosi primityvus cmalinis .rganas, jameyra pclcs gcmal. mczcnchirna; B - gcrai issivl,stgs hibridinis danris (is E. J. Koilar,C. Fisher, 1980)

3-s0

v RATDOS (ONTO- MORFO-) GENETTKA

5.1. Determinacija

5.1.1. Determinacija ir diferenciacija. Transdeterminacija,TotipotenciSkumo problema

lvairios organizmrl grupes turi savitq raidos ypatybir], ir tai yraSiq organizmll genetikos tyrimq uZdavinys. Suprantama ir tai, kadcentrinis onto-mortbgcnetikos objektas yra Zmogus. Bet nepaisantkiekvicno organizmo savitumo yra bendri morfogenezes-ontogenczesvaldymo desniai i r onto-morfogcnet ikoje naudojami t ie model iniaiorganiznlai , kur ic parankiausi v icnam ar ki tam rei5kiniui t i r t i .

Objekto rcikime morfogenetikoje yra ypad svarbi, todel Siai pro-blcrnai t i r t i atsirado naujq genct iniq objektq, tokiq kaip ncmatodasCaerutrhubditi,s alegans, kurio raida Sviesiniu mikroskopu tiriama nucrapvaisintcl kiauiinclio iki subrcndusios kirmilaites, arba glcivlnas Dic-tt,o.steliurrt tl isutidcunt, kuris i3 vienal4siio organiznto gali virsti dau-gial4si iu, sudet ingos sandaros.

Pravcrtc nctgi tokie paprast i , ncsudet insi organizmai kaip virusaii r baktcr i jos.

Virusams irgi bldinga raida nuo DNR arba RNR molekul iq ik iintakt inio viruso. Sudet ingiausias jq raidos momentas - kapsido su-sidarymas.

Bakterijq raida paprastcsnc ncgu virusq. Neir,yksta dideliq po-kydiq, i5skyrLrs gcnq veiklos pokyiius, nagrinitus III ir lV skyriuje.Kai kurios bakterijos (pvz., Buc:illu.s subtilis) nepalankiomis s4lygo-mis sudaro sporas. Thi tapo vienu i5 morfogenetikos modeliq. Spo-ruliacijos eigoje keidiasi trijq genq grupiq veikla. Ji priklauso nuoo (sigma) veiksnio. Palankiomis sqlygomis spora virsta akryvia l4s-tele. Vel vcikia rinkinys vicnas kitq keidiandiq sigma polipeptidq.Tokio tipo genq valdymas aptiktas daugelyjc organq raidos/l4steliqdi ferenciaci jos reiSkiniq, t ik veikia ki t i valdymo veiksniai , ne sigma.Principas tas pats - laipsni5kai ijungiamos skirtingos genq grupds(ankstyvieji. vidutinio ankstyvumo, velyvieji genai).

Pagrinding ontomorfogenetikos problemil, kaip mineta, suformu-lavo Veismanas dar 1882 m.

352

Kodel lqsteldms dalijantis atsiranda nelygiavertds, diferenct-juotos l4stelds, kai jos turdtq bfiti vienodos?

Zmogars organizme yra daug ivairiq tipq l4steliq. Visq jq pradZia -

, rpva is in ta k iau i ia lqs t c .Ontogcnetikos uzclavinys yra dar sudetingcsnis - nustatyti, kaip ii

l ravicniq lEstel iq formuojasi sudet ingi organai.

Veisntano itakoje suformuluota ir kita bcndro pob[dZio proble-

r1a. J is mane. kad st lmatinis lqsteles praranda dal i savo gcnet incs

prcdZiagos. Taip atsiranda skir tumai tarp generatyviniq i r somatiniq

l i rstcl iq. Juo I4stcl6 labiau spccial izuota, tuo daugiau j i praradusi ge-

rrct iniq vciksniq (Lr. 1.2 pav.). ' Iodel kyla klausimas,

. ar dif'ercncijuotos l4stelis yra gcncratyvinenls lygiavertes - to-

tipotencin€s,. ar ios yra netotipotencines, skirtingu ir nclygiavcrdiq generaty-

vincms l i lstel ims gcnet iniq gal imybit t .

sie klausimai nagrincjanti trediajame sklriuje (Genomo pertvzlr-

krr) , i r atsakymas i juos yra ncvienareiksmis, negaltr t in is. ' l rumpai

u.ul ima pr imint i tokir .rs teic ini t ts:

. sontat incs l l tstclcs I 'cnotipi ikai skir iasi nuo gcncnrtyvinit l l i lstcl iq;

. pokydiq potrucl is priklaustr truo t l i fcrcnci juotq [4stcl i tr Iunkci jos;

. genotipo pokyi iai difcrcrlci j rrotosc Llstclc'sc irairhs:I vicnosc iq ivyke- ncsriZtami viso gcrtonrrr arbrt . j<r dal ics pttkydiai (pvz. '

Z induo l i t t c r i t roc i t t tosc - s t tnvkg [ r randt lo l ia i ) ,. ki t<tsc l i lstclese ivyko scnomo ptrkyi iai , trct j ic gl i2tami (kaip rI)NR am-

pl i f ikaci ja ovocituose),. dar kitose l4stcltsc ivykc ivairaus stabi lurno cpigcnctiniai pokydiai, dcl

kur iq pa ts gcn( )mas (DNR nuk lco t idq sckos) ncs ikc i t ia ;. claZniausiai sonratinis klstcl is yra populiaci ja, kuriojc ivair iu santykiu pa-

s isk i rs i ius ios nepak i tus io gcnon lo l i l s te l6s , su gr iZ tamais i r ncgr i2 t rmr r is ge-

nomo pokyi iais. Pavyzdys - gcnq ampli f ikaci ja prisi taikant pric didc' jancios

nuodo dozcs.

Susiclomejimas somatiniu l4steliq totipotcnciskumu, griZtamais-ne-

grjZtamais genomo polrydiais Siuo mctu ypad didelis del Zinduoliq

klonavinro.Klonavimas. Branduoliq persodinimas i5 diferencijuotq l4steliq I

rtccliferencijuotas neapvaisintas kiau5ial4stes/ovocitus, kuriems prieS

-r-)J

5.1 p i rv . A lo fcn in iq pe l iq gav imas:pronazc paial int l skait lr ioi i zttnit i r sumaiiytos blastomenrs dvicjq pcl iq l ini jLr: ju6daisi r ba l ta is p l r ruka is . ' I j l k iu

budu sukons t ruo tas gcmalas ivcs tas imotc i ( rcmiant isB. Min tz . l9 ( r7 )

bandymai atlikti transplantuojant teratokarcinomos lqsteles i blasto-cclio ertmg (5.2 pav.). Teratokarcinomos l4steles - labai idomus mo-clclis l4steliq diferenciacijai tirti. Jos rystosi i5 teratomq, o teratomosl,ystosi i5 neapvaisintq ovocitq ir sudaro kamieniniq ir ivairiai dife-rcncijuotr+ l4steliq miSinl. fvedus teratokarcinomos lEsteles i peliq

blastocistos ertmg, teratokarcinomos lEsteles vystesi normaliai.Lazeris ir transplantacija. Nematcldui Caenorhabditis elegans Iirti

l lbai sekmingai panaudotas mikroskopas su lazerio spindul iu. Juo

sal ima sunaikint i nor imq lqstelg arba jos dal i i r po to stebet i ,kaip vystysis organizmas. Tokiu b[du aptiktos l4steles, kurios le-rria/valdo gretimq lqsteliq diferenciacij4. Antai viena l4steld, pava-clinta inkarine, nulemia kiau5intakio susidarym4. J4 sunaikinus, kiau-i intakis nesivysto:i___*_- __._"._i' ,

n * r ' l ? ' , -

- l u l l l l t r l l l r rs

' . * ' ,__* ' . f 7 l i l s t r ' l cs

tai paialintas branduolys, pirmiesiemsoficiirliai par,yko 1997 m. EdinburgeVi lmutu i (1 . Wi lmut ) i r bendradar -h iums. J ic k lonavo av i . Zymia i anks-d iau tok ius ty r imus buvo a t l i kus iMinc (B. Mintz), bct jos tyr imq re-zultatai audringai buvo gindi jami.

Minc pagarsejo gerokzri iki to ki-tokiais tyrimais. Dar 1967 m. ji ga-vo alofenines peles. Pradcjusiemsvystytis peliq embrionams [i lalstcliqstadijoje fcrmentu pronzrze buvo pa-Sal inama skaidr io. i i zona ir l : lstelesatskir iamos viena nuo ki tos. Buvosumaiiytos juodq ir bal tq pel iq blas-tomcros, po to vel pcrnci tos i gim-d , l . P c l i u k l r s h u v t l j u o s t u o t a s(-5.1 pav.). Tyrimai vttizdLitri rodo,kad rezultatas priklausct nuo genopobldZio. Mclanino genai i,ykdo sa-vo program4 nepriklausomai nuo ki-tq lqsteles genq, i r tamsi alofcninespeles juosta yra l4steles su melani-no genu klonas.

Kitais atvejais su ki tais genais i rkitomis l4stelemis lrodyta neabejoti-n a g r e t i m q l 4 s t e l i q i t a k a . T o k i e

Sunaikinta inkarinil4stelc gonados l4stelCs

I:fu.

' l ora lokaic inonros

I 11 s l,:lo s

l ransplanlaci ja

Nonnalus pcl isval st us

-5.2 pav. ' leratokarcinomos lqstel iutransplantavimas i normaliq blasto-cistq ir normalizaci ja

3-54

lnkar ine I4stele

Normali kiaulintakio raida KiauSintakis nesivvsto Normali kiauSintakio raida.gonada nesivysto

Labai daZnai atliekant onto-morfogcnezis tyrimus l4steles perke-liamos ii vienos victos i kita. Tai vadinamoji ektopija (lot. ectopus -

nc victde). Rczultatas trejopas: perkcl tosios lqstelds

. vystosi pagal gretimq l4steliq programEl

. kei i ia savo vietoje esandiq l4stel iq veikl4,

. r,ystosi pagal savo programE. gretimos lilsteles jokios itakos joms

netur i .

Thip, pvz., atsitinka, kai nematodo C. elegans l4steles perkeliamosii vienos vietos i kita. Jos r.ystosi pagal savo program4. Gretimosl4steles jokios l takos joms netur i . Sios l4stelds jau yra determinuotos.

Inkarind lastel€

355

Determinuotos l4stel€s jau turi savo raidos (determinacijos)programE, kuri4 b[tq galima pakeisti tik tada, jeigu 5i deter-minacija bfltq griZtamoji. Determinacija padaro lqstelg ir jospalikuonis kitokiais kitq gemalo l4steliq atZvilgiu ir nulemiajq raid4 jau konkrediai numatytu b[du, tik tam tikra kryptimi.

Diferenciacija vadinama rySki l4steliq specializacija, kai l4s-telds akivaizdLiai skiriasi nuo kitq l4steliq.

Dctcrminacijq ir diferenciacij4 norisi lyginti su genotipo ir feno-tipo s4vokomis. Determinacija - tai genetinis l4steliq potencialas, odif'erenciacija - konkrctus 5io potencialo pasirei5kimas. Genotipas ap-ima visas genetines organizmo galimybes, o determinuotos l4stelis,nors i r funkciSkai, bet , ,praradusicts" didelg dal i gcnet ines informaci-jos. Veikia arba veiks t ik t ic , .prabangos" genai. kur ie reikal ingi uZ-programuotai lqsteliq diferenciacijai irykdyti.

Tfansdeterminacija - rei5kinys, vaizdiiai irodantis, kad lEstcliqdeterminacija gali vykti skirtingo pobudZio ir nevienodo laipsnio:

. grjZtamojc't.

. negriZtamojo.

Kai determinacija yra grjZtamojo pobfidZio, victoj vieno tipo deter-minuotq l4stcl iq gal i atsirast i k i taip determinuotos l4stelds - vykstatransdeterminacija. Sis rei5kinys gcriausiai i5tirtas drozofiloje. Labaiparanku tai, k:td drozofila, kaip ir kiti vabzdZiai, patiria mctamorfozg:

kiaui ini l is --> lcrua -+ lcl iukc ; subrcndusi nrusclc.

Nors lerua yra kitokios sandarcls negu subrendusi drozofila, bet jituri l4stel iq salelcs - imaginius diskus, i5 kuriq rystosi konkretlssuaugelio vabzdLio organai. I5 viso yra 19 diskq.

Imaginiai diskai yra determinuotos l4steles. Jie labai patogtsdeterminacijai tirti.

Vienas i5 bhdq yra transplantuoti imaginl diskq i neiprast4 vietq -

i lervos ertmg priei pat jai pereinant i leliukg. Suaugeld drozofila tokiub[du gali igyti papildom4 organq - aki, sparnq, koj4 ir kt. Thi tik patvir-tina, kad Sios l4steles determinuotos.

356

Galima ir vienq imaginj diska pakcisti kitu, pvz., antenos diskq

pakeisti kojos disku. Vietoj antenos lystysis koja. Vadinasi, ektopind

transplantacija nepakeidia disko determinacijos pob[dZio.

Thdiau gamtoje vietoj antenos gali atsirasti koja ir pan. Thi atsi-

tinka del dvieju skirtingq prieZasdiq:

. honrcoz in iq mutac i jq .

. t r i tnsdetcrminaci jos.

Abiem atvcjais vienas imaginis diskas virsta kitu. Pakinta deter-

minaci ja nuo jos atsiradimo pradZios:

mutacija

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.

Tiansdeterminacija yrel nepaveldimas pokytis - tai modifikacija- JipasireiSkia tik toje kartoje, kuriojc atsirado. Tiansdeterminacija yra

daug daZnesnd negu homeozinc mutaci ja. J i yra homeozinds mutaci-jos fenokopija.

Tiansdeterminacija r,yksta tik tam tikra kryptimi:

Kai kuria kryptimi transdeterminacija bfina daZnesnd. (storos ro-dykles; plonos rodykles - retai).

-,ffi+

@

WJ

@l-lomeozine

>tAEv'l

\tr@

Normal i determinacr jaTransdeterminaci ia l lMutacl la

357

5.1.2. Determinacijos laikas ir vieta. Morfogenai

Determinacija - vienas svarbiausiq morfogenetikos rei5kiniq, to-del 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, pavcl-dimasis ar la ik inasis).

I paskutini klausim4 jau i5 dalies atsakyta 5.1 poskyryje. Atsaky-m4 j k i tus klausimus kompl ikuoja tai , kad determinaci jos laikas i rkitos ypatybds labai priklauso nuo organizmo.

Determinacijos laikas. Zmogaus bent 8-iq blastomen+ embrionolEstcles nederminuotos. Determinaci j4 lemia tai , ar l4steles yra i5or i-nes (diferencijuojasi j trofoblastus), ar vidincs mases l4stclcs.

Jau pirmosios dvi moliusko Dcntalium blastomeros yra dctcrmi-nuotos. Atskyrus blastomeras vien4 nuo kitos, ii jq r,ystcsi nevisaver-tcs lervos, palyginti su tomis lcrvomis, kurios vystcsi i5 viso kiau5inio(ncat idalytq blastomcrq). Skir tumai buvo dar didcsni, kai blastomc-ros buvo atskirtos vien:r nuo kitos 4 l4stcliq stadijoje (5.3 pav.). Thigidctcrminacija gilcjo laipsniSkai. Tiri tipiSkas rci5kinys.

Determinacija lyksta laipsniSkai, be to, ivairiose l4stclese nevienu metu. Thi priklauso nuo diferencijuotq lqsteliq ir orga-no, kuris i5 5iq l4steliq turetq i5sivystyti.

Ncmatodo CacnorhabditH dcterminacija jvyksta pries pat pirm4lilEstel iq pasidal i j im4 netolygiai pasiskirstant genq produktams (Zr. to-liau). Thigi pirmosios l4steles jau yra determinuotos. Be to, jos ski-r iasi dydZiu.

Drozofilos dcterminacija ivyksta dar anksdiau - neapvaisintuoseovocituose .

Kad ovocito citoplazma paskirstyta i determinuotas zonas, buvopastebeta jau seniai, bet tiksliau tai irodyta drozofiloms.

Polin€ plazma. Sinsicin€ blastoderma. Drozofilos raidos pradLiagerokai skiriasinuo daugelio daugialqsdiq gyvfinq. I5 pradZiq dalijasi nelEsteles, o tik branduoliai. I3 viso 9 kartus. Jie sutelkti l4steles cenrre.Po to jie migruoja i periferij4, dar dalijasi. Ir tik po to vienu metu apiekiekvienq branduoli dalijasi ir citoplazma, susidaro l4steliq apvalkale-liai - r.yksta citokineze. Tokia blastoderma pavadinta sinsicine.

358

5.- j pav. Moliusko Dental iwn lervq raida i5 at idalytq blastomerq:/ nrorl i rgcnq (ABC'D) pasiskirstynras bcsidal i jani iamc kiaui inclyjc ir normali raida;

I t ncnormal i ra idu po b las to rncrq d i rb t in i t t a t ida l i . i i n ro : 1 a t ida ly ta po l -o j t r

plsiclal i j inro (viena lcrva turi ' jo rnorfogcnus ( lD. ki ta AB); 2 - at idalyta po 2-ojo

pr rs ida l i j i n ro (v iena lc rva tu rc jo D. k i ta - C)

Tidiau pastebita, kad i uZpakaling blastocelio dali kelctas bran-duol iu migruoja anksdiau. Apie juos ci tokinezc i rgi ivyksta anksdiau,ncgu apie kitus branctuolius. Sios lilste lcrs buvo pavadintcls polindmis.li jq vystosi gonados ir gcneratyvines l4stelis (5.4 pav., A).

Polinds plazmos transplantacija. Poline plazma i5 vicno praddju-sio vystytis drozofilos embriono pcrkelta i kit4, bet neipraston vie-ton. Ji injekuota i pricki arba net i 5on4 blastocclio, kuriamc vos tikpradejcl dalyt is branduol iai . Vadinasi, pol ines l4steles i r juo labiausinsicini blastoderma dar nebuvo susidariusios (5.4 pav., B). Tosecmbriono vietosc, I kurias buvo perkelta poline plazma, i5sirryste po-lines l4steles. Akivaizdu, kad b[tent citoplazma i5 uZpakalines ovo-ci to dal ies lemia pol iniq lqstcl iq, o i5 jq - gonadq ir generatyviniqlilsteliq raid4. B[tinai reikdjo irodyti, kad atsiradusios nelprastoje

359

A/\,AAA1.\ *i .sl i i-{ Hu v \".J _ut w

poline olazma Poltnes lqsleles

A. Pol iniu lastel iu ir sinsicinds blastodermos raida

Il . pol inds plazmos perkel imas i neiprast4 vietq (vir iujc - i pr ickini gaLl; apadiojc -

i b las tocc l io ion4)

-5.4 pav. Drozofi los sinsicinds blastodermos bci pol iniu lqstel iq raida ir pol in€splarzmos transplantaci. ia:B. Drozol i los l ini . ios Zymt'tos gcnais: pol ines plazmos donoras RllJ 'y '(Bur ir Ycl-/or.r,- ntrrntr l i kIno spalviL). [ : l I t ina kontrol irrot i , kud pcr klaidlr ncbItq pcrncitaclonoro branduoliq. Klaicl4 parodytq clu dominuojnntys gcnai. kuric yra lrranduolvic.l ) i rm: ts is rec ip ien las 2vn t i ' l : r s rcccsr r i r r i s i r r i s gcn i r i s l 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 ry i rcbotv). Pirnrojo rccipicnto pol ints lustclcs, i is ivysdiusios nciprirstojc vietoje, pcrkcltosjan t ro jo rcc ip icn t r r h las t r tc lc rn tos uZpuk: r l ing i la l i ( ipnrs ta po l in iq las tc l iq v ic ta ) .Antr<rjo recipiento genotipas Zvrnctas rcccsyviaisiais gcnais, i , .r tr ' ntul (vcl lon'. sir tgcd,tnurron / l f tr) . I i kirrui int l iq i is ivyst i dvic. jLr fcnotipq gcncrirtyvincs l4stcles: vicnqpasirci ike gcnai -v sn' trrul, ki tu - rrrwlr c ' . 'Rrd dcl transplantuotos pol inis plaznrossusiclariusios nciprastojc victojc pol incs l l lstcl is buvo visi ikai normaiiai veikl ios

vietoje pol incs l4steles vis i5kai ncsiskir ia savo determinaci ja nuo tr lpol iniq lqstel iq, kur ios susidaro uZpakal iniamc blastocel io gale. Th-cizm supnrntirma, kad neiprastoje victoje atsiradusios polinis l4stelesncgali rutuliotis i gonaclas. TLrdel dar kart4 atlikta transplantacija.Tik Slsyk nciprastoje vietoje susidariusios polines lqsteles perkeltos ijoms iprast4, normal iq vietq uZpakal iniame gale.

Kacl neki l tq jokiq abejoniq del perkeltq lqstel iu, t iek pradine l i -ni ja, i5 kur ios paimta pol ine plazma. t iek abi l in i jos, kur ios buvopol ines plazmos ir pol iniq l4stel iq donoris (davejos), t iek recipiente(gaveja), buvo Zymetos geneti5kai (Zr. taip pat 5.4 pav.):

360

t'olints Polin€s

p la rmos P( ) l in i ' ' n la /mt 'sp lazmo!

darijl. -l!!ll!ll!:+ garera-

1y,"i,u - -

PolinAstl4ste-

,lominuo- l6s neiPras-

jandiais toi€ vietoje.

*enlis ZYtnita recc-

it.,Bty syviais genaismwh C

Potiniq Gonadq gencraty- Dviejq genotiptl

Poliniq l4stelir l l4steliq viniq lqsteliq generatyYins

r\cmcirm,r\ g,avtir difcrcncrrci. ir l{stel6s:+ - t +

LOnAOOS/genera- mv'n e Iftyvints l4stel{r. Y snt mil

Si gavija ZYmdtagena)s-yin- m4l

lsitikinta, kad po poliniq l4stcliq transplantacijos vel i uzpakalini

gllrl rystesi dviejq genotiptl generatF/ines lEsteles. vadinasi, susida-

i i , , r i . , r neiprastojc victoje pol ines l4steles yra igi jusios normal iq rai-

clos program4. Jos clctcrminuotos lystytis i gonadas/genclatlYines lqs-

tclcs. kaip i r tos pol inis l4stel is, kur ios susidari iprastoje vietoje '

lirigi buvo irodyti clu svarbus raidos reiSkiniai:

. drozofilos hrancluolius determinuoja citoplazma: citoplazmoje

csantys determinuojantys veiksniai pavadinti morfogenais;. branduol iq determinaci ja pr ik lauso nuo vietos (pozici jos) blas-

tocelyje, i kur i4 pakl i lva branduol iai .

Poline plazma determinut'ria branduolius vystytis i gonadas/gene-

rutyvincs lqsteles.Morfogenq nereikia painiot i s lr ge nais, kad ir lemiandiais morfogene -

zc. Morlbgenai yra baltymai, arba sudetingas baltymq-RNR komplek-

sas. ' lh ip yra i r pol ineje plazmojc, kur ioje susidaro ypat ingi - pol iniai

kiineliai. f jq sudcti, be baltymrl, icinu nuno.sRNR. Ovocite pasiskirsdiu-

sius nrorfogcnus kocluoja vadinamiej i mot inini i r i genai (Zr. tol iau). J ie

le rrria bendr4 bfisimojo indiviclo plan4, nlodeli @ngl. puttct'n ggrcs, kar-

rrris sis tcrminas patem, genui v.artoiamas lietuviskoje spaLrdoie).

Motininiq gcnq koduojami yra, pvz', Bicoid. Hunchback (angl'

krtprius), Nanos morfogenai. Jic lemia prieking-uZpakaling organiz-

rllo a3! (panasts morfogenai aptikti ir Zmogaus), o morfbgenas Dor-

sal - nugaros-pi lvo (dorzal ing-ventral ing) a5i.

Morfogenq gradientai. Iiriant Bicoid ir Dorsal mortogenu pasi-

skirstym4 po ovocit4/pradejusi vystytis sinsicini drozofilos blastoccl!,

l lustatytas dar vicnas esminis morfogenet ikos rei5kinys:

' morfogenq gradientai.

Tiek patys morfogenai, tiek jq gradientai pirmiausia buvo numaryti

cmbriologq Spcmlno (H. Spemann), Cai ldo (C.M. Chi ld) dar XX Simt-

36r

u' 'L 3 joo_a #

-i.-5 par'. Ilicoid morfogeno gradientits(c/o):rodyk lc - nuo pr iek in io I uZpaka l in l k iau i inc l iora la (v isas i lg is -5 (X) pnr )

medio pradZioje, bet irodyti iriStirti tik po daugelio metq Ge-r ingo (W. Gehring), Nobel iopremi jos laurea tq N ius le in -F o l h a r d ( C . N r i s s l e i n - V o l -hard), Vieschauzo (8. Wics-chaus) i r k i tq tyr inetojq. Jqtvr imai tesiami tol iau.-

S iu t , mctu mor fogcnq v ic -ta i r pas isk i rs tymas t i r iami n ro-lcku l in ia is zonda is - an t ik [ -nais, kuriq vieta nustatoma liu-mincscenciniu mikroskopu inv t l r ( tosc l l l s tc lcse i r tosc v ie -

I t rsc , kur j i c y ru ) . I t t , s i t t t zon-dais nustatyta, kad bicoid gc-

ncl koduoj am:rs bal tym as sutc l ktas pricki n iamc ovocito/kiauiinel io galc.Tolstant j uZpakal inq dal i , jo konccntraci ja staigiai maZi ja (5..5 pav.) .

Bicr.r ir l mutanto gradicntas ivair iai sutr ikcs. Ati t inkanrai sutr ikusi ir clrozofi losru ida . Kru i tu t in iu a tvc iu p radcda vvs tv t i s l cn ,u su dv ic rn p i l vc l i i r i s , bc t bc ga lvos i rkrut inclcs (Zr. I .13 pav.). Ttrkia blrr. , i r l rnr.rtaci. j :r yra mir l ina, todcl tokio t ipo ntutrr-ci jos 1-ra'u'adintos embrionindmis letaldmis.

Anksdiau cmbrionines lctalcs buvo naudojamos t ik mutaci jq daZ-niui t i r t i . Siuo mctu tai v icnas i5 svarbiausiq morfogcnet ikos tyr i -muose naudojamq mutacijq tipq. Pagal jas aptikti ankstyvieji ben-drojo plano (paterno) genai.

Zinduol iq T/t lokusai. Sckni ingai cmbrioninis lctales pr i taikytosir Zinduoliq mortirgcnetikojc. Taip aptikti I/r lokusai, kuric lcmia(gemalo trofoblasto, mezo_dermos ir kt.) raid4:

t ' . t " , ,----+'l'rolirblastas ---l-+ Chorionas

F.ktodcrma I'-+ Vid ine l4stel iq 1- l -+Negemal inc -+ Amnionas

masd ektodcrma/ut -+ Odos

r-_;_r Gemaline /! ektodermaektoderma I

-+ Nervinecktoderma

l Galvossmegenvs

Ti fStuburo

snlcgenys

Kartu tai yra pavyzdys kaip, atrodytq. paprasta mLrtaci ja. at icl2iau j4 i i tyrus,

lc rn ia d ide l ius a t rad imus. S ic I , rkus l i p i rn r iaus ia ap t ik t i pc l iu gcnome. Hetc roz igo-

r iniq pagal i iuos genus pel iq buna trumpesni (daZniausiai gcnotipas +/r) uodcga,

rrrbrr pclds visai beuodegis (gcnotipas Ttt) (5.6 pav.). Homozigotos ff arba tt ( ivai-

r iLr alcl iq) yra mirt inos. Vadinasi, gvybingos (kad ir , ,nukcntejusit lnr is" uodegomis)

pclcs yra heterozigotos. Thi pavyzdys subalansuotq letal iq, kai hcterozigotos g) /y-

lr inqos. o homozigotos mirt inos.

Morfogenq susidarymo vietos nustatymas. Dar 1929 m. Starte-

\'rntas (A. Sturtevant) pasifile b[d4, kaip nustatyti viet4, kur susidaro(vra determinuojamos) l4stelcs, kur ios tol iau rutul iojasi i imaginius

tliskus. I5 pradZiq tai taikyta lervoms, o v6liau tyrimu rezultatai tie-

siog automati5kai buvo pritaikyti daugiabranduoliam kiauiineliui (pra-

tlcjusiam \.ystytis drozofilos gemalui). Bet tik 1969 m., po 40 metq,

7[r'a po 5 pary. neramczodermos

-5 07o grnrsta bcuodegiq

i.(r pav. Peliq Tlt lokuso fenotipai sukryZminus heterozigotas Tlt' (ii E. Sinnott,I- . C. Dunn, T. Dobzhanskv, 1958)

- l :* ine.sKlautere

.-; Nervinis/ ' / vanrzdel is

bcuodcgc 7 bcuodcgc 7 ' l

7' I',i hva po l0%paros

362 -'tb-i

5iz1 Startevanto minti iglvendino Garsija-Belido (A.Garcia-Bellido)ir Meriamas (J. Merriam). Thi i5ties milZiniskas darbas, kuriam nekiekvienas ryZtqsi.

Sio metodo smulkiau nenagrinesime. Juo nustatomas atstumastarp 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 nau-dojamas 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 tiemsorganizmams, 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 . to l iau) .

Gal i atsi t ikt i ta ip, kacl t ik pradcjus dalyt is kiausinel io branduol iui ,kur iame yra clv i X chromosomos (XX), v iename is dukter iniq bran-duol iq viena X chromosonta prarandama:

X X/ \

Moteri5koji pusO Q e- XX i -+ Vyri5koji pus6 J

Subrendusios drczofilos ktnas iiuo konkrciiu atveju b[na lygiaipcr pusg .,paclalytas" i vyri5krf4 ir rnorcri5kqirl lyti.

Atsekt i ncdidel ius , ,wriskuosius" k[no lopinerius garima. jc igu vie-nq i5 X chromosomq Zymcrsime recesyvinisiais genais, kurie kitoje chro-mosomoje yra dominuojantys. Tai ,,sukibg,, su lytimi gcnai, kurie yratik X chromosomoje. Pvz., labai parogu Lymeti ge.ais y (tettow - gel-tonas klnas; normali spalva, dominuojantis pozymis - pilka) arba sru(singed - ,,nusvilinti" Sercliai, Zr. 3.3.1 pav.).

Hetcrozigot iniq patel iu Sie genai nustelbt i . J ie pasirei ik ia t ik tqlastel iq klone, kur is ki les i5 branduol io, kai jzrme prarasta X chromo-soma su dominuojandiais genais. Vyriskojoje dalyje yra arba geltonak[no spalva, ar ,,nusvilg" Sereliai ir pan. vadinasi, pagal siuos rece-syviuosius genus galima nesunkiai nustatyti r,yriikqjq mozaikos clali.Mozaikos dydis priklauso nuo to, kaip anksti individo raidoje dalislitstcliq prarado X chromosom4 su clominuojandiais genais.

364

5.7 pav. Imaginiq diskq determinaci ja ir vietos nustatymas drozol i los blastocelyje:I - v ic ta , a ts tumas nurody las santvk in ia is v icnc ta is - s tc r ta is : ANT - an tcnos . K I ,l i l l . K l l l k t1u , G - gonadq. Sp sparn( ) . Sr - s t raub lc l io . P , pc t i cs ; p i l vc l io'k ' " 'dc l iq : T - nugar in i tp ( tc rg i tq ) i r PS - p i l v in iq (s tc rn i tq ) ; K - k ru t inc lcs ; B - ka ikul iq diskq ,, l 'cnotipinis" pavaizdavirnas (pagal Y. Hotta. S. [3cnzcr, 1973)

Ginandromorfai naudot i nustatyt i v ietoms, kur iose kaupiasi mor-l i rgcnai, dcterminuojantys Lrranduol ius vystyt is i konkredius imaginiusdiskLrs (5.7 pav.).

5.1.3. Pozicind deterrninacija

Ginandromorfai labai i t ik inamai i rodo nauja esmini paveldimumorci ik inj - pozicing deternr inaci j4.

Pozicin€ determinacija - k[no (erdvines) sandaros raida, ku-riq negriZtamai (paveldimai) nulemia genq produktq, bran-duoliq ir kitq ll lsteles struktflrq, padirl l4steliq erdvine padetis.

Pris iminkimc du dalykus:

. pirma, drozofilos kiauiinelyje branduoliai i5 pradZiq dalijasi 9kartus, bet dukter iniai branduol iai nei5siskir ia. J ie blna sutelkt i cen-tr ineje gemalo dalyje. Tik po to j ie juda i blastoccl io pakra5t ius;

' antra, kaip irtsiranda mozaika - ginandromorfas, kurio klnaspadalytas lygiai pcr pusg i qrriSk4f4 ir moteri5kqjE dalis: dalijantiskiauSinel io branduol iui , kur io kar iot ipas XX, viename i5 dukter iniqbranduol iq przrrant lama viena X chromosoma. Dar kart4:

\ -cn l ra l lnc naNl

36s

Motc-r i ikoj i puse

I

i afrAKiausin€tiobranduolys;+j*_:

. . ' ' (X^aX j---eukteriniai branduotiai\--,/ t )

Branduo l iq ' Vn* -nuor iq '

Vyr . i i ko l r puselgg le l iqk lonas ] l i l s te l rq l lonas

\ , ' i

(xx) x

Ginandromorfas

. kitais atvejais priekind ir uZpakalini ginandromorfo dalis yraskir t ingu lyciq ( .5.8 pav., 1l) arba kDnas padalytas per pusg, bet

ilcypai (5.8 pav., C). Akivaizdu, kad mozaikos f'enotipq lemiaerdvin6 branduol iq padet is.

Dzrr idomesnis, bet ik i Siol genet ikq neiSt ir tas pozicinCs determi '

naci jos rciSkinys - sraigds kr iauklcs sukimosi krypt is. J i gal i bDti ic lcSing ir i kairg. Nustatyta, kad tai nulcmia erdvind achromatinds

vcrpstes padetis per I mejozcs dalijim4si. Vcrpstc orientuota ikypai,qal i bl t i nukrcipta i dc5ing arba i kairg. ldomu ir tai , kad i i or icn-

t lc i . ja yra paveldima, bct pr ik lauso l tuo motinos (veluojantysis domi-nrrvi tnas).

Dlug poz ic in is de tc rn t inac i jos lak tq i r nc t p r icZasc ' iq nurodv ta .5 . l . l i r 5 .1 .2

poskyri uosc:

drozol i los sinsicinds blastodtrntos branduoliq deternrinaci ja priklatrsomai nuctju crclvinis pldct ics po trrrrnt luol ir , l migraci. ios i [r lastoccl io pakrai i ius;

turp i t ! pol iniq 14stel iq determinaci. ia, kuri :1 lcnria pol inc plaznta;

Z induo l i r ; gemalo lqs te l iq dc tc rminac i ja . kur i i t nu lcmia ju padc t is : iSor in io

sluoksnio l4stclcs difcrcnci. juo.j lsi i trofoblastq. vidincs lr lstclc's - l vidinds

nrasds lasteles ( crnhrioblastrt ) .

DaZniausiai pozicing dctcrminacijq lemia morfogenai, kurie pa-siskleidZia, sudarydami koncentraciios gradient1, t. y. vienojevietojc morfogcno susikaupia daug, o tolstant nuo iios vietos,jo koncentracija laipsni5kai nraZeja.

5.2. Morfogenezdsiontogenez€s genai

5.2. l. Ankstyvieji nematod<> Coenorhabditis elegans genai. Nematodomorlb- ir ontogenetika

Konkuruojantys objektai - drozofila ir nematodas. Du zym[svirusu genet ikos special istai , ,k ir l t i " , kad susidomej imas morfo- i r on-togenet ikos tyr imais (nuo 19(r5 nr. r ibos) labai padidejo. Thi Benzeris(S. Be-nzer) i r Breneris. Abu i ic ik i tol tyre bakter iofago f ' r11 rajo-tro qenet ing sanclarq, bet abu vicningai nt : tne, kad t i r t i sudit ingqmorfologiniq poZymiq gcnct ik i l gal ima t ik pasi telkus pakankamai su-

detingus ir kartu paprastus objektus. Benzerio ir Hotos (Y' Hotta)

?rt iau tai dar ne viskas. Kaip bus padalytas ginancrromorfo k[-nas i vyr i ik: f :p i r nrotcr i ikqja clal is, pr ik lausvs nuo to. kaip issidcstoXX i l X branduol iai gemakr centrc (5.8 pav.):

. taip, kaip pavaizcluota vir iu je i r -5.8 pav., l , k lnas bus i5i lgaipadalytas j vyr i5ki j4 i r morer i5k:1i4 lyt i :

\ - - l

.5.8 par. I)roz' l i los ginandrom'rfq susidarymas ir pozicin6 determinaci ja:tams i i ru - moter i i k r l j i k t rno da l i s ; c luk tc r in iq b ranc luo l iu pad i t i s po l -o j6 c la l i j imos i :,4 - i i i l ga i pus iuu . ka i rc . . r r ro tc r i i ka , . . dcs inc _ . .vy r i i ka . . ; B _ skcrsa i pur inu , v i r iu l incdal is.,motcri ika' ' , rrplt inc -, ,ryr i ika". (. - istr izai; ginarrclromurfai Zyrncti mutaci jonrisu/r l lc (trrr l tos akvs) ir nt inure (m'aiesni sparnai); brirncluol iai. kuriq krrr iot ipas XX,pavaizcl irot i tanrsiai, o kuriq kariot ipas yra X (Xo) - ivicsiai (pagal R. A. Raff,T C. K i ru f r lan . l9 f i3 )

366

17'i ra

[6Il l

i't.- -

367

1973 m. paskelbta knyga apie drozofilos morfogenezg-ontogenezg ikiSiol laikonta fundamentine. Jie ne tik apibendrino i5sklaidytus fyrimqrezultatus, bet ir numati galimas tyrimq kryptis. Jos vdliau sekmin-gai real izuotos.

Brencrio nuopelnas dar didesnis. Jis genetikai zrtrado nauj4 ob-jektq - ncmatod4 Caanorhubditis elegans. Si ncdiduke apvalioji kir-mel le buvo Zinoma nuo i900 m., bet s istemingai jq tyre t ik bel-gq-prancf izq zoologas Nigonas (V. Nigon). Jo darbais i r susidome-jo Brcneris.

Nematodas (lacnorlrubditis clegans ii tiesq atitiko Brenerio porci-ki . J is t ik 1-1,2 mm dydZio, v isq nematodo raid4 nuo apvaisinto kiau-Sincl io ik i subrcndusios kirmelytes gal ima t i r t i Sviesiniu mikroskopu.Vcl iau, kaip rnincta, buvo pr i taikytas mikroskopas su lazerio spindu-l iu. o dar vcr l iau - i r mikroskopas su vaizdo kamcra (vadinamoj iNontarskio technika). Visi l raid4 gal ima jraiyt i i vaizdajuostg, o poto ramiai anal izuot i .

Brencriui , matyt, micl iausiet i i rdZiai buvo tai , kad nematodai, pzt-nai iai kaip i r bakter iofagas T.. ry ja bakter i jas, i r juos gal ima vcist iant bakter i ju gazono, i iauginto ant k ietos mitybines rcrpes Pctr i lek5-telese. Ncsrrnku regul iuot i nentatodo kartas. Ncmatoclai nusiplaunanucl k ietos terpcs pavir5iaus vandcniu. Licka t ik k iaui incl iai - bnsi-moj i naujoj i karta.

a@Caenorhabditis elegan.s herma-

apaiioje) ir patindl is (viduje)

Nurs C'. clagans ncdide-l i s i r tu r i t i k ap ie 1000 las tc -l i r l (r iksl iai 9-59), bet yra pir-kankanr i r i sudc l ingos sanda-ros (5 .9 pav . ) i r subrand inal (XX) -2000 k iau i ine l iq , kur iesubrgs ta la ipsn i i ka i . Pa ts ap-s iva is i r r in ras i r l y t i cs ra ida 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 ahcrnra f rod i ta i . Jq kar io t ipeyr : r dv i X chromosomos, hc tkai viena iS X chormosomqprarandama, vystosi patinel is.

ldomiausia tai, kad hcrmaf-roditas l inkqs apsivaisint i ( tu-r i a t i t inkama k [no sandarq)su

" '1,r i ikos lyt ics ncntatoclu

(-5.9 pav.). Tbdcl i ie ncmato-da i laba i parank ls i r l y t i csgcnet ika i t i r t i .

-5.9 pav. Nematodofroditas (iSor€je ir

368

Ankstyvieji C. elegans genai. Nematodas pradeda \,ystytis dar mo-rinineje kirmelaiteje (-5.9 pav.). Pro mikroskopq nesunku nustafytilrlstefiq genealogijas, kokie organai \,ystosi i5 pirmqjq C. elegans 14s-tcl iu klonq. Siuo pr ivalumu ir pasinaudota. Nustatyta, kad jau popirmoio dal i j imosi dukter ines lqsteles yra determinuotos (be to, jos

rrcvienodo dydZio: AB stamtrcsne, Pr - smulkesne):

Popornrcr- l gcnai >

AB - prickinc cktoderma,EMS - cndoclcrnra ir pric-kini nrczodcrrra,E - cndodcrrna,MSt - prickine mezodcrma,C - uZpakalinc ektoderrna,D - uipakalini mezoderma,Pu-+P'-+P2-+Pj-->Pa -gcneratyv in is kc l ias,Pr - g() r lados 'gcr tcratyVi ncslqstc l is .

+ Gonados/generatyvindsl4stelds

tol iau vystosi

- tol iau vystosi

AB lqsteld yra somatinc, i i jos vystosi prickini ektodcrnta (ABa - ryklc. hipo-t i c rma. ncurona i , ABp - neunrna i , h ipodernra) .

P, l4stel€ clal i iasi i sonratirrg I IMS (o i i i dvi skirt ingai detcrrninuotas somali-ncs l i lstclcs: E - i i jos vystosi Zarna, ir MS i( jos vystosi uZpakalint rykles dal is.r l run'rcnys) ir P,.

P, lqsteld dal i jasi j sonrating l ipstclc C (uZpukalini cktodcrrnarul l l tcnys ir hipoclcrma) ir P-,.

P, lqstel6 dal i jasi i sonrating l4stclq D (uZpakalinc mezodermanrunrcnys) ir P..

I i Pn lqstelds vystosi t ik gonados/gcneratyvincs l4stclds, todcl yra labai ryikusgcneratyvinis kelias:

P,, -> P, --+ P, -+ P, -+ P., + gonados/generatyvines lEstclis

Ki t i audin ia i /organai yra l4stc l iu . . rn i i in ia i " (2r . to l iau) .

Skn- I

Prad in iq lqs tc l iq gcnca log i ja

PoAB PI

[ *EMs ] P2

p .1

l b a n g p r l , lM t ,9

l .l

I i 2- ju l4stel iq E ir P, tol iau vystosi t ik po vien4 di ferenci juotq

l4stcl iq t ip4/organq:

' i5 E ltlstcliq - palyginti stambi Larna,' i i 1'., l4stcliq - kaip mincta, tik gonados/gencratyvines l4steles.

Ankstyvqjq l4steliq determinacija ir ankstyvieji genai. Patogcsnio

objekto tarp daugial4sdiq organizmq kaip Sis ncmatodits ivairiq tipq

hibr idizaci j i r i i t t s i tu at l ikt i greidiausiai nera ( i i ypatybe ir pravertd

nustatyti genams, kuriq koduojarli baltymai determinuoja l4stclcs vys-

tyt is pagal P, i r AB, P, i r EMS ir t . t . programas).Nustatyta, kad nctolygiai paskirstomas skn-l geno koduojamas

balrymas. Si bal tym4 sintct ina motinos l4stclcs, todel gcnas vadina-mas motininiu. Skn-l bal tymas jau apt inkamas apvaisintuose kiau5i-ncliuose.

L:rbai svarbus vaidmuo tenka genams, kuriq koduojami baltymaipaskirsto Skn-1. Sic baltymai, skirstydami Skn-1, nulemia l4stel i t l de-tcrminaci jq ( lastcl iq, j kur ias pakl iuvgs Skn-l bal tymtrs, branduol iaiv ir iu ic pavaizduot i tamsiai) .

Genq par-l ir nrcr-l koduoiami baltymai paskirsto Skn-l tarp ABir P, l4stel iq, nukrcipia Skn-l i P, l4stelg. Geno pic-1 koduojamasbaltymas nukreipia Skn-l iP. i r EMS l4stclcs. Skn-l patenka iP, i rEMS lqsteles, bet P, lqsteldse jis nepasirei5kia, ji slopina pie-L ko'duojamas bzrltymas.

EMS l4stelese Skn-l baltymas veikia kaip morfogenas.

f vykus , pvz . , nw- l , ,o ic -1 mulac i joms. su t r inka Skn- t pask i rs tymas i r a ts i randavicno konkrctaus t ipo lr lstcl iq pertckl ius, o kitas apskri tai ncsusidaro. Pvz., sutr ikuszrcx-1 geno vciklai, Skn-l gauna ir AB l i lstclcs. Jos irgi vystosi pagal MS program4.Mutanto pit ' - l yra Zarnyno ir rykles l i istel iq pcrtckl ius, mutanto sl in-1 (angl. .rki lhead - odos talva) ncsusidaro nci rykle, nci Zarna.

Velesncsc raidos stadijose veikia kitos genq grupes. Mi5riems au-diniams (raumenq, neuronq) susidaryti reikalinga vieta, 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', nu-

klcorugSdiq - genai rutc), o baltymams skaidyti koduojamas baltymas

ubikvitinas. (Tarp kitko, ubikvitino homologas kaupiasi sergant Al-

hcimerio l iga.)Dar yra grupe genq, kurie lemia l4steliq migracijq ir jq pastaty-

nr:1 i joms skirt4 viet4.

5.2.2. Ankstyvieji drozofilos bendrojo plano ir segmentacijos genai

Vis dclto drozofila iki Siol nepralenkiama. Matyt, lemia dideles

rrokslininkq grupds, tiriandios 5i4 muselg, dideles mutacijq kolekcijos

ir duomenq bazi, suketupta per kelet4 de5imtmediq.Ankstyvieji drozofilos genai net geriau i5tirti negu nematodo. Kol

kas jie skirstomi i 3 grupes:

. motininius gcnus,

. segmcntalcijos genus,

. homcozinius gcnus.

5.2.2.1. Motininiai genai ir j4 veikla

Ne tik C. elegans, drozofilos, bet ir kitq organizmq raidos pradZi4

lemia motinos genai. Tai pastcbeta dar 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 prasideda viliau. Paskui buvo aptiktas motininis efektas- daugclio gemalo gcnq veiklE gali valdyti tokie genai, kuriq veiklosproduktai susidaro motinos l4stcldse. Antai drozofilos X chromoso-

moje yra 10-l5o/o tokiq genq.Ir tik dciimtqji deiimtmeti hibridizacijos su zondais in situ meto-

clu aptikti motinos genai, kuriq veiklos produktai atlieka ovocito de-

terminacijq. Sie genai pavadinti motininiais.Motininiai yra tie genai, kurie veikia (ekspresuojami) motinos

l4stelese, bet reikalingi ne motinos, o brgstandio ovocito veiklai ir jo

371

determinacijai. Tokiq genq mutacijos sukelia motinos sterilum4 - ne-susidaro motinos lytines l4steles (ovocitai) arba nesii.ysto gemalas.Jie lemia bendrdi b[simojo organizmo planq ir yra Cvlejrl l ipq:

. somatiniai .

. gemal iniq lqstel iq.

Sia fenotipinc motininiq genq savybe buvo remiamasi ieSkant dro-zofilos motininiu genq. Jq daugiausia aptikta tiriant paveldimai ste-ril ias patcles (jq gcnetincs linijos saugomos hererozigotincje blkleje).

Motininiai somatiniai genai veikia motinos klno/somatinese l4s-telerse, o jq veiklos produktai RNR arba bahymai gabenami i ovo-ci tq. ?r igi reik imingi i r t ie genai, kur iq produktai yra gabenarni . i rt ie, kur ie lemia pernaiq. Drozof i los tyr imais j rodyta, kad dal is moti-niniq somatiniu genq svarbus morfogenq pernaSai ovocito viduje. fvai-riq organizmq senome iie genai gali skirtis, bet ontogenezes valdy-mo pr incipas yra vicnodas.

Drozof i los fol ikulo dal j sudaro motinos somatincs l4stelcs i r 16haploidiniq lqstel iq, atsiradusiq po mejozis i r 2 papi lc lomq mitoziniqdal i j imqsi. I5 Siq l6 l4stel iq t ik v iena yra ovocitas, o 15 yra mait inan-i iosios l4steles. Motininiai genai yra veikl ls fbl ikulo somatinese irmait inani iosiose l4stelesc (-5.10 pav.).

- ^lrNotch'r

Deltu

mRNR

Drozofilos (ir nematodo) motininiai genai lemia gemalo raidoskryptis/a5is:

. prieking,

. uZpakaling,

. gal ing ( terminal ing),o nugaros-pilvo (dorzoventraling).

Drozofilos gcnome jau aptikta palyginti daug motininiq genq, irjLr skaidius kaskart dideia. lsiddmeti visus Siuos genus nera jokiosprasmcs. Cia patcik iame kai kur iuos i5 Siq genq, kad is ivaizduot i ,k l ip suclct ingai pavcldimas bendras kDno planas:

AU!-J Priekinc( lcnq grupes

JMotininiai Nott'h

somatiniai Delta

UZpakal ind Gal ind Nugaros-pi lvo

Eqf'rhomboitl

ffit----., -4

bit'oid

e.i \ i l

;@\

\ii*/ ,l ..-..,

, t 5w

A

l\{otininiai eruperantiagemafiniai .st+'ul!on'

staufen

bicoid

capuccmospre

snufeno.rlg'rvaravaloistudor

magonashinanos

pumiliohunchfutk

GAPlptpe

nudelwindbeutel

K10

capuccino

sptfe

comichott

gurken

easter

snake

spritzlegastrulation-

-defective

, rbiltubepellecactwno dl

f,.tsopolehole

B-5.1t) pav. Drozofi los motininiai genai:I - priekines (A) - uZpakalines (p)dorzal inds) - pi lvcl io (V - ventral incs)

_ ) t z

mRNR

EG F-receptorius

aiies detcrnt inavimas;ai ics determinavimas

Be to, Siuos genus tur i papi ldyt i t ie, kur ie koduoja judej imo (mo-tor inius) baltymus ir mikrovamzdel ius, nes Sie perneSa motininiq so-matiniq i r motininiq gemal iniq gcnrl produktus i v ict4. Savo ruoZtukai kurie motininiai genai (pvz., nanog capuccino, spire, Notch, Del-la) lemia mikrovamzdeliq a5i, kuria r.yksta perna5a. Vir5uje tamsiaii5skirti tie genai, kurie koduoja morfogenus, nors, kaip mineta, jiegali bnti ir baltymq-RNR kompleksai (Zr. poline plazma).

rhomboid

B - nugaros (D -

J / - )

Be.to, daugel io morfogenq nusistovi gradientai . Thi netma kaip viena i i pagrindiniq 'morfogenq ypafybiq.\ / isu grupiu genai valdonti plgal vicn:r grr incipu;iemesnds pakopos (kaskados) genus vardo aukitesnes pakop'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 lraltynrt l .. I{unchback bahyrnas akt1,,u,ina Knippell gcn4,' ki t . ls clvi . iu.stos at i t inkanrai turi knirps ir giont gcnq k.dLrojamus baltymus.Sic du gcnai p.sirci ikia t ik uZpakariniamc galc. Kiro motininio / .r /ror geno

liot luoj i tmas baltymas. Nanos (morfr)cenas) vra uipakal iniame galc ir sl6prna ftrrn_, / r / ' , r , 4 rc ik lq i io . i c d r r l y jc :

pateikia-

5.2.2.2. Droz.oftlos segmentacijos ir homeoziniai genai. HOM kompleksas

. . Yirrr val'>zdiitr klnas sucrarytas ii 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 - pi lvel io segmenrai.

,,,,rrl:,..|:tttis pltrrgus tirti, ncs ryiki jau lervq.segmcntaci.ja, taiiau pavcldimaKrcK Krrarp - parasegmentais (-,ka<J ncp.simestrr:';. Furrr"g.r.,rif i i,roro ui"nosegmcnto pabaigr '. U":].-I:lUria, pvz.. .f,,,_T.,,

urbn A,,,i,,-;;-;;; (p _ Iot.lto.sterior - po; :l - nur.t onterior. _ prici). Ii

Taiiau pati drozofiros segmcntacijos genetika prasiclcjo nuo kitogalo - nuo homerziniq gcnq, trur ic i . i t ikrqiq vcikia paskut ineje sta-drjqe, diferencijuodanrl ,"g."ntur. - -

segmentaci iq remia bent -5 genq grupes, veikiandios' iena paskui k i t4:

motininiai genai lcmiu p.," t ingjr uZRakaling dati ir vaitto titrihicrarchijq genus;gap (angl. tarpas) genai, dcl ku_riq kiau5incl is c lal i jasi j 4 plai iasJuOsIas;pair-rule genai, clel kuriq gema_las dal i jasi j 7 juostas kaslntrasegment4; iS t ia Siq g.nu pouu-dinimas - porinis tairyklei genai;

,segmentq poliskumo genai, ddlkuriq gemalo ktnas padali jamasi 14 segmenrq;homeoziniai genai (arba selectorg..n.r i

. surinkejai). kuriq produk_tai konkrci ius segmcntus dif.cren_

:l:"J, l, pvz., T,o-T,n, A,n-A.,., irPan .

Lastel in6 blaslodermaVeikl i nauja qenu grupeYv q v'uPw

'g'ri#;".ffi'J7;t'--t)i8d[lf. r:i-; {:j:;:it

? giant

Visi gap genai/jrr kocruojirnri bartvnrai virrd<.t pair-rule genus. sic kocru.ju k.sirrtr ir scsnrcnta. Idomu tui, kacl vr ' dvi yt ir-nrl t ,gcnLr lrrpcs. Vicna j . rcnria l . J,i . 7 .^9 , I l , l3 scgnrcnrus . k i r l _ l . -+ . 6 . l i , 10 , 12 , l j scsnrcn lus . ' '

P:rglr l i i lu vr l t gen:r i ' clcl kLrr iu veiklos visas clrozofi l ,rs ku'na, r l i r l i . frrmas r l- l scg-lr lcr l{ t l l r nct prickine-uzpaklr l ing scqmcnto clal i . ldornios i iu gcnq nrutaci. i .s. pvz..!r t l i . b'r t i prarandrtnta parascsmcnto ulpakal inc P dl l is, u

" l"r i i1 . jos atsrr:rnda pric-kine' dal is A, hct kaip vciclroclvjc - atvirki i ias varzclzrs.

. . Gcnq gap arba p.air-ntrc nrutacijos yra retarios, panasiai kaip mo-t i r r in i r l gcnq nrut r rc i jos.

Kai pagaliau clrozofiros reruos krnas suskirstytas i visus 14 seg-nrcntu, pradeda veikt i kita grupcr gcnq, vadinamq selektoriais, arbahomeoziniais genais. Si genq girpe lemia segnrcntq (t iksl iau, imagi_rr iq d isku) d i fcrcnc i r rc i jq :

. 1-3 scgmcntai virsta C,-C.,

. 4-6 segmcntai - T,-T.,

. 7-14 segmenta i - A,_Ar.

. Sie genai selektoriais pavadinti toder, kad jic ryg surenka i krfivavisus genus, lemianiius tuos organus. kurie yru t<onlieeiame segmentearba ant jo (pvz', ant sparnq, antenos. nervq arba virskinimo sistemq

KiauSinis

Sinsic ind blastodermaMot in in ia i genai

transliuojami

Mot in in iu oenuprodukrai : iihrin {fl,,ifl".

Priekinis galas Uipakal inis galas

**"'"1*r)Nugaros-pilvo

puse

sgdorsalballymas

.-We.. . . . ; : ) '

-----)

_>

-+

q:-2

@(Im

twtst, snail

1'7 A

375

i r kt . ) . Suprantama, kiekvien4 organa lenr ia konkret i genq grupe.Kelctas tokiq genq grupiq jau gerai iSt i r tos.

HOM kompleksas. Homeoziniai genai. Homeozinir] genq irgi yra3-4 grupes, bet nagrinesimc tik dvi, jungiamas i vien4 bendrq HOMkompleksq (pavadinimas ki lgs i5 horncoziniq mutantq). Si genq gru-pe i5tirta gcriausiai. Jai bfidinga kaskadin€ sandara ir veikla: HOMkompleksas sudarytas ii dviejq genq sankaupq AN t-C ir BX-C, ganaart imai csani iq 3- ioioie drozof i los chromosomoje, o Sios dvi sankau-pos dal i junros ik i konkrediq gcnq:

HOll . Ikompleksas 3- io. j ichrorr losoman4A-B / /vr{ (-350 kb) t( neE l-4 BX{ (-300 kb)luh pb zen bc'd uma D/tl Sc'r./i: Anrp )) Lrbx AbdA AbdB

I i ANT:.C gcnu srupes idonriausias yra .\ntp. Jis pats didZiausias 103 kb, turif . i egzonus, bct t ik l ' la viso tcno koduoja baltvnt4 (43 kDa). Atviras skaitynro rcntc-l i s ( t . y . [ ra l tyn l l koduo ian t i nuk lco t idq seka) y ra t i k 5 -a janre cgz( ) r l c . Gcnas tu r it r i s laba i d ide l ius in t ronus i r du promotor ius : v ie r r4 l -a jame cgzonc , o k i t l l - p r ies3- i l j i cgzon l t . Pronro tor ia i nu to lg v icnas nuo k i lo nc t pcr 70 kb .

Pr is im i r tk imc t l t p rogu. k r td cgzr rna i t ru r rsk r ihuo jamos gcnL l nuk lco t idu sckos ,kur ios i i l i eka i r po sp la is inqo. Kok i l pask i r r i s s iq i i l i kus i r l RNR sckq. kur ias l c -n t i t t nc t rans l iuo janr i cgzona i . ko l kas ncnus t r r ty ta , bc t ta i Iab iaus ia i domina i io ge-n() tvr inat(). ius. Bc to. ickrmu. kad ir altcrnatyvusis splaisingus vyksta gcno clalyjciki .5-ojo esz() l lo, t . y. nclransl iuoj irnro. jc geno dul l jc.

BX-C kompleksas (-5.11 pav.). Smulkiau nasrinesinle i iz l HOMkomplekso clali, nes joje labai ry5ki kaskadini sandara ir veiklos val-dymas. Sis kompleksas diferenci.juoja clrozofilos kIno dalj nuo T.. ikiprrt galo - A. scgmcnto. ir jamc yra apie 2t) gem1 BX-C) komplcksasdal i jamas j t r is dal is:

BX{Ubr (.T:n-A 4) t AbdA (.Au. A+\ t AbdB (.Ar:4r) Ic'b.r ub.r b.r' brd pb.r iab2 iab3 iub4 iah,t iab6 iabT itth9

Nuo vienos ir k i tos dal iq transkr ibuojama po 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 i a t s k i r a s R N R ( p a n a i i a i k a i p55 rRNR). ldomu tai , kad h-vl koduoja RNR (ne baltym4). Siq ne-didcl iq ( ,1,7 kb, 3,2 kb i r 4,3 kb) RNR funkcifa kol kas nenusraryra,bet genq mutacijos irgi yra bithorux tipo.

Jcigu ivyksta BX-C delccija. visi scgmentai Antp. Konkrediq genqmutaci jos paveri ia vicnq segmentE ki tu.

5.l l pirr ' . Drozofi los IIX-C ir judriqjq gcnomo elementt l is i terpimo vietos i UDrIokusil

5.2.3. Morfogenez6s genq veikla. HOX genai imogausiZinduoliq ir ki tq

rurganizmq genome

,,Kzrm mums tie drozofilos genai?" - toks klausimas kilo ne vie-nam, studijavusiam pric5 tai buvusius poskyrius. Neskubekinle ,,teis-ti" drozofilos dcl to, kad turi tiek daug morfbgenezds genq.

Daugelio organizmq, esandiu visiSkai skirtingose pagal sudd-tingum4 ir morfologing kuno sandar4 pakopose, individualiraida ir morfogenezd lemiama tq padiq (homologiniq) genq.

UZbegant Siek tiek i prieki rcikia pasakyti, kad drozofilos home-oziniq genrl homologai yra ir nematodo Caenorhabditis elegans, itZinduol iq, i r net augalq bei miel iq genome. Zinduol iq genome j iekoduoja tE padi4 pricking-uZpakaling a5i.

Homologija tarp Zinduoliq ir drozofilos homeoziniq genq tokiadidele, kad, cktopi5kai perkelus peles Hox D4 ir Hox -86 genus idrozofilos gcnomul, iic perkelti genai veikd kaip ,,nat[ral[s" drozo-fllos DlLl ir Anrp gcnai.

Homeo nukleotidrtr seka ir homeodomenas. Sveicarijos mokslinin-kas Geringas (W. J. Gering) ne tik smulkiai i5tyre drozofilos segmen-tacijos genetik4, bet ir atrado honrco genus. Homeo genai yra tokie,kur iq 3'gale yra 1t j0 n. p. i lg io specif ine nukleot idq seka. Pasitaiketaip, kad pirmicj i gcnai, kur iuosc apt ikta i i seka, buvo homeoziniai .f 5 dia kilo iios sekos pavadinimas homeo. I5 tikrqjq, honrco sek4 turinc visi homcoziniai gcnai. Hontco seka aptikta 5-iuose Al\l 't-C ge-nuosc ir 3-juosc BX-C gcnuosc. Ji aptikta ir kitq grupiq morfogene-zis genuose. Antai ja turi motininis gcnas bktitl. Drozofilos genomejau aptikta apie 40 horueo gen4.

Rcikia atkreipti dcmcsi i tai. kad IIOM-C komplekse lnrnco ge-nq pasiskirstymas yra toks, kad jie ,,apima" vis4 drozofilos ilgi:

Zmogaus HOX genai. DidZiausia staigmena laukd, kai molekuli-

rriu zondu (homeo sekos kopija) homeo genai aptikti Zinduoliq, tarp

1rr ir Zmogaus genome. Veliau ltomeo genai buvo aptikti nematodo'('ttt:norhahditis

elegans, nct augalq genome. ldomiausia, kad jie yra ir

r ie rralqsdiq eukariotq mieliq genome a2 gene, kuris lemia vienq i5

,rlicrliq poravimosi tipq (Zr. p. 219), o per ji ir esminius mieliq raidos

nosl inkius.Zinduoliq genome atrandami vis nauji homeo genai. Jie vadinami

k i ta iP :

. Zmogaus - IIOX - 1, 2. 3...

. pcles Hox - A, B, C...

Drozofilos honteo genai (tiksliau, jq dalis) sutelkti i sankaupas(4lV'f-C: ir BX-C). Zmogaus gcnome aptiktos kcturios HOX genlsirnkaupos, lokal izuotos skir t ingosc chromosomose:

HOX- | - v ic t i i 7p l4 -p21, i lg is > l (X) kb , gcnq - 13 ,HOX-2 v ic ta lTq l l v -q22, i lg is l t t0 kb , gcnq - 9 ,HOX-- I - v ic ta l2q l l -q21. i lg is 160 kb . genq - 7 .I IOX-I - vieta 2q3l-q37, i lgis 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, visose 4 gcnq sankaupose, apt ikta i r

papifdomq honteo genq, nchomologiniq likusi4fa dalirni drozofilosgcnams. Pvz., HOX-1 sankaupoje tokic yra 4 genai, HOX-3 sankau-pojc - -1 genrr i . HOX-{ - 4 gcnai. Sic nauj iej i genai yra daugiau arrnaZiau homologi5ki v ienas ki tam:

| 2 3 4 5 6 7 I 9 l 0 l l 1 2 1 3, ,v r -c i I I r I_L j i f f l llto.r A (HOX l)

ttox B (IIOX 2)

t tox C (IIOX 3)

l l o x D ( M X 4 )

Iah pb Dld Str Antp Uh AbdA AbdB

rr'I-r IIII I: r -Ilr,----I

I I - I I_ I I I f I - - - Irar--_T;_-I r-! l

| I -__I I - - _ I ILI ' .J-- I_)E/X2| 2 3 4 5 6 7 8 9 l 0 l l 1 2 1 3

Homeo genq lyginamoji genetika/evoliucija yra nepakankamai i5-tirta. Kol kas nenustatytas archai5kiausias homeo genas. Kaip mindta,Zemiausios pakopos organizmai, kuriuose aptikta hctmeo genrl, yramields, bet gal yra primityvcsnill organizmq.

ANT-Club pb Dld Sc'r Anrp

Homeo genai - transkripcijos vciksniai. Dar prie5 atrandant ho-rTrco seka buvo aiSku, kad homcoziniai genai yra valdymo genai. Kaikur ie jq valdo Simtus gcnq. Thd ir atradus l tonteo sck4 homcoziniuo-sc gcnuosc, 5i scka ii karto buvo siejama su valdymo funkcija. Th-diau nustebino Sios sckos paditis. lprasta. kad valdynto sckos bfitqgeno -5' galc. O homeo scka buvo aptinkzrma 3' galc, t. y. tantc gale,kuris yra transkribuojamas. Bc to, homeo seka akivaizdLizri buvo skai-tymo rcmclis, vadinasi, koduojantis baltym4. Ir i5 tikrqjq netrukusbuvo nustatyta, kad homeo scka koduoja polipeptid4, kuris atitinka-mai buvo pavadintas homeodomenu.

Paai5kcjo ir Sio polipcptido fr.rnkcija. Jis yra HTH (,,helix-turn-lrclLr : spirale-poslkis-spirale") tipo transkripcijos veiksnys, sugcban-t is jungt is su DNR.

Homeo genai koduoja transkripcijos veiksnius. Jie homeodo-menu jungiasi su tais genais, kuriq veikl4 valdo ir kurie turiatitinkamas atpaZinimo sekas.

378

BX-CUbx AbdA AbtlB

379

Akivaizdu, kad stiprejo genq paskirtis nulemri prieking-uZpakali-ng blsimojo individo ai i :

; I lentelc. Kai kurie imogaus igimti defektai i r raidos sutr ikimai (displazi jos) d6li l rutacl jr l genuose, homologiniuose drozofi los segmentaci jos genams

meiail ----+ at'I{/, l?? Tlrpiq@

Ferurodrs 11 t* si ]I I tnab5 l+ - '\rr

l,il{ .,- 'nlo-t

>300 kb I

@wtvisi ltt:rntcogcna i v icno . je I ie to je

Lemia poravimosi t ip4, perj t l4s te l iq da l i j imqs i

La i p t e I iu i.s pavaizdui:ta genqhonrologi ja

Gcnolapis/uTLtomazga,lemia vcntral inq ektodermq

Drozofl los ANT'-C n BX-C'(?\lYrq4q+I | ' q

v I i i

,omlal > lrurpinior.*i] >

Kelios gcnq sankaupos

Micl iq gcnomc Siq gcnq pradZia lcme poravimosi t ipus, su ku_riais susi . jusi micl iq raida i r l4stcl iq dal i j imasis. Nematodo homeogcnai jau lenr iu morfologi j4, bct jq rcik ime dar necl idclc. J ic lemiaventraling cktoclcrmil. Drclzclfilos lrcmco genai j:rLr lcmia prieking-uZpakal ing ai j i r konkrediq segmcntq di fcrenciaci ja, panasiai , kaipZincltroliq HOX gcndi.

Zinduoliq homeo genai yra tos padios paskirties, kaip ir drozofi-krs gcnomc:

. l cnr ia p r ick inc-uZpaka l inc a i j ,

. ssgmcntu()tu organq/strukturq raid4,' bet atsiranda ir nauiq funkci iq, t iksl iau, jos modif ikuotrs, pr i -

taikytos sudetingai organizmcl sandarai.

zmogaus genome HoX genai. be priekines-uZpakalines aiies, lemiastuburo segmcntq i r , svarbiausia, smegenq skyr iq raicr4: pr iekiniu ( t iki i daf ies), tarpiniLl (k i t i morfogenczes genai - EN, pAX;pastarasis tur ii r l tomeo sek4), uzpakal iniq smegenq, nervinio vamzderio; organq rai-d4: PAX-l - skeleto, PAX-6, HOX-10 - akies, GAX - Sirdies, lygiqjrl irskeleto raumcnu ir kt. Atrandami vis nauji genai. Homeo genai - nevienintele Zmogaus morfogenezes genr+ grupd, kurios veikla siuo metuiSt ir ta.

380

l ) r ( )z() f i los gcnai Zmoeaus qcnai Ypatybcsj,airetl PAX

P4X 2

PAX 6IAN 2

1,.14'.1, 7 - I-KHR

PAX,9 (2<112-14)

WS (W'aarden/TXtiwS I (2q35-. lo)

W S I I I

I Dcryni ur t im:r i sukihg gcr, i - P. t i1. F l f f i

I p ln i l . l 'mai tur i l lur f lc{ , \e k i }

I Op t i nc ko l ( ) l r oma (p l v i y s1 . i r r k s rq t l i sp l az i j a .

I v cz i kuk r r r r c t c ra l i r r i s sus r l i c j ima :

I Anir id i ja ( r ; r ine l i 's ncbur im:rs - ht re rozi .sor()sc ) :

I r t up l u l t uhn t t t t he t r k r s t i - h ( ) n t ( ) z i t ( ) t osc )

I Alvcrr l ine ' r lhdorrr iostr r l t rmir , d:ru*r tyhin ia i pokt , -

I c i u i su g l : r r r kon rJ . gcn r \ l cn r i l p r i c k i ng ak i r . r d : r l i .

I nc r . r i n i r r v l r r nzdc l i o r : r i d l 1 . i n ks tq r r r i r l ; t

| ' l inr i t l t rspeci f in is l ranskr ipci jor r c iksn1.s. : t r t r ik t rs i

I skytJ l iaukis ra id l

lurgo s indromai)

I Ku r t u mlrs. ,1r ' . \1. , / ) l ( , ( ( ) r ! : i ln() huvi m;r : ncipr ; rsto jc

I vr t t r r jc) . rd.nt l t t )nutr . . ( f r l ; r i i ; r i i (n lcstos l tkvsl .

I p lgnlent : rcu() \ su( f l t (n l i l l

I WS t . u k r ) n r l ) l ' ) d i r k r i l i j i l ( su l n r r r k t i p i r i l l i ) . nc

I r i c l o j c e l i t l l : i s p i r i t ; r s , g : r l dn i q r i r i r l r s r r r l r i k i n r l r ihorn(o

'l '(' R- H o.r I I transkrkacija1.,2A-I'L]Xi\ , lNI ' ' - la (12t1)

I l,F'- lIIoX-1AHOX. I0HOX-7Llox 1-1

1- lastc l iq lcukozc

Umi l iml i rb lastu lcukoziMODY3 ankst i pasirc i ik iant is , susi jgs su brcn-d imu d i abe tas

M()DY,1 ntrp i l tkrnr l r i k i l \ { ) \ : rg( r ' l ( .zrSutr ikusi kraujr r g:rnryba

I lc t inos ra idos de fckt : r iVr l f i r -Hir ihorno s incl ronras (dclcc i ja apl6. l - )Ske l c t o i r smcgcnq ra i dos su t r i k ima i . l c t a l L r spokyc'iai

n.yh-homeo M.sX 2 (-sq3a-3.s)

rll.\-i-1 (.4p 16..'16. I )

( : ru n iosr n( ) . \ | o. t ls ( pr ic i Ia i k in is kaukrt Icrs s ih l iqsuauginras), Bostr tno t ipas

GalDniq ra ic los sutr ik i r .naiI'OU-honeo POU-t l .1I )Nt ; . l

PIT'-1

, ,Suk ibgs " su l y t im i ku r t umas (aus i cs kau l c l i opadc t i s , r r cno rma lus akus t i n i o kana lo i l s i p l c -t rmas )

Sutr ikusi h ipof iz io vcik laJiuid-homeo PTX-I Riego s indrr>mas, h ipof iz io ra idos sutr ik imait:v ttt -skipped - h orn eo r-.VX2(2q24.3-31) Gal ln iq ra idos sutr ik imaiv'ingless l l /NT-?( l7 t12 l -2?)

HtNT2(l7q3t\HtNT'l (12q13)

Galnniq ra idos sutr ik imai

Kruppel {;Ll - 3(7p13) Grcigo ccfalopol is indakt i l i ja , g l ioblasroma (ag-rcslviausias snrcgcnq vczys)

engrailed ENJ(7q-r6.1 Cialuniq ra idos sutr ik imai

381

Nlorfogenezds genai koduoja labai lvairius balrymus - nuo trans-membraniniq reccptoriq, signalo pernaSos ir Saperonq tipo baltymqiki ivairiausiq tipq transkripcijos veiksniq. Antai

. paired (.ij turintys Zmogaus gcnai zymimi PAX, koduoja 128 a. r.pol ipept id4),

. 3 gap gcnai (hb, Kr. kni') - cinko ..pir5tcliq'' motyv4,

. gianl - lcucino ,,uZtrauktuko" motyv4,

. lilshi turazL!, tailless - hormonq receptorius.

Kai kurie tiek drozofilos, tiek Zmogaus genai turi abu - lrctmeoir ytiretl kocluojandius domcnus. Pvz., tokie yra drozofilos goosberry,cven-skippetl genai.

HOXIPAX genq mutacijos - Zmogaus paveldimos ligos. Vis dau-giau irodoma l igq, kur iq pr ieZast is yra morfogenczis genq mutaci jos(-5.1 lcntele). Suprantama, didZioi i dal is nrorfogcnezcs gcnq mutaci jqyra lctal ios i r pasi ial ina ankstyvojc embriogcnczdje. Jos neapt inka-mos clabart iniais mctodit is.

fdomios dvi honteo genq sand:rros ypatybes:

. daugcl is drozt l f ikrs honrcoziniq i r scgmcntirc i jos genu tur i pa-prast4sias kartot incs sckas, vadinasi. tose victose gal i atsirast imikrosatcl i ta i :

. ANT:C ir BX-C yra labai daug judr iqiu genonro elcmentt l is i -terpimo vietq (5.11 pav.). Tai gal i lemti didel i Siq gcnq kinta-mumil . Kani tai rc ikal inga, koks tokios gcnq sandaros t iksl in-glrmas, ik i Siol ncai5ku.

5.3. Lyties genetika

lstoriSkai lyties genetika - vienas pirmqiq morfogenetikos mode-liq. Tie organizmai, kuriq lytinis dimorfizmas labai rySkus, per pa-lyginti trumpq laik4 to patics gcnomo bazeje patiria labai skirting4raidil. Ir tai negali nedominti morfogcnetikos specialistq.

Lyties raida daZniausiai pagrista alterna{va ,,arba-arba", norsyra ir tokiq organizmq, kuriq yra keli lytiniai (poravimosi)t ipai .

382

Vienq lyti galima prilyginti nuliniam variantui, o nukrypimas

i kita lyti, raida ta kryptimi yra antstatas, rodantis, kiek pa-

Lengta nuo nulinlo varianto. Sis principas yra pamatinis, nes

lytis nulemiama labai ivairiai.

Lyties raidos valdymo ivairovd. Eukariotq lytis lemiama labai ivai-r ia i . Bene paprasdiausias b[das - special iais genais, kur ie lcmia vyr i i -

kzj4 arba moteriskij4 lytl, kaip raudonuogds briends (Brionia dioica).

Kitq organizmq, kaip augalo Aisuemu iaponica,j[rq kirmelds Bonellia

viritl is (5.12 pav.), clvinamio asiriklio, lytis priklauso nuo aplinkos, nors

toki4 priklausomybg nulemia genai. Progaminis (gr. pro - lki, gamos -

santuoka) lyt ies nul imimas yra retas rci5kinys i r pr ik lauso nuo asimct-

rinis mitozis (susiclaro stamblis ir smulkls ctvocitai: po apvaisinimo i5

stumbiq ovcrci tq r ,ystosi motcr iskosios lyt ies organizmai, i i smulkiq -

vyr iskosios) i r valclvmo genq. kur ic regul iuoja ovocitq augimzl: v ienigvocitai auga l i ta i , k i t i - spardiai . Daugel io organizmq (kai kur iq pir-

r11uoniq, taip pat prokzrr iotq - bakter i jq) lyt i lcmia nebrandttol in iai pa-

Vcldimumo vicnctai . Sic organizmai skirstomi nc i motcr i ikala i r vyr i i -

kr j4 lyt i , o I poravimosi ( lyt in ius) t ipus, kur iq gal i bl t i labai daug. Tiptr

T Smulkutispatinel is patelesgonados viduje

Vidaus(lrgallal

'Gonada

Bonellio liridls patel€ ir patin€lis

ffi5.12 pav . J l rq k i rmd l€s

383

viduje organizmai nesiporuoja. Lytinis procesas r,yksta tarp tam tikrqarba 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 claugiaudemesio skiriama gln/[nl] - aukitesniqjq eukariotq lyties genetikai.

Daugumos eukariotq lytis priklauso nuo zigotq gcnetiniq savybiq.Toks reiSkinys vadinarnas singamrja (gr. syngamos - sujungti santuo-ka). DaZnai Sias sarl'bes lemia specialios lytines chromosomos, jqskaicius, balansas. Pagal tai , kaip chromosomos lemia lyt i , skir iamadaug t ipq. Tirdiau ncpaisant jq ivairoves daZniausiai lyt ies paveldej i -mas formal iai at i t inka anal izuojandiuosius kryZminimus (t . y. lydiqsantykis yra 1:1). Viena lyt is yra homogametind (susidaro t ik v ienotipo lytines lqsteles), antra - heterogametine (susidaro dvicju tipqlyt incs l : lstc les). Jq gal inros ivair ios var iaci jos.

Diploidi ja (mot.) - haploidi ja tryr.r. Sis lyr i sqlygojanris r ipas daznas tarp vabz-dziu Hvnrcnoplrrz; j is b[djnsus sknrzdclcms, bit ims, i i r icms. Dalis kiaui inerl iq ap-vaisinrrnri . i r i i 1q vvstosi nrolcri ikosio.s lyt ics pir l ikuonys, o dal is l icka ncapraisintu,ir i i iL1 vystosi patincl iai . Patincl ir ,rosc mcjozc ncryksta. spcrntatozoidai formu6jasivykstant nri tozei. 'hdiau

haploidincs yrl t ik patincl io gcncratyvines lqstcles, o soma-t incs l i l s tc lcs t l c l cndomi toz is tu r i c l ipk r ic l in j chrornosomq ska i i iq , toc lc l p l t inc l ia iyra visi ik;r i gy"yhingi (paprastai del hlploidi jos rnuZc' ja gyvybinlumas).

XX (mot.) - XO (v-vr.) t ipas (hctcrogirmctinc vyri$koj i lyt is, puse vy,r i ikq lyt iniql4stcl iq turi X chromoson.l i l , ki ta puse jos ncturi). Jis bldingas kai kuricrns vabz-dZiirnrs (Zitrgui, bltrkci l ' ruttcnor). Lahai savoti ikai rcgul iuojanlr kai kuriq vahzdZiq(anrar t l ) l y t i s . J icn ts b [d inga c ik l ine pur lcnogcnczL ' : vasan l daug inas i par tcnogene-t i ikai, rudcni - lyt inirr [r i idu. Ruclcncjant i is ir . 'vsto vat] inanrtrsios seksuporin€s pate-lds, kuriu pal ikuonvs yra vyri ikosios lvt ics, ncs prarandama vicna X chrornosoma.Patincl io spcrmatttzoidai vystosi t ik i i tq lastcl iq, kurios turi X chromosonr4. L4s-tclr 's be X chromttsomtts sunyksta, lodcl po apsivaisinimo vcl iSsivysto t ik pateles( X X ) .

XY (mot.) - XX (vyr., t arba XO (mot.) - XX (ryr.) t ipai (hctcrorlmerinimotcri ikoj i lyt is) bldingi drugiams, pauki i iams, zuvinrs ir kr. Kai kuriosc sistemi-ncsc qrupcsc (vabzdziai,Zuvys, aml' ibi jos, zicdiniai augalai) pasitaiko r l i iq su vyri i -ku hetcrogamcti ikumu ir rui iq su moteri iku heterocamctiSkuntu. Aptinkarlu r lsiqi r su daug iau ka ip dv icnr l y t in im is chronrosomomis ( i r X , i r y ) . Manonra , kad ly t inulcmia t ik vicna ju pora. o kitos yra papi ldonros.

XX(mot.) - XY (vyr.) - tipas (heterogametine yra vyriikoji lytis).Thip nulenrianra drozofilos ir zmogaus lytis, bet tik formaliai. Skirtu-mas iSrySkeja tiriant individus su anomaliniu lytiniq chromosomq skai-diumi. Drozofilos lytis daugiausia priklauso nuo to, ar X chromoso-mq skaiiius lyginis (patele;, ar nelyginis (patinelis):

384

XX. XXXX, XXY, XXIY (mot.)X. XY, X\Y, XXX, XXXY (ryr.)

X chromosomq ir autosomq balansas. Pr is iminkime, kad nelyt ines

clrromosomos vadinamos autosomomis (A). BridZesas dar 1922 m. iS-

r r i i k ino , kad

drozofilos lyti lemia ne tik X chromosomq lyginis-nelyginis skai-

dius, bet ir X chromosomq tlei autosomq balansas (santykis).

lJr idZcsas apt iko tr ip loidincs (3X + 3A) drozof i lq patcles. Kai

kur ios i5 jq buvo v:r is ingos. Jas sukryZminus su diploidiniais pat inc-

l iu is (XY + 2A), gaut i pal ikuonys ivair iu X chromosomq ir autoso-

nru santykiu. Kolckci jz l papi ldc i r ivair ios aneuploidinis l in i ios su

skir t ingu X ir Y chrontosomq skai i iumi. Santykiai i r rezultatzr i buvcr

tok ic :

san fyk i sX :A=1 ,0san tyk i sX :24=0 ,5

- norrnal i ()s patcl is- normal ls pat inel iai ,

santykis 3X : 24' = 1,5 - hipcrmorfines4X : 3A = 1,3 patclds (stcri l ios)

2X :3A=0 ,67santykis X : 3A = 0,33 - hipcrmorf iniai pat inel iai

lirrp jq atsiradg interseksai (lot. inter - tarp + rc,rt/s - lytis),(santykis -0,7 - tarp 1,0 ir 0,5) yra tarpiniai tarp pateliq irpntindliq. Juose, kitaip ncgu ginandr<tmorfuose, nira skirtingos lytiesscktor iq, o yra pakitgs bcndras viso organizmo lyt inis i5sivystymas.Atskirq individq intcrseksualumas pasireiSkia ivair iai (5.13 pav.).

Galima padaryti iSvad4, kad vabzdZiq Y chromosoma yra be-rcik5nri, tik kaip priedas chromosomLl porai sudaryti. Drozofilospat inel is su viena X chromosoma ir be Y chromosomos yra ste-rilus, tadiau XXY - ne tik tipiikos, bet ir vaisingos pateles. Thigidrozof i los i r daugel io vabzdZiq lyt i lemia ne pavieniai genai, o Xchromosomq balansas.

Kaip drozofila skaiiiuoja, kada lyginis ar nelyginis X chromoso-mq skaiiius? Nieko misti5ko. Tik aptikta nauja, kitaip valdomq genq

385

, , } r - € ' \. \ \ \ r fu

A - - ' L

# . , _ B

f . l r a. . _ . w

5.13 pav. Drugio Lymantria dr'.rpar interseksai:v i r iu . j c rcnrc ly jc : .1 - normal i pz r tc lc ; B - normalus pa t inc l i s : k i t i - in te rscksa i

grupc. Tai genai numerator iai . Daugel io Siq genq mutaci jos sukel iabenclr4 (vyriik;ji ir moteri5kqi) arba tik vyriSkzr.jj ar moreriikqji ste-r i lumq. ?r ip i ic gcnai apt inkami i r t i r iami.

?rrp i iq gcnLl apt iktas toks, kur j gal ima pavadint i pagrindiniu -^5i/ (rrngl. sc.r lctlrul), kuris valdo nc tik somating lytics difercnciecijq,bct ir X chromosomos dozes kompensacij4. Drozofilos X chromoso-mos dozes kompensaci ja i rgi pasirei5kia ki taip ncgu zincluol iu. Barokuncl is ncsusiclaro ( 'zr . p. 193). Paprasdiausiai pat i r-rel io X chromoso-moje esantys gcnai vcikia dvigubai aktyviau, negu t ie patys genaipatcle 's X chrt lmosornt l . jc.

Vieni drozofilos lyties valdymcl genai yra X chromosomoje, irjie yra numeratoriai, kiti genai yra autosomose. Jie yra silpninumeratoriq valdymo genai ir vadinami denominatoriais. Ge-nq numeratoriq veiklq valdo X chromosomq skaidius.

Zmogaus, Zinduoliq lyties valdymas. Formaliai lyti lemia lytineschromosomos, nt:t labzri panaiiai j drozofilos lyti:

. rriotcri5koji lytis - XX' vyriSkoji l l,tis - XY

386

Tadiau i5tyrus lytiniq chromosomq aneuploidus, kuriq pakitgsarba Y chromosomq skaidius, paai5kejo, kad

nors Zmogaus lyti lemia chromosomq balansas, ypatingai svarbiY chromosoma:X (Ternerio liga), XXX, XXXX - mot.,XYY, XXY (Klainfelterio liga), XXXY, XXXXY - vyr.

Vadinasi, asmuo su keturiomis X chromosomomis, bet su vienaY chromosoma vis tick yra vyriSkosios lyties. Daugelis 5iq aneuploi-clijcrs sukeltq ligq nagrinejamos atskirai (Lr. p. 425).

Thdiau Zinduoliams, Zuvims b[dinga ir antrine lyties determinaci-ja, kuriq valdo lytiniai hormonai (Lr. toliau). Zmogaus rySkus irsvarbus yra 3-iasis valdymo kanalas, t. y. aukStosios nervinds veiklos/psichologinis valdymo btdas.

Y chromosomoje esantys genai. Y chromosomoje yra nedaug ge-nq, bet jic lemia svarbias organizmcl savybcs - morfogenezQ, g1".q u-bingumq, lgi (stot4) i r pagal paveldcj imo pob[di j ie yra dviejq t ipq:

. pseudoautosominiai genai yra abiejose lytindse chromosomose -

X ir Y. lrumpajame Y chromosomos petyje yra apie 2560 kb ilgiopscudoautosominis regionas. Jam hclmologinis rajonas yra X chro-mosomos trumpojo pet ies galc (Xp22.3). Siais segmentais i r sq-veikauja X ir Y chromosomos mcjozcje kaip viena homolo;iniqchromosomq pora. Rcgionc tarp X ir Y chromosomq vyksta irkrosingovcris. Pscudoautosominiame regionc yra gana daug gcnq(5.14 pav., A), tarp jq tokiq, kur ie vcikia ugi. Stai kodcl vyraiar-rk5tesni, o jvairiq tipq heteroploidai su Y chromosoma yra i5tisg(Lr.p.426). Nors pseudoautosoni iniai genai yra abiejose (X ir Y)chromosomose, jq pavcldej imas susi jgs su lyt imi (Lr.p.577). Sia-nre regione bent penkiosc vietose yra CpG salelds. Jos gali lemtinctolygq krosingoveri. Palyginti nescniai aptiktas dar vienas pseu-doautosominis rzrjonas ilgojo pcties (q) gale (apie 400 kb);

. tik Y chromosomoje esantys genai, kuriuos paveldi tik qrriSko-sios lytics palikuoniai; jq lemiami pozymiai vadinami holandri-niais (Zr. p. 578). X chromosomoje i iems genams homologqnira. Y chromosomoje yra ir gcnas SMCY, kuris koduoja H-Yant igen4, lemiant j r1,ro i r motcrs audiniq nesuderinamum4.

w

38',7

. Dlcr

lt, --l

v ) I

Wt t I

;IW; l@;t If:@! l l

i t I i

MEa

, :

i a

.:-

\p - \ 'p pscLrJ , tcL l t ( tso l l l l l l l : t i lOnr r- ('n-lr, ( sf'-'R l, lL.tR 1. l\"f-i --:;---=&,4

.1.\,r/r. \r: . , t / /r Ll<,. j .r : : 'vff i l ;- I|| FJ Y""' "' -.::...,,*.,,.-..i::.::l:j,:,'/ rrt,

Scr to l i o l u . t c l c s Le id i uu l4s te l c ' sr : lYY

Llw) Jbtt'lt l

t \ i l t_Rl Y JRMiulerio latako Vyriikosicrsrcgrc: i i r lyt ics r l ida

X ir Y chromosomq palyginimas (A) ir lyties raidos valdymas

genai (-2,6Mb): CSF2M ir IL3M * citokino receptoriaus cx- adenincr nukleotido translokazis, CD39, MIC2 - l imfocitq

aceti lserotoninmeti l transferazcs, XE7 - branduolio baltymo

(funkci ja ncZinoma), Xg - cr i trocitq anrigenq, ILgR - ki to citokino receproriausnutolgs genas

Y specif iniai genai: SR)z - sekl ides lemiantis, ZFy - , ,cinko pir5tel iq" baltymo.RPS4Y - r ibosomq baltymo, AMELY - amelogenino (dantq emalio), SMCY(H-Y)- Y valdomo audiniq ncsuderinamumo, ZSPY RBM, DAZ * spermatogenezds

X chromosomos genai: AMELX, ZFX, SMCX, RPSIX - genai, homologiSki Ychronrosomos gcnams (pary ik in t i gcna i , vc ik l [ s Baro khne ly je ) , X IST - Xchromosonros inaktyvinimo (Banr kf incl io), 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 (transmcmbraniniqbaltymu), JF-l - branduolio rcccptrtr iaus. WTI - transkripci jos veiksnio, DAXI -

lrranduoli<r rcccptoriaus, ,SRY SOX9 - HMG tipo transkripci jos vciksniq, AMH -

l 'GF-B Seimos bahynrc. AhfHR - transmembraninio rcccptoriaus, ?.s/o - tcstosteronq(grupc), z1R - transkripci jos vciksnio.

Paa i5k in imiL i -5 .14 pav . tcks tc rcmiant is A . R. Z inn , l99 t t ; C . A . Qu ig lcy . l99 f l .

Molckul incs gcnctikos metodais palyginus nuklcotidu sekas X ir Y chromo-somosc, aptikta dar viena grupc gcnl l , kurie, nors ir ncpriklauso pseudoautctso-nriniams rajonams, yra honrologiniai (-5.14 pi l . , A, j ie pavaizduoti punktyrinemisl ini jomis). Dar vicna 5iq gcnq ypatybc: j ie ncaktyvinami Baro k[rnel iu virstandiojcX chromosomoje. Y chronrosomojc yra daug konsti tutyviojo hetcrochronratino. bctclcl jo genctinio aktyvumo iki i iol tcbcra daug neaiikumq. Be to, Y chronroso-nroje daug paprastqjq kartot iniq ( ' |CTG, TATA, CATA) sckq. Jos sudaro mik-rosa te l i lus .

Lyties reversija. Senokai buvo Zinoma, kad Y chromosomoje yrancturintis homologo X chromosomoje TDF (angl. testes deterniningfuctor) lokusas. Siuo metu Sis genas vadinamas SRY (sex reversal (gene)on n. Jo atrzrdimas - i5tisa istorija ir yra susijgs su viena neiprastalyties anomalija, kai kariotipas XX, o fenotipas - ryri5kas. Thi - lytiesreversija. Nuo jos ir SRY geno pavadinimas. PaaiSkejo, kad lytiesreversija, kuri sutrumpintai zymima SR, atsiranda todel, kad i5 Ychromosomos i X chromosom4 perkeliamas (translokuojamas) butenttas Y chromosomos segmentas, kuris lemia lyri5kafa lyti.

Vcliau dirbt inai genq inZincri jos metodais S'RY lokusas pcrkclt i is i5 pcl iq Ychromosomos i X chromosom4 ir isi t ikinta, kad di l to transgenines pcles yra vy-r i ikosios lyt ies. be jokiq kitq fcnotipo sutr ikimq.

? a '

= ; l t >: z l ? ;

v p l : ^

l L = = '

l > "

- 3t ! b -

"

I t zl - !l a = '

I F :la .:

Hctertrchrornatinls

lc-,tir,Sl.t1 l S

o j |Y i ) s

B

5.14 pav . Zmogaus(B) :Pseudoautosominiaisubvienetq, .4NI3ant igenq, ASMT -

388

Xq-Yc1 pscudoautosominis rqonls

:ll,9R

Ccnet.itlttn\4m

Bipolencines g-onados

A

389

SftY geno translokacija i X chromosom4 nulemta SRI genovietos Y chromosomoje. Sis lokusas yra arti telomeros, Saliapseudoautosominio regiono, ir krosingoveris gali,,tti'gtiebti"ir perkelti SRY gen4 i X chromosom4.

Pclcs gcnome Sis gcnas vcikia trumpai - t ik tarp 10,5-12,,5 vaisiaus vystymosi

dicnq. Pcr 5i trump4 laiki l susiformuoja vyri ikoj i lyt is.

SRY - dar ne viskas. Siuo nretu Y chromosomoje Zinomi 7 lo'

kusai, kurie svarb[s spermatogenezei. Trys i5 jq idomfs tuo, kad turi

ilgas i5augas i 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 ilgaja-

me 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 moteri5-

kas, o vystosi vyri5koji lytis, bet ir XY lyties reversija. Kariotipas XY,

o vystosi moteri5koji lytis. J4 sukelia kcliq genq mutacijos:

. gali bfiti slopinama SRY gcno veikla dil ta5kiniq mutacijq arba

delccijq,. dil duplikaciiq X chromosomoje, esandiq DSS (angl. dosage '

sensitive sex 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 transkripci jos veiksni, kaip ir SRY genas. WTI i tgi

koduoja transkripci jos veiksni. Jo mutaci jos gal i sukelt i Wilmso veZi.

Vadinasi, kaip ir drozofilos, Zmogaus lytl lemia ne tik lytinese

chromosomose, bet ir autosomose esantys genai - visq Siq genq ba-

lansas.Zinduoliq gonadq raida (5.14 pav., B).-Generatyvinio kelio lEste-

lds migruoja j viet4, kur vystysis gonados. Si reiSkini valdo autosomi-niai genai slf (Steel, 12q22) ir c-Kit (qlz). Abu genai koduoja tran-

390

smcmbraninius baltymus, vadinasi, priimandius signalus i5 Salies. Tacllvties raidos genr+ kaskadoje yra ir aukitesnio rango genai, kurievrrldo sf ir c-Kit genq vcikl4.

Manoma, kad pirmasis genas, kuris lemia bipotenciniq (nedifc-rcncijuotrl pagal lyti) gonadq raid4, yra autosominis - SFI(Ftz-F,t9q33). J is lemia branduolyje veikiant i receptor iq i r valdo ki tus ve-lirru veikianiius genus AMH, WTl, DAXI ir galblt net SRY.

fclomu, kad SF1 yra homologi ikas drozofi los scgnrcntaci jos raidos gcnui [r ,s/r lr t tru:u. Tad dar kart4 gal ima jsi t ikint i drozofi los tyr imq svarba zmogaus gcnctikai.

Toliau bipotencines gonados diferencijuojasi i ryri5kqsias (sekli-dcs) i r moter iSklsias (kiaui ides) gonadas. Stai nuo Sio momentorrr idai , ,dir iguoja" DAXI, SRY ir k i t i X i r Y chromosomoje esantysscnai. Kai DAXI slopina SRY gcn4, bipotcncincs gonados r.ystosi jk iaui ides. Ncslopinamas SRY genas lemia sekl idcs (rcsl ls) .

Thi iau vel ncapsieinama bc autosominiq gcnq AMH(19p13.2-13.3),LVT.I(11p13), SOX9(17q24-25), dideles grupcs genq, kur ie lemia lyt i -niL! hormonq sintczg ir metab<t l izm4. Antai dcl c i tochromq p-450 l l ,17. 21 Scimas lcmiandiq genq mutaci jq pasirei5kia vyr i5kasis arba mo-tcr iSkasis pseudohermafrodit izmas.

Lyties raida pereina i nauj4 fazg, kurioje itin svarb[s lytiniai hor-n iona i i r jq rcccp tor iu i .

Hormonind lyties determinacija. Vaisiaus seklidcs gamina vyri5k4-1i lyt in i hormonq tcstostcrona, o i is i r jo dcr iniai tol iau valdo di fe-rcnciacij4 i vyriikd4 lyti. MaZdaug XX a. kctvirtajamc de5imrmetyjepranc[zq embriologas Jost:rs (A. Jost) atliko toki bandymq: prici pra-sidedant vyri5kosios lytics difercnciacijai, triu5io vaisiui pasalino go-nadas. Ir tada j is vystesi kaip moter iSkosios lyt ics individas.

fdomius bandymus atliko japonq mokslininkai su akvariumine Zu-vcle oryzias latipes. Siai Zuvclei b[dingas rySkus lytinis dimorfizmas:patineliai spalvingi, iSilgai viso k[no eina raudona juosta, o patelesbaltos (be pigmento). Spalvos skirtumai priklauso nuo geno I^, kurisyra Y chromosomoje. Patineliai turi 5i gen4, todel tokie spalvingi, opateles jo neturi, todel pigmentas nesusidaro. Tipiskas holandriniopozymio paveldejimas.

Zuvq mailius i5tisus 8 menesius gavo moteri5kqjq lytiniq hormo-nq, - tada i5augo spalvotq pateliq, arba visq 5l laikotarpi - lyri5kqjq

391

hormonu, i r buvo apt ikta baltq pat inel iq. Abiejq grupiq Zuvel iq pa-keista lytis. Jos buvo vaisingos, todil buvo poruojamos su normalio-mis pr ic i ingos lyt ies Zuvel imis, i r pal ikuonys buvo t ik pateles:

Raudonos patclcs,pake is ta l y is

Raudon i pa t ine l ia i

{ X Y

' l i l

Tik patelds

YRYR pat ini l ius su normalaus kar iot ipo pa-t i k pa t ine l ia i :

' 6/ vlv*' CFXY* I Tik patin6tiai

Vadinasi, hormonais gal ima valdyt i lyt i , bet lyt ies pakeit imas ne-keicia pavelddjimo pob0dzio. Pavcldimii taip, kaip lemia ne fenoti-pas, o gcnot ipas, i i r"ro atvcju lyt in iq chrontosomq kariot ipas.

B,ndymai pakcist i h,rnron. is zindLrr l iu lyt i buvo nesekmingi.Matyt, . . js ik i ia" nrot inos organizmas, bet dcl l honnonq sintezes ar-ba veiklos sutr ik imu nat[ral ia i paki tusios lyt ics asmcnq yra zino-ma, 5is rciskinys nagrinctas. Pr is iminkirne test ikur ing feminizaci j4:kar iot ipas XY, o f 'cnot ipas moter iSkas, t iksl iau, pasireiskia ivairausIaipsnio vvr i ikasis pseudohcrmafrodit izmas, atsiradgs clel hornronoreceptonq mutactlt l .

Sutrikgs lyt iniq hormonu balansas gali sutr ikdyti lyt i ir velesniaisraidos ctapais.

B. MUTACINIS KINTAMUMAS

Kintamumas - bendra visg organizmq salybe, viena i5 centri-niq genetikos problemq. Jis sukuria organizmq ivairovg.

Organizrnq ivairovi - tai, kas pirmiausia krinta i akis. Pirnriejik intamunro tyrejai buvo visa Zmoni ja, auginant i augalus i r naminir_rss\\/r-urus ir atliekanti jq atrankq.

Kintamumo moksl inio tyr imo pradininku laikomas Lamarkas, taipp:rt Darvinas. Abu evoliucijos mokslo kurejai. Evoliucija be kintamu-mo neimanoma.

Visi organizmq pokydiai skirstomi I paveldimus ir nepaveldi-nrus. Nepavcldimi polqrc*iai yra modifikacijos, kurios atsiranda delivair iq apl ink<ls poveikiu. Pavcldimi pokyi iai sudaro dvi stambiasgrupes: rekombinacijas ir nrutacijas. Rekombinacijos visuomet pa-sirciSkia vienaip rrr k i taip dcr inant is dviejq organizmq genct ineinrcdZiagai. Mutaci jq i r rekombinaci jq atsiradimas daZniausiai v ic-nas su ki tu susi jg.

Lamarkui tcktq garbc bl t i p irmuojLr nepaveldimo kintamumcrtyrcju. I mutaci jq i r rekombinaci ju pinnuosius tyrcl jus prt : tcndcnrqdaug, bct mokslas apic rckombinzrci jas eme Zcngt i i pr icki , kai c leFryz:rs, Kcrcnsas ir Ccrntakas l9(X) m. , ,atrado" Mcndcl j (G. Men-del), o apic mutacijas. kai dc Fryzas, 1902-1903 m. paskelbc! ,,Mu-taci ju teor i j4".

VI. MUTACIJOS

Nuo seno pastcbdta, kad retkariiais tarp augalq ir gyvlnq ne-tiketai atsirancla individq, kuric vienokiu ar kitokiu poZyrniu ryS-kiai skir iasi nuo ki tq tos r f i i ics individq. Ne visuomet rokie poky-iiai yra mutacijos (lctt. rnutatio - pasikcitimas, pernraina).

1-590 m. vienas vokiediq vaist ininkas apt iko ugniaZoles augal4 gi-l ia i suska idy ta is lapa is . S i l t lomi ugn ia lo les lo rma i r dabar aug inamrrbotanikos soduose. 1791 m. vienoje Naujosios Anglijos (JAV) fermo-je avis atsivede eriukq ilgu liemeniu ir trumpomis kreivomis kojomis.Taip prasidcjo Ankono aviq vcisle.

,/\)'*

1,jj0,.,,",I

raudoni, rauooll

I raudonij11 neiprastovaisingi ! !)

' ' l XX

:7 XYRr7 xY*tr,7 y*\'*

patin6liai, tarpYRYR 1be to' .

nj.ru;,kariotipo

Baltos pate les Ilalt i patineliai,pakcista lytis

?xx " &x

arba i - '? XX baltos I

Poruojant nciprastustcl inr is, pzr l ikuonys buvo

Q X X' l

392

6. 1 pav. Nakvi5os (Oenothera lamarckiana\aptikt i mutantai nanncla ir gigos

394

staiga, Suoliskai. Tevq ge-pat ies individo dal is kIno

Koddl dauguma naujq mutacijq yra Zalingos? KiekvienE taksonil

salima lailryti i lgalaikes klrybos (atrankos) k[riniu. Nors jis ncratlriSkai tobulas, bet yra optimalus variantas uZiniamai ekologinei ni-i1i. Labai maZa tikimybd, kad naujai atsiradgs pokytis bltq geresnis

uZ optimalq variantq.Thi galima palyginti su Zmogaus veikla kuriant irankius. Ar leng-

\a patobulinti plaktuk4? Madiusieji (kad ir TV ar kine) automobiliqpurzrdus, galejo jsitikinti, kokiu tempu jie tobulejo XX a. pradZioje.O clabar vis sunkiau patobulinti automobili.

4. Naujos fbrmos yra konstantinds. Thi santykinc nuostata. Diploi-rliniq eukariotq genome mutacija paprastai ir,yksta vienoje i5 chromo-sc)rnu. Antroje chromosomojc genas lieka normalus (i5skyrus vadina-ntlsias visiSkas mutacijas. kai mutacija vienu metu atsirander abiejuosealcl in iuose homologiniq chromosomq lokusuose). Susikur ia heterozi-sot iSkumas, del jo pal ikuonys gal i bf i t i ivair f is.

Kitas rei5kinys - naujai atsiradusios mutacijos gali b[ti geneti5kainestabilios. Thi labai priklauso nuo mutacijos atsiradimo b[do. Para-cltrksalu, bet ir nakvi5os ruiiai (Oenothera lamarciana), tarp kurioslugalq dc Fryzas apt iko mutaci jq, bldingas genct inis nestabi lumasdc'l to, kad 5i rDSis yra hibridinc. Tadiau daug nakviios formq, kuriasaptiko de Fryzas, buvo tikros genq mutacijos. Kita dalis - aneuploi-dai (Zr. toliau), atsiradg del nedesningo chromosomq pasiskirsrymotol imuosiuose hibr iduose, t . y. dcl jq genet inio nestatr i lumo.

5. Mutacijos gali vykti pakartotinai ir vclgi ivairiomis kryptimis,tarp jq gal i but i i r gr jZtamqju mutaci jq (Zr. tol iau).

6. Galimybd aptikti mutacij4 priklauso nuo i5tirtq individq skai-i iaus.

7. Organizmams bfidingi mutaciniai periodai. Ilg4 laik4 iis teiginysbuvo atmetamas. Thiiau R. Berg ir M. Golubovskis, tirdami drozofi-los mutaci jq daZni gamtinese popul iaci jose ivair iais metais ( i lg4 lai-kotarpl), nustatd, kad mutacijq daZnis nepastovus. Buna laikas, kainrutacijos labai daZnos. Thigi mutaciniai periodai yra realus reiSkinys.

De Fryzas neteisingai mane, kad mutacijos yra tik stamb[s poky-iiai, ir rt5ys atsiranda i5 karto, SuoliSkai. Thi visapusi5kai neteisingastcieinys. Pirma, rlSis yra sistema, visuma organizmq, kurie tam tikrub0du santykiauja su kitais organizmais ir aplinka, uZima tam tikrqtti54 bendroje ekologindje sistemoje. Tokiq santykiq tik del vienosmutacijos atsirasti negali. Antra, daZnesnds yra smulkios mutacijos.

Mutacijq klasifikacija sudetinga ir ivairiais aspektais:

6.1. Bendras mutaci jr l apib[dinimas

De Fryzo mutacine teorija. Dc Fryzas irgus metus tyrinejo ivairiuspaveldimus nakviiq (oenothera) pokydius. Tyrimq ,tuo*eni, apiben-drino dviejq romq knygoje ,,Muraciiq teorija,,. .lis iSaiStino pagrindi_ncs mutacijq savybes. cia de Fryzo nuostat.s pateikiamos su komen-tarais.

l . Tokie pokydiai paprastai atsirandanotipas tokiq pokyiiq neturcjo arba tol4stel iq yra naujai paki tusios.

2' Mutacijos yra.grieitai apriboti pokyiiai. Nesusidaro ncpertrau-kiamq kintamumo eir iq, kurios budingos variaciniam kintamumui (nro-dif ikaci joms). T.i istorini nuostata. l i buu,, i t in aktuari XX a. pra-dziojc, kai klcstejo ramarkizrnas, o gcriausiai i i t i r tas kintamumo ti_pas buvo variacijos (modifikaciiu pa.sireiskim. fornra). si4 nuosrat4verta Zinoti ir dabar.

3' Mutaciiq kryptis ivairi. pavyzdiiui, cre Fryzas aptiko 'akvisosaugalus gigantus (6. r pav.) ir maZaDgius tamsiai ial iais ir iviesiaiZaliais lapais ir kt.- ypad daug gindq ki lo del Zalingq ir naudingqmutaciiq santykio. Vieni gcnetikai (tarp iq ir i ios kiygo. aurorius)mano, kad dauguma mutaciirl yra Z;rlingos ir tik ioZo ira dalis(augalq gal vicna is r,tn' o gyvfnq - crir rciiau) yra naucringos.Kit i , ypad t ic, kurie si i le mutici jas kaip nretocr4 nurion.,., veisremssukurt i , - kad naudingq mutaci ju yra daug.

normalus augalas (kair6je) ir de Fryzo

395

pagal tai, kuriose l4steldse jos iryko ir kaip paveldimos,ncr i l f ) / int 's i r somatinds:pagal hypti - tiesiogines ir grlZtamosios;

' pagal atsiradimo b[d4 - gamtines i r indukuotos;. pagal genotipo pokyiius - itin sudetingas skirstynas i

1 - nebranduol ines: 2 - branduol ines;. genomo (chromosomq skaidiaus),. chromosomq (sandaros),' genq.

Kickviena grupe skirstoma smulkiau:

. pagal fenotipo pokyiius: morfologinds, fiziologines, biocheminds;

. pagal poiymio pokydio krypti - hipermorfines, hipomorfinds,amorf ines, ant inrorf ines, neomorf inis;

. pagal vaisingumq - vaisingos, pusieru ster i l ios, ster i l ios;

. pagal gSrvybingumq - gylybingos, pusinu letalios, lctalios (mir-t inos).

Del mutacijos pakitgs organizmas vadinamas mutantu, o mu-tacijq sukelgs veiksnys - mutagenu.

6.2. Generatyvinds ir somatinds, tiesiogines ir griitamosiosnrutacijos

()cneratyvinds ir sonratinds mutaci.ios. Mutacijos atsiranda betkur ioje organiznro l4steleje bet kur iuo individual ios raidos momcntu.Tir i budinga visq t ipq niLrtaci joms. ?r i iau pr ik lausomai nuo to, ko-kiosc l4stelese (gencratyvincse ar somatindsc) atsiranda, . jos skir t in-gai pasirei ik ia fenot ipe. Skir iasi i r jq pavelddi imas.

Generatyvinese lqstelese (ne tik lytinese, bet ir tose l4steld;se,i5 kuriq rystosi lytines l4steles) vykstandios mutacijos vadina-mos generatyvindmis. Jos gali b[ti paveldimos palikuoniq (ly-tinese) kartose.

Tblesnis generatyvines mutacijos likimas priklausys nuo to:

. ar pakitusicls generatyvines lqsteles dalyvaus apsivaisinime;

. kokio pobldZio yra mr"rtacija - dominuojaniioji ar receslvioji;

. kaip mutant ines lasteles veikia atranka.

Recesyviosios mutacijos gali buti paveldimos ilg4 laik4 daugelyje

kurtrl nepasireikidamos, o ddl genq dreifb reccsyvusis genas gali labai

llrplisti populiacijoje. Tokios padeties par,yzdZiu daLnai nurodoma An-

l l i ios karal iend Viktor i ja. kur i per savo dukras iSplat ino rccesyvqj i mu-

t lnt ini hemofi l i jos genq. PavyzdZiq yra labai daug.Kitaip pavcldimos ir pasirei5kia somatinds mutaci jos.

Kadangi i5 somatiniq l4steliq nesir,ysto lytines l4stelds, muta-cija kitoms kartoms nepersiduoda. Organizmai, kuriuose ily-kusios somatinds mutacijos, genotipi5kai ir daZnai fenotipi5kaiyra mozaikos.

ParyzclZiui. ant obcls vaisiaus gali tr[ti kitokios spalvos ruoZas. Irr l rozof i la, kur ios puse k[no vyr i ikos lyt ies, o ki ta pusc ntotcr i ikos,rra somatin0 rnutaci ja (Zr. 5.8 pav.).

Ne kiekviena mozaika yra somatind mutacija. Kaip minila, mo-zaikos gal i atsirast i i r dcl somatinio krosingoverio, gcrrq veiklos po-kvtiq somatinese lastelese. Kartais mozaika susidaro del generafy'r'ri-ncs mutaci jos. Antai bal tas, v is i5kai be pigmento plaukq kuok5tasdlZniausiai yra sclmatinc mLrtaci ja. Vienoje ieimojc 5is pokyt is buvonct kel iose kartosc, bc to, maZdaug toje padiojc vietoje.

Somatinir ; lqstel iq genomo pertvarkq gal ima vcrt int i kaip sonta-t incs mutaci jas. Kai kur ie genet ikai Siuos somatiniq l4stel iu pokyciusnct s i f i lo vadint i biologindmis mutaci jomis. Dirbt inai gal ima somati-ng nrutaci j i l p l lvcrst i gcnunrlyvine. rcgcncruojanl v is i l organizm4 i iv icnos somatines l4steles. Sis b[das datrar pladiai taikomas, kai no-r i rna gaut i augalu mutantus su ivair iomis Zmogui naudingomis sary-bcmis (pvz., atsparius l igoms, ivair iq meclZiagq produccntus i r kt .) .

Tiesiogin€s ir griZtamosios mutacijos. Mutitcijcls ii pradinio tipo i mu-tunt i1vacl inamos t iesiogincmis - pr ieSingai gr iZtaniosi t ' rmis mutaci jonr is.

GriZtamosios mutacijos, arba reversijos (lot. reversio - grlLi-mas) yra budingos mutantams, t. y. jau kart4 del mutacijospakitusiems organizmams.

GriZtamosios mutacijos paprastai yra gerokai retesnds negu to

Irat ies geno t iesioginis mutaci jos. Mat vicno gcno, ar j is bl tq nor-ntalus, ar mutant inis, mutavimo daZnis yra toks pats (gamtininr issrylygomis apie l0-s-10-6), tadiau t ik imybe mutantui pakist i taip, kadgriZtq i pradini fenot ip4, tur i bl t i maZesnd negu nurodytas dydis.

.'fgrupes:

Dalis mutanto pakartotiniq mutacijq ryksta kitomis kryptimis, ne ipradini t ipa.

GrlZtamrjq mutacijrt daZnj lemia genomo pokydio pobudis. DaZ-niausiai taip pakinta genai (genq mutacijos). Pakitus chromosomgskaidiui ir sandarai, grjZtamosios mutacijos retos. Organizmas, kurisi5sir,yste po grjZtamosios mutacijos, vadinamas revertantu.

Griitamrlirl mutac[iq ivairovd. fvair[s griZtamqjq mutacijq tipaimincti nagrinejant genetinl koda (Zr. p. 60). Tokios mutaci jos buvopanaudotc'rs genctiniam kodui patikrint i .

Tiksl iai i toki i l pac' ia padctj mufaci. ja grjzta labai rctai. Kur kas daznesndsgrj l tanrosit is nrutaci jos. kai victoj bcprasnrio kodono susidlrro koks nnls ki las kodo-nlts, koduojantis antinor[rISti arba rrcvcikl iamo remelio posl inkio nrLrtante irykusKriko rcvcrsi jai (prici ingo Zcnklo pokyi iui nctol i pirnrojo pokyi io), t . y. isi tcrpusrruklcotich.l porai. jcigu anksi iuu buvo nuklcoticlu porir i ikr i tusi. arba iSkri tus nr.rkle-ot iclq porai. icisu anksdiau mutantc buvo isi tcrpusi nuklcotidq pora. Nors po Krikorcvers i jos l r l r l l y 'n tas vc l s in tc l i r r ; rmas, bc t j i s y ra mutant in is , ncs gcnc t in is koc las nuovie nos puZuitkrs iki ki tos. r 'cvcltuojani ' ios pirmijq paZir idq. blna pakitgs.

Rcvcrsi . jos gal i atsirzrst i i r dcl ncalel iniq genq supresoriq. pr is i-

rninkimc, kacl yra supresoriq, kuric revertuoja nonscns mutacijas. TaitRNR acnq mutaci jos. kur ios vyksta ant ikodone. Jo nukleot idq sekatampa komplcmcntar i beprasmiam kodonui. Revertanto baltymo sin-tezc vcl atsistzrto, bet bal tymas bt ina mutant inis, nes viena iS amino-rr lgidiq, esani iq normal iamc baltynrc, pakeista kur ia nors ki ta pr i-k lausomai l ruo to, kur i t ' rs tRNR :rrr t ikodone buvo tokia nlutaci ja.

Pagal iau rcvcrsi jos gal i atsirast i dcl netolygaus krosingoverio arbaIS, T'n pakeitus vict :1.

6.3. Mutacijq grup€s pagal genotipo pokydius (bendra apZvalga)

Pagal branduol ini i r ncbranduol ini paveldimum4 i iskir iami i r dupagrindiniai mutaci ju r ipai : 1) branduol ines mutaci jos, 2) nebranduo-l incs nrrr taci jos.

Branduol inds mutaci jos. Su branduol iu susi jg 3 pagrindiniai mu-taci jq t ipai .

1. Genomo mutaci jos - paki tgs chromosonrq skaidius. Jos skirs-tomos ta ip :

398

poliploidija (eupoliploidrja, gr. ett - gerai), kai chromosomqskaidius kinta i i t isais kartot iniais chromosomq r inkiniais. pol ip-loidi ja pr ik lausomai nuo to, kaip j i atsiranda, skirstoma taip:autopoliploidija (gr. oLttos - pats). kai ivyksta endomitoze -padvigubejusios chromosomos, bet nesusidaro dukteriniai bran-duoliai, neiSsiskiria, arba susilieja dvi tokiq padiq genomq so-nratines lastcles; alopoliploidrja (gr. allos - kitas), kai skirtingqr[Siq genornai susi l ie ja ivair iais tol imosios hibr idizaci jos, rarpjq i r tol imqjq taksonu somatiniq l4stcl iq hibr idizaci jos, br-rdais.aneuploidija (heteroploidija), kai pakinta (sumaZeja - hipop-loidija arba padideja - hiperploidija) pavieniq chromosomq skai-d ius .

Organizmai, kur iq lqstelese pakinta chromosomq r inkiniq skai i ius,1'ra pol iploidai , o kai paki tgs pavieniq chromosomq skaidius, - aneup-loidai (hctcropkric lai) . Pol iploidai i r aneuploidai dar skirstomi paualt i r i . ke- l i yra chromosonrq r inkiniai arbzr kcl ios homologincs chromoso-rnos. Sis skirstynras nagrini jarnas at i t inkarnuose poskvr iuose.

2. Chromosomq mutaci jos, kai paki tusi chromosomos sandara:

deleci jos, kai i ikr inta scgmcntas i i chromr)somos vidur io artr i riS kurio nrlrs chronrusclmos galcl;dupl ikaci . ios, kai tas pats chromos()mos scgmcntas kartojasi dukartus;

. inversi jos, kui chromosotnos scglxcntas pasisuka 180",

. inserci jos, kai i chr<lmosolr4 js i tcrpia scgmcnti ls;

. t ranslokaci. jos, kai chromosctmos segmentas pcrkcl iamas j k i t4victil tojc padiojc chronrc'lsomoje - viduchromosominds translo-kacijos, arbir ii vicnos chromosontos pcrkcliamas i nehomolo-eing chromosomil - tarpchromosominds translokaci jos.

Kai kur ic chr<tmttsomtl nrutaci jq i r gcnet ines rekombinaci jos t ipaiyra labai susijg, pavyzdZiui, krosingoveris. Thi abipusis scgmentq kei-t i rnasis tarp homologiniq chromosomq. Del nctolygaus krosingoverioi ' icnojc i5 homologiniq chronrosomLl sr-rsidaro dupl ikzrci ja, o ki tde -dclcci ja.

( 'hromosontu nruluci jas patogiausi ir t i r t i pol i tcnintse chromosomosc clcl dvicjqpr ieZas i iu :

399

' gal ima i i i I ret i i r labai nedidel ius chromosomq sandaros pokydius (pvz.,disko padcties pokyi io, Zr. tol iau, 6.20 pav.).

' homologinds chromosomos nratomos konjugavusios ir mitozdje. Mat leng-viausia chromosonlu mutaci jas aptikt i . kai vicnojc i i honrt l loginiu chromoso-mrl yra mutaci ja, o antra honrologini chn)mosonra nepakitusi.

Chromosornq mutaci jas mitozcjc eal inra pastebdti i r claZant chromosomas dife-rcnc in iu b ldu . ' "p i t t c l r ronrosonras spah, ' i r ran t j va i r iomis spa lvonr is (Zr . l . l2 pav . ) .Chrttnrosomq nrutaci jos nLrstat()nros ir gcnctiniais mclr lcl :r is.

3. Genq, arba taSkinds, mutacijos. Thi pavicniq genll pokvdiai.Sios mutaci jos pro mikroskopi l nepastebimos, toddl t i r iamos t ik ge-net iniais metodais.

Nebranduol ines mutaci jos. Jos i5 esmcs at i t inka brarnduol io genqmutaci jas, ncs ki tokio poblclZio ncbranduol iniq paveldimumo struk-t l rq pokydiai kol kas neZinomi. Pakinta DNR scgmcntai (ncbran-duol iniai genai) , koduojantys RNR arba baltymus, pana5iai kaip bran-duolyjc. Netrranduol ines nrutaci jos skirstontos taip:

. plast idZiq (chloroplastq) mutaci jos;

. mitochondrijq rnutacijos;

. plazmidi iq mutaci jos (smulkiau skirstomos pagal tai , kur i plaz-nidc pakito);

' kapa dalel iq mutaci jos i r kt .

6.3. l. Genonro mutacijos

6.3. l. l. Autopoliploidija

Autopoliploidija - kartotinis to paties genomo chromosomqrinkiniq pokytis. Rinkiniq skaidius didesnis kaip du.

Autopol iploidq gavimas. Ir gamtiniai , i r dirbt iniai pol iploidai daZ-niausiai atsiranda del endomitozis. Chromosomos padvigubcja, betnesusidaro clukter iniai l r randuol iai .

Endomitoze daZniausiai lyksta todcl, kad nesusidaro achrt.rnatineverpste, kuri paskirsto padvigubejusias chromosomas dukteriniamsbranduol iarns. Yra daug veiksniq. stclbiandiu baltymq tubul inu sinte-zq arba jq jungim4si I mikrovamzdelius, pagalizru mikrovamzdeliqjungirn4si i stambcsnius jq agregatus - achromating verpstg.

Specif in is mutagenas, sukel iant is autopol iploidi jzr , yra kolchicinas.. l i p irmasis atrado 1936 m. Bleksl is. Kolchicinas yra alkoloidas, i5ski-rianras i5 augalo rudeninio villvio (Colthicutn autuntnale). Jis stelbiatubulinq sintezg. Pats augalas Siai medZiagai yra atsparus. Nespecifi-niai autopol iploidi jos sukelejai ( j ie gausiai sukel ia ki tq t ipu mutaci-j ls) yra jonizuojant iej i spindul iai . Pol iploic lai gal i atsir : rst i del f iz iolo-giniq veiksniq, pvz., senstant. Kai kur iuose audiniuose (neuronuose,

kcpenq lqstelesc) pol iploidi ja vyksta rcgul iar iai i r susi jusi su Siq au-r l i r r iq funkci ja. Kolchicinas sukel ia pol iploidi ja t iek augalq, t iek gv[-nu (Zmogaus) lqstclese. lh i iau pol iploidai - organizmai, kur iq l4ste-lcsc padidcjgs chromosomq r inkiniu skaidius, daZniausiai yra augalai .

Gy'vunu gamtiniu pol iploidrr pasitaiktr rcdiau, pvz., kai kuriq si lkiLr. karpiq, ta-r .ukonq, l r i tono r [ i iq . tad iau j ry po l ip lo idq h0na su t r i kus i l y t i cs ra ic la . Da in iaus iu i

i(srvcna t ik tos pol iploidincs rhit 's, kurios dauginasi partcno{e nczcs birdu.

Mitozind, mejozin€ ir zigotind autopoliploidi.ia. Autopoliploidija,kaip i r k i tq t ipu mutaci . jos. gal i r .ykt i ivair iosc l4stcl isc bct kur iucrorganiznro raidos momcntu. Kai autctpc'r l ip loidi ja pasirci5kia somati-nese l4steldse ((r .2 pav., a), gaunama mozaika. Dalyjc tokio organiz-nro l4stcl iq yra normalus diploidinis chromosomq skaidius, o ki tojedalyje pol iploic l in is (pvz.. 4n). Pol iploidinio scktor iaus dydis pr ik lausonuo to, kaip ankst i ontogcnczi jc [vyko endomitozc, dcl kur ios i t ts i -rado pol iploidines l4steles.

"WSonra t ines lqs tc l ts

6.2 pav. Mitozin€s (a), mejozinds (D) ir zigotin€s (c) autopoliploidi jos pasekmds

Sonratincs lqstelcs

400 401

Po endomitozes, kuri ir.lrko generatyvinese l4stelese arba tose l4s-tel6se, i5 kuriq r,ystosi generatlvines l4steles, - yra mejozind poliploi-

dija. Po jos genera[vinese l4steldse yra ne haploidinis, o diploidinischromosomq skaidius (6.2 pav., b). Tolesnis poliploidijos generatlvi-nese l4stclcse likimas priklauso nuo to, kokios tdvo ir motinos lyti-nes l4steles susilicja. Dauguma lytiniq l4steliq turi nepakitusi, haploi-dini chromosomq skaidiq. Thd ir dauguma palikuoniq yra normallsdiploidai. Kai susilicja lytine l4steld, kuri turi 2n, su normalia hap-loidinc lytine l4stcle ln, zigota yra triploidind - 3n.

Tikimybe labai menka, kad susilietq abi - tevo ir motinos - ly-tines l4stclis, kuriosc lvyko gamtind poliploidija: 2n I 2n : 4n -

tetraploidas (6.2 pav., b).Vis delto tarp Zmogaus pcrsileidimq pasitaiko ir tetraploidq (4n).

Kur kas daZnesni (tris kartus) triploidai (3n). Apskritai Zmogaus po-liploidija sudaro apic 20oh gemalq su chromosomq anomalijomis.Kartais gimsta Zmogaus tr ip loidai ar tctraploidai, bet j ie trumpaigyvena. fdomu, kad tetraploido fenotipo pokyiiai yra menkesni ncgutr iploidq.

Kai chromosomll skaidius padvigubdja zigotoje, visos organizmol4steles yra pol iploidines (6.2 pav., c). Zigot incs pol ipkr idi jos pr ieZas-tis papildo apsivaisinimo anomalijos - gali b[ti, kad vicn4 kiauSia-lzlstg apvaisina du spermatazoidai:

|io

;O , . ' . r ." '

Autopoliploidq grupds. Autopoliploidq biologines sarybes daugiau-sia lemia lyginis (ortoploidija, gr. orthos - taisyklingas) arba nelyginis(anortoploidija) chromosomq rinkiniq skaidius. Kai chromosomq rin-kiniq skaidius nelyginis, mejoze negali blti normali, ir anortoploidai(3n, 5n, 7n ir t. t.) bfina stcril[s. Anortoploidija atsiranda susikryZ-minus dviem ortoploidams, kurie turi skirting4 chromosomq rinkiniqskaidiq, pa*ryzdLiui:

Anortoploidija gali buti dide-lis kliuvinys kryZmadulkiq augalqselekcijai. Naudojant ortoploidusselekcijoje, ypad kryZmadulkiusaugalus, susidarg anortoploidaipaprastai yra nepageidautini. Pa-ryzdLili, tetraploidiniams grikiams(6.3 pav.), kuriq seklos 2-3 kartusstambesnds uZ diploidq sdklas, su-sikryZminus su diploidais, hibridaiyra triploidai ir sterilts. To galimai5vengti auginant tik tetraploidi-nes veisles. Thi ne taip lengva.

P o l i p l o i d a i v a d i n a m i p a g a lchromosomq r inkiniq skaidiq: 3n -

triploidas, 4n - tctraploidas, 5n -

pentaploidas, 6n - heksaploidas irt . t .

Au topo l ip lo idq mejozds i rchromosomq paskirstymo pal i -

kuonims ypatumai. Gamtojc egzistuoiandiq ortoploidq mejoze yra sta-bili ir reguliari: lytinese l4stelese chromosomq sumaZeja per pusg, to-lygiai pasiskirsto homologines chromosomos:

6 . 3 p a v . D i p l o i d i n i a i ( k a i r d j e ) i rtetraploidiniai (deSin€je) grikiai

' lcvai 4nJ .

Gamctos 2n

6nJ ' '

2n 3n

l r t . t

\3n

Tbdel tetraploido lytinese l4stelese yra po dvi (kitq poliploidq -

6n, 8n, atitinkamai daugiau - 3, 4 ir t. t.) homologines chromoso-mas. Thigi poliploidq lytines l4stcles gali bDti geneti5kai negrynos:

Tcvai AAAAv

Gametos AA

aaaa AAaa| , / l \

- u

a a I A A : 4 A u ' . l a aTcvai 2n x 4n 4n x 6n

Gametos n. ,2 tn. a2t'..

/ tr

,'

Palikuonys Jn sri '

Vadinasi, kai tetraploidas yra heterozigotinis AAaa, susidaro trijqtipq lytines l4steles AA, Aa, aa, Iodel, kryZminant tokius heterozigo-tinius tetraploidus tarpusar.yje, homozigotiniai individai su recesyviuojupozymiu atsiranda tik santykiu 1:35:

403

l'Heterozigotiniq diploidq Sis santykis b[tq l :3:

A aA A A A Ao 7 a l * l

t . y . t t 4 A A : 2 t 4 A a ' . t t 4 a a

Vadinasi, augalll poliploidai gali bfiti naudojami ilgalaikei hetero-zei gaut i .

Naujai atsiradusiq autopoliploidq mejozeje chromosomos daZniau-siai pasiskirsto labai netolygiai. Par,yzdZiui, tctraploido lytinese l4s-tcl isc gal i bl t i tc lk ie kur ios nors konkrei ios homolt tgincs chromoso-mos skaidiai :

Tcvai 4 chronrosomos- , , . : \ , -

- - " . . " - " "1 : " ' , : ' i ' - - - . . -

( l a m c t o s 4 c h r : 0 c h r 3 c h r : l c h r 2 c h r : 2 c h r

I v ienE dukter ing l4stclE gal i patckt i v isos kctur ios Sios konkre-i ios homolog inc 's c l t romt tsomos. o ia l t t r4 - n i v ie t t t l s i r t . t . S iuorci ik iniu naucloiamasi augalq ancuploidams gaut i .

Nesubalansuota mejoze yra antra kl i l t is pol iploidi ja i id iegt i se-lekci joje. Neretai autopol iploidai intcnsyviau augzt, bct lctai $,stosi .Tir i t redia kl i l t is panaudot i pol iploidus selekci jojc.

Poliploidijos naudojimas selekcijoje. Nepaisant nurodytq kli[diq,pol iploidai yra stambesni. Daugcl iui augalq 5i sarybe svarbi ekono-miikai : stambesni Zicdai, vaisiai , dauqiau mases. Todcl pol iploidi jadaZnai natrdojama augalq selekci joje. Genet ikams tenka sprgst i , kaipgauti stabili4 konkrciiq poliploidiniq augalq mcjozg, i5vengti leto po-liploidq r,ystymosi ir kryZminimosi su diploidinemis formomis. Pir-miausia ieskoma b[dq, kaip organizmus dauginti vegetatyvi5kai. Thipdauginant i5vengiama visq tr i jq kl i [d iq.

Dauguma Zemds [kio augalq yra pol iploidai . Anksi iau Zmogusatrinkdavo produktyvcsnius augalus. netirdamas jq chrornosomll, to-del gana daZnai tai budavo poliploidai. Gamtiniai poliploidai yra kvie-iiai, aviZos, bulvis, cukranendris, bananai, Zemes rie5utai, Zemuoges(bra5kes), serbentai, agrastai, slyvos, daug obelq veisliq, kavamedis,tabakas, vilnamedis, dobilai, l iucerna, motiejukai ir kt. Naudojant

104

cl i rbt inius pol iploidus, deiugiausia pasiekta dobi lu, cukr iniq runkel iq,ii lkmedZiq, rugiq selekcr.loje.

Lietuvos Zemdirbystes instituto selekcininkai irgi sukire ivairiq au-galq tetraploidq: raudonqjq dobilq veisles 'Vyliai' ir 'Kiriinai', svidrdsv'cisles 'Sodre' ir 'Zvigl€, tikrqju eraidinq veislg 'Dotnuva I', vikius.

Dauginant pol iploidus lyt iniu b[du, rc ikal inga i lga atranka, kolpavyksta gaut i stabi l iq mejozg, todel ie ikoma budq, kaip sukurt i ne-sikryZmininro ba{er4 tarp diploidq i r pol iploidu. PavyzdZiui , kukur[-zq genomc apt iktas genas Ga. del kur io diploidiniq kukurlzq Zieda-t lulk is neclygsta ant tetraploidiniq augalq purkos.

Sclekcijoje naudojami ir vegetatyvi5kai dauginamq augalq anor-toploidai, ptvyzdLiui , t r ip loidincs drebules, egles, Si lkamedZiai , ar-batkrfmiai , obelys (apie % ju vcisl iu yra tr ip loidai) i r kt . Gamy-bojc idiegt i i r lyt in iu budu dauginamq augalq tr ip loidai , kai j ieluginami nc sekl inci produkci jai gaut i : t r ip loidiniai cukr iniai i r pa-iar iniai runkcl iai , turnepsi ls, agurkai, arbIzai i r kt . Antai t r ip loidi-niq arb[zq vaisiai ne t ik saldcsni uZ diploidq, bet i r netur i scklq.( 'ukr iniq rr"rnkcl iq tr ip loidai , palygint i su tos padios vcisles diploi-r l i r is, tur i 0,3-1!% daugiau cukr:rus. Bc to, jq stambesnes iaknys.

l a a4AalA,4lAA1Aa

laa

IAAAA 4AAAa lAAua4AAAa l6A4aa 4Aaaa

lAAaa 4Asaa lsaaa

t . y . 1 1 3 6 A A A A : 8 , 3 6 A A A a :

18136 AAaa :8136 Aaaa : 1136 aaau

Triploidq s€kl ininkystds ypatumai.r lus k rvZnr in t i su d ip lo ic la is pasa l jau

.ln x 2n3n

Tr ip lo idu sck la i gaut i rc ik ia r ruo la t tc t rap lo i -I t i rq r i r t r ' t i 1 k ryznr in i r r r r l dc r i t r i :

arba 2n x. 4n3n

Nct irrbirzu. kuriuos kryZminti pagrLl Ziedo sandara nclabai sudctinga, hibridanrs

, Q 2\ o- ff:'Ji'ii:,:lTilfli:'i',1;::l'iiJlt:lHl. . / ,r1. .4- cl i l rr iploiclai Zyminri gcnais Zymckliais.

, , | 1 l ) ) " " *s , , c l f Auga lanrs l c idZ iama la isva i aps idu lk in' [ i7 ;

- t i . i r p : te i r l Z rn tck l ius r t l rcnk i rmi t r ip le i -

l \ , / t k r r . Pr *yzd2 iu i . 2ymck l i r r i ynr gcnr r i . nuo

| \ , / k r r r iq p r ik l i r r rso r r rh lzq v r r i s iu sp : r l r r r : te t -

| \ , / raploido, kurio genotipasgfgg,, vaisiai

J \ f y ra i v ics ia i Zu l i su : iuuromis juosrc le -

S@-i ffi u:ffifri;$*ifr:.c?.s .+,' 1- \r/ fi:.lilil::'li'];1",*.'l1li"Tl[iii:J:

6.,1 pav. Arbfizq tr iploidiniq (3x) hibridq galui margais vaisiais (6.4 pav.). Jic yrnatr i lnka, pasinaudojant genu-Zymekliu tr iploidai.

405

Y

Autopoliploidijos reik5md evoliucijai. Poliploidiniq rfiSiq eiles. Ka-dangi poliploidai yra gyvybingesni, atsparesni nepalankiems aplinkosveiksniams, poliploidines rlSys nepalankiomis s4lygomis daZnai i5stu-mia diploidines r[Sis. PavyzdLiui, Spicbergene, kur s4lygos itin blo-gos, 804/a visq augalq yra poliploidai. Thdiau grynai autopoliploidiniqr[Siq yra nedaug, daZniau autopoliploidija derinasi su aloploidija.Thip susidaro poliploidines eiles, kaip antai kviediq:

l. Triticum nTonqcoccum - 2n = 74ll. T. cluntm, T. dicoccum, T. tttrgidunt,

'f. polonicum - 2n = 28III. Z uestivum, T. compactunt, T. spelta - 2n : 42

Thigi bazinis (X) visq kviediq r lSiq chromosomq skaidius yra 7.Paprastieji kviediai (7. aestivum) turi 3 genomus A, B ir D (Lr. toliaui r 6 .11 pav . ) .

Poliploidines eilis Zinomos ir gyv0nq (pvz., varliq Ceratophridi-dnc, silkiq ir karpiniq Zuvq). Thrakonas Blatta gerntnnica (prtsokas)turi 24 chromosomas. o 19. oriantali.s - 48.

6.3.1.2. Alopoliploidija. Tolimoji lytini hibridacija. Somatini4 lqseli4hibridizacija

Alopoliploidai gaunami sujungus (suliejus) du skirtingus ge-nomus. Sujungimo bndai yra du: tolimoji lytine hibridizacijair somatiniq lqsteliq suliejimas.

Pastaruoju b[du gali bfiti gaunami ir autopoliploidai, jeigu sulie-jamos to paties genomo lqsteles.

Tolimoji lytind hibridizacija. Thikomaisiais tikslais anksiiau toli-mqja hibridizaclja buvo daugiau domimasi negu dabar. Ypad daugbuvo padaryta Rusi joje.

R[Siq nesikryZminimas. Kai kurie I. Micurino sukurti bldai to-limiesiems hibridams gauti, ypad bldai rflSiq ir gendiq nesikryZmini-mui iveikti (vegetatyvinio suartinimo, apvaisinimo Ziedadulkiq mi5i-niu, tarpininko), nors ir nera perversmas moksle, bet verti gilesniqtyrimq.

406

NesikryZminimas yra vienas i5 rfiSies kriterijq, i5 kurio spren-dLiama, ar yn dvi savaranki5kos rd5ys, ar tos padios rl5iesskirtingos formos. DaZniausiai r[Sys nesikryZmina.

Norint nustatyti r[Si, Sio kriterijaus suabsoliutinti negalima. Kaikuriq augalq gcndiq (Salk, Poptrlus ir kt.) ruiys labai lengvai kryZmi-nasi. Gali nesikryZminti ir tos padios rfiSies skirtingos populiacijos,formos, rasds. Vienaip ar kitaip ruiiai atsirasti bfitina izoliacija (ne-sikryZminimas). Nesant nesikryZminimo barjcro, r[Sys i5nyktq, kaip iratsiradusios naudingos formos. Besiporuodamos su senomis,,, i5t irp-tq" tarp senq formq.

Negwybingi ir steri l [s hibridai gal i trut i dcl jvair iq pricZasdiq, net dcl motinosorsuniznro i takos motininio efekto. Si barjcr4 pavyksta ivcikt i auginant augalqgcnral i l izol iuotai nuo endospcrmo, o gyvunq gcrnal i l transplantuojant i ki t4 moti-nini organizrn:1 arba al l ickant abipusius kryZminintus. Abipusiq kryZminimq skirtu-rrrai atsiranda ir dcl to, kad citoplazma neati t inka branduolio genq, taip pa1 dclcitoplazminiq genetiniq strukt[rq, ci toplazmai jautr iq genq ir nct judriqlq genomoelenrentq (taip yra clrozofi los populiaci josc).

Branduolio vaidmuo daugiaplanis. Pirmiausia nesutampa genomai. Jic ncho-nrologiniai. Thi iau ncsikryZnrina ir art imos rOiys, kuriq didZioj i gcnorno dal is yraIrtrnrtrltrgini. Pvz., taip yra tarp dvicjq artimq drozofilos riliu Droxtphila pst'udoohs-tt tm ir I) . nirantlu. Jr l ncsikr.yZminimq s4lyeoja chromosomq mutaci jos - invt 'rsi josi r t rans lokac i jos (6 .5 pav . ) .

p; l l ' : , f f

t ' ' ' v t6 . " " ' 'p ' r l l ' " r '

nti ,YL

, . l,"putut scgmcnttr

[--l_.; skrnasi clcl rnversrlu

i ' l p o t r a n s l o k a c l . l o s

I skinrngi nr'homologrniai scgrtentar

n,.!,+...

'':;,1:::)

. ,1 , l , t t ' - " nrr I t '

t i - 1 - ' '

' ' ' . p.r-\7?' ' { : ./ i..J

arr . \7 i ' . . t

,trlll1!

ttSt

6.5 pav. Dviejrl drozofilos rtliq D. pseudoobscura ir D. miranda genomq palyginimas

:

I

\ ,^

407

Y

Tblimosios hibridizacijos/alopoliploidijos pamatus sukure G. Kar-pcienka. Jis iSsprende pagrindines tol imosios hibr idizaci jos problcmas:

. kodcl tol imicj i h ibr idai ster i lhs,

. kaip atkurt i ju vaisinguma.

Amfihaploidai ir amfidiploidai. G. Karpedenka pagarsejo ir ruo,kad sukurc naujq vaising4 augalq genti Raphanobrsssica. Jis su-kryZmino ridikrl (llapltunus suti+,tts) su kopustu (Brassica oleracea).Nors abu augalai pr ik lauso skir t ingoms gent ims, bct tur i po vicno-d4 diploidin! chromosomq skaidiLl (2n = 18):

P Raphanus2 n = l E

I( iamctos (.)

IF ,

F, hibr idai buvo stcr i l ls. Nors i i koplsto i r r id iko j ic paveldejopo 9 chrontosomas, bet jos nchomologincs, todcl ncgalejo i ,ykt i me-joze, ncsusidarc lyt incs l i lstc lcs. Kadangi Sie augalai turejo po hap-loidini abicjq r0i iq chromosomu r inkini , j ic vadinami amfihaproidais(gr. untpli - i5 abicju pusiu, lnploos * paprastas), bct ii tikrqjq buvodu, t ik skir t ingi chronrosomq r inkiniai , todel j ie vacl inami i r arodip-loidais (gr. ul los - k i tas).

vis dcl to G- Krrrpcdcnkai pavyko F, rast i v icnq vaisingzl aue, la.IStyrLrs chromosornas pauiSkcjo jc l vaisingunlo pr iczast is: augalo l4s-tc lcsc buvo ne l l J . o . l ( r chromosomos ( ( r . ( r p i rv .1 . S is uug l r r i rs tu rc jopo 2 r idiko i r koplsto chrulmosomu r inkinius, todel nornral iai vyko6gjoze. lbks dvigubas chromosomq skaidius G. Karpcdenkos bandy-n tc r r ts i r i rdo a ts i t i k t in l r i :

/r.6 prrr,. Raphanobrassica:, l - r icl ikirs (Rult l tuttus). B stc-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 -gas anrl ' ic l iploiclas; 1) kophstas( I)ru,s,sit 'u) (pugir l ( i . Krrrpci 'cnko,te27)

pcdenka, stcr i lunras atsirandat inos ci toplaznrns.

G. Karpcdcnka ir io bcndradarbc S. Savinskaja (193-5) atrado rei5-kini , kur is buvo pukartot inai atrastzls t ik po daugel io mctq. ?r i chro-mosomq el iminaci ia. Kai koplstas buvo kryZminamas su r idiko-ko-pusto amfidipkr idu, pal ikLronys buvo t ik koprlsto tcnot ipo:

P l f i B x ( l t t R + l l l B )r l

( ;anrctos 9 B. (9 R.+ 9 B)

- I 'ur0 jo bf i t i ( l l ' l B+9 R).

i5 tikrqjq buvo lt lB visi augalai kopirsto f 'enotipo.

Siq augalq gcnotipui patikrint i j ic (t ivas) buvo sukryZminti sujvzrir iomis koplsto formomis (motina):

l8 B iva i r ios kopf is to formos x kopusto fenot ipo h ibr idas ( . l8 B?)

* *

,i' l,rli

i} tt1l"'1::i. "1 i i' , i , i

I i , i[ ' J

,?;{", S( l ) . '

Augaluose Siuo metu chromosomqrinkiniq skai i ius nesunkiai padvigubi-namas sukel iant pol iploidi ja kolchicinu.

Tcrlimieji gyvfinq hibridai n€ra sen-saciia (nors apie juos megstama ra5y-t i la ikraidiuose), bct retesni. DaZniau-siai j ic yra stcr i l ls. todel jq panau-doj imo gal imybcs r ibotos. Pr i taikyt ipol iploidi ja jq vaisingumui atkurt i ne-gal ima. P: igr indinc iq ster i lumo pr ie-Zast is ta pat i - gcnomLl neat i t ik i rnas.Vis dcl to kartais i r nevaisingi gyvunqtol imicj i h ibr idai yra naudingi. J ie au-qinirmi t lc l hihr idr l hclerozcs. pvz.. ur-kl io x asi lo hibr idas mulas, nes yralal-rai iStvcrnr ingas, st iprus. Siomis sa-vybcmis lcnki i r rbtr t i 'vus.

Kartais stcr i lumo i ivengiama zrbipu-si i r is kryZminimais. K:r ip j rode G. Kar-i r kai tcvo brancluolys ncat i t inka mo-

(R) x Rra.rsrca (B)2n = l l i

R

l t t (9R + eB)

' 3 " i { ' l t

i-

fq. . .J l

BI9 BI

Fr

(iarnctos

F2

(9R + 98) x (9R + 98) Aml ihapto idairl

(9R + 98 ) (9R + r98 )\ r /

36 ( l lJR + l88) Amf id ip lo idas

Tolimq1q hibridq vaisingumas atstatomas F, hibriduose padvi-gubinant chromosomq skaidiq. Po to hibridas tures po 2 abie-jq r[Siq chromosomq rinkinius. Tokie hibridai vadinami amfi-diploidais, arba alotetraploidais.

ICiarnctos 9 B

Pal ikuonys

Ie B(?)

I I J B

408

-L

409

. _ _Vit] palikuonys buvo su dominuojaniiais kop[sto pozymiais, t. y. sul8 B c-hromosomq. Vacrinasi, visiskai eriminavosi ridiio .hru*orurnor.

Tolimqiq hibridq sav-vbds. Tblimiesicms hibridams bfidingi ivairusmcjozes, apsivaisi'imo, taip pat poimiq paverdejimo nukrypimai.Ne rettr i hibridai labai panains i motining'r irsj. Jeigu tai kartojasi irkitose kartose, galir.a i tart i , kad hibridai dauginasipartogcnezes ar_ba ginogenezes (arba augalq - apomikses) Ui<iu.

Tipi5kais lyt inio.dauginimosi atvejais der Fr hibridu nenormaliosmej.ozes F, poz,vmiai paverciimi rabai sudetingai. Rctokaipozymiai pa-veldimi pagal Mcndclio desnius. paprastai r, totimieli hibridai bfinalabai ivai.rs; pasitaiko incliviclu su vislskai naujais porymiuis, labai claz_nos moz.ikos. Dcl.netaisykl ingos mejozes ryksta clar"vienas rei ikinys:tarp tolimqiq hibridq palikuoniq dainai pasitaiko aneuploidija.

IS tol imqiq hibridq vaising'm. ir homoroginiq chromosomq kon-jugacijos mcjozejc sprcndziama apic genotipiig rliiq giminystg. Kar-tai.s tolimieji hibrid..i buna vaisingi bc chro,n.rru,rq [advigubc.iimo.Tri gal i buri dcl dvicjq priezasdiq: a) rfsys yra bcndros kirmes irge':neti ikai labai art imos; b) klaidingai ctvi si ir t ingos tos paiios rusiesl irrmos laikomos r[ i imis.

. Hibridinds r[iys. Amfidiproidai daz.iausiai daug gyvybingcsni, ge-riau prisitaikg pric aprink's sqrygrl uz pradines rusi i . l icms parankes-nc gamtinci atranka.

. Dcr t. gnn.ttul" atsirancra hibricriniLl r[srq. Jqgcn^ctine ,s,ndar. gal i blt i labai sucrctinga. Kartais jos sudaryt 's neii 2, . 3-'1 nevicnoclq gen.mq. Kai clrganizmas iuri 3 skirtingus

gcnomus, j is yra al.hekszrprridas (6n). Blte't t .kie yra paprastiej ikviciiai (Tiiticum ue.srirttn) su trimis genomais (zr. toliau, o. t t pav.y.Sic gcnomai turi claug bendr.q gcnq... I5 alopoliploidq kiro. daug augaru r[siL1, ypad zcmds [kio: kvicdiq,

vilnamcdZi.' bulviq ir kt. Ar.pJiptc,i,iiner -,:usy,

turp gyunnq retes-nes, bet pasitaiko, patryzdLiui, silkiu, karpiniu Zuvu.' 6ki.s gyv[nqrusys dazniausiai dauginas.i partenogenetiikai. partenogcn.r.-[inug"-ncze tokioms ruiims yra bfitinybe,

-nes poliproidiia d.alnai paLeic)Lia

gyv[nq lyti.zinant hibridines rui ies kirnrg, be rLi i ies pavadinimo, skriau.stuose

daznai nurodomos tevines rusys, pvz., pirkoji tuopa - ioprtr^ crnes-cert.s (P albu x p tremula).

R[5iq resintezi. 1932 nr. s'cdq scncrikas Miuncingas (A. Mrintzing) sukryzmi-no dvi aklcs ruiis: geltoni$1 lkle \{;alcottsi,s .speciosa) su plaukuot4ja aklc (G. 7zr-be.st'cns) F, j is gavo arotriploidinj hibrida. panaiq i i i^,ini akrg ({;l rc,ruttiry, rc<Jil

4r0

i is hibridas buvo pavadintas G. pseutlotetralt i t . Ji sukryZminus su plaukuot4ja aklc(G. pttbcsct 'ns) gautas alotctraploidas visais atZvi lgiais. net chromosomq rnorfologi jatapatus dirvinei aklei (G. tetrahit). Su i ia r lSimi alotetraploidas laisvai kryZminosi.h ib r ida i buvo va is ing i .

Tfro padiu metu V Rubinas atklrc namincs slyvos (Prunus t lortrest icu,2n = 48)istori j4. Jis sukryZrnino skcstaiakc slyvq (P di 'or icata, 2n = 16) su dygiqja slyva(P:;pinosa,2n = 32). Thrp hibridq buvo vienas augalas amfidiploidas (;18 chromo-somos), visi5kai panaius j naming slyvq (P t lonte.st ica).

Vadinasi, tol imoji hibridizaci ja padeda nustatyt i ivair iq rf i i iq ki lmds istori j i i , pa-k a r t o t i n a i a t k u r i a n t r h i j .

Tolimoji hibridizacija/alopoliploidija augalq selekcijoje. Dimesystolimajai hibridizacijai pastaruoju mctu gcrokai atsl[ggs. Mat j11 Ia-bai sekmingai i5stumia genq inZinerija.

Zemes Ikio augalq ir naminiq gini[nq girninaiiiai laukines r[5ystur i daug vert ingu genq: atsparumo l igoms ir vabzdZiams, nepalankiemsckologiniams vciksniams ir pan. Juos pcrkelt i i naudojamq augalq i rgyv[nq genom4 nc vicno genet iko svajonc, kaip i r gcnus, lemiandiuskvicdiq daugiametiSkum4. Thdiau sukryZminus kad ir kvicdius su varpu-diu, sul iejami abiejq augalq gcnomai, t l ro tarpu domina t ik pavicniaigenai. Be to. laukines r[Sys turi daug dominuojandiq genq, todel hib-ricias panaius j lauking rLrSi, pvz., i varputi. Kvieiio sarybiq nedaugiilieka. Kokia nauda iS tokio hibrido? Rcikia daug kartq atlikti griLta-muosius kryZminimus, nor int vcl gaut i ne k4 ki ta, o kviet i .

Genq inZinerijos metodais perkeliama tik dalis genomo - pa-gcidaujami genai.

Thdiau bhtq klai da .,nura5yti" alopoliploid ij 4 kaip genetikos-selc.kci-jos metod4. Tblirnoji hibridizacija gali bDti ticsiogiai taikoma kuriantnaujq hibriding r[Si ar net genti. Taip sukurta naLrja gentis kvietrugis(Ti'iticale). Ji yra kviedio (Tiitiant) ir rugio (Sec:ale) hibridas.

Alopoliploidija yra svarbi kaip genetines analizes metodas:. r lSiq ki lmei t i r t i , ju gcr]omams atkurt i ;. augalt l monosominems ir nul isomindms l in i joms sukurt i (Zr.

toliau); pasinaudojama tolimuosiuose hibriduose cJaLna aneup-loidi ja;

. norint pakeisti vienos ruSies chromosom4 kitos r[Sies ar gen-ties chromosoma, t. y. gauti linijas su pakeista viena chromo-soma,

. haplcl idams ir pol ihaploidams sukurt i .

41r

Y

Lietuvoje kvietrugi suklre J. I]uravas. A. Sriesaraviiius ir S. Ne-kroi .s sukure nau. ja pasariniu z.r iu veisle 'punia' , kur i yra tarpgen-tinis eraiiino (Festucu prutensis) ir sviclrcs (Loliunt multiftorutm) hib_ridas (fl pruten,si.s x L. nutlti.florum). Abu tevai buvo tetraploidai. Tiipalengvino gaLrt i hibr idus.

s 'matiniq l4stel iq hibr idizaci ja (b[das aroporiproidams ir aneup-loidams gaut i) . S.marinis l4stclc ls spontaniski i susi l ic ja retai . toddljq susi l ic. i imiy i rpt iko t ik 1960 nr. v icnu mctu kel i moksl ininkai.

Kaip gaunami somatiniq r4steriq hibridai? Labai svarbi klifitissornat incms l4stclenrs susi l ict i yra lqstelds apvarkaldr is (augalq - s ie-.c lc l) . Kad l4srelcs susi l ietu, iq apvalkalel is paial inamas.- pradZiojegyvul iniLr lqstcl iq apvalkalel iui suardyt i buv. n.udojamas Scnclejausviruso galvudiq prcparat.s. s is virusa.s sukeria he'agriut inaci iq, ardy-damus lzrstcl iu apvalkalel i . Jo gulvutc, ie yra fernreniu.

Vcl iau i icnrs t ikslums surasta f-ermcntq; daZnai 'auclojamas po-l iet i lcngl ikol is. Arrgalu sicnel i suclaryta i5 ccl iul iozcs arSa herniccl iu-l i .zcs. Suurckrnra i4 skaiclandiais fc imcntais, pr l iet i lcngl ikol iu.

L4stelis, kurioms pasarintas apvarkareris/sicncri, vadinamos pro-toplastais.

Dvi susilie.iusias lqsteles reikia atskirti ir paiinti. Tirm tiksluinauclojanros selcktyvi .s tcrpis. paprast iausia hi6r idincs lerstelcs at_skir t i , je igu i r v ienas, i r antras .rganizmai, kur iq s.matinis r4steressul ie ' jam.s, ncsintct ina kokiq ' r l rs skir t ingq nrcdziagq. Pavyzrtziui , v ie_n:rs ncsi'rtetina hipoksantino (hyp), o kitas leucinJ

'Qeu-)." Terpeje bc

siu nrcdzi .grr g, l i augt i t ik hibr ic l incs r4stclcs, ncs pi imoj, organizmogcnotipas hyp-hyp-leu*Ieu*, r-t antrojo - htp*hjp*i"u-tni-. Hibridinesfastclcs vrit tctraploiciincs ir hyp*lryp*hyp-hyp-leu*leu*lert-leu- gcnoti_po, taigi sugeba sintct int i abi medZiaqas.

. Hibr idinis l r lstc lc 's apt inkum.s i r k i tokiais mctoclais: genet ineskon-rpfcmcntacij.s, citogenctiniais, bi'cheminiais, ypad pagar izozimtl( izofcrmentq) spektrus i r kt .

. s 'matiniq lqstel iq hibr idizaci jos r ibos. Sul ict i kuo rabiau nutoru-siq ' rganizmq protoprastus vienu meru (apie l965-1970 m.) buvonet madinga. Sul ictos skir t ingq krasiq i r t ipq gyv[nq somatines l4s-tcl is: v iStos * Ziurkes. uoclo * Zmogaus, tzr ip- pat i t i r t ingq augalqScimq l4stelcs: mieZiq * sojos, kukui.Uzq + .sojos, ropiq i solos ir

t l 11 t L

kr. Lqstel iq sul iej imo r ibos i5 t iesq labai pladios, nes gaut i somatiniq

Isstel iq hibr idai net tarp augalq i r gyvunq. Sul iet i miel iq lqstel iq i r

ZiLrrktls eritrocitq, tabako ir Zmogaus veZiniq HeLa l4steliq protop-

llstai. Tokios l4steles iigyveno kelias dienas ir net susidare apvalka-

lc l is. MorkLl i r Zmogaus HeLa l4stel iq hibr idas net dal i josi !l r v is delto r iba yra. J i pr ik lauso ne nuo gal imybes sul iet i protop-

lustus, o nuo chromosomq el iminaci jos. Hibr idinese l4stelcse, gauto-

\c tarp nutolusiq tzrksonq, vieno kurio konkretaus taksono chromo-

\or los pasiSal ina - el iminuojasi .Chromosomq climinacija (sinonimas chromosomq segregacija) bu-

cl inga ne t ik tol imiesicms somatiniq lz lstel iL l hibr idarns, bct i r kai

kur icms vidLrr l5iniams jq hibr idams.Kaip rnincta, sul iejus somatines l4steles, chromosomcls el iminuo-

j : rs i tam t i k ra k ryp t im i :ZmogaLrs*pelcs - el i rninLrt t jasi Zmogaus chromosomos;Zmogaus*Ziurkcs - Ziurkds chromosontos ir kt.

Chromosomq eliminacijos kryptl galima pakeisti. ' lbi

indukuo-jamas rei5kinys. Eliminacij4 sukelia jonizuojandioji ir ultravio-let ine spindul iuote.

Norimo el iminuclt i genomo l4stclcs Svit in l tmos. Sul ictosc somati-ncsc lilstelise climinuojasi ivitintos chromosomcls nepriklaustlmai ltltrr

iprastos cl iminaci jos krypt ics. Antai pavcikus jonizuojani iqia spinclu-l iuote pelcs lastcles, , ,Zmogaus * pclds" l4stel iq hibr iduose el inl inuo-

lasi pelcs chrt tmttsomtls.Gana daZnai c l iminuojasi nc visas genontas, o t ik dal is ic l . Kar-

tuis iSl icka t ik pavicnis chromosomos. Sis reiSkinys pr i taikomas, no-r in t :

. nustatyti sankibos grupg;

. gaut i asimetr inius hibr idus t ikrqjq aloancuploidus).

Terminologija ir somatiniq l4steliq hibridq kariotipo ypatumai.Somatiniq l4steliq hibridizaciia, kitaip negu lytine hibridizacija, 4mi-ma ne daugybos (x), u sudities Zenklu (+) arba daugybos Zenkluapskritime. Somatiniq lzlsteliq hibridai gali b[ti heterozigotiniai pagalgenus, esandius nc tik branduolyje, bet ir citoplaznioje. Mat sulieja-mos dvi l4stelds, kurios abi turi citoplazm4 (apsivaisinant lytiniu b[-

413

Y

du, zigotoje citoplazma bIna tik i5 kiauSialqstds), tuo tarpu vieno i5branduoliq chromosomos i5nyksta. Tokie organizmai (arba lqsteles)vadinami citoplazmindmis heterozigotomis, arba citohetomis. Hibri-dai pagal citoplazminius paveldimumo vienetus vadinami cibridais,arba citoplazminiais hibridais.

Suliejus dvi somatines l4steles, chromosomq hibridineje l4ste-kije padvigubeja, kaip ir apsivaisinant lytiniu budu. Kai pradi-nds l4stelds diploidines, somatiniq l4steliq hibridas yra tetra-ploidinis, o kai haploidines - diploidinis.

Kai chromosomq eliminacija ner,yksta, i5 karto gaunamas alopo-l ip loidas.

Thdiau taip ne visuomet b[na. Gyvlnq l4stel iq hibr idq paprastaicl iminuojasi v ienos r l i ies chromosomos, ddl to l i lsteles virsta diploi-dinemis arba, i5 l ikus pavienims ki tos rr l5ies chromosomoms, - asi-mctr iniais hibr idais, arba ancuploidinemis.

Somatiniq lqstel iq hibr idizaci jos naudo. i imas. Siuo metu somatiniql4stcl iq hibr idizaci ja (paraseksual ind hibr idizaci ja) taikoma norint :

. greiiiau gauti hibridus tarp geniiq ir rfiSiq, tarp kuriq galimalyt in€ tol imoj i hibr idizaci ja. Sul iejus dvi diploidines somatinesl4stclcs, i i karto gaunamas amfidiploidas. Sckmingai tai pa-vyksta padaryti tik tarp tq rli iq ir gendiq, kurias galinra su-kryZminti lytincs hibridizacijos b[du. Tokiu b[du, pvz., gauti

a

a

tarpr0Siniai bulviq, tabako, petuni jos amfidiploidai ;pagreitintai gauti hibridus tarp keliq organizmq;gauti asimetrinius hibridus, kurie, be viso viencl tdvu chromo-somq rinkinio, tLrri daugiaLr ar maZiau kito organizmo chromo-somrl. Asimctr iniams hibr idams atsirast i but ina chromosomqeliminacija. Iai greiiiausias budas paviendms chromosomomspcrkelt i i i v ieno gcnomo i k i t4;nustatyti genq sankibos grupg. Sekmingiausiai pritaikyta Zmo-gaus genomui t i r t i . l rgi bf i t ina chromosomq el iminaci ja;gauti hibridines somatiniq lqsteliq linijas. Jos auginamos izo-liuotai dirbtinese terpese (pvz., Zen5enio); gali bfiti naudojamoskaip vertingq medZiagq (daZniausiai vaistiniq) naujq deriniq pro-ducentai:

. gauti hibridomas - lqstelcs, kurios gamina monokloninius an-tik[nus. Thi ndra tolimieji hibridai. Suliejamos vdZine (paprastai

mielomos arba mclanomos) ir bluZnies (B limfocitq) l4steles.

Pirmoji lqstele hibriclornai suteikia neribota gebejima dalytis, o

antroii lastele imama i5 gyvulio, kuriam prie5 tai buvo suleistas

antigenas. Si l4stele gamina specifini reikaling4 antikun4. Kadan-

gi ji i gaminamas vieno l4steliq klono, todel turi tik vieno tipo

It"unugto1,r'rlinus (konkrediam antigenui). Tbkie antiklnai vadi-

nami rionokloniniais. Juos galima panaudoti tiesiogiai kaip vak-

cinas, bet daZniausiai naudojami grynoms medZiagorns i$skirti i5

jq miiinio. Siam tikslui gyvuliui, i5 kurio bus imama bluZnies

i4stelc, suleidZiamas antigenas - medziaga, kurios atzvilgiu no-

r ima suk'rr i monoklonini ant ik ln4. I5skir t i i5 hibr idomos klono

l4steliq antik[nai imobilizuojami i chromatografing kolonelg, ir

Si pasiiint<tinai (selektyviai) sulaiko reikaling4 medZiag4;. tirii nebranduolini paveldimumq, gauti cibridus. Taiiau ncbran-

c l u o | i n i q g e n e t i n i q . s t r u k t u r q S a n t y k i a i s o m a t i n i q | q s t e l i q h i b r i -duosc (cibriduose) ncpakankamai istirti. Atrodo, kad tolimuo-

siuose somatiniq lqstel iq hibr iduose gal i el iminuot is i r nebran-

dur: l inds genct inis strukt[ros:. augalq m0rfoontogenetikoje tirti augalo organo raidq. Siuo at-

Zvlfgiu labai idom[s augalai ,,pabaisos", gaunami suliejus mak-

simi l ia i tol imq taksonq somatines l4steles. Ukrainicdiui J. Gle-

bai pavyko gauti tarptribinius vairenio (tlruhidopsis thulianu) k

turnepso (Brassica rnpa) hibridus. Tai i5 tikrqjq ,'pabaisos"' Kcis-

t a i n u a u g q a u g a l a i : v i e n s t i c b a s b e s a k n q , t a i v i e n i a k n y s b cst iebo. Jic i scklq nenrezg., bct gal ima t i r t i jq l4stel iq kul turas

arba i i Siq l4stel iq tol iau rcgencruot i . ,pabaisas";

. t i r t i ne t ik augalq, bet ir gyvlnq l i lstcl iq difcrcnciaci j4' Tutp j t l i r ZinduoliL] '

Nustatytas idumui rci ikinl,s. Kai sul icjamos dvicjq skirt ingq. 2-induoliq lqstc-

lcs, pvz.. ziurkcs ir pcl is, vadinunriej i , .namq i ikio"gcnai i i l icka.vcikl[s. Tie

scnzi i . kuric sutciki ir somatinci lqst l lei savitq savybiq, lcnria difcrcnci lci j r l ,

yra slopinami. Sis rei ikinys vacl intrmas ekstinkci ja'

6.3.L3. HaPloidai

Haploidija (gr. haploos - vieni5as, paprastas + eidos - vaiz-

Ou.) - ,"lStinyr, kai organizmas, l4steld ar branduolys turi tik

vien4 chromosomq rinfini 1n. Organizmas, kurio lEsteles turi

1n, vadinamas haploidu, arba monoploidu, l4stelds ir bran-

duoliai - haPloidiniais.

4 1 . 4t l a

415

Y

Prclkariotai pagal genomo sandar4 yra haploidai.Daugeliui Zemesniqjq eukariotq, ypai grybq, Zaliadumbliq, kokcidi-

jq haploidija yra normali bfisena. Jq gyvenimo cikle ryrauja haplofazd.Jq diplofaze tik viena lilstcli - zigotir. Kylant evoliucijos laiptais, hap-lofaze redukavc'rsi. Gaubtasckliq haplontE sudaro tik trys subrendusiosmikrosporos l4stel is i r scptynios antr inio gemal inio mai5el io l4steles.Daugclio gyvrinq haplofaze - tai generatyvines l4steles po redukcinioda l i i imos i .

Kai kuriq gyvlnq (Zemcsniqjq vcZiagyviq, pleviasparniq) kaitalio-jasi lyt incs kartos su partenogcnct indmis kartomis. Partenogenez| (gr.pttrllrcnos - nekalta mergir-ra) - vystymasis be apsivaisinimo, tod6ldaZriai pzlr tenogcnct ini karta yra haploidine. Pasitaiko gyv[nq, kur ir llyt i lemia haploidinis-diploidinis chromosomu skaidius. Partcnogene-ze bf idinga t ik v ienai jq lydiai . Pvz., bi t i mot inclc lc idZia neapvaisin-tLrs kiaui incl ius pro rezcruuara su spr:rma. Jic apvaisinami i r yradiploidiniai . IS jq iSsivysto bi tcs darbininkes ir bi tc motincle, t . y.motcr i5ka lyt is. Ki ta dal is bi tes ncapvaisintu kiaui incl iq ncpatcnka irczervuar4 slr sperma. Jic yra hapkridiniai . I i jq i5sir ,ysto vyr i ika lyt istranai. Partenogcnct inc karta gal i bl t i i r diploidinc, jc igu susidarantlytinems l4stclcms nevyksta redukcinis dalij imzrsis arba pc'r to susilicjadu hapkridiniai branduol iai . Pr is iminkimc ir tai , kad bi i iq tr i lnq so-matincsc l4stelesc atsiranda diploidinis chromosomq skaidius. Thigipartcnogcnczc sr-r haploidi ja gal i ncsutapt i .

Tq organizmq, kur iq cik lc haploidi ja ( i5skyrus lyt ines lEsteles i rgamctof i t4) nira normalus rci ik inys, natIral ia i haploiclai atsirandarctai . Net auki tesniqjq augalq hapkridq daZnis yra t ik lx l0 5-1x10 6.

Tirdel spccial iai kur iami mctodai haploidams gaut i .Haploidq gavimo bf idai . DaZniausiai gaunami augalq haploidai.

KryZminant dvi skir t ingq genomq r[Sis arba gent is, gal ima gaut i am-f ihaploidus. J ic b[na ir sul iejus skir t ingq genomq haploidines soma-t ines l i lstc les (daZniau amfihaploidincs, nor int gaut i v irdinamuosiuspol ianrf ihaploidus).

Paprasti vieno genomo haploidai. t . y. monoploidai, gaunami keturiais budais.Du i5 jq ta ikomi pa lyg in t i scn ia i :

. dirbt inds partenogenezds ir ginogenezds bldu suZadinamas gemalo vystynrasisi ( ncapva is in to k iau i ine l io (k iau i iak ls tes) . SuZad inama iva i r ia i : chemin imis

medZiagomis, Si luminiu ioku, jonizuojandi i fa spindul iuote uZmu5lomis augaluZ iedadu lkdmis i r k t . ;

. dvyniq metodu: retkari iais i i kai kuriq augalq r l i iq vienos seklos i5auga duaugalai. Viename sdklapradyjc iSsi, 'ysto du gcmalai (susidaro du gemaliniaimaiSeliai, gcmalas vystosi nc t ik i i kiaui l4stcs, bct ir i5 sinergidcs ir t . t .) .Tokie augalai vadinarni dvyniais. Vicnas dvynys daZniausiai yr ir tr iploidas, bcrkartais pasitaiko ir haploidas. Pasak Miuncingo. tarp dvyniq yra 0,5?i, hap-lo idu .

Augalq haploidams gaut i Siuo metu taikomi du veiksmingesni i rproduktyvesni b[dai.

Haploidai i5 iiedadulkiq. Tai daZniausiai taikomas bldas. Ji atra-clo 1964 m. du Indi jos moksl ininkai Gu5: i (S. Gusha) i r MagcSvaris(S. L. Mahcshwari) .

I Iaploidai i5 Zicdadulkiq gaunami pasodinus ncsubrcndusias dul-kincs, kuriq mikrosporose ryksta pirmiisis dalij imasis, steriliai ant izo-l iuotq audiniq auginimui skir tos kietos mitybines tcrpds pavir i iaus.l )o i lgesnio laiko dulkini atsivcr ia, i r Ziedadulkes pradeda dygt i . I5pradZiq susidaro kal ius, o i5 jo regcncruoja visas augalas. Augalel iaipcrkel iami I nauj4 tcrpg, vcl iau i diru4. B[t ina pat ikr int i regenerantqchromosomas. Pasitaiko i r diploidq bei pol iploidq. Atranka bl t inataikant bct kuri b[de1 haploidams gauti. Labai svarbu parinkti n-ur-rncnt. l i r augalq hormonus, kur iais sutr ikdoma normal i ivykiq eigarnikrosporoje. Thda jos l4stcles pradcda ncrcglamcntuotai dalyt is. La-bai lcngvai rcgeneruoja tabako Ziedadulkes. Sunku i iaugint i augalusi i varpiniq augalLl Zicdadulkiq.

Chromosomq eliminacija iki haploidinio skaiiiaus. Nors Sis br,r-das i rgi taikomas augalq haploidams gaut i , bet Si taip gal ima gaut i i rhaploidines gyvfinq, tarp jq ir Zinduoliq, l4steles. Sujungiami du skir-t ingi augalq genomai ( tol imosios lyt ines ar somatines hibr idizaci josb[du). Tik svarbu, kad r,yktq chromosomq eliminacija ir eliminuotqsibfitent nereikalingas genomas. Antai mieZiai (Hordetmt vulgare) kryi.-minami su laukine mieZiq rlSimi H. bulhosum arba net su kukurl-zais (Zea mays). Po chromosomq eliminacijos iSlicka tik H. vulgaregenomas. Gaunami mieZiq H. vulgare haploidai (6.7 pav.).

Izogeninds augalq linijos. Nepriklausomai nuo to, kaip gaunamidirbtiniai haploidai, jie yra labai silpni ir sterilfis, todel jq chromo-somq skaidius padvigubinamas iki diploidinio. Thip atkuriamas jq vai-singumas. Tam tikslui augalai paveikiami kolchicinu.

4t6 : 7 . 1 3 1 3 411

Y

Hordeum vulgare (YY) H. bulbosum (BB)

\' \^l - . rnbr i r rk t r l t0 ra t

-_

,/ \14'.r, '$"

a**fii;ili"nhrf$r *?r{r:;i"'

6.7 pav. Miei iq monoploidq gavimas tarprf i5inio kryiminimo metodu (pagal A. Sl ie-saravi i iq. l t) t)2)

I5 haploidq gauti diploidiniai augalai yra geneti5kai gryni -

homozigotiniai pagal visus genus, t. y. pagal vis4 genomq. Taipgaunamos vadinamosios izogeninds linijos.

Paprastai nurndoma, kad yra bcveik izogenini linija. Ths ,,bcvcik"atsiranda ddl to, kad regenerantuose gali ir,ykti genq mutacijos, irtada pagal pavicnius genus augalas bus heterozigotinis.

Homozigotines linijas gauti yra vienas i5 augalq ir gyvflnq selek-cijos uZdaviniq. Kol nebuvo vciksmingq metodq augalq haploidamsgauti, gcneti5kai gryni, homozigotiniai augalai ir gyv[nai buvo gauna-mi ilgametcs, daugelyje kartq (8-16), lvaisos (inbrydingo) b[du. Taipsukurtos, pvz., vadinamosios kukr.rr[zq ivaisos linijos. fvaisa, kaipbudas gcnetiSkai gryniems gyvfinams gauti, taikoma iki Siol. Dirbtindivaisa taikoma tik ticms organizmams, kuric veisiasi autbrydingo b[-du. Keliose jq kartose panaudojus ivaisE, i5rySkeja visi heterozigoti-ndje busenoje esantys recesyvieji genai. Bet tai ilgas kelias. Haploi-dija (augalq) sutrumpina ji beveik dvigubai:

4 1 8

JH - haploidas, haploidq atrankaJ <- poliploidijaD - diploidasJ <- Atranka - ivertinimasBeveik izogenine linija

Atranka ir ivertinimas b[tini ne tik patikrinti, ar tikrai gautihaploidai, bet ir ivertinti izogenines linijas. Nors jos yra ir homozi-gotinds, bet lvairios, todcl rcikia nustatyti, ko jos vertos. Haploidaiyra jvair[s todel, kad hcterozigotiniq organizmq lytinis lEstelds, i5kuriq j ie ki lg, yra ivair iq gcnot ipq (6.8 pav.).

P . M '' BB Gamolos1 '

A B t a b

AB Ab aB ab

Monoploidai

t , I

F, A:b Heterczigota

Ganolos'' ':'

: AB') AB )A I A , 1 A b \

a B M " " A t a B

^ f;h":^ffi;^ da ,. ,,i A c

Bb Bb 8b Bb

ffi sa |ffi,

F. ?

Genotipai

Fenotipai

Ell.l,qvumas

1i4 vtsqgameLl - = Pageidaujami genotipai = I 11 6 nvidulkiq heterczigott l

(r.8 pav. Dviejq bldq gauti pageidaujamo genotipo homozigotas palyginimas:i i haploidq, pvz., Zicdadulkiq-dulkiniq (kaircje); i5 lyt ines hibridizaci jos/dihibridini<-rkryZminimo (dci incjc) (pagal A. Sl iesaravidiq, 1992)

Homozigotq gavimo biidai:Klasikinis

Y <- lvaisaI rJ

I5 hanloiduY XT <- Dulkiniq kulhlra/chromosomrl eliminacija

lz - . . . In <- [vaisa i r at ranka

daugelyje kartq (16 ir daugiau)

a a n

o o \

t E r .

: 3 : 3

- A A M a a a at B B b b B B b b

. ,Mi f f i1 : 1 : 1 1

419

v

6.3. 1 .1. Aneuploidija (heteroploidija)

Aneuploidija - pavieniq chromosomq skaiiiaus pokyiiai. Ji atsi-randa del trijq prieZasdiq:

. chromosomq nei5siskyrimo keliaujant dukterinems l4stelems ipol ius;

. chromosomq atsilikimo (turi daug bendro su pirmqia prieZas-timi, irgi netaisyklingai paskirstomos dukterinds chromosomos);

. endorcprodukcijos - rei5kinio, kai padvigubeja tik paviends chro-mosomos arba jq dalys.

Organizmai, kurie turi pakitusi pavieniq chromosomq skaidiq,yra vadinami aneuploidais.

Gana daug Ziniq apic aneuploidus yra skyrelyje apie genomo im-print ing4. Thi nei ivengiama. Aneuploidi ja yra i r v ienas i i budq geno-mo imprint ingui apt ikt i . Thdiau ir pat i j i pasirei ik ia pr ik lausomai nuogenomo imprintingo. Thi bldinga monosomikams (kurie turi ne dvi,o t ik v ien4 chromosom4).

Kai yra genomo imprintingas, monosomikq fenotipas skiriasipriklausomai nuo to, i5 ko paveldeta chromosoma * i5 t6vo armotinos.

Be to, genomo imprintingas atskleidc naujq aneuploidijos tip4,kai kariotipas normalus, diploidinis, o fenotipas - su nukrypimaisnuo normalios b[senos. Thi disomikai. Jie yra pavcldejg abi homo-logines chromosomas t ik i5 motinos arba t ik i5 tevo.

Kaip ir kitq mutacijLl, ancuploidijos pob[dis priklauso nuo to,kada irykusi mutacija. Kai tai atsitinka somatinese lqsteldse, atsiran-da mozaikos.

Kai aneuploidinis yra lytines lqsteles, aneuploido tip4 daugiausialemia apsivaisinimas (6.9 pav.). Cia gal imi du atvejai :

. vienas arba abu t€vai buvo aneuploidai, ir aneuploidija pri-klausys ne tik nuo apsivaisinimo, bet ir nuo to, kokiq tipq irkokiu santykiu susidarys aneuploidiniq lytiniq l4steliq;

. aneuploidija atsirado naujai del mutacijos generat)'r/inese l4ste-ldse. Bent Zmogaus ancuploidai daZniausiai yra tokie. Mat dau-guma Zmogaus aneuploidq neturi palikuoniq: arba anksti mir5ta,arba yra ncvaisingi .

420

(r.9 pav. Aneuploidi jos t ipq priklausomybd nuo apsivaisinimo:2n - normalus cl iploiclas:@- cl isomikas (abi chromosomos i5 motinos arba i i tcvo);2n I monosomikas1.2n-2- nu l i somikas ; 2n+ l t r i sorn ikas ; 2n+2- te t rasomikas

DaZniausiai su ancuploidija susiduriama kaip su nauju ir,ykiu. OSiuo atveju dauguma lyt iniq lqstel iq yra normalaus kar iot ipo - ln.?r igi nors dal is lyt in iq l4stel iq yra aneuploidines, didZiausia t ik imybeyra normalaus kar iot ipo vaikui gimti . Ki ta vertus, je igu chromosomqskaidius pakinta vykstant redukciniam dal i j imuisi , lygiai t iek pat susi-daro lqstel iq su anomaliniu chnrmosomq skaidiumi n * I i r n * 1. Thipir pavaizduota 6.9 paveiksle.

Palikuonis aneuploidas bus tada, kai i5 dviejq susiliejandiq ly-tiniq lqsteliq bent viena bus aneuploidin6.

Priklausomai nuo to, kiek yra homologiniq chromosomr] (pagalt4 chromosomq, kurios skaidius pakitgs), skiriami:

. nulisomikas, kai vienos chromosomq poros apskritai nera:2n- 2 (susi l ie jo n - 1 i r n - 1 l4steles);

. monosomikas, kai kaZkuri diploido chromosoma yra tik viena:2n-l (susi l ie jo n i r n - 1 l4steles);

. disomikas, kai visos diploido chromosomos yra poromis - 2n(tadiau gali susilieti n - 1 ir n * 1 l4stelds; tada kyla problemqdel genomo imprintingo: vien4 chromosomll por4 palikuonisturi tik i5 tevo arba tik i5 motinos);

. trisomikas, kai yra trys tos padios homologines chromosomos(susiliejo lytines lqsteles n ir n * 1);

. tetrasomikas, kai kariotipe yra keturios tos padios homologindschromosomos (susilieio n * 1 ir n * 1 lasteles).

42r

Y

. vi\I l/

) -1.1,?+: ' ; i3.\: ,::?;rt}{

{

(r. l0 pirv. Visq durnarr)p|s (Datura) chromosomq tr isomikai:

kair i ic - normir lus diploiclas (2n : 24)

Gali b[ t i dvigubi (2n + 1 + 1), t r igubi (2n + 1 + 1 + l ) i r t ' t '

t r isomikai, dvigubi (2n + 2 + 2), t r igubi (2n + 2 + 2 + 2) i t t ' t '

tctrasomikai, i i aWirki t ia i , rnont lst lmikai , nul isomikai ' J ie gal i susidary-

ti veZinese lqsteldsc arba tada, kai autopoliploidq mejoze yra nestabili.

Aneuploidq saryb€s. Bleksl is (A. F.Blakeslee) i r Bel ingas (I . Bel-

ling) aptiko ir labai dctaliai istyre visq 12 durnaropis (Datura) chro-

*oio.q trisomikus. Visi trisomikai skyrisi vienas nuo kito morfolo-

ginenris sarybimis. pvz., di.Lutds (vaisiaus) forma (6'10 pav')'

Aneuploiclai (pvz., visi clurnaropOs trisomikai) yra nc tokie gyvy-

bingi ir vaisingi. Sios ypatybds priklauso nuo ivairiq aplinkybiq, pir-

miausia nuo ancuploidi jos t ipo: t r isomijos ne tokios Zal ingos kaip

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 zmogaus chromosomq trisomikai Liva negimg, o esant ma-

Zqjq (pvz., dvideSimt pirmosios) chromosomr4 trisomijai, persileidimo

gaii'nebuti. Kai kuriq augalq r[Siq aneuploidq negyvybi'gos tik vy-

Iiskosios lytines l4stel6s, tadiau paprastqjq kviediu, kuriq gauti visq

chromosomq nul isomikai (6.11 pav.), 14 nul isomikq sudard negyvy-

bingas motcri5kas gametas. 7 - sterilias Ziedadulkes'

Aneuploidijos reik5m6. Monosomikai naudojami chromosomoms

kartografiroti, monosomikai ir nulisomikai - vieno organizmo chro-

mosomrl porai keisti kito organizmo chromosomll pora'

A ) )

r.\tfj;{,s!.ij';E. .j,1: +5 , . - , l i r .21t=-*- " . '-T-''' E

. ' . . . f r- t . . { }

Y r

1.4. 18 JD

w):F

;*nF "r1 s ;.$P$ sd.''Y,,Sj& .VH* ' 8 . r . r ' .

$fit \+s4 t's': Y t r$ , $ i

I A T " S I D : A ] B ] D ] A J 8

Ir *.{#%lrt ,&1+7D Nu.,r, i lu,

nulisomikai:gcnomai

' ' r { it (

n i ; j ' : "{ , . i S i$

" t : : : . ;

frii,*' -Ev + &*ry\ ' {p s q n: r i .

sA ,l .o i^ 68 (D 7A 18

fi.ll pav. Visq kvieiio (Trilicum aestivum) chromosomrln--7; 7): ucsl i tum 6x=42; A, B, ( l - 1rys hcksaploido

Znrogaus ancuploidi jos svarba gal ima is i t ik int i i5 duomenq, ku-r ic patcikt i 6.12 paveikslc. Nors tai senoki duomenys f i is sudarytaspagal K. Sankaranarayanan, 1979 m.), bet j ie pakankamai atspindicsam4 padct i . Bc to. mutaci jq daZniai sryruoja ivair iose popul iaci-iose.

Siaip ar taip, bct i5 visq girnusiqjq vaikq net 37o sudaro aneup-loidai. Tarp savaiminiq persileidimq chromosomq pokydiams tenkaapie 50o/o. Pusc jq yra aneuploidai.

Tiriant Zmogitus aneuploiclus nustatyta, kad spccifiniai poZymiaiarba poZymiq kompleksai (sindromai) bldingi tik kai kuriems aneup-lcridams, pvz., X monosomijai, Dauno sindromui, Patau sindromui(try l iktosios chromosomos tr isomija).

Zmogaus autosomq aneuploidija. Levanas (A. Levan) ir TZijo(J. H.! io) 19-56 m. sukf i re metodq Zmogaus chromosomoms t i r t isomatiniq l4stel iq kul t [ rose. Pr i taikgs 5i mctod4, 1959 m. prancl-zt4 genet ikas LeZenas (J. Lejeune) apt iko pirmuosius Zmogausaneuploidus. Jis lrode, kad Zrnones, sergantys Dauno liga, yra dvi-deSimt pirmosios chromosomos trisomikai. Sergantys Sia liga yrapsichi5kai ir fizi5kai atsilikg, bldinga hipotonija. Jq imunitetas su-silpnejgs, linkq sirgti leukemija. Didelis mirtingumas ir trumpasamZius. Nuostab4 keltl gana vienoda visq Dauno liga sergandiqjq

+L-)

85% - gyvrlgimusiqjq

*s{&,p l

* * rprikleruso nuo motinq amZiaus,todel pagal nustatytE tvark4Lietuvoje \yresnds kaip 35 m.amZiaus ne5i ios moterys turc-trl pasitikrinti genetikos cen-truose. Thip galima i5vengti vi-sr l anomali jq, kur ias sukel iachromosonrq skai i iaus i r san-daros pokydiai.

Dauno l igai . kaip i r dauge-liui kitq Zmogaus genomo mu-t a c i j q , b D d i n g a s n e v i s i S k a spenetrantiSkumas (lot. penetro- isiskverbimas) ir ekspreslvu-mas ( i5rai ika). Pasitaiko asme-nq, kuric turi tris 21-4sias chro-mosomas. be t y ra normal iospsichikos arba Dauno ligos po-z,vmiai pasirei ik ia nevicnodai.Apt ik ta asmcnu. kur ie s t ip r iuuar si lpniau scrga Dauno l iga i rtur i normalq chromosctmq skai-

| ,35o/o, arba 9o/o -

XO kariotipas

] t , z8 l t . a rba t r ,s% -

i triploidai

(r. l2 puv. lvair iq Znrogaus chront<lsonrq anomali jq dainiai(pagal K. Sankaranarayanan. 1979)

i3vaizda, nors jic b[tq visiikai ne gimines: apvalus ,,menulio,, vei-das. istriZos akys, akies meclialiniame kampe odos raukile - epi-kantas, didelis lieZuvis, plati ploksiia nosis, sirdies clefektai ir kt.Bldinga dclno rauki le: yra t ik v iena lenkiamoj i rauki le (6.13 pav.).Vyrai sterilns. Sio sinclromo daZnis, A. Sinkaus cluomenimis. I is600-800 naujagimiq. Thdiau pastcbeta, kad aneuploidq, tarp jq irserganciq Dauno liga, blna gerokai daugiau, kai gimdo r,yresndsnegu 35 metq moterys (6.1 lentele). Ir kitq aneuploidq daZnis

424

, u r r t r q i

3,9% ir atitinkamai -26% - trisomijos

ryffiffi

(r. 13 pav. Dauno sindromas:i - l isonio vcidas; 2 - dcnris rainclcjc;dclno dcrnratogl i f ika: - l svciko Zmosnus,4, -5 - scrganiiojo Dauno l iga (pae:r l A.S inkq , l9 t t9 )

diq. I5tyrus jq chromosonras, nustatytos chromosomq mutaci ios 2l-ojoje chromosornoje. Rrdi l pamatuotai kyla klausinras. kur is 2l-osioschromosomos segmcntas ar gcnas sukelia 5i.1 lig4.

Dozei jautr f is genai. I i tyrus ivair ias 21-osios chromosomos muta-ci jas, nustatyta, kad Dauno l iga siet ina su 21-osios chromosomosi lgojo pet ies 22 scgmentu 21q22. Sis segmentas vadinamas DSCR

6.1 lentclc. Dauno l iga ir motinos amiius(rcnriantis F. Vogel, A.G. Motulsky, 1991)

MotinosamZius m.

Dauno ligos daZnisgrnrus vaisiaus tvr imri

amniono chori<.rno saurelio303_53 7394 l43

l /700t /450l/2,50l / 1 5 0I /80l /50

I t250l / 1 5 0l / r 00t /60I t35

I t240l / 1 3 3I t151t44U23

Aoskritai l /650

L

. t l <

v

(angl' Down syntlroma citic'ar region). Jis yra apie 4 Mb ir jamenustaryta apic 20 genq (o ruretq blti apie 50-100). DSCR uptittigenai' kurie bevcik visiskai nusroja veikti, kai iq <ioze triguba.

Antai 2l-osios chromos<tmos trisonrikuosc CiB.! (cistationo p-sintazes). 1,lrr(L (fos-foliuktokinazcs. vciklit ls critrocituosc ir f ibroblastuose), SoDl (supcroksiddismutazdsl), I 'NFNI.# (o inrcrferono jsijungimo fibr'rrlasru.sc) ir kai kuriq kitq genq veiklatrisomikuosc sumazija iki l-zqi,lyginant su n.rmaria i iq gcnu veikla. paprastai di-ploidinio crrganizmo gcnoole yra tik dvi (iq gcnu k.prjoi I p,, uienq homoroginesechrom.s.m<'rsc. Tiisonrikq yra rrys 2r-osios chrur,rr,rn.ur, tad ir tr iguba genq doze.Bct ne visq 2l-ojojc chr.nr.som'jc csaniiu gcnq vcikla sr.pinama ti igut os iq clozes.

. 7-mogaus 21-oji chrontclsoma yra ne vienintele, kurioje yra genq,

slopinamq tr igubos iq dozcs. prisiminkime X chromo.somos DJ.s(DAXI) lokus:1 er. 5.r4 pav.), kurio paclvigubejimas sukcria Xy ryt iesrevcrsii4. Kitq Zmogaus aneuproidq fenotipr pokyiiai irgi siejami suqcnais, kuriq veikla priklauso nuo dozes.

verta prisiminti , kad III skyriujc nagrinejome priel ing4 reiskini:kuo daugiau geno kopijq, tuo daugiau pasigamina geno ioduojamqproduktq. Vrdinasi, genai ir pagal clozg yri ivair lsl

Tryl ikt 'sios chromosomos tr isomija (patau sindromrs). N.ujagimiams bDdingasrncgcnr l , ak iq . i i rd ics dc lck ta i . ncsuausus i l11p . i r .g ( )n rurys , po l i iak t i l i j a (daug i "a_pir i t i ikumas) ir kr. . l ic nci lgai sy/ena

-_ lpic'90 pirq. OrZnl. I iS 1{J(XX)_20000

rtaujagimiq' Idonru, kad apie 80% vaikq su Patau sinclronru ginrsta birZcl io- lapkridiomcncs j .

AStuoniol iktosios chromosomos tr isonri ja (f idvardso sinclromas). Liggnrams at-s i l i kus i ps ich t lmo l t l r in i r i t ida , n taZcsnc kuno nrase. Nau jag imiams b Id ing .s smai -l ios. zcn.r iau negtt nornlal iui ausys, odos pertckl ius ant kakio, sir i l ics yctos, pakitusikiruk. lcs l i rrma ir kr. N.u. iagirniai i rei

'nci igyvcnar 75 E}c/r. visq naulagirniu yra

nrcrguit is. f)a2nis I iS -50(X) l0(XX) naujagimiq.

. Labai ret.i aptinkilma 7, 8, 9 ir 22 chr.mosomlr trisomikq, ir taifliejq pirmqjq - tik nrozaikos. Daugcris aurosr-rmu aneuproidq z[vaiki gimstant.

Lytiniq chromosomq aneuproidams b[dingas dar sirpnesnis pe-netranti5kumas ir labai nevienoda sincrron'q ,iisku, patyginti su au-tosomLl ancuploidais Todgl daris aneuploidq, kuriq fenotlpu. norn'u-lus, apskritai l ieka neisai ikint i . , ,vyriskq" kir iot ipq aneupioidi j a daL-n iausiai pasirei5kia kaip Klainfe ltcrio (Kt i nafe lt e ry' sinclromas.

XXY trisomija - tipiskas (,,krasikinis") Krainferterio sindromas.Pasirei5kia labai ivairiai. Vyrai craZniausiai yra istisg ir proni, maLo-mis gonadomis, neissirysto spcrmatozoidai (azoospermiia;. Gimsta vre-nas iS 500-1000 berniukq.

426

Vyrq XYY. Tipi5ku arveju ',yraiaukSto ugio, pasizymi neadekvadiareakcija i5kilus konfliktams, agresy-wmu. Rcmiantis Siuo sindromu, nu-s ika ls tamum4 nete is inga i bandy taai5kint i ne social inemis, o t ik bio-loginemis pr ieZast imis. Kai kur iaisatvejais chrulmosomq anal ize gal ib l t i r i m t a s r o d i k l i s s p r e n d Z i a n tZmogaus pakaltinamum4. Thdiau vy-rq su XXY tarp nusikalteliq yra la-bai nedaug. Vicnas i5 rodikliq nu-sikaltclio kariotipui patikrinti laiko-mas jo aukStas lgis. Thrp kitko, su-sidometa i r sport ininkais. AukitaD-

siq sport ininkq kar iot ipas buvo t i r iamas, bet jo pokydiq noapt ikta.Moterq X monosomija vadinama Ternerio (Ti.rrner) sindromu.

Gimsta viena iS 2.500 nrergaidiu. Moterys blrna Zemo [gio, kartais, .sf inkso veido" dcl budingos sparnines kaklo nruk5lds (6.14 pav.),ncvaisingos, bldinga nenormal i k iauSidZiq raida i r lyt in is infant i l iz-mas ir kt . Psichika daZniausiai normal i .

6.3.2. Chromosomq mutacijos

Sios mutaci jos dar vadinamos chromosomq aberaci jomis, neda-rant skirtumo tarp tq pokyiiq, kuric atsiranda l4stelg paveikus mu-tagenu ir kur iq didcle dal is i5nyksta daZnai jau po pirmojo l4stel iqdalijimosi, ir tq sandaros pokyditl, kuric pavcldimi l4steliq/organizmqkartosc. Sios knygos autor ius laikosi nuomoncs, kad Siuos du chro-mosomq sandaros pokydius, nors jie ir tos padios kilmds, - reikiavcr t in t i d i f c renc i juo ta i .

Chromosomq mutacijos yra chromosomos sandaros pokydiai,aptinkami genetiniais ir citogenetiniais metodais.

Chromosomq mutacijas galima stebeti Sviesiniu mikroskopu. Josyra ivairirl tipq, priklausomai nuo tipo skirtingai pasirei5kia genetiS-kai. Chromosomrl mutacijoms citogeneti5kai aptikti yra du bendriv is iems jq t ipams bldai:

f,!* , *

$f*n

" n

(r. l , l pav. Ternerio sindromas:r1 , i k i kak lo rauk i l i ( i i A . S inkaus ,le f tg )

4 1 1a L t

6- '7a -A

i ?*. ""% *q.q\lt$1$19 * ;n**"* "

S,ht+,u, r"{t 7,,,* rur*-+ -S€ iil1,#/-*S €'/r -"ar;! N A'ft7 #, k

.' ',: ' lt,ftq#' '"

%G %nn$ 'l'I : J J 5

6.15 pav. Ttanslokaci ja (1), deleci ja (2), inversi jos (3,41 ir judriojo genomo elementoP inserci ja (.5) pol i tenin6se drozofi los chromosomose:-5 - isi tcrpq. 6 papi lclrrmi cl iskai 3A.1-3A(r (pa-ual E. Alrcnburg, 19.57. -5 _ M. J. Sinrmons,J . K . L i rn , 1980)

' nustafyti chromosomq struktfiros pokydius clazant chromoso-mas di ferenci juotai arba spalvotai ;

. tirti horncrloginiq chromosclmq konjugacriE, kai vicnoje iq yranormal i genq seka, antroje - chromosomq mutaci ja.

1996 nr. surastas bhclas, kaip skir t ingornis spalvomis nudazyt i v is4zmogaus kariot ip4 (1,. r . l2 pav.) . Kickvicna ihromosoma nusidaZoskirtinga spalva ir atspalviu. Thi atriekama parinkus filtrus ir daiantSci iais skir t ingais f luorcscuojani iais claZais. Spalvcls i r atspalviai ana-l i zuo jami konrp iu tc r iu .

Antrasis b[das - k lasikinis. Kaip mincra, v icnoje is homologiniqchrom.somq tur i bt i t i chromosomu mutaci ja, k i tojc - normal i genqscka. Trkiojc padctyje horn.logi.is chromosomos k.njuguoja ncipras-tu budu, i r tai matoma svicsiniu mikroskopu. Kai kur iq brganizmq(drozofilos, uod, trlklio ir kt.) chromosomq mutacijas tirti lcngviautodcl. kad jos tur i pol i tenincs chromosomas, kur ic ls matomos koniu-gavusi.s ir sonratinise (pvz., sciliu liaukq) l4stelcse. Tokiq chromo-somq nereikia daZyti diferencinio dazymo budu, ncs jose matyti Bal-bijanio Liedai ir nustatomi net paryginti mazi chromlsomq sandarospoky i ia i (6 .15 pav . ) .

Pagal pokydiq pobfidf chromosomq mutaciios skirstomos i vidu-chromosomines ir tarpchromosomines:

viduchromosominds mutzrcijcls yra delecijos, duplikacijos, inver-sijos, insercijos, viduchromosomines translokacijos;tarpchromosominiq mutacijq yra vienas tipas _ tarpchromoso_mines translokacijos.

Chromosomq mutaci jos Zyminros sutart iniais Zcnklais:

. deleci ja = del, pvz., del5p-, t . 1,. penktosios chromosomos trumpojo petiesdelcci ja;

. dupl ikaci ja = dup, pvz., duplq+, t . y. pirnrosios chromosomos i lgojo pctiesduplikaci ja;

. inversi ja = inv, pvz., invl2ql l-13, t . y. dvyl iktosios chromosomos i lgojopc t ies l1 -13 scgmentq invcrs i ja ;

. translokaci ja = t, pvz., --5, -12,t(5pl2p) - dvi tarpchromosomincs translokaci-jos, apsikeista scgntcntais tarp -5-1v5io5 ir l2-osios chromosomu trunrpqjq pei iq;

. i r k i t i .

Delecija (6.16 pav., 2) - chromosomos dalies i5krita. Kai delecijavra chromosomos vidineje dalyje, kad chronrosomq konjugacija r,yktqlokusas i lokusiy, toje homologinijc chromosomoje, kuri yra norma-lios sandaros, susidaro kilpa: segmentas, neturintis homologo, ,,pra-lcidZiamas". Tiro tarpu chromosoma su delecija chromosomos galeyra t ik t rumpcsne uZ normal iz l chromosomq.

I ikr i tus segmcntui , kur iame yra dominuojant is gcnas, del hemizi-got ines blsenos fenot ipe pasirei5kia recesyvicj i genai. Stambios dele-cijos, taip pat gyvybei svarbiq gcnq dclccijos yra letalios.

Delecijornis pasinaudojamir norint nustatyti genq viet4 chromoso-moje. Jos gali bfiti paveldimq Zmogaus defektq prieZastis. Pavyz-dZiui . kai Zmogaus penktojoje chromosomoje i5kr i tusi dal is trumpes-niojo petics, paveldcjusiq Sizl chromosom4 naLrjagimiq riksmas pri-mena kates kniaukim4. Todel Si anomali ja pavadinta , ,kates kniauki-nro" sindromu, nors yra ncmaZa ir kitokiq morfologiniq pokydiq:. . rnenul io" veidas, rnikrocefal i ja, paki tusi akiq forma ir kt . Vel iau Sisriksmas praeina, tik labai i5sigandg Zntones suklykia katds balsu.

Duplikacija - chromosomq mutacija, kai chromclsomoje segmen-tas yra padvigubejgs. Kai pasikartojantys segmcntai seka vienas pas-kui k i tq, tokios dupl ikaci jos vadinamos tandemin€mis. Jos i5 dal ies

, \ t ) (o( I r : \

lr--r-rol:-lrr h c n d r-----------1_,/-

a b c6. l6 pav. Izochromosomq susidarymas (D) ir konjugaci ja (c):zr - normalus chromatidZiu oasiskirstvmas

0t,-ilil i::,1i1ll;:.,",pasidrl i. j inas

\lcta I

twl-tlr1c Skr'rsjnis

ccntromer0spas ida l i j imas

428

tr lctafaze

u

429

aptartos dcstant netolygq krosingoveri. Pavyzdliu gali bfiti drozofilosmutacija Bar. Tai vieno lokuso padvigub6jimas arba patrigubejimas(Zr. 1.9 pav.).

Del duplikacijq, ypad dideliu segmentq, gali sumaZeti gvybingu-mas. Thiiau. kaip daug kartq buvo galima isitikinti, del kai kuriqgcnq dupl ik i ic i ju organizmai tampa atsparcsni ivair iems apl inkos po-veikiams. Taip atsirado gcnomc kartotiniai genai, kuriq svarba jaunagrinita. Nuo duplikacijq prasideda ir naujq genq evoliucija: ddlmutacijq i5 pradZiq du visiSkai tapat[s lokusai pradeda skirtis, pasi-rci ik ia . jq divcrgenci ja.

Izochromosomos (gr. rsos - lygus), Zymimos i. Kartais lygiapetes,metacentrines chromosomos turi vicnodq genetiniq ypatybiq ir struk-t f i ros pci ius. Tiksl iau, izochromosomos pediai kaip veidrodyjc atspin-di vienas kiti1, pvz., ABCDcenDCBA. Jos iitsiranda netaisyklingai pa-sidal i . ius ccntromcrai (6.16 pav.). Mcjozeje j i gal i konjuguot i labai

ivair iai : v icnas chromosomos petys su ki tu arba su at i t inkamu ki toshomologinis chromosclmos pet imi, arba i5 karto abiem bldais.

Inversija (6.15 pav., 3 ir 1) b[na tada, kai chromosomos segmen-tas pasisuka 180'. Po inversijos genctines mcdZiagos lieka tiek pat,hc t p l rk in ta renq v ie ta .

Konjugavus chrcmosomoms, kur iu vienojc yra normal i genq se-ka, o ki to. jc inversi ja, susidaro sudct inga ki lpa ( . .nr i r t ies ki lpa"). Pa-prasdiausios, paraccntr ines translokaci jos ki lpa pavaizduotzr 6.15 pa-veiksle. Inversijos skirstomos j jvairius tipus pagal pokydiq pob[di.Svurhu 2 ino l i du invcrs i jq t ipus :

. paracentrin6 inversija, kai pasisukantis 180' chromosomos seg-mcntas netur i ccntromeros;

. per icentr ine inversi ja, kai invcrtuotamc scgmente yra centro-mlrra. Ki lpa Siuo atveju sudet ingesnc.

Gcnetiniuosc tyrimuose invcrsijos naudojamos norint iSvengtikrosingoverio. I5 tikrqjq jos krosingoverio neslopina, bet jam ivy-kus tarp homologiniq chromosomq, kuriq vienoje yr:r normali se-ka, o kitoje - invcrsija, susidaro geneti5kai nesubalansuotos, toddlnegyvybingos lyt ines l4steles (6.17 pav., a). Viena i5 lz lstel iq tur ichronrosomil dicentr ikq (su dvicm centromeromis). Be to, lokusasA(a) yra padvigubejgs, o lokuso E(e) Siojc chromosomoje visainira. Antroji chromosoma visai be centromeros, be to, lokusas

43t)

E(e) yra padvigubejgs, o lokusoA(a) nera. Abiejq tipq chromo-somos sqlygoja negyvybingas lyti-nes l4steles. Bet kai ivyksta dvi-gubas krosingoveris (6.I7 pav.,b), susidaro gyvyhingos lyt inesl4steles.

Insercijos, arba intarpai, (6.15pav.,5) atsiranda ivair iais bldais

isitcrpus svetimai DNR. Jas, pvz.,sukel ia virusai, egzogenine DNR.Mejozeje jos sudaro kilpas, pana-i ias i delcci jq. Tik Siuo atvejuawirkidiai : nehomologini , , ,at l ieka-m4" segment4 tur i paki tusi chro-mosoma. Tbrp kitko, panaiios kil-pos yra i r dupl ikaci . iq.

Thanslokacijos. Pladiqia prasme translokacijomis vadinami visi po-

kydiai, kai chrc'rmosomos scgmentas pakeidia vietE: ii vicnos vietos

patenka i kit:r tojc padioje chrttmtlsomoje arba i5 vienos homologinds

chromosomos pereina I k i tq. Visa tai yra viduchromosominds tran'

slokaci jos. Chromosomos scgmentas gal i bl t i perkeltas i r i5 vienos

nehomologinis chromosomos i kit4 nehomrlloging chromtlsom4. tlai

tarpchromosominds translokacijos. Jos skiriasi nucl viduchromosomi-

niq translokacijq genetiniu ir fenotipiniu reiSkimusi. Tianslokacijos

gal i lvykt i ivair iais bldais: del judr iqjq genomo elementq, gcnet ines

rekombinacijos, mutagenezes. Tirigi pagal kilmg tai miiri grupc.

Robertsono translokacijos. Skirtingai nuo izochromosclmq, gali su-

silicti nehonrokrginds chrontosontos.Robertsono translokacijos atsiranda susiliejant nehomologiniq

chromosomu centromeroms:

. \ D C ' B E

-r - , - - ^ - ' ' . ; - -a b c d r

/ \/ \, / \

r t \

.__ r-________-- ------r-

r',.tr p1u. viengubas ta) ildvigubas (Dtkrosingoveris tarp homologiniq chromo-somq, i5 kuriq vienoje yra inversi. ia

V/\

Robertsono translokacij a

431

Kad Robcrtsono translokaciia butq gyvybinga. t. y, kad susidarytrlsubalansuota (nepraradusi genq) chromosoma, turi susilieti dvi akro-centr ines chromosom()s per jq centromeras, panai iai kaip susidarantizochromosomai. Keitimasis chromosomq pediais vyksta centromeri-nio hcterochromatino (a kartot iniu seku) sankaupos vietoje.

Del Robertsono translokacijos kariotipe sumaZeja viena chromo-soma. Todcl kariotipirs uZraiomas nurodant ir tas chromosomas, ktt-r ios susi l ie jo:

J5, XX -14, -21, +t(t ,1, 2l), t . y. vvri ls. kurio kariot i l . rc susi l iejusios 14-o1i ir2 l -o j i chronr r )somos. Thd j i s tu r i t i k '1 -5 chromosornas , o * t (14 ,21) - ta ip nurodo-ml r Ro l tc r tsono l r rns lok l tc i j : t .

Tarpchromosominds translokaci.ios (6.15 pav., 1). Kai keidiamasifraemcntais tarp nphomologiniq chrclmosomq. translokaci ja vadina-ma reciprokine. Tianslokacija yrzr nereciprokind, kai vicnde i5 neho-mologiniq chrcmosomq yra translokuotas scgmentas, o ki toie - de-leci ja. PavyzdZiui , LcZcnas 1963 m. aprai i v ienos ieimos naujagimisu . ,kat is kniaukinro" sindromu. Vienojc i5 dviejq penktqjq vaikomotirros chromosomq buvo delcci i i i , o vienoje i i penkiol iktqjq - t ran-skrktci ja. Motina buvo svcika, ncs genq balansas nebuvo paieistas.Vaikui, kr,rris i5 nrotinos pavcldcjo pcnktqj4 chrcxrosonril su delecijair pcnkiol ikt i l j4 normal i4, o iS t ivo - abi normal ias chromosomas,pasirei ikc . .kat is kniaukimo" sindromas. Vaikai , kur ic i i mot inos pa-veldcjo t ik pcnkiol iktEj4 chromosom4 su translokaci ja (pcnktoj i chro-mosoma buvo normal i) . turejo ivair iq ki tLr sutr ik imq.

Tianslokacijos gali buti aptinkamos genetiniais ir citogeneti-niais metodais.

Genetiniais metodais tarpchromosominds translokacijos :tptinka-mos t i r iant genq sankib4 (6.18 pav.). Kai anal izuojandiaisiais kryZmi-nimais tiriamcls chromosomos su normalia genq seka, lygiu santykiususidaro 4 t ipq gametos, taip pat pal ikuonys, t . y. l :1:1:1. Visi v ie-nodai gyvybingi. Kai individo chromosomosc heterozigotinejc bDklejeyra translokacija, nors ir susidaro lirgiu santykiu 4 lytiniq l4steliqtipai, bet dviejq yra geneti5kai nesubalansuotos chromosomos: AD cdir ah CB. Sios lqsteles ir i5 ju kilusios zigotos nei5gyvena. Vadinasi,atlikus analizuojarntiji kryZminimq, vietoj 4 zigot1 tipq gaunama tik2, santykiu l :1.

+JZ

'T::::" llffiC#-@a'f,*i('_w

,a1iruL,ffi-'@L1ffii-m C-",lBary a--'@

(r. l t l pirv. ( ienetinis b0ttas tarpchrornosonrin0m, t.onrl ,rk 'o' . i . ioms aptikt i (anal i-zuojantysis kryiminimas)

?trpchromosornines translokacijas galima nustatyti citogenetiniaisrnetodais rnejozcje i r mitozejc. f i igant iniq clrromttsr lntq mitozcjcsusidaro labai savitas vaizclas. Mcjozcs I zigotcnoje. kad chromo-sornos konjuguot lr latrai t iksl ia i , lukusas i lokus4, kctur ios chronro-somos sudaro kryZiq, kur is tol iau I dipkrtcnoje-diakinezcje, homo-loginems chromosclmoms i5siskir iant. v irsta Zicdu. I i Zicdo susidarokcturiq tiprt ganretos: AB BA ilD DI DA 48, DC CR, ncsachromatincs vcrpst is sihlai pr ic Zicdo gal i pr is i tv ir t int i dvejopai.Tirciau visos i ios lyt incs l4stclcs yra gcne t i ikai ncsubalansuot()s,todel negyrrybingos. Gyvybingos lytines lastclis buna tada, kai i5Zicdo susidaro ai tuoniukc. Mat Zicdas erdviniu atZvi lgiu yra ncst i r-bi l i f ig lra, j is pcrsisuka sudarydamas ai tuoniukg. Ji v isuonret iSsi-disto visu i lg iu pusiaujo ploki tumos l ink, toddl i i jos susidaro t ikdviejq tipq lytines l4steles: AB CD ir 4DCr9. Jos yra genc'tiikaisubalansuotos ir gyvybingos (6. 19 pav.).

Praktind translokacijq nauda. Tai toks chromosomq mutacijrltipas, kurio labai r[pestingai kuriamos genetinds kolekcijos. Matdel tarpchromosominiu translokacijq gcnai atsiclurier naujose sanki-bos grupdse.

Kokia Sio reiSkinio praktine nauda, geriausiai pasiaiSkinti konkre-tiu pavyztlLiu - translokacijq taikymu Zymeti lyti. Chromosomos seg-mentas i5 autosomos gal i b[ t i t ranslokuotas ne t ik i k i t4 autosomq,bet ir i lytines X ar net Y chromosomas. Thi i5 esmes keidia pavel-dejimo pobudi:

2 6 . 1 3 1 . 1 +J-)

i5 autosomos i X chromclsomzi translokuoti genai tampa ,,suki-busiais" su lyt imi;

. i5 autosomos i Y chromosom4 translokuoti genai tampa holan-driniais.

T[ro pasinaudota lyc*iai zymcti. Ap5vitinus Silkverpius jonizuojan-diaisiais spinduliais sukeliami chromosomq trukiai bei translokacijos.Taip par,yko geni]. kuris lcmia juoda kiauiincliu spalva, i5 autosomosperkclti i Y chromosom4 (drugiq ji daZnai zymima W, atitinkamai Xchromosoma zymima Z: XX yra patinel iai, XY - pateles)' Kokia Siodarbo prasmi?

Nuvyniojant ii lkverpio kokonus,

xd

l ln) n/ l ( ( i (

O, U TJg6.2() puv. si lkverpio kiaui indl iq spalvos (tamsdjandiq) geno translokaci ja i I auto-somos i Y chromosomq (pagal. V. Strunikovq, 1983)

tc, kad ,,kadiq kniaukimo" (pranc. cri du chat) sindromas atsiranda deldclecijos S-osios chromosomos trumpajamc pctyje delSp-. Sio sindro-mo ypatybes jau minctos ir anksiiaLr. Tiriiau pats sindromas gali atsiras-ti ir del kitq -5-osicls chromosomos mutacijq: Ziedines chromosomos,t r a n s l o k a c i j q . S i n d r o n r a s i S s i v y s t o , k a i p r a r a n d a m i 5 p l 4 -l5 segmentai .

Tris pai iais l9(r3 nr. pasirodc pirmoji publ ikaci ja apic kitE zmogaus chronroso-mq mutaci j i l - l f3-osios chromosomos trumpojo petics dcleci jzl del lSp-. Jq aptiko deGruiy (J. de Crouchy) su bcrrdradarbiais. De I Sios delcci jos vaikai prot i ikai atsi l ikg,dc l l t ip - s inc l romo pozymia i pana ius iDauno, Tcrner io i r k t . s indromq. B td ingosl i tbai didelcs ausys. l tar imas clcl Sio sindrclmo kyla tada, kai asmuo visiSkai ncturiplauku arbir ,vra vicnaakis (ciklopi ja). arba bc nosics (arini ja).

Pagal delecijas tiriama ir genq sankiba bei artimai sukibg genai.

IS stambesniq chromosomq mutacijq daZniausiai pasitaiko Ro-bertsono translokacijos ir reciprokines (abipuses) subalansuotos tran-slokacijos. Thi galima nesunkiai paai5kinti. Subalansuotos chromoso-mq mutacijos arba visi5kai nepaleiclLia fenotipo (asmenys normalls),arba fenotipas pal.eidLiamas silpniau negu esant kariotipe tik vienaii5 dviejq (buvusiq subalansucttq) chromosomq mutacijq:

wrilil)\-1

ft""t

/,igo|dl

( 'hrornosomq konjugacijr zigotenqie ir diakincza

H t t 1 )

ilrt.J" &L,c

"i

I

fi.*4'

Subal iur iuotoscrnr! t i 's l ' i rsLrbalansualdsgamet() i

6.19 pav. Chromosomq, heterozigotiniqpagal reciproking translokacijq, mejoz6 irlyt in6s lqstelds

434

i i kuriq i5sirystys ryriSkos lytiesdrugys, gaunama 30o/o <IaugiauSilko, negu i5 kokonq, i5 kuriqi5sirysgs moteri5ka lytis. Drugiai,tarp jq i r Si lkverpiai . pracina me-tamorfozg kiauSindlis -) lerva(vik5ras) + ldliukd (kokonas) -+

suaug€l is drugys. Thdiau apiedrugiq lyt i gal ima sprgst i t ikj icms iSsir i tus i5 lel iukes. Kaipsakoma: , ,Sauk5tai po pietq!"

Pagal i5 anksto numatyt4 pla-n4 (6.20 pzrv.) kryZminant pateles(XY = ZW), kur iq Y chromoso-moje buvo translokuotzls genas,lemiantis juod4 kiauiindliq spalv4,su pat inel iais (XX : ZZ), kur i \kiauSineliq spalva balta, i3 baltosspalvos kiauSinel iq tol iau vystdsit ik pat inel iai . Sukurtas nesuddt in-gas prietaisas baltiems (busimi pa-tineliai) ir juodierns (busimos pa-teles) kiauiineliams rlSiuoti.

Zmogaus chromosomq muta'cijos. Pirmosios Zmogaus chromo-somq mutacijos, kurias pavykonustatyti, buvo delecijos. LeZenassu bendradarbiais 1963 m. nusta-

\cfic

6t l

ai'l c

"I:"^'$ ^,fi;$,. ^ff",:L"

28.

\

435

, t1 - Subalansuota translokaci ja46,t (7p*, 10p-): translokaci ja

i 7- '4lq chr. (7p+) i5 lO-osioschr.; i ioje yra deleci ja ( l0p-)

O a - Pal ikuonys, kurie paveldejot ik translokaci jq 46,1 (7p+)

i ,_ , f E l - Asmenls . kur iq kar io t ipas

- - buvo t ir tas

Kartais klausiama: kodcl apskritai pakinta fenotipas, jeigu yra

subalansuotos chromosomq mutacijos? Atsakymas paprastas. PaZei-dZiamas mutacijos riboje esantis genas - gali bfiti jo mikrodeleciia irpan. Tas pa t ga l i a ts i t i k t i i r t rans l t rkuo to segmcnto sus i jung imo su

chromosoma vietoje. Bc to, gali pasireikSti padcties efektas. Taip,pvz.l yra su filadclfine 22-,ya chromosoma. Nors tai yra reciprokindtr i rnslokaci ja tarp 22-osios i r 9-osios chromosom\ t(9;22) (q34; ql1),\ystosi micloidine (kaulq diulpq) leukozi. Mat nukcndia translokaci-jos ribojc 9-ojoje chromosomoje esantis onkogenas c-ALB.

Zrnogaus chromosomq ir genomo mutacijq bendra ypatybe yrata, kad jos daZniausiai yra nauji ivykiai tcvq lqsteldse. Mutacijaspaveldi jq vaikai, bet daZnai Sioje kartoje jos eliminuojasi.

Daugel is chromosomq ir gcnomo mutaci jq pasi5al ina ik i gims-

tan t . D i lug asmcnq. g imus iq su chromosomq i r gcnomo mutac i jomis .mir5ta nepal ikg pal ikuoniq, yra nevaisingi . A. Sinkaus duomenimis,apie 167o tirtq vyrq, kuriems sperma nesigamino, tur6jo pakitusi ka-r iot ip4 ( lyt in iq chromosomq anomali jas).

Chromosomq mutacijq tyrimai Lietuvoje atliekami dviejuose cen-truose: Vilniaus universiteto Zmogaus genetikos centre (V. Kudinskas)prcnatalind diagnostika ir Kauno medicinos universitete (A. Sinkus)naujagimiq ir ivairaus amZiaus asmenrl chromosomines ligos/sindro-mai. Labiau besidomintiems Zmogaus genomo ir chromosomq mutaci-jomis rekomenrluotina A. Sin kaus,,Zmogaus chromosom ines ligos" (Vil-

nius: Mokslas, 1989). Joje pateikiami ir fyrimq Lietuvoje rezultatai.

6.3.3. Genq mutacijos

Genq mutacijq tipai. Sios mutacijos dar vadinamos ta5kindmis.atskirq gcnq pokydiai. Didele dalis geno pokydiq atitinka chro-

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 skaitymas pasislenka, 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 pir imidinas - pir imidinu:

A<+G arba T<+C

2. Thansversijos (lot. trans + versict - atmaina), kai pirimidinaspakeidiamas purinu arba purinas - pir imidinu:

Del pakaitq gal i b[ t i t r i jq t ipq genq mutaci jos:. neutral ios, kai kodonc pasikeidia 3- iasis nukleot idas i r kodonq

prnsme ncsikeidia, pvz., CCA (Pro)-+CCG (pro),ACC (Thr)-+ACA (Thr),GGG (Gly)+GGA (Gly) i r pan.;

. misens mutacijos - klaidingos prasmes mutacijos: geno koduo-jamamc baltyme vietoj v icnos erminorlgi t ics b[na ki ta - s inte-t inami mLrtant iniai bal tymai;

. nonsens mutacijos, del kuriq aminorlgitis koduolantys kodonaivirsta beprasmiais koclonais. Kai geno viduje atsiranda bepras-mis kodonas, baltymo sinteze nutr lksta. pr is iminkime, kad Siosmutacijos vadinamos pagal tai, koks beprasmis kodonas genoviduic ntsiranda:

antbe4ochre,opal.

grupuojamos jvairiai. Pagal ivai-

morfologines, fiziologines-biologines, biocheminds mutacijos -pagal tai, koks poZymis pakito;gyvybingos, pusiau letalios ir letalios mutacijos - pagalatsiliepe gnybingumui;

Mutacijos pagal fenotipo pokyiiusrias fcnotipo sar,ybes skiriamos:

T<+ATJ TJG<+C

UAG _UAA _UGA -

436

vaisingos (fertilios), pusiau sterilios, sterilios mutacijos - pagal

vaisingum4;temperatlrines (ts) - pagal jautrum4 temperat[rai.

Morfologin€s mutacijos - tai organq, stambesniq ar smulkesniq

morfologiniq pozymiq pokydiai. Wz', Lmogaus skeleto pokydiai, po-

lidaktili ja. Thrp morfologiniq mutacijq i atskir4 tip4 skiriamos daug

kartq rninetos homeozinds mutacijos, kai vietoj vieno organo r,listosi

kitas. Thi drozofilos mutacijos Antennapedio (vietoj antenos koja),

bithctrar (T. scgmcntas virsta T,, toddl turi dvi poras sparnq) ir kt'

Fiziologinds mutacijos - tai paveldimi biologiniq-fiziologiniq po-

Zymiq pokydiai, pvz., cirkadiniq ritmq, sezoniniq rei5kiniq, augalq zy-

dejimo arba vegetacijos trukmds, medZiagl] transporto ir kt. Pavyz-

dZiui , kukuruzq mutanto , , t inginc" sutr ikqs augalq augimo hormono

hetcroauksino pasiskirstymzrs, todel paki tusi augalq geotropine reak-

cija: jie SliauZia Zemds paviriiumi. Pavcldimi gyvfinq elgsenos nukry-

pimai irgi yra biologines mutacijos.

Biocheminds mutacijos - tai paveldimi biocheminiq rcakcijq po-

kyi iai : tai jvair iq organizmq albinosai, paveldimos Zmogaus metabo-

lizrno ligos: porfirija (kaupiasi porfirinai), fc-nilketonurija. tirozinozri

(sutr ikusi feni lalanino bei t i rozino apykaita) i r kt . (6.21 pav.).

p - hidroksif 'enilpiruvorhgStis

+3i2.5 - dihidrol<sitcnilpiruvo --*

lfr6W"li+...c,9 + Ir,o

6.21 pav. Paveldimos metabolizmo l igos, susi jusios su feni lalanino apykaita Zmogaus

organizme:

ff i l - t iga su!e! l !r nrctabol i to pertekl ius: 1 - feni lkctclnuri ja; -3 - t i rozinclzd; 5 -

alkaptonuri ja; | | - t lga sukel ia metaboli to stoka: 24, 2h, 2c - trr jq t ipq krct inizmas;

4 - albinizmas

438

6.22 pi l . Chlorof i lo sintezts atsistatymas pomidorq mutanto chloronema lapuosepo poveikio Fe EDTA:kaireje nrrrmalaus augalo (+ +), dci incje - chloronen'a (chlnchln), vidr"rryic -

<'hln chln po povcikio Fe E.DTA (i i H. Btihmc, G. Scholz, 1960)

Visos Sios trys mutacijq grupcs yra labai s4lygines. Metabolizmoligos sukclia jvairius mortbloginius pokyiius. Kai kurios mutacijos pri-skiriamos kitoms grupims, nors pagal jq i5ai5kinimo metod4 jos turetqb[ti biocheminis. PalyzdZiui, kai kurie augalq chlorofiliniai mutantai(pomidorq chloronen'a - lapo gyslos Zalios, o tarpgysliai pagcltg) nor-mal izuojasi jskiepi jus juos i normahl augal4. Thip nustatomi augalqbiocheminiai mutantai . Thi iau i5 t ikrqjq Siq mutantu sutr ikgs geleZies

isisavinimas: jq fenotipa normalizuoja geleZies druskq priedas (6.22 pav.).Del keliq svarbiq praktiniq taikymq plaiiau panagrinisime bio-

chemincs mutaci jas (Zr. tol iau).Miolerio mutacijq klasifikacija. 1932 m. Mioleris pasille mutaci-

jq klasifikacijq, atsiZvelgdtrnras j tai, kaip mutacija keite poZym!: a)slopino - amorfind mutacija, b) silpnino - hipomorfin€, c) stiprino -

hipermorfind, d) keitc prie5ingu fenotipu - antimorfind ir e) susida-re naujas fenotipas - neomorfind mutacija. Sis skirstymas pirmiausiatinka genq mutacijoms. Stai keletas pavyzdZiq. Augalai albinosai, ku-riq pigmentai visiSkai nesintetinami, yra amorfin6 mutacija; SviesiaiZali augalai - hipomorfine mutacija, o tamsiai iali, Zalesni negu nor-malfis augalai, yra hipermorfine mutacija. Kai geltona Zirniq sdklas-kildiq spalva tampa Zalia arba atvirkliiai, yra antimorfinds mutacijos.

Gpybingos ir letalios, vaisingos ir sterilios mutacijos. Bet kuriotipo mutacijos, ne tik genq, gali bDti gr'vybingos, subletalios (sin.semiletalios - pusiau gyvybingos) arba letalios. Thi priklauso ir nuopakitusiq genq lemiamq pozymiq svarbos organizmui, ir nuo to, kaip

439

stipriai del mutacijos sutrinka lqstelds, organizmo funkcijos ir raida.Letalios mutacijos daZnai vadinamos tiesiog letaldmis. Jq letalumaspasirciSkia ivairiais gyvenimo momentais, net lytinese l4steltise, zigo-tose arba tik giliojc senatveje. Letalios mutacijos yra platinine lapiqspalva, Zmogaus poliploidija ir siklcmija, augalq albinizmas ir kt. Dau-gcfio mutacijq tik i5 dalies maLeja gy"vybingumas, dalis individuiigyvcnir, dalis Z[va. Subletali yra Zmogaus mutacija, s4lygojanti odosl igi l p igmenting kscrodcrm4 (Zr. 7.21 pav.).

fvair iq t ipq mutaci jos taip pat gal i kcist i organizmo vaisingum4 (fer-tilumrl). Skiriamos vaisingos, pusiau vaisingos ir sterilios mutacijos. Ste-r i lum4 s4lygoja, pvz., lyt in iq l4stel iq raid4 valdandiq genq mutaci jos.

Genq mutacijq dainis. Jl nustatyti kur kas sudetingiau. Genomoir chromosomq rnutaci jas gal ima pat ikr int i c i tologiniais metodais. Deja,gcnq mutaci joms to padaryt i negal ima.

l lc to, nrulantinio gcno claZnis priklauso nuo t laugelio vciksniq. kuric gal i i ikrcipt it y r in rq rczu l la lus :

. dainai Q pati l 'enotipq lcmia skirt ingq, nealel iniq genq mutaci. ios, pvz.,cpi lcpsi ja. porl ' i r i . j4, raumcnq cl istrol ' i . jq, hcnrofi l i j4, derl tr tnizmiy ir daugeli ki tq/ t l l r tq l t t rs p i rve ld i r r r r l l i { t l :

. mutantiniai genai yra nevienodai gyvybingi ir naudingi organizmui, dai-niausiai genq mutaci jos yra Zal ingos jas ial ina atranka;

. dominuojanti , arba recesyvioj i mutaci ja ( ir lcl iniq gcnq siyvcika) i i pakitu-sio gcno savybc t iesiogiai susi jusi su atranka. Rcccsyviosios ntutaci jos gal ih[t i pavcldinros ncpasircikiclarnos, o clomirruojani i4 rnutaci. jr l i i karto ivcrt i-na a t ranka, i r Zu l ing i mutant in ia i gcn lL i paSa l inami ;

. nealel iniq genq poveikis (s4veika), genotipind apl inka - gcnai nrodif ' ikatoriainct lct ir lq gcni l glr l i paverst i gyvybingu arhir clonrinuojanti gcnlr recesyviutr-ju , , ,ncn l r tomu" ;

. geno penetranti ikumas ( i i clal ics ir ekspresyvumas) - dcl ncvisi iko penet-ranl i ikumo nornlr laus fcnotipo mutaci jos gal i l ikt i ncpasteb0tos. Tbkius mu-tan t t rs ga l in ra ap t ik t i mo lcku l incs gcnc l i kos metoda is ;

. l 'enokopijos - modif ikaci jos. ncpavcldimi organiznro pokydiai, kuric pagalfcnoti l .xl panaiIs, imituoja mutaci jas. I ikyla problcma, kaip atskirt i nrutaci jasnr r t r mod i l ' i kuc i ju .

. ekologiniai vciksniai, i5orind apl inka sudaro s4lygas mutavusiam gcnui i i l ikt iarba i inykt i . lv l i r iosc gcogral ' incse vietovese mutaci jq daZnis gal i labai skir-t i s (6 .2 l cn tc lc ) .

Be to, kylrr plpi ldoma problema, kaip atskirt i nau.ias mutaci jas nuo pakitusiomutantinio geno papli t imo d6l izol iaci jos ir geno dreifo. Jci kurioje nors vietovi jedaZrras mutantinis gcnas, tai_dar ncrciSkia, kad ten daZnos Sio gcno mutaci jos. Pvz.,amaurozincs idiot i ios gcnas Svcdi joje ar porf ir i jos gcnas Pietu Afr ikos Rcspublikojc.

Bfitina skirti du rei5kinius: mutantinio geno daZni populiaci-joje ir Sio geno naujq mutacijq atsiradimo daZni.

440

Sic du reiikiniai kartais painiojami. Be to, kartais neteisingai var-tojama s4voka ,,naujos mutacijos", ypad Zmogaus gcnetikoje. Reikiaskirti, kurios mutacijos i5 tiesq atsiradusios naujai ir kurios naujainustatytos, nes mutacijq lemiantis genas iki tol ncpasirei5ke fenoti-pi5kai. Thi skirtingi dalykai.

Nuo kitq orgzrnizmo genq, gcnotipines aplinkos priklauso genqdaZnis ne t ik gamtinesc popul iaci jose, bet i r genet inese l in i jose. Pvz.,kukur[zq gcno /' ' mutacijq daZnis Kornelio linijojc yra 1820 mutan-tiniq l4steliq milijonui gametu, o Kolumbijos linijoje gerokai mazes-nis - t ik 620 mutant iniq lelstel iq I mi l i jonui gametq.

Mutac[iq dainis yra individuali geno savybe. J4 lemia genosandaros ypatumai fiudriqjq genomo elementq isiterpimo vietqskaidius gene, paprastqjq kartotiniq sekq sankaupa gcne ir kt.).

Kickvicno organiznro gcnome gal ima apt ikt i genq, kur iq mutaci-jos labai daZnos (pvz., Zmogaus - Diuieno raumenq distrof i jos, ku-kur[zq - antociano sintezcs, drozofilos - arl mutacija) ir yra genLl,kur iq mutaci jos i t in retos (pvz., kukurlzq - vaikinio cndospermo)(6 .2 i r 6 .3 Icn tc lc 's ) .

Prakt inc gcnq mutaci jq rcik imi - tai v isa genet ika, pradedantgeno sandzrra i r baigiant prakt iniu genq mutaci jq panaudoj imu nau-joms augalq i r gyvul iq vcislcms, mikroorganizmq kamicnams sukurt i .

6.2 lcntcl i . Kai kuriq Zmogaus genq mutavimo daZniai skirt ingose populiaci jose( rc rn ian t is F . Vrgc l . A . G. Motu lsky , 1997)

L.iua Porrul iac i ia, jos k i lmcs v ieta Mutaci iq daZnis Geno v ietaAchondroplazi ja (chondrodis-troti.ja, 2ernas [gis)

Danr.laVokiet i . ja (Miunster is)

l " l 0 5

6 - 9 1 1 0 64q

Miotonine dist rof i ja (sutr ikusiraumenq raida)

Siaurcs Airr jaSveicar i ja

l l x l 0 6

I , l x l 0 5l 9 q

Retinoblastoma (tinklaincs

navikas)Angl i ia, JAV (Midiganas),Sveicarija, VokietijaOlandi jaNaujoji Zelandija

6 - 7 1 1 0 b

l , 2 3 x l 0 s

9 . 3 - 1 0 . 9 r 1 0 6

l 3 q l 4 . l - 1 4 . 2

T uberozine sklerozc Anglija (Oksfbrdas)Kini ja

l , 0 5 x l t )6 ' 1 0 6

9q34; I I q23

Neurofi bromatozc (nervinioaudinio augl ia i )

JAV (Mi i iganas)Rusi . ja (Maskva)

I t l 0 a

4 , 4 4 , 9 r 1 0 5

lTql1.2

DiuSeno raumenq distrofrja . lAV (Juta)Anglrja (Norturnberlendas irDerchemas)

9 , 5 r 1 0 '4 , 3 " 1 0 5

Xp2t.2

441

Mutaci iu daZnisKukuri izai:

r ' antociano sintezepr raudonas aleuronassu cukrinisendospermassft ' susiraukilejqs endospermaswx vaikinisendospermas

tun jautrumas f'agui Tlton ' i l tsparurnas far lu i

' t ' l

1 . 8 2 x l 0 J

I , l x l 0 5

2 , 4 x 1 0 6

l , 2 x l 0 6

< l , 5 x t 0 7

ct cll - spamai su iSkirptev vermilion Sviesiai raudonos akys

l - Jbrked susisukg Sercl iaiy yellow - geltonas k[nasru white - baltos akys

sty' --+ st{ alsparunras sfrcptornicinui i +' tO 'o

st{ > sty' j rulrunres slreptomrcinui I t ' lCr "/ l s ' > in - h is t id ino rh is ) porc rk is I Z ' tO

-

his- -+ his' griZtamoji mutacija | 2^ l0 n

gebejimas sintct int i his2 x l 0 "3 x l 0 '

6.- l lcntelc. Kai kuriq kukur[zq, drozofi los ir Escherichia col i genq gamtiniomutavimo daZniai

Donoro akis suaugusiame recipicntc

drozofi los imaginio disko transplantaci ja

6.-1 Icntel i . Rudo pigmento sintez€ persodintose drozofi los akyse ( rcrniantisG. W. Bcadlc. B. Efrussi. 1937)

Donoro genotipas Recipientogenotipas

Pigmento sintezepersodintoie akyie

- t

l , v

cn cn++cn cn

I ' V(n cn

| ! v

cn cn arb,t v v

st st arba,.'d cd

i -

++++v v arba cn cnv vcn cncn cnv vst st atba cd cdv v arba cn cn

Biocheminiq mutantq svarba. Bidl is i r Teitumas biocheminiamsprocesams t i r t i p irr ; r ie j i pasi I lc panaudot i biochcminius mutantus.Tokia mintis kilo iStyius kclct4 drozofilos mutantq, nulcmiandiq Svie-siai raudon4 akiq spalv4. Siq mutantl] yra blokuota rudo pigmentosintezi. Drozofilos org;rnai vykstant metamorfozci iisivysto i5 imagi-niq diskq. Bidlis ir Efrusis (8. Efrussi) persodino kai kuriq drozofilosmutantq, kur iq subrcndc individai tur i v ienodos spalvos Sviesiai rau-donas akis, t. y. v'crmilion (v'), cinnabar (cn), scarlel (st) ir cordinul(cd), imaginius akiq diskus normalaus tipo lervoms arba vieno ntu-tanto kitam. Be to, imaginiai akiq diskai buvo pers<-rdinami i neipras-t4 lervos klno dal! - hemocel j (6.23 pav.). Nepaisant to, imaginiaiakiq diskai difcrencijuodavosi, ir subrendusio vabzdZio-recipiento pil-velyjc iSsivystydavo akis, kurioje bfidavo galima iStirti pigmento kieki.

Kai kuriais atvejais net persodinus vieno mutanto imaginius akiqdiskus ki tam buvo sintet inamas rudas pigmentas (6.4 lentcle). Thipatsitiko persodinus mutanto l u imaginius akiq diskus cr? crt genotiporecipientams. Pcrsodinus v l. ' arba cn cn mutantq imaginius diskusnormalioms (+ +) drozofilq leroms, taip pat iSsir.ystydavo norma-lios spalvos akys. Padaryta teisinga iivzrda, kad rudo pigmento sinte-ze vyksta kcliais ctapais, ir mutanto cn cn l4stelese ji yra toliaupasislinkusi negu mutanto r,I,, toddl, perkelus imaginius akirtr diskusi5 mutanto u r.' i mutantE cn cn, v v l4steles gauna trDkstamos me-dZiagos, kuri jau yra sintctinama mutanto cn at lqstel6se.

Biocheminiq reakcijl l eiga tiriama taip:

. i5skiriama daus savaranki5ku mutantu:6.23

442

In rag in is akrcscLskas

pav. Ektopin6

443

. jic iStiriami komplementacijos testu: juo nustatoma, keli genailemia mcdZiagos sintczg, ir atitinkamai sugrupuojami turimi mu-tantai:

. ii anksto numatomos galimos tarpines reakcijos: joms patikrin-t i mutantai pavcikiami galimais tarpiniais sintezds produktais.

Prisiminkimc, kaip buvo rtustatyta drozofikrs akiq rudo pigmento biosinteze( Z r . I s k . ) .

Dr .zo f ik rs n ru tan ta i vv i r cn cn ncs in tc t in l rudo p igmcnto , todc l jq akys v ie -nodai (vicsiai raudonos. nors abu mutantai yra ncalcl iniai. Kuo j ic tada skir iasi, galtarpinir l proclLrktq sintczc? C) kas blt11, jcigu nrutirntui duotume spcjamq tarpiniqruc lo p iqmcnto s in tcz ts pnrduk tq?

Min t is buvo te is inga. pavyko normal izuo t i vv i r cncn mutantq fcno t ipus , t i kskirt inqonris mcclziagomis. Pavl,zdziui, drozofi los mutanto y y akiq spalvq normali-zuo j r r t i r rm i lk inurcn inas , k inurcn inas , 3 -h id roks ik inuren inus , o mut rn to cn cn - t i kv icna i i i i q mcdZiagq. t . y . 3 -h id roks ik inurcn inas . todc l rcakc i jq c iga s io jc rudo jop igmcnto s in tczcs da ly jc tok ia :

t r i p to fu nasblokLro.ja vermilion ) v r yk r l t r t r ip to f ln l - r i r t r l i t r ze

fo rmi lk inurcn inasJ vykdo kinurenintbrmomadazc

k inurcn inas- ; J vykdo k inuren in -3-h ic l roks i laze

3-h id roks ik i nurcn i n asI

irudas pignrcntas

Thip buvo atrastas bldas, kaip normalizuoti biocheminiq mu-tantq fenotip4: reikia juos paveikti ta medZiaga, kurios sinte-zg blokuoja mutacija. Siuo buclu pasinaudota gydant Zmogauspavclclimas metabolizmo ligas: reikia duoti tos medZiagos, ku-rios sinteze blokuota mutacijos.

Paveldimq Zmogaus metabol izmo l igq yra kel i Simtai , i r v is atran-damcls naujos ligos.

Pirm4sias paveldimas Zmogaus metabolizmo (medZiagq apykai-tos) l igas atrado dar 1899-1902 m. anglas Garodas (A. E.Garrod).Jis isai5kino, kaip paveldima alkaptonurija. organizme kaupiasi al-kaptonas (homogentizo rfigstis). Del to Zmoniq slapimas buna rudos

444

spalvos ir labai greitai tamsdja oksiduojantis ore homogentizo r[g5-iiai. Tokiq Zmoniq patamseja ir kaulai bei kremzles, jie linkg sirgtiartritu. Alkaptonas yra aminorlg5diq fenilalanino ir tirozino skilimoproduktas (Lr. 6.21 pav.).

Fenilalanino metabolizmo mutacijos gali blti net keliq paveldimqmetabolizmo ligq prieZastis:

. fcni lkctonuri jos (nepcrdirbamas feni lal i ininas);

. t i rozinozes (blokuojarnas t irozino metabolizmas);

. a lb in izmo ( i5 fcn i la lan ino- t i roz ino sk i l imo produk tu ncs igamina p igmcntasmclan inas) l

. t l i j q t ipq k re t in izmo (b lokuo jamas iodo pr i jung imrs pr ic t i roz ino i r k t . ) .

Iityrus biocherninl mutant4, galima sekmingai normalizuoti fenoti-p4, t.y. gydyti l ig4. Tokiu atveju ligoniui duodama trlkstamos medZia-gos (pvz., hormono) arba ncleidZiama atitinkamai medZiagai (pvz., fe-n i la lan inu i ) kaupt is o rgan iz rne .

Be to, biochcmincs genctikos tyrimai svarbus paveldimq metabo-lizmo ligu diagnostikai. Dil fenilketonurijos ir galaktozemijos pasi-rciSkia silpnaprotyste, ir tik i5tyrus Siq ligq prigimti, paai5keja, kadpirmuoju :rtveju neperdirbamas fenilalaninas, antruoju - laktoze.

Biocheminiai mutantai naudoja-mi ir kaip savoti5ki reagentai nusta-tyti kiekiui ivairiq medZiagq, ypai tq,kuriq organizme maZai (pvz., vitami-nq, hormonq ir kt .) . Biot ino (vi tami-no H) kiekis nustatomas naudojantindukuotus arba gamtinius mutantus,kuric ncsintctina 5io vitamino. Thipapt inkami labai maZi biot ino kie-kiai - 0,00003-0,00007 pgi 1ml terpes.Sudaroma kal ibruojandioj i kreive:rnutantui j mitybing terpg idedamasivairus biotino kiekis. Esant tinkamaikoncentracijai, mikroorganizmo ma-ses prieaugis yra tiesiog proporcin-gas pr idedamos mcdZiagos kiekiui(6.24 pav.).

Tir iamosios medZiagos kiekis kokia-me nors biologiniame skystyje (ckstrakte)

bfokrroja cinnabar

. 2 t 6il=! 1 a' E ' -

. ? x€

4

0.00 j : 0 .0125 o.o5 o l

l l i o t i r r o k i c k i : g I I t c l p i s

6.24 pav. Kal ibruojani ioj i kreivdbiot ino kiekiui nustatyt i :Debarr,tmr-ces ntalrucltoti mutantas;uZtamsin los l c is t inos konccn l r l c i ios :j c igu konccnt rac i ja d idesnd. t i r iama-sis t iroalas oraskiedZiamas

445

nustatomas idedant jo i mitybing tcrpp. ciaunanlas nlutanto mascs prieaugis. ISkal ibruojani ios kreives suZinoma. kokj t i r iamojo junginio kieki at i t inka i is masdsprieaugis. Duomcnq t ikslumas Iabai priklau.so nuo ekstrakto gryp11,., . lo, nes mu_tanto nlasas pricaugiui turi i takos ir ki tos medziagos, esaniios ekstrakte.

Kalibruojandiosios krcives gal i b[r i sudarytos ir pagal ki tus rodikl ius, ne vienpagal masis pricaug!. Pavyzdziui, gibcrel inq kickis nusratomas zema[giuose zirniqmutanlu()sc ir apic hormonu kickj sprcndzi lnra i i augatq r lgio: kuo daugiau hormo_no, tuo auga lq ug is norn ta lcsn is .

Siais metodais meclziagos kiekis clazniausiai nustatomas netiksliai,bet greitai, todcl jic naudojami kaip ekspresmetodai. paryzdziui, kaitiriamos Zmoniq populiacijose aminorfigidiq apykaitos ligos.

fvairiq reakciiq blokai organizme gali bfiti panaudoti kurti mik-rcrorganizmq kamienus. Kai klrie Micrococcus gltttamicus kamienaisukaupia daugiau kaip 30 mg/ml glutamo rDgst ies. Gaut i s ios bak-terijos kamienai, kurie sukaupia daugiau kaip 20-25 mg/ml lizino,t . y. -5(x) kartu daugiau negu pradiniai nat[ral [s kamienai. Taigauta blokuojant ki tq aminor[gsdiq sintezg i i bendro l iz ino pirm-tako. Vadinasi, juosc kaupiasi la isvasis l iz inas. Kai kur iq kukuruzqir mieziq mutantq grfiduose yra labai paclidejgs lizino, triptofanokiekis baltymuosc. ?r ip pavyko pagerint i bal tymq rnaist ing verrg -padidint i ncpakeidiamqjq aminor[gicyiq kiekj .

Mutantus - mctabol i tq producentus gal im. i iskir t i i r naudojantant imetabol i tus (mctabol i tq antogonisrus) arba biocheminiq reakci jqinhibitorius. Kuo daugiau organizme sintctinama metabolito, tuo dau-giau reikia ant imetabol i to arba inhibi tor iaus at i t inkanrai reakci jai s lo-pinti. Pramoncjc mikroorgrtnizmai gali b0ti naudojami kaip tarpinegrandis brangiai kainuojandioms ir technologi ikai sunkioms reakci-joms at l ikt i . Siam t ikslui ieskoma biochcminiq mutantt l , kur iuose siosreakci jos intensyvcsnis.

\III. MUTAGENEZE. GENOTOKSIKOLOGIJA

7.1. Mutagenai ir teratogenai. Bendra samprata

Kad ir kaip keista, bet iernobylio AE avarija turejo ir reigiamqreiksmg genctiniam iSprusimui. Ji parode, kad visuomenes zinioi apiegenotoksikologij4 yra labai menkos, net pasigailetinos. Koks tokiosavarijos pavojus, k4 reiketq veikti, turetq Zinoti kiekvienas.

Genotoksinai - tai veiksniai, kurie s4veikauja su genetinemisstruktflromis, sukeld:imi jq pokydius.

. Siolc knygoje pateikiama platcsne genotoksikologijos samprarzr:prie genotoksiniq vciksniq priskir iame ir tuos, kurie sukelia igimtus,bet nepaveldimus organizmo pokydius - morfozes. Galima giniytis,kas svarbiau, ar mutacijos, kuriq daZnis net po poveikio itipiiui.mutagenais nera cl idel is (nors tai sudetingas klausimas, Zr. tol iau), armorfozes, kuriq daZnis gali blti beveik I00o/o.

vciksniai. sukeliantys mutaci jas, vadinami mutagenais. Jic yra tr i-iq t ipq:

. fiziniai,

. cheminiai,

. biologiniai.

veiksniai, sukeliantys igimtus naujagimiq nenormalumus - terato-loginius reiSkinius. vadinami teratogenais. Teratologiniai reiikiniai yraivairios prigimties - morfozis arba mutacijos.

DaZnai tas pats aplinkos ar vidinis veiksnys sukclia ivairiq tipqpokydius:

. mutacijas (ivairiq tipq),

. rekombinacijas,

. morfozes.

Tokio veiksnio pavyzdys gali b[ti jonizuojandioji spinduliuote. Antaistipriausi mutagenai jonizuojandioji spinduliuote ir alkilinandiosios me-dZiagos sukelia pupq daigu lapq morfozes - specifini margumq irlapo formos pokyiius (7.1 pav.), kuriq daZnis beveik 10Oalo-nis. To-

7. I par,. Puprl morlbzes (margi lapai):s u k c l i a . j o n i z u o . j a n d i o i i s p 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 s n r c i l Z i a g o s , E , D I A , s c k l qscnc i in ras i r k t .

kius padius pokydius sukcl ia i r I IDTA, kai kur ie ki t i junginiai , kur iesuri5a dvivalendiu i r t r ivalendiq Inctalq jonus ir yra st ipr[ is rckombi-nogenai, kaip i r jonizuojani ioj i spindul iuotcr.

Rekombinogenai - tai veiksniai, sukeliantys geneting rekombi-nacij4.

EDIA, tarp kitko, nira toksi ikas iunginys. Ji gal ima nauclot i mokyklosc pa-

dcmonstruoti . kir ip ir tsirarrda mort irzcs (. j is vadinamas ivair iai : tr i lonas B, komplck-s o n l s I I I ) .

Mutagenai i r vdZys. Daug mutagcnq yra i r kancerogenai - veiks-niai , sukcl iantys vcZi. SusipaZinus su vcZio pr icZast imis, tai v is i5kaisuprantanras dalykas. Daugeliu atvejq pirmine veZio prieZastis yramutaci jos somatinise lEstelesc. 1902 m., prasl inkus t ik 7 mctams poto, kai Rentgenas (V. K.Rontgen) atrado X spindulius, kurie jo gar-bci buvo pavadinti rentgeno spinduliais, buvo irodyta, kad Sie spin-duliai sukelia vcZi. Kancerogcnines mutagenq sar,ybes labai skatinamutagenq tyrirnr.rs. Del Sios prieZasties tiems tyrimams skiriama daugdemesio i r le iq.

Aplinkos mutagenai, esanrvs organizmo aplinkoje, del specifiniqsaugos bldu ir strateginiais sumetimais genotoksikologijoje iSskiriami

448

i atskir4 aplinkos mutagcnq grupg. Jie yra lvairios prigimties: fiziniai,cheminiai ir netgi biologiniai, pvz., virusines infekcijos.

Mutaciiq atsiradimas vadinamas mutageneze. Skiriami du muta-genezds tipai:

. gamtin6. arba spontanin€ ( lot . spontaneus - savaiminis), be ak_ty/aus. s4moningo Zmogaus js ik i5imo,

. indukuota, t . y. special iai sukelta Zmogaus.

Spontaning (gamting) mutagenezg daZnai sukelia tie patys veiks-niai , kur iuos Zmogus special iai naudoja mutaci joms dirbt inai sukelt i .Jonizuojantys i r ul t raviolet iniai spindul iai , net alk i l inani iosios medZia-gos yra apl inkos veiksniai , nors i r atrast i ic ikant veiksmingq pr iemo-niq mutacijonts sukclti. ?ri Lruvo svarbu selekcijai.

Dirbtine mutaci. ir ; indukci ja. Dirbt iners nrutaci jq indukci jos budai labai !vair[s.Radioaktyvus clcnrcntui, chcnriniai mutascnai gal i tr f i t i injckuojami j organizmq irk1 . Organ iznrus ga l i rna pavc ik t i lak ia is chcmin ia is mutagena is , ypa i a lk i l inand ios io -mis mcdiiagonris, mutagenil iSgarinant duj incjc apl inkojc.

Pavciktq nrut lrgcnais organizmq kartas sutarta 2yntct i spccial iu simboliu M suat i t inkamu indcksu. re i i k ian i iu kar t r l . M, , M, , N I . r i r t . t . Ko lch ic inu pavc ik tq auga lqkar tos Zyminros ra ic lc C i rg i su a t i t inkanru indeksu C, , Cr , C . i r r . t .

Donr i r ruo jan i ios rnLr tac i jos pus i rc i i k ia j lu M, , o rcccsvv ios ios t i k M, -M. i r ve-, ;sn isc kur t r rsc .

7.2. Fiziniai mutagenai

7.2.1. Mutageninis jonizuojani iosios spindul iuot6s poveikis.Priklausomyb6 nuo dozds

Jonizuojancioji spinduliuot€ buvo pirmasis aplinkos veiksnys, kurionrutageni5kumas buvo irodytas. 1927 m. amerikiediq mokslininkas Mio-lcris (H. J. Muller, Morgano bendradarbis) irod6, kad jonizuojaniiojispinduliuote sukelia naujas drozofilos mutacijas. Jis sukfire specialq,labai itikinantj metodE naujoms, ,,sukibusioms" su lytimi lctalioms re-cesyvindms mutaci joms apt ikt i . Sis metodas pagal spccial iai sukonst-ruot4 drozof i los l in i jq vadinamas CIB metodu (Zr. tol iau).

Jonizuojani iqiq spindul iq rt iys. Skir iamos dvi jonizuojani iosios spindul iuotesrlSys: clektromasnctinc spindul iuotc - rcntgcno, arba X spindul iai, kuriq bangos

2 9 . 1 3 1 3

7, " *\q

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 4 ' l 0 l . , m ; k o r p u s -kul inc spindul iuote - srautas ivair iq dalel iq' .kuriU masq sudaro p daleles (clek-

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 i ' s u -daryt i i5 2 protonq ir 2 neutionq). neutronai ( let iej i - maZesnes energi jos ir

g r c i t i c j i - d i d c s n i ' s ) . ^ . : - - ; . . : : ^ - i . ? , , . \ i r n r , , (Ncutronams s4vcikaujant su mcclZiaga susidaro st ipriai j t" ] t :o]T,Y: protonar -

a.tr inis i 'yt i j i rnas. apsi ir , i t ing neutronais zmonis patys tampa pirvoj ingi; taip atsi-

t iko kai kuricms i tsnrenims ()crnobyl io AE'

Mutacijas sukelia visq ru5iq jonizuojaniioji spinduliuot€' bet kad

b0tq patogiau mutaci jom; indukuot i daZniausiai naudoiami rentgeno

iiy'.pinouliai, rcc.iau neutronai, cr ir B dzrlelds, kuriomis apivitinama

irulrtstu, ir kitais b[dais patckus i organizmq radioaktyviesiems izo-

topams.

f)oz€s vienetai. Visu r i l i i t1 jonizuoiani iqjt l spindul iq 1:"".qul i .b0ti i i rciki ta stt-

rrertos (absortruotosl lonizLr. l , indiorios .pinCi,t iucitc. cncrgi jos kickiu n.rascs vicnctui '

Pr rq r in t l l r r i s r i c t tc l l t s l r l r g r i ius '

1 grcjus (Gy) = I kg mases sugeria I J (dZaull) energi jos'

Ar tks i ' i l r t r n l t t t tL r l l t k i t l t r i t t t c l t t : i s te n r l t :

lGy = l0 (X) n rGY : l (X) rac l '

R e n t g e n a i s ( R ) b u v t r i i r e i i k i l r m a c k s p t l z i c i n i d i r z e : l r c n t g c n a S y r a t t l k i a c k s -p o z i c i n c c l c k t r t t n l a g n c t i n i q s p i n c l t r l i q d t l z i . , k u r i l c n t r o r o ( c s a n t ( ) . C ] i r 7 6 ( ) m m H gs lcg iu i ) sukr t r ia l , ( )6 - r ' l ( I ' , i t ' i c1q : .cn f tq jonq porq ' l I { = 2 '57976 10 ' -C (ku lono) /kg '

I v a i r i u s p i n t l r r l i u t l t i s r t r i i u p r t | y g i n i m u i n u s l a t o m a e k v i v a | e n t i n d d o z 6 . J o s v i e n c -tas y'ra ,yn"i to, (Sv). Jis lygus rrcsistcminiais vicnetais:

I Sv : 100 rcnr ( rcnr t l ) . a rba ber (bcrq) '

Ekvivalcntinc r6zc claZnai ivcrt lnamas spinrJul iuoters pav.jus' KatJ ecrnobyl i tr

zona bltq ku0 maZcsni ir ner"ikctq evakuotl daug Zmoniq. i i pir i tct buvo i i lauZta

30 bcrq r iba, tocl i l nukcntcjo daug Znroniq Gomelio' Briansko sri tysc'

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 ovienei'4, pvz., Gy/s, Gy/min, Sv/h' Ekspozicincs dozOs galia - ampe-

rais/kg.

J o n i z u o j a r r c i o s i o s s p i n d u l i u o t c s b i o l o g i n i a i C f e k t a i l a b a i i v a i r [ s :sukel ia

4-50

. spinduling lig4,

. morfozes (minetasis pupq lapq margumas),

. genll mutacijas,o chromosomu degradaciiq ir aberacijas,. pol iploidi j4,' rekombinacii4 (netgi tose l4stclese arba individuose, kuriuose

5i paprastai ner,yksta, pvz., drozofilos ryri5kojoje lytyje),. vdLi ir mirti.

Kancerogeninis veikimas. Kokia jonizuojaniiqjq spinduliq dozeyra slenkst ini veZiui sukelt i , d iskutuot inas klausimas. Manoma, kadji turi blti didcsnc kaip l0 Cy. Tokiq doziq daZniausiai gauna asme-nys, gydomi nuo viZio, - \,ystosi antrinis vdZys.

VeZys vystosi vykstant mutacijoms, kurios atsiranda ap5vitinto as-mens somatincsc l4stelcsc, c laZniausiai del onkogcnq ir ant ionkoge-ntp mutaci jq Siosc l4stel isc. Zinot ina. kad vezys prasideda ne i5 kar-

to, o po 7-10 metu nuo apivi t in imo. Antai Japoni joje leukoziq daZ-

nis cl idejo po atominiq bombq sprogimo nuo 10,7/1 mln. 1946 m.ik i 28/1 mln. gyvcntojq 1960 m.

Letali dozd yra vicnas ii svarbiq jonizuojandiosios spinduliuotds(kaip i r k i tq mutagenu) paramctrq. J i zymima LD. Prie LD gal i b[ t i

skaidiai , reiSkiantys letalumtt proccntq, pvz., daug tyr imq at l iekama,

kai LD.,,. t. y. kai lnva 50ah apivitintq individq. LD padcda sulygintibiologing dozg, ypad kai tarnc paiiame bandyme tiriami ivairfls or-

ganizmai, gcnct incs l in i jos i r pan. Letal i doze (LD) labai ivair i skir-

tingiems organizmams. Paprastcsn€s sandaros organizmai jclnizuojan-

diajai spindul iuotci daug atsparesni negu suddt ingos sandaros. Jaut-

r iausi yra Zinduol iai . Be to, ivair iq grupiq organizmai skir iasi v ieni

nuo kitq radiojautrumu. PavyzdZiui, vairenis (Arabidopsis thaliana)

yra desimter iopai atsparcsnis spindul iuotci negu varpiniai augalai i r

bevcik Simteriopai atsparcsnis uZ kai kuriuos ank5tinius augalus.

Palyginkime ktri kuriu organizmll LD', grejais (Gy):

Znrogus - 2.-5--3,5; Zuvys - 8,0-20,0;pclcs ( ivair iq l ini jq) 6,0 l-5,(); gyvatcs - 130,0-2(X),0;

Ziurkes ( ivair iu l ini jq) - 7.()-9.0; vi ibzclZiai - 10,0-100,0;

pauk$iai - [3,( l-20,0; augalai - 10,0-1500,0!!

Ir to paties organizmo ivair ios l i rstclcs ar net jos dalys nevienodai jautr ios jonizuo-

jani iqai spindul iuotei. Jautr iausias l4stclds branduolvs. Pvz.. apivit inus Si lkverpius l lpiu

451

7.2 pav. f)rozofi los recesyviqiq , ,sukibusiq" su

lyt imi mutaci jq daZnio priklausomumas nuo

.ionizuo.iani iosios spindul iuotds dozds (pagal

N. Timol 'cjcvq-Rcsirvski ir kt. , l9(r(r)

5500 Gy (5-50 kR) doze, branduolYsvisiSkai suiro. o citoplazma i5l iko gv-

vybinga. Yabz,dLio Habrobracon

branduoli inaktyvina vos kel iu de-( imtqjq R dozd, Tiesa, jo citoPlaz-ma yra jautrcsni negu i i lkaverpio -

ju inak tp ina 1 .5 kR dozc .

MaZos jonizuojandiosios

spindul iuot is dozcs organiz-m4 st imul iuoja. Toks rei5ki-nys vadinamas radiostimu-liacija.

I lgesni la ikq Svit inant jo-

nizuojandiaisiais spindul iais,padidcja organizntq radioat-sparumas. Sis reiSkinys vadi-namas radioadaptaci ja. Kaiorganizmai pakartotinai Sviti-nami daugclyjc kartil, gali at-sirasti pavcldimas atsparumasradiaci jai . Mat i lgainiui leta-I ios jonizuojandiosios spindu-

- l Duomenys:

-r*+ c N. TimofeJevo-Resovskio,

, ; v C.P. Oliverio' I

j x \'. Efroimsono,

l . r i d u r k i r . /l - / o

9

,Yp

a/

{

gY

f- /

0 1 2 3 4 5 6

l iuotds dozis atrenka atsparius mutantus.Mutageninis efektas i r jonizuojani i0sios spindul iuot6s doz6s.

N. Timofejevas-Resovskis, V. Efroinlsonas, Olivcris (C. P. Oliver)' ve-

l iau daugcl is ki t t l tyr ini tojq nustate, kad mutageninis jonizuojandio-

sios spindul iuotes povcikis t iesiog proporcingas jq dozei (7.2 pav.). Si

dcsnj gal ima iSreiki t i tokia formule:

M : l L + k D ,

6a M - mutaciiq daZnis, U - spontanines mutacijos, D - doze, k -

mutaci jq daZnis dozds vienetui .N. Timofejevas-Resovskis ir Cimcris (K. Zimmcr) irodinejo dar

vienq labai svarbq ddsningum4:

esant tai padiai doztis galiai, mutageninis efektas yra vienodas

ar ta padia jonizuojandiosios spinduliuotds doze organizmas

paveikiamas i5 karto, ar dalimis, frakcijomis.

452

Moksli5kai tai ndra visi5kai reisingas reiginys (Zr. toliau), bet juonaudojanrasi prakti5kai. Juo pamatuota asmenq, kontaktuojandiq suradioaktyviais Saltiniais, asmenind, individuali kontrold. Kiekvienasasmuo turi asmenini dozimetrq. kuris fiksuoja spinduliuotes suminedozg.

Giniyt inas t ik vicnas klausimas, kokia dozd yra leist ina. SSSR (pagal s. Jarmo-lenko. , ,Rad iob io log i ja i c loveka iZ ivo tnvch" , 1988,2113 p . ) v is i asmenys buvo sk i rs -tomi i 3 kategori jas: I - dirbantys profesional iai padidcjusios spindul iuotes sqlygo-mis -5, 1-5, 30 ber/mctai (priklausomai nuo organo jautrumo), I I katcgori ja - r ibotapopuliaci jos dal is. kuri gy,,cna padiclcjusios spindul iuotcs zonde, - at i t inkirmai (pa-p i ldomai ) 0 , -5 , 1 ,5 i r 3 bcr / l mcta i (be t nc 30 bcr / l mcta i ) ; I I I g rupd - nar [ ra lussp ind i r l iuo tcs fonas ; l ygumosc j i s l ygus 0 ,32 mSv/ l meta i , t . y .3 ,2 ber l l meta i . ISiu treidal is (0,105 mSv) tcnka statybin6ms medZiagoms, t . y. r lusq blstui, todelstatybines mcdZiagos turctq blt i parenkamos atsiZvclgiant i radionukl idq (. . , ,Ra,IrTh. t l 'K) kickj.

Nustatoma ir maksimal i sumine spindul iuotes doze. Ji i rgi disku-tuo t ina .

Slenkstinds dozds klausimas. Vienas i5 neteisingq ankst)'vosiosradiacinis genct ikos teiginiq tai , kad yra slenkst ine doze. Manyta,jog muatcijos atsirzrnda tik perZengus tam tikr4 slenksting dozg. Th-diau br.rvo intdyta, kad

mutacijoms indukuoti slenkstinds doz€s ndra.

Ir maZos jonizuojandiosios spinduliuotis clozes sukelia mutacijas,tik atitinkamai maZcsniu clazniu. Norint tai jrodyti statisriskai, reike-jo i5tirti labai daug l4stcliq. Be to, sickiant tyrimus priartinti prieZmogaus, bandymai buvo atliekarmi su beZdZionemis. Po viso to buvoimtasi svarbiq saugos priemoniq:

pasira5yta tarptautind sutartis ddl atominiq bombq bandymqatmosferojc uZclraudimo.nustota piktnaudZiauti rentgeno spinduliais medicinineje diag-nostikoje,

. sumaZintos lcistinos ionizuoiandiosios spinduliuotds dozis.

Svitinant maZomis rentgeno ir y spincluliq dozemis frakcionuo-tai, atskiru tipu mutacijq atsiranda patikimai maZiau negu ap5viti-nus vienkartine doze. Be to, daZnis priklauso nuo dozds galios.

453

t t

10

.

h

,! o,oz+N

i o .o toz

didel is mutageno dozes gal i indukuoti DNR reparaci jq arba slopint i ktaidin-gos DNR pa2a idq rcp t r i re i jos t ipus :viena mutaci ja gal i neutral izuoti ki tq (pvz., del Kriko rcversi jos) ir kt.

7.2.2. Mutageninio jonizuojantiosios spinduliuot6s poveikio prieiastys

Tiesioginis mutageninis poveikis. Taikinio teorija. Jos pamat4 su-daro tiesiogine priklausomybe tarp jonizuojaniiosios spinduliuotes do-zds ir mutacijq daznio (atmetant maZas ir dideles dozes, zr. auksdiau).

1935 m. N. Timofejevas-Resovskis, bendradarbiaudamas su fizi-kais Cimeriu (K. Zimmer) i r Delbr iuku (M.Delbrt ick), pasi i le mu-tagenini jonizuojandiosios spindul iuotes poveikl aiskint i , , ta ik inio te-orija". Pagal 5i4 tcorij4 l4stelejc ,,Suviai" i tam tikrus jautrius ,,taiki-nius" energijos kvantu sukelia riidiobiologinj efekta. Buvo manoma,kad geno mutacijai atsirasti uZtenka vien4 kartzl pataikyti energijoskvantu i gen4, ct chromosomq mutacijai - priklausomai nuo mutaci-jos tipo gali prireikti dvicjq pataikymq.

Vadinasi, kuo daugiau , ,S[viq" (didesnc spindul iuot is dozd), tuodidesne tikimybc ,,pataikyti i taikini". Thigi anksdiau iSdestyta muta-geninio jonizuojandiuosios spindul iuotcs poveikio pr ik lausomybe nuodozcs vis iSkai at i t inka , , taik inio teor i j4".

Genas - taikinys, i kuri ,,Saudoma" cncrgijos kvantais.

Thdiau vel iau atsirado pr iei taraujandiq i ia i tcor i ja i duomenq. Vienijq (mutageninio jonizuojandiosios spindul iuotes veikimo pr ik lausomy-be nuo frakcionavimo ir dozes galios, maZq ir didcliq doziq efektai)atitinka bendr4 Siuolaiking mutagenczis koncepcij4, kad genetines mc-dZiagos paZaida dar nera mutaci ja. Ki t i pr ik lauso nuo net iesioginio mu-tageninio jonizuojandiosios spinduliuot6s poveikio.

Kokia DNR paZaidq prigimtis? Kaip energijos kvantas keiiia ge-n4? Paradoksalu, bet tipi5ka tai, kad fiziniq mutagenq molekulinioveikimo prieZastis tirti sunku, daug sunkiau negu cheminiq mutage-nq. Prireike 60 metr4, kad paai5ketq, kaip energijos kvantas s4veikau-ja su DNR: koks tiesioginio mutageninio poveikio mcchanizmas, ko-kia pirminiq DNR paZaidq prigimtis.

Antrinds DNR paZaidos buvo nustatytos gana greitai - tai DNRvienagrandZiai ir dvigrandiiai trlkiai (7.4 pav.). Jonizuojanrys spin-duliai sutrauko DNR grandincs. Si jq savybe panaudojama veZi-ndms lqstelems sunaikinti.

eo 60 21 e o'8 o'lj;", gotio ,na'-?ilot

7.3 pav. Genq mutaci jq daZnis pel iq spermatogonijose ir jonizuojani iosios spin-

dul iuot€s dozds gal ia:mutaci jq daZnis apskai i iuotas vicnam lokusui apivit inus lrad dozc 100 000 gametq

(pagal W L. Russcl l , 1974)

Raselas (W. L.Russel) nustat i , kad, Svi t inant peles maZomis i r s i l -

pnos gal ios dozemis, genq mutaci jq b[na gerokai maZiau negu in-

tcnsyviai apivitinus tokia pat doze (7.3 pav.). Thi patvirtino ir kitimokslininkai, tyrinejg drozofil4, Silkverpius ir kitus orgzrnizmus.

Sie rezultatai ai ik inami palankesndmis organizmq DNR reparaci-jos sqlygomis, radioadaptacija, esant foniniam jonizuojaniiosios spin-

duliuotds lygiui. Zmoniq ir gyvlnq lokalines pclpuliacijos yra atspa-

resnes jonizuoiandiajai radiacijai, kur del torio ir radZio 10-100 kartq

didesnis spinduliuotes fonas (Keraloje - Indija, kai kuriose Kinijos ir

Brazili jos srityse ir kt.).Didetiq jonizuojaniiosios spinduliuotds doziq problema. Maksi-

mumo rei5kinys. 1939 m. Emonsas (C. W.Emmons) i r Holenderis(A.Hol lacnder), iv i t indami grybus ul traviolet iniais spindul iais, pir-

mieji pastcbejo, kad mutacijq daZnis tiesiog proporcingas dozei tik

iki tam tikros ribos. Tbliau didinant dozg, mutacijq nedaugdja, kar-

tais net maLCja. Veliau toks desningumas nustatytas ir su kitais mu-

tagenais, tarp jq ir su jonizuojandiqja spinduliuote, net neutronais.

Thi buvo pavadinta maksimumo rei5kiniu. Jis aiSkinamas ivairiai:

. populiaci ja heterogeni5ka mutabi lumo atZvi lgiu ir yra didesnd mutabi l iq in-

dividq arba l4stel iq Zutis, ap5vit inus didelemis dozemis;. didesn6 mutantq Z[t is del jvair iq pricZasi iq: pakartot iniq mutaci iq, letal iq

mutac i jq kaup imt ls i i r k t . :

-d* d-z7.4 pi l . VienagrandZiq (VT) ir dvigrandiiq (DT) DNR trf ikiq susidarymas pataikius

y spindul iams i DNR:sus ic la ro pur ino i r p i r in r id ino baz iq la isv ie j i rad ika la i (LR) : i t l buv imo v ic t t l sc

a ts i randa DNR t r l k ia i , I -R pava izc luo t i dc ( in i j c ( i i M. C. R. Symons, 191 i7 )

Pirminiq DNR paZaiclq pr igimtis pirmiausia buvo nustatyta t i -r iant nct icsiogini mutagcnini jonizuojanciosios spindul iuotes povcikl .

Netiesioginis mutageninis jonizuojaniiosios spinduliuotds povei-

kis. Drozofilos mutacijas galima sukelti ir apivitinus mitybing tcrpg,kur ioje auginamos neapivi t intos muscles. Zinduol iams gal ima sukelt imutacijas vaclinamuoju distanciniu bfidu (pcr atstum4), t. y. SvitinantkuriE nors k|rno dali, nc padias lytincs l.lsteles. Mat Svitinant susida-ro antr iniai mutagenai. J ic sukel ia net icsiogini mutagcninl jonizuo-jandiosios spindul iuotcs povcikl .

Svarbiausi antriniai mutagenai yra laisvieji radikalai. Jie susidarovykstant vandens radiolizei:

(l) -..,,; t[2o -)H2o-I e(2 ) I I2 ( ) ' r F I2O--+ I l jO ' + OI I '

Susidaro labai rcaktyvus hidroksi lo radikalas OH'.(3) Elektronas irgi s4veikauja su grct imomis vandcns mcllekulcmis. Susidaro

labai suZadinta H.Oi ' , kuri i rgi disoci juoja:

456

Laisvieji radikalai turi nesuporuotus elektronus, tod6l labai reaktyvus, betj ie yra trumpalaikiai * ne i lgiau kaip l0-ss.

Dalyvaujant dcguoniui susidam kit i radiol izis produktai: hidroperoksidinis ra-dikalas HO' vanclcni l io peroksiclas H,O, ir atominis deguonis O. Be to, susidarohidratuoti clektronai (c ,u). Jic taip pat labai rcaktyvls.

Suminis vanclens radiol izes rezultatas:

(b) --

ho',

Hro

n6G"{Laisviej i radikalai Zymimi taSku - H' , OH'.L4stel6je cnergijos kvant4 sugeria stambios organincs molekules.

Susidaro jq laisvicj i radikalai i r organiniai peroksidai. Pastar iej i atsi-randa ir net iesiogiai del vandens radiol izes.

Visa tai paai5kina svarbius reiSkinius:

. deguonies efekt4 (ivitinant augalq Sakneles arba drozofilas gry-no deguonies aplinkojc, mutacijq blna daugiau, o Svitinant azotoapl inkoje, - maZiau ncgu normal ioje apl inkoje);

. radiojautrumo ry5i su audiniq hidratacija (audiniai, kuriuoseyra daugiau vandens, jonizuojandiajai spindul iuotei jautresni uZtuos, kur iuose vandens maZiau, pvz., gal ima palygint i augalqseklas su vegctatyvinimis dal imis);

. distancini mutagenini spinduliuot€s poveiki (kai ap5vitinamasvienas organas, o mutacijos atsiranda kito organo lqstelese);

. mutagenus, kurie atsiranda apivitintuosc maisto produktuose,mitybincjc tcrpejc.

Genotoksikologiniu atZvilgiu pastarasis reiSkinys yra labai svar-bus. Ap5vitintoje mitybinejc terpcje, maisto produktuose irgi susi-daro orgtrniniai peroksidai, H,O.. Audiniuose peroksidus skaido fer-mentai katalazes. Maisto produktuose daZniausiai Siq fermentq nd-ra, toddl peroksidai gana ilgai i5lieka. Svitinimas jonizuojaniiaisiaisspinduliais ncatsakingai naudojamas (arba bent bandomas naudoti)maisto produktams sterilinti (prt., importuotiems gr[dams, kuriepo to pagal reglament4 turetq bfiti naudojami tik pa5arui ir tik

o

"1,\| .- l lI I l

ca\..'2' lR

T.

o

"*\ t .t l'\-4'

R.TH

457

po 3-6 mcn.). Si [ loma jonizuojandiaisiais spindul iais Svit int i bulviqgumbus, kad Sie neleistq daigq, i r pan.

Antrini mutagenini poveiki sukelia ir radiotoksinai - ivairiq me-tabolitq dariniai, atsiradg po ap5vitinimo (lipidq peroksidai, chinonai,trikarboniniu r[g5diq dariniai ir kt.). frodytas Siq medZiagq mutage-niikumas. Ekstraktai i5 ap5vitintq audiniq sukelia chromosclmq abe-r lc i . jas. iS birktcr i ju - genq mutaci jas.

Tiesioginio mutageninio poveikio prieiastys. Laisvieii radikalai yrair pirmincs DNR paZaidos: apivi t inus jonizuojani iais iais spindul iaissusidaro purino i r pir imidino baziq laisviej i radikalai . J ic skirstomipagal tai , kur yra lokal izuotas ncsuporuotas elektronas:

. C-centriniai C atom e, pvz.l R-C-R,

. O-centr iniai O atome.

. N-centriniai, pvz., RrN.. Sie baziq laisvieji raclikalai clar vacli-nami heterocikliniais rezonansiniais, nes elektronas gali mig-ruoti, sudarydamas baziq laisvqjq radikalq izoformas (7.-5 pav.).Dcl baziq laisvqjq radikalq atsiranda vicnagrandLiai ir dvigran-dZiai DNR tr lk iai .

Netiesioginis mutageninis jonizuojani iosios spindul iuot6s poveikis gal i tr l t i di llaisvqju purino-pir imidino bazir l radikalq. jcigu i ic susidaro ncticsiogiai (7.-5 pav.).13uziq laisvicj i radikalai gal i atsirast i nr igruojant clcktronLri nuo apivit intq jorr izuo-j r rn i ia is ia is sp indu l iu is ba l tynrq . F l lek t ronas nuo h is tonq ga l i m igruo t i an t DNR. Be

9A?e/ : \{Yb"T^tr. Tow.l.,^}*A*An o^-N.ak oA-N,'<fr" hN'^t

H f i E Hr ------, 'li;f * .fl;f . iSE

Timino ( - I ' ) C lccn t r in ia i LR

7.-5 pav. C-centriniairadikalai (LR):

vir iujc - clcktronas

45ti

( iuanino hetcnrcikl iniai rezonansiniai I-R

(vir5uje) ir heterocikliniai rezonansiniai (apatioje) baziq laisvieji

migruoja nuo .OH laisvojo radikalo

to, ddl laisvqjq radikalq baltymuose gali susidaryti s4rySos ,.baltymas-baltymas", ,,bal-tymas-DNR". Tai trukdo normaliq DNR veiklq ir rcplikacijr l.

7.2.3. Ultravioletin6 spinduliuot6. Kiti f iziniai mutagenai

Ultravioletind spinduliuotd (UV) - svarbus ekologinis veiksnys.

Kontaktas su ja neiSvengiamas. UV yra Saulds spinduliq spektre. UV

spinduliai skirstomi i tris tarpsnius pagal UV bangos ilgi:

UV A 320-390 nm. UV B 280*320 nm,UV C maZiau kaip 280 nm.

Saulcs spindul iuosc, pasickiani iuosc Zemg, UV lygis yra didel is UVA spektrodalyjc. labai sunraZcja UVIJ dalyjc ir beveik lygus nul iui - maZiau kaip 290 nm.Tiumpcsniq birngq UV sklcidZia t ik baktcricidinis lcmpos.

Biologiniu UV poveikiu susidomdta seniai. Pirmiausia susidomdtabaktericidiniu, t. y. baktcrijzis Zudandiu UV poveikiu. Po to buvoreklamuojama, kaip naudinga padiam Zmogui pavasari bei vasar4 pa-sikepint i Saulds spindul iuose. Ypad vaikudiams. Siuo mctu i UV Zi[-rima kaip i vien4 i5 pavojingq, bct nei5vengiamq aplinkos veiksniq,kurio keliamas pavojus - susirgti odos vdZiu. Labiausiai nukcndiancuZdengtcls nuo Saulis k[no dalys, ypad nosis, smakras, rankos.Zmones, kuriq genotipc yra UV paZaidq reparacijos genrl defektas -

pigmentind kseroderma, yra labai jautr[s UV ir serga veZiu 2000kartq daZniau negu tie, kuriq gcnotipc 5ie genai lcmia normalq jaut-

rum4 UV.

Ypad susirf ipinim4 kcl ia di l atmosfcros tarios plonejantis ozono apvalkalas,

ozono skyl is. Ozono apvalkir las yra toje atmosfcros dalyje, kur UV kontaktuoja su

dcgu.nimi: 3., , -r 2., ,

Sis apvalkalas susidaro 15 -50 km aukltyjc. Be to, jo sloris keit iasi per metus (tai

buvo nustatyta ir Lictuvoje). Jis sugeria didZiaia dal i UV. C)zoncl sluoksnis ploniau-

sias ekvatoriujc. Tcn susirgt i odtts viZiu t ikimybe didesnd, bet UV sugeria melani-nas, kurio vict inc populiaci ja turi daugiau. Ozono apvalkal4 plonina azoto oksidai,ypai chloro bei f luoro angliavandcnil iai , frconas.

DNR ypad jautri UV: 240-290 nm sr_ityje10-20 kartq intensyviau ncgu baltymai. SiaDNR k iek iu i nustawt i .

DNR sugeria UVsawbe naudoiamasi

t-!-r\ /-',^ *'L*.' *,\2.' "\.\| i l ) € t i l ) + . + i l | ) < + i l | p < + i l i l >

EII\/Y rrDA\/Y El^lT EN^.^/Y ut' UrY

459

IJV sukeltos DNR paZaidos. Pirimidino dimerai. Nd vieno fiziniomutaseno sukeltos DNR paZaidos nebuvo taip lengvai nustatytos,kaip UV. Nulcme tai, kad Sios paZaidos yra pirimidino dimerai, bD-dingi tik UV. Jokie kiti mutageniniai veiksniai jq nesukelia. Tiesa,pir imidinq dimerus kartais indukuoja i r jonizudant iej i spindul iai , bettaip yra del antrinio Slytejimo UV spektro dalyje - del Cerenkovo--Vavilovo efekto.

Ciklobutaniniai dimerai (7.6 pav.) sudaro 50-807o visq paZaidq,kur ias DNR suke l ia tJV. DaZn iaus ia i (ap ic 40-607o) pas i ta ikociklobutaniniai t imino dimcrai , Zymimi T:I arba 1' I apie penkta-dal i sudaro dimcrai J ' :C.

Dimerai yra tokios specifinds DNR paZaidos, kad net naudojamiUV dozimctr i ja i - UV sukeltos DNR paZaidos dydZiui ivcrt int i . Siuostyrimus palengvina tai. kad surastas fcrmentas UV endonukleazd, ku-r i paZista pir imidinq cl imcrus i r toje vietojc kerpa DNR. DNR tr [-k ius lcngva apt ikt i . I5 padidcjusio tr lk iq kiekio sprendZiama apieDNR dal iai tckusiq UV dozg. Mctodas taikomas ir Lictuvoje, Bota-nikos inst i tutc i r Vi lniaus univcrsi tete: juo nustatonra UV ir SaulesSvicsos spinduliq Zala augalams, fotoreaktyvacija ir kiti DNR repara-cijos tipai.

Manytzr, kad mutagcnini UV povciki i rgi s4lygoja cik lobutaniniaipir imidinq dimerai. Deja. Pasiroclo. c ik lobutaniniai pir imidinq dime-rai labiau lcmia l4stel iu Z[t i , bakter ic idini povciki . Pr ieZast is - sqry-5os toje paciojc DNR grandini jc arba tarp DNR grandiniq.

Mutaci jos :r ts irancla del k i tokio t ipo dimerq - pir imidin-pir imi-donq. Jic yra ivair [rs: P (6-4). P (6-2), dar ncseniai atrast i . Svarbiau-sias i5 jq pir imidin(6-4)pir imidonas (7.6 pav.). ' lh i potencial i DNRpaZaida. Siuo nretu j rodyta, kad ir c ik lobutaniniai pir imidinr4 dimerainet iesiogiai gal i bLi t i mutaci ju pr ieZast is.

Potenciali DNR paiaida dar nera mutacija, bet gali buti josprieZastis. Tik potencialios DNR paZaidos yra mutageni5kos.

Kancerogeninis UV poveikis yra nc ddl hcndro UV poveikio DNR. o del kaikuriq genq mutirci . j t l , kurias sukel iu UV. Ypai detal iai i5t ir tos p5j geno mutaci jos.Pirma. nustatyta. kad odos veZiu serganiiqjq vci inese l4stelese p" geno mutaci josi l ,ykusios cl ipir imidinq vietosc (pvz., CC-+TT). Taigi ai5ki t icsiogine sqsaja tarp DNRpaZaidLr, UV mutagcni5kumo ir viZio. Antra, p" gcno mutaci jos yra rccesyviosios.vadinasi. vdiys rystosi t ik tokiose lqstel6se, kuriose abu alel iai yra mutantiniai.

160

7.6 pav. CPD ir (6-,1) fotol iaziq veikimo bldas:1 - rndlynos iviesos l i l tonq sugcria MTHF (5,1O-meteni l tc-trahidrtt folatas) antena;

2 - energi jos pernei imas ant FADH (f lavinadenindinuklcotido); J - suZadintasf ' lavinas at iduoda clektron4 CPD (ciklobutaniniam pir imidino dimerui) arba (6-4)

fotoproduktui (pir imidin(6-,1)pir imidonui); 4 - elektrono pcrtvarka grqZina DNR

bazcs ! pradinq buscn4 (monomcrus). o elektronas vel -qrq2inamas FADH (pici inys

nc jsimint i , o suvokti fotoreaktyvaci jos eigi l) (rcmiantis A. Sancar, 1996)

Saules Sviesa

a le l iuose:

3 Elektronop€r[ellmas

CPD fotoliazd

H N N H

O N N :

P ]

CI 'D (c ik lobutan io is p i r in r id ino d imeras)

apic 6()'/c odos veZicl ati'ejq sukclia del

P+5; saules Ptt saules----------------+---F IJV ^.r UVy v

{S\ iesa: .100 -500 nm)

mutaci ju abiejuose

p"

p '

Elekaono ] i ipernclimrs

EIIII!

H N

c

A +signulu.

p-it geno

o-t 9H' H

1 ' f " *r y l r . l

CH,

e g. i cH. C8,,1

" l - I ' , .

lH. . ! - l

o " ' N N - o

i . e ) ;

H 1 9 8 , n1 . ' 9 ^ - or i l -

o N lH NcH,

(F)

pirimidin (6*,1) pirimidonas

MCIynos $viesos fotoreteptorius

ryr - t l'" 'a' ' j n

rr-o'd I" r \

" - - ' n ' ^ - , , - H t t iH O I

cH''4'r-x't-rt'to

cH",\:-{N,.,\-Nti

'.'@k;"

(6 -4) fo to l ia rA

H CH,

r '- ' -../ -ox H

I N n ,

" i A - 3 ) > c

/ - - - i l - -cH.

I '*t

461

Kiti fiziniai mutagenai yra nepalyginamai menkiau i5tirti. Be to,jq poveikis daZnai netiesioginis - kaip cheminiq reakcijq katalizato-riaus. Net matomos Sviesos spinduliai, ypad UV, sukelia cheminiqmedZiagq pokydius - fotolizg. Del fotodinaminiq reiSkiniq, dalyvau-jant k i t icms apl inkos vciksniams - O,, NO", ni t ratams ir ni t r i tams,pvz., gaminasi labai stiprus kancerogenai nitrozoaminai (Zr. toliau).Savo ruoZtu ii nitrozoaminq del UV povcikio gali gamintis kita mu-tagenq grupe hidroksilaminai:

(NO. + O.) UV L]V. . . . . . - , \ . v r -

nl t rozoamlnal hidroksi lanr inai

S a u l e s i v i e s o j e p o l i c i k l i n i q a r o m a t i n i q a n g l i a v a n d e n i l i q(bcnz(a)pireno, Zr. tol iau) mutageniSkumas padideja ik i 10 kartq.[)ar st ipresni mutagcnai (100 kartq aktyvesni) susidaro Siuos jun-ginius apivi t inus UV

Fotodinaminius rei5kinius - hiologiniq, tarp jq ir gcnctiniq, strukturq, paZcidi-mr1 sugcriant ivicsit gal i skatint i fotosensibi l izuojandios cheminds mediiagos. Thiakr id ina i , acc tona i , an t rach inona i , por f i r ina i , r ibo l lav inas , kosmct in ia i UV sp indu l iqsugcr ik l ia i (n rcd l iagos , ska t in t rn i ios idcg im4) . l i i i os g rupcs mcdZiagq gcr iuus ia ii i t i r t i psora lcna i .

Psorirfenai Iurokunrarinu mii inys. gaunamils i( augalo Psrnulcu drupuccu. Jiescns ib i l i zuo j l odr l [ JV sp inc lu l iams, todc l var to jami ka ip va is ta i odos ba l tmc i (v i l i -eu i , l cukoc lc rmi r i ) , I i zd inc i a lopcc i ja i (p l i k imu i ) gydy t i .

- l .h i b i funkc in ia i jung in iu i ,

turintys dvi su DNR rcaguoiani ias grupcs. Dcl Sios prieZastics j ic i i kartt_r jungiasisr.r dvicnr pir inr icl inais. Atsirarrcla s4ryios tarp clvicjq DNR grancl iniq (DNR-DNR).Sio t ipo DNR paZaidos nrirt inos. DNR DNR si lryias sukcl ia Fusuriutr gcntics gry-bu nuodq - al latoksino B, ir [3. fotoprocluktai, taip pat alkaloiclas i i Rutut 'eac i .augalu distamicinns. Sis st iprus, pavoj ingas t ir tosensibi l izuoiantis r0tq poveikis gcraiZinomas. I- ictuvojc yra nukcntcjg maZi vaikai ir r l tq darZcl ius ravindios moterys.

Temperatfiros poveikis. 1933 m. M. Nava5inas ir Pcto (P. Peto)nustate, kad gamtiniU mutacijq daZnis labai padideja augaluose,uZaugusiuose i5 scnq seklq (pvz., scnuose mieZiu grf iduose chro-mosomq abcracijq 7 kartus daugiau). Augalq seklas galima dirbti-nai suscndint i , je igu jas laikysime auk5tesni je (net kambario) tem-pcratIroje.

Pirolizds (gr. py, - ugnis + /y.v.r - skaidymas) produktai nitrozo-aminai, pol ic ik l in iai arcnai (aromatiniai angl iavandeni l ia i) , aminorf lgS-diq i r pol ipept idq pirol izatai bus nagrindjami atskirai . J ie susidarokaip degimo produktai, kai tcmperatDra aukitesnd kaip 150"C.

462

Elektromagnetin€s bangos - naujas mutageni5kas veiksnys, nese-niai ftrauktas i mutagenq sqraSus. Vis delto duomenys gana prie5tarin-gi, kaip ir apie ultragars4, bet ispejimas nepiknaudZiauti yra rimtas.

Vibracija. Jos mutagcni5kumas buvo nustatytas po antrojo kosmo-nauto G. Titovo skrydZio. Labai purte. Drozofilos ir kitq organizmq,tarp jq Zinduoliq, l4stelese padidejo chromosomq aberacijq, genq mu-tacijq, o virusas, kuris buvo jonizuojandiqjq spinduliq indikatorius, ne-rcagavo. Vibracija kaip mutageninis veiksnys yra labai maLai tirtas, norsyra daug Zmoniq profesijq, kur jos Lala gali blti ne tik fiziologind (pvz.,moterq ncvaisingumas), bet i r gcnct ine.

7.3. Cheminiai mutagenai

Cheminiq mutagenq atradimas. Chemine mLrtagcneze prasidejonuo si lpnq mutagcnLl. 1932 m. V. Sacharovas nustat i , kad drozof i lqmutaci jas sukel ia cheminiai junginiai jodas, metalq (var io, mangano,iv ino) druskos, kanccrogcninis junginys meti lcholzlntrcnas. Tadiau vis iSie junginiai yra si lpni mutagcnai. Jq valanda , , i imuie" t ik po 40mctq, kai r imtai susidometa apl inkos mutagenais.

Cheminc mutagcnczi v ic iai pr ipaZinta t ik po to, kai Aucrbach(C. Auerbach) i r J. Rapoportas apt iko labai st ipr ius mutagcnus - al-kilinanii4sias mediiagas. Aucrbach irode, kad mutacijas sukelia ip-r i tai , o J. Rapoportas apt iko kclct4 i t in st ipr iq mutagenLl (et i l - i rmeti ln i t rozokarbamidus, meti lmetansulfonat4, dimeti lsul fat4, azir idi-n4 i r kt .) .

Chcminius mutagenus sugruput l t i sudet inga, nes mutaci jas suke-l ia labai ivair ios medZiagos. Jq yra Simtai t [kstanciq. Cia paminet it ik kai kur ie chcminiai mutagcuai. grupuojami pagal chemini-biolo-gini junginio vcikimq. Kai kur iq mutagenq formulds pateiktos 7.7pave iks lc .

1. Alki l inani iosios medZiagos - st ipr iausi mutagenai. Siai grupeipriklauso daug priciveZiniu preparatll. Alkilo grupds - metilo (CH.),etilo (C,H,), propilo (CrH?) ir kt. - nuo alkilinandiqjq medZiagqpereina i alk i l inam4j i jungini . Pr is iminkime, kad alki l in imas (meti l i -nimas) yra ir iprasta DNR modifikacija. Vadinasi, DNR alkilinimasvyksta 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 medZiagos sukelia

UV--------------)

ant r in ia i amina i

^

46-l

Alki l inani ios ios medZiagos

| - 2 . l p r i t a i

l . l l is( l -chloret i l lsr r l l ic las s( l t - t t\ l t - ( ' l

L l r i s ( 2 -ch lo rc t i l 1 , ' , t , i , t , , ' 1 .1 - l t - (R* ( ' l

oI

t{- ()-5-(}--lt,1t ,

oI

R- ( )-s-( )A

Ki t i n ru tagena i

l . B r o m u r a c i l a s

l. I'roflar inas( 2-li-d iarn i noakritlin-chlor ic l r ts )

i . H i d r o k s i l a m i n a s

''dl,.1,

l l r

2 \ - r ' t I| /

6. Hidroksilaminas, hidrazinas, nitrito rfigitis (HNO"), oksiduo-janiiosios-redukuojaniiosios mediiagos. Veikia ivairiai, pvz. nitritorug5t is deaminina purinq-pir imidinq bazes.

7. Sunkiqiq metalq druskos. Mutacijas gali sukelti ir lengvqjqmetalq (beri l io, kalcio, magnio) druskos. Tai labai pr ik lauso nuo or-ganizmq, l4stcl iq t ipo i r b[kles.

Cheminiq mutagenq ypatumai. Veikimas panaius i f iz iniq muta-genq: mazos mutagcnq koncentracijos yra stimuliuo.jandios; veikiantmutagcnu i lga laik4 keletojc kartQ vyksta adaptaci ja, padideja atspa-rumas: mutagcn i i kumus luh l r i p r i k l i rus r l nuo i l rgan izmo: pvz . . m in i tani tr i to r [g5t is yra st iprus mutagenas bakter i joms, bet t iesiogiai sqvei-kaujant su DNR si lpnas arba vis i ikai nemutageni ikas Zinduol iams.Gal i bf i t i t icsioginis i r nct icsioginis ntutagcninis poveikis. Be to, gal ibu t i ne t ics iog in ia i mut lgen i r i - p romutagena i . Pu ts . iung inys mutac i juncsukcl ia. bet mutagcniSki jo biodegradaci jos produktai . Tbkio t iponrutagenams apt ikt i yra spccialus E, intso metodzrs - inkubuot i t i r ia-m4jq medZiag4 su mikrosomu (S-9) frakci ja iS grauZikq kepenq.

7.3.1. Cheminiai mutagenai, susidarantys po ivair iq sqveikq

-1 . D ia lk i l su l fa ta i(d i r r rc t i l s [ | l i l t l t s .

r! ielr lsu I l i t l i ls )

.1 . A lk i la lkansu l f0nata i( c1 i l l nc lxn \ l i I lona l i i \ .

n rc t i lmcta t tsL t I l i rna las I

5 . [ . t i l e n i m i n a i( r tz i r i r i in r t . .

t r i c l i l cn tnc l r r r t i t t rs )

{ r . N i t rozo jung in ia i{ c l i ln i l roz t t l r rb i tn t id i t s .nc t i ln i1 rozok i r rh l r t t i c l r i s .

t i i c t i l r r i t rozoant i t t r t s -n r11 i I l r i l r ( )n i tn ) / ( ) t r ia r t i r l i t t i t : )

Itl rtrI F ( - ( - l l

Y , , { . K . l c h i c i n a s\ _ r \

{ , , l k r r h , i . l . r , }

R .

t{ .,,h,' i i)\\:"

7.7 pirv. tvair[s cheminiai ntutagenai

nutaci ias, generuoclamos laisvuosius radikalus (Otl ' ) , kur ie julgiasi

s u D N R .3. Ant imetabol i tai , tarp iu i r pur ino-pir imidino btrziq analogai

(kofeinas, tcofilinas, teobrominils, bromuracilas, fluoruracilas, 2-ttmi-

r lopurinas i r kt .) . Mutaci jas sukcl ia i r k i tq mu,dziagrl (pvz., v i taminq)

analogai (aminopter inas, fol io rugSties dariniai i r kt ' ) . Ant imetabgl i -

tai konkuruoja su metabolitais, uZimdami siq viet4, tadiau nepasizy-

mi biologiniu voikimu, bf idingu mctabol i tui , todi l sutr inka metabo-

l izmas arba normal i rcakci jq eiga, pa\yzdziui . DNR repl ikaci ja arba

tr:urskripcija.4. Alkaloidai ir gliukozidai, tarp jq minetasis alkaloidas kolchici-

nas, sukel iant is beveik vien t ik pol iploidi j4. Alkaloidq i r gl iukozidq

ntutagcninis poveikis gal i b[ t i i r net iesioginis: susidaro mutageni5ki

ju saveikos su kitais vciksniais produktai. Antai i5 nikotino ir kitq

alkaloidu gal i pasigamint i ni t rozoaminai.

5. Akridinai - mcdZiagos, vartojamos kaip fluorescuojantieji da-

Zai. Nera stiprus mutagenai, bet vartojami todil, kad sukelia tik rd-

melio poslinkio mutacijas.

464

7.8 pav. Ziurk€s inkstq v6iysd6l poveikio nitrozodimeti l-aminutv icnkar l inc doz i . l { ) n tg I kgk lno mases

30. 1313

Nitrozoaminai. Thi nckcliantys abcjo-nir4 st iprf is kancerogenai. Pakako Ziurkcigaut i v icnkart ine 30 mg/kg khno mascrsdimctilnitrozoamino dozg, ir i5sivyste inks-tq vczys (7.8 pav.). Puigal gcnotoksini pa-vojq ni trozoaminus lenkia t ik la isviej i ra-dikalai .

Nitrozoaminai - junginiai, kurie tu-ri nitrozo grupg N=O.

Bcnclrr jq fbrmuli :

Rr -C l { r . . . _N _ N : O

Rr-CHr--'

Susidirro ivair iais b[rdais:. dc l fo tod inamin iq rc i i k in iu (UV) ,. pir.ol izds,. cherniniq reakci jq, kuriose dalyvauja mik-

roorganiznrai.

465

Vienas i i budq nitrozoaminams susidaryti i5 nitratq:

( l ) 2HNO, -+ 2HNO. + O. ,(2) 2I INO. + N.O. + H.O.

Virikinarnaiamc traktc i ias reakcijas vykdo mikroorganizmai.

Nitrozuojant ic j i junginiai jungiasi su antr iniais aminais i r susidaronitrozoaminai:

( 3 ) R r C H z . . . R 1 - C H 2 . . .

N F t + N z O : - ) N - N : O + H N O z

Rz-CHz R2-CH2 -

Kai kurios genotoksikologinds i ivados. Dcl nitratq labai daug tr iukimar.rta. Bu-vo cl iclcl is nitrutq t ikr inimo darZovi 'se, bulvesc vajus, si [ loma Zcmdirbysti bc nt ine-ra l in iq lny iq , t . y . i var i . Bc t n i t ra ta i auga lu i - mu is t l s . C ia bu t in l hcndra is b ruoZa isprisirnint i ni tratq apykl i tr l au-ealuosc:

' P i r tc r )k i r p ro i r rkn is .. pcrnciami j lapus ir tcn pcrdirtrarni.

S iL ros v i rsmus s lop ina s i lpnas ap iv ie t imas i r 2cmcsn i tcmpcra t I ra . Ka ip t i ktokios srl lygos yra Zicm4 ir anksti plvasirr i i i l tnamiuosc. Thda Zal iosc augalo d:r lysenitratq padaugija.

Gamtojc viskas labai sudcrinta: st ipr iausias nitrozoaminq susiclarymo slopikl is( inhibitorius) yra askorho r[git is (vi tarninas C), kurios daug yra darZovcse. Kai derlivarios Zemclirbystis - victoj mineral iniq trqlq naudoti organincs tr4ias (meSl4),

susipaZinus su kscnibiot ikq biodcgraclaci ja (Zr. p. 303) paai ikcja. kad Salinimo pro-duktuose susikaupia cl idZiausi tcr ialq kickiai. Vrdinasi , ,Svari" Zcrndirbysti yra patincSvar iaus iu .

DarZovcsc ir kituose maisto produktuose rciketr+ kontroliuoti netik nitratq, bet ir galutinio kancerogeni5ko produkto nitrozoaminqkicki. Kad tai bfitina, rodo Vokictijos paryzdys. Vidutini5kai vienasvyras per par4 vokictijojc su maisto produktais gauna 1,1 Ltg nitro-zoaminq, i5 iq 0,7 Ltg, t. y. 63a/a, gerdamas alq (pagal O. R. Preus-sman, R. G. Eisenbrandt, 1987).

l5 kur aluje tiek nitrozoaminq? Juk mieZiq gr[duose nitratqnira. Nitrozoaminai aluje pasigamina iS antriniq aminq. MieZitlgr[duose yra du alkaloidai, kuricms Zmogus visi5kai atsparus. I5 jq

susidaro svarbiausias maisto Droduktu nitrozoaminas - nitrozodi-metilaminas.

4Of)

,.l-\, .,CH, NaNOr, pH 4,4 NitrozodimetilaminasH o - . ( ) H H " - C H ' - N ' _ _ _ '

' ' ,'J-' ' "CH: lloro

Hordeninas

Jeigu bfitq pasitenkinama tik nitratq analize, alus b[tq labai Sva-rus i r sveikatai nepavoj ingas gdrimas. Jame ni trozodimeti lamino at-siranda del pirolizes - Silumos povcikio. Kuo alus tamsesnis, tu<tdaug iau jamc n i t rozoaminq.

Nitrozoaminq Salt in is maiste pr ik lauso ir nuo tautos, lokal iniqpopuliacijq tradicijq. Antai japonai pcr par4 gauna 1,5 karto daugiaunitrozoaminq negu vokiediai , bet alui tenka labai menka jq dal is;9lo/r' nitrozoaminq tcnka rlkytai Zuviai.

Vadinasi, maistcl produktuosc nitrozaminai atsiranda del metabo-lizmo (dalyvaujant mikroorganizmams) arba del maisto ruoiimo tech-nologijos (alujc ar rlkytoje Zuvyjc).

Rfikymo Zala. Rfikalai - pats pavojingiausias nitrozoaminq Salti-nis. JAV atliktais tyrimais iioje Salyjc anksdiau rlkymui teko B5Vomiriiq nuo plaudiq veZio, 50-10% - nuo burnos ir kvepavimo takllvdZio, apie 50o/o - nuo Slapimo p[sles veLio, 30-40o/a nuo kasosvcZio. Svarbiausi tabako gaminiq kancerogenai yra nitrozoaminai, iSkuriq itin stiprus kancerogcnas yra butanonas. Thbake nitrozoaminaiyra pirolizes (ruoSiirnt i.aliav4 ir padiu rlkymo momentu) produktai.J ic pasigamina i i tabake esandiq alkaloidq:

iS nikotino: i5 anatabino:

\-N.{)CH,

-__ ._ .cH,,.\ ,CH"-N1

f ir'l--11 ' cH:

' J . 'N- "

IH

Granrinas

NaIrIOa, pH 4,4----------------+

670,htC'}J,

O:N-N{. .CH:

i5 anabazino:

a)rffi\7 N-o

N'-nitrozoanabazinas N'-nitrozoanatabinas.1-( mct i ln i t rozoanr ino)- |- ( 3-pi r id i l ) - | -butanonas

30"

N' -n i t rozonornikot inas

467

Gumos pramond ir jos produktai - vienas didiiausiq nitrozoami-nq Salt in iq. Jq yra net vaiki5kuose guminiuose Zindukuose ir Zaisluo-se. Visi, kuriq profesija susijusi su gumos gamyba arba vartojimu,gauna daug n i t rozoaminq.

Nustatytos Zmogaus ligos, kuriomis sergant gali padideti nitrozo-aminq kiekis (achlorhidr i ja. gastr i tas, infekciniai Slapimo trakto uZde-gimai).

Policikliniai arenai, arba policikliniai aromatiniai angliavandeni-liai (PA), yra nevisiSko angliavandeniliq degimo produktai. Pasigami-na 200-300'C degant miikams, Zolei. akmens anglims, naftos pro-duktams. Zinotina, kad jLuls kaupia zrusalai (del to pavojinga Zem-dirbyste pakel ise). Thi arcnai (aromatiniai angl iavandcni l ia i) . tur intyskel is benzcno fracmentus:

tr ffi%EI lcnz(a )pircnas Dihcnz(a .h)an t raccnas P i renas l ) ibenz(b . i ) -p i r (nas llcnz(c)fcranlrcnas

Mutagenincs sarybes nustatytos daugiau kaip 200 PA, bet jie yranetiesioginiai mutagenai. Butina jq aktyvacija. Juos gali aktyvinti azotooksiclai , ni t r i to r f igSt is, fermentai , todel labai snrulkiai i5t i r tas jq me-tabol izmas (Zr. 4.8 pav.).

Polipeptidq ir aminor[gidiq piroliz6s produktus atrado japonqnrokslininkai paskrudusioje, apdegusiojc mesoje. Sutarta del jq lymi-j imo. Aminorugidiq pirol izatai zymimi taip:

. pirmiausia nurodoma aminor[gSdiq santrumpa,o p - pircllizes produktas, o skaiiiai - pagal pirolizato atradimo

sekq:. Trp-P-l -. Tip-P-2 -. Glu-P- l -

Kitas (pol i)peptidq pirol izatq Zymejimas:

. MelQ - 2-amino-3,.1-diet i l imidazo 14,-5-f] chinol inas (abu po krcatinino +gl iukozes * aminorlgit ies pirol izes),

. -MeIQx - 2-amino-3,7,tt- tr imeti l imidazo [4,-5-f] chinoksal inas (tos padios me-dZiagos + gl icinas) ir kt.

3 -amino-1 ,4-d in rc t i l -5H-p i ro lo [4 .3 -b ] indo las ,3-amino- l -met i l -5H-p i ro lo [4 ,3 - t r ] indo las ,2-anr ino-6-mct i ld ip i r ido [ ,2 -a : 3 ,2 r -b ] indo las .

Kaip ir PA, aminorfigSdiq pirolizatai yra netiesioginiai mutagenai.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 stipresnimutagenai uZ PA.

Kitq mediiagq pirol izd kol kas nepakankamai iSt ir ta. Tihksta kavos (kait inantiki l -50-300"C), augl l iniu al iejq, lbsfol ipidtr pirol izatq tvr imu. nors yra darbu apici iq p i ro l i za tq mutagcn i (kum4.

N'Iutageniniai nitr i tq s4veikos su kai kuriais vaistais produktai. Po Sios s4vei-kos gal i susidaryt i t iesioginiai mutagenai. S:rraSas vaistq, kuricms nustatytas toksrezultatars, gana i leas, toddl vartojani iajam vaistus rcik0tq tai Zinoti . St ipr[s mutl-gcnai susiclaro nitr i tanrs si lveikaujant su aminofcnazinu. kai kuriais antiparazit iniaisvaist i t is. si lpni muttrgcnai - su analginu. pi iracctamoliu, fcnitcct inu.

Tiesioginiai mulagcnai susidaro ir nitr i tams, azoto oksidams sqveikaujant sukai kuriais gamtiniais . iunginiais: alkaloidais, fenol iais, indolais, net aminorugit imis( t r ip to fanu) .

Mutagenai - mikroorganizmq veiklos produktai. Fekapentenai. Nit-rozoaminai - nc vienintel iai Znrogr-1 veikiantys mutagenai, atsirandantysLarnyne del mikroorganizmq vciklos. Kai kurie mikroorganizmai turifcrment4 fekalazg, kuri augalinius gliukozidus paverdia mutageniniaisjunginiais. Zinduol iai nuo 5io rciSkinio apsisaugo savot iSkai: el iukozidailabai skubiai (kol jq ne pavcike mikroorganizmai) c lcponuojarni kepeny-sc, Ten juos pcrdirba fcrmentai .

l9fJl m. atrasta nauja mutagcnq grupe fekapentenai. Thi (S)-3--(1,3,5,7,9-dodekapctoni loksi)-1,2-propandiol iai , konjugavQ su laur i l -gliceroliu. Skaidius po medZiagos pavadinimo rodo anglies atomq skai-ciq nci is i iakojusiojc nrolekules dalyje - fekiLpente'nas-12, 14 i r pan.Pris iminkime, kad buvo storosios iarnos vcZio epidemijos tarp Joha-nesburgo (Pictu Afrikos Rcspublika) baltaodZiq gyvenrojq prieZastis.Lauri lg l icerol is yra detergentas, le inant is j pr iemones, vartojamas in-dams plaut i .

7.3.2. Laisvaradikalind mutagenezd. Ligos, kurioms bldinga sutrikusilaisvqiq radikalq pusiausryra

Laisvqiq radikalq apibldinimas. Prisiminkime, laisvieji radikalai -grupes atomq ir atomai, turintys nesuporuotil elektronE. Jie labai ivai-r[is. Mutagenezei svarbfis laisvieji radikalai, kurie atsiranda esant de-guonies atomui: .OH (hidroksi l in is radikalas), Ol (superoksidinis radi-kalas), jau minetieji purino-pirimidino baziq laisvieji radikalai.

468 469

Laisvieji radikalai (LR) yra labai reak[v[s, bet trumpalaikiai,toddl itin pavojingi tie i5 jq, kurie i5lieka ilgesnl laikE. Siuo atZvilgiui5siskiria O,. Jis laikomas labai genotoksi5ku. Hidroksilinis radikalasgali sukelti DNR pokydius tik tiesiogineje DNR aplinkoje. Genotok-si5kai aktyvus ir singlentinis deguonis 'O' kuri produkuoja fotodina-miniai sensibilizatoriai, o l4stelese susidaro r,ykstant lipidq peroksida-cijai. rO, maZiau reaktyvus, bet difuzijos kelias ilgesnis, negu 'OH.

Labai svarbus rei5kinys - peroksidq susidarymas i5 LR, pvz.,

HO;+ HO; -_> H,O,+2O

Kaip mineta, peroksidai i5licka ilgesni laik4. Kitas labai svarbusrei5kinys - organiniq peroksidq susidarymas, ypad lipidq peroksidaci-ja. Dcl jos nukendia, griaunama l4stcles membranq sistema. Thi at-veria kcl i4 mutagenams. Be to, l ipidq peroksidai yra i lgalaikiai.

Padiddjusi lipidq peroksidacija yra vienas i5 svarbiq organiz-mo sutrikusios laisvaradikalines b[senos rodikliq.

Senstant, sutrikus laisvqjq radikalq ir antioksidantq pusiausvyrai(7.1 lentele), padideja lipidq pcroksidacija. Tai prie5veZine bfisena.

Laisvqiq radikalq bei antioksidantq pusiausryra ir jos pokydiai.LR susidaro lykstant jvairiems procL'sams, del jvairiq fermentq (tarpjq NADPH-citochrom P-450 rcduktazes) veiklos. Labai svarbfis lais-varadikal iniai vyksmai ccntrini ' jc ncrvLl sistcmojc.

Paprastai nusistovi pusiausvyra tarp laisvqjq radikalq susida-rymo ir antioksidantq kiekio. Antioksidantai, tioliai (tarp jqglutationas) yra laisvqjq radikalq gaudyklds ir jq slopikliai.

Antioksidantai vartdami ir kaip maisto priedai, nesmaisto produktq oksidacija, susidaro peroksidai.

vyksta

Nustatytos ligos, kuriomis sergant sutrinka Iaisvqjq radikalq irantioksidantq pusiausryra, padaugija laisvqjq radikalq (7.1 lentele).

Sutrikusi laisvqiq radikalq pusiausryra pirmiausia budinga se-natvei. Senstant sutrinka LR ir antioksidantq pusiausi,yra. Ankstyvo-sios senatvds sindromams irgi bDdingas gerokai pakilgs LR lygis.

Antra grupc lig.I - virusin€s ir kitos infekcijos, sukeliandios uZ-degiminius procesus. Vyksta vadinamasis,,kvdpavimo sprogimas": ak-tyvinami polimorfobranduoliai leukocitai neutrofilai. Jie gamina O,ir H,O. Tai lazda su dviem galais: viena, tai bldas suskaidyti sveti-

470

Llgos I iskirl inds watvbcs Lrgos lSskirtines watvbesl 4 5 6 1 2 4 5 6

'7

DNRREPARACIJOS

AUTOIMUNINNS

Pigmentincskscrodermos

Kolagenozes (sistemineraudonoii vi lkl igc)

Ataksi ia-telanuiektazi ia Reumatoidinis artritasBI iumo s . i + LETINIAI

uZoecrmetFankonio maZakrauiystl ++ Juns iamoio aud in ioNERVU-PSICHIKOS KcpenrlFn i l cns i ia KITOS LIGOSSch izo fren i ja Dauno s +'!

l 'arkinsono l. Kai kurie l[Z[s chromosomu saitai

Alhcimcrio l. Diabctas +

SENATvE AlkoholimasNonnr l i EmfizemaAnksty r a Rarrmcnrr distrof i ia

KRAUJAGYSLIU-KRAUJo-SrRDrEs

l)crmatitai

M azakrauJysti SkrandZio ir dvyli-kaoirit is Zamos ooa

I'alascmiios Unr i p lau i iq r -dcrnrI rchrn t i r t c I Lctinis ostcomiclitasAterosklerozc

Miokardo inl 'arktasI l iocnon i ia

Pastabos: s. - s indromas; I chrornosomtl luZunras (++ chromosonru l r r iurno s indromas, *s i lpnas): 2 - d ic lcsnis j lu tnrmas nrutascnarns (daZni tusia i spcci i in iams); 3 DNR rcparaci . josdclcktai : 4 - s is tcrnr l , vc ik iani iq ik i savcikos. ,DNl{-mutagcnas", pokyi ia i , ant imutagcnq stoka;5 imunodcf ic i tast ( r - d ic lcsnc I ip idq peroksidaci ja;7 - susi t luro k lastogcninia i vc iksnia i .

m4 (virusing) nukleorlgSt j (ncbt i t inai DNR, bet i r RNR, kaip, pvz.,sergant gripu), ir antra, aktyvinti ncutrofilai yra stipriai mutageni5kigrctimoms l4stelirns. Letiniai uZdegimai yra prie5veZine btsena. Ki-tos ligos, kuriomis sergiint sutrinka LR pusiausvyra, labai ivairios:

. l igos, susi jusios su deguonies apykaita. Thi kraujagysl iq, i i rdies, kraujo I igos,maZakraujystc, ischerninc l iga, miokardo infarktas, atcmsklcrozi, hipertoni ja;

. autoimunin€s l igos, alergi jos. Reumatoidiniu artr i tu scrgantys ckspcrimcnti-niai gyvul iukai (pcl iq, Ziurkiq genetincs l ini jos) yra modcl is sutr ikusiai LRpus iausvyr r r i t i r t i i r gy t l y t i :

. psichikos ir nervq l igos (Parkinsoncl, Alhcimcrio, schizofreni ja, cpi lepsi ja,maniakini-dcprcsini psichozd). Pvz., sergant schizofreni ja, septynis kartuspadaugcja l ipidq pcroksidq;

. peroksisominds l igos - daZnai pasirci5kia kaip nervq bci psichikos l igos. JqprieZastis - sutr ikusi peroksisomq pusiausvyra. Peroksisomos - tai l4stel isorganoidai, kuriuosc yra oksidaci jos fermentai (katalaze, uratoksidaze ir kt.) .

7.1 lentele. Kai kurios imogausir antioksidantq pusiausv-vra; jq

l igos, kuriomis sergant sutr inka taisvqjq radikalqypatybds (pagal V. Raniel i , 1993)

47r

Padiclcjgs pcroksisonrq dal i j inrasis t ick pat pavoj ingas, kiek ir sumaZcjes. Judali j inrasi skatina kai kuric vaistai. maZinantys l ipidu kickj kraui l je (klof ib-ra tas i r k t . ) .

LR ir DNR reparacija. Labai idontus rySys tarp DNR reparacijosir laisvqjq radikalq pusiaus\yros. Visq Siuo atZvilgiu tirtq asmenq,kuriems sutrikusi LR pusiauslyra, l4steldsc slopinama arba susilpne-jusi DNR paZaidq reparacija, todel dar labiau sustipreja genotoksinispoveikis. Ir atvirkidiai, tl l Zmogaus ligr.1, kurios apibfidinamos kaipDNR reparaci jos l igos i r kur iq pirmine pr ieZast is t ikrai yra vienokurio nors konkrctaus, nustatyto DNR reparaciios geno mutacija,yra sutrikusi LR pusiausvyra. ?ri nustatyta pigmcntindms kseroder-moms, Fankonio maZakraujystci . Bl i lmo sindromui, ataksi jai- telan-giektazi jai (apic jas bus snrulkiau).

S4raias vis i lgcja. Padidejqs LR kickis nustatytas i r scrgant Dau-no sindromu, dizrbctu, zr lkohol izmu, raumenu distrof i ja, skrandZio i rdryl ikapir i tcs Zarnos opa, chroni iku hcpat i tu i r ostcomiel i tu (kaulqciulpu uZdcgimu) i r kt .

Ligoms, kai pasirei ikia sutr ikusi laisvqiq radikalq pusiausvyra, budinga:

'p l rc l i t l c j cs chron tosonru ahcruc i . jq i r / i r r l ra scscr in iu ma inu duZn is - s i lpnaschrom<lsorttu ncst:r l) i lunras, o kai kurioms DNR rcpuruci j trs l igt lms - chro-mos( )n t t l l IZunr t t s indromai ; sc r {an t ka i kur iomis [u isvar i rd ika l incmis l igon t is ,susidttrt t klastogeniniai veiksniai; j ic sukcl ia chronrosomq lbcraci. i ls i l svci-k<t orgrtnizmtl l : lstclcsc (pavoj inga valgvti scrganiio {:yvul i l r n1es21);

. cl idesnis jautrumus konkrci iam trrba :rpskri tai nlu(lrgcl lums:

. s i lpncsnc DNR paZa idu rcpur l rc i ja i r an t in tu r rgcncz i :' s i lpncsn is in tun i tc tas :. d idcsnc l ip idu pe roks idac i ia (7 . I l cn tc lc ) .

fdontLr ta i . k ld S ios savyb is nus t l t y t ( )s i r n r icZ iu la isvarad ika l in iam p lc io t rop i -nianr lrronogcniniunr nlutantui tnruk.v . ;pike .

Egzogeniniai veiksniai, produkuojantys laisvuosius radikalus. Pa-grindinis egzogeninis laisvqju radikalq Saltinis yra ksenobiotikai: esantH.O. i r NADPH, generuoj inxas O. (superoksidinis radikalas).

I l i d roks i l in is rad ika las .Ol l ga l i sus ic la ry t i dc l pc roks ido H,O, savc ikos su kc i -d ianc ia is va len t inguma Clu arba Fe jona is :

M c r * + H . O . - r M c ( ' , + r ) + o H ' + o H ' .

Panaiiai susidaro ir askortro r lgi t ies LR, todi l ncrckomcnduojama citr in4 pjaus-ty t i rne ta l in iu pe i l iu . Bc t vc lg i lazda su c lv icm ga la is : n i t rozoaminq sus idar l ,m4 s t ip -r iau skrpina askorbo r i ig5ties laisvasis radikalas.

LR sukc l ia matoma iv iesa i r voa i UV

A 1 a

LR produkuojantys veiksniai tokie svarbfis kaip kancerogenai, kadEinisas (8. N.Ames) sukonstravo specialius Salntonellu tvphimurium

kamienus TA102, ypac - TAl04, t inkamus laisvaradikal inei mutage-nezei nustatyti.

Antioksidantai. Saugos preimonds. Laisvieji raclikalai - iprastaslqsteles rei ik inys. Skir iami du LR lygiai :

normalus: per par4 l4stel i pat i r ia apic 1000 laisvaradikal iniqsmlgiq;oksidacinio streso, kai 5is normalusis lygis virSijamas.

Apsauga vcikia abiem lygiais. Nuo ne laiku i r ne victojc atsira-dusiq LR l4stc ' le apsisaLrgo ivair iais bIdais. Pirmiausia apsaugotasbranduolys.

Lqsteles branduolys yra silpniausiai oksigenizuotas lqstcles <-rr-ganoidas.

Laisvuosius racl ikalus l ikviduoja:

. LR gaudykl€s. Tai ivair ios gamtinis mcdZiagos (ubichinonai,kai kr.rr ic stcroidini : r i horntonai, c i t r inos r [gi t is, t io l ia i , ivair lsant ioksidantai : tokofcrol is, askorbo r lgSt is. nikot ino r lgSt is, ka-rot inoidai, f - lavonoidai: rut inats, kverci t inas);

. fermentai (katalazis, pcroksicl . rz is, glutat ionreduktazis, super-oksiddismutazcs i r kt .) .

Visi Sic vciksniai vcrt inami kaip ant imutagenai.Dirbt inds saugos pr iemonds nuo LR ir oksidacinio streso. Pir-

miausia vartot inos gi tmtinis mcdZiagos, daug irnt ioksidantq tur int ismaistas. Daugcl is auki i iau sumineltq medZiagq yra ant imutagcnai i rpr ic i k i tus mutagcnus, alk i l inant i4sias rnedZiagas ( jas labai vciksmin-gai inakt) 'v ina, pvz.. t io l ia i) , ni t rozoaminus (minetoj i askorbo r lgi t is) ,latrai universalus irntimutagcnai yra tctkofcrolis ir kitrotintliclai. Thdsuprantamzrs ju pric5veZinis poveikis.

Ypat ingoms si tuaci joms, padidejusios r iz ikos Zmoniq grupdms(profcsi joms) ieikoma i t in veiksmingq sintet iniu medZiagq ant ioksi-dantq.

'los ypatingos situacijos daZniausiai susijusios su darbu ka-

riuomendje, atomindje pramoneje. todel apsaugines medZiagos yra

valstybine paslaptis. Sintctinant Sias rnedZiagas, atsiZvelgiama i nau-jas Zinias apie LR. Pvz., suradus purino-pirimidino baziq laisvuosius

473

radikalus, praditos sintetinti dvigubo veikimo medziagos. Jos turi irantioksidantq (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 ki t ienrs

LR savc ikaut i su DNR i r k i tomis l i l s tc lcs s t rukr [ romis , pvz . . su membranomis . De lmembranq pokyi io irgi gal i pasirciki t i netiesioginis mutageninis LR gaminaniiqveiksniq mutageniSkumas.

Kai viriijarna normali LR riba, pasireiskia oksidacinis stresas ir kaipatsakas i ji gali pradcti veikti trys genq grupes _ regulon ai OtyR, H,O:,SoX .L i kv i duo jam ine t i kLR 'bc t i r j upa<1a ry tosDNRpaza idos . '

7.J.3. Biologiniai mutagenai. ' ropoizomerazine ir insercin6 ( i terpt in6)mutagenezi

Automutagenai. M. Navai inas i r peto (p. peto) 1933 m. nenri-k lausomai vienas ntro ki to pastebejo, kad gamtiniu mutaci ju daznislabai dideja sckloms senstant. vel iau buvo irodyta, kad scnose sek-lose susidar. automutagenai, t . y. mutagenai, kur ie sugcba induku.t imutaci jas tamc padiame organizme, kur iume j ic atsirantra. palyzcrZiui ,kolchicinas n.rnral iomis sElygomis rudcniniam vclyviui pol iploidi josncsukcl ia. vadinasi, . j is nera automutagenas. Tik Japoni jos knlnq iq-lygomis, csant didel iems temperat l ros sr.yravimams, pakinta chrom.-somu skai i ius i r rudcninio velyvio l i lstelese

Pastaroj i apl inkybc labai t ip iSka. lvair f is organizmai gamina nrc_dZiagq, kur ios yra nu.dingos ki t icnrs organizmams, bct lats gamin-tojas j iems atsparus. Tir l , kol atsirancla veiksniai , dcl kui iq sutr inkaatsparumas savo pat ies nuodui. J is gal i sutr ikt i c lel dviciq pr ieZasdiq:

. mutaci jq, ivykusir l atsparumo genuose,

. ckologiniq veiksniq, kaip rudeninio vclyvict Japonijoje.

svetimos (egzogeninds) DNR mutageniskumas. Insercind mutage-nez6. Dar l93u-1939 m., kai dar niekas is genet ikq ncsidomejo DNR(tada j i vadinta tymuso nukle'r [gi t imi) . S. Gerienzonas jrode, kad eg-zogenind DNR yra gana stiprus mutagenas (7.g pav.). Buvo atrastaslabai svarbus biologines mutagenezes tipas - insercin6 mutageneze. fsi-terpia svetimos (egzogenines) arba savosl bet ne vietoie DNR sekos.

Egzogeninds DNR mutageniskumas gari bDti trejopos kilmes:

474

7.9 pav. Mutageninis DNR poveikis:drttzcl l ' i los sparnq nlutaci jos (pagal S. ( jer ienzona, lq- lg)

' la isv.s DNR ir jos fragmentq, atsiradusiq is suirusiq l4stel iq,. judr iqjq genomo elcmentq,. v irusincs DNR fragmentq js i terprmo.

Judrieji genomo elementai sukelia chromosomq trr--rkius ir trum-pas dupl ikaci jas is i tcrpimo victose. svarbiausias yra pats js i terpirnas.ls i terpus IS arba Tn, kei i iasi geno arba grer imq g., iq u. ik lo. pokyt igal ima vert int i kaip mutaci ja, i r tai v icnas i i organizrno b[clq vatclyt imutasenezg. Tipi5kiausias pavyzdys - ivair ios alcl ines mutaci ios dro-zof i los ra'hi lc lokusc_

virusq mutageni5kumas yra viena ii mutaciniq perioclq prieZas-i iq, kai labai padideja, pvz., drozof i los, muraci jq daznis. Sis rei ik inyssutampa su virusindmis epidemijomis.

Virusq nrutagcni5kumas gal i but i i r nef iesi 'g inis <jcl jau nagrinc-tq prieZasiiq:

' sukeldami uzdegiminj procesq, virusai aktyvina neutrofilus, oSie gamina laisvuosius radikalus;

. s lopinama DNR paZaidq reparaci ja.

MutageniSki gal i bl t i mikroorganizmq veiklos produktai:

. dcl bakterijq gcnties Bacteroides r.,ciklos susidaro fekapentenai;' mutagcni5ki gal i hirt i bakteri jq ir grybq toksinai, pvz.. henrol izinio strepto-

koko nuodas streptol izinas-o, grybrl Fusaium nuodai af latoksinai. dauqcl isa n r i b i o r i k q :

. mutaci jas sukel ia mikoplazmos.

475

3 ' ,5 ' , 3 ' ,5 ' ,

ll,!l| | ,n.,,..,.* f,. I I5 ' . - l ' r n u t u l l c n u s 5 ' - l '

3 ' , 5

tl-5 ' , 3 '

Topoizomerazind mutagenez6. Ji atrasta, istyrus du reiskinrus:

. Iaisvaradikal ing kai kur iq ant ibiot ikq mutagenezg;

. DNR tr[kir4, kurie atsiranda DNR paveikus proteazdmis, pri-

g imt l .

PaaiSkejo. kad kai kurie antibiotikai (daunomicinas, adreamicinas

ir kt .) sukcl ia DNR tr lk ius net iesiogiai , o sqveikaudami su fermen-

tais topoizomeraz€mis. Prisiminkime, kad tai savitos endonukleazis.kur ios laik inai kerpa DNR. i iszrugodamos . ,nepasimetusi t ts" DNR ga-

lus. Paveikt i ant ibiot ikais Sie fermentai taip pakinta, kad negal i atsi-

palaiduoti nr"ro DNR. ?ti mutagcni5ka busena.Antra vcrtus. buvo apt iktzrs keistas rei$kinys: DNR trukiai gal i

atsirzrst i pavcikus ne dcoksir ibt tnuklcazdnt is, o protcazcmis - fermcn-

tais, skaicl:rnciais baltynrus. Pusirutdo, tai vietos, kuriose perkirptas

DNR grandines sr"t . iungia topoizontr ' razes:

labai svarbus (gal ir svarbiausias) Zinduoliq spontaninds muta-genez6s veiksnys Yra stresas.

Jam bDdingas hormonu pusiausi,yros pokytis. Ypad genotoksi5kisteroidiniai hormonai. Jic ne t ik sukelia DNR tr[kius, bet yra irteratogenai. J. Kerkis atrado ir kitokio t ipo - imuninio streso muta-geniSkumq. Imuninis strcsas atsiranda persodinant audinius' kai pa-sireiSkia atmetimo rcakcija. J. Kerkio bandyme tai stebdta persodi-nant odos gabalelj pelems. Imuninis stresas gali buti sietinas su an-tiklnais - su kitzr grupe biologiniq mutagenq, kuriq mutageni(kumas

irodytas bandyrnais. Dar viena imuninio streso mutageni$kumo prie-Zastis labai reaktyvfs produktai, tarp jq laisvicji radikalai, kurie su-sidaro vykstant fagocitozci. Sie produktai gali susidaryti ir s4veikau-jant su ivair iais kienobiotikais - pol icikl iniais arenais, asbestu. sisyra labai kancerclgeniikas ir ncrekomenduotinas nct stogams dengti.

7.3.4. Aplinkos mutagenai, ,iq ivertinimo problemos

7.3.4.1. Aplinkos mulagentl ypatybis ir genotoksiikumo ivertinimas

Gamtinis ki lmcs produktLrs keidia dirbt iniai , natr l ral i4 apl inkq kei-

dia dirbt inc apl inka. Nei5vengiamai daugcja energi jos Salt in iq, auga

chcmini pramone. vis daugiau cheminiq medZiagq vartojama zemds

[kyje, Zmogaus buityje. Suprantama, aplinkos tarsa ir Zalingas biolo-

ginis jos povcikis yiu n" vien bi . logq ir mcdikq r [pest is. Sie klau-

simai tapo svarbia visos Zmoniq bendrijos ir kiekvienos Salics 'uryriau-

sybiu bei v isuomenes vciklos dal imi '

Aplinkos mutagenai - tai tie mutagenai, kurie yra Zmogaus ir

kitq organizmq aplinkoje.

Apie daugeli aplinkos mutagenq jau ra5yta ankstesniuose sky-

riuose. Aplinkos mutagenczd nagrinejama atskirai del specifiniq pro-

blemq, i5 kuriq svarbiausia teisingas genotoksinio pavojaus ivertini'mas. Daug ddmesio skiriama pasitaikandioms vertinimo klaidoms.

Aplinkos mutagenq grupos. Pirmiausia skiriami gamtiniai aplin-

kos mutagenai. DaZniausiai mutacijas sukelia $iq aplinkos veiksniq

perteklius arba stoka. Par,yzclZiui, mutacijos atsiranda ddl azoto bado

Topoizornerazc Ilr ' + \

/Protcazds

5 ' , 3 ' ,

Jcigu tr lk is clv igrandis, paki to topoizomerazds I I vcik la. Si tol toi-zomerazb kcrpa abi DNR grandincs. DvigrandZius DNR trfikius su-kel ia i r topoizomcrazis I I inhibi tor iai (nal idikso, oksolo r tgirys). Kaiatsiranda vienagranclZiai DNR tr [ ik i i t i , mutagenezd yra del topoizo-merazes I pokyi iu. Si topoizomr-r i lza' kerpa t ik v ien4 DNR granding.

VienagrandZius tr [k ius sukel ia i r specif in is topoizomerazes I inhibi-

tor ius kamptotecinas. lc lomu tai , kad topoizomcrazing mutagcnezgsukel ia i r akr idinai (pvz., 9-aminoakridinas), zrpic kur iuos manyta,kad j ic vra t ik interkal iaciniai mutagenai.

Ticsiogi ir i arba ncl icsiogiai rrutuci jos utsiranda ir dcl ki tu fcrmentq, clalyvaujan-i iLl DNR sintczcjc, rcparaci jojc ir rekombinaci joje.

Hormonai, ant ikDnai, stresas. J. Kerkis labai s istemingai, prade-damas nucl hormonq mutagcni5kumo, irodc, kad

476

3 ' ,s '

<-DvigrandisDN It ITDKis

477

ir del pertekliaus. Gamtincmis s4lygomis pasirei5kia silpni mutage-nai: jvair ls metabol i tai , susikaupg organizme nejprastais kiekiais, judariniai . Bet organizntus veikia i r st ipr ls mutagenai, tokie kaip joni-zuojaniioji spinduliuote, tik silpnos dozds. Thi naturalus spinduliuo-tis fonas. Jo dydis 0,3-0,6 milizyverto per metus.

Kita aplinkos mutilgcnq grupc yra dirbtiniai, nebldingi organiz-mui ksenobiotikai, ncnatr.rralios kilmes vaistai, ivair[s pesticidai ir kt.

Apl inkos mutagenai dar skirstomi j global inius i r lokal inius. Sulokal iniais mutagenais susiduria pavieniai individai arba popul iaci jos.Global iniai mutagenai patenka i or4 arba i vandenis, todel gal i pa-sklisti po vis4 Zcmes rutuli. PavyzdZiui, i5bandZius atomini ginkl4atmosl'eroje, radioaktyvusis lietus i5krisdavo uZ trikstandiq kilometrqnuo sprogdinimo vietos. Antai po Kinijos rykdytq atominiq bombqbandymq atmosferoje radioaktlvusis lietus yra i5kritgs Lenkijoje. Cer-nobylio AE katastrof:r rodo, kad stambiu pramonis objektq keliamasgenotoksikologinis pavc'r jus ncra t ik v ienos Sal ies r [pest is. IS Ccrno-bylio radioaktyvios oro mases atksliavo i Skandinavijq, Lietuv4, ypadjos pietvakarius. Nukentcjo Baltarusi ja, gan didele Rusi jos sr i t is(7 .10 pav . )

Aplinkos mutagenq ypatumai. Pirmiausiir iikyla slenkstinds dozdsklausimas, kur is daugumai apl inkos mutagenq yra nei isprgstas. PaZy-mctinzl , kad daugel io cheminiq mutagenq maZos dozcs nc slopina, ostimuliuoja organizmil. Ar iios stimuliuoj:rniios dozis yra mutageni5-kos, neai5ku. Dar sunkiau apie slenksting dozg sprgsti tokig gamtiniqaplinkos mutagcnq, kurie paprastai yra butini organizmui. Antra ver-tus, kai kur ie organizmai gal i pr is i taikyt i i r pr ic i t in didel iq mutage-nq dozir l .

Be to, organizmai gal i aktyviai kaupt i ivair ius mutageninius jun-ginius, nors aplinkoje jq ir bItq palyginti maZos koncentracijos.7.11 paveiksle pavaizduota, kaip kaupiasi vandenyie gyvenandiuoseorganizmuose pest ic idas DDT (2,2-bis(parachlorfeni l )-1,1,1-tr i -chloretanas). ' lyrimai

atlikti viename i5 Kalifornijos (JAV) eLerq,kur DDT naudotas uodams naikinti. Vandens telkinyje jo buvo tik0.00005 mg/kg, o vandens gru[nai ir augalai jo sukar-rpe labai daug,iki 75,5 m/kg (pvz.. Larus delavarensls). PanaSius rezultatus gavoR. Lekevidius ir S. Sinkevidius Lictuvoje.

Organizme kaupiasi tie aplinkos mutagenai, kurie organizmo ne-perdirbami i nekenksmingus. nemutageninius junginius arba perdir-bami labai letai .

4'78

7. l0 pav. Oro masiq juddj inras nuo ( 'crnobyl io:

I - 1986 m. ba landZ io n rcn .2 f i d . : B ba landZ io 27-28 d . : ( . - ba landZ io 2 t ) 30 c l(paga l UNSCEAR. l99 t t )

Gencltoksinis pavojus vieSai pripaZistamas tq veiksniq. kuriebent padvigubina mutacijq daZni, palyginti su gamtiniu muta-cijq lygiu. Dvigubinanti doze yra sutartind, pagrista statistikosdesniais.

Manoma, kad dvigubai padidejgs mutaci jq daZnis yra jau pakanka-mai pat ik imas, nors tai pr ik lauscl i r nuo n ( iSt i r tq individu skai i iaus).

Si taisyklc gal ioia nustatant ir Zinomo mutagcno (del kurio mutagcni5kumoneabcjojama) slenksting dozg. Antai jonizuojani iosios spindul iuotds dvigubinani iq-ja dozc laikoma I Sv. Pasak Nylo (J. V. Neel) ir Levio (S. E. Lewis), gal ingosspinclul iuotcs clvigubinanti dozc vra 1,35 Sv, chroni5kos spindul iuotds - apie 4 Sv.

479

Sensibilizuojaniioji s4veika yra tada, kai nuo kokio nors nemutage-ninio veiksnio organizmas pasidaro jautrus kur ianr nors mutagenui, i rSio mutageno mutageninis veikimas gerokai padideja. ParyzdZiui, ke-pant mis4 $pad jai apdegus), i( aminor[g5ties triptofano susidaro ivai-rils mutagenini5ki derivatai ir norharmanas bei harmanas. Sie neramutagcnai, bet padidina kitq junginiq mutageni5kum4 keletq kartq.

Asmenys, kur ic daug rhko, yra jautresni daugel iui t i r tq mutagenq.Rlkant i rei susidaro norharmanas ir k i tas sensibi l izator ius harmanas:

m\r/-f\l

Norlrarnranas

t9 l I - p i r i do { - l . J -h ) i ndo las )

Komutagenind sqveika vyksta tacla, kai du atskirai iibandyti vciks-niai yra ncmLrtagcni ik i , o kartu j ie - mutagcni ik i , pvz., baktcr i jas,\ulmonel la pavcikus vienu mctu l i tochol io rugit imi (v icna i5 tulZicsrhgSciq) i r 2-aminoantraccnu.

Ant imutagenind sqveika. Novikas (A. Novick) i r Sci lardirs (L. Sci-lard) 1949 m. atrado ant imutagenus, slopinani ius mutagenq vcikim4.VisiSkai i5vengt i apl inkos mutagcnq neimanoma, todel svarbu maksi-ma l ia i sumaZin t i Z i r l ingr r j11 povc ik i ! . cno t ipu i . S iam t i ks lu i v l r to ju rn iant imutagenai glutat ionas ir k i t i t io l ia i , ant ioksidantai .

Kompleksinis apl inkos veiksniq poveikis. Apl inkos vciksniq nru-tageni ikumas pr ik lauso nlro koniplcksinio ki tu apl inkos vciksniq po-vcikio, todel j i svarbu t i r t i kokrci iomis s4lygomis. B[t ina maksima-l iai la ikyt is , ,v isq ki tq lygir l " pr incipo, t . y. v isomis ki tomis s4lygont isbandyrnas ir kontrole nctur i skir t is.

Tiri padaryti nclengva. Pvz., kaip nustatyti, koks Silumincs elektri-n€s scnotoksinis poveikis. Gal ima t i r t i kur io nors organizmo muta-c i jq daZn j p r ik l lusor ru t i nu( ) u ts lu ln ( ) . bc t ry r imu i ne imanoml v ic tqparinkt i taip, kad jq ckologines s4lygos ncsiskir tq. Vienur bus art ikel ias, k i tur - eZeras ar up€. o dar ki tur - galbl t mi ikas i r ptrnai iai .

Objekto ,,istorija" kaip genotoksinio vertinimo klaidq Saltinis. ,,ls-torija"- tai organizmq arba organizmq grupg (pvz., populiacij4) iki tolveikusi aplinka. Lyginamu formq ir kitq taksonq ji tr"rretr4 buti vienoda.Tai irgi sunkiai pasiekiama. Stengiamasi sukurti ,,nulini variant4". An-tai s iekiant nustatyt i , koki4 i tak4 apl inkai daro ignal inos AE, pr ieS j4

VanJuo ( ).( )l )( )( )-5 ntg kq CH.,

t l :rrmanas(l -meti l-9II-pir ido (-1,,1-h) indolasl

7.1 I pav. DDl' kaupinrasis mitybinds grandinds organizmuose:kirai (Lanr.r dclurttx:nsisl (pautl R. Lckcvidiu. l9f i3)

Genotoksikologini s, ,koktei l io" ivert inimas. Apl i nkoj '^ vc i k i a nc vic-nas vciksnys. o jq kornplcksas. Vyksta ivairios savcikos, clcl kuriq susi-daro nauj i mutagcniSki produkt:r i arba vicni veiksniai ncutral izuoja ki-tq veiksniq nrLrtagcniSkum4. Vienir , i5bandyt i gcnotoksini , pvz.. gryno irv ieno dimct i ln i t rozoamino poveiki ckspcrimcnt iniams gyvul iukams arZmognus l4stclcnrs, i r v isai kas ki ta tc l pat ics ni trozoamitro poveiki t i r t igamtinernis salygomis. kur vcikia ne t ik i is mutagcnas.

Dvicjq veiksniq s4vcika gali blti keturiq tipq:- aditJvi, sinergin6, komutagenin6, antimutagenind.

Adityvi sqveika yr:r titda, kai bendras dvicjq mutagenq poveikislygus atskirai pairntq veiksniu mutagcniniq povcikiq sumai.

Sinergind sqveika vyksta tada. kai dviejq mutasenq bendras p<-r-veikis didcsnis uZ tq padiq mutagenq, tik i5bandytq atskirai, mutage-niniq poveikiq sumq. Pvz., labai daug giniq kyla dcl etanol io (ct i loalkohol io). Siuo mctu sutar iama, kad normal iomis s4lygomis j is yranemutageniikas arba labai silpnas mutagenas. Bet paveikus augalusetanol iu kartu su EDTA (et i lendini tr i l tetraacetatu), kur is vartojamas,pvz., kaip pric5nuodis apsinuodijus Svinu, bendras etanolio ir EDTApoveikis buvo l0 ir daugiau kartq didesnis uZ mutagenini poveiki,kuris gaunamas susumavus Siq atskirai i5bandytq dviejq medZiagq,mutagcnini poveikj .

480 181

statant buvo atlikti ivairiausi tyrimai' tarp jq, R' Lekevidiui. vadovau-

jan t iver t in tasmutac i jqc ]aZn is .Tyr ima iper iod iska ikar to iami i r l yg ina-

mi. Thdiau keidiasi meieorologines s4lygos. rezultatus gali s4lygoti pa-

clidejusi Sio kraSto urbanizacija ir kiti veiksniai'

Kai kuriose sirlyse buvo bandoma ivertinti stambesniq Zmoniq

populiacijq ,,nuling': pacleti, pvz', .!9kia itak4 daro pramonine tar5a'

DaZniausi.i buv. paiirent ami visiikai nauji miestai, i5kil9. pastadius

stambius pr,,rnnn"..; objektus' Rusijoje buvo pasirinktas Angarskas'

Taiiau veigi daugclis suvaZiavusiqjq i 5i micstq tpse savo buvusi4

profesing ,i"it t,. ui1,u, rr" paslaptis, priklaus6 asocialioms Zmoniq gru-

iernr. Be to, vieni buvo gimq ir augq Sibire' o kiti. suvaZiavo i5

uiriStoi kitoki. klimato vicioviq. Thd velgi buvo ,,ist.rinis Sleifas"'

Genotoksikologiniq tyrimq rezultatai priklauso nuo. -genoti-po/organizm,r,-o,.,tl iou., lyties' patikimo ir lvairiapusi5ko ver-

t in imo mctodq.

P r i k l a u s o m y b d n u o l y t i e s . P i r m i a u s i a p a s i r c i i k i a g a m e t o g e n e z i sskirtumai. Apivitinus peiiq patinclius 2-4 Gy jonizuojzrniiosios spin-

dr.r l iuotds cl . i inr is. po 2-3 nr inesiq vis i5kai atsistate jq vaisingumas'

patelcs ir po maZcsnes, 0,-5 Gy, clozes visam laikui tapo nevaisingomis.

P r i k l a r r s o m y b € n u o a n r Z i a u s . S c n a t v c - v i c n a s i i r n u t a g e n i S k i a u -s i u c r r g a n i z m o p o k y d i q . s u t r i n k a v i s a g e n e t i n € s m e d Z i a g o s s a u g o s,irtern"a. Pirdidejgs aneuploiclq arba vizio daznis - iio reiSkinio at-

spinclys. Scnsta.t kcidiasi citochromq P-4-50 spcktras. sutrinka kscno-

biotikq biOdcgraclacijos bci salinimo sistema, issiderina laisvqjq radi-

kalq-antioksidintq pusiausvyra - kaupiasi mutagcnai' maZeja dauge-

lio icrmentu, svarb^iq gcnctiniq struktfirq stabilumui palaikyti' DNR

si.teze s ir rcparacijos" fermcniq ir kt. aktyvumas, sutrinka l4steles

ciklo valdyrnas ir kt.Pa t ik imas i r i va i r iapus iSkasgenotoks i5kumoiver t in imas.Jaubu-

v, raiyta, kacl kai kurit mutagenai sukelia tik vicno tipo mutaciias'

pvz., kolchicinas - poliploidij4'

Pirmiausias uzclavinys yra visapusiSkai ivertinti veiksni arba

veiksniq,,kokteili". Butina nustatyti mutagenini' rekombino-

genini ir teratogenini,poveiki, be to, mutagenini diferencijuo-

tai pagal mutacijq tipus: genomo. chromosomq' genq' Skirtu-

mai p"asirciSkia net iurp to paties organizmo skirtingai dife-

rencijuottl l4steliq, audiniq'

482

Anksdiau labai pasikliauta Eimso Salmonella typhimurium me-todu. Thiiau Siuo metodu nustatomos tik genq mutacijos. Be to,genotoksi5kumas labai priklauso nuo organizmq, toddl automatii-kai taikyti 5io metodo rezultatus Zmogui ar kitiems Zinduoliamsyra nekorektiSka.

Salmonellu, Esclrcrichia bandiniai genotoksikologq vertinami to-del, kad per trump4 laikE suteikia pirminiq Ziniq apie galimq geno-toksi5kumq. Vis delto pastaruoju metu labiau vertinami chromosomqaberacijq tyrimai Zmogaus limfocituose arba ivairiose eksperimenti-niq gyvuliuku lqstelese, lqsteliq linijose. Pastarosiose galima tirti irgenq mutacijas. Tos padios l4steles raidoje jautrumas mutagenui irgik inta. Thi labai smulkiai nustatvta Zinduol iu lvt inems lastelems.

7.3.4.2. Naujq mutacijq aptikinto metodsi

Naujq mutaci jq problema ki lo dar padioje indukuotos mutagene-zes pradZioje. Reikejo patikimai irodyti, kad i5 tiesq atsirado naujosmutacijos, o nc iSrySkcjo slypintys mutantiniai genai (tai visi5kai realigal imybe ).

Miolcris iisprende iiE problemE pasiilydamas nauj4 itikinanti me-tod4 drozofilos letalioms ,,sukibusiclms" su lytimi recesyviosioms mu-taci joms apt ikt i . J is l rode. kad jonizuojandioj i spindul iuote t ikrai su-kel ia Sio t ipo mutaci jas. Pagal genet inius Zymckl ius, kur iuos tur i ty-r imams naudojanta drozof i los l in i ja, Sis metodas vadinamas C/8.

C/B metodu aptinkam<ls naujos recesyviosios ,,sukibusios" sulytimi letalios mutacijos.

ClB metodas. tyr imams nauclojanra spccial iai sukurta l ini ja. Vienoje jos patel iqX chronrosomoje yra:

. inversi ja C; j i trukdo vykti krosingoveriui. kuris gal i i5krcipt i ryr imq rezul-tatus;

. letal i recesyvioj i , , ,sukibusi" su lyt imi mutaci ja / ; j i gal i pasireiki t i t ik pati-ndl iuosc, kuric turi t ik vien4 X chromosom4 (gcnas bltq hemizigotini ' jcblklcjc) arba patelcsc, jcigu jos honrozigcrl inis, i r abiejuosc jq X chromoso-m( )s ( y ra l i r s p : r l I r . l i l l us ge n ts :

. pusiau dominuojandioj i mutaci ja Bar. Ji yra genetinis zymeklis. Visos dro-zol i lu patelcs, kurios pavelcl i Siq C/B chromosomq, yra siauresnimis akimis,ncs dominuojantysis gcnas pasireiSkia heterozigotosc.

483

Patinel iai pavcikianr i mutagenu (pvz., ap5vit inami jonizuojani iaisspinduliais). Naujos recesyviosios letalios mutacijos ivyksta ne visqt i r iamqjq pat inel iu X chromosomose.

Kai patindliq X chromosomoje naujq recespiqiq letaliq muta-ctjtt neatsiranda, sukryZminus ClIl l inijos pateies (ClB il +) sunormaliais, bct paveiktais mutagenu patineliais, lydiu santyki F, gau-tume Q2 : ' l: visos pateles g;'rybingos ir tos, kurios turi / gen4,nes j j stelbia normalus dominuojant i ,s is genas. Pat inel iai . kur ie pa-veldi ii motinos C/B chromosom4, Zus.

Naujos mutaci jos apt inkamos F,. Siam t ikslui i5 F, i5renkamosvisos CIB patelds ir kryZminamos su normaliu, be jokiq poveikiqpatindliu. CIB pateles paZistamos i5 ,,siaurq" akiu Bur. Kai naujqmutaci jq nera, Zuva t ik t ic pat incl iai , kur ie i5 mclt inos paveldcjo C/Bchromosomq ( ir kryZnrinimq rezultatas toks pat, kaip i r F,:

9z: '1 .Nauja letali mutacija patin€lio X chromosomoje. Pataikius su-

kryZmint i C/B patcles su pat incl iu, kur io X chromosomoje po povci-kio rnutirgcnu atsiracftt nauja letali rcceswioji nrutacija, F, skirtumonepastcbetumc. Vcl F, lydiq santykis h[tq 12 : '1. Zutq vis i pa-t inel iai , i5 rnot inos pavcldc. ig C' lB chrcnrosontq. Pat inel iai , pavcldejgi5 motinos normali4 X chromosom4 (+), bfitu gyvybingi. C/B pateldsgyvybingos, nors jq ir antroje X chromosomoje yra naujas letalusgenas / , . be t j i s nea le l in is l . (7 .12 pav . . F , ) . S ios CIB pa tc lcs ve lkryZminamos F' . hibr idams gaut i su norntal i i r is pat incl iais, nepavcik-tais mutagcnu.

Sisyk rezultatas kitoks: F. visi patineliai Zuva, lieka tik patelcs(7.12 pav.). Vieni pat incl iai Zuvo, kad paveldejo CIB chromosom4, oki t i , - kad paveldejo X chrontosom4 su nauja letal ia mutaci ja / , .Tercikia suskai i iuot i , k iek F. yra mcgintuvel iq, kur iuose yra pat inc-l ia i , i r kur iuose jq visai nera, i r suZinosime naujq mutaci jq daZni.

Atspaudq metodas. Selektyvios terp€s. l9-52 m. Ledcrbergai (J. Lc-derberg, E. M. I-ederberg) sugalvojo labai paprast4, bet patikim4 b[-da1 naujoms bakter i jL l mutaci jonls apt ikt i i r iSsprende uZsitgsusi genc-tikq gind4 del mikroorganizmq prisitaikymo pric antibiotikrl. Mat pra-dejus naudoti antibiotikus, bakterijos labai greitai lgyja atsparum4.Sus ik i r t t l d r i nuomones:

. lamarkine, kad tai kryptingas pokytis,

. kita: mutantiniai genai y'ra bakterijq populiacijoje. Antibiotikastik atrenka atspariEsias ir jautri4sias l4steles.

484

Ql ,d r ,+ - , r . j r , r ; r r r r r l , t . . l ,

7. l2 pav. c./B metodas naujonrs ,,sukibusioms,, su lyt inr i recesyviosioms letal iomsdrozofi los mutaci jorns aptikt i :P - ap iv i t in t . j c X chrom.s .mojc gcnas gar i . ncpak is t i (+ ) a rba jvyk t i nau. ia re ta l ilnutaci j l r / , , bct ki t l rntc chrttntosomos l<rkusc. Sios /, mutaci jo. pacl" i i i ncsutampa su /g c n o v i c t a c l B c h r o m o s . m o j c . T i r d F , g a t i i r n t i k c i r r i u g c n . t i p r l p a t c r c s :( ' I + + R l + + + + . C t + + B l + + t , + , + + + + / + + + + i r + + + + l + + l t + .Visos jos gyvyb ing .s , [ )e t a t renkamos i r to l iau t i r iamos t i k c iB pa tc lcs . Josk r y z n r i n i r m o s s 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 + + + + pa l i kuon iq l y i iq sant l , k is ka ip i r F , _ 2 :1 . pave iks lcpr r 'a izduot i rczu l ta ta i . kur ic gaunami sukry2minus c I + B l+ i t , + pa tc lcs suncr rmal ia is pa t in i l ia is : F . r ' i s i pa t inc l ia i Zuva, i i l i cka t i k pa tc lcs ( l :g ) . F . . k iekv icnosC/B p : r tu lc 's p i t l i kuo t tvs : r t tg in r r tn i u tsk i ramc mi ' t in ru r i . l y j c . todc l r raLr jq , r - r , ' r , , . i i u . t , , z , ' ' i .nus t . t ( )mas pa lyg inus v is r - l i s t i r rq mcg in tuve l iq ska i i iq su mcg in tuvc l iq , ku i iL rosc F ,l r i r t i k l ) t l c lL 's . sk i r i i . i unr i

Dabar jau Zinomc, kad ir bakteri iq atsparumas nuodams - sude-tingas pozymis. Tuo mctu genetikai ,,isgelbeti" nuo lamarkizmo pa-kako to, kad tarp baktcriiq aptikta tokiq, kurios ii tiesq iau buvoatsparios tiriamam antibiotikui prieS ji panaudojant.

Atspaudq metodo esmd. prie kietos agaro terpes, kurios pavirsiujeauga bakterijq kcllonijos, priglauclZiamas ,,antspaudas,,. Tai i petri leks-tclg telpantis volelis, aptrauktas aksomu (viskas atliekama steriliai).

Ant aksomo plaukeliq pakimba bakterijos. Jq padetis tikstiaiatitinka koloniju iSsidesfym4 pradineje leksteleje.,,Antspaudas., pri-glaudZizrmas prie kitos petri leklteles ,garo i.rpes pavirsiaus. po

{ j . i Jn WT

\ ' l ' ; r t , . l L r l i ; r i

, ,J ' , , ldl

i l

rerc{ffiEryt

i . .

( , r . + I J\ f f i

x a )_ \ @ r :

1 f .

W X rit,;

F ,

? r : d i i " l r r i r ; : l r r : 111 ; i l : ,

I i . l;Wf

485

\t*-=r-il

Praclinc lcl itclc Ncsclckt.r r i tcrpc Selekty/i terpe

l , , iAt7\illa ,;tl'

l r r t s p i t t r J o , - . - - t - , . a '

pirrlci rir i . q ./ ". ., ..?o,

flfd'u" t'r"r't"

f:'li::';;l;:,''r'7.13 pav. Atspaudq metodas ir jo panaudo.i imas atspariq nuodui l4stel iq koloni joms

atr inkt i

inkubacijos antroji Petri lck5tele yra pirmosios lik5tclcs kopija: bak-tcrijq kolonijos tiksliai atitinka jq iSsidcstym4 pradineje lekStcleje(7 .13 pav . ) .

Jeigu i5 pradZiq baktcrijos buvo auginamos tcrpcje be jokiq prie-dq, o atspaudas darytas ant terpds, i kuri4 idita, pvz., mirtinos strcp-tomicino dozes, tai tokioje lekStcleje i5auga tik tos kolonijos, kuriosatsparios streptomicinui. Terpe su streptomicino priedu yra selektyvi,todel gal ima atr inkt i atsparius streptomicinui mutantus - t iek buvusiusbakterijq populiacijoje, tiek ir atsiradusius po poveikio mutagenu.

Kai norima aptikti biochemines mutacijas, daromos dvi kopijosnuo pradinis bakterijq Petri leklteles:

. viena jq auginama terpeje su ta medZiaga, kurios nesintetinan-tys mutantai atrenkami;

. kitoje lekSteleje yra vadinamoji minimali, be jokiq papildomqpriedq terpe. Joje biocheminis mutantas neauga.

Palyginus abi Petri ldk5teles, nustatomos mutantintis kolonijos.Tos, kurios ant selektyvios terpis auga, o ant minimalios ne, yrabiocheminiai mutantai. Atspaudq metodas gali bfiti taikomas ir eu-kariotq l4steldms.

Promutagenq aptikimo metodai.,,Seimininko-tarpininko" bandi'nys (angl. host-mediated assay) - tai pirmasis metodas promutage-

nams aptikti. Ji dar 1969 m. pasifild GeimbridZas (M. G. Gambridge)

486

ir Legatorius (M. S. Legator). { eksperimentiniq gyvuliukq pilvo ert-mg buvo iSvirk5ta E. coli l4steliq suspensija. Prie5 tai gyvuliukamsbuvo ivairiais bldais duodama kokio nors tiriamojo junginio (kseno-biotiko). Jeigu junginys bakterijoms tiesiogiai mutacijrl nesukele, opaauginus,,5eimininke-tarpininke" padidejo baktcr i jq mutaci jq daZ-nis, darclma iivada, kad Zinduoliq organizme susidaro mutageni5kijunginio metabol i tai . Sis junginys yra promutagenas.

Eimso Salmonella typhimurium sistema promutagenams ir tiesio-giniams mutagenams aptikti. 1973 m. Eimsas ir jo bendradarbiaipasi [ le metod4 mutagcnams, tarp jq i r promutagenams apt ikt i . J isdaugiau kaip 20 metq buvo populiariausias mutageniSkumui tirti.

Sioje sistemoje svarbls du dalykai:. bldas promutagcnams apt ikt i ,. pirtys Salmonelln kamicnai, jq galimybes mutageni5kunrui tirti.

Promutagenai nustatomi panai iai kaip,,Seimininko-tarpininko"bandiniu. Junginio mutageni5kumas i5bandomas t iesiogiai i r po in-kubaciios su S-9 frakcija. Si frakcija gaunam:r centrifuguojant 90(X) gsusmulkintas (homogcnizuotas) kepcnis. Labai aktyvi f rakci ja yra i5grauZikq kcpcnq, nes i ie labai atsparls jvair icms kscnobiot ikams.

Inkubacija su S-9 frakcija, arba kitaip vadinama rnikrosomq frak-cija, parodo, zlr po tiriamojo ksenobiotiko biodcgradacijos I fazessusidaro mutageni5ki rnetabolitai. Mat S-9 frakciia - tai homogc-ni-zuojant suskaidytos mcmbranos, kuriosc yra aktyv[s I fazes fcrmcn-tai - citochromai P-4-50, pcroksidazis. Kad frakcija bltq aktyvcsnc,grauZikai kur i la ikq veikiami ci tochromq P-450 induktor iais.

Gali blti tiriamas ir ksenobiotikq biodegradacijos Il fazes fcr-mentq povcikis. Tada gaunama citozolio, kuriame yra dauguma Siqfermentq, f rakci ja. At i t inkamai vadinama S-1(X) arba S-110 (Zi [r intkoks g).

Salmonella kamienai. Jie vertingi ir tiesioginiams mutagenamstirti. I5 rezultatq galima nustatyti, kokio tipo mutacijas sukelia jun-ginys:

. nukleotidq pakaitas - atsiranda kamienq T100, TA1535 ir kt.mutaci jos;

. skaitymo rdmelio poslinkio - atsiranda kamienq TA98, TA1538ir kt . mutaci ios.

\ Antsprudrs t.1" - src'lus ,S -t--,

:f\."t'un"'', .. - a

t l

r i ' r \ .- t - Y' - - - -

:...!.._...-!r,r,r '\..r..

-:,,,r:,/,

LckilclcsaLsplnrdlms

' : 1

487

Veliau buvo sukonstruoti specialfis kamienai, kuriais galima nu-statyti, kokie mutagenai yra susidarg audiniq ekstrakte, kraujo seru-me ir pan.:

' ' IAl02, TA104 - laisvaradikal inei mutagenezei aptikt i ;

. 1A98/1,8-DNP6 - nitrozoaminq ntutageniskumui nustatyt i i r kt.Japonq nroksl ininkai sukonstravo cl irbt ines daugiakopij incs plazmides ir sukfire

,suhnotu' l la kanticnus. kuric yra -500 kartq mutabi lesni nitroarenams, nitrozoami-

nams, ncgu - lA

kanticnar.

Nepaprastas kamienq mutabilumas - didelis jq privalumirs. Ka-mienai sukonstruot i tzt ip, kad b[tq paSal intos visos gal imos kl i l tysmutageni ikumui pasireikSt i (7.2 lenteld), netrukdo rekombinaci ja. ne-pnr lu idunr rs . DNR rcpur i rc i ja .

Bet apie vien4 vciksni pladiau. Eimsui i r jo bendradarbiams pa-sisckc: j ic apt iko du kamienus TA98 ir TAl00, kur ie yra ypad mu-tabi l f is (7.14 pav.). Sio nrutabi lumo pr icZast is paai5kejo vel iau: Siuo-sc kanricnuose papildomai yra plazmidd pKMI|l. Si plazmidi turintaLyti dviejq gcnq operonil - unurDC analog4. Operonas lemia mu-tagcni5k4 DNR rcparacij4. NciStaisomos klaidos \,ykstant DNR sin-

7.2 lcn te lc . Ka i kur ie Sa lmone l la typh in rur ium kamiena i chemin iq jung in iq

mutageniSkunrui ivert int i (pagal I3. N. Amcs ct al. , 1975 su papildymais)

Rodyklenris parodyta kanricnq konstravinro ciga. Kamicnq ypatybcs: R - lyt inisveiksnvs, lcmia rckonrbinaci j i l ; +R - l4stclcs, atsparios R, rckombinaci ja slopinama;plaznridc pKMl0l turi genq untu D, C'ar.rakrsus, kurie lemia mutageniSk4 DNRrcparaci j iy, t<rdcl kamicnai su i ia plazmidc yra ypatingai mutabi lus. Genar ( i t Qlcepntuglr) - padidclgs pralaidr-rmas, nes nera pol isacharidin6s kapsulds; uvrB- - slopinamaDNR paZaidq rcparaci ja; chl , gal , bio - pravcrdia. kai rcikia kontrol iuoti kamienqgrynum4; pai ios dcleci jos su t ick gcnq yra ncrcvcrtuojamos.

488

pKM 101 ) TA IOO(1A l s35 /pKMl0 l )

Nlcti Inictansul f i rnato konccntraci la pl

7.14 pav. Salmonella thvphimurium kamienq mutabilumas priklausomai nuo plazmiddspKMI0I

tezei i r reparaci jai . Vadinasi, TAl00 ir '1498

kamienais lengviau ap-t ikt i s i lpnq mutagcnq poveiki .

Dar vicnas visq Salnutnclla TA kamienq privalumas: visi jie kilgi5 vieno bendnr kamieno, todcl gal ima i ivengt i mutagcnezcs pr ik lau-somybes nuo kontcksto (Zr. tol iau).

Naujq mutaci jq aptikimo metodai Zinduoliq, imogaus l4stel6se. Salntonel lu irZinduoliai - pcr daug cl idcl is skirtumus, kad b[tq gal ima taikyt i bakteri jq tyr imorczultatus Zmogui. Siuo mctu gcnu inZincri jos metodais konstruojamos special ioscksperimentiniq gyvul iukq, Zmogaus lqstel iq l ini ios. kurios savo savybimis panaiios

i Salntonel la kamicnus. Antai lmogaus l imfocitq l ini jai A[{Hl bldingas labai auki-tas oksidacinis potcncialas: didcl is hidroksi lazinis, oksidazinis ir pcroksidazinis akty-vunni. Ji yra TAl02 ir

' IAl0: l analogas.

Labai geras genotoksinds bfisenos rodiklis gali truti v6iys.' lai iau

2inotini trys dalykai:

. vdi iui pasireiki t i gal i bl t i labai i lgas pasl€ptas ( latentinis) laikotarpis. ypac'standZiajam (10-40 metu). Chroni ikai granulocitozinci leukcmijai Sis laiko-tarpis sutrumpeja iki 4 metq;

. kei i iasi vdZio diagnostikos-registraci jos t ikslumas ir metodai. Thi , ,pablogi-n r r " duh i r r t j . p l l yg in t i su p r rc i t im i :

o.tr

;7

:2

=a

trD

o

r500 +

Visu kamicnu bendras nrotevis L'I2hist id ino mutantai , kur iuose indukuo-

iarnos l r is >/ ls ' rcvers i ios

papildomos mutaci jos ir genetines strukt[ros

h is G16-+h is 'aptinkamosbaziq pakaitos

h i s I ) 3 0 5 2 > h i s 'aptinkamos rcmelionosl inkio mutaci ios

deleci jos atsparumasR vciksniui

plazmide

pKMl0 l

JI A 1 9 5 0

JT A 1 5 3 4 chl bio uvrB

JTA 1530

JfA 1964 tuul chl bil uvrB

JT A 1 5 3 5

Jl 'A 1538 *t l ,hl bio uvrB i i

J'I'A 100

JTA 98 tlol c'hl bio uvrB rlit +R +

489

. eksperimentiniq tyr imq rezultatai labai priklauso nuo objekto. Net labaiart imu objektt l genotoksikologinis vert inimas pagal 5i rodikl i gal i nr- 'sutapti .An ta i t i k 4 .59? chkr ruo tu jung in iq . sukc l ian i iu vcZ i pe l tn rs . suke l ia j i i r Z iu r -kclrns.

Naujq mutacijq daZnis populiacijoje. Nustatyti naujq mutacijqclaZnj popLrliacijoje. ypad Zmogaus. labai svarbu, bet sudetinga. Pir-miausia labai daZnai painiojamos sqvokos ir reiSkiniai . Antai feni lke-tonurijos gcno mutacijq daZnis visiSkai nerei5kia, kad atsirado naujosmutaci jos. t ik nurodo mutant inio alcl io daini .

Antra, kyla problcmq, kur iu nera, kai bandymai at l iekami suekspcrimentiniais objektais i r kontrol iuojamomis salygomis. Vienajq - k intant i paveldimq l igu rcgistraci ja, jos klaidos. Todal lyginantjvair iq tarpsniq rczultatus, labai svarbu i(saugot i t4 pac\ i4 paveldi-mq l igq registraci jos mctodikq. Labai sunku taikyt i , ,v isu ki tq ly-giq" pr incip4.

7.4. Mutagenq pradinio veikimo mechanizmai. Potencialios DNRpaiaidos

DNR paZaidq t ipai . Ticsioginis mutageno povcikis pasireiSkia per joservcikr l su qcnct inc medZiaga - DNR arbl I lNR. Sit ls s4vcikos rezulta-tas yra DNR (arba at i t inkamai RNR) paZaidos. Jq yra jvair iq (7.15 pav.):

. atskirq nukleot idq, tarp jq aduktai , kur ie atsiranda susi jungusnrut i rgcnui su purino arba pir imidino bazc kovalcnt iniu rySiu;gal i pakist i baziq sandara nuo ncdidel iq pokyi iq (pvz., deami-navimo) ik i v is iSko suir imo;

. AP saitai ( taip nedit 'crcnci juotai Siuo metu vadinamos Sios pa-Zaidos). Thi DNR rnolckulcs vietos, kur iose i ikr i tusi pur ino(apurininis sai tas) arba pir inr idino (apir imidininis sai tas) baze;

. pir imidino baziq dimerai - tai specif ines DNR paZaidos, ku-r ias sr"rkcl ia UV spindul iai (Zr. 7.6 pav.); dvi pir imidino bazessujungtos kovalent inc jungt imi;

. ivairiq tipq s4ry5os:

. dviejq baziq sqrySos suri iamos viena Salia kitos bazes tojc pai iojcgrandini je (vidugrandin6s sqrySos);

. tarpgrandinds sqry3os - suri iamos dvi DNR grandines;

. DNR - DNR sqryios - suri(anros dvi DNR nrolckul is;

. DNR - RNR sqrySos - suriSama DNR su RNR;

. DNR * baltymo sqrySos - DNR suri iama su baltymu;

490

l j \ {

I . \ r tJ-F(F.ts(,-\ -)- l<-\< -

^ | r a ' - - | { l l l l ' r b/ \ r

\ - t - t < ; { < f d - l < - l < ; -

( f( t t '

I

,rt-'--r,/\ .,// | ' l '\ t l\--\'z-nu

2 ( )

11 t'ol'' t'""'"'"

:fi- -it"--T-; 8rFr

o'r;>+Oao++Affi(ro J-/ ffir,",,

7. 15 pav. lvair ls DNR PaZaidq t iPai:

nuk lco t idq paZa ickrs : 1 - - l - aduk ta i (1 - bcnz(a)p i rcno-qur tn inas ; 2 - O" -n tc -

t i lgLran inas ; - l N7-nrc t i lguan inas) ; J - t in l ino d imcras ; -5 - t in r ino arbr t c i toz in<r

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 0 A P - s a i t i t i ) ; 7 - D N R t r i r k i a i ( r r -

vicnagrancl is; D - dvigrandis\;{u, Ab.,9 s4ryios (Ja - tojc pai iojc grandint jc tarpr

nuklc6tidq; 4b - tarpgrantl incs srlryios; ,9 - DNR-baltymo saryios); 9 - intcrkal iaci ja'

isi tcrpia mutaqeno (pvz.. akricl ino molekulc) tarp dviciu nuklcoti t lq, dcl jos ir tsiranda

rtmciio pssl inkio mutirci . jos - iskrinta irrba isi tcrpia nuklcotidq porrr, rrtrklcotidai

chcmiikai nemodif ikuojami (pagal V. Soifcr i . 1969, su papildl"mais)

. vienagrandZiai ir dvigrandiiai DNR trlkiai, nors ir skirstomi j

pirminius, atsiradusius del mutagcnq poveikio fosfodeoksiribo-

ziniam karkasui, ir antrinius, atsirandusius del reparacijos, rc-

kombinacijos ir kt.. tadiau ir pirminiai trlkiai jau yra irykusiqDNR paZaidq - purino-pirimidino laisvqjq radikalq, DNR s4-

ryiq ir kt. pasekme;. interkaliacija - mutageno molekule isiterpia i DNR. Po DNR re-

plikacijos tokiose vietgse atsiranda rimelio poslinkio mutacijos. Su-

kelia specifiniai cheminiai mutagenai akridinai, fenazinai ir kt.

491

Si paZaic'lu s4ra54 papilcto ktaidingai iiungti ir apskritai iiungripur ino (aminopurinas) i r pir imidino (bromuraci las) baziq analogaiarba nukleotidq sekos, isiterpusios i DNR (insercine mutageneze).

Nukleotidq modifikacija nustatoma chromatografiskai, priei tai su-skaidZius DNR. fvairus mutagenai skirtingai modifikuoja nuklcotidus( 7 . l 6 p a v . ) :

' gal i pr is i jungt i didesnis ar mazesnis rat l ikalas: tai iau nr ini t il d u k t l i :

. baz6s deamininamos, pvz., ni t r i to r lg5t ics (HNO,):adeninas (A) virsta hipoksant inu (Hx),ci tozinas (C) - uraci lu (U),guaninas (G) _ ksant inu (X);

' vienos bazds tiesiogiai virsta kitomis, kaip tai atsitinka cleami-ninant ci tozin4: Sis virsta uraci lu; deamininant meti lc i tozinq at-siranda t iminas:

. susidaro baziq laisviej i radikalai ( i r .7.5 pav. i r p. 469);' bazds' is iSkai suyra i jvair ius darinius, kaip tai atsi t inka pc-r sr lvei-

kos su [aisvaisiais radikalais (susidaro slapalas, B-urcidoizobut i lorf igSt is, O-alki lh idroksi l -aminas);

' modifikuojama fosfato rfigities liekana. ?ri, rrvz.. atlieka alki-linandiosios medZiagos. Susidaro nepatvarus triclstcris, kuris leng-vai hidrol iz inasi , atsist :r tant normal iai DNR sandarai lv ieta , ,a: ;arha atskyl :rnt nuklcozidui (v icta , ,b. ,) :

o it> j,-riln (Tl..r,*-i*::'

fi6\NI ( i l |s '< i r r , i4nZnn'

t tt tl l \ lr \[J

IIO H

AP saitai yra daZna DNR pazaida. Ji atsitinka, kai nutrlkstaN-glikozidinis rySys ir iisilaisvina bazd.. Gana daug Ap saitu atsi-randa fiziologinemis salygomis (pvz.. der pH pokydiq). Fosfodiesre-rinis karkasas iSl ieka, bet pasidaro jautrus Sarmams.

lvairiq tipq s4rysq reikime mutagenezei menkai istirta. DaZniau-siai jos l4stelei yra mirtinos. Geriau iitirtos yra viclugrandines ir tarp-grandines sqrySos. Jos trikdo DNR replikacii4. Seuysq vietose DNR

492

tr[kin6ja, ir lqsteld Z[va, toddl mutagenai, sukeliantys saryias, varto-jami kaip pr ie5vdi iniai vaistai . Butent del Sios pr ieZast ies vartojamosir bi funkcines arba pol i fLrnkcinds alki l inandiosios medZiagos. Vicnajos alki lo grupe jungiasi su viena DNR grandine, o antra - su ki ta:

-G-C-l - i - l -+GnnG.

-c ' -G-Tirkie suriiti guaninai (G nn G) iS DNIf, gali blti paialinti. Thda

susidaro dvigrandZiai DNR trlkiai (pavaizduclti guaninai, nes 5i baz€r

alki l inama intensyviausiai ; Zr. tol iau). I r Siaip jau sErySa trukdo DNRrcpl ikaci jq, todel DNR trukine. ja.

Nekovalentinis fungimas. Interkaliacija. Dar"rg medZiagq, kuriqrnolekulis yra maZos, bet tcigiamo kruvitt, gzili s4vcikauti su DNRintcrkirliacijos (lot. intercalatict - intzrrpas) b[du, isiterpdamos i DNRnrolekule. Jos nekei i ia nukleot idq, todi l suskaidZius DNR ir chro-nrzrtosrafuojant ncaptinkanta modifikr-rotu nukleotidq. Tiri rodo. kadmutageners gal i bl t i interkal iacinis. Rrkic mutagcnai t rukdo DNRreplikaciji l, todcl atsiranda DNR tr[kiai. lrgi vartojami kaip pricSve-Ziniai vaistai .

Potencial ios DNR paiaidos. Tik dal is DNR paZaidu (kai kur iosnukleot idu paZaidos, dal is apurininiq-apir imidininiu sui tq i r ivair i r lt ipu trukiq) gal i v irst i genq mutaci jomis. Ki tos paZaiclos gal i brr t ipradinc medZiaga chromosomll mutaci i ()ms atsirrst i .

DNR paZaida dar nera mutaci ja, i r t ik nedaug jq virsta mu-t:rc i jomis, toddl tos DNR paZaidos, kur ios gal i v irst i mutaci-jomis, vadinantos potencialiomis.

Potencialiq paZaidq s4voka ypad vartojama kalbant apie modifi-kuotus nukleot idus. Kaip pavyzdi iSnagrinekimc zr lk i l in imo pasekmes.?r i pravartu Zinot i , ncs alki l in imas - v iena i5 pagrindiniq mutagcne-zes pr ieZasdiq. Be to, alk i l inandiosios medZiagos yra vicnos i5 gerizru-siai i i t i r tq mutagenq.

Alkilinandiosios medZiagos. Jq sEveikai su DNR ncreikalinga re-pl ikaci ja, t . y. DNR ir lk i l inama bet kur iuo metu. Alki l inandiqjq nle-dZiagq mutageninis poveikis gal i b[ t i ne t ik t iesioginis (DNR alki l i -nimas), bet ir netiesioginis (reakcija su replikacijos, reparacijos irkitais fermentais, antriniq mutagenq susidarymas). Konkrediai i5nag-

r inesime t ik t icsioging alki l inandiqjq medZiagq s4veik4 su DNR.

493

W( 'tt-c/'\c:rt

l t

l r lt l

:'Y*"i - r r r c t i l r i t o z i n r r . fry!huqi:*r1', ] , , , , , , , ,".

. N

\ \

\ L

Idl i

ctcr7 - p r k c i : l r r s - l . \ ' : c t c r l i ( ! ( l ' \

l l -p r rk t i : t r : - . i .N

i - h f ( ) n t u f r c l l i L \ ( t n o l I n c l ( ) r l n i t )

I- I l t i l r anz i c i i a

+ i ( j - ( ' - - t A-r- t l t

I

-,(-

". \-n\ _:)"-, , 3 F_

l" /-\r /-\" ,

- , ( o )

- ( eu )_ , ,\:,(,,

)_{ ( lcninrs 5-hrontrr t r r i las (kc lo l i ) fn1u)

a ) i i un r imo k l a i da

t[Tr [-J,,] ,l iI ,',_l it**lJ,_1,,*_] 1-

cl ' , , l l lrr l l'l l't'l"Tliku"ijn'llt"i't' ' I

I t- l i " ' l '1- i" ' -1' - - - - - l r I t | _ _ +

Il'-ll '"-l-lI

I

I

I

l_ l- 1,,,t + l l

( i - A - l l t I

l , , l l

1- l' - 1,,,i *-L-L

( ; - ( r - L

l t l1r t

i l l

t t l( i - ( ' - [ ] tJ l '1nn7iqi j3I I + I n- r " . *<; -c(; - (- -('t l t

I I I

[:tariq analogtl (brornuracil0i

i- jungimas ir. io pasekmes

llr

N

\^/

\ RJ- l - -N- \dR

\ i l( ) l \ i r ( t ) i t l f \ \ { , - n . r k ( r , r r , - X l r r r l r , , k . i l . \ - n r ' r f r . i l r \ . \ l ( ,

r rhr Pcrr ' l ' idr i \ , t ( )

*f4,,

S4ve ika su Peroks id in ta is Bl i P i d a i s

I I ."\.-z--Na 7,t' Wl-,i idl-+ \ \ -( // L---< 1

<- , , , f , - ( ^- \ - , , { r r \ - , ,\:,4 \.-^/

\-" ,/ \"H

7. l(r pzrv. Nukleotidq modif ikaci ja ir jos pasekm6s:I - dcaminirr imas: -5 nrC-+T yra viena pavoj ingiausiq mutageniskq pazaidu;1i - pcr.ksicl intq l ipidq sqveika su purin. ir pir imicl ino nikleotidais: c -

5 -BU i jL rng i rno ( r r ) i r rep l i kac i jos (b ) k la idos (p i tzymct ( )s

vingiuoiai) i r jq mutagcni ikos pasckmis; mutaci jai atsirast i

butini trys DNR rcpl ikaci jos ciklai

-rzl\w"ry rr-.{.:,r. l cl) + lul

rr-N1.,..\ rri' rrN\...\r r

Baziq alki l in imas. Sqveikaujant alk i l inani iosioms medZiagoms suDNR, pr ie purino baziq i r c i tozino N atomq gal i b[ t i pr i jungiamosalifatines grupes. Rediau alkilinamas guaninas per clcguonies atomESeitoje padctyje.

Alkilo grupcs pric azoto atomq jungiasi tokiu intensy/umu:

D N R : N - 7 g u a n i n cc i toz inc i r k t .

RNR: N-7 guan inc >

> N-3 adcn inc = C)o guan inc > N- l adcn ine > N- l

N- l adcn inc > N- l c i toz inc > N-3 adcn inc .

Vadinasi, intensyviausiai alkilinamas guaninas N-7 padetyje (apie70Vo visty alkilintq baziu). DNR adeninui N-3 padetyje ir guaninui0-6 padctyje tenka maZdaug po l}ck visq alki l inrq baziq. Alki l intosbazcs hidrol izuojamos gl ikozidinio ry5io vietojc, t . y. tarp bazes ircukrerus, todel DNR atsiranda :rpur ininiai bei apir imidininiai sai tai .

Kad ilyktu mutacija, vien4 normalq nukleotidE DNR moleku-leje turi pakeisti kitzrs normalus nuklccltidas. Paprastai tai i\,yks-ta DNR replikacijos metu. Modifikuota bazd netiksliai jungia-si su kita bazc kitoje DNR grandineje.

Potcncial i paZaida yra guanino alki l in imas pcr dcguonj ie i tojojcpadctyjc. Bhtent Siojc padctyjc alki l intas guaninas gal i k laidingai jung-t is sudaryclamas porE su t iminu: atsiranda tranzici ja (pur inas kci i ia-mas purinu - G -r A):

G - C - + A - T

Potencialfis pirimidino dimerai. li pradZiq manyta, kad, apiviti-nus UV mutageni5ka yra daZniausia paZaida - c ik lobutaniniai dime-rai. Vcliau buvo jrodyta. kad potenciali paZaida yra 6-l fotoproduk-tai (Lr. 7.6 pav.). Tir i iau kad ir sudct ingai, bcr genq muraci jos gal iatsirast i i r dcl c ik lobutaniniq dimcrq.

Endogenin€s kilmds DNR paZaidos yra tarp pagrindiniq sponrani-niq mutaci jq pr ieZasdiq, tadiau jas t i r t i yra sunkinu, negu egzogcniniqmutagenq padarytas DNR paZaidas, todel pastoviai tobul inami mcto-dai 5ias paZaidas apt ikt i i r k ickybi5kai ivert int i . Stebina labai didel isendogeniniq DNR paZaidq daZnis. Antai Zmogaus l4steles genomas t ikper vicna par4 paZeidZiam:rs t lkstandius kartq (7.3 lentele), todcl labaisvarbi pusiausr.yra tarp Siq paZaidq atsiradimo ir reparacijos.

496

7.3 lcntcle. Endogenindsrcnr ian t is T L indah l )

DNR paiaidos imogaus lqsteldse ( i i T A. Kunkel, 1999.

7.5. Antimutagenezd ir DNR reparacija

7.5.1. MutagenezrSs etapai ir antimutagenezd. Mutagenq taikiniai

I5 pradZiq mutaciiq atsiradimas buvo jsivaizduotas labai papras-tai , kaip vionaakt is vciksmas. Tereikia mutagenui pakeist i genet ingmedZiag4, ir itai turimc mutacij4.

Mutageno s4veikos su DNR tyrimai nuleme samprat4, kad. pati DNR paZaida dar ne mutacija;. mutacijq atsiradimas yra procesas, kuris trunka keleta DNRreprodukcijq.

Thdiau kaupesi ir kaupiasi naujos zinios apie mutagenczg. Ilgai-niui kei tesi i r keidiasi poZi[r is i i i reiskinj . Kokie t ie posl inkiai?

Antimutagenai. Noviko ir Scirardo atrasti antimutagenai maZinaspontaniniq ir indukuotq mutacijq daZni. pirmieji antimutagenai bu-vo lzrisvos baztis ir nukleotidai. Thdiau visi suvoke, kad antimutage-nezd yra perspektyvi kryptis reguliuoti mutaciiq daLni, sumazinti Za-ling4 mutagenq poveiki. Toder nauiq antimutagenq, ypai sropinandiqZaling4 jonizuojandiosirs spincluliuotes poveikl, paieskos bLrvo labaiintensyvios ir vaisingos. Antimutagenq s4ras4 papilcle tioliai, fenoliai,flavonoidai, tarp Sio tipo antimutagenq atsirado vietos ir fermentuikatalazei, kuri skaido peroksiclus.

Antimutagenus praddta skirstyti i:

PaZaida Atsiradimo bldas Liekanq, susidariusiqpcr parqJ skaidius

Uraci las'fiminas

(vietoje C)Hipoksant inasli-oksoguaninasF'APYTimino gl ikol is i r k i t i pana5iaioksiduot i p i r inr id inaiEtenas CEtenas A-l -metiladeninas

7-met i lguaninasOo-rnetilguaninasAP sai ta i

c i toz ino deaminin imas5 -me t i l c i t oz i no dcam i r r i n r r nasadenino dearr.rinininrasguanino oksidavimasguanino oksidavimas

pir inr id inq oksidavimasperoksir l i l t tu l ip idt l poveik is c i rozinuiperoksid intq l ip idq poveik is adeninuiadenino SAM met i l in imasguanino SAM mct i l in imasr lk i I i n imes cndogcni n ia is n i t rozoanr i na ishidrol iz in is depur in izavirnas

40030l 0

- 1 0 0 0-200.'500

-200-200

6004000"'2009000

497

. gamtinius ir sintetinius;' univcrsalius ir specif inius.

Labiausiai clomino universalieji antimutagenai, kurie gali siopinti

kuo diclesni skaidiq mutagenq. Universalumu labiausiai pasizymi gam-

tiniai antimutagcnii glutaiionas (ir kiti gamtiniai tioliai), askorbo rtg5-

ris. tokoferolis. karoinoictai. Visi jie pirmiausia sl.pina laisvaradika-

l ing mutagcnczq, o kaip buvo galima isit ikint i . visi kel iai veda i lais-

uu,rsiu.., ,ri.liknlur. Galq galc pradccla vykti laisvaradikalines silveikos,

susidaro laisvici i radikalai.6lutat ionas ir ki t i t i6l iai labai vciksmingai slopina ir alki l inandiqsia's mcdZiagas'

Su jomis glutatrorras rcaguoja t icsiogiai. Susidaro merkaptttro rugit is, kuri i5 orga-

nizir, l pai ir l in.,rnl l su i l ipimu. Rcalci ja tarp glutat iono ir kscrtt lbiot ikq vyksta ir

t icsiogiai, bct ncrntcnsyviai. - l i rdcl

0rganiznrc i i4 rcakci jr l al l icka fermc'ntai gluta-

t ion-S -transfcrazes.

M u t a g e n e z d s e t a p a i . A i S k c j o , k a c ' l n a u j a m u t i r c i j a . t u r i . i s i t v i r t i n t igenomc,lnutal t inc iastelc - k i tq lqstel iq sistemoje. Tick lalstcles vi-

iu jc, t ick pr ic i nrutant incs lapstcles veikia ivairus gal ingi atrankos

b[d;i. Mikioorganizmams keidiant nritybos ir kitas s4lygas Siuo cta-

pu, buvo gauniimi labai skirtingi mutagenezes rezultatai''

Gcroki i vcr l iau buvo nustzrtyta, kad ir v ien4 normalq nukleot id4

pakcitus ki tu n6rmal iu ntrklcot idu clar nelsi tv ir t ina mutaci ja ' Toki

rruklcotida gali pasalinti nesuporuotq nukleotidq reparacija' Thip pat

nustatytzr, ' l iad

yra galingzrs sietas, kuris gali praleisti ar nepralcisti

nauj4'mutaci j4. I i *- . i mutagenezi yra valdom" (L: ' to l iau) '

1967 m. Auerbach pasi.lle mutagenezg suskirstyti itris etapus. Skirs-

tymas etapais pasipi lc i i naujomis Ziniomis, i r dabar j is atrodytu taip:

i i*i ' i" I lll kt sqtcikos su taiAiniu

su tuikiniu I ir visi rei5kiniai taikinio lygme- |nyje ( tarp jq DNR reParaci ja)taikinvs - ne tik DNR

rr) nrurrgeno parekinras: I , ; ; f iR sinrezis. rekornbin:tei jos. I a) mutrnt irr iu

l ls:e. l . l . r :ClacnimrsIreparaci jos bal tyrnai (pvz. , topo- | i r at ranka - d ip lont ind atranka;

izomerrizes) - genq ir chromo- | b) konjugacin€i antimutagenez'i -

somq nrutacijos; I mcjozcs stetas;

bl mutaueno sareika su I L lunr l inr i Lei k i r i achromat ine' I c t indiv idq. su didel iu naujq mu-

; ; f f i ; ; ; ; " ;J ; ; ; i l | , . .p, , "" r r lqste lds c ik lo brr l tvnrai - I : ' : ' lu krrv iu e l iminaci i " . . l f : : :

;;;il;f*';;i-.;il.; I genomo mutaci.los | ':.'o'*"1',11'1:'-11:'l-"-liql:.::I:)';; l ;;; i l ' ; i-;;.;- I

- 1 d) atranka tvriniqr4steliq,tvgiu

ta is. ' inakr l rurr jani ia is | | { tcr i l lumos' apsivais int tnas) '

mul

patckimas ir ekranavimas, III etapo - diplontind atranka ir konjuga-c ine an t imutagenezd.

Mutageno patekimo valdymas yra toks iprastas reiSkinys, kad i jiZilrime kaip i savaime suprantam4 dalyk4. Evoliucija ryko kaip tiktaip, kad lytines l4steles ir gemalas b[tq maksimaliai apsaugoti nuoncpalankill veiksniq. Be to, Zinduoliq galingas filtras yra placenta. Jigcrokai apsaugo gemalq nuo mutageniniq medZiagq. Prisiminkime,kacl placenta yra vienas ii tq organq, kuriq l4stelese labai aktyvuskscnobiotikq biodegradacijos fermentai.

Sausumoje lengviau gali gyventi daugial4sdiai organizmai. Jq vidi-nems l4stelems ndra kenksrningi UV, nes jie yra menko skvarbumo.Odos apsauginc paskir t is i rgi gcrai Zinoma. Bc to, jo je yra gamtiniqa p s a u g i n i q m e d i i a g q : k c r a t i n o , m c l a n i n o , u r o k a n i n o r u g S t i e s(C,H{O.N,). Pastaroji ypad aktyvi priei UVB.

Vienalqsdius nuo UV kaZkada saugojo vanduo. Jis ir buvo gam-t inis ekranas nuo UV. Si savoka i mutagenczg atejo i5 radiobiologi-jos. Par,yzdZiui. ivitinant kaulzrvaisiu siklas, ekranas yra storas sckloskaul iukas. Dal i jonizuojandiq spindul iq sugeria seklos endospermas.L4steles viduje alkilinandiqsias mcdZiagas ckranuoja baltymai. Apie2/3 visq alki l in imq l4stelcs viduje tenka nc DNR. o baltymams irdaugiausia l i lstelcs membranq ir pr iemembraniniams baltymams. Ik ibranduol io tol inras kcl ias. Todel daugelyje atsakq, kur iuos tol iau nag-r inis ime, aktyvinami Si luminio Soko proteaziq, ubikvi t ino genai. Jqkoduojami baltymai skaido denat[ruotus baltymus.

Kontakto efektas. Daugial4siio organizmo l4steles gali padeti vie-na kitai apsisaugoti nuo mLltageno poveikio. Thi nustatyta kartu zu.r-ginant leukocitus, kur iq vieni buvo neapivi t int i , k i t i apivi t int i joni-zuojandiaisiais spinduliais. Pastaruosiuose tirtos chromosomq aberaci-jos. Jq daZnis gerokai sumaZejo, palyginti su ap5vitintais leukocitais,augintais atskirai . nuo neap5vit intq l4stel iq. Si v ienq l4stel iq pagalbakitoms buvo pavadinta kontakto efektu. Nustatyta, kad i5 vienq l4s-tcl iq i k i tas gal i perci t i ant ioksidantai i r t io l ia i .

Diplontin6 atranka. Daugial4sti organizm4 paveikus mutagenais,pakinta t ik dal is jo l4stel iq. Ki tos l ieka normal ios. Kaip jau mini ta,dauguma mutaci jq yra Zal ingos. todel i r mutant ines l4steles gal i bl t imaZiau gyvybingos. Thrp normaliq ir mutavusiq l4steliq arba net au-diniq ryksta konkurencija normaliq lqsteliq naudai. DaLnai net nor-maliq l4steliq dalij imosi tempas didesnis. Galime isitikinti stebedamiivairius margalapius augalus: normaliai Zalia lapo dalis daZnai blnakur kas labiau iSsipletusi negu mutant ine (7.17 pav.).Daugelis rei5kiniq

rcparac i ja) . Cia k iek

498

jau nagrineti arba bus v6liau

smulkiau apie kctur is i5 ju: Inagrinejami (DNRetapo - mutageno

12 , 499

7.17 pz l . D ip lon t in€ a t r : rnka :pupq chlorol ' i l inio mutanto vari( 'guta normali Zal ia lapo dal is lcnkia nrutanting ivicsi4lapo da l j

Konkurencija tarp diploidiniq normaliq ir mutantiniq to pa-ties organizmo lEsteliq vadinama diplontine atranka.

Normalus audinys gal i v is i5kai nustelbt i mutant ini audinl .Konj ugacind antimutagenezd pasireiSkia mejozeje. Pa5ali nami s tam-

bDs strukturiniai chromosomq pokydiai. Kaip mineta, heterozigotinejeb|rkleje ivairios chromosomq mutacijos pasiSalina mejozeje, nes susida-ro negpybingos lytines l4stelcs. Bc to, mejozds pirmojo dalijimosi zigo-tenoje ir pachitenoje vyksta DNR reparacija.

Augalu ir Evfinq mejozcrs mutantq yra paZeista konjugacineantimutageneze, todel jie daug jautresni mutagcnams. Jonizuojan-t ioj i spindul iuotd juose sukel ia daugiau chromosomq aberaci jq.

Prasmukusios pro mejozg naujos mutacijos gali b[ti atsijojamos

. ovocitams virstant t"eratomclmis;

. maZiau energingienrs spermatozoidams ncat laikant konkurenci-jos apsivaisinimo metu:

. nenormaltis gemalai Liva, vykstant persileidimui.

Pasak Zmogaus genetikos autoritetq Fogelio (E Vogel) ir Motuls-kio (A. C. Motulsky), mutacijos, del kuriq vyksta ankstyvi abortai,gali l ikti nepastebetos. Anot Fogelio ir Motulskio, apie 90o/o chromo-somq mutacijq pasiSalina r,ykstant embriogenezei, daugiau kaip pusejq - iki implantacijos gimdoje, o dauguma likusiqjq - netrukus po

500

implantacijos. Daug chromosomq mutaciir] vis delto iveikia si .,fi l-trq". Embriogenezes metu atsiranda ir naujq mutacijq.

Kokia galinga III etapo antimutageneze, galima jsitikinti remiantisHirosimos ir Nagasakio atominius bombardavimus paryrusiq asmenqtyr imq rczultatais. Japonq moksl ininkai js i t ik ino, kad net po 30 metunuo bombq sprogimo apivitintq zmoniq leukocituose vis tebera daugchronrosomq aberacijrl (7.4 lentele). Be to. iq daZnis tiesiog proporcin-gas apivitinimo dozei. Tuo tarpu tiriant tokiq zmoniq palikuonis jokioZymesnio genq mutacijq daZnio pokyiio nepastebdta.

7'4 lc 'ntclc. Zmoniq, patyrusiq Hirosimos ir Nagasaki. bombardavim4, chromo-somq aberaci iq daZnis reukocituose, prasrinkus 30 m. po bombardavimo (pagalN. Dubininrl , l9l3(r)

Spindul iuotcs dozeGv

AberaciiLt dalnis n/n

Hirosima NagasakisKontrolc

0,0 I - 0 ,99r ,00 - 1 .992.00 2,993.00-3,994,00 4,99

5,00 i r daueiau

1 , 2 02,7 |4 q s

9,4uI ? S s

t 4 , t 916 ,5 I

1 , 3 5I , 8 8l , 682,763 ,411,091 3 , l s

7.5.2. DNR paiaidq reparacija

7.5.2.1. DNR paiaidq reparacijos apibudinimas ir tipai

Genetinc medziaga DNR yra labai stabi l i . Nukleot idq i i 'ngimas! naujai s inter inamas DNR grandines irgi vyksta palygint i t iksl ia i . ojeigu i r padaroma klaidq, tai jas istaiso t ie patys'DNR sintezes fer-mentai. DNR polimerazes atlicka korekcij4, salinclamos neteisingaii iungtus, nesuporuotus nukleot icrus (Zr. I I sk.) . Thi iau klaidq vis t iekl ieka.

Ne bc pamato manoma, kad DNR ypatingo stabilumo priezastisyra ne t iek jos chemind sandara i r s intezds ypatumai, k iek DNRpaZaidq reparacija (lot. reparalio - atitaisymas). vienu metu geneti-kai net labai r imtai s 'arste, kaip atsiranda mutaci jos, je igu DNRpaZaidq Salinimo sistemos yra tokios galingos. Klaidrj labai padauge-ja DNR paveikus mutasenu.

-s01

Mutagenas ne tik sukelia potencialias DNR paZaidas, bet irpainidila visq suderint4 DNR saugos sistemq: DNR replika-cijos ir reparacijos fermentus ir sutrikdo DNR kopijq dalybasdukterinems l4steldms.

Sis net iesioginis mutagcno poveikis, matyt, i r nulemia, kur ie mu-tagcnai yra silpni, o kurie stiprfis. Stiprieji mutagenai pirmiausiapaZeidiia saugos sistemas.

DNR reparacijos tipai. DNR paZaidq reparacijos tipq klasifikaci-ja sudetinga ir daug kuo pana5i i ksenobiotikq biodegradacijos -

citochromq P-450 sintezes klasifikacij4.DNR reparacijos tipai yra specialfis ir universalls, vienq DNR

reparacijos sistemq dubliuoja kitos, yra konstitutyvls ir indukuotireparacijos tipai:

. special[s DNR repar:rcijos tipai paialina konkrcdias DNR pa-Zaidas. Thi tokios paZaidos, kurioms atsirasti yra beveik 1004/ct ik imybe.

. universalf is DNR reparaci jos t ipai pa5al ina bct kokias DNRpaZaidas, tarp jq padarytas i r tq mutirgenq, kur ic iprast i orga-nizmo apl inkoje i r kLrr ios ial inamos special iais DNR rcparaci-jos bldais.

Thi, kad viena paZaida Salinama keliais budais, yra organizmo stra-tegija, susiktrusi ilgametis atrankos bldu. PaZaidos Salinimo b[-dq dubliavimas * garantija, kad 5i DNR paZaida bus paSalinta.

Antai organizmams iprastas i r net , , istor inis" veiksnys yra ul tra-violetiniai spinduliai. Prisiminkime, kad jie sukelia labai savitas DNRpaZaidas - pir imidino dimerus. Juos pa5al ina i rgi latrai savi tas DNRpaZaidq reparacijos tipas - fotoreaktyvacija. Vien UV sukelia pirimi-dinq dimerus, fotoreaktyvacija tik juos paialina. Pirimidinq dimeraiSal inami i r k i tais DNR reparaci jos budais. J ie i5kerpami eksicinukle-aze. Sis bfidas yra universalus. Juo Salinamos ivairios DNR paZaidos.Tik pirimidino dimerus Salina pirimidindimerDNR N-glikozilaze-AP--endonukleaze. (Apie abu Siuos t ipus Zr. tol iau.)

Likusias nepa5alintas iki DNR replikacijos paZaidas Salina porep-likacine DNR paZaidq reparacija. DNR paZaidq reparacija dar skirs-toma i :

502

. pr ieirepl ikacing,

. poreplikacing.

Mutageni5ka, arba klaidinga, reparacija. Sio DNR reparacijos tipoatradimas - esminis visos mutagenezds teorijos posfikis. Dar 1953 m.Veiglas (J. J. Weigle) aptiko reiSkini, kuri jis pavadino ultravioletinereaktlvacija. Virusai buvo apivitinami virusui mirtinomis UV doz6nris.Siais inaktyvint:iis virusais buvo uZkrediamos bakterijos. Vienos jq buvo

. pr iei tai nt-ap5vit intos UV

. kitos apSvitintos rtentirtinotnis UV dozdmis.

Tose bakterijq l4stelese, kurios prie5 uZkrediant jas inaktyvintaisvirusais buvo ap5vitintos UV, virusai atgijo, reaktyvinosi. Bc-t tarp iqpas i ta ik i l i rba i daug su mutac i j r rm is .

Apra5ytasis DNR reparacijos bfidas buvo pavadintas Veiglo reak-tyv:rcija, arba kitaip W-reaktyvacija, o mutaciju ettsiraclintas reakty-vintoje DNR - Veiglo mutageneze, arba W-mutageneze.

Vciglas pirmasis atrado mutagcniSk4 DNR reparacijos tip4. ?t-i ' iau i ianr t ipui daug rcik irrres ncbuvo tcik iama tol , kol nei ik ikr k lau-simas: , ,O vis dcl to kaip atsiranda mutaci jos?" I5 esmes mutageniSkaDNR rcparacija buvc'r atrzlsta pakartotinai kaip SOS atsako dalis (Zr.tol iau). Siuo mctu nustatyta, kad maZos, nemirt inos jvair iq mutagcnU(nc t ik UV) dozcs sukcl ia ( indukuoja) reparaci jos genu vciklq.

Kokia bus DNR repuraci ja - rnutagcniSka ar nemutagcni5ka, pr i -k lauso nuo dvicjq apl inkybiq:

. nuo DNR paZcidimo laipsnio. Mutageni5ka rcparaci ja vyksta i t inst ipr iai paZcistojc DNR (pvz., kaip st ipr iai paZeistq, inaktyvintqUV virusq rcparaci ja). C' ia j i vyksta nelaimcs veri iama. Niekokito ncl icka: arba uZtaisyt i DNR paZaid4 bet kaip, arba Z[t i ;

. nuo genot ipo ypatybiq, special iq gcnq. Thi mutagenezes valdy-nro bldas (Zr. tol iau).

DNR paZeidimo laipsnis ir paZaidq reparacija. Indukuota DNRpaZaidq reparacija. Velgi pasirei5kia organizmo strategija. DNR pa-Zaidq reparacija reikitlauja dideliq cnergijos s4naudq, ATP. Ne kiek-viena l4stel6 ir organizmas i5gali l ikviduoti DNR paZaidas. Toddl stcn-giamasi DNR paZaidas Sal int i padiais paprasdiausiais bldais:

' jeigu paZaidq nedaug, pakanka konstitutyvaus DNR paZaidqreparrrci jos lygio:

503

. kai lqstcld paZaidq nesugcba likviduoti konstitutyviu btdu, indu-kuojami specialus pagal paZaidq pobudl i r st iprum4 DNR repa-racijos b[dai. Jic jsijungia laipsniSkai, didejant DNR paZeidimui.

Tiro jsitikinsime iinagrinejg du DNR reparacijos rei5kinius: SOSir oksidacinio strcso atsakus.

DNR reparacija yra visos antimutagenezds sistemos dalis. Orga-nizmui ger iau pirmiausia paprastesniais bldais pa5al int i pat i mutage-n4, ncgu po to eikvoti lqstclcs iSteklius ir ialinti genotoksi5kai pavo-j ingas DNR paZaidas. O jc igu atsirado DNR paZaidq. tai paprasi iaujas l ikviduot i , negu ckscizi jos budu Sal int i bazes, nukleot idus ar netDNR nukleot idq sckas. Kai jau nieko ki to nebcl ieka, ' ,yksta mutage-ni5ka DNR rcparaci ja: atsiradg stamb[s DNR tr [k iai uZtaisomi ne-t iksl ia i , kad t ik bl tq i isaugota vient is:r DNR.

DNR reparacijos priklausomyb€ nuo ivairiq veiksniq. Thi klausi-rnas, kur iuo Siuo mctu i t in domimasi. DNR reparaci ja pr ik lauso nuodaugybcs vciksniq.

J i p r ik l i ruso nuo:

. bcndros l i l s tc lcs buscnos , e ncrgc t in iq l l r s tc lcs iS tck l iL l , pakankamo nau. jq nu-k lco t i r lu k ick io :

. DNR i r chnrmat ino sandaros vpatyb iu (Z t i r rmos DNR ncrcparuo jama) ,chr< tmi t t ino nuk lcosont i r rcs s i rnduros (gcr iau rcparuo jama DNR. ka i h is tona iy ra acc t i l i n t i , t . 1 , . k i r i sus i lpnc ' j cs ry iys ta rp DNR i r h is tonq) ;

' gcnq uk tyvumo: p i rn t i lus i l r repuruo j l rn r i ak tyv ls gcna i , o uk tyv iuosc gonuo-sc t ranskr ibuo jamoj i DNR gnrnd ine ;

. jvair iq L)NR sintczc's. rcparaci. jos. chromatino sandanrs nrodif ikatoriq (pvz.,po l iaminq. dv iva lcn i iq i r r t r i va lcn i iq mcta lq jonq i r k t . ) . Ko fc inus ve ik iaka ip n ru tagcnas ne t i cs iog ia i , s lop indamas DNR rcparac i ja .

( ' ia surn in i ta t i k ncd idc lc da l i s DNR rcparac i j4 kc i t ianc ' iu vc iksn i r l .

7.5.2.2. Tiesiogini DNR paiaidq reparacija. Ekscizind reparacija

Siuo metu Zinomi trys tiesioginio DNR paZaidq Salinimo bfdai.Visi j ic yra savi tq DNR paZaidq, sukel iamu labiausiai istor iSkq, tra-cl ic iniq vciksniq:

. IJV + visrl tipq pirimidino dimerq = fotoreaktyvacija, atliekafotoliazds:

. alk i l inani iqjq medZiagq + alki l intu nukieot idq = aiki lo gru-pes Sal inimas, at l ieka meti l t ransferazds;

501

. jonizuojani iosios spindul iuot€s i r k i tq veiksniq -) pur ino--pirimidino baziq laisvqjq radikalq = chemind reparacija, ku-ri4 atlieka antioksidantai ir tioliai.

Fotoreaktyvacija. Rei5kinys Zinomas seniai. atrastas bent tris kar-tus. Ap5vit inus organizmlls UV ir po to matoma iv iesa, Zal ingas UVspindul iq poveikis sumaZeja ar net v isai i inyksta. Siuo rci ik iniu r im-tai susidomdta tik po to, kai Kclneris (A. Kelncr) ir Dulbeko (R. Dul-bccco) 1949 m. lrode, kad fotoreaktyvacija v1'ksta ir mikroorganiz-rnuose. Ji pasirci(k ia taip. ApSvit int i UV spindul iais (200-300 nm) i rtol iau auginami patamsyjc ( jprast incs sqlygos tcrmostatuose) mikro-organizmai Z[va. Bet jeigu po UV dar iv i t insime matoma iv iesa(300-500 nm). daug mikroorganizmu l4stel iq atgys. Kaip tai atsi t in-ka'! Eschcric'hiu t'oli ltlstelcse buvo aptiktas fermcntas. kuris pirimidi-r ro d imerus puvcr i ia n ronomcra is - i r t s ta lo r ro rmal iq p i rdc t i :

UV ^

Ma toma i v i c sa

T+T-----+T T --l-.--.--->f*f

Sis fcrmcntas pavadint", fb," l i ; ; " . , , . o^r,r ," t ik c ik lobutaniniuspir imidinq dimerus, toderl i iuo mctu vadinantas CPD fotol iaze. At-rasta dar vicna fbtoliazc. kuri paZista tik (6-4) fotoproduktus (necik-lobutaninius dimcrus). Ji vadinarna (6-4)-fotoliaze (7.6 pav.). Thi fla-voprotcinai .

7-inotina tui. kird l i r tol i l rzcs ir tamsojc plZista DNR paZaicl4, o suzitdintos Svicsosi l pirrr inrekrdumos l i l tono cncrgi j i l , dimcrris pavcri ia ntor.t trnte rt is. Pl i i r l i rr i r paZair l i l .

P i r rn iaus ia bundoma aps is i rugot i nuo t -JV sp indu l i r l (m inc t ic j i ck r i tna i , chron t i t -toforai). Pacl idejus UV spindul iuotc, i , i rsi i ( pradZiq saugomasi nuo UV o t ik pas-kui I ikvicluojumos jq padarytos DNR paZaidos. Zmogaus - padidcja mclatr ino, rtu-

gr r l r r l ' l :n ono i t l r t s in tcz i ' .

Alkilo grupiq pa5alinimas. DNR alkiltransferazes. DNR alkilini-mas (meti l in imas) yra vicna i5 nat[ral iq DNR modif ikaci jq, todellqstcleje yra tanl t ikras pastovus, konst i tutyvus demeti laziu (meti l -t ransferaziq) lygis. Be- to, atsiradusius alki l inani iuosius metabol i tusvciksmingai nukenksmina t iol ia i .

Metiltransferazes - ypatingi fermcntai. Net giniijamasi, ar tai ap-skr i tai yra fermentai : rcakci jq j ie nekatal izuoja. t iksl iau, po s4veikossu alkilo grupe jie patys suskyla.

Ada-metiltransferazes turi du aktvvius centrus - cisteino liekanas:

50-s

' Cys-69 padetyje pa5alina alkilo grupg nuo alkilintos fosfato rug5-t ies l iekanos (meti l fosfotr iester io);

. Cys-321 pad6tyje pa5alina alkilo grupg nuo padios pavojingiau-sios, potencial ios paZaidos O"-meti lguanino (O6-metG), s i lpniauOa-metT

Alki lo grupe Sal inama savot i5kai: j i nuo nukleot ido pcr5oka antmct i l t ransfcrazis, i r 5i suskyla.

' lojc pai iojc l4stclcjc yra nc vicna mcti l transfenrze. Tir i vis ta , ,apsidraudimo"

stnrtcgi ja.

Purino-pirimidino baziq laisvqlq radikalq chemind reparacija. Thiunikalus rci ik inys. Paprastai DNR paZaidq reparaci j4 at l ieka fermcn-tai . Baziq laisvuosius radikalus rcparuoja

. t io l ia i (H* donora i ) C-cent r in ius ,

. ant ioksidantai (e donorai) heterocikl in ius rezonernsinius (Lr.7.-5 pav.).

Tio l ia i i r an t ioks ic lan ta i vc ik ia i r ka ip la isvq i r l rac l i ka lq gaudyk l i s . Sqvc ika vyks-ta dv icm c t i rpa is :

1 ) an t ioks ic lan tas v i rs ta la isvuo ju rad ika lu :

2 [ ' u ' a r b a 2 l ' y ' + 2 l r t l l ) 2 P u a r b a 2 P y + 2 I n ' ;

, . , , , , . , , , t) ut*t, , , dispnrporcionavirno (disnrutaci jos) rcakci. ia, i r laisvici i rrrdikalai naiki-

l n ' * I n ' + I n - l n ;i ia In - s in tc t in is an t ioks ic lan tus iono las .

Pana5iai la isvuosius radikalus naikina supcroksiddismutazcs.Ekscizin€ reparaci.ia (angl. c,ri:cr.s ion - iipjovimas). Baziq eksci-

zij4 atlieka konkreiioms DNR paZaidoms specifinds DNR N-gliko-zilazis. Jos atpaZista konkrcdi4 paZaid4 ir pa5alina visq paZeist4bazg. Bazc atskcliama nuo polimero fosfodcoksiribozinio karkzrsorykstant N-glikoziliniq rySiq hidrolizei. Vietoj paSalintos bazds atsi-randa AP-saitas.

Atrandama vis naujq N-gl ikozi laziq:

. uraci l DNR gl ikozi lazd ial ina uraci l4, kuris atsiranda jvair iais budais, pvz.,dcamin inant C:

506 507

. Hx (hipoksantin) DNR gl ikozi lazd (al ina hipoksantinq, atsiradusi vietoj de-amin in to A ;

. FAPY DNR gl ikozi lazd Salina 2,6-diamino-4-hidroksi-5-formamidopir imidin4(sutrumpintai FAPY), kuris atsiranda nuo poveikio laisvaisiais radikalais;

. 3-nreti ladenino DNR gl ikozi lazd ial ina alki l intq 3 metA ir ki tas alki l intas ba-

zes 3nrctG, 7metG. Or-metT; j i ncra grieZtir i specif ine;. 8-oksoguanin DNR gl ikozi laze ial ina vicn4 i i potencial iq oksidacinit t strcstr

( laisvqjq radikalq) sukcltu paZaidq 8-oksoG ir kt.

AP-saitq reparaciia. AP-saitai atsiranda ne tik del DNR N-glikozi-

I t rz iq veiklos, bet i r dcl k i tq vciksniq (OH'radikalo, baziq alki l in imo ir

kt.), net gamtindmis szllygomis, susilpnejus N-glikoziliniams rySiams.AP-saite fosofodiestcrinis karkiisas i(licka, bet tolcsnis AP-saito likimas

sal i but i dvejopas:

. i AP viet4 istatoma baza;

. AP-endonukleazds kcrpa fosofodiestcrini kirrkas4, ir atsirandavienagrandis DNR tr [k is, kur is uZtaisomas jau nukleot idq eks-

cizinis reparacijos budu.

Insertazes. Thi t'ermentai, kurie istato bazg i AP viet4. Jos irgi

yra kclios priklausomai nuo itcrpiamos bazds.

AP-saitai yra potoncialios DNR paZ:ridos, nes gali bfiti i jungtane ta baze, kuri buvo anksdiau; bazds [terpimas vyksta su

klaidomis.

DaZniausiai i AP-saitq itcrpiamaA(5 9 o/o ) > T (28oh) > G (l l a/t

) > C(l o/o )'Del i terpimo klaidq gal i atsirast i net t ransversi jos, palygint i su

tranzicijomis (Zr. p. 436), gerokai retesnis gt:nq mutacijq tipas, pvz.:

G - C - + i - C rAP-saitai

A-T -) [ -T -)

S c -+ lT;{ l r vieroj GKlaida Transversija Purinas keidiamas pirimidinu

C : 1+ IT.al r vietoj A

Tbdel netcnka stcbitis, koddl gamta pasirinko kad ir suddtingesni,bet patikimesni b[d4 i5vengti klaidq (mutacijq) uZtaisant AP-saitus -

kirpti fosfodiesterini karkasq ir lopyti atsiradusi vicnagrandi truki.

Nukleotidq ekscizind reparacija. DNR N-glikozilazds-AP-endonuk-feazds. Kai du vyksmai eina vienas paskui kit4, gana daLnai genai,

koduojantys iias dvi atskiras funkcijas, susilieja. Atsirancra naujas ge-nas, koduojantis poli funkcini balqvm4. Thip atsit iko ir DNR N-gliko-zllaziq ir AP-cndonukleaziq genams. Atsirado genas, koduojantis nauj4ferment4 - DNR N-glikozilazg-AP-endonukleazg, pvz., pirimiclindimer--DN R N-gl ikozi lazg-A P-endonukleazg.

Ekscinukleazd - ne vienas fermentas, o balfymq, veikianiiu tamtikra scka, kompleksas. Jis il iustruoja ekscizing DNR reparacij4, kaii5kerpama nukleotidq seka. Tiesa, ji trumputd.: E. cori pasalinama 12arba 13 nuklcot idq zrtkarpa. Skir t ingai nuo DNR gl ikoziraziq-Ap-en-donLrklcaziq, tai univcrsalus DNR reparaci jos t ipas, ncs paial inamosivairicrs DNR nukleoticlq pazaidos. E. c:oli kompreksas kcrpa DNRgranding dviejosc vietose (7.18 pav., 1):

7 nukleotidai prieS paiaidq * pazaida f 4 nukleotidai po pazai-dos.

K. i pazaida - dirneras (pir imidinu dimeras arba dvie. jq nukleot i-dq sr1ryia). pai . l inama l3 nukleot idq seka (40o/.) , k i tais awejais, kaipaZcistas vicnas nuklcot idas, paial inama l2 nukleot idq scka.

E. c'oli lastclcsc k.mple ksa [cmia keturi genai, aptikti pagal mu-tantq jatr trunr:1 UV spindul iams, todel gcnai vacl inami nvrA, B. C,l) . Gcnas t t , r [ ) lemia pagalbini . bct b[ t inz1 f 'ermenta UvrD-hcl i -kazc.

ISkcrpa uyrA, uv,r B, rrurC gcnq koduojami baltymai. I ikerpamae tapais:

l>A*-A.-*,r,,5\- ;.; ' ir

J rr\'.f -rr *m

Susidargs tr lk is uZtaisomas klasikiniu bDdu etapais (7.18 pav.):l ) ply iys gal i br l t i p lat inanras;2) bakterijq DNR I polimerazi, pasinaudodama antrqja DNR gran_

dinc kaip matr ica, t r [k io victoje sintet ina DNR granding;3) DNR ligaze sLrjungia naujai susintetinros DNR grandines ga-

Ius su l ikusi4ja DNR dal imi.

-508

, l - I - l T T T l , , , , , , r , , , ' , ' " f T - f T - l j

I.t. \ . t r'

. ' .T r r r r r - l , , , , r , , , ; i , , , l -TTT- l lI

I ) N R I I V l u T l i i \ \ r r t s

, P ' , 1 t t t t t . . z t Y

irrl-rrll r-, , ii i i , i ii i iT-rT-n]

i ) N Rir . lJ/ \

| | I | | | | t I t t I t l | | | | t | | | | I l .

I

7. lfi pav. Escherichia uili [) ir inurgaus (/I) DNR ekscizin€ reparacija:/ - vc ik ia ba l tymq komplcksas : UvrAtsC, UvrD hc l i kazc , DNR I po l i rncrazc , DNRligazc, i5 ju UvrA yra pol i funkcinis baltymiis, vicnas arba kartu su kitais baltymaisirtpaZista paZaicl i l i r jungiasi su DNR; UvrB yra ATPazc-hel ikzrzc; UvrC yra nuklcazi;/ - [ 'D - pir irnir l ino dimcras. todtl (2,.1) UvTABC ekscinuklcaze ial ina l3 nukleotidq(7+2+4); - l - VT - vicnagrandis tr lkis; 4, 5 - klasikinis bct kokio vicnagrandZicttrrrkio uZtaisynro bldas: I - DNR I pol imcrazc vykdo DNR rcpirracing sinlc-zg; 5 -

I )NR l igazc s t r jL rng ia scnos ios i r nau jos ios DNR grand in iq g l t lus .11 - vc ik ia dar d idcsn is ba l tynru konrp lcksas rL -par ( )son lu : XP ( rc roder tnupignentosunt) - baltyrrai, atrast i iStyrus pigmcntincs kscroclcrmos konrplcrne ntaci jrrs

s rupcs ; 2 - XPC' konrp lcksc su hF lR23B y ' ra p rad in is paZa ic los (1 ) a tpaZ in imoveiksrrys; -3 - susiclari rcpi irosomr, XPA isi jungi ir paZaidrrs vietojc ir yra pagrindiniscksc iz in is rcpurac i jos vc iksnys ;

- l 'F l l f l y ra ta rp paer ind in iq t ranskr ipc i jos vc iksn iq .

kartu su kitais transkripci jos pradZios baltynrais sukuria atvir4 DNR komplcksq (Zr.l l sk . ) ; XPD yra -5 ' -+3 'he l i kaz i , o XPB ,3 ' -+ -5 'hc l i kuz i l ,1 - inc iz i . ia ( / a t i t inka?) . a t l i cka t l v i r ruk lcazes : XPG (3 ' inc iz i ja ) i r komplcksas ERCCI I -XPF (5 ' inc iz i ja ) ;tolcsnc eiga kaip I I i r 5, bct clalyvauja DNR polimcraziq 6 ir e holocnzimas,I)NR repl ikaci jos vciksniai RPC, PNCA, RFC, vicnagrandg DNR stabi l izuojantisbalrymas SSB (arba kitaip RPA) ir ki t i baltymai. Priklausomai nuo DNR paZaidosi l l inama 24-32 nuklcotidu atkarpa. Aktlviu genq rc'paraci ja vyksta kitaip. clal l ' r 'auiagcnai C57 ir C'SR, kuriu paveldinri dcfcktai lcmia Kokcino sindromq (/1 - rcmiantisS. J. Araujo, R. D. Woocl, 20(X))

Siuo budu uZtaisomi ir ivairts DNR trukiai. DvigrandZiai trnkiaiuZtaisomi sunkiau, todel jie letalDs. Jiems uZtaisyti kaip matrica nau-dojama antroji diploidinio organizmo DNR molekuli.

Eukariotq lqstel€se ekscizind reparacija kur kas sudetingesne. I5-pjaunama ne 72-73, bet didesne - 24-32 nukleotidq seka ir tai atlieka

509

sLrdetingas baltvrnq kompleksas - reparosoma (7.1g pav., l l) . Komplek-so sudetis priklauso nuo DNR pazaidos. To paties geno produktai galiveikti ivairios sudeties ir paskirties repzlrosomose. Mieliq genome uzgrandines jpjovim4 atsakingi bent l1 genq, zmogaus gcnome - apie 14genq. Augaluose ekscizing reparacij4 pirmicji l9l3 m. aptiko v. Soiferisir K. Cicminis.

Nctgi 1i. col i I)NR rcparaci jos baltynrai jungiasi i konrplcks4. T6ks kgnrpleksasyra UvrAB('D. Komplcksi l , vacl irramuji l Go sistemq, sudaro ir traltymai, sal inantysf i<rksrr( i . . l j sudar. dvi spccif inis gl ikozi l .zis, koduojam.s rrtutM ir muty genu,,DNR I pol irncrazc ir ki t i baltym.ai: ntutT gcno produ[tas rrukdo l j-oksoc lslungi ii DNR.

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.sq bendr?) sam-prat4 apie tai . kaip organizmas reaguoja. atsako j nepalankius, geno-toksinius apl inkos veiksnius.

Atsak4 i nepalankq aplinkos veiksni paprastai lemia suaktyve_jusiq arba pradijusitl visiskai naujai veikti genq grup€ regu_lonas.

Cia pasitcnkinsimc t ik Ada. SoS ir oksidacinio streso atsakais-Sos yra univers. lus atsakas bl tent i st iprejant i DNR pazeicr im4, okiti du - atsakai yra i padius svarbiausiu.s ziprinkos ir vicrinius gcno-toksi5kus veiksnius: alkilinandiqsias medziagas ir sutrikusi4 laisvqiqraclikalq pusiausvyr4.

Ada atsakas. Tiri pirmasis atsakas. kurj pradejo tirti genetikai.Stai. kodcl toks prctenzingas jo pavadi.imas, kilgs nuo zoclzio aclap-taci ja. Juk i r k i t i atsakai - adaptaci ja, pr is i taik,vmas pr ic apr inkosveiksniq.

Acla atsakas buvo aptiktas atspariose alkilinaniiosioms medZia-goms Zinduoliq, tarp iq ir Zmogaus, l4stelese. Tokios atsparios r4ste-lcs atsiranda ilgai naudojant alkilinaniiasias medZiagas kaip priesve-Zinius vzr istus.

Thip buv. aptikti jau nagrineti fermcntai Ada-metiltransferazes,kuriq kiekis adaptuorose r4stelese padideja iki 100-200 karrq. Thdiau

5 1 0

be utla geno, lcmianiio Ada-mctiltransferazg ir kartu esandio valdy-mo genu, jjungiamas bent 9 genq regulonas.

Signalas ada regulonui isijungti yra fosfato liekanos alkilinimas.Prisiminkinrc, kad nuo fosfato r[g5ties liekanos Ada-baltymas Salinaalkilo grupg cisteino liekana, esandia 69-ojoje padetyje. Thi velgi la-bai prot inga, nes baziq alki l in imas (meti l in imas) qrksta i r normal iai

ivairiais tikslais, o fosfato rusities liekanos alkilinimas - jau ypatin-gas, nctipiSkas irykis, kai reikia gelbetis nuo indukuotq egzogenineskilmcs DNR paZaidq. Alkilinta Cys-69 pad€tyje Ada-metiltransferazdskyla pusiau.

Visnas i i ski l imo produktq yra adu rcgulono aktJvatorius. Tarp kitq genu ak-tyvinanras ir pats ada genas. kuris nuo Sio momcnto keit ia konsti tutyvq veiklospobldi indukuotu. Ada atsakas i jungia jvair ius gcnus, kuric l ikviduoja ir tas DNRpalaidirs, kuriu ncivcikia Acl l-baltynras. Antai ulk4 gcnits koduoja - l-mcti ladcnin--DNR-N-g l i koz i lazc . kur i pa ia l ina 3metA. 3mctG, 7mctG, Or -mctT Or -metC- .

SOS atsakas. Pats pirvadinimzrs reik5mingas: skgstandio laivo sig-nalas. O i i skqstandio laivo pirmosios sprunka pelcs. I SOS repara-cijos atracle.jus bfita daug pretcnclentq. bct 5i4 reparacijos r[Si aptikopranclzq mokslininkai, pirmiausia Nobclio premijos laurcatas Lvo-vas (A. Lwoff), smulkiai iityrqs fago indukcijos rciikini.

Fago indukcrja - vicna ii SOS rcpirracijos apraiikq. Grynose bak-ter i jq kul turose atsirasdavo virusq. l i kur j ie '? Pasirodo, bakter i josbuvo uZsikrctusios ypat ingais, nr-rosaikiais iuis virusaris, kur ic geba is i-jungt i I l4steles-Seimininkes chromosom4. Su i ia chr<lmosoma j ie i rpasidaugina. Tlno tol , kol pradcda , ,skgst i la ivas". Signalas , ,sprukt i"bIna lalstel is-Scimininkcs cnergi jos i i tekl iai : ATP kickis. Kai ATPmaZai, viruso, vadinamo profagu, i5ejimE i5 chromosomos slopinantisbaltymas-rcpresorius skyla pusiau, i r v ienas i5 pol ipcpt idq ne t ik nu-stoja slopint i v iruso pcr i j im4 i autonoming b[sen4, bct, atvirk5diai , j i

netgi skatina. Thi ir vadinama fago indukcija. Bendra su SOS repa-racija tai, kad profago pcrejimE i autonoming bDsenE galima dirbti-nai sukelt i , apivi t inus UV spindul iais.

Kita labai svarbi SOS atsako aprai5ka - lqstelds dalijimosi slo-pinimas. Siam tikslui yra net-ei specialDs genai (8. coli - suL4 ir kt.),Zinduoliai, matyt, jq turi kelis, tarp jr't ptt (2r. p. 344). Tai bltinapadaryti, nes paialinti DNR paZaidoms, ypad tokioms, kurias likvi-

511

SOS atsako ctapai

\ ,€,' 1,'

Q', $' iL' \' ^!. . \

a*rrs: ' , i . i* . r i i/

/

DNR pa2eid inro la ipsnis

+

duoja SOS atsakas, reik ia laiko. Jeigu\,yktq DNR sintez6 ir l4stele, kuriojenepa5al intos DNR paZaidos, dalytqsi :

. paZaidos pasidaugintq,

. didetrtr paZeidimas, nes daZniau-siai tose vietose, kur yra nepa5a-linta DNR palaida. po DNR re-plikacijcls atsiranda trlkiai.

SOS atsakas isijungia laipsni5kai,didejant DNR paZeidimui (7.19 pav.):

uvrA,B,C,D -+ recA-lex{ -> umuDC -->-+ dinl)

7.19 pav. DNR paieidinro laips- IJvrA,B,C,D lygis. Jcigu yra daugnis ir sos atsako etapai daugiau ncgu jprasta nukleotidq paiai-

dr1, uvrA,B,C,I) gcnai praderda veikti in-dukuotu reZimu. Antai E. coli l4stelcje konstitutyviai Siq genq ko-duo. iamq baltymq yra t ick:

UvrA UvrB UvrC20 200 30 iraltymo rrolckulirr

Po indukcijos Uvr B ir Uvr C baltymq padaugeja 100-200 kartq.Genai turi 2-3 promotorius. Vienas jq skirtas konstitutyviai, kiti -

indr,rkuotai geno veiklai .RecA-LexA lygis. Kai DNR paZeidirnas dideja, atsiranda papildo-

mq DNR tr [k iLr, o i ie yra signalas Siam lygiui is i jungt i . Sio lygiogenLl veikl4 valdo gcnq pora recA-lexA. Genas lexA koduoja baltymq--rcprcsoriu LcxA, kur is slopina indukuot4 (bet ne konst i tut lv iq) SOSatsakcl gcnq vcikl4.

Regulono valclynras sudctingas. B[t inas ATB kuris yra viena iS s4lygq pradctircgulonui veikt i , bet ne vienintel is. Antras signalas - DNR tr lkis, i kuri rcaguojarecA gcno koduojamas baltymas RecA.

RccA baltyntas dalyvauja ivair iuosc l i lstelc's ryksmuose, i5 kuriq svarbiausi gc-ncl ine rckombinaci ja ( i5 i ia jo pavadinimas rcc.) ir ivairus DNR rcparaci jos t ipai,kurir:ose susidaro ir uztaisomi DNR tr i=lkiai. RecA baltymas yra pol i funkcinis: j is

512

paZista DNR trukius ir permeta DNR grandines gal.1 nuo vicntls DNR molekules

ant k i tos , DNR nro lcku ldse j i s ga l i padary t i D k i lp4 , t . y . a tknot i DNR grand ing

riboloje jos dalyje.

Kai prie LexA baltymo prisijungia aktyvintas RecA baltymas, rep-resorius LexA skyla pusiau ir nustoja slopinti SOS atsako genus (ku-riq E. c:oli yra bent 19). Konstitutyviai veikiandiq genq veikla labaisustipreja. Antai paties RecA baltymo E. coli l4stel€je yra 1500 mo-lckuliq. Po indukcijos jq skaidius padideja 50 kartq.

SOS atsakas i jungia l lbai savitus gcnus Zinduoliu lastel isc. Thi kolagcuazds(kolagcnas yra vienas i i ckranq odojc), mctalot ioncinq I i r I l ( i ic suri ia dvivalcndiu

ir tr ivaleni iq metalq jonus). plazmogcno aktyvir lor iaus (didcja kraujo nckrci i j i rnas).protoonkogenus (-rro.s, c-f i ts, c-alb. Vadinasi, i jungiami gcnai, kuric lcms savgs su-sinaikinimq - vcZi. Tir ip pat i lungiami genai, lcmiantys autoimuning l ig4. Tik ncai i-ku , kok ia 5 iq gcnq ak tyv in imo tvarka : a r j ie i jung ianr i i i kar to . a r la ipsn iSka i . d id i -

jan t paZc id in ru i .

Mutageni5kas umu DC lygis. Jis menkai i5tirtas ir kaskart pasipil-clo nzrujais ,,veikcjais", kuric galetq b[ti nt:t savaranki5ki, nepriklau-syti regulonui. Tokie yra gcnai, kurie koduoja (arba valdo) DNR IIIpol imerazes pol ipept idet, at l ickant i korekci ja, ypat ing2l DNR I pol i -

merazes form4 (Zymim4 DNR l*pol imeraze) i r pagal iau kol kas ne-pakankamai iSt i r tos paskir t ics DNR It pol imerazg. Sios pol imerazessintczg regul iuoja i r SOS atsako gcnai. Po SOS inclukci jos DNR l lpol imerazis sinteze padideja 7 kartus.

Minetq DNR polimerazill paskirtis - netiksliai, bet greitai uZtai-syt i DNR tr [k ius. Sis lygis is i jungia, kai paZaidu (DNR tr [k iq) daugir svarbu bet kaip ,,uZlopyti" susidariusius plyiius. Genai untLtDCsudaro labai nedideli operon4. Pirmasis Sio operono veiklos ctapasgan gcrai iStirtas: unutD genas koduoja reprcsoriq, slclpinant! untttCgeno veikl4. Kai Sis represorius skyla pusiau, vienas polipeptidq. at-virk5diai, tampa umLtC geno akty/atoriumi. Genas umuC koduojabaltym4, slopinantj korekcine DNR polimerazes funkcij4.

Din D lygis (angl. danmge indur:ible) beveik netirtas. Matyt, DNRuZlopoma suirusiq DNR molekuliq fragmentais.

SOS atsako mutageni5kas lygis yra budas totaliai, nediferenci-juotai valdyti mutagenezg.

513

Reikia isiddmeti, kad mutacijq lygis yra genomo lemiama salyb€.

Bakterijos DeinococctLs radiodurans (buvgs pavadinimas Micrococ-

ctrsradiodurans) gyena labai rizikingoje, genotoksi5koje aplinkoje,

pakelia labai didcles jonizuojandiosios spinduliuotis dozes, toddl ri-

zika mutacijoms atsirasti yra labai dideld. Mala to, kad 5iq bakterijq

ir Micrococcu.s luteus labai aktyvi ir stipri visa antimutagenezds siste-

ma, 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 .) , kur iose yra umuDC genq homologq (muc:A,B).

Oksidacinio streso atsakas idomus tuo, kad E. coli j i lcmia trysregulonai. Dvi genq grupes susi jusios vicna su ki ta i r pr ik lauso nuo

oksidacinio strcso stiprumo, panaiiai kaip SOS atsako (tai o.ryR ir

H,O. rcgulonai), o trcdiasis regulonas, matyt, savaranki5kas So{ spc-cial ia i O,; la isvajzrm radikalui i r jo padariniams.

OryR regrrlonas. Jj sudaro bcnl lJ ankstyvojo atsako gcnai. Kocluoja sintczg

lc rme n tq , kur ie inak tyv ina la isvuos ius rac l i ka lus i r pc roks idus (Mn-supe roks idd ismu-

tazg, katalazg, hiclroksiperoksidazg, glutat ionrcduktazg ir kt.) .

I1,0, regulonas lcrnia v0lcsni atsak4, kai jau atsiranda DNR ir baltyrnq paZai-

dos, kr-rr ias rcikia ial int i . Rcgulorrc yra bcnt 2l gcnas, tarp iu gcnas, koduojantis

egzonukleazg l l l . Trip i i pruclZiq buvo pavadintas Sis f 'ermcntas. o i i t ikrulq j is yrr

DNR gl ikozi lazd-AP-endonukleazd su papildomornis funkci jomis (pol i funkcinis balty-

mas). Vicna i i i iu papi ldomq funkci jq yra cgzonuklcazis funkci ja. Fcrntcntas, kaip

cgzonr.rklcaze, DNR trr lkio victojc ial ina ncreparuoiamas DNR paZaidas. Sio fer-

mcrrto vcikl4 gal ime palygint i su chirurgo clarbu, kuris pirma i ivalo Zaizdq, kad po

to sa lc t r l i r r uZs iu t i ..S'oX regulonas yra pats stambiausias. apic 30 genq ir spccial iai t ik C). i i r jo

cluronroms paZaickrnrs. Pagrindinis DNR rcparaci jos ferntcntas - endonukleaz6 IV.

?ri i rgi nedidcl is. bct pol i l i rnkcinis baltymas - DNR gl ikozi laz6-AP-endonukleaz6.

Siluminio Soko atsakas idomus dcl dvicjq pricZasdiq.

Pirrna, rcparuojarna ne t ik DNR, bet ir baltymai, lqstel is strukt0ros (membra-

nos). Aukita tcmpcratura pirmiausia paZcidZia baltymus. Denatlruoti baltymai yra

pirminis i io atsako signalas. Spardiau (ant atsarginiq mRNR) ryksta prcltett l izes

fc rnrcn tq s in tczc .Ant r l , i i l umin io ioko rcgu lonas buvo p i rmas is , kur io laba i smulk ia i iS t i r ta s ig -

nalo pcrnaia nuo mcmbranos pavir i iaus vczikulcmis ! branduoli . - l -hip

buvo aptikt i

Saperonai - baltymai, kuriq paskirt is atkurt i trct ing baltymq sandar4. Jq yra kclctas.

Geriausiai iSt ir t i I ' lsp70, FIsp60.

-514

7.5.2.4. Nesuporuot4 nukleotid4 reparacijo. Zmogaus DNR reparacijosdefektai

Pastaruoju metu ypad domimasi DNR paZaidq reparacijos tipu,kuris vadinamas nesuporuotq nukleotidq reparacija. Susidometa Siuclreparacijos tipu dcl dviejq prieZasdiq:

bcnt du treddaliai visq gcnq mutacijq yra klaidos, likusios ponetikslios Sio tipo nukleotidq reparacijos;aptiktas ticsioginis rySys tarp nesuporuotq nukleotidq reparaci-ios ir veZio.

Pastaruoju metu jau aptikti 5 Zmogaus genai, kurie yra genqrrtttlH ir nuilS homologai, ir jq mutacijos arba metilinimo sutrikimaisukelia vcZi. Ry5ys tarp veZio atsiradimo ir nesuporuotq nukleotidqreparacijos labai gerai jsira5o j mutacing veZio teorijq.

Griikime prie mutacijq. Nuklcotidq ijungimo tvarka i naujai sin-tet inamq granding yra gerai Zinoma ir gr ieZtai kontrol iuojama:

. A jungiasi porojc su T, arba atvirkidiai, T su A,

. G jungiasi porojc su C, arba atvirk5diai, C su G.

Si tvarka gal i bl t i paZeista. ?lda DNR molekuleje atsiranda ne-taisykl ingos poros:

A . G . A . C . C . T i r k i t o s .

Nesuporuot i nukleot idai atsiranda DNR dcl ketur iq pr ieZasdiq:

. netikslios DNR polimeraziq atlickamos korekcijos, nukleotidq

i jungimo j s intet inam4 DNR granding neiStaisytq klaidq;. potencialiq DNR paiaidq: paZeistas nukleotidas gali nc-teisingai

isijungti (iiungimo klaida) arba prisijungti ne tq nukleotid4 (re-plikacijos klaida);

. heteroduplekso, kuris susidaro per5okant DNR grandinei nuovicnos molekulds ant kitos; paprastai tai ivyksta del genetinesrekombinacijos;

. deamininant metC, Sis virsta T:

*a16' dcanr in in imas ) T

Nesuporuotq nukleotidq reparacija ir mutagenez€s valdymas. DaZ-niausiai nesuporuoti nukleotidai atsiranda del klaidq naujai sintetinamoje

515

DNR grandindje. Nesvarbu, ar butq apsirikusios DNR polimerazes, liung-damos nukleotidq j polinukleotidinE granding, ar klaida bfitq atsiradusidel potencialiq DNR paLaid,4, klaida turi bfti iStaisyta. Kaito nepajegiaatlikti DNR polimeraze, tai atlieka specialus klaidingai jungiamq, nesu-poruotq ntrkleotidq reparacijos (angl. mismatch repair) tipas.

Klaidos gali bfiti paliekamos nei5taisytos specialiai, kad atsirastqdaugiau mutacijLl. lr awirk5diai, pagerejus klaidq taisymui, mutacijqdaZnis gali labai sumaZdti. Tai vienas i5 bfidq totaliai valdyti mutacijqdaLni. Todel daugelio nesuporuotq nukleotidq reparacijos genq mu-tacijos yra mutatoriai - padidina mutacijq daZni ir zymimos sintboliumut. Antai gentl mutS, mutL, rnutH mutacijos padidina E. coli mu-tacijq daZni 100-1000 kartq.

Dam-valdoma reparacija. Neteisingai jjungt4 nukleotid4 (ijungi-mo arba repl ikaci jos klaidas) Sal ina baltymq kompleksas, kur io pa-grindiniai veikejai yra MutS, MutH, MutL.

Nesuporuotq nukleotidq reparacija i5siskiria i5 kitu DNR repara-cijos tipq tuo,

. kad reikia ne tik aptikti pai,aid4, Siuo atveju - ncsuporuotusnukleot idus.

. bet ir nustatyti, kuri DNR grandind yra senoji (teisinga), okuri naujoji (joje buvo padaryta klaicla).

Suprantama, kad neat i t inkant is nukleot idq porq sudarymo taisyk-lds nukleotidas yra paialinamas i5 naujosios grandinds.

Kaip atskirti, kuri grandine senoji ir kuri naujoji? Daugelyje or-ganizrnq gamta dar kart4 pasinaudojo DNR metilinintu, Sisyk nauja-jai DNR grandinei atskir t i nuo senosios. B[tent meti l in imu, kur iatlieka Dam-metilaze. Si DNR modifikacija atliekama po DNR re-plikacijos. Bet, pasibaieus DNR sintezei, senoji grandine jau bfinameti l inta. Naujai meti l int i reik ia bDtent naujqjq DNR grandinE:

-c x'TC-516

. senoj i - meti l inta,' naujoj i - nemcti l inta.. nesuporuotas nukleot idas pa5al inamas i5 nemeti l intos DNR

grandincs.

MutS baltymas - pagrindinis neslrporuotq nukleotidq paZinimo bal-tvmas. Jis paZjsta visas 8 jmanomas netaisyklingas nukleotidq poras irjungiasi su artimiausia tokiai porai GATC seka. MutH baltymas yracnclclnukleaze. Ji kerpa DNR nemetilintoje GATC sekoje 5' prie Grurba 3' pr ie A (7.20 pav.):

MutS sudaro papildomus komplcksus ir su kitais baltymais. B[t inosios kompleksosudit inds dalys dar yra MutH=uvrD hcl ikaze, SSB baltymas, kai kurios cgzonukleazes,I)NR I arba II prr l imerazis, l igaze, blt inas cnergi jos i5tekl ius - ATP. E. coi i galut inaisusidaro vicnagrandis trukis, kuris uZtaisomas ,.klasikiniu" ckscizinds rcparaci jos b[du.

Thd ivairios DNR rcparacijos sistemos veikia kaip vieninga visuma.Nesuporuoto T pa5alinimas. Thi labai pavojinga paLaida. Kaip ni-

ndta, j i atsiranda del mct i l into ci tozino deamininimo:

t - t t " ,g deaminin imas , T

Thi ryksta pclroje metC-G, ir vietoj jos atsiranda nesuporuoti nu-kleot idai TG. Jcigu i is T b0tq nepaial intas. jau ki tojc DNR rcpl ika-cijoje vietoj poros C-G atsirastq pora T-A. Baltymas MutS kartu suki tais baltymais paSal ina i r Si4 klaid4.

Heteroduplekso korekcija. Hetcrodupleksas yra dvieju DNR mo-lckul iq , ,hibr idas"- didcsne ar maZesne atkarpa i5 vienos ir k i tosDNR molekuliq grandiniq. Tai DNR rekombinacijos produktas. AbiDNR grandines heteroduplekso victoje yra senos. Vienas alelis ski-riasi nuo kito, todel heteroduplekso vietoje atsiranda nesuporuotrlnuk lco t idq .

Kol kas nenustatyta, kad b[tq suteikiama pirmenybd kuriai norsDNR grandinei heteroduplekse, ir todel klaida i5taisoma atsitiktinai,pvz.:

Nesuporuoti

nukleotidai --)

heteroduplekse

-q--G-

arba-T-

I-A-

517

-C----.- -C-I oatiekarna afba-T--\ -T-

atskiria naujqjE granding nuo senosios:

Iogas. Apskri tai mikrosatel i tai skatina netiksl iq DNR repl ikaci j4, atsiranda daugnetaisyklingu nukleotidq porq,I r ka i kur ic mutagcna i sukcr ia mutac i jas s i rpn indami t i kshr nukreo t idq !s r .1ung inr4i nauiq DNR granding, sropindami DNR polimerazcs.korckcing funkcri4. Thi bndinga

kai kuricrns dvi 'alcnc' iams bei tr ivaleni ' iams nretalq i .nams, y,pue ,ru'nguno. .r- ir iant

i io murairen. veikim4 ir apskri tai pirmrl kart4 aptikta klaici inga DNR repl ikaci ja.

DNR reparacijos defektq reiksmd paverdimoje imogaus patorogi-joje yra nepalyginami didesne, negu iki siol manyta. paLandykime iaipamatuoti.

Pirma. akivaizdu,..kad nar-rjos mutacijos lytinese ar somatinese rEs-tc16se gali atsirasti

.tik tada, kai slopinama DNR paZairJq ,"poru.ijo.Vadinasi, vezys tiesi.giai ar netiesiogiai yra DNR reparacijos defek-tas. Net tada, kai Zinonra, kad veZi nureimi veZio suprcsoriq - anti-onkogenq ar onkogenq gcnq mutaci jos.

Antra, labai daug l igq, net nc genotipincs ki lmcs, pvz., infckcinesir su jomis susijg uZdegirniniai procesai, slopina ,"pora.ij4.

Tietia, yra labai daug ligq, kuritl pirnrinis prieiastys lor kas ne-aiSkios. Jos jungiarno.s i bendrE grupg vicn pagal fcnotipinl poveikj.Tik gcriau iStyrus jsitikinama, kacr tai reparacijos g"nn pnu"i[ir. ruipatsitiko ir LMSH-2 gcnui, kuris turi ir anrr4 pavadinim4 HNpcc(nuo nepapilominio stor"osios zarnos vcZio). Dabar aiskJ, kad tai

, _-r_ - _ - __ _ _ - " _,.j DNR sinreze

f x , t q r ,

t tr *J--*---_J_ 1.t . * - , _ - . , , * _ - * r .

j o:vn ug-e

{H, t qr,

' l l ,

7.20 pav. Escherichia colr nesuporuotq nukleotidq reparacija:MutS - didcl is .vrr las, MutL uzrrr lki ' iu.tas .valas, I \4utH -"tanrsus skri tulcl is; Mutsa tpaz is t ' k la id ing4 por l r i r . l ' c t i r in im ' sckq GAI .c ; MurH kcrpa gr " "J i " . , a ts r randavien,grancl is trrrkis (VT), VT plat ina egz.nukrcazc (pagal J. J. pasternak, r999)

. Stal kodel vyksta geno konver.sija. Der atsitiktines hercroduprekso

korekci jos vienas alel is v irsta ki tu:

A + a arba awirkSdiai . a + l .Mikrosatelitai, nesuporuotq nukreotidq reparacija ir v6iys. pcr raiminga alsi_tiktinumq labai lcngvai nustatytas rySys tarp milrosatcliru ir nesuporuotq nukrcotidqrcparacijos Pasisekcr, kad nepapiklminis siorosios Zarn6i vcZys rystcsi jcl mikrosa-tclito (nedidcles paprasrqiq karroriniu sckq sankaupos) pac.iamg: ;,rg;r, nesupo-ruotrr nuklcotidil rcParacijr)s gcnc hMSH 2. sis genas yra E.cori gcno 'rrrls homo_

518

C H t L L d d r , L a f o r c C H I

r ta)1,,,-*(J.!.%,'

l

M ahlc a

Nau1otr grurJrre

{xt

vT* tt '

5 '

I s' ugzonut t"coI J egzonulteudI

f"t 9x' 9t, 9n,,. I n f , , I J-) ..... 1 ,

t'-- - - - - - -l- -r;*- s.I DNR sinteze

!"' t

tn',.*__r_%_l_ t.t ' - - +

JDNR rje@6

5n' 5i'

7.21 pav. Pigmentin€ kseroderma

DNR reparacijos gcnas ir kad lo dc-l i ' k tas sukc l ia nc t i k s l t l ros ios Zr r rnos ,bet i r k i t : rs vcZio t i r rmirs: plaui iq, kc_penq, ryklers, gimclos kaklel io, k iaui i_dZiq i r kt .

Lygiai tokia pati istorija daugelioki tq Siuo metu Zinomq l igq, kur iq pir_mine pricZastis yra DNR reparacijosgenq mutaci jos. Daugel iu atvejq joskaip DNR reparacijos def'ektai aptik-tos pagal jautrumq UV spindul iuotei .Thip atsitiko ir pigmentindms ksero-dermoms (pigmcntuota, sausa oda,7.21 pav.). Tai pusiau letalios recesy-vincs I igos. pereinani ios j odos vei i .Ligonis gal i apakri . Nukcni ia arviro.sk[no dalys, kurios tiesiosiai kontak-tuoia su UV

5

519

Tik fenotipi5kai, pagal jautrumq UV pigmentines kserodermospanaiios. I5 tikrqjq tai bent 8 skirtingq nealeliniq genq mutacijos.Sitai nustatyta komplementacijos testu, kuri galima taikyti ir Zmo-gui somatiniq l4steliq hibridizacijos metodu. Suliejus sergandiojo pig-mentine kserodermzr odos lzlsteles (fibroblastus) su normaliomisZmogaus odos l4steldmis, kaip ir buvo galima tiketis, pasirei5ke do-minavimas, ir hibridine l4stclc buvo normalaus fenotipo.

Suliej imas

O+Normali Pigmcntind Normali

kseroderma XP

Siuo rei ikiniu pasinaudota gcnq terapijoje.Tirdiau sulicjus ivair iq asmcnq. scrgandiq pigmentine kserodcrma,

lqsteles, rezultatas gautas dvejopas:

jos grupds. Iig4 lemia tik vienas genas ATM (11q22-23). pasirei5kia

tarpaleline komplementacija geno viduje tarp skirtingq 5io geno funk-ciniq daliq. Sergantys Sia liga ypad jautrls rentgeno spinduliams, netdozems, kurios naudojamos diagnozuojant. Liga pasirei5kia sutriku-sia judesiq koordinacija, kapiliarq iSsipletimu ir kt.

Blilmo sindromas ypatingai retas, bet genas BLM (I5q26.1)yra gerai i5tirtas. Jis koduoja balrymq, homologini E. coli RecQhclikazci. f domu, kad BLM ligoniq l4stelese sumaZejgs aktyvu-mas net keliq DNR replikacijai ir reparacijai svarbiq fcrmentq,tarp jr.l DNR I ligazes, II topoizomerazes, timidilatsintetazes,uracilDNR glikozilazes, N-metilpurin DNR glikozilazds, O6-metil-guanin metiltransf'erazes, SOD, todil l igoniai ypatingai jautr[s UVir alk i l inandiosioms medZiagoms, jq l4stelcse labai daug scscr iniqchromatidZiq mainq, kvadriradialiniq chromosomq.

Kitas bendro pobfidZio po4rmis, pagal kuri atrenkami reparaci-

.los gcnq defektai, - ankstyva senatvd (progerijos - Hadisono-Gil-tbrdo sindromas, Vcrnerio liga 7.22 pav.). Siomis ligomis sergan-diqjq genome nustatytas dar vienas DNR reparacijos defektas: s4-

rySq ,,DNR-bziltymas". Kaip vyksta Siq paZaidq reparacija, apskritaineaiSku. Galb[t model iniai eksperimcnt iniai gyvlnai, imituojantysVernerio ar Hadisono-Gi l fordo sindromus, pades i i t i r t i 5 io t ipo pa-Zaidq rcparaci j4.

7.6. Dirbtinis ir gamtinis mutagenezds valdymas

Dirbtinai valdoma mutagenezd. Prici kokius 3-5 metus tai b0tq fantastinis klau-simas. Atrocle, kad nira jokios tcorinis priclaiclos valdomai mutagcnezei, juo Iabiauganrt inei vykt i . Paradoksas tas, kad tuo metu jau buvo t ir iami rei ikiniai, kurie yrat iek dirbt incs, t iek natural iai vl ldomos mutagcnezes pamatas:

. nu5 l i r t y tas n ru l l rgcnL] re ik in ro s l r r i tu tn l rs ;

. pradctas t ir t i gcnctinio nestabi lumo rei ikinys, jo prieZastys - judricj i gcnontoelementai, DNR rcpl ikaci jos ir rcparaci jos defektai;

. mutagenezc naudojant transformuojani i4 DNR.

Ypat sekminga buvo pastaroj i kryptis. I iskirta i i donoro translbrmuoianti (su-kcl ianti bakteri ju transformacijE, lr . p. -542) DNR buvo paveikiama mutagenais,paskui 5i DNR buvo i tcrpiama j bakteri jos chromosom4. Buvo gaunamos jvair iosvieno gcno (kuris buvo naudojamas kaip transfbrmacijos Zymeklis) mutaci jos.

XP-A XP_Aarba

Sul ic ' j i rnas

( XP) _ (XP '

XP_A XP-B

Hibridine l4stele

Hibridine l4stele

XP*A/XP_AXP-A

Hibridinc lelstele

Suliej irnas

@. @

Tirigi kol kas aptiktos 8 pigmentines kserodermos komplementa-cijos grr-rpcs, o t:ri rci5kia, kad pigmcnting kserodermil lemia bent 8nealeliniai, savaranki5ki XP genai, kurie yra skirtingose Zmogaus chro-m 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 a g a l i b f i t ipigmentines kserodermos pricZastis. Lcmia DNR ekscizing reparacijq( i r . 7.18 pav., 11).

Panaiiai i5ai5kintos ir Fankonio maZakraujystds (bent 4) ir Ko-keino sindromo (bent 2) komplementacijos grupes ir nealeliniai ge-nai, koduoiantys skirtingus DNR reparacijos fermentus. Kokcino sin-dromo genai CSI ir CSB bltini aktyviq, transkribuojaml] genq repa-racijai. Sergantys Fankonio anemija ypatingai jautrfis ne tik UV betir laisviesiems radikalams ir mutagenams, kurie sukelia tarpgrandinesDNR s4rySas.

GenetiSkai ypad idomus DNR reparacijos defektas, pasirei5kiantiskaip ataksija-telangiektazija. Nors nustafytos bent 4 komplementaci-

-520

Normali

Normali

521

7.22 pl l . Ankstyvo.i i senatv€ (progeri jos):

kaircjc Vcrncrio sindronras: A - 48nt. amZiaus motcris; B - ta pati moteris, kaijai buvo l0 mctq (C. J. Epstcin ct al. , 1966); dci inerjc - Llai isono-Gil fbrclo sindromas,

l7 n r . amZiaus vyras ( iS H. G i l fo rd , 1904)

DNR translbrmacija sudarc s4lygas atsirast i gcnq inZincri jai , o mutagenczi trans-l irrnruojandia DNR - saitspccif inci rnutagcnczci.

Saitspecifind mutagcneze - tui dirbtinai valdoma mutagenezd. fvai-r ia is genq inZincr i jo jc taikomais bldais ( tarp jq i r dirbt inds DNRsintezds) gcne

. nukleotidas (arba nukleotidq seka) keidiamas kitu;

. pa5alinamas nukleotidas arba nukleotidq seka (tai delecijos);

. iterpiamas naujas nukleotidas arba nukleotidq seka.

< 1 1

7.6.1. Mutagenq veikimo savitumas

N€ra mutagenq, kurie sqveikautq tik su konkreiiu genu, nes pa-skiras genas sudarytas i5 tq padiq nukleotidq, kaip ir kiti genai, irkiekviename gene to patics mutageno s4veika su nukleotidais bentteori5kai lyksta vienodai. Thdiau, kaip galima buvo isitikinti, ivairiqmutagenq daromos DNR paZaidos yra specifincs; tai ir nulemia mu-tagenczis specifi5kum4 (savitum4).

Mutagenezes savitumas pasirciikia ivairiai.l. Mutagenas gali indukuoti tik kurio nors vieno tipo (genomo,

chromosomq, genq) mutacijas arba vieno tipo mutacijq sukelia dau-giiru, kitq tiptl - maZiau. PavyzdLiui, l,4-bisdiazoacetilbutanas indu-kuoia tik ta5kines, o kolchicinas - tik genomo mutacijas. Jonizuojan-c io j i sp indu l iuo t i ' i ndukuo ja daug iau chromosomq i r genq mutac i jL l .Si savitum4 nulemia daugiausia tai, kad skirtingi mut:rgenai atakuojaskirtingus ,,taikinius". Kolchicinas - tik achromatinds verpstds balty-mus, toddl nei5siskiria duktcrinis chromosomos.

2. lvairfis mutagenai to paties tipo mutacijq daugiau sukelia skir-tinguose lokusuose. Antai Netrrospora crassa brometilmetansulfona-tas sukclia rcversijas ii uda i ade* (adcnino sintczc) 3800 kartqdaZniau negu i5 inos i irtos* (inozito sinteze), o paveikus grybq UVnet atvirkiiiai, mutacijos i5 inos i inos'dvigubai daZnesncs u2 mu-tacijas 13 ade i adc*.

3. Thme padiame gene skirtingi mutagenai sukelia ivairias genqmutacijas. Klasikinis daug kartq minitas par.yzdys - akridino daLai,kuriais indukuojamos tik skaitymo remelio poslinkio mutacijos. Al-ternatyva - alkilinandiosios medZiagos, sukclianiios tik pakaitas.

4. Mutagenq savitumas pasirei5kia pagal skirtingus ,,kar5tus taS-kus". Thi chromosomos arba geno vietos, kuriose mutacijq btna itindaug. Geriausia juos paai5kinti patryzdLiu, kaip pasiskirsto bakterio-fago 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. Tosvietos, kurios labai daZnai pakinta, ir yra ,,kariti ta5kai". Ap5vitinusUV, cistrone B atsiritnda trys nauji ,,kar5ti ta5kai", nebldingi gamti-nems mutacijoms.

Trijq (2, 3, 4) mutagenq savitumo aprai5kq prieZastis bendra:

ivairls mutagenai nevienodai paLeidLia G-C ir A:T nukleotidq po-ras, kurios gcnc (taip pat ivairiuose genuose ir net chromosomose)

A

,#ryre.

523

{+I !/'-# d{i& Frylff E qp'Y{+. I r' if i{ is.'T t+l ++i-r'Ll--Ht i+l++H-

xk*A-ffif*+*,****ffi**.r f , H a _ f f i* - .HE+f ^ t rm@#i*++5#r.J+-+r-t-rt.i-r1*

>

7.23 pav. ,,Kariti taSkai" bakteriofago T1 rIIB cistrone:UV ir spontaniniq mutaci jq daZniq palyginimas: Sviesls langeliai - UV indukuotos,

tamsus lange l iai - spontaninis mutaci jos; tangcl iq skai i ius rodo mutantq daZni saitc

pasiskirsdiusios netolygiai. Suprantama, alkilinandiosios medZiagos la-biau atakuos tuos genus ir tas vietas gene, kur daugiau susikaupgG-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 at-siranda DNR paZaida. DNR paZaidq rcparaci ja nevienodai sdkmin-gai paialina ivairias DNR paZaidas. O ,,sietai", kurie nepraleidZianaujq mutacijq llI muttrgenezcs etape, nevienodai atsijoja ivairiasmutacijas. Siq sietu veikla labai priklauso nuo ivairiu aplinkos irv idiniq veiksniq, incl iv idual ios raidos (7.5 lentele).

Stai koclel mutagenas paileidlia daugiau vieno kurio organo -

atrdinio l4steliq genomE ir vystosi atitinkamo organo - audi-nio veZys.

7.5 lentcl i . Mutaci jq daZnis ir spektras ivi t inant jonizuojani iaisiais spindul iais

miei ius, esantius ivair iuose raidos etapuose (pagal N. Batygin4, l9i l0)

T4 pati genq ivairiose chromosomos vietose nevienodai atakuojamutagenai. Tuo isitikinta Escheichia coli /ac operono genus perkelus

i ivairias chromosomos vietas. Ths pats /ac lokusas, paveiktas tuo padiumutagenu, ivairiose chromosomos vietose mutavo skirtingu daZniu.

Siuolaikine genetika pribrendo paai5kinti ir 5i reiSkini. Jis sieja-mas su dviem genomo ypatybernis, nuo kuriq priklauso DNR repa-racijos sekmd:

o nuo chromatino sandaros (tai bldinga eukariotams),. nuo genq rai5kos (ekspresijos).

Prisiminkime, kad intensyviausiai r.yksta akryviq (ekspresuojamq)genq DNR reparacija. Pastaruoju metu Siuo rei5kiniu itin domimasi.Pats idorniausias mutagenczds rei5kinys, lemiantis ir mutagenq savi-tum4, mutagenezes priklausomybd nuo konteksto.

Mutagenezds priklausomybd nuo genetinio konteksto. Mutageno ak-tyvumas priklauso nuo to, kokie nukleotidai yra Salia to nukleotido, sukuriuo s4veikauja mutagenas. Tai pirmasis pastebejo Kochas (R. Koch).Buvo irodyta, kad, pavcikus 2-aminopurinu bakteriofago T. r11 mutan-tus, reversijq daZnis pirmojojc- nonsenso nuklcotidq poroje priklauso nuoantrojo ir trediojo nukleotidq. Kai antroji nukleotidq pora nonsense yrane A-T, o G-C, (palygintas reversijq daZnis nonsensuosc UAA ir UGA),reversijos 20 kartq daZnesn€s. Kai trcdiojoje nonsenso nukleotidq poro-je vietoj A-T yra G-C (lyginti nonsensai UAA ir UAG), reversijq daZnispirmojoje nuklcotidq poroje padidejo tris kartus.

Konteksto rci5kinys kategori5kai prie5tarauja poZilriui, kad tre-i io io nukleot ido mutaci ia kodone yra nereik5minsa - neutral i .

7.6.2, Gamtinis mutagenez€s valdymas. Genetinis nestabilumas.Genai-mutatoriai ir antimutatoriai

Populiarioji spauda mutacijas pavertd: ekologiniu baubu. I5 tik-rqjq kiekvieno taksono genome yra nusistovejgs labai subtilus san-tykis tarp mutagenezds ir antimutagenezes. Prisiminkime mutageni5-kq DNR reparacij4, kuri4 lemia umuDC genai. Bakterijos Deino-coccus radiodurans, kurios gyvena labai genotoksi5koje aplinkoje, Siqgenq genome apskritai neturi. Tos bakterijos, kurios polimorfines,atvirk5iiai, turi papildomus umLt DC genq homologus plazmidese.

Raidos ctapaispindul iuotes

rnctu

Mutacijq daZnis%

Chlorot'ilinesir sterilios

Morfologinesir tiziologines

Gyrybingqrnutacijq

%mutaci ios 7o

SekloslI etapasIV etapasVI etapas

I1,09f0,471,7310,311,8710.3_s1,4510.3 I

10,77r , 1 01,680,94

0,320,630 . l 90,51

2,911 7 0 1

10.3435,00

< ) A525

,,Mutacijos pagal uZsakymq"- rei3kinys aptiktas gamtindse drozofi-los populiacijose. Pasirodo, drozofilos populiacijose yra tikros mutacijq

,,mados": vienais metais aptinkama daug mutacij'4 white (baltos alrys),kitais - abnormal abtlomen (nenormalus pilvelis) ir t. t. Mutacijos atsi-randa, kai tik jq prireikia. Antai mutacija white s4lygoja didesni atspa-rum4 auk5tai tcmperatfrai, todel kai aplinkoje kar5ta, 5i mutacija ganaclaZna. Thi uZprogramuota white geno sandaroje. Sis genas turi labaiilg4 rcguliacing (valdymo) dzrli, kurioje yra daug judriqlq genomo ele-mentr1 isitcrpimo victq. Bet kurioje w,hite geno vietoje isiterpus judria-jam ganomo elementui, jvyksta normalaus alelio (Wile) mutacija. Betji ncra nul, o leuky tipo - genas nera visiikai slopinamas, nes judrusisclcmcntas gal i is i jungt i t ik i rcgul iacing geno dal i . Jo koduojandioj idalis lieka nepakitusi. Vis delto iioje whitc lokuso mutacijq valdymograndincjc trlko labai svarbios grzrndics: kaip valdomas judrusis geno-mo clemcntas, kas i r kada jam ,.sukomanduoja" js i terpt i iwhite lokus4.Tik 1993 rn. pagaliau paryko 5i klausimE i5sprgsti grupci Rusijojc (No-vosibirskc) dirbandiq moksl ininkq, vadovauiamq V. Ratnerio. Signalasjudriesicms genomo elementams is i terpt i iwhite lokus4 yra aukita tem-pcratf i ra, i i luminio ioko atsako indukci jos s4lygos. Jos sukel ia judr iqjqclcmcntr-1 transpozicijrr (judcjim4 i kit4 vict4). Pagaliau paskutinis vei-kc.jas - atranka. 'I ' ic judrieji gcnomo elemcntai, kurie isitcrpia i whitelokusil (bI), t 'opia ir kt.), gali isiterpti ir j kitus lokusus. hdiau aplinkosvciksnys - ta pat i auki ta temperat l ra, kur i buvo signalas pradct i judet ijudr icsicms genomo clcmentums, yra i r atrankos vciksnys.

Atrcnkamos tik tos mutacijos, kurios s4lygoja prisitaikymrl prieaukitcrs tcmpcrat[ros, vadinasi, white.

Gamtine atranka mutacijoms, kaip atsitiktiniam reiSkiniui, su-tcikia kryptingumE.

Sio t ipo valdomos mutagcnczes irykiq grandine yra tokia:

(ienas, kuris turi Judrieji elementai Aplinkos veiksnys Judrusis Transpozicijajudriqjq ef emcntq + kitose genomo

-SF;AAnAaAi elementas ------------>

isiterpimo victas vietose transpozicijai isiterpia i gen4

Geno Atranka tik tq mufacijq,(ir papildomai Tas pqts aplinkos veiksny\ kurios lemiaprisitaikymqki q l o k u s q)

--7;; k ";;;i.-r

^.'r ^.'" J.' tra nspozi ci j 4 i u kd,l u sia mmutacija aplinkos veiksniui

526

Yra kel ios dei imtys nestabi l iqjq drozofi los lokusq, tokiq kaip n,ft i rc, paklIs-tandiq ,,mados" reikalavimams, ir kuriq atsiradimas sict inas su ekologiniais veiks-niais. Thi ,ve1low (gcltonas k[nas), singed (,,apsvilinti" Scrcliai), bithorax (du torak-sai ir dvi poros sparnq) ir kt. Svarbu nustatyt i ne t ik nestabi l iuosius lokusus, betir tai, kokia mutaci jr4 i iuosc lokusuose biologine - prisi taikclmoji reik5mc. Ji1nustatyt i nira lcngva.

Genetinis nestabi lumas. Ncstabi l iuosius genus ir genet inio nesta-bi lumo rei5kini 1931 m. atrado Demerecas (M. Demerec), t i rdamasaugal4 pentiniq (Dclphinium ajacis) ir drozofilE.

Genai, kurie mutuoja nelprastai daZnai 1'10-?-1'10-3, vadinaminestabiliaisiais, o pats rei5kinys - genetiniu nestabilumu.

Siuo metu genetinis nestabilumas suprantamas zymiai pladiau. Ski-r iamas

o genomo nestabilumas, daZniausiai vcrtinamas pagal sutrikusiashomologiniq chromosomq dalybas, daZnq aneuploidi jq i r pol ip-loidi j4;

. chromosomq nestabilumas, nustatomas pagal daZnus chromo-somq struktIros pokydius (chromosomq abcraci jas, scscr iniqchromatidZiq mainus ir kt .) , szrvi tos jo apraiSkos yra chromoso-mq l lZumas ir l [Z[s chromosomq saitai (v ietos);

. geno nestabi lumas, apibldinamas pagal daZnas kurio nors kon-k rc taus gcn t l mut r rc i j l r s .

I5 karto reikia pateikt i i r genet inio ncstabi lumo rci ik iniq skirsty-m4 ki tu atZvi lgiu: gcnq, kaip i r chromosomq, nestzlbi lumas gal i b[ t ibendrasis i r lokalusis.

Bendrqii genetini nestabilum4 lemia mutageniSka DNR paZaidqreparacija, umuDC genai, DNR replikacijos, rcparacijos, rekombina-cijos ir iiuos tris ryksmus valdandiq genq mutacijos, judrieji genomoelcmcntai, kai vyksta jq intensyvi transpozicija i ivairius lokusus, taippat iuos va ldan i iq gcnq mrr tac i jos .

Visq suminetq genq mutacijos labai padidina mutacijq daZni, to-dcl Sie mutant iniai genai vadinami mutator iais. Juos 1937 m. taippat atrado Demerecas. Kai kuriq genq pavadinimas kilgs nuo muta-toriaus: mLttH, mutS, mutY ir kt. C. coli gena| Mutatoriai padidinamutacijr] daZni nuo kcliq iki de5imdiq tfikstandiq kartq. Ypad stipr[smutator iai yra t ie, kur ie slopina t iksl i4, be klaidq, DNR repl ikaci j4.

521

. . Pastaruoju metu bendrojo genetiniokai pagausejo clel reiskiniu,"kuiie r,yksraGenetinis nestabilumas gali atsiruri i i ,koduoja

' antrmutagenq sintezg,. mutagenq metabolizmo fermentus,. l4stelcrs mcmbranq pralaidum4. Tbkios

ir mn,B.

nestabilumo prieZasiiq gero_mutagenezes I ir II etapais.

del mutacijq genuose, kurie

yra E.coli mutaciios nu-r,A

Letiniu uidegimq ryrimai papilde nestabilum4 visiikai nauju _epigc'ctinio nestab'umo !iq.u

'Tek. genetinj nestut itrma suskirstytidar_vienu, p:rveldejimo trrzvilgiu i geiotipini O-.ri*.rffii

Epigcnetinis nestabirr,r_ur= .u' faverdimumu susijgs netiesiogiai,tick, kiek, pvz, y,a pavclclimas polinkis i lctinius ,uheiimus.

ttinsvarbus lokarusis genetinis nestabirumas. Thip valclomas vieno kon_krctaus geno mutaciiq atsiradimas. Nestabirieji genai yra tokaliojonestabilunto pavyzdys. Thrp..patikuoniq atsiranda trijq tipq organiz_mai: stabilus mutantai, stabilns nemutantai, t . y. ,"ul i trntai i pracl i_ni t ipE, ir ncsrabit[ :-. '1"] iTfi i . . \7.?4 pav.), kui iLr nesrabitumas per_duodamas palikuonims, toder j is kartais dar vacrina-u, ,"pritro;o-muoju gcnetiniu ncstabirumu. Mutagenai gari sukert i lvair iq t iprrgcnetinj ncstabilumil e.25 p.av.).

Nestabilieji genai atsiranda der keriq priezasiiq: genq sanda-ros ypatumq, jLrdrqiq genomo elementq, del mikioir.tir,p, ouz_niausiai netranskribuojamose geno dalyse, epigenetiniry rei5ki_niq.

7 .24 p a;v,. Repl ikuoj amojo gen etinio nestabilumoa - stabi laus ntutanto atsiradinas; f _ , tutr, fou,pradinj t ip4); r - repl ikuojanrori , n.rtot i turnur; lmutantas, J - stabi lus rcvenantas

s28

@w-

]; ir]"?;!";, Lubinq genetinio nestabitumo indukcija aziridino (etitenimino) ir EDTA

l];':i.::iT,1',11t.'nl;:..,,Oda siklq luobclcs marsun]ir ankstyjc ir apskritai; pra_

Pr is imink in rc ' k i l t l i r gcn l r i ' kur iq r tcq l r l imr r p r rv r rd in l i ncs t r r r r i r i l r i s r r r i \ . n ru lu { i ; rivair iu dazniu- Zmoguus ypai .mutal i i lus

'1,ra

. ncurofibromatozcs (craugi ' iai ,erv.skaidul iniai navikai) ' ach.ndroplazi jos rtr" i i r i" , disrror. i ja), Hanringron. (arba pro-grcsuojani iosios chorcjos) t igos, DiuScnor., ,r ,""n,1 cl istrof i jos gcnai.DiLr(cno raumcnq.distr. f i jos g. ' ' , , t tr , ;

- ; , , ,s didi iausias znr.gaus gcn.s. J. dy_d is - pc r 20(x ) kb . . k .c ru . jamos i .s rnRNR 14 kb . J is l , r i pc r ( r ( ) eqz .nq .

Didesnj mutabirum4 garima b't, siet i ir su gcno dydZiu: kuodidesnis genas, tuo.didesne t ikimybcl., n" vrenam, tai kitam nukrc_otidui mutuoti. ThiM u r a c ij o s o i, s " n o .l*,1,!l l,i'i,i l.:'i:l' !?" : iTi "If :,:[i.,,xy x:liskritos, riek pakait.s. surerkro. n"di,r"r?1;';';;;;#iii"!"ro;". ruiyra pakaita, mutanri'iarne barrymc victoj gricino yru uigininur,

Tyr _ Gly_ Normalus baltymas (Gly).frans

_TAC _ GGg_ Normalus genas

a versija C_+c

-zz \]-ranzic"rla G_+,1

Murantinis inc lunn

n arba h= *n Mutantinisbaltyrnas (Arg) - Tvr - Ars _ Tyr _ Arg_ battpnas (Arg)

. Kai yra iikrita, iskri'ta citozinas tirozino kodone. Reiskinys sie_lamas su CpG salele, kuri yra Tlr_Gly kodonq sonOrroie:'TAC-GGG

r ir . r3lr 52g

/ \ .t r \

/ \ / \

, / \ . : (

r ' \ I a ' i/ \ $ / \

\ / \ , / \ r ' \a\ r ' \ r ' \ r ' . \ r ' \

O i i ; : . l

,/ '\ / \

/ \ / \ l \ / \ / \ / \ / \ , / \ / \f , h

pavelddjimas:revcrt i tnto atsiradimas- ncstabi lus mutantas,

(grlZimas j? - stabilus

ir.'

Chromosomr; nestabilumas. Kol kas nustatyti trys chromosomqncstabi lumo t ioai :

chromosomq lfiZumo sindromai; tai DNR reparacijos defektai(Fankonio maZakraujyste, Bli[mo sindromas, ataksija-telangiak-tazi ja);silpnas chromosomq nestabilumas palyginti daZnas; visos ligos,sukcliandios sutrikusi4 laisvqjq radikalq pr"rsiauslyrq, gali butip r isk i r i tmos i i i rm t ipu i :

. l [Z[s sai tai (v ietos); bent viena jq atsiradimo pr ieZasdiq jauaiiki. Tiri mikrosatelitai - paprastqjq kartotiniq sekq sankau_pos, kai jos vir i i ja normalq kartot iniq sekq skaidiq (Lr.p. 13-5ir 3.3 lcntelg). Siose sankaupose gal i bl t i i r CpG salcl iu, be to,pakartotq daug kartq, pvz., l lZioje vietoje fraX2].3 (CGG),. ;i ia n - ik i -500 karru.

chromosomq luZumo sindromai i r s i lpnas chromosomq nestabi-lur-r .rzrs yra bcndro pobhdZio, o l [ i r rs sai tai - lokal inis ncstabi lumas.

Ateities rei5kiniai. Aptikta ir kol kas nepaaiskinamq valdomosmutagenezes reiSkiniq. Tir i jau minctos paramutaci jos i r paveldimaspolinkis j chromosumq mutacijas. Antrojo rciskinio palyzdys - fila-delfine chronrosoma. ?ri abipusc translokacija tarp 22-osios ir 9-osioschromosonrq, lcmianti leukozg. Taiiau translokacija r,yksta tik kamie-nincsc kraujo forminiq clcmcntq l4stclesc: k i tose asmens l4stcl iseSios chromosomrl nrutaci jos nera. Kariot ipas atrodo normal izr i .

7.7. Morfozds ir teratogenai. Genotrofai. ,,lgytrl poiymiq,,pavelddjimo klausimas

Thl idomido skandalas i r jo pamokos. Sianre skyrclyje nebusnagrincjami t ie veiksniai , kur ie sukel ia pr is i taikomojo pobf idZio mo-difikacijas - adaptacijas, o tik tie veiksniai, kurie sukelia organiz-mo raidos sutr ik imus, nepaveldimus apsigimimus - morfozes. Kaipmineta, jq svarba tapo itin akivaiztli po icrnobylio AE avarijos irpo kel iq skandalq del nauiq vaistq. Garsiausias skandalas - deltalidomido. Jis buvo rekomenduotas ndstioms moterims kaip skaus-m4 mal5inantis vaistas. vaist4 vartojusios motcrys gimde vaikus ivai-riai nei5sir,ysiiusionris gahJnemis (7.26 pav.). Daliai vaikrl buvo pa-kitusi i5orine ausis, paZeistos akys (poZymiq kompleksai, pauudin-tas tal idomido, arba Videmano, sindromu).

s30

t-I

7.26 pav. Paveldima (A) ir sukelta tal idomido (B) tokomeli ja (ruoniagal[nystd) ( iSI l . Ursprung, 196-5)

Negal ima tvir t int i . kad f i rma, sukr lrusi vaistus, elgesi ncrIpes-tingai netyrd galimq Saluriniq pasekmiq. Tiesiog tai paryzdys,kad grauZikq, kuriems buvo iSbandyta 5i mcdZizrga, ir imogausksenobiotikq metabolizmas gali i5 esmds skirtis, ir tai gali bfitizmosui lemtinga. Grauzikai atsparr.rs Siai medziagai. I r zmones yrapolimortiniai pagal atsparum4 Siam junginiui. Ne visos moterys gim-de ncnormal ius vaikus.

Pagal iau rcik ia atsiZvelgt i i r i skir t ingq suaugusio Zmogaus ir vai-siaus jautrumq. Thlidomidas suzrugusiam zmogui ndra kenksmingas (arbasi lpnai kenksmingas). Vaisius jautrLrs. Pr is iminkime, kad daus ci tochro-mq P-4-50 ir apskritai ksenobiotikq metabolizm4 koduojandiq genq veik-l ls t ik subrendusio organizmo lastelese.

Vristq, kuriuos vltr lojant nc5tumo mctu gal i sutr ikt i vuisiaus raida, si lra(as i lgas.Kai kuric jq taip pat yra trankvi l izaroriai (kaip tal idomidas). Thi i l iazepamaspadidina naujagimir.r su ncsui iugusiomis lupomis ir gonturiu daZni; fcnobarbital is,ap ie kur i . k l ip s t ip ru c i tochromu P-4-5 i ) -qcnU indukror iq . jau ra iy ta (Zr . p . 3 l l ) .Mort irzes sukel ia kui kuric traukr-r l ius slopinantys vaistai (vartojami serganiiqjq cpi-lepsi jrr) - i rgi pachugcja vl ikq su ncsuar.rgusiomis lupomis ir gomuriu, sirdies ydo-mis ir ki tonris anomirl i jomis. Natr io valproatas padidina naujagimiq su nugaros sme-genq i ivarZa skai i iq; kai kurie antikoaguliantai (varfarinas) - su nepakankamai is-siwsi iusia nosimi ir regos ncrvais (hipoplazi ja). Alki l inandiosios medZiagos, kaippricsvcZiniai vaistai, ne t ik sukcl ia DNR pa2aidas, bcr ir tr ikdo ( jeigu vartojamin i ' i tumo mctu) vu is i lus ra idq .

Veiksniai arba procesai (r.yksmai), kurie sukelia vaisiaus raidossutrikimus, vadinami teratogenais (gr. teros, teratos - apsigimilis, pa-baisa). Vienas i5 teratogenq yra alkoholis (fiziskai silpni vaikai, pro-tinis atsilikimas), benzinas, benzolis, fenoliai, formaldehidas. ivairls

531

nLrodai, Svinas ir glvsidabrio garai. TeratogeniSkai veikia vitaminqstoka ir perteklius, steroidiniai hormonai. Teratogeni5kas yra ne tikegzogeniniq, bet ir vidiniq steroidiniq hormonq perteklius, hormonqapykaitos ligos. Paradoksalu, bet ir fenilketonurija (nors tai genomutacija) \ystosi del fenilalanino pertekliaus, kuris veikia kaip tera-togenas. Thip rrystosi daug paveldimq metabolizmo ligq. Gerai Zino-ma, kad infekciniq ligq sukelejai - raudonukes, plslelines virusai(citomegalovirusas) yra teratogeniSki.

Teratogenezd i5 dalies yra ndSdios motinos problema (nelaimear netinkamas gyvenimo btdas).

Manoma, kad neiiiai moteriai iki trijq mdnesiq n€Stumo nerei-ki tq vartot i cheminiq medZiagq, kscnobiot ikq i r stcngt is kuo maZiaukontaktuoti su chcmindmis mcdZiagomis, saugotis infekciniq ligq. Svar-bu ne t ik teratogeno dozc, bet i r kontakto su teratogenu trukmd,vaisiaus raidos etapas.

Morfozd ar mutacija? Yra esmind riba tarp mutacijq ir morfoziq:

. generatyvines mutacijos pavcldimos,

. mclrfozes ncpaveldimos.

Organizmq, su kuriais gzrlima ckspcrimentuoti, raidos pokyiiusgal ima pat ikr int i , ar j ie paveldimi. Antai mindta, kad pupq lapq mar-gumas (Lr.7. l pav.) , kur i beveik Simtaprocent iniu daZniu sukel ia jo-nizuojandidi spindul iuote, alk i l inandiosios medZiagos, komplcksonai,sendjimas, yra nepaveldimas. Jis dingsta vir5utiniuose to paties auga-lo lapuose, kuriq uZuomazgos neturejo tiesioginio kontakto su tera-togenu.

Bet kaip patikr int i , ar Siamo clvyniai rnorfozi ar mutaci ja? Lietuvos kino str,r-di jos f i l rrc , ,Mulanrina" net tal idomido sukelt i raidos pokydiai pareikt i kaip muta-ci jos. Mutaci jontis baidomi skaitytojai ar klausytojai, kai kur nors atsivedamas gy,vr-r lys su dvicm salvomis ar penkiontis ki t jomis ir pan...

Morfozds genotoksi5kai pavojingesnds. Jos daZnesnes, net labaidaZnos. palyginti su mutacijomis. Jq daZnis gali siekti 1.00c/o. Kaipadaugija naujagimiq su vystymosi sutrikimais, pirmiausia reikia ieS-koti teratogenq.

532

Mutacija ar fenokopija? Tiansdeterminacijos reiSkiniai, kai dro-zofilos palikuonims vietoj antenos isauga koja (imituojama mutacijaAntennapedia) arba vietoj vieno torakso ir vienos sparnq poros atsi-randa dvi (imituojama mutacija bithorax), yra fenokoprjq patyzdLiai.Kaip mineta, transdeterminacijos daZnesnds uZ atitinkamo fenotipomutacijas.

Fenokopijos - tai morfozes, kurios fenotipi5kai imituoja kuri4nors Zinom4 mutacijq. Mutacijq ir jas imituojandiq fenokopijqfenotipind kanalizacija (pastangq nukreipimas) sutampa.

Tri gal kiek ir fi losofi5ka, bet geriausiai paai5kina 5i mutacijq irmorfoziq (fcnokopijq) fentotipini sutapim4. Bus tas pats fenotipinisrczultatas, ar geno veikla pakis del mutaci jos, ar dcl teratogeno po-veikio. Svarbu, kad Sie geno veiklos pokydiai bltq vienodi, r,yktqviena krypt imi. Tbdel neatsakinga nusprgst i , ar tai mutaci ja, ar mor-foze vicn pagal f'enotipo pokyiius, neatlikus specialiq tyrimq. Svars-tyklcs turctq krypti i morfoziq pusg del didesnio iiq daZnio. Fenori-pi5kai l iga ar sindromas yra tas pats - ar j is b[ tq paveldimas, arfenokopija (7.26 pav.). Morfozes gali i5kreipti tyrimq rezultatus, kaivertinamas mr-rtacijr.r daZnis. I tai stengiamasi atsiZvelgti.

Santyki tarp mutacijq ir jas imituojandiq fenokopijq apsunkinatai, kad sunku nustatyti tq momcntq, kai laikinas nepaveldimas feno-kopijas pakeidia pavcldirni genotipo pokydiai - mutacijos. Thi atsitin-ka tada, kai daugelyjc kartq veikia tas pats fenokopijq sukeliantisveiksnys i r kai atranka palankcsne stabi l iems, pavcldimiems poky-diams - mutaci joms.

Genetind modifikacijq asimiliacija. Thip pavadino anglq moks-lininkas Vadingtonas (Cl. H. Waddington) reiSkini, kai fenkopijaskeiiia mutacijos. Keisdamas poveikio laikq eterio garais, jis drozo-filai sukele ivairias fenokopijas: crossveinless (be skersinds gyslos),bithorcr ir kt. Pakartojus poveikj garais ir atrinkus labiausiai suge-bandius modifikuotis drozofilos individus, po 8-12 kartq paaiSkejo,kad bitlnrax, crosst'einless yra paveldima. Gernetine modifikacijq asi-miliacija nieko bendra neturi su lamarkiniu ,,jgytq poZymiq" pavel-dejimu. Paai5kijo, kad fenokopij4 i5stumia mutacijos, kurios yratos paiios krypties kaip ir fenokopija. Tokios mutacijos gali atsi-rasti spontaniSkai (gamtines mutacijos), bet jas gali sukelti ir ete-r io sarai .

Atsiradus tokio paties fenotipo mutacijai kaip ir modifikacija, mu-

tantq prisitaikymo (reakcijos normos) ribos pasislenka prisitaikymoprie aplinkos veiksnio kryptimi. Thigi bet kuri4 tokio tipo mutacijqpalaiko atranka, nes mutacija yra stabilus pokytis, nepriklauso nuoaplinkos sryravimq.

Jeigu kurioje nors gcografineje vietoveje nuolat dideja sausra (pvz.,plediantis dykumai), augalq prisitaikym4 prie sausros galima pavaiz-

duot i taip:

k<tjos st iprcsncs, stanrbesnis. Jis nesuprato, pvz., kad skirtumus tarp laukiniq irnaminiq andiq s4lygoja genotipas (genetiniai pradmenys). Jam pakako nustatyt i , kadl ren i r t to j r rmi rs o rg i lnas l rys los i . o nc t ren i ruo jamas \unyks ta .

Siuo metu grieLtai turime laikytis tokios taisykles: modifikacijayra fenotipo, bet ne genotipo pokytis ir yra nepaveldima. Ir jeigu yraki taip, v:rdinasi ,

. arba tai naujas gcnetinis reiSkinys,

. arba tai i5inrtis i( taisykles.

ISimtys ii desniq yra daZnas rei5kinys genetikoje. Tadiau Siuo at-veju jos tur i bl t i i t in retos, nes ki t i i ip i5 t ikrqjq bl tq gr iaunama visapaveldimumo csme - palikuoniq kartq stabilumas.

Genotrofai. Kad i5imtys i5 taisykles itin retos, rodo ir paveldimipokydiai , kur iuos l inams sukele tr45u stoka. 1954 m. anglq gcnet ikasDiuranas (A. Durrant) at l iko gana paprast4 l inq trgSimo bandyrn4.Vieni l inai buvo trg5iami normal iai v isomis rcikal ingomis tr4Somis,ki t iems truko fosforo. Suprantama, Sie uZaugo maZesni. Tuo niekcrnenustebinsi. Thiiau ir kit(rs kartos visus augalus auginant vienodo-mis ir normaliomis s4lygomis, augalai, prie5 tai stokojg fosfbro, buvomaZesni. Tlrkic l iko ik i 5iol . Nciprasta buvo dar i l ta i , kad pakitobevcik vis i iSl ikg augalai .

Kad tai neilgalaike modifikacija, irodyta genetiniiris tyrimais. Bran-duolyje apt iktas lokusirs, kur is lcme i i pavcldim4 pokyt i . Pokvt is at-sirado del pakitusios mitybos (gr. trophc), toddl pavadintas genotro-fu. Veliau kitq anglq mokslininkq, tgsianciLl genotrofq tyrimus, buvonustatyta, k ird vienas gcnotrofq lokusas yra ampl i f ikuotas, t . y. daugkartq padvigubejqs.

Tiems, kuric norcjo patikr int i Darento bandymii, tai ncpavyko padaryt i . Bc to,vra i lgarnctt augalq trgi into patir t is, i ( kurios ai iku, kad taip nebuna. Ti i iau ma-2algiai l inai (tr is kartus maZcsrri pagal bcndr4 augalq masg) - ncgindi jamas faktas.

Siuo metu b[tq galima siulyt i toki4 Sio rei5kinio atsiradinro ver-sriE:

. kaip atsakas i ncpalankq aplinkos veiksni (fosforo stokq) ivykolokuso, sElygojandio prisitaikym4 pric fosforo bado, amplifika-clja (Lr. p. 208);

Palikuoniq

kartos

P'T-t

P'T

M l

. - . - J

tl"t:

- - - )Mr

N,T.')

i r t . t .

i ia PT - pradinis t ipas, M', Mt, M-' - naujos nrutaci jos, kurios s4lygoja didcsnii i tsparumE sausrai ir pr isi taikymo ribos posl inki atspirrumo kryptimi. Prisi taikymo

ribir atspanrmo kryptirni parodyta rodyklc.

Ths pats aplinkos veiksnys tuo padiu metu gali sukclti ir modifi-kacijzl, ir mutacij4 bei veikti kaip atrankos veiksnys, atliekantis atran-kq prisitaikymo prie aplinkos kryptimi.

Modifikacijos yra buferine organizmo sistema besikeidiandiomsaplinkos s4lygoms atsverti reakcijos normos ribose.

Tai greitas bDdas reaguoti i pakitusias aplinkos s4lygas. Kai aplin-kos veiksnys tampa nuolatiniu, modifikacijas keiiia mutacijos.

lgytq poZymiq problema istoriSkai atsirado todel, kad nemokita atskirt i (netne-Zinota, kad taip yra) to paties fenotipo pavcldimu ir ncpaveldimq pokydiq. Atleis-t ina Lamarkui, kuris mand, kad ,, igyt i poZymiai", t . y. modif ikaci jos, atsiradusiosvykstant individual iai raidai, yra paveldimi. Antai laukines antys daugiau skraido,todel turi gal ingesnius sparnus, o nanrinds, atvirki i iai , daug vaik5dioja, todel jq

534

. ^

53s

. gcnomo pertvarka, kuri vyksta somatindse l4steldse, yra grieL'

iai uZclrausta gcnerat-$/inese l4stelese (kokiu b'du, kol kas ne-

nustatyta);. galima speti, kad kaip itin retas nukrypimas ilyko ir lokustl

implifikac4a gcneraty/inese l4stel6se, kuri paveldima kaip ge-

notrofas.

Augalams gali buti dar viena priezastis: ncgavusiq fosforo linq

galejo nunykti augimo klgclis. ir j is regeneravo i5 somatinir4 l4stcliq.

iai ' iot,iousiai

itiketina versija, nes linai tais metais, kai negavo fos-

foro, atrocld,,kuprot i" , nunykusiomis vir i r -rnemis'

, ,Pavlovo handymas,. ir-ei yra idomus. bet pricstaringai Vcrt inamas. Pavadinimas

ki lgs nuo rusq f iziolog. I . Fav6v., kuris kcl iaudamas po pasauli skaitc prane5imus

apic si l lyginiq rel lcksq ugdymq j lru ki i lulytcms. Pal ikuonirns ,.parrrokq" si l lyginian.t

, .n"f.ui isini i ' t i rcikcj6-maZiau negu tcvams. Bandymui pakart. t i i iuos tyr imus

labai prici taringi. bct tgsiasi iki i iol jau bc Pavlovo pavardcs. fdomiausi i i jq at l ikt i

su j l iq kirnrcl irnis planari jomis. Sir l kirmcliu ypatvbc ta, kacl jos gal i rcgcncntol i

i i vicnos l i ls lclcs. Scnsucinga yri l trr i , krrd rcgcncrantt l ncrcikcjt l . 'mokyti" j ic jau

turi jo salygini rcf lcksa' S4i1'giniai ( igYti) i r ncsqlyginiai ( igimti) ref leksai ' "Pavlo-un.."t . ,unity1-.,us yra ir dingstis atkrcipt i de mesi i svarbizr clgscntls gcnetikos problc-

rr iy: si l ly l inius ir ncs4lygir l ius rcl ' lcksrrs'

YMrVREKO

Nors prokariotq genomas yra paprastesnes sandaros, tadiau euka-

riotq pozymiq paveldcjimas ir rckombinacija mums prieinamesni, su-

prantamesni ir artimesni rciSkiniai. Thi atitinka ir mokslo istorij4.

Prisiminkirne (l sk.), kad poZymiu paveldejirno ir rekombinacijos ty-

rimai prasidejo 1900 m., kai buvo pakartotinai atrasti Mendelio des-

niai . taikomi eukariotams.

Eukariotq poZymiq paveldejim4 lemia:

. cliploidi5kunras ir homologiniq-nehomologiniq chromosomq skai-

dius;. homologiniq ir nchontologiniq chromosomq paskirstymo duk-

ter inems l4stel ims bldas;. gerq, lcmiandiq poZymi, skaiditrs ir saveikos pobfidis;. gcnq vietet chromosomojc ir rekombinacija tarp chromosomq.

Prokariotq (bakterijq) poimiq/genq pavcldejirnas priklauso nuo:

. geno vietos chromosomojc;

. pol imorf izmo ir rekombinaci jos.

Esminis skirtumas vra tas, kad prokariotq genetin€ medZiaga

neatribota nuo visos kitos lqstelds dalies. Eukariotq genq veikla

prasiclecla atribotoje nuo Sios l4steles dalies erdveje - branduolyje,

lodel pavelclejimo reiSkiniuosc svarbus vaidmuo tenka branduolio

membianai, kai prireikia l4stelims dalytis, branduolio apvalkalelis

iSnyksta.

VIII. BAKTERIJTJ

8.1. Bakterijos

Bakterijq ir virusqtuose skyriuose, todel

IR VIRUSU GBNETIKA

C. POZIR

PAVELDEJIMASMBINACIJA

genetikos rei5kiniai gana i5samiai nagrineti ki-j ie pa tc ik iami g laus ta i .

536_s37

Genomo sandara. Daugumos bakterijq 99otb visr4 genrl yra Ziedi-nejc DNR - bakterijos chromosomoje. Be to, bakterijos daZnai turimaZas autonomines Ziedines DNR - plazmides. Jos skirstomos pagal

ivairias ypatybes j konjugacines, perduodamas i5 l4steles i l4stelg irlemiandias bakter i jq rekombinacrjq per konjugacini t i l te l i ; episomas,gcbaniias lsiterpti i chromosomq, buti dvejopoje - integruotojc irautonomindje (laisvoje) paddtyje; lemiandiars atsparum4 nuodams (R)ar jvairias kitas bakterijq sar.ybes.

Visi baktcrijos chromosomoje csantys gcnai paveldimi kartu irsudaro viena sankibos grupg. Plazni idZiq gcnai sudaro atskiras san-kibos grupes.

Bakterijq chromosoma. Esr:lteichiu coli chromosomoje yra apic3000 gcnq. MaZdaug ketvirtadalj jq sudaro genq sankaupos - opero-nai. Visi kiti gcnai iSsibarstg po chromosom4, ir juos vienija j grupesvalclymo bldas - regulonas. Tacl iau genai bakter i jq chromosomojeiSsidcstg ne atsitiktinai, o pagal svarbq. Svarbiausias gyr,ybines funk-cijas lcmiantys gcnai (DNR rcplikacijos ir kt.) yra ariiausiai oi C -

vietos, nuo kurios prasidcda DNR repl ikaci ja.Dauguma baktcr i jq genq - unikal ls, t ik r ibosominiq RNR ir

tRNR gcnai kartot iniai . E. col i rRNR genai pakartot i 7 kartus.Kaip mincta, pagal bendrzl senomo sandari l baktcr i jc ls skirstomos j :

. eubakterijas (gr. err - tikras), tai Esc'lterichia coli, Sttlntonellatyphinturium, Bucillus subtilis ir kt.;

. archebakterijas (gr. urche - pradZia), kuriq gcnomo sandaraart imesni cukariotams (gc-nai tur i intronus). Archebaktcr i josgyvena liibai neiprastoje aplinkojc: halofilines atsparios didc-lems druskq koncentracijorns (didesnems kaip 5,5 M NaCl), me-tanogenines gamina metano dujas (CH.), termoacidofilines gy-vena r[gidiose kar5tose versmese (80'C).

Nukleoidas. Bakterijos l4stclc neturi vidiniq kompartmcntq. Kom-paktiSkai susipakavusi bakterijos chromosoma sudaro nukleoid4. Nu-kleoidas neturi branduolio apvalkalelio, todel transkripcija (mRNRsinteze) ir transliticija (baltymo sinteze) erdvi5kai neatskirtos, r,ykstavienu metu. Baltyrnu kiekis gali padvigubeti per 20 min. Bakterijosturi ribosomas, kurios nesiskiria nuo eukariotq ribosomq. NukleoideDNR neigiamai superspiralizuota ir i5sidesdiusi kilpomis - domenais,

s38

A B13.l pav. Bakteri jq nukleoidas (,4) ir DNR kopijq t iksl ios dalybos dukterin6mslqstel6ms (B):A: I - supcrspiral izuol i donrenai; 2 - rclaksuotas domenas; . l - baltymine brdis;B: I - DNR prisi tvir t inusi pric i i inkusios j vidq lqstel is mcntbranos - mezosonros;2 - DNR rcpl ikaci ja ir kopi jq padctis; - l - DNR prisi tvir t inimo victoje tarp dviejqDNR kopijq mcmbrana i i t ista. alstumdama vicnq kopi jq nuo kitos; 4 - prasidcjgscitoplazmos pasidal i j imas. Kickvicna duktcrinc l4steld gauna po vicn:1 DNR molekulg,p r is i t v i r t inus iu p r ic n reml r r i rnos

sudaro komplcksus su baltymais, bet nukleosominis sandaros yra t ikuZuonrzrzgos (8.1 pav., A).

DNR replikacija r,ryksta ialia l4steles membranos vidincs dalies.Special iomis nukleot idq sckomis chromosomos ir plazmidZiq DNRprisitvirtina prie mcmbranos. Membranoje irgi yra specialios DNRprisi tv ir t in imo vietos. Siq skai i ius le-nr ia daugiakopi j in iq plazmidZiqkopijLr skaidiq. Prisitvirtinimo vietoje l4steles membranai tistant. DNRkopi jos atsistumia vicna nuo ki tos (8.1 pav.. l3). Siame membranostarpe tarp dviejq DNR kopijq ir persismaugia l4stele, pasidalydama

i dvi dukterines lqstclcs. Thip DNR kopijos taisyklingai paskirstomosdukter inems l4stel ims. Li lstc les dal i jasi persismaugdamos.

Kai kurios bakterijos sudarcl sporas. Sporos paprastai susidaronepalzrnkiomis s4lygomis. Jos kur kas atsparesncs nepalankiems ap-linkos veiksniams ir gali blti ivairiais bldais perne5tos tolyn nuopirmines gyvenimo vietos, uZimant naujas erdves.

Bakterijq rekombinacija. Pirmieji bakterijq rekombinacijE itikina-mai genetiniu metodu irode 1946 m. Lederbergas ir Teitumas, pa-naudojg du E. coli Kl2 kamicnus, kuriq kiekvienas nesintetino trijqmedZiagq, konkrediai pirmasis - cisteino (Cyr-), fenilalanino (Plrc-) irbiotino (Bio-), antrasis - tiamino (Thi ), treonino (fhr) ir leucino(Leu-). Tokie kamienai, kurie nesintetina vieno ir daugiau metaboli-tq, vadinami auksotrofiniais (gr. atLyo - a\g\, troplts - maistas. mi-tyba). Juos auginant, nesintetinamq metabolitq reikia ideti i terpg,antraip jie neauga.

I)\ I{ DNR

^, a-/-\--l-\-)

------t *q)F

^

539

Abu kamienai buvo auginami kartu minimaliojc terpeje, kuriojenebuvo jokiq priedq. .lai terpd, kurioje auga tik normalfis, prototro-finiai (gr. protos - pirmas) kamienai. Nepaisant to, E. coli augo. I5-tyrus minimalioje terpcje augandiq bakterijq sar.ybes, paai5kejo, kadjos 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 vie-nos ar dvicjq mcdZiagq? Kaip tik del Sio pasirinkimo Lederbergo irTeitumo bandymas yra jtikinantis. Buvusiq auksotrofq gebejimas augtiminimalioje terpeje gali blti ir del grjZtamosios mutacijos. Thiiaumutaci jos t ik imybc i5 karto tr i juose genuose (10-, '10-, .10a: l( l2t) yrancitiketina, todcl teko pripaZinti, kad tarp kamienq buvo zrpsikeistagenetine mcdZiaga. Vcliau buvo jrodyta, kad toks keitimasis galimastik tiesiogiai kontaktuojant baktcrijq l4stelems, tarp jq susidarius kon-jugaciniam tilteliui (ir. 3.47 pav.).

Bakterijq konjugacija yra ypatinga: genetinds medZiagos per-ejimas i5 vienos lqsteles i kitq vyksta tik viena kryptimi.

Bakterijq rekombinacija esant F plazmidei. Bakterijose ncra \y-ri5kosios ir motcri5kosios lytics, bet galima iSskirti tris lytinius tipus:F*, F ir Hfr (angl. high frequency of recombination - daLna rekom-binaci ja). Juos lcmia F plazmide. Ji gal i bl t i la isva arba is i terpusi ibakterijos chromosom4. Bakterijos, kurios turi laisv4 F plazmidg, va-dinamos F*, o jos netur indic 'rs - F-. ls i tcrpusi ichromosom4F plaz-mide lcmia lyt ini t ip4 Hfr.

Rekombinacija i5 F* i F- reta. Baktcrijq, kurios turi F veiksni,uZauga ilga iSauga - pile. Ja uZkabinamos F l4steles. Tada susidarokonjugacinis tiltelis, kuriuo percina F+ veiksnys. Tiksliau, pereina tikviena plazmides DNR grandine. To pakanka, kad F veiksnys isikurtq,ir tada

F- virsta F. (8.2 pav., A).

F* ir F lytiniams tipams ilgiau blnant kartu, visos l4steles virstaF*. Thdiau bakterijos chromosoma konjugaciniu tilteliu pereina labaisunkiai, todel rekombinacija i5 F* i F- yra reta.

Rekombinacija i5 Hfr i F- labai daZna. Kas de5imta F- lqstelegali b[ti rekombinante. Rekombinacija padaZneja tlkstandius kartq.

540

q , a e

: : e -

- L ' e

; s h! - a

O St ! . \ _0 o -

. . ' rY r *

' = h ' z

a i A = .

a a a ol . v . _o o c i> > E

r r l r . -

E -v tt'i : . E 6

v xI i . *

\ - c' - ' * '=+ .

G H *

a : t h u

- , = ' *f

I t !I . l\ ' - . :

. . E ' ,

> , d ' . :

! ^ -' -

e , Ju - Q> l E

g - !l -

! , G ; .O

o e , - . =* u a /

. . t ! : r t rc ! . = q = ^

:? ' - "o - ! *I + - ; r2 - : +: * t 2

' = : ! . = | . \: F > -E I a i . - -9 * , i . 2 e

= . " Y ' Dy ^ i / F =

- " : * 6 , J' r ' d ^ . E _I - \ - =

= 7 A t . l

> - c : = q ,x | t r : ' e= s . _

\ 9 Y 0 ,- t . . : ; >* i v i : X !

a

a

a.)

T r

a

(.)t

z

a

' 6

LL

T

1

541

Tai atsitinka todil, kad, isiterpus F plazmidei i chromosom4, Si truksta,

bet taip. kad dal is F plazmidds yra viename gale, o ki ta - k i tamegale (8.2 pav., B).

PlazmidZiq. kurios pereina i5 vienos l4steles i kit4, pernaSa pra-

sideda nuo specialios nukleotidq sekos oriT (angl. origin oJ'transfer -

perna5os priidZia). Taigi Hfr kamienuose pirmasis pereina tas chro-mosomos galas, kuriame yra F vciksnio oriT. Po to - genas, esantisardiausiai oriT, tciiau kitas, tredias... Thip galima nustatyti genq sekqchromosomoje. Bakterijoms leidZiama konjuguoti ivainl laik4. Kres-tclejus konjugacija nutniksta. Pagal trukmE, reikalinga pereiti genuikonjugaciniu t i l tc l iu. matuojamas atstumas t :rrp gret imq genq. Jisnustatr)ml ls luiko vienctais.

Paprastai visa bakterijos chromosonra konjugaciniu tilteliu nespe-ja perei t i , ncs t i l te l is nutruksta. Visai E. col i chromosomai perei t irciketq apie 90 rnin. Tik praejus visai baktcrijos chromosomai, abuF plazmides galai vcl gali susijungti, ir tik tada F virsta Hfr. lvai-r iuosc Hfr kamienuose F plazmide buna ls i terpusi i skir t ingas vietasbaktcr i jos ch rr tmosttmoje.

Kai yra Hfr kamienas, lengvai perneSami chromosomos genai,bet F paprastai nevirsta Hfr arba F*.

Kadangi i5 bakter i jos-donoro i bakter i j i l - recipient4 ( iS F- i Farba ii Hfr i F-) pereina ne visa chromosoma, susidaro daline hete-rozigota - merozigota. J i btna laik inai , kol pasibaigia rekombinaci jair susidaro rekombinantai ( l4stcles-organizmir i , kur iuosc ivykusi re-kombinaci ja).

Kiti DNR pernaSos ir rekombinacijos b[dai. Thansformacija. Pri-s iminkime, kad transformaci jos rei ik ini dar 192U m. apt iko anglqbaktcriologas Grifitas. Jis atrado, kad, paveikus uZmu5tais S formospneumokokais gyvus R formos pneumokokus, iic virsta (transfor-muojasi) S:

S +Rnrtalvr [LYvl

pient4). Organizmas, i5 kurio DNR i5skiriama ir naudojama transfor-macijai, vadinamas donoru, o kuris yra paveikiamas (gauna) DNR -recipientu.

Kad transformacija lyktq sekmingai, bltina i5skirti nesuirusiqDNR, kur ios molekul ind mase bDtq ne maZesni kaip 1.108 Da. Beto, donoro DNR nors i5 dalies turi b[ti homologine recipiento DNR,todel transformacijq paryksta gauti tik r[Sies viduje arba tarp artimqr[Siq. Nehomologine cgzogenind DNR veikia kaip mutagenas.

Recipientas auginamas specialiomis srllygomis, kad l4stcles taptqkompetent in€s, t . y. i rnl ios cgzogeninei DNR. Imlumas trunka ganatrumpai - 30-60 sckundZiq.

Tiansformacija yra pagrindinis bakterijrl gamtines rekombina-cijos bfidas.

15 pradZiq milnytzr, kad tai dirbtinis, grynai Zmogaus sukurtas rc-kombinaci jos t ipas.

Egzogenind DNR baktcrijq populiacijose atsiranda suirus Zuvusiomsbakter i jq l4stclems (8.3 pav.). Bakter i jos yra pasirengusios pr i imt i eg-zogening DNR. Past irroj i pro mcmbran4 is iskvcrbi :r pinoci tozds bldu(ci toplazmincjc membranojc atsiranda idubimas, i kur i patcnka DNR;

1.1151'x ])\[ ' '*- DNR rlungrmokornpleksas

Lqslelesapvalkaldlis

Nlent t r rat ta '

Nukleotiditi

\I\

R /hrrur lraulornuuil,t Sglal'

DeoksLribrrnukleize

Bal,lenja potranstbmtaci jos Pemeita Drr- R

Ist

8.3 pav. Gamtin€ bakterijos transformacija:DNR Salt inis apl inkoje - 2uvusios bakteri jq l4stcles (rcnriantis R. V. Mil ler, 1998)

tadiau tik 1944 m. amerikietis Eiveris ir jo bendradarbiai i5ai5kino,kad pneumokokq R transformacij4 i S atlieka DNR. JE reikia i5skirtii5 S fclrmos pneurnokokq ir paveikti R formos pneumokokus (reci-

< ̂ " ' ,

, i

543

membrana j4 apgaubia, susidaro pinocitozine p[slel6, ir 5i patenka ilEstelds vidq). Membranoje yra specialiq receptoriq, prie kuriq tvirtina-

si DNR. Egzogeninei DNR isislorerbti i lqstelg padeda transfbrmacijos

veiksniai, t. y. nedideli polipeptidai, saviti ivairioms bakterijq rli ims.

Tiansfomacij4 gerokai maZina deoksiribonuklezes. ParyzdZiui, iki

1970 m. neparyko sukeltitransformacijos E. coli,kuri turi labai aktyvias

deoksiribonukleazes. Panaudojus mutantus, kuriuose Sie fermentai sin-

tctinanri silpnai, transformacija aptikta ir E. coli. MaZdaug kas tredia

l4steli, I kuri4 isiskverbia egzogenini DNR, yra transformantd.

Thansdukcija yra baktcrijq rekombinacija, kai virtrsai perneia bak-

terijos DNR. J41952 nr. irode Zinderis (N. D. Zinder) ir Lederbergas'

Mint is, kad virusas perncia vieno Seimininko gcnus ki tam, atrodi ne-

itiketina. Tai teko irodyti specialiu budu. Paimtas U raides vamzdelis su

apatineje dalyjc ilydytu bakteriologiniu filtru (8.4 pav.), praleidZiandiu

virusus, bet nepraleidZiandiu bakter i jq. Vamzdcl is pr ipi ldytas minima-

l ios mitybinis tcrpds (bc pr iedu). Joje auga normal ios baktcr i jos, ge-

bandios sintet int i v isas normal iai s intet in: tmas medZiagas' Vamzdelyje

buvo auginami du baktcrijq Sulmonclla typhimurium kamicnai: deiine-je gebant is sintct int i t r iptofanq(trp*), kaireje negalintis jo sin-tetinti (trp ). Bakteriologinis fil-tras nclcido susimai5yti dviembakter i ju kamicnams. Minima-liojc tcrpeje auga tik lrp* kzrmie-nas. Sis kamienas buvo uZkrds-tas bakteriofagu P22.

Virusams bakteriologinis fil-tras nel'ruvcl kli[tis. Lizavg trp*kamieno l4stclcs, j ie pro bak-teriologini fi ltr4 pateko ! kairi-qjq vamzdelio pusg. Ten irgipradejo augti bakterijos, bet jos

bwo trp*, vadinasi, gebandiospac ios s in te t in t i t r ip to fan4.Bakterijos, neuZkristos virusais,kaireje vamzdelio puseje neau-go. Vadinasi. Sie virusai perne-ii trp* genq i5 vieno kamieno

i kit4 - ii.yko transdukcija.

Tfansdukcijos daZnis yra 10 5-10-7, tadiau gaunami ir lizatai. kuriesukelia daZn4 transdukcij'4. Jie vadinami Hft (angl, high freqtrcncy oftransduction - daZna transdukcija). DaLn4 transdukcij4 sukelia defek-tyvrls virusai. Mat viruso galvuteje dalis (arba nct ir visa) fago DNRturi bt t i pakeista Seimininko-donoro DNR, todel, v irusui perneSusDNR i Seimininko-recipientc 'r l4stelg, Sios ki tos virusct funkci jos nepa-sirci5kia. Jis nesidaugina ir ne:rrdo bakterijos lzlstelis, 5i nejgyja imu-ni tcto ki t icrns virusams, t . y. netampa l izogenine ir kt . (Zr. tol iau).Perkelti par.yksta ne daugiau kaip 1-3o/o bakterijos chromosomos,todel perkel iami t ik 1-2 gcnai, i r t ransdlrkci ja, kaip i r t ransformaci ja,t i r iama genq sankiba.

Tiansdukci jos t ip4 lcmiu:

. v iruso is i tcrpimo i bakter i jos-donorcs chronrosom4 pobudis;

. pcrneito baktcr i jos-donores DNR segmento s4vcika su baktc-rijos-rccipicntis chrclnrosorra.

Virusai, kur ic b:rktcr i jos chronrosomdc tur i daug is i tcrpirrro vic-tq, atlicka nespecifing (bendrqjq) transdukcij4. Ths pats virusas galipc r r rc i t i i v i r i r ius h i rk tc r i jos gcnus .

Nuosaikic. j i v i rusai (Zr. tol iau), kur ie tur i t ik v icnq is i tcrpinro vic-t4, at l icka specif ing (r ibotqj4) t ransdukci jq. Pcrkel iami t ik t ic gcnit i .kur ic yra Sal ia viruso is i tcrpinro i baktcr i jos chromosonl4 vietos atr(angl. ut tac' l tment - pr i tv ir t in imas). PavyzdZiui , v iruszr i L arba q 80pris i tv ir t ina Sal ia galn (galaktozcs) geno, todcl j ie perneSa 5i gcn4.' ladiau

i r r ibot4 transdukci j : r at l ickantys virusai, nors rctai , gal i per-ne5t i i r k i tus genus, nes be specif in io atr , bakter i jos genome gal i b[ t iantr iniq intcgraci jos sekq (antr incs rzl l ) .

Kad bl tq stabi l io j i (v is i$ka) transdukci ja ( t t .5 pnv., a), ie iminin-ko-donoro DNR segmentas tur i is i terpt i i rccipiento chromosom:1.Kartais baktcrijos chromosomoje atsiranda du tokie patys DNR lo-kusai, bfitent gal* ir gal . Virusas isiterpia j recipiento chromosomq.o perne5anras biiktcrijos-donor6s chromosomos segmentas lieka ka-boti ialia recipiento chromosomos. Thip susidaro heterogenota (vienogeno, ,he tc roz igo ta" ) .

Dclnoro chromosomos segmentas gali ir neisiterpti i recipientochromosom4. Tokios DNR replikacija ner,yksta, ir j i daZniausiai su-yra. Thdiau kartais ji iSlieka. Be to, veikli, t. y. lemianti poZymi.

, l lrtktcri j qLlslcles

SOnaslrp '

lzuol i t

l4stclc

Ihktcriologirr is I iJtras

tt.4 pav. Bandymo, irodaniio Salnonellatyphimurium transdukcij4, schema:2A - kamicnas , s in tc t inant is t r ip to fanq( t rp* )1 22A - nes in te t inant is t r ip to fano

l.t,p )

544 545r ; . 1 3 1 3

-v,-r;-1

, / \c)*\.\'{;_{

]e€ J+-{ ${

t ' \ , \ f \ , \

. lu t l r rq l4s te l tu kLonas

13.-5 pav. Stabi l i (a) ir

%

#* u :

\ ' r * r r

@

^ O

I <>-l .Jc juciriu lastel iu klonas

b

abortlvi (b) transdukcija (pagal R. Sagcr,

Kaclangi sio fragmento rcplikacija ner,yksta, tai ji paveldi tik viena i5

dvicjq duktcr iniq l4stel iq. V:rdinasi , v iena dukter ine l4stelc [gyja po-

Zyrni, o kita - ne.. Tokio tipo transdukcija vadinanla abortpi4ia (lot.

abor\vLrs - neiisivystqs). J4 ypad patogu stcbcti pagal gen4, nule-

mianri ZiuZcl iq vystvm4si, kai j is pcrkcl iamzrs i baktcr i lq lqstelg, kur i

yra bc ZiuZel iq ( f i . -5 Pav., b).Seksdukci.ia - bakterijos chromosomos segmcnto pernaia ii do-

noro recipicntui episomq t ipo plazmidcmis. Thi labai panaiu i t rans-

dukci j4, t ik v ienur virusai. k i tur plazmidcs. F* vir t imas Hfr yra gr iZ-

tamasis rei ik inys. l5eidama i i chromosomos, F plazmide gal i i is ine5t i

c lal i baktcr i jos chrornosomos, i r , b[ idama autonomini je blklc je, lcng-

vai j i pernest i i F l4steles. Tokia plazmide Zymina F' .

Perne5to DNR segmento isiterpimas i recipiento genomq - svar-

bus rekombinaci jOs etapas, b[dingas vis iems baktcr i jq rckombinaci-

jos t ipams. Jis nulemia rckombinaci jos sckm9. Nuosaikiej i v i rusai i r

plazmicles tur i pr icmoniq is i terpt i i recipiento chromosom4. Del Sios

savybcs nuosaikicji virusai ir plaznidis genq inZinerijoje yra vekto-

r ia i .Plazmidziq pcrneiro DNR segmento l ik imas gal i bl t i dvejopas:

. gali isiterpti i bakterijos'recipientds chromosomq, jeigu plaz-

midc isiterptrsi i recipiento chromosom4;. perneltas segmentas gali neisijungti i recipiento chromosom4,

jcigu j i pcrnesusi plazmide l ieka laisva. Genq inZineri ja i nau-

clinga, kad toks genas b[tq daugiakopijineje plazmideje. Kiek-

vicna plazmides kopija yra ir perneito gencr kopija.

546

t

s;-4

Judnq l4stel iq l inr ja

F . Rayan , 1961 )

I

547

F plazmides isi tcrpimas i bakteri jos chromosom4, genetinds medZiagos pcrej i-mas ir pagaliau perne5to chromosomos fragmcnto isi jungimas i recipiento chromo-somE yra sudetingi rei ikiniai, regul iuojami ne t ik F plazmides, bet ir baktcri joschrnmosomos gcnu. Bakterijos chromosomoje, pvz., yra genai recF, recB, recC ir kt.,kurie nulemia isi terpimui reikal ingq endonukleaziq ir egzonukleaziq sintezg. ButiniRecA, SSB ir ki t i baltymai. Recipiento chromosomoje yra 1-sekos (chi), kuriaspaZista Rec BCD balt l ,mas:

t:331?3133_i;Sios sekos .L. coi i chronrosomoje yra maZclaue kas -5-i0 kb. Jos asimctr incs. TLr

pakanka, kad Rcc BCD cgzonuklcaze suZinotq, kuria kryptimi jai skaidyti DNRsranding. Rcc BCD nukleazi skaido DNR granding t ik tada, kai j i tvir t inasi prieDNR iS rc ika l ineos puscs .

8.2. Virusai

Virusai nera prok:rriotai. Thi nel4steline gy"'ybcs forma, nors bel4stelcs virusai negali gyvcnti. Visos gyvybinds virusq funkcijos vykstaicimininko l t lstc lc je. Virusq uZ lqstelcs r ibq funkci ja - uZkrdst i nau-jas l4steles i r i5kgst i nepalankias s4lygas, kur iq nepakel ia l4stele-5ei-nt ininke.

Virusq genet ikos pradZia sic jama su 1941 m. atrastais bakter i jqvirusais - bakteriofagais. Thdiau kertinis virusq genetikos \ystymosiatradimas buvo tai . kaip virusas patenka i lqstclg.

Viruso isiskverbimas i l4stelg. Ttansfekcija. 1952 m. Her5is iriciz i3aiSkino, kad ! ltlstclg isiskvcrbia ne visas virusas, o tik jov id ine da l i s (8 .6 p i l . . A) , t . y . DNR arba RNR. Nepa isant to , l4s -telc ' jc reprodukuojasi v irusai su tomis savybdmis. kokios buvo viruso.uZkrdtusio l4stelg.

Kad DNR ir RNR yra atitinkzrmq virusq genctine medZiaga, pa-tvirtino ir Frenkelio-Konrato (H. Fraenkcl-Conrat) darbai. Jam pavy-ko virusq infekcij4 sukolti grynais tabako mozaikos viruso RNR pre-paratais. l5 virusines RNR atsieamino bldingos struktliros virusai.Pana5[s eksperimentai daryti ir su virusine DNR.

Viruso atsistatymas i5 jo nukleorlg5ties sudaro apie I%c lygio, kurisbldingas, kai l4stelg uZkrecia nepaZeistas virusas. Tadiau padidinus DNRarba RNR skvarbum4, galima labai padidinti ir atsistatymE. PatryzdLiui,paveikus Escherichia coli lasteliq apvalkaldlius juos ardandiu fermentulizcrcimu, i lqsteles lsiskverbia 20-30% fago QX174 DNR.

t#tlU'

Ali.6 pav. Bakteriofago

B Cpatekimas i bakterijos lqstelg (.1) ir sandara (8, C)

Bakteriofagai turi specialiLl priemoniq prisitvirtinti prie bakterijoslqstclcs ir ,,i5virkiti" i vidq savo viding dali. Esc:herichia coli T virusqsandara pavaizduota tl.6 paveiksle, B ir C.

fsiskverbirnas i lEstelg r,yksta endocitozcs blclu. Virusas tvirtinasipr ie mcmbranoje esandio receptor iaus, kur io paskir t is l4stcleje ki to-kia - makromolekuliq patckirnas i l4stelg. Virusas pasinaudoja Siasai,ybe ir visa makromolekuliq patekimo sistema. Apsigaubia pfislele(vezikule) i r su ja patcnka vidun. Vezikules viduje intensyviai suyraviruso kapsidas, ir viruso genomas su viruso Scrdyje esandiais balty-mais pakli[va i citoplazm1 ar i branduoll. Thi priklauso ltuo viruso.

Bendra sandara. Ncpaisant virusq ivairoves, benclra jq sandarayra tapati. l5oreje esti baltyminis apvalkalas kapsidas. Vidineje daly-je yra viruso nukleor[gitis ir Siek tiek (I-3o/r, viso kiekio) baltymq,kr.rrie daugumai virusq reikalingi vos tik isiskvcrbus j lqstelg.

Nuo t ipiSkos virusq sandaros skir iasi v iroidai i r v irusoidai (sate-litiniai/palydoviniai virusai).

Viroidai yra labai ncdideles infekcines RNR, neapdengtos balty-miniu apvalkalu (kapsidu).

Virusoidq sandara pana5i i viroidq, bet turi tipi5k4 viruso kapsid4.Jie negali savaranki5kai reguliuoti genetines medZiagos replikacijos, jiemsreikia viruso pagalbos, todel jie dar vadinami palydoviniais virusais.Pasitaiko ir fagq-satelitq. Toks pvz., yra P4. Subrendusios jq dalelesatsiranda tik bakterijq lqstelese, uZkrdstose (lizogeninese) viruso P2.

Virusq grupds pagal geneting medZiagq. Pagal tai, kokia yra nu-kleorfrg5tis, virusai skirstomi taip:

548

. DNR virusai; jie gali b[ti:

. dvigrandiiai (dauguma bakteriofagq, adenovirusai, kai kuriepfislelines virusai - citomegalovirusas, Epiteino-Baro virusas);

' vienagrandLiai (E. coli fagas $XIi4, Zinduoliq - pawoviru_sas);

RNR virusai (daugurna augalq virusq, apie puse Zinduoliq viru-su) r j i c ga l i b l t i :

. vienagrandZiai, jie skirstomi pagal replikacij4 ir transk-ripcijq:

l ) pl ius grandinds - ju repl ikaci ja i r t ranskr ipci ja-transl iaci-ja vyksta tiesiogiai (encefalito, gcltonojo drugio, rauclo-nukis, pol iomiel i to virusai) ;

2) minus grandinds - t iesiogiai rcpl ikaci ja i r t ranskr ipci ja-transliacija ncr1,'ksta, pirma turi bIti sintetinama pliusgrandine (gr ipo, vezikul inio stomati to, pasiut l iges viru-sa i ) ;

. dvigrandZiai (rcovirusai) ;

retrovirusai - nusako ir gyvavimo b[dq; iie gali b[ti dvcjoposbDsenos:. la isvi ; jq genct ine rncdZiaga yra RNR,. isiterpg i Seimininko chromosomq, genctine jq rnedZiaga yra

D N R .

Laisvoje b[senoje RNR yra l in i i ind, galuosc tur i t rumputes kar-tot ines sekas. RNR at l ieka dvcjop4 vaidmenj:

. nuo jos atvirkitini transkriptaze sintetina DNR, kuri po toi terpiama i lqsteles-Scimininko genomil ;

. nuo DNR lyksta rctroviruso mRNR transkripcija, o ant SiosmRNR * transl iaci ja, t . y. v iruso balrymq sinteze. Toki4 retro-virusc'r mRNR galima paZinti pagal tai, kad, kaip jprasta mRNR,pric jos 5' galo prijungianta kepurd, o prie 3' galo - poli A.Bet is idemctina, kad mRNR sintet inama nuo DNR marr icos,ir tai atlieka lasteles baltymai - RNR II polimeraze. Siai gru-pei priklauso lgyto imunodeficito virusai HIV-1,2, onkovirusai(Zmogaus - HTLV-I,2).

.

549

Retrovirusai ir kiti virusai, kurie apsupti lipidq membranos,i5silaisvina pumpuravimo b[du. Sie virusai koduoja glikopro-tein4, kuris istatomas I l4stelis membran4. Naujai susidarqvirusai palieka l4stelg ypatingu bldu - egzocitozds. Jie l4steldsnesunaikina.

Iiimtis - HIV virusai, kurie sunaikina vieno tipo T limfocitus -

Tn lzlsteles (helperius).Prie membranos tvirtinasi viruso Serdis arba visas virusas (su kap-

sidu). Virusas apsigauhia mcmbrana, ir nuo l4steles pavirSiaus atsi-skir ia,,pumpuras"- virusas, apsuptas l ipidinio apvalkalo:

( i l ikoproteinas

Pris i t l ' i r t in i rnas pr ic nrcmbranos Apsigaut l inras mcnrbr lnr Viruso ( , .pumpuro") iSsi la isv in imas

L4stele nesuardomzr, o i5 jos pastoviai ir didcl iais kiekiais i isi lais-vina virusai.

Virusq grupes pagal gyvavimo bldq irgi susijusios su genetincmedZiaga - jos rcprodukcija. Be retrovirusq, dar yra nuosaikieji irvirulentiniai virusai.

Nuosaikieji (lizogeniniai) virusai - dar viena virusq grupd, kuri

,,taikiai" sugyvena su l4stele-Seimininke. Jie irgi b[na dvejopos blse-nos: laisvi ir isiterpg i lqsteles genom4, bet jq genetine medZiagapastoviai yra DNR. Laisvi jie blna retai. Bltinos ypatingos s4lygos,kad Sie virusai iS integruotos pereitq i autonoming b[senq (prisimin-kime fago indukcij4).

Paprastai jie dauginasi kartu su l4stele-Seimininke - jos chromoso-ma, kurioje tirno virusas. Siole padetyje virusas vadinamas profagu, ol4stele, kurioje yra profagas, - lizogenine. Bakterijq lizogeniniq virusqesmg i5ai5kino Lvovas (A. Lwoff). L4stelis, kuriose nuosaikusis virusas

isiterpgs I chromosom4, yra igijusios imunitet4 kitiems homologiniams

550

virusams. Thigi profagas yra savoti5ka viruso ir l4steles simbioze, delkurios virusas reprodukuojasi kartu su lEstele (8.7 pav.).

Laisvi nuosaikieji virusai elgiasi kaip ir virulentiniai - pasidauginair suardo lqstelg. Lizavg l4stelg, virusai uZkredia tik naujas l4steles.Viruso iSsiskyrimas i5 lizogeniniq bakterijq buvo pavadintas lizogeni-ja (lot. /ysrs * irimas, i5tirpimas, gencia - atsiradimas, kilme), o bak-terijq uZsikritimas nuosaikiaisiais virusais - lizogenizacija. Tarp lizo-geniniq lqstel iq pal ikuoniq gal i atsirast i i r nel izogeniniq lastel iq. Va-dinasi, profagas gali bDti prarastas. Toks rei5kinys vadinamas delizo-genizacija. Lizogenincs bakterijos Zymimos nurodant skliaustuose vi-rus4. PavyzdLiui, E.sclreric'hia c'r.r/l kamienas Kl2, uZkrdstas nuosaikio-jo viruso 1", uZraiomas taip: E. c:o[i K12 (],).

Nuosaikiqjq virusq apt ikta ne t ik bakter i jose, bct i r k i tuose orga-nizmuose. I kai kur iuos obelq poskiepius iskiepi jus ivair iq obelq veis-liu, iSauga Zcmahgiai augalai. Kartii is Siq sarybg irgi salyg<rja nuosai-kieji virusai. Thda organizmas, kurio l4stclese jsiterpg nuosaikieji vi-rusai, gali igyti naujq sarybiq. Sis rc-iSkinys pavadintas lizogenine kon-versija. Ryikiatrsias to pawzdys difterijos bakterijos Corytrcbactariunttliphteriae. Zmonis arba gyv[nai suserga diftcrija tik tada, kai joslqsteles gamina toksin4. Nel izogenincs baktcr i jos toksino negamina.

- j- , N.l i rog",, ,n.s -\ .-r,' l4stclcs

,"t,.'

t---*t r,lzo$9nlnCs ,"':-j- )ll

' lqsteles

'_1-

i__-r L__-r

'1

I

j

"J,izogenizacij4

t''t". .'i :'^t

;il'iz-ogenija'

t r r t J r r ,' l '" '- {* - -

€--.t

. # . - - \/ \ \ \ : -art$' . < e ? i V

' i

" -G*

f i .7 pav. Viruso raida:kaireje - virulentinio, dci ineje - nuosaikiojo viruso raida (remiantis A. Lwolf. 1953)

+-/i

- 1 * . .

l o ca =

l * ;6 .

. A '

; Z ' ,t

l ago;indukci ja

(

ogenija

t - . '

I - " ' '\,.,,:)

Virulcntiniolviruso raida

-5-.

-551

--F

Be toksinq sintezes, nuosaikieji virusai gali lemti bakterijq lEsteliq

formil, paviriinius serotipus ir kt.Virulentiniai virusai (lctt. virulenlr.rs - nuodingas), uZkretq lqstelcs,

jas pajungia pirmiausia savosios genetinis medZiagos rcprodukciiai, ku-ri r,yksta labai spdriai (8.7 pav.). Po to l4stcles transliacijos sistemapanaudojama viruso (kapsido) baltymq sintezei. Kitu etapu i5 sudeda-rnqjq viruso daliq susistitto virusai. Tbkic virusai vadinami virionais.Pagal iau suardoma lqstclc, i r Simtai v irusq uZkredia naujas l4steles, kadvcl viskas kartotqsi ii naujo. Kaip kokia grandinine reakcija. Virulen-tiniq virusq gyvavimo budas pasmerkia juos padius: labai speriai viskas

,,suryjarna", suardoma. Thi, matyt, ir buvo dingstis atsirasti virusams,kuriq gyvavimas yra nuosaikcsniq formq.

Virusq genomo ypatybes. Virusq gcnomo talpa sryruoja labai di-dclcse r ibosc: bcZdZionis viruso SV40 Zicdincjc DNR yra -5243 bp, oL,pi teino-Baro, puslel inds virusq DNR - ik i 200 kb.

Ncpaisant i iq skir tumq, virusuri labai talpls i r taupf is genct inesinformaci jos atZvi lgiLr. Ti tupoma kcl iais bLidais:

. daZni sanklot iniai gcnai (gcn:Is gene, arba vien4 gcni l i5 dal iesuZdcnsia ki tas gcnas);

. labai c laZnas al tcrnatyvus splaisingas ( i5 to pat ics tr i tnskr ipt t tsubrgsta kcl ios rnRNR);

. v icnas bcndras pol ipcpt idas suskaidomas i kclet i l bal tyrnq;

. gcnonrc yra t ik patys bl t in iausi gcnai, k iek imanoma naudoja-masi lastel is- ic imininkis gcnq produktais: pol iA, kepure, tRNR.r ibosomomis, rRNR ir bal tymais.

Virusai tur i genus, kLrr iu koduojami baltymai pajungia Seimininkol i lstc lg savo naudai, s lopina lqstcles baltymu sintczg ir imuninq siste-m4. Siuo atZvi lgiu virusai i t in , , iSradingi" i r individual ls: gal i koduot ibaltymus, imituojandius antikfinus ir kitus lqsteles paviriinius balty-mus, pol isacharidus, paSal int i gelcZi i5 gyv[nq baltymq ir kt .

Bcnclrzr genomo sandara priklauso nuo organizmo, kuriamc viru-sai gyvuoja.

Virusq rekombinacija. Nors virusams lytinis dauginimasis nebu-dingas, tadiau vienq Seimininko l4stelq uikretus kel iais virusais dviDNR molekules gali apsikcisti segmentais. Thi analogiSka krosingo-vcriui. Todcl ir virusq DNR anksdiau buvo kartografuojama pagalrckombinacijos daZni tarp trijq genq. UZkrdtus dviem virusais l4stelg,

taip pat gal ima t i r t i v i rusq gcnq sqveik4, ivair ius komplementaci jost ipus, at l ikt i v i ruso genomo anal ize.

Virusq rckombinacija i5ai5kino 1946 m. Heriis ir Delbriukas. B[-tina jos s4lyga - virusai turi bfiti giminingi. UZkretus l4stelg dviemnegiminingais virusais, vienos rl5ics virusas i5stumia kitos ruSies vi-rus4 (8.t i pav.) .

Virusq rekombinacijos ypatybes tokios:

. pol iSkumas. Jeigu vicnumc- viruse yra gcnai AB, o ki tame ab,tai rckombinantq Ab ir ul l turetq susidaryt i v icnodai, tuo tarpuvieno t ipo rckombinantq gaunama daugiau;

. heterogenotq susidarymas. Heterogenota - diploidine (ir hete-rozigot inc) bukle nc tarp visq, o t ik tarp pavicniq genq. Jisusicl:rro gcnonlo dalyjc, ne diclcsncjc kaip lo/o. Kadansi virusogenomc yra t ik v iena DNR molckul i , v i ruso heterozigot i iku-mas pasirciSkia todel, kad, auginant du virusus kartu, tarp dviejqDNR molekul iq gal i susidaryt i heteroduplcksas (t t .8 pav.) . Sio-jc victojc viena DNR molckulcs grandine yra i i v icno viruso,antra - i i antro. Thi la ik ina.

Saviti virusq rekombinaci.ios bfidai. Genomo segmentacija. Viru-sai tur i i r labai s i tv i tq rekombinaci jos bldq. Vicnas jq - genomoscgmentaci ja. Kclctas virusq, kur iq genet inc mcdZiaga yra RNR, tur isegmcntuot i l gcnom4. Kiekvicnas toks scgmentas koduoja vieni l arbadaugiau baltymq. Antai gr ipo viruso genomas yra i i 8 segmentq.Kickvicnas ju koduoja l -2 baltymus.

UZsikretus i5 karto dviejq ir daugiau genetiniq tipq virusais, kei-d iamas i scgmcnta is ta rp jq . i r sus i t la ro nau j i v i rusq scro t ipa i .

fi.8 pav. Virusq rekombinacija:A - E. czlr uZkrei iama skirt ingu gcnotipuIt*r llt r*

. - +

I t r* ir h*r virusais; B - hcteroduplcksas

553

434,82 H

Cia pavaizduotas keitimasis moduliais (,,iSsip[timai" - heterodup-

lcksai, hibridines vietos tarp dviejq virusq) tarp trijq giminingq liam-

boidiniq virusq: 7t, 434 ir 82.Modul iais gal i b[ t i nukleot idq sekos (net l ipnls galai , regul iaci-

nes geno dalys), pavieniai genai, genq grupds su skirtingais valdymo

clementais.

a - F a I a - a I a - a I

A B ' C D ' E ' F G H

Kuo daugiau genomc scgmcntq, tuo didcsnis viruso serot ipq po-limorfizmas. Cia, matyt, ir yrzr paslaptis, kodcl gripo virusas toks. .kosmopo l i t l r s " i r rp lanko mus k ickv icna is mcta is i r nc po v icnqkarta. Imuninei s istemai sunkiau pr is i taikyt i pr ie daZnai besikeidian-diq viruso serot ipq.

Moduliai. Sis rckombinacijos tipas aptiktas bakteric'rfaguosc. Ypadsmulkiai i5t i r tas nuosaikusis )" v irusas.

Moduliai yra nukleotidq sekos, kurios genome yra toje padio-jc vietoje, turi t4 padi4 paskirti, bet nera homologai ir netgali bnti ivairaus dydZio, bet gali pakeisti viena kit4.

Jie perduodami i3 vieno viruso kitam nepakeisti, kaip sakoma,nuo A iki Z. Be to, igenomq isistato visas moduiis. Vien4 modulisu kitu ir su visa kita viruso dalimi jungia jungtukas. Jis yra ir tariba, kuri riboja moduli nuo visos kitos genomo dalies. Sios moduliodalys jungtukai yra homologiniai. IS esmds tai judrieji virusq geno-mo elementai. Tipiski judrieji genomo elemeDtai kaip tik ir keiiiavietq, s4veikaudami su isiterpimo vieta (taikiniu) trumputdmis homo-loginemis sekomis.

554 555

A B C D E F G Ha - . - a r l a - a I | - r a n

a - a - a I a - a - a - a I a -

A B ' C D ' E ' F G HA B C D E F G H

a I . I a - a - a I a I a - a I

a I . - a I a - a - a E I

B' E 'a - a - a - a l a r a I a E I

B '- a r a I a - a I a - ) -

E'a - a I a l a - O I a - -

f)' E'a - a I a l a - a I a I a -

E 'ir kt.

L4stele uZsikretusidviern pradiniais

segmentuotogenomo virusais

Keidiantis moduliais,

0 2 0

susikuria virusq

40 60

ivairovd (polimorfizmas):

80 100

) . ,434

} R ?

lvairfis virusopalikuonys, tarp

.jq rekornbinantai

IX. EUKARIOTU POZYMIU PAVELDEJIMAS IRREKOMBINACIJA

9.1. DNR koprjq paskirstymas. Mitozes tipai

Po DNR replikacijos, padvigubinandios vienodai tiek prokariotq,t iek eukariotu gcnus, centr iniu ivykiu tampa taisykl ingas DNR kopi-jq paskirstymas duktcrincms l4stelcms. Bet pats DNR kopijrl paskirs-tymas ir l4stcles dal i j imasis gal i b[ t i nesusict i :

. DNR rcpl ikaci ja v,vksta, bct kopi jos l icka tante pai iame bran-duolyje ar net chrclmosomoje (cndomitoze, pol i teni ja);

. susidaro cluktcr iniai branduol iai , bet l4stcles nesidal i ja (dau-giabranduol iq l4stel iq atsiracl imas);

. lastclc clal i jasi . o DNR sintcze nevyksta (ntcjozcs antra. jamcda l i j imcs i ) .

I iskir t inc eukariotq ypatybc - dukter inenrs l4stelcms paskirstomanc viena, kaip prokariotq, o keletas ar net keletas dei imi iq, o kar-tais Simtq chnrmosomq. Del i ios pr icZast ies eukariotq l4stelcs clal i -jasi labai sudet ingai, dviern skir t ingais b[dais: mitozcs i r mcjozcls.Mcjozc yra pakitusi (mocl i f ikuota) nr i tozi .

Lqstel€s dal i j imasis prasiclcda nuo DNR sintczes. tset pr iei tair,yksta dideli pzrruoiiamieji ir,ykiai. kaupiamos rcikiamos medZi:rgos.Ir kol l i lstele nepasiruo5usi, j i ncsidal i ja (Zr. p. 332). Pr is iminkime,kad Zmogaus somatines l4stelcs pagal gcbej imq dalyt is skir iamos it r is grupcs:

' l4stel6s, kurios ncsidal i ja po to, kai audinio diferenciaci ja pasibaigusi -raurncnq! ncn /u ;

. l4stel<is, kurios diferenci juotos normaliai nesidal i ja, bet gal i (buti st imuliuo-. ianros) dalvt is - kcpenu:

. l4stelds, kurios pastoviai i r greitai dal i jasi - oclos, epitel io, spcrmrtclci tai,kau l r r i iu lpu .

Pzrstoviai ir grcitai (ciklas gali trukti tik 8 val.) dalijasi ne padiosdifcrencijuotos l4steles, o jq kamienines lqstelds, i5 kuriq \ystosi epite-lio, odos, kraujo l4steles. Visq jq dalijimasis yra valdomas. PasigaminEs

556

l4steliq perteklir"rs ,,numarinanras". Vyksta programuota l4steliq Z[tis -

:rpoptozd (gr. apo - Salin * ptosis - kritimas).Lqstel€s ciklas ir valdymas smulkiau iinagrineti IV skyriuje. L4ste-

lcs ciklu vadinamas laikotarpis nuo vieno l4steles dalijimosi iki kito.L4stcl is c ik las dal i jamas i mitozg siaurdtr prasme, arba mitozes fazq,arba tiesiog M fazg, ir interfazg. M faze dalijanra i 5 smulkesnes fazes:profazg, promctafazQ, metafazg , anafazg ir telofazg (9.1 pav.). Interfazedal i jama i 3 (ar 4) smulkesncs stadi jas G,/G,, S i r G..

Mitozes tipai labai svarblts pozymiq paveldejimui. TipiSkai mito-zci bldinga tai , kad dukter inis l4stelcs gauna visko po lygiai . Svarbunct kaip padal i jzrma ci toplazma. Skir iami du jos padal i j imo t ipai :

. simetrind mitozd, kai abi duktcrinds lqsteles gauna maZdaugpo lygiai c i toplazrnos;

. asimetr ind mitoze, kai c i toplazma padal i jama nctolygiai . Vicnaiduktcr inei l4stelci jos tenka daug.

Asimetrind mitozi r,ryksta labai reik5mingais organizmo raiclos mo-mcntais. Pvz., k iau5incl io pirmojo dal i j imosi metu, i r tai i i kartonulemia, kokios bus lasteles: generatyvines ar somatin6s. Taip yrancmatodo Caenorhabditis clegarts, kai kuriq varliagyviq ir kt. Gaub-tasekliq augalq asimctri5kai dalijasi mikrosporos l.lstcld i generatyvi-ng ir vegetatyving. Nevic-nodai paskirstoma citoplazma ir jq gcmali-niame maiSelyjc: susidaro 6 smulkios i r v icna stambi centr ind l4stel i ,i5 kur ios r .ystosi endospermas. Ketur iq po mcjozds susidariusiq l l tste-l iq trys smulkiosios sunyksta, l ieka viena stambi - pirnl in is gemal inismaiScl is (9.2 pav.).

Zinduoliq gametogenezejc citoplazma irgi paskirstoma netolygiai:didZioji dalis tenka kiaLriial4stei. Smulkudiai poliniai klnelizii sunyks-ta (9.3 pav.).

Mitoze be citokinezds - branduolys dalijasi, bet neryksta citokine-ze, todel susidaro daugiabranduoles l4stelds. Velgi tai gali lykti svar-biais organizmo raidos momentais: augalq antrinio gemalinio mai5e-lio susidarymo tarpiniais etapais, drozofilos blastodermoje ir kt. Kaikuriq grybu daugiabranduoles yra vegetatyvines l:isteles.

Sincitis - savita mitozds forma, kai daugiabranduoleje lqstelejevienu metu apie kiekvien4 branduoli ryksta citokineze. Kaip tik taiatsitinka gaubtasdkliq augalq gemaliniame mai5elyje ir drozofilos blas-todermoje, todel pastaroji vadinama sincitine.

557

NII TOZ,T]

o'"t"'o .'$'ffi- :]*i:*r:r'

f "f,,f i ,re(

t '\,

\,, 1' ' [< 'r,t

",.,"

)

t) .1 pav. Mitozds ir I mejozds (redukcinio) dal i j imosi palyginimas:nrcjt tzis I profazcje chromosonros nc t ik kondensuojasi, bct ir vyksta homologiniqchromosontq sinapsc'. susidaro honrolot iniq chronrosomq prlros bivalcntai; rnitozcsrletafazi jc ckvacini jc plokitumojc i isidcsto padvigubcjusios chromosomos, o mejozcsI mctafazi. je bivalcntai (homologiniq chromosomq poros); mitozcs anal:rzcjc -tclol 'azejc i pol ius kcl iauja duktcrincs chromosomos, cl ntejozes I anafazeje -tclofazeic univalcnlai (padvigrrbcjusios homologincs chromosomos); 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 s i 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 qchronraticlZiq. o nri tozcs tclofuzcjc chromosomos dckondcnsuojasi

Endomitozd - pamatas poliploidinems l4stelems atsirasti. Ji nor-maliai i,yksta kai kuriose somatinese lqstelese. Chromosomos padvi-gubeja, bct ncsidali ja branduolys.

558 559

Pradine mikroso*"'@ Iiffinttu

clromosomq

dY

i\ (,-St rMe,a,aze

\\\ Yfi\]J @@\\ I

i ] @'\retaraze

Pradine megasporoslq$ele

a?

TT, l

/ t \

I v t . v t t\ V4(rt I\ - '

\ i /

Megasporq tetrada

It

Mikrosponl tetrada

Pirmoji miroze/i\' r l 8 l

mlKrosporosc \:/

Iffffi'r-@

Vegetatyline I

laselcffiw

Spermlal-J

, ,@'d*A*re-r%\lv-g-w-glA h r$fntinodesI I

'.r '1-.{er@l-i ePLU-W*W;:;:':'"

Antrinis gemalinis maiielisSutnendusios Ziedadulkes

9.2 pirv. Gaubtasdkl iq irugalq sporogencze ir gametogenezd

Pol i teni ja i rgi bldinga kai kur ioms somatinems lz lstclcms. Chro-monema daliiasi daug kartq (vyksta DNR replikacija), bet nei5siski-ria - susidaro politeninds chromosomos.

Endoreprodukcija - padvieubeja tik pavienes chromosomos ar-ba ju dalys (pvz.. csant antplifikacijai). Normaliai tai ryksta soma-t indse l4steldse.

Amitozd - tiesioginis branduolio pasidalij imas nesusidarant ach-romatinei verpstei . AukStesniesiems eukariotams nebDdinga, pasi-taiko kaip anomali ja su aneuploidinemis dukter inemis l4stelemis.

Y\6Av/ v/

l li i

@@l l

/^6\\9/ \g/

IAts=,\!,/

I/6\g

Ilil\g/

Jnjq megasporq

[)inninis lvtincs l4stc'lcs

)*-- ( ionis

' . ;2

r'-{t .l r9t !i

[,t1ini' cnrbriornl clil 'crcncraci ja

/D\-/:i_-.l' t l i : '

11,, .,.3,,r

i l ' , . ,

i i l l r,;i'l

. . 1 ,

Strbrcnrirrsi .;' - l- ,:t ..- ak i a u i i a l l s l c i , ; : ;

' '

\_/

9.3 pav. Zinduoliq gametogonezd (A) ir spermatozoido s:rndara (B):f l : I akrostlnta i i Ciold2io konrplekso, ja praarclonra skaidrioj i zona ir kiaui ial4stcsapva lka le l i s ; 2 - b randuo lys ; - l - ccn t r io lc ; 4 - chondr iomas, i5 mi tochondr i iusuclarytus enerei jos ccntras; .5 kaklel io ai is; 6 , uodcgclc

Zemesniqjq eukariotr l (pirmuoniq) gal i bt t i iprastas dauginimosib[das. bet ir Siuo atveju genetine medZiaga paskirstoma taisyklin-gai, nes branduolys scgmentuotas ir kiekvicnas segmentas - visaschromosomq rinkinys - genomas. Dukteriniams branduoliams ten-ka daugiau ar maZiau segmentq su visu chromosomq rinkiniu (poto dukterinesc lqstelese Siq segmentq skaidius dideja iki valdomosnormos). Infuzorijq makrobranduoliuose minichromosomq tick daugir jos tokios smulkios, kad kiekvienos chromosomos kopiiu tenka

560

i 4i =: a

s

t Fi t ri N1 a| -J)

dukteriniams makrobranduoliams, nesvarbu, kaip dalytqsi vegetaty-vindse l4stelese makrobranduol iai .

Chromosomq judejimas. Centromcra ir kinetochoras lemia tiksluchromosomq pasiskirstymq ir net tai, ar apskritai jis lyks.

Pi rm i ausia ch rontosomos prometa fazejc aktyviai j uda vidurio ploki-tumos l ink. Sis tarpsnis mcnkai i i t i r tas, bct nustatyfa, kad neapsieina-nra be judej imo baltymq - k inczinq (Nod) i r k i tu. Be to, chromosoma,bcnt pradZiojc, kol forntuojasi achromatinc verpste, yra labai aktyvi,sLrkal iojasi , kol pr ic kinetochoro pr is i jungia kinctochoro mikrovamzde-l ia i (9.4 pav.). Susiformavl ls achromatines vcrpstcs pol iams su mikro-vi lmzdel iais i r pr ic kiekvienos chromosomos pr is i tv ir t inus kinetochorovamzdel iams, prasideda patys idorniausi ivykiai . Chromosoma ir pol i -rr ia i mikrovamzdcl iai gaudo vicnas ki t4. Chromosoma sukinejasi apicrr i i , . iuda pirmyn ir i i tgal pol iq l ink. Pol iniai nt ikrovamzdel iai rangosi lygs),.vatcs, kol pagaliau kinetochorc ir poliniai ntikrovamzdeliai uZkabinirvicnas ki te1. , ,Pagautos" chrontcrsomos antras kinctochclras susi jungia supric5ingo pol iaus pol inir"r mikrovantzdel iu. Kai v isos chromosomos pa-gal iau pagaunamos, prasiclcdzr mctafazc.

Metafazdje chrclmosomu vaidmuo atrodo pasy/us, bct kol nc-pirsic lal i ja ccntromera, tol dr.rkter incs chromosomos sLrkabintos vic-na su ki ta.

Achromatinds verpstds rcikimc ypatinga. Ji ir yra ta li lsteles struk-t [ra, kur ios paskir t is mitozejc taisykl ingai paskirstyt i duktcr ines chro-lrosomas. Pirmojo ntcjclzis dalij imosi mctu achromatine vcrpstcl t;.ri-sykl ingai paskirsto homologincs chromosontas. J i sudaryta i5 daugy-bcs mikrovamzdel iq, kur ie susistato i i tubul inq, suirus ci toskclctui .

Mikrovamzdel iq sandarojc, bc tubul inq, l0-15c/o tcnka ki t icms bal-tymams. Jie vadinami MAP (angl. microtubulc - associatcd protein).

Pr ie mikrovamzdel iq ivair iais bf idais jungiasi judej imo (motor i-niai) bal tymai: k inczinai, akt inai , dincinai. Sic balrymai sudaro plau-Selius (mikrofilamentus), kurie labai svarbDs ivairicms chromosomqjudej imams - pirmiausia pol iq l ink (Zr. tol iau). Mikrovamzdel iai yratr i jq t ipq (9.4 pav., A i r B):

. pol iniai , tgsiasi nuo vieno pol iaus ki to pol iaus krypt imi, per-Zengdami vidurio plokitum4, kurioje i5sidesdiusios chromoso-mos; jie prie chromosomll ncsitvirtina;

. kinetochoro, kurie tvirtinasi prie kinetochoro;

. ZvaigZdiniai (astriniai) - trumpi mikrovamzdeliai, nukreipti lqs-telis membranos link ir su ia saveikauiantvs.

561

c): l l1

A

9.4 pav. Dukteriniq chromosomq juddj imo pol iq l ink mechanizmai:

A, B, (: - mikrovamzdcliq t ipai: .1 - pol iniai; jais kaip bcgiais (B' D) duktcrines

chromosomgs stumiarnos prici ingonris kryptimis; 2 - kinctochoro; . l - ZvaigZdiniai;

4 - duk ter in i chromosoma; B - tubu l inq subv ienc tq p r is i jung imo (+) i r i r imo

(-) vietos ir kryptys; C - judcj imo baltymq (JB) prisi jungimo vietos; D - , ,spyruokle";C - juddj imas begiais; apai iojc pavaizduotas judej imo baltymo ,,svaiclyklds" judesys

ffiR'

fE

@

\ ry

Mikrovamzdeliq ir visos verpstis paskirtis - chromosomr+ paddtismetafazdje ir judejimas besidalijaniios l4steles poliq link anafazeje.Ypating4 reik5mg turi centromera ir kinetochoras. Jq sandara ir pa-skirtis jau nagrindta. Bltent su kinetochoro baltymais s4veikauja ki-netochoro mikrovamzdeliai. i ia yra ir judejimo baltymq (kinezinq,

aktino). Kinctochorais chromosoma ir nukreipiama poliq link. Thilabai svarbu, nes butent 5i oricntacija lemia dukteriniq chromosomq(chromatidZiq) judej imo krypt i .

Siuo metu labai intcnsyviai tiriamas chromosomq judejimas polirll ink anafazeje. Anafazd prasideda po to, kai ii i lgai pusiau pasidalijacentromera, i5nyksta rySys tarp chromatidZiq, ir i ios jau kaip sava-ranki5kos dukterincs chromosomos juda poliq link. Thi jau susifbr-mavusios chromosomos. Jos yra t ip i ikos chromosomai nukleosomi-ncs sandaros. Kada ir kaip tai atsitinka, susidometa tik pastaruojumetu (Zr. tol iau).

Chromosomq vaidmuo ir Siame tarpsnyje nera pasyvus, ypad pra-clZiojc. Tiri labai ryiku filmuosc, kuriuose nufilmuotos gyvos besida-l i jandios l4stcles. Jose ai ik iai matyt i , kaip chromosomos labai smar-kiiri atsispiria viena nuo kitos. Tirigi viena i5 chromosomq judejimo

vcrsi jq yra tokia. Pr io kinctochorq pr is i tv ir t ing judej imo (motor iniai)baltymai (9.4 pav., C) labai stipriai atstumia vicn4 duktering chromo-som4 nuo kitos. Manoma, kad i5 Siq baltymq susidaro spyruoklespavidalo struktlra, kuri priei centromcros pasidalij im4 yra suspausta(9.4 pav., D). Kai t ik centromera pasidal i ja, nebel ieka to , ,kabl iuko",kur is laiko , ,spyruoklg" suspaustE. Si atsi le idZia i r Svystel i dukter ingchromosom4 pol iaus l ink.

Motoriniq baltymq plauSeliai (mikrofilamentai) aptikti ir kine-tochoro bei poliniq vermzdeliq kontakto vietose (9.4 pav., B ir C).Manoma, kad jie suteikia chromosomai krypti judeti poliaus link.Judcsys atsiranda tokiu bfidu: plau5elis atsilenkia ir stipriai Svystelichromosom4 pirmyn (9.4 pav., E). Prie mikrovamzdeliq galq irgijungiasi judejimo baltymai, daugiausia kinezinq Seimos. Drozofilosl4stelese juos koduojandiq genq nrl mutantuose sutrikusi achroma-tin6s verpstds sandara, apie 90o/o kiauiineliq neglvybingi, tarp kitq30-50% sudaro aneuploidai. Vadinasi, sutrikgs taisyklingas chromo-somq paskirstymas.

Metafazeje dalis poliniq mikrovamzdeliq yra laisvi nuo chromo-somq. Jie vienas kitq Siek tiek dengia ties vidurio plok5tuma, kurioje

i5sidesto chromosomos. Prasiddjus anafazei, Sie laisvi pol iniai mikro-vamzdcl iai i lgeja, atstumdami vienq pol iq nuo ki to. Kiek net iketa tai ,kad chromosomq judej im4 pol iq l ink gal i lemti i r ivaigZdiniai (ast-

raliniai) mikrovamzdeliai. Anksdiau manyta, kad jq paskirtis tik at-ramine. Kaip Ti tanui la ikyt i v is4 achromatinis verpstcs pusg.

' Ia i iau

nustatyta, kad prie ZvaigZdiniu vamzdeliq vienu galu jungiasi judeji-

mo baltyrnai (9.4 pav., C). Ki tu galu j ie tv ir t inasi pr ie l4steles memb-ranus vic l in is dal ics. Thi t rr atsvara. j kur iq tcmpiamas visirs drrkter i-niq chromosonrq komplcksas ( i3 pol iniq - k inctochoro vamzdel iq i rdukter iniq chromosomq).

Pamatuotai nlanoma, kad visi Sie chromosomq judejimo b[-dai veikia kartu.

Tol iau ryksta ci tokinezc: c i toplazma clal i jasi j dvi dal is dvicnr b[-dais, susicl : rrc l skcrsine pcrtvarele arba persismaugia.

Chromosomu judc. j imas mcjozeje sudit ingesnis. Visa tai , kas auki-i iau i idestyta, gal ioja i r mejozci . Mejozcs I profazes zigotcnos-pachi-tenos stadijose homologincs chromosomos yra konjr-rgavusios, pzrskuicentr ine dal imi atsistumia vicnu nuo ki tos^ laikosi t ik tc lomeriniaisgalais.

Chromosomoms judct i reik ia daug cnergi jos. Apskai i iuota, kadvicnai chromatidci nustumti pol iaus l ink sucikvojarna 20 ATP molc-ku l iq . O kur dar k i t i chromt )somos iudcs ia i !

9.1.2. Mej<t26. Homologiniq chromosomq konjugacija

Mcjoze yra specialus dali . j imosi bldas, kuris i5 diploidiniq lEstel iqpadanr haploidines l4steles. . los paskirt is tokia:

. i5l icka pastovus chromosomq skaii ius, susi l iejus dviem lyt inemsl4stelems;

. tolygiai, desningai paskirstomos homologines chromosomos;

. programuotai vyksta gcnetinc rekombinacija.

Si buna dv ic ju t ipq:

564

. homoloqines chromosomos atsi t ikt inai dcr inasi su chromoso-momis i5 kitrl chromosomll porll; galimq deriniq skaidius lygus2" (pvz., drozofilos 21 : 16.: Zmogaus 2?3 : 8388608);

. apsikeiiiama segmentais tarp homologiniq chromosomq - ryks-ta krosingoveris (homologine rekombinacija).

Mejoze skir iasi nuo diploidiniq lqstel iq mitozis tr imis esminiaisrciSkiniais:

. dvicm l4stel iu pasidal i j imais i r t ik v iena DNR repl ikaci ja:

. homokrgirriq chromosomq konjugacija ir pasiskirstymais;o progri lmtrotu krosingovcriu.

Mejoz6s eiga. Mejozc.jer l4steles dalijasi du kartus, tadiau chromo-sonros padvigubeja tik vicnil kart4. DNR replikacija r.yksta, ir chro-rnoncma padvigubcja ik i prasidcdant nrejozds I profazei. Pirma kart4r l i r l i iant is klstclcnrs, buna tokios padios fazes kaip i r rni tozeje, t iklabai uZtrunka I profaze, kur i skirstoma i keleta stadi jq (9.1 pav.):

. leptoten4 (plonas si [ las) - chrom<lsomos vis l : rbiau kondensucl-jas i ;

. z igotenq (susi jungqs siDlas) - 'nryksta homologiniu chromosomqsinapse, kartu chrcnrosomos dar claugiau kondensuojasi ;

. pachitenq (storas si l las) - susi jungusios poromis chromosomos(bivalcntai) tol iau trurt tpcr ja i r storcl j r ;

. diploten4 (dvigubas sir l las) - s inapt ine honrologiniq chromoso-mq trauka staigiai dingsta, i r chromosomos atsi t raukia vienanuo ki tos visu i lg iu, iSskyrus chiazmus (homologiniq chromoso-nru sankryZ:rs), labai ryikiai matyti, kad kiekvicr.ta chnrmosomasudaryta i i dvicjq chromatidZit l ;

. diakinezg (judcjimas j prie5ingus galus) - bivalentq kondensa-cija pasickia maksimum4, homolc'tgines chromosomos baigia at-si t raukt i v iena nuo ki tos. Kai kur iu organizmu rf iSiq homologi-nes chromosomos sukibusios t ik galais.

[-cptotenos-zigotenos stadijose chromosomos vienu galu susigru-pnvusios ir prisitvirtinusios prie branduolio membranos (tankios plok5-r c l L ' s t .

IL

565

Kaip ir mitozds profazdje, mejozis I profazeje i5nyksta branduo-lelis ir branduolio apvalkalelis. Po to prasideda I prometafazi: chro-nrosomos (bivalentos) juda i vidurio plok5tumq. I metafazd ypatingat ik tuo, kad achromatinds vcrpstds si I la i nuo vicno pol iaus pr is i tv ir-t ine pr ic vicno univalento ( t . y. homologinds chromosomos) centro-mcros, o nuo ki to pol iaus - pr ie ki to univalento centromeros. Kaiptik todel I anafazeje i prie5ingus polius juda po vienq univalent4, t.y. dukteriniams branduoliams tolygiai ir desningai pasiskirstomos ho-mologines chromosomos. Ir I anafazdje, ir I telofazdje univalentainegrjZta j pirming sandarE, lieka kompakti5ki, ir aiSkiai matyti, kadkiekvienas univalentas sudarytas i i dviejq chromatidZiq.

'l lrp I ir II dalij imqsi nerra rySkios interfazds. Per trumpE per-

trauki l tarp I i r I I dal i j imusi - interkinezeje - chromosomos ncsikci-dia. DNR repl ikaci ja tarp Siq dal i j imqsi nevyksta, todel chromosomqpo i iu dviejq pasidal i j imq sumaZcja pcr pusg. Gaunamas haploidinischromosomq skaidius, t . y. dukter iniq l4stel iq branduolyjc yra povicn4 chromosom4 ii kiekvienos homologiniq chromosomq poros. Su-sidaro 4 haploidincs l4steles. fvair iq organizmq mejozd vyksta skir-t ingose raidos stadi jose:

Pagal tai mejoze skirstoma j 3 t ipus:

. z igot ing; j i vyksta zigotojc lyt incms l4stclcrns susi l ie jus;

. sporing; j i b0dinga daugumai augalq: po ntejozds susidaro hap-loidincs sporos, iS jq vystosi gametofitas, kuriame, be mejozis,vystosi lytincs lqsteles;

' gameting; po jos susidanr lytines l4stclcs.

Gaubtasekliq augalq gamctofitas labai redukuotas, sumaZejgs. Tirojpat sporosc susidaro lyt incs lqstclcs (9.2 pav.).

Gyvf inq bf i t ina skir t i gencrat lv inio kel io i r lyt ines lqstclcs. Cenera-t lv inio kcl io l4stelcs ncpzit i r ia tq visq pokyciu, kur ie bIdingi somati-nems l4stelems (Zr. I I I sk.) . Sqlyginai jas gal ima vadint i nediferenci juo-tomis. Sios l4steles laipsni5kiri vystosi, diferencijuojasi I lytines l4steles.Zinduoliq moteri5kos ir vyriikos lytines l4steles vystosi skirtingai (9.3pav.). Moteri5kos lytinds l4steles vystosi i5 gemalinio kelio l4steliq, va-dinamqjr; ovogoniq. I5 jq diferencijuojasi I eil6s ovocitai. Juose rykstarcdukcinis branduolio dalij intasis, bet pati l4stele dar nesidalija. Dau-gel io Zinduol iq lyt ines lasteles baigia brgst i t ik apsivaisinimo metu. Ovo-ci tai igyja gebej im4 but i apvaisint i . Tadiau ju branduol io dal i j imasis

566

t-

III

toliau blokuojzimas: vienq I metafazeje, kitq II metafazeje. Prisiminki-nre, kad brendimo pabaigq skat ina MPF (brendimq skat inant is veiks-nys). Zmogaus ir kai kuriq gyv[nq tolesnd ovogeneze sustoja, ir tai galitrukti metq metus. Pirmasis mejozes dalijimasis baigiasi tik ovuliacijosrnctu (Zr. toliau). Kitq gyvunq I eiles ovocitq leto augimo faze pakcidiagrcito augimo fazd. Cia jvyksta rDNR genq amplifikacija ir susidarockstrachromosomine rDNR. Dideja mase - labai padaugejzr ribosomqir trynio. Pasidalijus I eiles ovocitui, susidaro dvi lqstelis. Viena jq

stambi - I I ei lcs ovocitas, o ki ta smulki - pol inis k[ncl is. Abi l4stelcsdalijasi dar kart4. I5 stambiosios l4stelds vil gaunamos dvi dukterinesl4stcles. Stambioji l4stelc diferencijuojasi j kiauSial4stg, o kita - vdlsmulkus pol inis klnel is. Po antrojo mejozes dal i j imosi susidaro t lyspol iniai k lnel iai . J ic sunyksta. Tik anomaliniais atvejais pol inis klnel isi i l ieka. Tirda j is apvaisinamas, bct se malas iS jo grei t 20va.

Spermatozoidai (vyri5kos lytincs lilsteles) irgi rystosi laipsniikai. IiI ciles spermatocitq po mejozes susiclaro kcturios lygiavcrtcs lqstclcs:

I ei lds spermatocitai (2n)

J< P i r rnas is - rcdukc in is da l i j imas is

l l ei l6s spermatocitai (n)

J<-l l nrcjozcs clal i j imirsisspernratid6sJ< l ) i l c rcnc iac i juspermatozoidai

' la i labai st ipr iai paki tusios lqstcl is (9.3 pav.). Spcrmatozoidai tu-

r i b[ t i labai judr[s i r cnergingi, kad pasiektq kiau5ial4stg i r sugebetq

! j4 prasiskvcrbti: ivcikti skaidriqlal zt>ntr (zona pellucidu), pratirpdintik izrui ial4stes apvir lkaldl i . ' Ih i t ikras spermatozoido vcrt is pat ikr ini-mas. Todel svarbi4 spermatozoido dal i sudaro mitochondri ju kom-plcksas chondriomas, aprr lpinant is spernrutozoidi l encrgi ja.

Zmogaus ganretogenezds ypatumai. Zntogaus ir ki tq Zinduoliq kiaui ial:1stes vys-tosi fol ikuluosc (puslclesc). Fol ikulas pi lnas skysi io, viduje yra kiauSialast i . Jo sie-nclci ipty(us, kiauSialqste patcnka i pi lvo ertm9, o i i ten i kiauSintakius. Kiaui ial:1s-tcs i ier j imas i i fbl ikulo (Grafo puslclcs) vadinamas ovul iaci ja.

Zmogaus kiaui ialEstes dycl is 150-200pm, masc 0,001 mg. Ji 1000 kartq stam-

besne uZ spcrmatozr) iclq. Jau pcnkiq menesiq motcriSkos lyt ics vaisiuje yra I ei lesovocitai. Jq yra apic 6.tJ x 106. Gimimo metu ju skaidius jau blna sumaZejqs iki2 x 10r' , subrcndusios moters - t ik apic 20(X)(X) nebaigusiq brgsti kiaui ialqsdiq. l5

iq vidutini(kai pcr visq gyvenim4 baigia brgsti -300-600.

561

Vyro spcrntatozoirhi gaminasi i i naujo. Spcrmatogenezi trunka apie 64 dicnas(nuo I c i l cs spcr r la tnc i tu i k i v is i i ko subrend imo 6 sava i tes) . Dc l S io sk i r tumo vy-r iSkoms i r moter i i koms ly t incms las tc lcms ncv ienoc la i pavo j ingos cks t remines ap l in -kos s4lytos. ypai pavcldirnus pokvi ius sukcl iantys mr.rtagenai. MoteriSkosc lyt indselrtstelcsc povciki l i sumuojasi. Manoma, kad i lgas laikcltarpis t i i rp pirmojo rncjrrTg5dali j imosi ir ovul iaci jos yra vicna i5 pricZasi iq, kodel toms motcrims, kurios gimdobhdamos vyrcsncs ka ip 3 .5 mctu . da2ncsn i aneup lo ida i .

Homologiniq chromosomq koniugacija. Chromosomos juda ekva-tor incs ploki tumos krypt imi i r i pol ius taip pat, kaip i r mitozeje. Tikvykstant mejozei chromosomos at l icka i r k i tokius judesius, ncb[dingusmitozci : homologincs chromosnmos suartcl ja. Sis suartc. i imas vadina-mas konjugaci ja, arba sinapse. Homologiniq chromosomq konjugaci jayra vicnas i i sudet ingiausiq i r dar ncpakankamai i i t i r tq rci5kiniq. Siuornctu vis labiau is igal i nuclmoni. kad homologines chromosontos kon-. juguoja i r somatincsc l4stclesc, t ik k i tokiu bf idu.

Vykstant mr:iozei, somatini chromosomq poravimqsi laipsniS-kai keidia mejozinis poravimasis. Mejozeje homologinill chro-mosomq konjugacija yra ddsningas reiSkinys. Honrologineschromosomos konjuguoja visu ilgiu labai tiksliai - lclkusas ilokus4.

Tfro is i t ik inta i i tyrus chronxrsomu mutaci jas (Lr. 6.1-5 pav.). Kaivicnojc i i hontologiniq chromosomq jvyksta nrutaci ja, o ki tojc chro-mosomojc ktkusr l tvarka l icka ncpakitusi , mejozes I dal i j imosi z i-gc'rtcnos-pachitcnos stadijose susidaro sudctingos kilpos, kryLiai, Lie-clai ir kt. figfiros, kad konjugaci.ja r,yktq lokuszrs i lokus4. li jq po-bldZio gal ima nustatyt i chromosonrq mutaci jos t ip4. Vadinasi, chro-mosomq homokrgi jzr yrzr pagrindinis sinapscs vciksnys. I r dia homo-logincs chromosomos visi5kai pateisina savo pavadinim4.

' Ihdiau b[das, kur iuo vicna homologinc chromosoma s4veikauja

su ki ta homologinc chromosoma, yra labai sudet ingas. Pirmiausiakyla klausinrai :

. nuo ko prasidcda konjugacija, kaip homologines chromosomossuranda vicna kit4, kokia konjugacijos pradLia

. kaip I zigotcnde susidaro ryiys tarp homologiniq chromosomqper vis4 i lg j?

568

Pradinis kontaktas tarp homologiniq chromosomq. Zigotenind irpachitenind DNR. Aptikta DNR, kurios replikacija yra neplaninc.vyksta zigotenoje. Si OXn buvo pavadinta zigotenine DNR (arbazyDNR). Ji sudaro 0,3o/o vist-t genomo, kiekviena seka 5-10 kb, josedaug G-C porq.

Zigotenincs DNR atradimas paskzrtino pasifilyti hipotezg, pagalkur i4 pirminis kontaktas tarp hornologiniq chromosomq atsiranda zi-gotcnines DNR vietose. Tarp DNR molckul iq susidaro , ,hibr idine..DNR - heterodupleksas. Hcterodupleksais, kaip uZtrauktuku sukabi-namos dvi homologines DNR molckulcs. Pradcjus formuotis sinap-toneminiam kompleksui, hcteroduplekso DNR suyra, t r [k io vietosLrzpi ldomos rcparacincs DNR sintczcs bldu ( tai i r yra toi i neplaninezvDNR sintezc):

[ | c tc ror l u p lc ksas Naujai susintct inta I)NR grandines dal is

Pach i ten ind DNR (pDNR) c la r v icnas nuk leo t ic lq sckq t ipas . k r . r r io nc l t lan incsit . t tcze, kaip plrvacl inint i ts nrclo, r 'yksta puchitcnojc, kai sinaptone nrinis kon'rplcksusi i tu sttsi fornt lvqs. l i r i ncturi jokios re ikinrcs homologiniq chruntosomu konjugrrci. j6spraclziai. Pachitcnine DNR sudrrro 0, l ' . i l v iso gcnomo, sckos 8(x) 3(x)t) bp i lgio.I t cs isk i r ia nuo l i kus ios DNR du l ics .

Nustatyta, kad zyDNR ir pDNR svarbios DNR rcparaci jai .Sinaptoneminis kompleksas. Pachitenojc homologines chromoso-

rtros sujungtos (arba atskir tos vicna nuo ki tos) sinaptoneminio kom-plckso (9.-5 pav.). Jis trukdo chromclsomoms sulipti ir suclarytas iStr i jq lygiagrcdiai su chromosomomis einandiu a5iq (clementq): dviejqioniniq i r centr inds. kur ias su chrtrmosomomis i r tarpusavyje jungi i rskersinds skaidulos.

Kiekviena Soninc aiis sqveikauja tik su viena homologine chro-mosoma. Sinaptoncminis komplcksas (SK) susidaro i5 branduolio mat-

l l

--.,i

-)

-.r

i

L-

569

tsr , , ,^*""'iE-

. t .&t;

e+ff* { f jts *i.

r l

II

( ) .6 p r rv . Ry iys ta rp seser in iq chrorna t id i iq

l rcnr ian t is N. K leckncr , 1996)

t ik centromerq sulaikomoschromatides, praeina dauglaiko. Si laikotarpi dukteri-nes chromosomos Ia ikos ikartu visu savo ilgiu. Be to,patiria laipsni5kq ir sinchro-niSkq kondensacijq. Nustaty-tu , kad chr t lmat ides v ienakitos atZvi lgiu or ie ntuotosveidrodiniu bldu (9.6 pav.).Sonuose i is idesdiusios ki l -pos. Jos didcja diddjant mi-toziniq i r mejoziniq chro-mosomq kondensiicijai.

Kdri Dcfinc

QC" / \ . "- |\ , t - )

A t 2 t t s J l 2 l 3

9.5 pav. Sinaptoneminis kompleksas:A, B - ivair iq oreanizrnq sinaptoncnrinio korrrplckso sancl:rra skir iasi: ,4 - svirpl io(Grt ' l lus argutt i t tus). B - grvbo (Ntoticl lu); . / - Sonind a5is, 2 - ccntr ini ai is. - l -chronrosonra (/ - iS R. Wcttstcin, .1. R. Sotckr, 197(l: t l - iS D. von Wcttstcin ctal. . I t)1i.1)

r ikso baltymq. Galais j is pr is i tv ir t ina pr ic branduol io mcmbranos. SKlaiko homologincs chromosorlas gana didcl iu i r tstumu vicni l nuo ki-tos: 240-300 nm. SK nuo ankstyvosios diplotenos pradcda nykti irv is i ikai i inyksta diplotcnos pabaigojc.

Homologiniq chromosomq sinapsds pradZia. Homologinds chro-mosomos suarteja savo telomcriniais galais ant v idinis branduol icrmcmbranos. Sie galai imcrkt i j tankiaia ploki telg ( lamin4). Thi i ro-dyta i5tyrus izochromosnmirs, kur ios gal i ivair iais brrdais konjueuot i ,nct vicnas chromosontos petys su kitu, ncs pciiai yra vienars kitamhomologi ik i . Kad ir kaip jos bf i tq konjugavusios, du jq galai jmerkt i

i v iding branduol io mcrnbranq:

Vidine branduolio membrana( larnine I<

Daugclio organizmq mcjozines chnrnrosomos prisi tvir t inusios pric r ibotos bran-cluol io apvalkalcl io sri t ies ir sudaro puokitg. Puokitc susidaro vclyvoje lcptoteno.jeir i5l icka zigotenoie. Kai kuriq organizmq chromosumr)s pl isi tvir t ina prie trranduo-l io apva lka lc l io , i r po to juda ic ik t> r iamos v icna k i tos .

Kontakto vietojc aptikta baltyrnq, svarbiq chromosorlos sanclarai (Scl, Scl l) .Miel iu chromosomq galuosc irgi aptikta baltymq (Taml, Ndj 1), kuriuos lcmiani iqgcnq mutaci jos slopirra sinapsq. Tir i geriausiai i rodo, kad pradinio kontakto victoiel r I t in i spcc i : r l r rs h i r l t ymt r i .

Soninds a5ys ir seseriniq chromatidiiq jungtis. Ir mitozeje poDNR replikacijos iki metafazis, kai ai5kiai matyti dvi atsiskyrusios,

570

th igi chromoncmos ki lpos (domenai) yra nukreiptos i Sonus, ochromatidcs pastol iai (karkasas) - i v idq. Chrornat ides vieni ja jung-tys. Manoma, kad, jon-rs ionais susi l ie jus, susidaro sinaptoncminiokornplckso Soninis aiys.

Ry5ys ,,veidu i veidq" tarp seseriniq chromatidZiq mitozejekeidiamas i rySi ,,Sonas prie Sono" tarp homologiniq chromo-somq mejozeje.

Po to galut inai susidaro ioniniai c lcmentai , k ick vcl iau i r ccntr i -nis elcmentas.

Didcl i organizmq ivairovc Iabai apsunkirra mejozcs tyr inrus. Kai kuriu organiz-ntq homologincs chronrosomos pradeda poruclt is t ik tam t iknrsc vielosc - centruo-sc. Anlai kickvicna ncnratodo ( 'ucnrrhuful i t i . t t , lagans chronrosonra turi t ik po vien4ttrki ccntr i l . Succharornvc'es ceru' isiae chrcnroncmojc yra 190 poravimosi vietq (kas6-5 kb). Special[s poravimosi centrai aptikt i i r drozol i los chromosomosc, i iskyruskctvirtrdi l .

Rekombinaciniai mazgeliai. Ant sinaptoneminio komplekso (pa-chitcnoje) centr incs a5ies buvo apt ikt i nedidui iai (90 nm) mazgel iai ..lq padetis ir skaic*ius sutapo su chiazmq ir krosingovcrio vietomisbci daZniu. todel j ie net be jokiq ki tq t iesioginiq i rodymq pavacl inr irckombinaciniais mazgeliais. Sic mazgeliai sudaryti i5 baltymq. Su-tampa vieta rekombinaciniq mazgel iq i r tq DNR sesmentq, kur iureplikacija ryksta zigotenoje-pachitenoje.

57r

Visi pagrindiniai mejozds t ikslai :

. taisykl ingas homolclginiq chromosomu paskirsfymas.

. krosingovcris ir genq konvcrsija,

. chromosonros sandaros paZaidq paial inimas (reparaci ja) i r

sandaros kontrold r,ryksta vicntt mctu ir yra bendros pricZastics

s u k c l t i r c i i k i n i l i .

9.3. PoZymiq pavelddjimas ir diploidi5kumas

9.3.1. Vienos chromosolnq/genq poros pavelddjimas

Kclctas gyvlnu tur i t ik v icnq chromL)s() l t ]u porl t . tarp jq nc kart i l

minet ir askaridi lst 'ur is nrcguloc'ephala, kur ios gcncratyvinesc diploi-

dir tcsc l i lstc lcsc yr: t po dvi chromos()miIS. Tirrkimc, kad toks gyvtrnas

yra nc hcrmafroditas (daLrginasi ivaisos, arba inbrydingo, bhclu), o

duuginasi susi l ic. jant dvic- jq organizntq lyt incms lz lstcl in ls (autbrydin-go b[clu).

Genq poros pavelddjimas, kai abu tdvai homozigotiniai. Tevaigal i bht i jvair iu gcnot ipq. Sutarkinrc. kad antr l izuosimc t ik v ien4 alc-

l in iLl geng pori1, i r k iekvicno i i tcvtp abiejose homglogi l l ise chrt lnro-

sornosc vr2r po toki pat i alel i . t ik skir t ing4 AA ir aa. Tdvai atrodytu

ta ip :

.4

Pagal daug kartq mi

i lA i r a \ \ u

- ' lapibldininrq abu tcvai yra homozigot i-

ilnitr l

n i i r i .Lyt iniu l4stcl iu

ratyvincs lltstclcs vi

,l,l

Dipkrido gcne'

Cia pavaizduotos ne t ik tevu lyt ines lasteles, bct i r pal ikuonir l

genot ipas Sioms lqsteldnrs susi l ie jus, kai atsikur ia diploidinis chromo-

somq skaidius.Gcnq poros paveldeiimas, kai abr"r t€vai yra heterozigotiniai (genc-

t ini jc anal izcje pagal Mcndel i tai at i t iktq pirmri i4 hibr idq kart4 - F,) :

l '6vai (at i t inka F r)

Mc.joze->

a Lytinds l4stel6s

Vaikai lpal ikuonys (at i t inka F2)Jq genotipq santykis:

l 4

L L . ! . : L . L - q. 1 . 1 1 a q i l

Taig i j ic yra t r i jq genot ipt l :

homozigotos A.4 ir ua, heterozigotos .'la'

PastarL[q yra pusc v isq pal ikuoniq

^l. { ! , 1 , q

i - F ' o T]r"1r

Tdvq porq\ "Tcvr-r poros gal i hut i ivair iq gcnot ipq:

' homozigotos AAx4A, (tuxua, AAxatt;' heterozigotos AuxAtt:' homozigota su heterozigota r lu*M, Auxnu.

Nuo t ivt l gcnot ipr- ; pr ik lauso fcnot ipq ivairove. Ji1 dar padidina

rule: l in iq genu saveikos pob[dis (9.1 lentcle).I5 t ikrqjq fenot ipq ivairovc dar didesni, ncgl l nurodyta 9.1 len-

tclc jc, ncs fenot ip4 (poZyml) daZnai nulemia ne vienas, o daug genq'

. t i pr ik lauso ne t ik nuo alel in i t l . bet i r nuo nealel iniq genq sqveikos.

Genotipas ir fenotipas, jq iymdjimas. Kai genetinis linijos arvcislcs kryZminamos dirbtinai, tdvus galima parinkti.

Klasikiniu genetinis anal izis atvcju kr1'Zminami homozigotiniai organizmai. Jie(tevai) Zynrimi raidc P ( loI. purentas - t ivinis). Jq pal ikuoniq kartos zyrnimos F ( lot.

l i l l - vaikai) su at i t inkamais skait iniais indcksais: F, - pirmoji , F, - antrt l j i , l - . -

l rct ioj i i r t . t . hibridrl kartos. F, rci ikia pirmoji hibridq karta, todcl pric F, daugiau

573

TcvqscnotlDal

Pal ikuoniugenot lPa fenotinai

ucnot iDo lormuld santvkis konketus fenotioas (oo2vmis sant l k is

A A X A A

4,1 xAo

A. Vis iSl s dominavimasA , a

AA, AAdominuojantis Adominuoiant is A

A a x A a AA, Aa,aa : 2 : l dominuoiantis/receswusis A ir a 5 : I

AA xuo

Aa \ da

u u t d a

AAxAAAA xAu

,4u,4a, uuQ(I

AAAA, Au

Il : lIB. Nevis iIl : l

dornrnuqantls Adominuojantis/recesyvusis A ir arecesyvusis aas dominavimasdominuojant is* Adominuoiant is* / tarpin is A i r - l '

Il : lI

II : l

A a ' A a AA, Aa, aa l : 2 : l dominuojantisritarpinisirecesyvusi s *A . T i r a

l : 2 : I

AA xuu

A u / a a

u0 \du

A t A I , r 1 t A

,4 t , t ,A : .1

A , A I , A I A

t l t : , t : 1

A u,4tt, ttua d

A , A ,iA)A ' A 'A ' A ' , , 1 ' A

A A

I

l : l

I

C . KIIII : l

I : l

tarp in is Ttarpinis/rcccsyvusis T ir arecesyvusls a

dominavimas

ATA l A rA r , A r A r

l

l : l

I

I

I

I

l : l

l : l

A'A" " A 'A" A ' A ' , A ' A ' , A '4 " . ) ' 1 A ' , A 'A - , A ' : l : t

A ' A ' x A ' aA ) A ) " A ) u. l lAt , . fu

A) ,1: t r11 u

A ' A ' , A ' AA:. : , A:aA t i . A ta, l t . 4 t , A : u

1 2

A r A r , A l^ l ^ l ^ :

A'axA 'a A'A", A 'a, A 'u, aa A 'A ' , A ' , A ' , a l : l : l

A ' A ' x u u

, l :A : ruu

A t A ) t a u

A t u x u u

A ) u x u a

da ^au

A I I

, :l l a

Atu, iu,4tu, ua, ),a 4, 0uuu

(panirSrD. Supr

i kaip ne

A r , A rA " aAt , o

a

rrdominavimas

v is iSko dominav i rno)

9.1 lentel i . Pal ikuoniu genotipai ir

ivair iai nlel iniq genq sqveikaifenotipai, esant ivair iems tdvq genotipams ir

* DaZnai sunku nusprgsti , kuris alcl is dominuojantis, o kuris rccr:syvusis ir nustatomas pagals u s i t a r i m i l . T - t a r p i n i s l c n o t i p a s , A - d o m i n u o j a n t i s p o 4 m i s , a - r c c c s i , v u s i s p o Z y m i s ,pal ikuoniq santykis nunrdvtas ta pai ia tvarka, kaip patcikianri gcnotipai arba fcnotipai.I 'aryikintu hcteroziqotincs ponrs ir ju pal ikuoniai.

iokiq ZodZiq i i i ios t irados raSyti ncreikia (claZna klaida). Kai turima omenyjc pa-i ius organizmus, raioma F, hihri t iai i r pln. Zymeti F,, F, victoj , ,pirmoji hibridqkarta", , .antroj i hibridq karta" labai patogu. Prisiminkime ir tai. kad uZraSant gene-t ines anzi l izcs rezultatus pirmasis nuroclomas motininis individas, antrasis - tcvinis,

574

todel l1' t i Zymini iu Zcnklq gal i i r ncblt i . DidZiclsiomis raidemis Zymimi dominutt jan-tvs, maZosiomis - rcccslvici i ( lot. rcccs.ir ls - atsitraukimas) genai.

Fcnotipq analizi, yra kur kas sudetingesne. Reikia isigilinti igeno veiklos (ekspresijos) esmg, kaip Sis genas sEveikauja su kitaisgenais, su gcnotipine aplinka ir ivairiais vidincs bei i5orines aplin-kos veiksniais.

Paprasciausi4 atvejl buvo aptikgs Mendelis:

vienas alelis visiSkai slopino kit4 aleli

domi n uoj antis -------------+ recesyvqj !.

IS Mcndc l io bandymq su Zr rn rars :PoZymis /a lc l i s dominuo jan t is rcccsyvusls

Scklu spalva gc l tona

v io lc t incSckhl l i rrrna lygiVr in ik lup iu spa lvai r k t .

Za l iarauki lcl taba l ta

Kai vienas alelis visi5kai slopina kitq aleli (kaip Mendelio bandy-muose), hetcrozigot<ts (Aa t ipo) vis iSkai ncsiskir ia nuo homozigotq, ku-riq gcnotipe abu aleliai clominuojintys (AA). Pvz., Zirniq homozigotos(AA) i r heterozigotos (Au) yra vicnodos. Jcigu tai seklq formos geni l i , t i l il romozigotos AA ir hcterozigotos Aa yrzr v icnodos formos (9.7 pav.).

Vadinasi. Siuo atvcju ncgal iml iS l tnot ipo sprgst i l rpic ()rgtnizm()

genot ip4. Reikia at l ikt i to lesng pal ikuoniu anal izg. Antai (9.7 pav.)vienq F, su lygiomis seklomis augahl palikuonys F., buvo tik su ly-giomis scklomis. Jr4 genotipas buvo AA - homozigotinis. Thrp kitqbuvusiq F, lygiomis scklomis augalq F., atsirado palikuonys tiek sulygiomis (jq daugunn - 3/4), tiek su rauk5letomis scklomis Qr+ -

'A).

Jq genotipas buvo Au hetcrozigotinis. O visu augalq, kuriq sdklosbuvo raukilitos, genotipas homozigotinis (aa). Tai patvirtina ir F.,analize. Thigi taisykli tokia:

Recesyvusis genas gali pasireikSti fenotipe tik homozigotindsbfikles aa. Yadinasi, tipi5ku atveju i5 receslviojo fenotipo ga-lima sprgsti, kad genotipas yra homozigotinis su abiem rece-syviaisiais aleliais (aa).

P * r F . . * P

_,#.-_,, - . - '

-

' t '

- a _ ' . ' . .

,#'...- @.. F. ,,rq ,*

###* ###,tF,*#*,* 6i ,8l 61' , f , :#4JG# *###'i #t#e;. f;,f i ,*.€],# # #4P, # ##& F.# #,ffi{* & S} t, €i,#,W W,W, # #ffiS} # ##& 'XB €ii -S &G#, ## {F&f}*i #&&6} c}s&€}

9.7 pa." ' . Monohibridinio kryiminimo rezultatai 4 hibridq kartose:1' tcl incs l i rrmos: F , F.. F., F, - Ir ibr iclu kartos

Sia taisyklc labai daZnai naudojamasi genet ikojc, ypad at l ickant po-pul iaci jq tyr imus. Tadiau kickvicna taisyklc tur i i i imdiLl . I lomozigotupapal reccsyvqj i gcn4 aa i5imtys atsiranda di l

. sqveikos su ncalcl in iais gcnais,

. apl inkos vciksniq povcikio.

Tirciar"r t ip i ikas poZymio pavcldej imas pagal Mendel j yra labai su-paprast intas. Net paprasdiausio poZymio gcnct ika yra labai sudct inga,poZymi lcmia daLrg gcnq. Pris iminkime. kad gana paprasto metabo-l i to (pvz., pigmento) sintezg lernia daugel is vienas paskui k i t4 vci-kiani iq genq, i r paprzrsdiausias gcno produktas daZnai yra netgi nefermentas, o pol ipcpt idas. Fermcntas gal i bht i kcl iq gcnq produktas(kaip DNR pol imcrazi I I I arba cr) . Tai pagrindiniai genai, o kur darki t i papi ldomiej i gcnai (Zr. tol iau).

But ina kiekvienq poZymi gerai gcnct iSkai i5t i r t i . Imkime pavyzdi.Buit i ikai i r apic nrelynakius Zmones gal ima b[tq pasakyt i , kad j ie yrahcrmozigotiniai aa. Tirdiau nealeliniq gcnq sqveika ima ir iikredia nemzl-lonq pokitq: dvicjq melynakiq (abu aa) vaikas rctai, bct gali b[ti, pvz.,rudakis. Pasirodo, reikia atidZiai apZilreti tevq akis. Jeigu nors vicnomelynakio tevq akys milynos su rudais (ar kitokiais taikeliais), galigimti vaikas, neirtitinkantis receslviojo geno paveldejimo taisyklcs:

576

Tevai aa><naVisi vaikai (arba jq dalis) aa + (ne su recesyviuoju poZymiu).Tiksliau, jq genotipai i5 tikrqjq yra aa, bet tie aa gali buti skir-

tingi ara, ir a,a., nes pigmento stok4 gali lemti skirtingq, nealeliniq,veikiandiq vienas paskui kit4 genq, mutacijos (Zr. toliau komplemen-tacija) arba dar yra papildomq nealeliniq genq, veikianbiq fenotipq.

Su mdlynomis ak imis dar ne v iskas . S i poZymi l cmian t is genasgali blti dominuojantis, jcigu analizuojamas dviejq aleliq, lemiandiq

. mclyn4 akiq spalv4,

. raudon4 akiq spalv4

paveldejimas. Mat raudona akiq spalva yra absoliudiai recesyvusis po-Zymis. Jokio akiq pigmcnto nesusidaro, spalvq suteikia kapiliarq tin-klas. Nors tai retas ivykis, bet dvieiq melynakiq pora gali b[ti ne homo-zigotini, o heterozigotinc (pagal dominuojandiojo geno formulg):

melynos akys melynos akysTcvai Aa , Aa

/A o , 1 )

I ; il, l I;",r'.'. liillillT#.Vaikai t- As 1 rrrelynos akimis

I as I raudonos

Taigi buvo galima isitikinti, kad palikuoniq fenotipas (poZymis)nr ik lauso:

. nuo tevq genot ipo (9.1 lentele),

. k iek poZyml lemiant is genas tur i alel iq (ar yra pol ialel izmas),

. kokie yra santykiai hcterozigotose tarp aleliq ir su kitais ge-nais.

Geneting analizg komplikuoja tai, kad

. daZniausiai t4 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 do-minuojantys, o kurie recesyvieji, - visa tai nustatoma (kur tai jmano-

J?. 13111 577

ma) t iesi6giai - hibr idologiniu mctodu (Zr. I sk.) . Kur tai neintano-

ma, sprendii'ama i5 genealogijq tyrimq, t. y. taikomas genealoginis

metodas (Zr. I sk.) .

9.3.2. Lytindse chromosomose esaniiq genq pavelddjimas

Ypatingu budu paveldini genai, esantys lyt inesc chronlost lmtlsc,

kai yra hctcrogamctine (XY) lyt is. Gal imi trys atvejai :

. gcnas yra X ir Y chromosolrlose,o genirs yra l ik X chromosclmojc.. gellns yra tik Y chrclmostlmoje.

Pseudoautosonriniai genai. Ki taip pavclcl imi nc( t ie genai. kur ie

yra zrbiejose - X ir Y chromosomose. Sic genai vadinami pseudoau-

tosnminiais. Tirks. pvz., yra dftrzofilos genas bobbed (bb). Tai recesy-

vr.rs is gcnas. Homozisot incjc huklcjc bb kIn4 clcngiantys icrel iai yra

plclnesni i r t runtpcsni. Gcrras yra l rranduolcl io organizator iujc, t . y.

ten, kur susikaupq rRNR gcnai.

SukryZminus honr0zigot incs bb bb pateles su hcterozigot iniais pa-

t incl iais BB bb, i i rySkcja skir turnai tarp i iq pscudoautosonriniq i r t ik-

rq autosominiu gcnq. Pal ikuoniq poZymiai pr ik laust-r nuo to, kur ioje

tcvo - X ar Y - chrtlmosomojc buvo dontinuojantysis alelis:

XD6yrl, x XrryBa

,1,"' ,i""' i"'

"rr*oo I j

futbbed pateles

xhhYRR I

P

Lytincs l4stelcs

Pa l ikuonys Norural ios patclc!

xhhYhh l

bohbed Patincl iai

ybrYM x X rrs\ ' r , af ba

i^, xhtB i,,,,

[ ' xrBxrb i

Normal [s pa t ine l ia i

Cia viskas bl tq kaip , ,pagal Mendel i" ' t ik atsiranda s4saja su

lytimi: kurios lyties - patelcs ar patinilio fcnotipas rcces)'vusis (nag-

rincttr atveju mutantinis bobbed), o kurios lyties - su dominuojandiu

(norm: r l iu ) poZymiu .Diferenciniai segmentai . X i r Y chromos()mq scBnlentai . netur in-

tys homologq pricsingoje chromosomoje, vadinami difcrenciniais seg-

mentais. Juose lokal izuotq genq paveldej imas ir pasirei5kimas irgi

susi jg su lyt imi, bet k i taip ncgu pseudoautosominiq genq.

(ienai, kurie yra tik Y chromosomoje. Holandriniai poZymiai.

Kadangi juos lemiantys genai yra tik Y chromosomoje, Seimoje Siuosgenus 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 esandius ryri5kqjE lyti

lemiandius genus. Pozymiai, kuriuos lemiantys genai yra tik Y chro-

mosomoje. vadinami holandriniais.

Pavacl inimas ki lcs nuo vicnos garsios Olandijos aristokratq icimos, kurioje pir-

nri t karta susidurta su tokiu poZymio paveldej imu. Visq icimos vyru ct iketd - plcvc

trrrp l l i r I I I koj0s pir i tu. Pagal gcncalogi. i :1 i iojc icimoic jau pcr t t00 mctq i is

scnas y ra pavc ld imas ka ip ho landr - in is . t . y . j i puvc ld i v is i bern iuka i . Thd iau k i tosc

icirrosc i is poZymis ai ikiai paveldimas nc pcr lyt incs chromosomas. Gali buti , kad

vicno kurio protcvio kuriot ipe ivyko transloklci ja i i autc)somos i Y chromtlsom4.- lh i

v is i i ka i j rnanoma. Pr is im ink imc i i l kvcrp io k iau i ine l iq sp l l vos gcnus (Zr . p . 4 i5 ) ,

kur ie d i rb t inu i i i au tosonrq buvo pcrke l t i ( t rans loku t t t i ) i l y t inc chromosonrq , i r

i i lkvcrpio lyt i buvo gal ima numatyt i i ( kiaui ini l iq spalvos. Nttrs kit t lse i i lkvcrpio

l in i josc . hc tn tns lokrc i jos . gen l rs y ra . ip r r rs lo . i c v ic to . i c - l l u los ( )m( ) ic .

Geno vieta chromosomoje yra tik santykinai pastovi.

Genai, kurie yra tik X chromosomoje. ,,Sukibg" su lytimi poZy-

nr iai . Sir l poZymiq pavcldcj inras [ruvo iSai(kintas dar tuo rnetu, kai i i

v iso apie paveldej imo disnius, juo labiau apie chromosomas, nieko

nebuvo Zinoma. Pric i t f ikstani ius metq jau buvcl Zinoma. kad hemo-

f i l i j4 (kraujo nckrcicj imq) herniukai paveldi i i sveikq motinu. Hemo-

fili ja serguniiLl moterq labai rcta. PanaSiai pavcldimas daltonizmas

(spalvq neskyrimas). Moterims daltonizmas pasirci5kia daZnizru - 0,5c/o,

tatiau ryru daltonikLl yra apic l0o/r,, t. y. 20 kartq daugiau.

Siq pozymiq pavclddj inro i r pasirei5kimo csmg atskleide Morga-

nas ir jo bendradarbiai, tirdami drozofilos raudonE ir balt4 akiq spal-

vas. Akiq spalvos paveldejimas irgi priklauso nuo lyties: lyriSkoje

lytyje recesyvusis genas pasirei5kia daZnizru (9.1t pav.), bet tai susijq

nc su Y, r-r su X chromosoma. Joje yra genai, kuriems nera homo-

logo Y chromosomoje. Vyri5koje lytyje Sic genai yra hemizigotin€je

btklejc, kaip ir gcnai, kurie yra tik Y chromosonroje. Genai, esantys

cliferenciniuose X chromosomos segmentuose, ir jq lemiami poZy-

miai Morgano buvo pavadinti ,,sukibusiais" Su lytimi. Pazymetina,

kad j ie ndra nei antr iniai , nei juo labiau pirminiai lyt in iai pozymiai .

Vieninteld priezastis, kodel tie pozymiai susijq su lytimi, yra Siq genq

qd -

-

/iv+l ll\./\dr*-'-r-

..,nV 1)\ul 4\g/

\j \ v'\t ' t ' -

- ' ' - : n

- q

lt

n €I r:::

'l

@Ig-F-

/Ai1V:_-....:i?|-

Fl

F l '' l L * _

It

qQ -' ' ; ? -

q

@

c.............--

(g" t -

6 mfT ( _

u '

,qq {gg- A*--*-f,''ilF-'iiiF-

lF.il'l B9.ll par'. ,,Sukibusio" su lytimi dr'zofil's geno v,hite (w) paveld€jinras:zi. baltaakc patclc poruojama su normali .s akiu sparvos patincri l ; B - normuriosakiq spalvos patclc poruojama su baltaakiu patinel iu; r - raudonomis, b - baltomisak imis

vieta X chrclmosomojc. Jau dabar sioje Zmogaus chromosomoie zi-nomil daugiau kaip 1(X) genq.

Hemizigotind bDkld susidaro nc tik clel diferenciniq segmentq Xir Y chromosomose, bet ir del haploidijos (tik vienas chiomosomrrr inkinys), monosomijos ( t ik v iena chromosoma is honrolosiniu chro-mosomq poros). deleci iq (vienoje chrom,somoje i ikr i tgs -- . .gr"nr.r .

fitoje homologineje chronrosomoje sis segmentas islikgs). Tuigi unu-logiSkai homozigotai ar heterozigotai genetikoje skiriami hemizigota(gr. heni - pusiau). Tai organizmas (arba l4stele), kuriame yra tikylenas alelis vietoj aleliq poros. Kacrangi r,yriskoji lytis turi tik vien4X chromosom4, visi joje esantys genai, kuriu neia y chronrosomoje,pasirei5kia fenotipe nepriklausomai nuo to, ar jie dominuojantys, arrecesyvieji.

I5nagrinekime, pavyzdziui, kaip paverdimas recesyvusis,,sukibgs,,su lytimi poZymis daltonizmas. Jis pasirinktas todei, kad jo genaidaZnesni, taip pat realis ivairus genotipai bei poros.

??Tlie;-,:fl".T;::1f ^!"'iH^.?,::s:'ji:-':":',"ariaiskiriaspa,-;:: l:*,,"",,11?"1 "oil:l*"1'

(dlf , visois dukros y.u n"t.-'r{:,ii3:.

Lytines l4steles

Vaikai

Sln Is i rg i normal is , ncs X chnrmosomE bcrn iuka imot lnos.

St]nus

II Ouka normali, bet geno platintojaJ

t i

paveldi tik_lI S

?rrkimc, kad sioje -(eimoje dukra (+r/) iiteka uz normariai spar-vas skir iani ict vyro (+D:

ryF

.l1ir

P

i Lytines| 4steles

lf'-.ll- Dukra normalihomozigotine

Dukra - nonnali, bet genoplatintoja

.llt ,qn

F -f J\

i l 'o""normarus

t ffi--lronu,

dartonikas____l

Jq dukros vel normaliai skiria spalvas, taiiau puse iq s[nq, kurieii..motinos paveldejo X chromosoni* ,u daltoniz;o g.nr, yru dalto_nikai' Thip po4mi is senelio per duiras paverdi uyr*ko, lyties an[-kai. Toks poZymiq paveldejimas kartais vadinamas krvimisku.

LIs.l[\normalur

Daltonikes mergaites gimsta Seimoje, kurioje daltonikas tevas (dfyra susituokgs su heterozigotine moterimi (+d). Sioje Seimoje puseberniukq ir mergaidiq yra daltonikai:

Duka - normali , bctplat intoja

Sunus nonnalus

Dukra - daltonike

geno

S[nus daltonikas

Tbkios santuokos tikimybc priklauso nuo geno daZnio populiaci-joje: kuo genas retesnis, tuo maZesne tikimybe, kad gims homozigo-tinds mergaitcs ir poZymis iSry5kes moterq fenotipe. Del to hemofi-li ja tarp motenl yra i5inrtinis, o daltonizmas, nors ir gerokai rediaunegu tarp r,yrq, vis delto imanomas ivykis. Mat daltonizmo genai yrapaplitg populiacijojc.

Dominuojantys ,,sukibg" su lytimi poZymiai, atvirkidiai, daZniaupasirciSkia tarp moterq. PavyzdLiui, normalus spalvq skyrimas, pavel-

dimi defektai - neorganinio fosfbro stoka kraujyje, ddl to i5sivystorachitas 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 ypa-

tybiq (Zr. 3.1. sk. ir 3.1 lentelg), tadiau genq/pozymiq paveldejimuisvarbiausios, lemiandios yra dvi:

. diploidiSkumas,

. genomo susiskaidymas i atskirus fragmentus - chromosomas.

Eukariotq genomo fragmentacija i didesni ar maZesnj chromoso-mq skaidiq padiktuoja savas ,,Zaidimo" taisykles. Galimi du nealeli-n iu genq pavc ldc j imo a tvc ja i :

. skirtingi, nealeliniai genai yra skirtingose, nehomologinese chro-mosomose.

. nealcliniai gcnai yra toje padioje chromosomoje.

Pirmuoju atvcju gcnai/poZymiai paveldimi nepriklausomai, antruojultvcju genai yra sukibg.

Mendelis nustati, kad poZymiai paveldimi nepriklausomai vicnasnuo ki to. I r tai v ienas didZiausiq Mendel io pasiekimq, vienas i5 jcr

ilcsniq. Tik vcliau buvo nustatyta, kad nepriklausomai pzrveldimi netnc gcnai, o chromosomos arba genai, kurie yra tojc padioje chromo-somojc, bct nutolg, i r krosingoverio daZnis labai didel is.

Clenq sankib4 atrado Morganas ir i5 karto i5ai5kino jo pricZasti:gcnai, kur ie yra tojc padiojc chromosomoje, paveldimi kartu, sukibg.

Kad ir kaip tol i b l tq paZcngg genct ikos tyr imq metoclai i r rczul-tutai , bct, pirma, eukariotq genet ind anal izc hibr idologiniu metoduvra nei5vcngiama norint nustatyt i genq s4veik4 i r paai5kint i fenot ipqivairovg palikuoniq kartosc ir kodel atsiranda nauji fenotipai dcl gc-nu s4veikos. Antra, nei5vcngiamai tcnka kryZmint i eksperimentinius,gcnet inius objektus i r jq rezultatus pr i taikyt i t iems objcktams, kur iqclirbtinai pagal pasirinkt4 plan4 kryZminti negalima. Thrp tokiq ob-

.jektq svarbiausias yra Zmogus.KryZminimai, kuriuose tdvai skiriasi lvairiLr genu skaidiumi arba

analizuojamas jvairaus genq skaidiaus paveldejimas, turi pavadinimus.

. Monohibridinis - vadinzrmas kryZminimas, kai tiriamas vienosaleliniq genq poros paveldejimas, heterozigota pagal vien4 ti-r iam4 alcl iq por4 - monohibr idas;

. dihibridiniu - dvicjq nealeliniq genq analizd, heterozigota pa-gal du t i r iamus genus - dihibr idas;

. trihibridinis - trijq ncalcliniq genq analizd, hcterozigota pagaltris tiriamus genus - trihibridas ir t. t.;

. polihibridinis - kai ncaleliniq genq skaidius didelis, hetcrozigo-ta pagal daug genq - polihibridas.

,-j!Il.t

9..1.1. Nealeliniai genai - nehomologindse chromosomose.Nepriklausomas poiymiq pavelde.iimas

Dihibridinio kryZminimo analiz6. Pradekime nuo paprasdiausio:dviejq chromosomq porq.Vienoje jq yra lokusas A(a1, kitoje - B(b).Thrkimc, kad pasirinkti fyrimams hibridq tevai yra homozigotiniai

abiejose gcnLl porosc. Vieno jq genai dominuojantys +

tF kito -

a brcccsyvreJr

; ESi4 padetl visiskai atitinka klasi5kiausias Mendelio atliktas Zirniu

su gcl tonomis lygiomis i r Zal iomis rauk5letomis seklomis kryZmini-mas. Thrkinte, kad ,4 - geltona spalva, u - Lalia spalva, B - lygiforma, b - rauk5leta forma. Tircla tevai atrodys taip:

.. s ,#..P ,4 i f . " / l *? i " ( -Gcn. , rparA B o b ' ,

"(icllorros lr gios Zilhos ruukslctos (- I' 'crrotiFri

Crr t r rc l , r r . l I ) r t h? ? r -

l : * l t, , --

*# : I \risi rtLrgalai vicnodi

( i . ' l tono< l r . r ro r

i\& drr1ff

C a m c r , r : A B , a h .

Fl

lvlc_jozc-s I nrctafiyi

4s , -s.g-,

, 4L' AEq ba6

/!r,r'fl\d,

J hI l !. 1 H

( lc l t0n0s

l t , t ros

;*A biTCcl ( ( )n ( )sraukil itos

EJ. 4 h

a Fr t H

( ic l t t r r ros

l\ .qLo\

.{.*'!i:

) l t! l !10 l )

GcltonosrxukSlclos

. !-,!! -,1".,

. , , t t+|f. t t ' t'

Gcllonosh gros

0cr lJ:tr 7i

!!-L; * tql

sg lt B I

( ic I torrosl \ g los

ile\{r-,at t)

..1 hCcilontrsmukSlclos

Gcltonos lygios Zal ios rauki lctos

PaZymeta didZiosiomis ar maZosiomis raidemis i5 anksto Zinantrczultat4. Paprastai apie iitaip paZymitas gcnq sarybes. sprendZiamaiS F, (9.7 i r 9.9 pav.).

Kai tdvai honozigotiniai, visi pirmosios kartos (F,) hibridaiyra vienodi, pasirei5kia dominuojantys genai. IS F, galima sprgs-ti apie aleliniq ir nc-alcliniq genq s4veikos pobldi.

Lytiniq lqsteliq genotipai. Mcjozc diploidines lqstelcs paverdia hap-loidinemis: homologines chromosomos poruojasi ir is kiekvienos ho-nrokrginiq chromosomq poros i prieiingus polius kcliauja po vicnqhomclkrginq chromosomq. Taigi kokiq genotipq ir kokiu szintykiu su-sidarys lyt incs lqsteles, t ip iSku atveju ( toks yra i is Mendcl io bandy-mas) priklausys nuo tcvq genotipo. Kai abu td:vai homozigotiniai,visos jq lytines l4steles vienodos AB arba ab. Tadau reikia paaiikinti,kodel heterozigotiniq pagal dvi genq poras F, hibridq lytines l4steldsyra keturiq tipq.

Pagrindine chromosomq paskirsfymo tvark4 jau aptardme: iS kiek-vienos poros po vien4 chromosomq. lr jos laikomasi (9.9 pav.), ta-iiau homologiniu chromosomq tarpusavio i5sidestymas mejozes I me-tafazi ' je yr i r atsi t ikt in is.

584

Ccl lonoslr gios i

* BiF2alioslf'gioe

$etAt7 t)zallosl.l gios

9.9 pav. Dihibridinis kryiminimas. Zirniq s6klq spalvos pavelddj imas

Todel, kai tarpusavyje derinasi dvi chromosomq poros,dvi ju padetys I metafazes vidurio plok5tumoje:

arba

gal imos

e t hZFZaliosll.gios

S:-' I**,, I2rttids , ]

585

Abicjq Siq padidiq t ik imybe vienoda - 1:1, toddl i r dihibr ido

lyt incs lqsteles yra ketur iq genot ipq i r v ienodu santykiu:

I A B : l A b : l a B : l a b

I i gencl ikos mokslo ,, iaunysl is" mtisq laikus yra pasickqs labai patogus F. uZ-

raivmo bhtlus. pavadintas j i sugalvo.iusio anglq"rnoksl ininko Pcneto (R. C' Punnctt)

yarclu - Peneto gardetd. urba Pcncto lcrrtcl i . Sis bhdas vpai pravcri ' ia nagrini ' . i i rnt

sudc t ingcsncs gcnu sar . ' c ikas .Pcncto garclcld sudaroma taip: a) i5 vicno taiko nubrcZiarnos dvi l ini jos:

v icna vcr t i ku l ia i Zcmyn. k i ta s ta tn rcna i p i rma ja i ide5 inc pusq; t r ) an t ver t i ka l io -

sios l ini jos surait tnri ntt t lcr i ikt l lyt iniq lqstel iq gcnotipai ir jq sirntykinc drr l is. o

ant hor izonra l ios ios - ry r i i kq l y t in iq l4s tc l iu gcnot ipa i i r jq santyk in i da l i s : c )

kick yra vyri ikq ir motcri ikq lyt iniu l4stcl iq genotipq, t ick nubreZiamrt lrorizon-

t l l i u i r vc r t i ka l iu l in i ju . Jq sus ik i r t i r rc sus idarcs langc l i s Yra a tsk i r i t s z igo tq dc-

l l l t vs .

zirniq Ir, hibridai lbic. jOsc genq porosc hctcrozig() l iniai, todcl jq lyt incs lr ls-

rc lcs y ra kc tu r iq t ipq lyg iu santyk iu , vc r t i ka l iq i r hor izon ta l iq l in i jq po kc tu r ias ,

l l lnecl iq - l ( j . T' ick ynr qcnotipu dcriniq F,, atsiZvelgi irnt ir i t i i i , i i ko t ivtt

rur niot ir tos - pavcldimrrs gcnrrs. - l ' ik

(9.9 pav.) ial irr lyt iniu l i rstcl i t l gcn() l ipLl

ncnurody t i . iu daZn ia i . t rcs v isq t ipq ly t in iu l4s tc l iq ynr po lyg ia i '

Kai rcik ia skai i iLrot i gal imq gcnot ipu daZnius, ypad kai lyt in iq

lqstcl iq daZniai skir t ingi , ia l ia lyt in iq lqstel iq genot ipr l but ina nurody-

t i jq daZnius.

Konkretaus genotipo zigotq daZnis yra lygus daZniu sandaugai

tq lytiniq l4steliq, kurioms susiliejus atsirado toks genotipas.

Ti i ip apskaidiuojama t ik imybe konkrediq genot ipr l pal ikuonims at-

sirast i . Pvz., t ik imybd motinos lyt inems lEstelems AB = 0,25 ir tevo

tokio pat genotipo lytinems l4stelems AB = 0.2-5. Sudauginq Sias

t ik imybcs ir suZinosime, kokiu daZniu gai i but i pal ikuoniq, kur iu ge-

notiDas AA BB:

0,25 x 0,25 : 0,0625, arba #

Toks Sio genotipo zigotq daZnis surandamas ir i5 Zirniq F, hibridq

Peneto gardeles (9.9 pav.).

586

Tii iau pateiktoje Pencto gardeldje yra i ianal izuoti t ik vicno tcvt! gcnotipu dc-

r inirr pal ikuonvs: abu tcvai hetcrozigotiniai Aa BhxAa Bb. ( iamtinese populiaci josc,

tarp jq ir Zmogaus, tdvq genotipai gal i buti ivair ls. Net icigu pratgstume Zirniq

hibridq tyr imus F,, vien su homozigtttn AA BB gal i blt i i ios 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 . . l t lB ir auBB, AA BB ir aa Bb, AA BB ir Aa bb, AA BB ir aa Db. O kur kit igal inr i deriniai ' l Kickvienai iS Siq porq gal ima apskaidiuoti pal ikuoniq genotipq ir jq

drZniq t ikimybcs aukidiau i5distytu hhdu. Taip ir daroma. kai t i r iamtls populiaci jos.

?r Zirniq genotipq lvairovc, kuri4 nagrinejonlc F,, yr:r dirbtinai

sLrkurta juos kryZminant. J ic yra savidulkiai augalai , i r jq ivairovegul ima sukurt i t ik juos cl i rbt inai sukryZminLrs. Zmttqaus ge not ipr l ivai-ro\iO realiai egzistuoja del dauginimosi pob[dZio - laisvo poravimosi,

autbrydingo. Zmogaus teviniq porq, lyt in iq l4stcl iq i r jq pal ikuoniq

gcnot ipt l ivairovc labai didclc. Kokia j i tcor i5kai ' /

Polihibridiniai kryiminimai. Didelio (n) chromosomu skaidiaus

dcriniai . Mendel is istenge at l ikt i t ik t r ih ibr idini kryZminim4, bct tcr

pakanka bendroms paveldejimo tendencijoms nustzltyti, kzii nepriklau-

sor-nai paveldinras didel is (n) genq skaidius, t iksl iau, kai tarpusar,yje

clcr inasi didcsnis kaip 2 nchomologiniq chromosomq porq skir idius'

Bendri genq paveldcj imo ir pasirci5kimo hibr idq kartosc disnin-

run l i r i y r l r t i c pa tys :

. pirmoj i hibr idq karta (F,) v ienoda;' nuo F. palikuonys susiskaido i grr-rpes.

Kcidiasi :. lyt in iq l4stel iq i r z igotq (gcnot ipq) deriniq skaidius bci santy-

kis:' fbnotipq grupir.l skaidius ir fenotipq santykis (apic tai toliau).

Hibr idu (hcterozigotq) lyt in iq lqstel iq deriniq skaidius kinta Si-ta io :

monohibr ido (Aa)

dihibrido (Aa Bb\trihibrido (Aa Bbpolihibrido (n)

- 2 deriniai,- 4 deriniai,

Cr) - 8 deriniai- 2" deriniq.

587

I5 tikrqq tai ne genq, o diploidinio organizmo chromosomtl de-riniai, kur ,,n" ir yra haploidinis chromosomq skaidius. Taigi maksi-malus lytiniq lqsteliq deriniq skaidius: Zmogaus - 223 = 8,4 x 10r',drozofilos - 24 = 16, kukur[z\ - 2'u = 1024. I5 tikrqiq deriniq skai-dius bus nepalyginimai didesnis del krosingoverio, kuris be didesniqi5imdiq turetq vykti tarp visq toje padioje chromosomoje esandiq su-kibusiq gcnq. Cia skaidiuojamas tik lytiniq l4steliq kombinacinis kin-tamumas dcl atsitiktinio chromosomq derinimosi.

Empiriniais (F, hibridq) tyrimais zigotq genotipq deriniq skaiiiustoks:

. monohibridinio kryZminimo - 4

. d ih ib r id in io - 16

. t r ih ibr idinio - 64

. pol ihibr idinio - 4D

Gzrlimam zigotq genotipq skaidiui suZinoti rcikia sudauginti t6voir motinos lyt iniq l4stel iq deriniq t ik imybes:

2"x2"

Zmogaus bl tq i5 t iesq astronominis skai i ius: 2)3\22] :216, arba8,4'106x 8,4'10u : 7,056'1013. Ir tai be krosingoverio.

Abi i ios formulds is imint inos. Jomis naudojamasi jvair iais t ikslais.Pvz., norint nustatyti, kcli gcnai lemia poZymi. SprendZiama pagaltai , i5 kokio minimalaus F, hibr idq skaidiaus i5ski lo vienas individassu rccesyviuoju poZynriu:

I iS 4 - poZymi lcmia I genq pora,I i5 16 " 2 gcnq poros,I iS 64 " 3 genq poros,1 iS 2-56 " 4 gcnq poros,I iS 1024 " 5 gcnq poros,i r t . t .

Davcnportas (C. Davenport, 1913 m.) vienas pirmqjq pritaike Siuosskaidiavimus, noredamas nustatyti, keli genai lemia juodaodZiq ir bal-taodZiq Zmoniq klno spalvos (melanino sintezes) skirtumus. Jis i5ty-rd mulatq (hcterozigotq santuokq) palikuonis ir nustatd, kad klno

588

9. l0 pav. Poiymio pavelddj imas, kai pol igenq porq nedaug:pavyzdyje Zmogaus kDno spalva lemia kcturios pol igcnq poros; tcvai hcterozigotiniai(at i t inka F',). jq fcnotipas tarpinis; F, - pol igcnq pasiskirstymas tarp jq pal ikuoniqir fcnotipai

spalvos skirtumus lcmia nors nevienodas, bet palyginti nedidelis ne-alcl in iq genq skaidius: 4-6 (9.10 pav.).

Daugelyje Zmogaus veiklos sriiiq reikia atlikti polihibridinio kryZ-nr inimo anal izg:

kiekybiniq poiymiq genetikoje (Zmogaus k[no spalvos skirtu-mai priskiriami Siai poZymiq grupei);gamtindse populiacijose, Zmoniq Seimose (tevas nuo motinosskir iasi daugel iu genq);

. selekcijoje - daZniausiai ieikoma palankiq gcnq deriniq ne tarp2-3, o 10 ir daugiau genr+ porq.

Fenotipq ivairov€ paprastai yra maZesne negu genotipq ivairove.Maksimaliu atvcju genotipq ir fenotipq ivairove sutampa. Tuo galimabuvo isitikinti i5 vienos chromosomq/genq poros rezultatq (Lr. 9.!lcntelg).

Thdiau hibridq fenotipq ivairove irgi susijusi su bendru chromo-somq skaidiumi kariotipe ir genq padetimi chromosomose. Genetines

f f iW*.J.h&I laltaodrs

Ml a4rrnrs

aaaao o c o

Juodaodis

589

anal izds rezultatai pr ik lauso nuo to, k iek iSt i r ta genq, kur ie paveldi-

mi ncprik lausomi arba sukibg. Kai genai paveldimi neprik lausomi,

monohibr idq (Au xAu) pal ikuonys (F.) susiskaido i2 fenot ipines grupcs santykiu 3:1,dihibridq (Aa Bb x Aa Bb) - i 4 fenotipincs grupes santykiu 9:3:3: l '

t r ihibridq (Au Bb Cc x Aa Bb Cc) - i t3 fcnotipines grupcs santykiu 27:9:9:9:3:3:3:1,

po l ih ib r idq - i 2 " fcno t ip ines grupcs santyk iu (3+ l ) " .

Nepriklausontas poZymiq paveldCjimas. Tilksta trediojo Men-

ciclio dcsnio, kuri galima aptikti ir lrodyti tik i5tyrus dviejq ir

daugiau genq, csandiq nehomologindse chromosontose, paveldeji-

mE.

Pozymiai pavclclimi nepriklausomai vieni nuo kitq, jeigu juos

lc-rniantys gcnai yra nehomologinese chromosomose.

Antroj i i io dcsnio dal is atsirado lau po Mcndel io. Dar kiek ve-

l iar-r , po Morgano darbq, is i t ik inta, kad , ,ncprik lausomai" paveldimi

ir t ie gcnai, kur ic yra tojc padioje chromosomoje, bet nutolg vienas

nucl k i to. Taip yra dcl krosingovcrio.Gcnet ini rckombinaci ia - antras rei ik inys, kur i gal ima apt ikt i

t ik i ( tyrLrs clarrsi i tu kaip vicnos gcnq poros pavcldi j inta. l r tai ne-

pr ik lausomai nuo to. ur gL'not ipt l ivairove atsiradusi

. dcl la isvo chrt lmosttntq dcr inimosi ar' d i ' l k r o s i n g t t v e r i o .

Sumind skilimo F, formul6. li Peneto gardcles dihibridiniam kryZ-

minimui (9.9 pav.) akivaizdu, kacl kai yra vis iSkas dominavimas, kon-

krcciojc genrl poroje pakanka vicno dominuojandiojo alelio, kad fe-

notipe pasireik5tu dominuojantis pozymis. Fenotipas bus tas pitts, ar

b[tq, pvz., homozigota AA, ar heterozigota Aa. Todel labai patogu

dihibridinio kryZntinimo fenotipq santyki F" uZraiyti Sitaip:

9A - B - : 34 - bb : 3ua B - : laa blt

eia ir kitur br[kSnys (-) rei5kia antrqii genq poros aleli, kurisnelemia fenotipo. Si formulc parodo, i5 kokiq genotipq susidaro fe-notlprl grupes.

9.4.2. Paveldqiimas, kai genai yra vienoje chromosomoje. Genq sankiba

Genq sankib4 pirmiej i apt iko Bcitsonas ir Penetas 1906 m.kaip i5imti i5 Mendelio disniq, nesuprasdami reiSkinio esmes. Jiepastebejo, kad du peleZirniu pozymiai - Ziedadulkiq forma ir Lie-do spalva - paveldimi priklausomai nuo vicnzrs kito. Thiiau jicmani, kacl Sis rei ik inys yra viena i5 retu Mendel io desnio iSimdiq.Tik Morganas su bendraclarbiais, t i rdami drozof i l4, pakartot inai at-rado 5i rei(k inj , iSai ik ino jo esmg ir i rode, kad gcnq sankiba yranc iSimtinis, o dcsningas reiSkinys.

Genai, kurie yra vicnoje chromosomoje, paveldimi sukibg fieiguatstumas tarp Siq genq nira didelis).

Dihibridinis kryiminimas esant genq sankibai. Kai pozynriaipaveldimi ncprik lausomai vicnas nuo ki to, F, dihibr idai sudaro po4 lyt iniq l4stel iq t ipus, i r F. pal ikuonys iSsiskir i : r santykiu 9:3:3:3:1.Jeigu genai yra sukibg, dihibr idinio kryZminimo santykis yra 3:1.Atsi t inka taio:

;' l o

tt,;l llr

P , 1B

iiili:: ;ll - r

Lyt incsklstclcs

f r

ll; x

l1'l.lxl f'_1)

11'iFIl+rt ,l i t

;1, i" l l/ ' l l

' ' l - - ]

f a -

lL'

Ittl ;ltl

i 'ilI u

h )

Geno t i pU I AB . 2santykis 4 VE- '4

F-enot ipq santykis 3: l

A B l a h

a b 4 u b

?rigi csant sankibai F,t ipus, todcl ir F, yra t ik1:2:1, fenot ipq - 3 :1, ka ip

dihibridas sudaro4 zigotq dcriniai.ir monohibridini<t

nc 4, o tik 2 garnetqGcnotipq santykis yrakrvZminimo. Toks san-

tykis bltu ir sukryZminus formas, besiskiriandias Simtais pozymiq,jeigu tik juos nulemiantys genai yra toje padioje chromosomoje artivienas kito,

Genq sankibos nustatymas. Visi5ka ir nevisi5ka sankiba. VienaskryZminimq tipas tq auk5tesniqjq cukariotq, su kuriais galima ekspe-rimentuoti gcnetikoje, itin populiarus. Tai daug kartu jau mineti ana-lizuojantieji kryZminimai.

Analizuojantysis kryZminimas yra tada, kai tiriamasis indivi-das, daZniausiai heterozigora, kryZminamas su recesyviuosiuspozymius turindia homozigota, kad ir Aa Bbxaa bb. Tokiub[du kokybi5kai ir kiekybiSkai analizuojami tiriamojo individolytiniq lqsteliq genotipai.

Drozofilos analizuojandiqjq kryZminimq rczultatai priklauso nuohibrido lyties. Kai analizuojandiuoju kryZminimu tiriami drozofilosvyri5kos lytics hibridai, esant sukibusiems genams, visi palikuonys pa-sidalija i dvi grupcs santykiu l:1. Tai reiSkia visiikq sankib4, arbakitaip, kad Siq hibridq mejozcje ncvyko krosingoveris, buvo achiaz-minc mcjoz0.

VisiSkai kitokie rezultatai gaunumi, kai analizuojandiuoju kryZmi-niniu t ir iamas drozofi los hibridas yra patele. SukryZminus hibridinqpatelg su recesyviuosius poZymius turindiu patinel iu, pal ikuonys susi-skirsto j kcturias grupes, bet netolygiai - po dvi, kuriq tik vidujesantykis ati t iktq l :1. Pasir inkto paryzdZio tai atrodytq taip:

Galutinis rezultataszkrosingoveris, nevisi5ka sankiba

b -E - .b wT t g 'T tg

1 :1

be krosingoverio, visi5ka sankiba

b W t . . b - t g--D

rg T tB

1 : l

Pasirinktamc par,yzdyje abu sukibg genai l,g (angl. vestigial - ru-dimentiniai sparnai) ir b (angl. black - juoda k[no spalva) yra ant-rojoje chromosonroje, taigi autosomoje. ir jeigu nc achiazntini me-jozd ryr i5kosios lyt ics individq gcneratyvindse l4stelese, lydiq anal i -zuojandiojo kryimininro rezultatai nesiskir tu. fdomiausia tai , kad 5i i1nusistovejusia tvarkq gal ima pakeist i . Apivi t inus drozof i lu pat incl ius

. ionizuojanciaisiais spindul iais arba paveikus cheminiais mutagcnais,patineliq generatyvindse l4stelcse taip pat i,yksta krosingoveris.

Krosingover! patineliq li lsteldse sukclia judrieji drozofilos genomoelcmentai. Del Sios prieZastics jie vadinti MRF (angl. male recombina-tion fttc'tors). Antai patineliq l4stelcsc rekombinacijos daZnis tarp gcnqcrt ir bw yra tik 0,007oh, o kai yra judrusis genomo elemcntas, pvz., P,krosingoverio daZnis lygus 0,84o/o. Padideja 120 kartq.

Mcjozinis krosingoveris slopinamas ir kitq Diptera patineliq ge-ncratyvinise kistelise. Thdiau mitozinis krosingoveris abiejose lyty-sc yra vienoclo daZnio. Ir kai kuriu kitq organizmq heterc'rgameti-ncje lytyje (5i lytis turi skirtingas lytines chromosomas XY) mejo-zinis krosingoveris yra retesnis. Thip yra peliq, viStq, biilandZiq pa-tincliq ir nctgi Zmogaus lyriSkosios lyties generatlvinise l4stelese.?ti irgi gali b[ti susijg su nelprasta X ir Y chromosomq sinapserncjozeje.

Genq sankibos grupiq d6snis. Tirdamas drozofilos genq sankib4,Morganas nustzrti, kad

genai/pozymiai paveldimi grupemis. Grupg sudaro genai, esan-tys toje paiioje chromosomoje, o grupiq skaidius priklausonuo chromosomq skaidiaus haploidiniame jq rinkinyje (n).

Drozofilos fr : 4, todel visi pozymiai yra paveldimi keturiomisgenq sankibos grupemis, Zmogaus n - 23, vadinasi, yra 23 genqsankibos grupes, tadiau nurodomos 24 ar net 25 genq sankibos gru-

nrill l+f r y

b - w - . D €T v g ' T t B

592l

593

pes. Kaip atskiros grupes nurodomi genai, esantys X ir Y chromo-somose, atskira grupe nurodomi ir mitochondrijq genai. Arklines as-karides, kurios n = 1, visi pozymiai paveldimi viena grupe. Nepri-klausomo pozymiq paveldejimo apskritai ndra. Ths pat bldinga pro-kariotams (bakterijoms). Zinoma, tai priklauscl ir nuo to, kaip ver-t inami p lazmidZ iq genomai .

Ir vis delto gaunami nauji sukibusiq genq deriniai, nes genll san-kiba nera absoliuti. Thi lemia krosinsoveris.

9.4.3. Krosingoveris

Krosingoverio irodymas. Morganas krosingoveri irclde analizuo-jandiaisiais kryZminimais, kaip i r genq sankib4 (Zr. aukSdiau). Tik po20 metq krosingovcris buvo jrodytas ci togenet iSkai. 1931 m. nepri-k lausomai vienas nuo ki to tai at l iko Stcrnas (C. Stern) su drozof i lair Makl intok bei Krci ton (H. B. Crcighton) su kukurlzais. At l iekantabu bandymus, kryZmintos dvi linijos skirtingai citologi5kai pazyme-tomis chromosomomis. Homologinems chromosomoms apsikeitus seg-mentais, abi citologines 4'mcs atsid[re vienoje chromosclnrojc.

Stcrnas panaudojo dvi drozofilq linijas, kurios turejo ypatingossandaros X chromosomas. Vienos jq X chromosoma buvo kabliopaviclalo su prisitvirtinusiu jos gzrle i5 Sono Y chromosomos segmen-tu. Kitos linijos X chromosoma buvo i5 dviejq fragmentq. MaZesnia-jamc jos fragmentc buvo du mutantiniai genai: rccesyvusis cr (angl.carnation - raudonasis gvazdikas) - gvazdikq spalvos akys ir domi-nuojantis B (angl. bar * juosta, lazdele) - ,,susiaurejusios alq's" (su-maZejgs akuiiq skaiiius). Linijoje su kablio pavidalo X chromosomabuvo normalls abiejq Siq gcnq aleliai (cr* ir Bn).

Linijos su Zymitosiomis X chromosomomis buvo kryZmintos tar-pusaryie, o je F, pateles - su linija, turindia recesyviuctsius genus cri r B* (9 .11 pav . ) .

Toliau analizuotos tik pateles del dviejq pricZasdiq: jos turi 2Xchromosomas ir tik moteriSkoje drozofilos lytyje vyksta krosingove-ris. Kaip ir tiketasi, be pateliq, kurios turejo siauras gvazdikq spalvosakis (crcr BB*) arba normalios spalvos ir formos akis (cr*cr B*B*),atsirado dar dvi grupes: gvazdikq spalvos normalios formos akimis(crcr B+B*) ir normaliomis X chromosomomis arba normalios spal-vos siauromis akimis (cr*cr* BB*) ir su abiem citologinemis zymemis

594

1r X

'il

IiitI

q

r -

lII

1I

q

. o

.q )

N()()oo

c)

a a

^ . iq' u'6 I

:11l + l

I\!iI

\

\vl1*+'{--rffiY,

a'll

aa9. I I pav. Citologinis krosingoverio irodymas:trt (r 'antat ion) - normalios tamsiai raudonos akys, dominudantis genas; cr - gvazdikq

spalvos akys, reccsyvusis genas; B (Bar) - susiauri jusios akys, dominuojantis genasi1 l * - normal i ak iq fo rma, rcccsyvus is gcnas ; po k ros ingover io v ieno je i5 Xchnrmosomq yra abi ci tologines Zymis, o antroj i normali , be Zymiq

vienoje i5 X chromosomq. Tokios chromosomos galejo atsirasti tikdel krosingoverio.

Krosingoverio tipai (9.\2 pav.). Du svarb[s krosingoverio tipai -

mitozinis (Lt. p. 215) ir netolygus (Lt. p. 138), jq atsiradimas irpasekmes pakankamai smulkiai aptarti III skyriuje kaip somatiniq

l s .

';;ll;; ;

595

9.12 pav. Krosingoverio t ipai:a - krosingovcris ncivykgs; b - vicngubas; c - dvigubas tarp dvicjq chromatidZiq;11 - netolygus; e - dvigubas tarp keturiq chromatidZiq; I g - dvigubas rarp tr i jLlchromatidZiq; /r - claugybinis

l4steliq pertvarkos bfidai. BDtina priminti, kad del netolygaus krosin-goverio vienoje i5 krosoveriniq chromosomq atsiranda duplikacija (taigali bfiti genq amplifikacijos b[das), o kitoje chromosomoje - dele-ci ja. Po mitozinio (arba somatinio) krosingoverio atsiranda somtt iniLll4steliq gcnotipq ivairove: gali bfiti ir fenotipo pokryiiq - mozaikq.

Prie5ingi Sicms krosingoverio tipams yra mejozinis ir tolygus ti-pai. Abu Siuos tipus reiketLl laikyti pagrindiniais.

Mejozinis krosingoveris vyksta mejozes I profazeje, kai homolo-ginds chromosomos jau yra i5 keturiq chromatidZiu - sudaro bivalen-tq (Lr. toliau). Susidaro lytinds l4steles su naujai sukibusiais genais.Jos vadinamos krosoverin€mis, kaip ir homologines chromosomos,tarp kuriq apsikeista segmentais. Kai apsivaisinant dalyvauja kroso-verinis lytinis l4steles, nauj4 sukibusiq genq sek4 paveldi palikuonys.

Nors mejozinis krosingoveris statisti5kai apra5omas kaip atsitikti-nis reiSkinys, bet jis desningas ir s4lygojamas homologiniq chromoso-mq sinapses, ypatingos mejozines chromosomos sandaros ir specialiqgenq (Zr. X skyriq).

596

Viengubas, dvigubas, daugybinis krosingoveris. Dvi homologiniqchromosomq chromatides gali keistis segmentais viename ta5ke - vien-gubas krosingoveris. (9.12 pav., b), dviejuose taSkuose - dvigubaskrosingoveris (9.12 pav., c ir kt.) arba keliose vietose - daugrbiniskrosingoveris (9.12 pav., h). Tiksliai nustatant krosingoverio daZni,labai svarbu atsiZvelgti i dvigubo krosingoverio daZni, nes, kaip pa-vaizduota 9.12 pav.. c, Siuo afveju du gal iniai taSkai (genai) A i r Carba a ir c vienas kito atzvilgiu nekeidia padeties. Taigi dvigubqkrosingoveriq tarp Siq genq ncaptinkama. Skaidiuojant krosingovericrdaZni tarp dviejq genq, daroma pataisa - pridedami dvigubi krosin-goveriai. Tadiau fakti5kai dvigubzis krosingoveris yra aiSkiai retesnisncsu turetq bhti teori5kai apskaidiavus.

Pavyzdys i5 Murgano ir Startcvanto darbo. Jic i5tyre krosingovcrj tarp tr i jq dro-zofilos genq w Qt,hitc - baltos akys),y (vellow,- geltonas k[nas) ir m (miniature - maiisparnai), kuric yra X chromosonrojc. Dvigubo krosingovcrio tarp 3iq genq t ikimybclu rc tu b l t i l yg i v icngubq k ros ingovcr iq t i k imyb iu sanc lauga i . Konkrcd ia i S icms ge-nams brl tq 0.43. IS t ikrujq dvigubo krosingovcrio da2nis buvo t ik 0,045, t . y. bcveikl0 kur tq maZcsn is .

Krosingoveris vienoje chromosomos vietoje slopina krosingo-ver! kitoje tos padios chromosomos vietoje. Sis rei5kinys vadi-namas interferencija.

Ji pasireiSkia tik tada, kai atstumas chromosomoje ne didesniskaip l0ol , (cM) krosingoverio vienctq. Kai atstumas didesnis kzr ip3-5%, Sis rci ik inys vis i5kai i inyksta.

Nepriklausomas pavelddjimas, kai atstumas tarp genq didelis.Kai gcnai yra nutolg, krosingoveris toks daZnas, kad keturiq genoti-pq lytiniq lasteliq ir atitinkamai palikuoniq po analizuojandiojo kryZ-rninimo yra maZdaug po lygizr i :

4 ! , @ . a b , o Bab uh ab ab

(be krosingovcrio) (po krosingoverio)Tbdel ir toje padioje chromosomo.je esantys genai paveldimi ne-

pr ik lausomai, lyg j ie butu nehomologinise chromosomose.

Pasitaiko kuriozq. Vienas jq - nct 7 Lirniq poZymiai, kuriuos tyre Mendelis, yrasukibc. t . y. juos lcntiantys genai vra tqe padioje chromosomoje. t ik didel iu atslumuvrcnls nuo kito. Antai atstumas tarp gcnq, lerniandiq seklos luobeles ir patiossckios (scklaski l i iu) spalv4, yra 200ch. Mendelio bandymuosc sukryZminus

591

i ia A - pi lkai ruda luobcl i , a - balta luobclc, 1 - gcltona seklq spalva, i - Lal iaseklq spalva, F. santykis at i t iko 9:3:3: l (X') = 2,20, P > 0,05):

357 A- I : 132 A- ii : 116 aa I- : 31aa ii

Vadinasi, i iq sukibusiq gcnu pavelddj imas visiSkai al i t inka nepriklausomo poZy-nriq pavcldcj imo dcsni.

Krosingoverio priklausomybd nuo ivairiq veiksniq. KrosingoveriodaZnis tarp bet kuriq dviejq genq yra santykinai pastovus dydis, irpagal tai nustatomas atstumas tarp genq. Krosingoveris yra genetis-kai uZprogramuotas rei5kir-rys, todel yra genai, kuriq produktai atlie-ka geneting rckombinacij4. Aptiktos iiq genq mutacijos. Genotiposvarba ypad i5rySkeja, kai del mutacijos slopinama kuri nors krosin-goverio grzlndis, pvz., pavcldimai sutrinka homologiniq chromosomqsinaps6. Drozofilos III chromosomoje yra genas, kurio mutacija slo-pina krosingoveri visose chromosomosc.

Didelg itak4 krosingoveriui turi chromosomq sandaros ypatumai:atstumas nuo centromeros, chromosomos kondensacija (cuchromati-nas ar heterochromatinas), chromosomq sandaros pokydiai. Centrome-ra krosingoveri slopina: tarp dviejq genq, kurie yra arti centromeros,krosingoverio daZnis yra maZesnis negu tarp dviejq genq, esandiq tokiupadiu atstumu vienas nuo ki to, t ik nutolusiq nuo centromeros. Del kaikuriq chromosomq mutacijq, ypad inversijq, kai chromosomos scgmcn-tas pasisuka 180', krosingoveris lyksta, bet ncpasirei5kia, nes susidaronegyvybingos, genetiSkai nesubalansuotos lytincs l4steles. Jos Z[va, to-del nepavyksta gauti krosoveriniq individq.

Krosingovcrio daZniui turi itakos organizmq fiziologine b[kle -

amZius, lytis. Jaunq ir senq drozofilos pateliq krosingoveris daZnes-n is , v idu t in io amZiaus - rc tcsn is .

Aplinkos veiksniai irgi gali keisti krosingovcrio daln1. Jau mindta,kad, apSvitinus drozofilq patinelius jonizuojandiaisiais spinduliais, jqgeneratyvinise l4stelese pastebimas krosingoveris, kuris paprastai pa-tindliuose nc\,yksta. Pateliq chromosomose del jonizuojandiosios spin-duliuotes padaLneja krosingoveris. Be to, l7-29"C temperat[roje dro-zofilq krosingoveris yra santykinai pastovus, bet temperatirai pakilusarba paZemejus jis padaZneja. Krosingoveris taip pat labai priklausonuo kai kuriq dvivalendiq ir trivalendiq metalq jonq, ypad nuo kalcio

598

koncentracijos. SumaZejus kalcio jonq koncentracijai arba paveikusdrozofil4 EDTA (etilendinitrilotctraacctatu), kuris suri5a dvivalendiqir trivalendiq metalq jonus, krosingoveris labai padaZneja. Bldingatai, kad aplinkos veiksniai nevienodai keidia krosingoverio daZni ivai-riose chromosomos dalyse. Ypad jis padaZneja arti centromeros.

9.,1.4. NetipiSkas eukariotq poiymiq paveldejimas

Kartais netipi5kas paveldejimo pobudis pasireiSkia jau heterozigo-tose arba atliekant hibridologing analizg pirmojoje hibridq kartoje(F,) . PavyzdZiui , n-ratoma F, pal ikuoniq lvairove arba neiprast i , nct i -kcti F, hibridq fenotipai, nors abu tivai yra homozigotiniai. Tadiaupaprastai apie nukrypim4 nuo t ipiSko poZymio/gcno paveldej imosprendZiama i5 F. (arba Si4 kart4 at i t inkandiq pal ikuoniq - zrbu tcvaihc tc roz igo t in ia i ) t y r imq.

Dar Mendelis nustate, kad F, palikuonys susiskaido i grupestam tikrais santykiais (tai jo 2-asis disnis). Taigi ii anksto galimanr"rmatyti, j kokias genotipq ir f 'cnotipq grupes ir kokiais jq santykiaistLrr i tq susiskaidyt i F, hibr idai .

Matematinis nukrypimq ivertinimas. Ar nukrypimas yra ddsnin-gas rei5kinys, ar atvirkidiai, nustatoma matematikos metodais. Staikodel genetikoje nuo Sio mokslo atsiradimo pradZios labai pladiaitaikomi i r vcrt inami matcmatikos mctodai.

Pats paprasdiausias jq yra I'z (chi) kvadrato metodas. Juo patik-rinama, ar nukrypimas nuo teori5kai laukiamo rezultato yra zrtsitik-t in is :

12 = y(o-a)'4 E

tn l !?- 'E-l - konkrceios klasCs ( l 'cnotipq grupOs ir kt.) kvaclrat inis nukrypimas;

I - visq kvadratiniq nukrypimq suma; O - konkrei ios klascs (grupes) rczultatas;1: - rczultatas, kurio t ikimiisi iS i ios klascs (grupes).

Naudojamasi ir kitais matematikos metodais (Kolmogorovo), kainorima ivertinti, ar nukrypimas atsitiktinis, ar desningas.

Genetikos ddsniai yra statistikos ddsniai. Tai taikytina visiemsgcnetikos rei5kiniams, kurie i5rei5kiami santykiais ar genotipq/fenoti-pq daZniais, tarp jq ir F. santykiais esant visi5kam dominavimui ir

Af aiA I ^ E ;

599

nepriklausomam genr+/poZymiq paveldejimui - dviem rei5kiniams, ku-riuos nustztte ir tyre Mcndelis.

Kad pal ikuoniu susiskaidymo i grupes santykiai yra stat ist ikos dcsniai, nesunku

is i t i k in t i . PavyzdZ iu i , E .Gimbut ienc 1939 m. apra ie tok j bandym4, kur i a t l i kdavoDotnuvos Zcmis ukio akademijos studcntai. Didelei studcntq grupei buvo i idalytospo lygiai dviejq vcisl iq pupeliq siklos, kurios buvo vienodos formos, bet skirt ingosspalvos, talkimc, juodos ir baltos. Studentai uZsir i idavo akis, pupcl ir l seklas sumai-iydavo, i5di l iodavo po dvi ir atsir i ic lavo akis. Sususmavus visq studcntr] stcbi j imqduonrenis, eautas apvtikr iai toks siklq poru santykis: l / ,1 juoda juoda : 2/4 juoda

balta : l l , l balta balta. Kitosc ialvsc gcnc't ikos pratybos prasidcdlvo monetos nru-tymu: , ,hcrlras-skaidius". Kadangi pinigo pusc su hcrbu iSki lcsni, tai susumavusdaug nrct imu daZncsnc pusi ' buvo ..skaidius". Jis , ,dominuodavo" santykiu 3:1.

Kai genai paveldimi neprik lausomai i r tarp alel iq heterozigotosepasirci ik ia vis i5kas dominavimas, t ip i ikas f-cnot ipq santykis F, yra

. monoh ibr id in io k ryZnr in imo l : l

. t l i h i l r r id in io - 9 :3 :3 : l

. t r ih ib r ic l in i t ) - 27 :9 :9 :9 :3 :3 :3 : l

. p o l i h i b r i d i n i o - ( 3 + l ) " .

BDtina js idcmcti du svarbius gcnet incs anal izds dalykus.Pirma, ski l imo santykiams. kaip stat ist ikcls desniams, budinga tai ,

kad konkrctaus tyr imo rezultatas ncvisi5kai sutampa su teor iniais ski-l imo santykiais, t ik daugiau :rr maZiau pr iarteja pr ie jq. Thip buvo irMendcl io bandymuosc. Nagrincto dihibr ic l in io kryZminimo atveju t ik-ras is f ' cno t ipq santyk is F , buvo ne 9 :3 :3 :1 . o 9 ,8 ge l tonq lyg iq :3 ,1gcltonq rauki letq : 3,4 Zal iu lygiq : 1 Zal iq rauki letq.

Kiek bus priartita prie tcorinio santykio, priklausys nuo istirtLlpal ikuoniq skaidiaus. , , ldeal[s" sutapimai gal i bi l t i t ik moksl ininkoncsilzininsumo iKrdymas.

Antra, ncteisinga bl tq icSkot i stat ist in io ddsnio pasirei5kimo pa-v icncsc Zntou iu i c i rnosc . nc i i r gaus iosc . Josc ind iv idq ska i i ius nepu-kankamas stat ist iniam desniui pasircik5t i . Kai F, pal ikuoniq skaidiusr ibotas. kartais nct s:rntykius 2:1 ar 6: l tenka pr ipaZint i kaip 3:1. Netgana gausios Zirniq icimos (vieno augalo palikuonys) buvo nepakan-kamos minet icms santykiams nustatyt i .

Bct kaip i r nretant monetE ( iSki lesne puse) ar skaidiuojant pupc-les (lygus .iuodq-baltq seklq skaidius). yra s4lygos, kurios brltinos, kaclF, pal ikuonys susiskirstytq i fenot ipines ( i r at i t inkamas genot ipines)grupes santyk ia is 3 :1 , 9 :3 :3 : l a r 27 :9 :9 :9 :3 :3 :3 :1 .

600

S4lygos tipiSkiems fenotipq santykiams F, pasireikiti, esant nepri-klausomam genq paveldejimui zrr visiSkam dominavimui, yra tokios:

. pakankamai i5tirta palikuoniq;o genai susidarant lyt incnrs l4stelems tur i der int is atsi t ikt inai , ne-

pr ik lausomai :. lyt ines lalsteles tur i bDti genet i ikai grynos, t . y. haploidines, i r

visq genotipq lytiniq lqsteliq turi susidaryti po lygiai ir butivienodai uyvybingos:

. apvaisinimas tur i bht i atsi t ikt in is i r t ip iSkas;

. visq genotipLr zigotos turi b[ti vienodai gyvybingos;

. tarp ncalel iniq genq (csant dihibr idiniam ir sud6t ingesniemskryZminimarns) neturi bfiti s4vcikos.

Lytiniq l4steliq genotipq nukrypimai. Susidarant lytinems l4ste-l ims. genai gal i pasiskirstyt i ncatsi t ikt inai . csant gcnq sankibai, kainealeliniai gcnai yra toje padioje chromosornojc. Tokiu atveju ir tarpnealcl in iq gcnq gaunamas santykis 3:1. Lyt ines lastelcs yra gcnet i5-kai ncgrynos csant pol iploidi ja i , kai l4steleje yra po 3-4 i r daugiauchromosomu r inkiniq, arba ancuploidi ja i , kai padideja pavieniq chro-mosomq skaidius, yra 3 i r daugiau homologiniq chromtlsomq. Lyt i -nes l4steles iiais atvcjais gali bhti nct hetcrozigotincs, bitent Aai lba Au l)b i r kt . Del ivair iu pr icZasciq (skir t ingq gcnot ipq samctunevicnodo jautrumo ncpalankiclns veiksniams, virusinci inf 'ckci jai , nc-vicnodo gyvybingLrmo) hibr iduose (heterozigcl tose) skir t ingq genot i-pq lyt incs l4stel is gal i bI t i ncvienodu sanfykiu. Atskir i genot ipai ga-l i v is i5kai i inykt i (kai vcikia lctal [s genai) arba i5 dal ies i5nykt i (kaigcnot ipe yra sublctal [s gcnai) .

Mejoz€s slinkis (angl. nrciotic driv'e). Paprastai mcjozeje hctcrozi-got inio incl iv ido ( la) pusc lastcl iq yra su alel iu,4, o ki ta pusc sualeliu a, nes homologines chromosomos mcjozeje paskirstomos toly-giai . Thdiau nustatytas rei ik inys. kai i i ta isykle paZeidZiama ir kur ionors genot ipo lyt iniq lqstcl iq susidaro pertekl ius.

Nors 5is reiSkinys yra atrastas seniai. dar 19-57 m., Sandlcrio (L. Sand-ler) ir Novickio (E. Novitzky), juo pradZioje susidomdjo tik evoliucio-nistai. Pastaruoju metu jis labai domina mejozis tyrinetojus. Biologi5-kai .,mojozes varZybos", mejozes slinkis svarbus kaip mikroevoliucijosveiksnys ir kaip vienas i5 b[dq heterozigoti5kumui i5saugoti.

601

DaZniausiai kaip modcl inis reiSkinys mejozds sl inkiui i rodyti t i r ianros invcrsi jos.

Meiozds sl inkio pavyzdZiu gal i buti minitasis pcl iq I lokusas (arba t haplot ipas). Thi

chromosomos segmcntzrs, kuriame irykusios net keturios inversi jos. Susidaro 9992

hctcrozigotq t i+ victoj .501.2r,. Sibire aptikta kitokiq pel iq invcrsi jq, kuriq daZnis

pcl iq populiaci jose 6-5-85%. Drozofi los nlejozes sl inkis lemiamas gcnq, pvz., Sege-

gution Distortar (SD) lokuso.

Slinkis ncsusijgs su dalies lytiniq l4steliq arba zigotq Zltimi, bet

i5 anksto programuota lytiniq l4steliq Zltis yra aptikta ivairiuose or-

ganizmuose. Tai irgi bhdas heterozigoti5kumui i5saugoti.Heterozigotiniai chromosomrl kompleksai. Nakvi5q, bij[nq, dur-

naropirl, katilcliq ir kitq augalLI, taip pat gyvtnq, ypad skorpionq ir

Ziogq, poZymiai gali b[ti paveldimi tam tikru bfidu susidarant hete-

rozigotiniams chromosomq kompleksams.Antai kickviena nakviSos rfiSis turi po du chromosomq komplck-

sus. Komplekso gcnai paveldimi kartu. Lietuvojc papl i tusios dvime-t6s nakviSos (Ocnollrcra biennis) lEstelesc vicnas ii kompleksq pava-dintas albicans, kitas - rubens. N0 vicnas Sios rlSies augalas negaliii karto tureti dvicjq tokiq padiq komplcksq - mbens arba ulbicans.Nors vyri5kosios mikrosporos susidaro dvieiq tip.l - vicnos su albi-r:an.r kompleksu, o kitos - su nrbens, tadiau normaliai funkciclnuojatrk ruhens kompleks4 turindios Ziedadulkes. Megasporose, atvirkidiai,normaliai funkcionuoja tik albicans komplcksas. Vadinasi, visi pali-kuonys i5 tcvo paveldi rubcns, o i5 motinos - albicans kompleksus.

V isas komplcksas a t i t inka v icnE bendr4 chromosomq Z ied4(9.13 pav.). Kompleksai sud6tingu bldu i5sivystc tada, kai visose beisimties nakviSos chromosomose ivyko translokacijos: buvo apsikeistasegmcntais tarp nehomologiniq chromosclmq. Mejozdje vienas Zie-das keliauja i vienq poliq, kitas - i kit4. Taip nakvi5os chromoso-mos pavcldimos i5tisais kompleksais. Kad homologinis chromoso-

mos nekonjuguotq, be translokacijq, kielwienoje homologineje chro-mosomoje dar yra segmentq, kuriq ndra kitoje homologineje chro-mosomoje. Tai diferenciniai segmentai. Pagaliau chromosomq kom-pleksq veikla labai sudetingai suderinta. Ji reguliuojama taip, kadalbicans i,yri5kos lytines lqsteles ir rubens moteri5kos lytines lqste-les bltq negyvybingos.

Kaip valdoma lytiniq lqstcliq su vienu ar kitu kompleksu Zltis,kol kas nei5tirta.

Del heterozigotiniq chromosomq kompleksq visi palikuonys yraheterozigotiniai ne pagal atskirus genus, o pagal vis4 genomq.

Neatsitiktinis apvaisinimas. Nukrypimai nuo tipiSko lytinio daugi-nimosi, susi l ie jant tcvinems ir motinindms lyt indms lqsteldms, taip patblna viena ii pakitusiq skilimo santykiq prieZasdiq. Augalams daugi-nantis apomikscs (apeinant autbryding4, bc lytiniq l4stelii l susiliejimo,i5 moteriiko gametofito) bldu, F, hibridq palikuonys visiikai neskyla igrupes. Tbkius duomenis gavo ir Mendelis, kryZmindamas vanagcs (F1ie-racium) r[Sis tarpusavyjc. Kai organizmai dauginasi partenogenezes -ginogenczes ir androgenezds b[du, vietoj dviejq lydiq iSsivysto tik vicna.Ir Siais b[dais besidauginani iq organizmq pal ikuonys gal i nesiskaidyt ij grupes, be to, turi tik atitinkamai motinos ar tevo poZymius.

Selektpusis apsivaisinimas - neatsitiktinis gametq susiliejimas.Pasirinktinai apsivaisinama tam tikrq genotipq vyriSkomis gamctomis,todel atsiranda esminiai nukrypimai nuo laukiamo genetinds analizdsrezultato. PavyzdZiu gali bfiti Zmogaus lydiq santykis.

Selektyvusis apsivasinimas ir lyiiq santykis. Sis santykis, atsitik-t inai susi l ie jus lyt inems l4stel ims, turetq b[t i 1: l (Lr. p. 382), tadiauberniukq gimsta apie 5,60/o daugiau negu mcrgaiciq. Mat spermato-zoidai su Y chromosoma, lemiandia vyri5kqi4 lyti, yra gerokai judres-ni ir daZniau apvaisina kiau5ial4stes negu spermatozoidai su X chro-mosoma. Tik vyri5koji lytis ne tokia gyvybinga.

Selektyviuoju apvaisinimu galima paaiSkinti, kodel kinta lydiqsanfykis kintant aplinkos s4lygoms. Pavyzdliui, auginant drozofilasnepalankiomis s4lygomis, padaugeja patineliq. Geromis s4lygomis,atvirk5diai, buna daugiau pateliq. Thi svarbu r[5ies individq skai-diaus dinamikai: sumaZijus pateliq, automati5kai sumaZdja r[Siesindividq. Pastebdta, kad ir Zmogaus lydiq santykis kinta priklauso-mai nuo aplinkos s4lygq: sunkiomis karo metq szllygomis berniukqgimsta daugiau negu paprastai.

.,_{':3:.

; . r ' ., - t ir !

B . : . ,

" l ' . ' , / l ,. { . '

1 & i : . _ " , 2

9.13 pav. Chromosomq kompleksai:;{ * nakvi5crs (.Oenotlrcra), matyt i Ziedas i i 12 chromosomq ir atskirai vicnas bivalentas;B - Amoeba glahae ntetatazdje (l) ir anafazcjc (2)

602 603

Kaip valdyti Zinduoliq, tarp jq Zmogaus lyti, dabar realiai spren-

dliama. Vienas i5 bldq - pasinaudoti skirtumais tarp spermatozoidq

su X ir Y chromosomomis. Sis b[das pamatuotas selektyviuoju ap-

sivaisinimu ir gali b[ti taikomas visiems organizmams, kurie turi ly-

tines chromosomas, net augalams. Pirmoji toki b[dE pasille rusq

mokslininke V. Sreder dar 1934 m,, b[tent lrakcionuoti Zinduoliq sper-

mq clcktr iniamc lauke. Siuo mctu spermatozoidq clektroforczcs sq-

lygos tobulcsncs, palyksta gauti t)0-95rb grynumo spermatozoidq frak-

cijas. Grynos spermatozoidq frakcijos gaunamos remiantis skirtinga

spermatozoidq lyginamda mase (Y chromosoma smulki, o X chro-

mosoma yra stambi, todil spcrmatozoidai nevienodos masds), reak-

ci ja i skir t ing4 pH ir kt .Valdyti lyti ypad svarbu, kai lemes lkio produkcija gaunama tik

i3 vienos lyt ics individq ( iS karviq pienas, i i v i5tq kiaui iniai i r pan.).

Zigott1 i5gyvenimas. Skirtingq genotipq zigotos nevienodai gyvy-

bingos, del to gali i i esmcs pakisti skilimo santykiai. Pai.yzdZiui, Zmo-

niq vyri5koji lytis ne tokia gyvybinga kaip moteriSkoji. To prieZastys

ivair ios. ne t ik biokrgines, bet i r social inis, nors berniukq, kaip mi-

nita, gimsta 5-6% daugiau ncgu mergaidiq (ivairiose populiacijose

5is procerttas si.ryruoja tarp 4 ir I l, o Indijoje mergaidiu gimsta dau-giau negu bcrniukq), ryresnesc amZiaus grupdse lyiiq santykis i5 es-

mcs pakinta: -5() metu amZiaus trupeic 100 motcrq tenka 8-5 r ,yrai , oll-5 mctq amZiaus grupejc l(X) motcrq - 50 vyrq.

Ya.izdliri skilimo santykio kitima ontosenezejc il iustruoja paveldi-mas Zmogaus dcfcktas siklemija. Apie siklcmijq, kuri4 s4lygoja he-moglobino p pol ipcpt ido geno mutaci ja. ra5yta daug kartu i r dar busraiom:r. Kai tuokiasi du hctcrozigot iniai asmcnys

HhOHbS X Hh4HbS,

tarp palikuoniq stokojama homozigotiniq Hb\Hbs individq. Pasak Men-del io, jq turetq b[t i %. i r pal ikuoniq genot ipq santykis turetq b[t i toks:

I HI/HU : 2 HUHbs : I HbsHbs.

tadiau i5 t ikrqjq jau gimsta t ik apie pusg laukiamq homozigotqHb'Hbs, o apie 0,5-5 (nuo 1,00) Z[va dar negimg. Homozigotiniai

HbsHb\ vaikai mir5ta sulaukg vos 3 mdnesiq - '2 metq, todel Siosgenotipq/fenotipq grupis visi5kai nclieka, ir genotipq santykis toks:

I H U H \ I : 2 H I v a H b \ .

Pana5iai paveldimi ir kiti genai, kurie homozigotineje bfikleje yraletalfis: platinines lapiq spalvos, pilkos (vadinama Sirazi) karakuliniqaviq spalvos ir kt. Kai kuriu<ts genotipus selektyviai veikia kiti gene-tiniai veiksntai, pvz., drozofilos SR vciksnys. Jis selektyviai iudo zi-gotas, paveldejusias Y chrontosom4. Todel citoplazmoje SR veiksnitur indiose drozof i los l in i jose yra vien t ik patclds XX.

fvairiq genotipq zigotos, gemalai ir subrendg inclividai yra nevie-nodai atsparls nepalankienrs apl inkos veiksniams ir infekcinems l i -goms. Vcl gali r,ykti gcnotipu atranka, ddl kurios kai kurie genotipaii i dal ics ar vis iSkai i inyksta.

Genq s4veika yra toks pat desningas, normalus eukariotq gencti-kos reiSkinys, k:r ip i r neprik lausontas gcnq pavcldej imas ar srrnkiba.bct laikant tipiSkais genq poZymiq susiskaidymo i grupcs F, santykius3:1, 9:3:3:1 . 27:9:9:9:3:3:3:1, gcnq s4veika yra daZna pr ieZast is, kodclt ie santykiai b[na ivair ls.

9.5. Genq s4veika

9.5.1. Aleliniq genq sqveika

9.5.1.1. Aleliniq gen4 sqveikos tipai ir priklausornybi nuo ivairi4 veiksni4

Diploidinio organizmo branduolyje yra du haploidiniai chromoso-mq rinkiniai, todel tik eukariotams bldingas heterozigoti5kumas iraleliniq genq sqveika. 'Iipi5ku

atveju branduolio genome, homologi-nese chromosomosc, vienu metu gali blti tik du aleliai:

. tapat[s - homozigotos.

. skirtingi - heterozigotos.

Del kartotiniq genq ir ivairiq genomo pokyiiq - chromosomqmutacijq ir netolygaus krosingoverio, del kuriq atsiranda duplikaci-jos, genq amplifikacija, tas pats genas ir jo aleliai gali bDti pakartoti

rdaug kartq arba vienu metu gcnome gali brlti daug to paties geno

aleliniq variantq. Thip, pvz., yra genq, koduojandiq imunoglobulinqvariabilqji domen4, kur kiekvienas V genas yra skirtingas to paties

geno alelis. Tirdiau ir Siuo atveju tame padiame homologiniq chromo-

somq lokuse gali b[ti tik du tapat[s ar skirtingi aleliai.Atrastos naujos aleliniq genq s4veikos aprai5kos, kurios netelpa i

papras to mcndc l i zmo remus:

. genomo imprintingas, kai alelio veikla priklauso nuo to, i5

ko - i5 tivo ar motinos - alelis yra paveldetas. Del Siorci5kinio skir iami dvicjq t ipq genai: bialel ines i r monoalel indsraiSkos;

. transvekcija, kai vienas alelis keidia kitojc homologineje chro-mosomoje esaniio alelio veikl4 tik tada, kai dvi homologindschromosomos yra konjugavusios,

. netipiSkas mikrosatelitq paveldejimas.

Gilinantis i genq s4veikos prieZastis, gali b[ti atrasta naujq genq

s4vcikos rei5kiniq.

Klasikiniu atveju skiriami keturi aleliniq genq s4veikos tipai:visi5kas dominavimas, nevisi3kas dominavimas, kodominavimasir supert lominavimas.

Daugeliu atvejq normalusis (laukinis) alelis yra dominuojantis.Thi pirmasis nustat i 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 domi-nuojantys. Si evoliucijos rei5kini jis pavadino dominavimo evoliucija.

Naujai atsiradg aleliai evoliuciniu atZvilgiu labai ivairus. Gali blti

mutacijos, kurios i5 karto bus palaikytos atrankos, ir alelis ims vyrau-

ti, paytzdliui, aleliai, lemiantys didesni atsparumil nepalankiems veiks-niams. lhdiau daZniausiai homozigotindje, o neretai ir heterozigoti-neje btikleje (eigu mutacija yra dominuojanti) mutantiniai aleliai ma-Zina glvybingumq. Jeigu mutacija turi ne tik trukumq, bet ir priva-

lumq, kuriuos palaiko atranka, atrenkami tokie genai modifikatoriai(2r. tol iau). kur ic slopina neigiamas mutant inio geno savybes ir rece-syvqji gen4 paverdia dominuojandiu.

606

Taigi pagal 5i4 teoriiE normalusis tipas - ilgalaikes evoriucijosrezultatas, o dominavimas priklauso ne nuo atskirq genq, o nuo ati-tinkamq aleliq veikimo bendroje genotipo sistemoje. Tai tik ii daliesteisinga, nes santyki tarp aleliq lemia inclividualios geno ypatybes. Beto, yra nemaZai dominuojaniiq negatyviq mutacijq. Paprastai jas at-ranka gana greit pa5alins, bet mutantinis genas, tik k4 atsiradgs, jauyra dominuojant is.

VisiSkas dominavimas (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 ale-liq poroje yra reces),r/usis, o kitoje - dominuojantysis. Net toks pa-lyginti paprastas poZymis kaip akiq spalva gali briti par,yzdys:

rudq spalvq t lort t lnunl.- rrr i lynq spalvq dorninuerja - nrrrdon:g spalv4lcnr iant is alc l is

---> lcrnianr is rrcr is

----) lcrnirrrrr is alcr is

Nevisi5kas dominavimas (9.1 lentele, B) anksdiau apskri tai buvotapatinamas su hibrido, kaip kaZko tarpinio tarp tevq, s4voka. Siuomctu vieni hibr idu laiko t ik hctcrozigotas, k i t i - v isus dirbt inai su-kryZmintq gcnct iniq l in i jq, vcisl iq F' F., F, i r kt . pal ikuonis.

Nevisi5ko dominavimo atveju heterozigotiniai individai yra tar-pinio tarp abiejq homozigotq fenotipo, todel heterozigotas ga-lima skirti nuo homozigotq pagal fenotip4.

Sia sa'uybc nauclojamasi ivairiais tikslais:

. genetindje analizdje (pvz., ana,lizuojandiuose kryZminimuose), kaipat ik imai reikal ingi heterozigot iniai individai ;

. selekcijoje tiesiogiai panaudojami tarpiniai fenotipai - augalqselekcijoje hcterozigotiniai augalai dauginami vegetatyvi5kai, ogyvuliq selckcijoje tenka nuolat kryZminti tam tikras veisles arlinijas, pvz., kailinejc Zverininkysteje taip veisiamos kai kuriosaudincs, karakulincs avys, platinines lapes;

. Zmogaus ir medicinindje genetikoje atpaZinti hcterozigotiniamsasmenims, turinticms genotipe Zalingq recesyviqjq genq. pvz.,taip nustatomi asmenys, heterozigotiniai pagal fenilketonurijos,amaurozines idiotijos ir kt. genus.

DaZniausiai tai taikoma reccs)'r/iesiems genams, kuriq normalqfenotip4 lemiantis alelis laikomas visi5kai dominuojandiu. Ieikoma

607

t

il t)

9.14 pav. Zirniq s€klq kraknrolo grldel iai:a - apva l iq sck lq , b rauk i l c tu . c F , h ib r ido , kur ion l rs i rc i i k i r r v is i i k l rs domin l r imas

sek los i (o r i i k i r i r rpv l r l ios -

kad ir ncdideliq fcnotipo skirtumq tarp normaliq homozigottt (AAtipo) i r normal iq heterozigotq (Aa t ipo). Pasirodo, tokius skir tumusgal inra nustatyt i net Mcndel io Zirnianrs. Visi5kai dorninuojant is pozy-mis yra lygi Zirniq scklq lbrma, o raukSleta scklq forma - reces) /u-sis. Thdiau lygiasckles homozigotos (AA) skiriasi nuo lygiasekliq he-tcrozigotq ( la) krakmolo gr ldel iq forma (9. i4 pav.) . Heterozigot i-niq pagal amaurozines idiot i jos gen4 asmenq lqstelese padidejusi va-kuol izaci ja, nes Sick t iek sutr ikusi l ip idu apykaita.

Paveldimos metabolizmo ligos daZnai yra del to. kad ncvykstakuri t r nors fcrmcnlo sintczc. DaZniausiui jos yra rccesyvicls i t )s. ncspakanka vicno aktyvaus geno heterozigotose, kad biochcminiq reak-cijq ciga bfitq normali ir asmuo svcikas. Tirdiau

heterozigotiniq normaliq asmeng lalsteldse bendras fermentoaktyvumas dvigubai maZcsnis negu normaliq homozogotiniqasmenq. Pasirei5kia geno dozds efektas.

Naudojantis Sia taisykle, pagal fcrmento aktyvum4 i5ai5kinami he-terozigotiniai asmenys, pyz., pagal fcnilketonurijos, galaktozemijos irkitq rccesyviqjq metabolizmo ligq genus.

Siuo metu heterozigr l t i ikumas nustat()mas molekul inds genet ikos(molekul iniq zondq) metodais. Homozigot iniq i r hetcrozigot iniq as-menq fenotipiniai skirtumai tiesiogiai svarbls medicinoje, nes hete-rozigotiniai asmenys, nors ir normos ribose, atsilieka nuo homozigo-tiniq asmenq, ir tai gali bfiti polinkio sirgti infekcinemis ligomis,silpnesniq protiniq sugebejimq ir kt. prieZastis.

608

Kodominavimas (9.1 lentele) * tai tas awejis, kai sqveikostarp dominuojandiq genq prakti5kai nebfina. Heterozigotinia-me organizme yra abiejq kodominuojandiq genq veiklos pro-duktq.

PatryzdLiui, hetcrozigot\ ItIo eritrocitai turi abu antigenus A ir B.Kai tuokiasi hcterozigotiniai asmcnys,

Ili x lbi,

lygiai ( l :1:1: l ) gal i gimti v isq ketur iq ABO sistemos kraujo grupiqvaikai (Lr. p. 79). Kodominavimas - v ienas daZniausiq alel in iq genqs4vcikos t ipq. Daugel is alc l iq, lemiandiq mutant ini bal tymq, pasirei5-kia heterozigotose. Jq buvim4 galima nustatyti baltymq elektrofore-zis metodu.

Kai kur iais kodonrinavimo atvejais tarp gcno alel iq ncblna rece-syviojo alclio. ?rda ii f-cnotipo galima kategori5kai sprgsti apie geno-tip4, par,yzdZiui, Zmogaus M, N ir MN kraujo grupiq sistcmos:

M kraujo grupg lcmia gcnotipas Lt l l - \ t ,N kraujo rrupg - gcnotipls 1-\/ . \ ' ,MN kraujo grupq gcnotipas l ' l1-n.Ka i tcva i MN x MN. p i r l i kuonys ga l i b l t i tok ic : I /4 MM214 MN: l /4 NN.

Superdominavimas * sqveika tarp aleliniq genl1, pana5i i ne-visiKka dominavimq tuo, kad heterozigotiniai organizmzri ski-riasi nuo homozigotiniq, tik yra ne tarpiniai, o poZymiq i5si-vystymu pralenkia abu homozigotinius tevus (AA arba aa).

Supcrdominavim4 gal inra uZra5yt i taip:

AAIAa)ao

F. santykizri pagal genotipq ir fenotip4 taip pat sutampa ir lygus 1:2:1.

Afel iniq genq s4veika csant pleiotropi jai (gr. plt ,ott - daugiau + tropos - kryptis).Pleiotropi ja - daugybinis gcno povcikis dauceliui poZymiq. Thi nc kart4 nrini. tasre iSkinys. lr dar kart4 pavyzclZiu pasitarnaus hcnroglobino mutaci ja - siklemija.l lcmoglobino mutantinio B pol ipeptido 6-ojoje padi ' tyje victoj glutamo rlg5ties yrav a l i n a s . H o m o z i g o t q H b \ H h \ e r i t r o c i t a i y r a p j a u t u v o f o r m o s ( L r . 2 . 1 p a v . ) .Pr is im ink imc, kad i5 i ia i r i i os mutac i jos pavad in imas - p iau tuvo fo rmosnraZakraujystc, arba siklemija (angl. si tkle - pjautuvas).

Q,o t '@

d^Eo'ffi r,-^ o@ \-v

609

Hcterozigotiniai asmenys HblHh\ yra sr, 'ciki . todel gal ima tvirt int i , kad norma-lus genas Hbr v is i i ka i donr inuda. Tr i iau tok iq Zmoniq b lna kampuot i e r i t roc i ta i .Jic ai ikiai skir iasi nuo normaliq disko fbrrnos cri trocitq. Siuo atZvi lgiu yra nevisiS-kas donlinavimas - eri trocitai tarpincs formos. Istyrus heterozigotiniq asmenq HbuHbskrauj i l , rast i dvcjopi hemoelobinai: Hb'\ i r Hbs, taigi pasirei ikia kodominavimas.' Iai '

kad hclcrozigotiniai asnrcnvs nral iar i . jai ) ,ra atsparcsni uZ honrozigotinius. gal i-ma vert int i kaip supcrdonrinavimil .

Aleliniq genq sqveikos priklausomybd nuo aplinkos. ?ri proble-ma, kazkada suki lusi daug ncrcikal ingq giniq. Lysenkistai mane, kadtcrcik ia i rodyt i . jog pirmoj i hibr idq karra (F,) yra nevienoda, i r gr iusvisa genet ika. Mcndel io dominavinro disnis, kaip j is dabar supranra-mas, skelbia, kad

pirmojoje kartoje (F,) hibridai yra vienoclo genotipo - visi yrahetcrozigot iniai (Au).

Alcl in iq scnu tarpusavic 'r s i lvcika pr ik lauso nuo ivair iq veiksniq,tarp iq i r nuo apl inkos vciksniq. pr ik lausornai nu. apl inkos s4lygqgcnas i i v is i ikai dominuojandio gal i pasidaryt i nevisi ikai dominuo-jandiu ar nct recesyviuoju. Siklernija gali b[ti ir pavyzclys, kaiplaik inai pakinta dominavimo krypt is skir t ingoje deguonies apl inkci-. ic: kzr i tnrksta deguonics (pvz., auki t ikarnise), hcterozigot inir l as-menq HlrlHbr eritrocirai iitista ir igyja toki4 paiiq forni4, kaip irhomcrzieotq [Ih\Hb\ - pasirciikia muZakraujystc, be-t kai deguoniesdaug, .iiq asmr: nq critrocitai apvalcrja.

Durnarclpis ([)aturu), auganiios vasar4 natlral ionris sElygornis. purpurinc spl l-va pitpntslai visi ikl i nustclbi ir Zal i i l spalvq, tac: iau i i l tnanryjc hctcrozigotiniai augtr laia i i k ia i sk i r ias i nu . h .n roz ig . t in iq purpur in iu auga lq h ly ikcsnc spa lva .

Aplinkos veiksniai keiiia geno ekspresii4 (raiik4), fenotipiniusaleliq santykius, bet gcnoripas nuo to nesikciiia. Sis poveikisivairiems to paties geno aleliams nevienodas, toddl keidiasis4veika tarp alcliq heterozigotose.

9.5.1.2. Aleliniq genq sqveikos prieiastys

Nepaisant to , kad srpveika tarp a le l in iq genLl (c lominavimas) yravienas lcngviaLrsiai nustatoml! cukariotq genetikos reiskiniq, iti siot

610

ji nera pakankamai i5ai5kinta. Daugelis aleriniq genq pagal sqveikospobfidi atitinka Beitsono ir Peneto geno buvimo ar nebuvimo teori-i4, ir santykiai tarp to paties lokuso aleliq daznai yra kiekybiniai.

Geno buvimo ar nebuvimo teorija labai paprasta: geno buvi-mas dominuoja prie5 geno nebuvim4. Recesyvusis fenotipasyra tada, kai genas i5kritgs, yra jo delecija arba ivykusi rzulmutacija, kuri visi5kai inakryvina gen4.

DaZniau buna nul nrutacijos. vaclinasi, veikia tik vienas akryvusisalelis, o atrodo, kad aktyvusis alelis stelbia kit4 aleli.

Nevisi5k4 dominavim4 daZnai nulemia genq doze:

Du aktyvfis Vienas aktyvusaleliai (AAl alelis (la)^-Stipriai i5reik5tas

- Si lpnesnis

fenotipas fenotipas

si teorija paai5kina gana didcles aleliq grupcs recesy/umq, tadiauclaug klausimu l icka ncatsakytq, kaip antai :

. kodcl kai kur ios dclcci jos yra dominuojandios;' kodel tame pai iamc krkuse yra ivair i a lel iq sqveika: v ieni ale-

l ia i v is i ikai , k i t i ncvisi ikai dominuojantys;. kodcl genas ir v icnojc dozeje yra vis i ikai dominuojant is, lemia

normalq f'enotiprl, kaip tai b[dinga minetiems fenilketonuriiosar galaktozemijos gcnq normal iems alel iams.

visi5kai ir nevisi5kai dominuojantys to paties lokuso areliai. Rai-tas dar 1934 m.. kai biochemines genet ikos dar nebuvo, istyre alel iusvieno lokuso, kur is j l rq kiaulyi iq plaukuosc lemier melanino sintezg(uZ tai Raitas kartais vadinamas fiziologines genetikos pradininku).Surik iavus alel ius i r ivair i r ; gcnot ipq homozigotas i r heterozigotas,nustatyt i t rys desningumai (9.2 lentele):

' normalusis alel is (C) vis iskai dominavo, stelbdamas visus ki tusalclius. Nepriklausomai nuo to, koki melanino kieki kodavoantrasis alel is, budamas homozigot ineje blkleje, melanino kie-kis hetcrozigotosc su Cl aleliu nesikeite, buvo pastovus;

N€ra aktyvausalelio (aa)

Recesvvusis fenotipas= poiymis nei5sirast€

611

tarpusavio heterozigotose tq aleliq, kuriuos visi5kai slopino ale-lis C, pasirci5kia nevisiSkas dominavimas: pagal melanino kickiSios heterozigotos buvo tarpines tarp abiejq teviniq homozigotq;alelius ir genotipus (i5skyrus tuos, kuriuose yra visiSkas domi-navimas, t. y. heterozigotos su genu C) galima i5rikiuoti i eilgpagal aktyvumq - melanino sintezg. Vadinasi, jvair[s to patieslokuso aleliai lemia ncvienoda aktr,ryuma fermento. wkdandiomelanino sintezg.

Atsakyti i auk5diau pateiktus klausimus ir paai5kinti. kada yravisi5kas, o kada nevisi5kas dominavimas, pavyko tik veliau. kai buvopakankamai toli paZengusi biochemine - fermentq genetika.

Dominavimas ir aleliniq genq rai5kos ypatybds. Drozofilos whitefokuso alefiai. Drozofilos whitc genas yra rcguliacinis. Jo mutacijoskei i ia visq akies pigmcntq sintezg lemiandiq genu veikl4. Lokuse yraIabai daug alel iq ( ik i poros Simtq). Alel iq sEveikai t i r t i pasir inkt iketuri Sio lokuso aleliai: l/ - tamsiai raudonos akys - normalus ti-pas, w" - eozininis ak1,s, spalva kaip daZo eozino, wo - abrikosinisakys ir n, - baltos akys, nul mutacija - akies pigmentai visi5kai ne-sigamina.

Drozof i los mutant iniq l in i jq kryZminimo rezultatai v is i5kai sutaposu j l rq k iau ly i iq me lan ino s in tez is ty r ima is . H ib r id in iq pa te l iq

9.2 len tc le . N le lan ino k iek is j I rq k iau lyd iq p laukuose, esant i va i r iems a le l iqderiniams (pagal S. Wright. 1949)

co col r

c c

c* co

cd c'

c t

c c

c'co

cu co

Scp4a

Tarpiniai

Be melanino

GENOTIPU EILE (pagal melanino sintezdslntensyvumq):coco<c'cu<c'c'<cd co<cd c'<cd cd <ckco <ck c'<co(d <<t'k co <Cco =Cc'=Ccd =Cck =CC.

(w;hite lokusas yra X chromosomoje, norsparys del drozofilos X chromosomos genqrumq, Lr. p. 193) fenotipai buvo tokie:

patineliq fenotipai tokiedozds kompensacijos ypa-

SukryZminus normalq t ipa su mutantais, ju F, hibr idams yra b[-t l i r rgas vis i ikas dominavimas. o sukry2minus mutantus tarpusavyjc.pastebinras nevisiSkas dominavimas.

Pagal spalvos intens)',/ejimq genotipus galima surikiuoti taip:

ww(wow(w"w"(w"w(w'w'(w"w'(Ww = Wwo= Ww"= WW.

Pirmiausia kuo skir iasi alc l in iq genq vcikla, kad atsiranda kieky-biniai fenot ipq skir tumai, kur iuos lemia skir t ingi alel ia i . Abu nagri-ni t i lokusai (melanino ir white) lemia metabol i to sintezg. Metabol i tosinteze priklauso nuo fermento. Alcliai ir lemia skirting4 sumini fer-mcnto aktyvurnq, nes del mutacijq fermento sintezis polqrdiai galibI t i ivair Is:

. gal i pakist i paciq fcrmcnto molekul iq aktyvumas ik i v is i ikaincaktyvaus haltymo (ruil mutactjr), t. y. kai fermento sintezdvisi5kai nevyksta. Pasitaikcl, kad gaminasi imunologincmis savy-bimis tapatus aktyviam fermcntui, bet visiSkai neaktyvus balty-nras. Sis baltymas vadinamas CRM (angl. cross reacting nute-rial - kryZmi5kai rcaguojanti medZiaga). Kitais atvejais, norsbaltymas sintetinamas, jo aktyvumas yra pakitgs, silpnesnis;

. gal i pakist i fermento molekul iq skai i ius;

. dil mutacijq, kurios nulemia fermento sandarq, gali pakisti fer-mento jautrumas ivairiems reguliaciniams veiksniams - aktyva-tor iams, inhibi tor iams.

Kad butq paprasdiau paai5kinti, kodel vieni aleliai visi5kai, o kitinevisi5kai dominuoja, tarkime, kad visi tirti aleliai lemia skirting4f'ermento kieki, o tyrimq trukmi, substrato kiekis ir kiti veiksniai,kurie gali paveikti pasigaminusio produkto (pigmento) kieki, yra pa-stovls dydZiai. Kaip priklausys pasigaminusio produkto kiekis nuo

a WW * wnw" -l fr'r" , wowo-l

I wr" l--- | *'ro | -| ,* x wowo l:i.i,kr. | *"r" * w, l;."o*.,I Wwo I dornirrar irnas I t4t"w I dominavinras

I WW*ww I lwowoxww ItwwJLwo 'n tJ

88653 l

36l 9t 4t 230

613

Melaninas o%

C- (C<!, Cc',

612

Vrsr ikas

Ncvisrikas /

dirrrrtnavimas

v ' r r '< r r t r '< r t4 t ,o< r t , " l t < u " l t "<u41" '< I l t : ' : I I ' r : .= I I v t ' : I I ' [ ' I

Visiikas clorntnavnnas

Gcno proclukto (fcnrcntLr) ktckrs

9.1-5 pav. Dinaminis/suminis dominavimo ai3kinimas:uZbrukiniuota visiSko dominavimo zclna; / - nornralLls substrato kickis; 2 - maZesnis

substratr) kickis: .3 - didcsnis substrato kickis

fermento kickio, yra gerai Zinomas d6snis. Produkto (pigmento) kie-kis dides proporcingai fcrmento kiekiui tik iki tam tikros ribos. Tqribq nustato substratas. Produktrl kickis tol dides, kol per bandyrlolaikE bus perdirbtas visas substratas. Daugiau produkto nesigzrmins,ir kreivd, vaizduojanti fermento priklausomybg nuo pasigaminusioprodukto kickio, pasidarys plokidios formt'rs (9.15 pav.).

Ncsunku visus genot ipus pagal drozof i los akiq pigrncnto daugcj i -m4 sutalpint i ant abscisiq a5ics (9.15 pav.) manant. kad ww visi(kainelemia fcrmcnto sintczis, v"w - jau Siek t iek nulemia, bct du ab-rikosiniai genai w"wn veikia dvigubai stipriau, vienzrs eozinis genasw''w, aktyvesnis uZ du abrikosinius w"11", o du w"tt" dvigubai akryvesniuZ vicn4 w'' (w''w). {sotinimo ta5kas (plokituma) bus pasiektas, kaibus heterozigota l/w. Nuo Sio ta5ko pigmento nedaugdja, nepaisantto, 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 dozdjelemia toki sumini fermento aktyvum4, kad jo pakanka visamsubstratui perdirbti.

Tokia sarybe vt'hite lokuse pasizymi genas W. ULtenka jo viengu-bos dozds. Bet kurio kito alelio priedas prie jo (Ww", Ww' ar netgi

6t4

llW) nekeidia pigmento kiekio. Toje kreives dalyje, kurioje nepasiek-ta riba, galioja geno dozes principas ir nevisi5kas dominavimas. Kadyra tam tikras slenkstis, kuri perZengus tolesnis geno dozes didejimasneveikia fenot ipo. i rodoma ir special iais bldais padidinus genq skai-c=iq iki 3-4. Tirip padidinus n,' ' aleliq skaidiq iki 3, t. y. t+t'tr' 'w", gau-namos normalios spalvos akys - pasiekiamas jsotinimo ta5kas (bltinasqlyga, kad 3-iasis )r,' ' genzls bltq autosomo.je, nes white lokusas yraX chromosomoje, ir jam galioja dozis kompensacijos reiSkinys.

Dominavimo pokyiiai. .,Fermcnto-substrato" santykiu galima pa-ai5kinti ir dominavimo priklausomybg nuo aplinkos. SumaZejus sub-s t ra to k iek iu i (9 .15 pav . ,2 ) , kad v icno a le l io w ' (ka i genot ipas w ' 'w)nulemiamo fernrento pakaktq pcrdirbt i v is4 substrat4, Sis alel is i inevisi ikai dominuojandio pasidarys vis iSkai donrinuojandiu. I r atvirkS-ciai , didinant substrato kicki (9.15 pav., 3), kai kur iose hetcrozigoto-se (konkrediai Ww) ztlelis W taps nevisi5kai dominuoiandiu, nr-s vicnogcno W produkto ncpakaks pasickti isotinimo taikE.

Izoalel iai . . .Fermcnto-substrato" santykiu gal ima paai ik int i i r nor-malr4 fenot ip4. kur is bldingas izoalcl iams. Pris irninkime, kad izoale-l ia i homozigot incjc bnklejc lemia fenot ip4, tapatq normal iam fenot i-pui , kur i lcmia vis i ikai dominuojant is genas. Tik iq heterozigotose sumutant iniais genais, kur iq vcikinras si lpnesnis uZ izoalcl io vcikimq.pasireiSkia nevisi5kas donrinavimas. Izoaleliai yra mutantiniai genai,bet jau ddl dvigubos jq dozds (eozininio geno w" Siam efektui bltinatrigLrba dozc) pasirei5kia aktlvumas, prilygstantis vieno normalausvisi5kai dominuojantio geno lemiamam aktlvumui. lzoalelio hetero-zigota su bet kuriuo nc tokiu aktyviu aleliu Sio lygio nepasiekia, iriios hetcrozigotos fenotipas yra tarpinis, t. y. genas nevisi5kai domi-nuoja. Tik hcterozigotos tarp dvicjq izoaleliq arba izoalelio ir nor-malaus gcno bus normalaus f 'enot ipo.

Geno funkcija ir donrinavimas. Dominuojaniiosios ir recesyvio-sios valdymo genq mutacijos. Prancfizq mokslininkai Zakobas ir Mo-no ne tik suklre vienos i5 centriniq genetikos problcmq - genq veik-los valdymo pamatus, bct i r i5sprcndi, kada valdynlo genq nrutaci jayra dominuojanti, o kada recesyvioji. lr tai buvo padaryta specialiai,nes jie tyrimus atliko su Escherichia coli. Tai objektas, kuriam nat[-raliai dominavimas nepasirei5kia. Zakobas specialiai sukfird merozi-gotas, kad galetq t i r t i valdymo genu (operator iaus i r geno-regul iato-riaus) heterozisotas.

615

Merozigotos - laikina ii dalies diploidine bakterijq l4stelisbflsena, atsirandanti del konjugacijos, transdukcijos ar trans-formacijos.

Geno-reguliatoriaus koduojamas produktas represorius jungiasi suoperatoriumi, kai nira induktoriaLrs. Induktorius - tai junginys (iia-mc opcrone galaktozidas), kLrris indukuoja operono veikl4. Kaip mi-nita, struktlriniq genq mutacijos pakeidia (nutraukia) tik konkretausbaltymo - fcrmento sintczg. Valdymo genq mutacijos keidia visos jqvaldomos gcnq grupes veikl4. Operatoriaus ir reguliatoriaus mutaci-jos skirt ingai s4veikauja su normaliais alcl iais laikinose merozigotose:

- - - - - ba l t r n ras: i :-:-;rlllNl{

optratoriutrs nul nutlocija O yra recesyvi,nes csant induktor iui . antrasis opcronasyra vciklus;

- opcrutoriaus O( mutacija yra konsti-tutyvi ir dominuojanti, ncs pakitusio O(neslopina reprcsorius R ir tada, kai nirainduktor iaus;

- raguliutoriaus I( mutacija (l- nttl arl:aI I)) yra konstitutlvi ir recesyvi, ncs RncatpaZista operator iaus. kai nira induk-tor iaus, normalus represorius R slopinaabu operonus;

- regiliatoriuus I\ mutacija yra super-represorius, slopina operonq ir kai yrainduktor ius i . nes del mutaci jos R negal is4veikauti su i. Si nrutacija yra domi-nuojant i - Rs slopina abu operonus.

t'

ml{Nlihaltvlnas

( 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 igcnai. I i - rcpresorius, i - induktclr ius.)

Zmogaus mutacijq dominavimo prieZastys. Fogelis ir Motulskis pa-bande apibendrinti duomenis apie tai, kokios Zmogaus mutacijos yradominuojani ios (9.3 lentele). Thi daugiausia mutaci jos genq, lemiani iq

6r6

Pokyis Par yzdys

Nenormali balt),rno subvienettl agre-saci ia

Nenormalus fi brinogenas

Mult imerinio baltymo vciklos sutr i-kimas di l ncnormalaus subvieneto

Nestabi lus hemoglobinai

L4stel i q receptori q def'ektai Porfirindeanrinazes stoka esant umiai besikaita-liojandiai porfirijai

L4steles rcceptori q def'ektai t ,OL (maZo tankio l ipoproteino) cholesterol isrccoptoriaus dcfektas, esant Sciminei hipercho-lcsterolcmijai (padidejusiam cholesterol io kie-k iu i )

Llstck 's ntcrnbranrrs dcfcktcr Paveldirla st-erocitozc (nrikrosfbrocitai kraujyjcscrgant maZakrau j ystc-)

Nenormalaus f ibr i l inio baltymo nuse-dimas nerif t r iniuosc audiniuosc

Paveldimos amiloidozes (arni loidq susitelkimasaudiniuose)

Ncnonnalaus f ibr i l in io bal tymo nusd-dimas sr.ncgcnvse

Alheirner io l iga

Papli tusiq ir pagrindiniq baltymqsandaros dcfektai

Jungiamojo audinio anomalijos: osteogenesisintperfbcta (kaulinio audinio susidarymas -

ncbaigta fcrnna), Marfano s indromas ( , ,voro pi r i -ta i " arachnodakt i l i ja) , Ehlcr io-Danloso s indro-mas

Pakitusi sip'eika (susi lpncjusi) sLr ki-tu baltyntt

Hipcrtrof ine kardiomiopati la ( i i rdies raumens l iga) Jc l n r ioz rno gent r r r ru lac i ios

Homeoblokq tur indiq ( rnorfbgenezcs)

ccnu mutaci iosWaardcnburgo s indrontas (Zr. 5. I lentelq)

Iabai svarbius, bcndro pobudZio procesus arba reiSkinius. Bet tai darnepaaiikina, kodil i icls mutacijos yra dominuojandios. Pvz., l4steles re-ccptor iq mutaci jos gal i bl t i i r rcccsyviosios.

Kai kuriq mutacijq dominavimo prieZastys ai5kios, kaip ir opera-tor iaus ar geno-resul iator iaus. Mutant iniu alel iq pasireiSkimo pob[-dis toks. kad nrutant inis alcl is , .gadins reikalus" t iek vienas - homo-zigotose, t ick heterozigotose, kur iq genot ipe yra i r normalus alel is.?r ip superrepresorius slopins operonq neprik lausomai nuo to, kadheterozigotosc yra ir normalus gcno-rcguliatoriaus alelis. Lygiai taippat nenormalus fibrilinis baltymas nuses periferiniuose audiniuose(amiloidoze) ar smegenyse (Alheimerio l iga). Heterozigot iniai asnle-nys tik galbfit sirgs Svelncsne ligos forma.

Vadovaujantis Sia logika, ir mutantiniai hemoglobino B polipepti-clai heterozigotq pagal siklcmijos genE eritrocituose turtitq jungtis i

9.3 len tc l6 . Zmogaus(pagal F. Vogcl. A.G.

dominuojandiq mutaci jq prieZasty'sMotu lsky . 1997)

6r l

i lgus agregatus, bldingus mutant iniam baltymui homozigotose. Th-diau esant pakankamam dcguonics kiekiui, taip neatsitinka. Tik kaitruksta deguonies, hctcrozigotiniq asmenq eritrocitai iStista, kaip irhomozigot iniq i ismenq er i t roci tai . Vadinasi, dominavimui pasireik5t irc ikal ingos tam t ikros apl inkos s4lygos. Operator iaus mutaci jq sary-bcs (dominavimas - reces)'vumas) i5rySkeja tik per kitq io valdomqgenq veikl4. Be to, Sie genai turi bfiti cis-padetyje. Thd ir kiti genai,genot ipine apl inka, svarbi pasircik l t i a lel in iu genq s4veikai .

9.5.2. Nealeliniq genq s4veika

Nealel iniq genq s4vcika, atrasta Beitsono, Siuo metu yra viena i5svarbiausir l i r sudet ingiausiq gcnet ikos problemq. Kadangi genot ipasyra vicninga gcnct inel s istcnr ir . tai , gcnams si lveikaujant, iSskir iamaclcrncntar iausia forma - savcika tzrrp clv ic ju nealel iniq gcnq. Bf i tentelcmcntar iausi nealel iniq gcnq s4veikos t ipai i r nagrinejami Siameskyriuje. Kartu pazymdtina, kad nealeliniq ir aleliniq genq sqveikost ipai yra pana5[s, net juos lemiantys mechanizmai gal i b[ t i tapat[s.

Priei 40--50 mctLl ddmcsys ncaleliniq genrl s4veikai buvo labaicl ic lc l is, bct formalus: nust i . r tyt i ivair ius si lvcikos t ipus i r ivcrt int i , kaiptai turetq atsi l icpt i hibr ic lanrs F,, ypai F., kokiu santykiu gal i pasi-skirstvt i F^ hibr idai .

Gcnq s4vcikq lemia gcnomo sanclaros i r gcno veiklos valdymoypatybcs, toddl visa ncalcliniu genu s4veikos tyrimo paZanga tic-sio-giai susi jusi su i iq dviejq gcnct ikos problemu tyr imais. Vieni pirmqjqir Siojc sr i ty jc buvo Zakobus ir Mono. rpt ikg valdymo gcnus ir nu-statg sqveikil tarp dvicjq lokusq: /ac operono ir geno-reguliatoriaus 1.

Nealel iniq genq vciklc ls suminiai poveikiai jau buvo Zinomi i ranksdiau, po to, kai buvo apt ikta pol imeri ja i r pol igenai. Juos papi l -de llidlio ir Tcitumo atradimas, kad net palyginti nesudetingi pozy-rniai , kaip metabol i to sinteze, yra daugel io genu vciklos produktas, i rc lementarus pozymis yra vienas pol ipept idas. Thip buvo i5aiSkintaviena pagrindiniq komplementar iosios genq s4veikos pr ieZasciq. At-radus genomc kartotinius genus, paaiikejo polimcrijos - poligenqs4veikos prieZastis.

Skir iami du pagrindiniai nealel iniq gcnq sqveikos t ipai :

. modif ikacine-resul iacine,

. sumavimosi.

618

.4--

9.5.2.L Genai modijikatoriai. Epistaziniai g,enai

Kiekvienam pozymiui galima i5skirti pagrindini genq (arba ge-nus), bc kurio (arba be kuriq) poZymis nesivysto, ir genus modi-fikatorius, keiciandius pagrindinio geno savybes. Pats genas modi-fikatorius taip pat gali nulemti koki4 nors organizmo sarybg, betgali atskiru fenotipu ir nepasireikiti. Thda jo vienintele funkcijayra modifikuoti (ir valdyti) kito, nealelinio geno veiklq. Tho padiumctu pavieni genq veikia ivairiomis kryptimis daugybc kitq genq.Jie sudaro i iam genui genet ing apl inkq, arba genet ini fonq.

Genai modifikatoriai keidia tokias geno ypatybcs:

. veiklE, sust ipr indami arba susi lpnindami jq;

. penctranti5kum4 ir eksprcsyvum4l

. alel in iq genq si lvcikos pobudi:

. nrutavimo clalni.

Gcnzri modifikatoriai svarblis praktiniu atZvilgiu. Jais galima su-silpninti nepagcidaujamas sar.ybes ir sustiprinti pageidaujamas. ThipHercfordo veislis galvijai buvo iigelbiti nuo akiq veZic'r. Akiq veZiuserga galvi ja i su nepigmcntuotais akiq vokais. Modif ikator iais pig-mentaci ja akiq vokuosc buvo padidinta.

Kaip gcnai modif ikator iai gal i pakeist i geno pcnetrant i5kum4 irdominavimo krypt i , gal ima sprgst i i5 9.4 lentelejc pateiktq duomenq.Normal i drozof i los sparnq forma (rg*) bevcik 100% dominuoja pr iei

ivair ins ale l ius, lemiani ius rudinrent inius sparnus. l l4 (angl. ni l t tut t , -

smulkus) genai heterozigotose ug*rg 5i4 savybg susilpnina kiekybiS-kai. Sis modifikatorius kai kuriuos rcccsyviuosius alelius (r.'g"' ' ir ug"'r)paverdia visiikai dominuojandiais.

9.4 lcntclc. Kai kuriq M (Minute\ genq poveikis lg* dominavinrui(paga l M. M. Grcen. 194( r )

Ge na imodif ikatoriai

Normaliu drozofilu o/o, ESant hcterozigotonrsvg 'vg vg ' v { ' vg vg ' '

q q ?

M(2) I) 68.8M( I )n 21,6M(3)w 12,4

9'7.8t 2 . l

0.0

5 4

0.0

619

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:

aktyvacijos arba slopinimo. Aktyvatoriq tipo daZniausiai yra valdymo

genai. J ic nustatomi molekul ines genet ikos metodais, sugret inus jq

normalaus ir mutant inio alcl iq veikl4. Hibr idq kartose tokie genai

turi sustiprinti pagrindinio geno veikl4. Antai sr"rkryZminus mt:lsvai

rudus (Si spalva pr ik lauso nuo melanino kiekio) balandZius su bal-

tais, F, hibr idai yra juodi. o F. pal ikuonys susiskaido i 3 grupes

santykiu 9:3:4, b[ tent:

grupds. Pvz., Scimoje, kurioje tdvo kraujo grupe A,, motinos - krau-jo grupe 0. gali gimti palikuonis, kurio kraujo grupd A,B:

Thi atsitinkaslopina B alcl i .

A i I o(B)Qthh

. T

ABi - - \ o a r ,todel, kad motinos genotipe epistazinis genas /z/r

9.5.2.2. Suminis nealelini4 genq sqveikos

PoZymis - daugelio genq veiklos rezultatas. Komplementarfis ge-nai. Apie daugcl j ne t ik eukzrr iot tr , bct i r prokariotu poZymiq gal imatcigt i , kad j ie yra daugybcs gcnq vciklos produktas.

?ri patvirtina ir pleiotropijos, arba qeno daugybincs veiklos, rei5-kinys: v ienr) gt :no mutaci ja i ( karto atsi l icpia daugcl iui poZymiq. Plei-otropi ja yra geriausias j rodymas, kad vieno aeno veikla susi jusi , su-derinta su viso gcnomo vcikla. Todel nercikia stebct is, kad vienogeno mutaci ja gr iauna. i r kartais labai st ipr iai , v is4 5iq suderint4 sis-tem4. Thi pr ik lauso ir nuo geno svarbos, koki4 viet4 j is uZima Siojesistemoje. Atrodytq nereikiminga vicnos nukleotidq poros pakaitahemoglobino B polipeptido gcne, o nukcndia visr-rs organq sistemos(9.16 pav.). Aprlpinimas deguonimi, kaip i r CO. 5al inimas, Iabaisvarbus visq organizno sistemq veiklai. Kartu taj akivaizdus jrody-

mas, kad nuo pleiotropiniq mutaci jq labiausiai nukcndia suddt ingiau-sios sandaros organizmai: stuburiniai gyv[nai, ypad Zinduol iai .

Siklemija yra santykind pleiotropija. kuri pasirei5kia bltcnt todel.kad genomc visq genq veikla sudorinta, i r v ient ' r geno nlutaci ja iSde-rina vis4 sistcm4 arba didesng ar maZesng jos dali. SumaZejgs apru-pinimas deguonimi atsi l iepia daugel io organq vciklai .

Sudetingiau irodyti tikrqiq pleiotropij4, kai gcnui iS tikrqlq bu-dinga daugybind veikla: vienose l4stelese jis lemia vienas, kitose -

kitas savybes, veikia skirtingose genq grupese.Kad daugel io nealel iniu genq veikla sumuojasi , pirmasis 1908 m.

irode Svedu mokslininkas Nilsonas-Ele (H. Nilson-Ehle), bet tai galipasireikSti dviem bldais:

P ,L bb xmc lsva i ru t l i

F, Aa l lb

iuocl iF. 9A- Il- : 3,.1-

. juodi nrclsvit i

aa BBba l t i

bb : 3aa IJ- : Iua bbr u d i l r r r l l i b r r l t i .

cr ia ,4 - paurincl inis mcllnino sintczes gcnas. lcmiantis rnclsvai rucl4 spit lv4; bc j t t

mclaninas ncsintct inirnurs: a - rcccsyvusis jo ulcl is, r trr l rnr.rtaci ja; B ntocl i f ikato-r ius . sus t ip r inant is mc lan ino s in tezcs gcno vc ik l l l ; b - rcccsyvus is jo a lc l i s . nu l mu-taci ja.

Epistaziniai yra valdymo genai, s lopinantys ncalel iniu genq veik-14. Pati salvcika vadinama epistaze (gr. epistasis - vyravimas). Epista-ziniai genai imirni / , i ( inhibi tor ius) arba Sap, scp (suprcsorius;. Si4s4veik4 lcngviaLr t i r t i . Papraslxi gpistazinis genas slopina visus hipos-tazinio ( to, kur is slopinamits) lokuscl alel ius. Antra vertus, cpistazi-niai genai pagal dominavinro sar,ybg gali b[ti ivairfs: dominuojantys,rcccsyviej i , gal i pasircikSt i c lv iguba arba miSri epistaze (9.5 lentele).

Kol kas sunku paai5kinti dvigubos epistazds sqveikas. Manoma,kad Siais atvejais s4veika vyksta gcno produktu lygiu. Jicms saveikau-jant iS dvicjq aktyviq genq produktq susidaro vienas - neaktyvus.

Genus modifikatorius Zmogaus genome tirti sunku, nclrs, savaimesuprantama, kad tokia s4veika vyksta ir tarp Zmogaus genq. Rccesy-vioji cpistazd yra neiprastu kraujo grupds ABO paveldeiimo atveju.kuris aptiktas viende etnincje grupeje Salia Bombejaus, todel 5is rei5-kinys vadinamas iio Indijos miesto vardu. Rccesyvusis alelis ftft slo-pinir kraujo grupiq genus A,, A. i r B, todel gal imos net ikctos kraujo

620 621

santykiai F,, esant ivair iems epistazds ir komplementarios

Genq s4veikos pobtdis

Genr; derinys zigotose

\\€l

{\\=

\a

€

\ \\a

€\al

€!

a

€€s

=N ealeliniai genai nes4veikauja 3 J

A . E P I S T ' A Z E

I . Recesy vioji cp istuc

( a a > B i r h ) i*fl3 4

2. Dominuo jan i iq i ep is tu e

A > B i r b

t 2 _

1 3 Y

J +LJ

l . M i i r io j i cp is tu a

A > R i r b

hh> .1 i r a t 3 J

4. Dviguha recesyvkr.j i cpistivc

a a > R t r b

h h > A i r a 75. I)vipuba donrinuojandi<rji ep istue

A > R r b

B > A i r u l 5 I

[ )as taba: : - s te lb i rno 2cnk las ; neatZynr0 t i (pava izduot i ba l ta i ) t cno t ipa i , ka i pas i rc i i k ia ep is tuc ;

l i t i l e n , r t i p r r r l 7 ) t n c l r .

B . K O M P L E M E N ' I ' A R I S A V I ' I K A

( ienq s4ve ikos pob id is

Genq der invs z igo tosc

\\:

a

\\=

\d

\ \\I

\ €

€

at

Abu genai savarankiiki, jq sqveika -

A-B- yra naulas t 'enotipas

3 3

t 'apildomi genai:,4 yra savararkiikas,

d y ru pap i ldonr rs : , { -8 - nau j r ' fenor ip r ffi{r: j

-T3 4

Abu genai;1 ir I savarankiSki ir lernia

patt tcnotip{; /-8- ir aa6,- nauji f 'enot 6 I

Po2yrn is iSs ivys lo r i k tada, ka i abu

{-8- genai pcnotipe 9 7

A --> B -, C + D -+""-+ Galutinis produktas (po2ymis).Pastaba: st ipr iausiai patamsint i nauj i l 'cnotipai, si lpniau patr. rsint i ki t i fenotipai,ncatZymeti (pavaizduoti baltai) t 'enotipai, kai poZymis nesi\ys.o.

622 623

C A A 1 G U A P r k a i l a a r r ' , r r r t t l u l r ( ; . i J( ; A ( ; t C U C l t p , r l i p s P t r q l l r h , r r j t , i c p l J e r r j r

(Jlu + \ ' r lv

9. 16 pav. Santykine pleiotropi ia d6l mutaci ios hemoglobino p pol ipeptido gene

. pozymis yra daugel io darniai , bct savaranki ikai vcikiandiq vie-no paskui k i t4 gcnq vcikkrs rczultatas; tzr i bf idinga komplemen-tar iems gcnams;

. poZymis yra genq vciklos paprasto sumavimosi rezultatas; taibucl inga pol igenams.

Komplementari nealeliniq genq sqveika pasireiSkia ivairiais bfidais( l r . t ) .5 lentelg). DaZniausiai pasi taikant i i r supranramiausia tokia s4-vcika, kai , sukryZminus du mutantus, hibr iduose atsistato normalus po-Zymis. Tiri komplementacijos reiSkinys, apie kuri ne kart4 ra5yta ir kurisnaudoiamas genctikoje nustatyti, keli genai lemia poZymi (Zr. p. 77).DaZnai skir t ingq, nealel iniq genq mutaci jos yra vicnodo fenot ipo, t . y.vicnodos i5vaizdos. Mat, kaip jau mineta, pozymis pasireiikia ne ii kar-to, bet per daugel i tarpiniq grandZiq (reakci jq), i r k iekvienq jq gal ipaveldimai blokuoti mutacija. Tai galima pavaizduoti taip:

9.-5 lcntcle. Ski l imosqveikos t ipams

II

0(ireita pjautuvo lblnrostEstct t r l 2uns

.1.i \ ' l a7akmL1j1

t lv l

l .abai lxr t l id . ' jus i k lLr l t l It i u l n u r r ' i \ h

I* l

l ' : r t l i t l c j g ' kp1n l r 1 |t ' i L r l pq L i ek i s I. f l. . 1 } r k ( t ' , ' k i r r r l ' r r l c

I.1,Si l ; rnLrnras i r nuorarqir.iaLrsrr as

N, lenkas t iz i r r is i is iv t

Muiantinis henroeloUnas --l

Sulipusios l4stelds ir sutrikurl P.iautuvo fol'mos lqsteliqlt'auio cirkuliaciia sankauPa blulnl'je

,. , , . .

f- l ,*r l i t r iai klauiotakos sulrrkirnai-- ' l

I

|1,,,,,1.,,,..,.,,.tl I I l;;l::J:il.,""' 1,,,J",.,,11"."" I l'::,",.i,|"" | | "'*i'''1,r.,n,.,

,., .,^,,. | . i,,i.ri

rr;. riri | | ,,,,r1,. I

| | l 'n(url i ia I l l ' : l l l i ;" I

.1,,,,,, I I

R(Lr'.rc\r"''*"i"'f:ll;:i:l;ll

l \ . cp i lNr i rK , . r ra r i l s Skausnra i sk randy ic

rZnrs.a

T' T. T. T"

dia m,-mn - konkredias reakcijas/virsmus lemiandiq €enq mutaci-jos, .4, B, C, I) . . . - nealel iniai dominuojantys genai. Sio t ipo kom-

plementari sqveika blna ir tarp nealeliniq genq, nulemiandiq skir-

tingus to paties sudetinio baltymo polipeptidus (domenus).

Komplemcntariems genams bendra tai, kad hibriduose ddldvieju ar daugiau nealeliniq genq sqveikos pasirei5kia naujasfenotipas, ncb[dingas atskirai veikiantiems (daZniausiai mu-tantiniams) genams.

Komplemcntar ios s4veikos b[du paveldima labai daug poZymiq.DaZnai i r Zmogaus t4 pat i paveldim4 defcktq ( tokio pat ies arba pa-naiaus fenot ipo) nulemia skir t ingi , neprik lausomai paveldimi ncalel i -niai gcnai, bfitent diabet4, raumenL! distrofij4, schizofrenij4, kurdne-bylumq ir kt. Seimose, kuriose abu tevai tr.rri toki pati, bet lemian-r4ncalel iniq gcnq paveldim4 dcfckt4, vaikai bf ina normal[s.

I 'avyzdZiui. dvic. jq kurincbyl iq, kai jq santuoka ati t inka tbrmulg A,l bb x aa IIB'.

r r A l t t t l lA h o E

Mutantas I Mutantas 2L y t i n c s A h s l llus tc l ts

P r r l i k r r t r r r v s l l j ) A 4 ^ At T u

F , % B ,

Normalaus

Normalaus fcno t ipo

:l3A- hb ; 3aa R : lat bhl (- benclrasI c n o t i p q s a n t y k i s 9 : 7

l 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 nor-malq pozymi lemiandiq genq veiklfis alcliai. Komplementarigenq s4veika blna akivaizdi heterozigotose (jau F,): hibriduo-se atsistato normalus fenotipas, sukryZminus du, daZnai tapa-dius mutantus.

Kaip viena i5 komplementarios nealcliniq genq sEveikos formqyra papildomieji genai. Jie galetq b[ti priskiriami ir prie genq mo-difikatoriq. Organizmai, kuriq genotipe yra Sie papildomieji genai,turi koki4 nors papildomq savybg. ParryzdLiui, Zmogaus eritrocitq pa-viriiniq antigenq A ir B sintezg lemia genai IA ir /8, tadiau kai yra

624

genas Se (angl. secretion - i5skyrimas), antigenq aptinkama ne tik antl4steliq pavir5iaus, bet ir kuno skysiiuose, tarp jq ir seildse. GenasSe nekeidia geno IA arba IR veiklos (tuo 5i s4veika skiriasi nuo genqmodifikatoriq), nors be Siq genq ir genas Se nepasireikStq fenotipe.Jeigu abu tevai pagal abu genus bttq heterozigotiniai, tai santykis F,bfitq 9:3:4. Tokia sEveika gali bfiti visq genq, kurie koduoja signali-nius polipeptidus, pavir5inius receptorius, signalo ne5iklius i bran-duoli, Saperonus.

Kielrybiniq poZymiq paveldejimo ypatumai. Ry5kiausiai genq veiklasumuojasi, kai paveldimi kiekybiniai pozymiai. Sie pozymiai sudarolabai svarbi4 grupg. K[no mas6, plaukq ilgis, atsparumas ligoms irkitiems nepalankiems veiksniams, greitis, kokiu bega lenktyniniai Zir-gai, ir mase, kuri4 patempia darbiniai arkliai, ivairiq medZiagq kiekisorganizme, intelektas ir kt., - visa tai kiekybiniai poZymiai. Skirtumaitarp organizmq nustatomi ivairiais matavimo vicnetais. Kaip tik SiepoZymiai itin svarbls selekcijoje.

Taiiau formaliai kiekybiniai poZymiai paveldimi ne pagal Mende-lio desnius, t. y. F, hibridai neb[na vienodi, o F" nesiskaido i grieZtaiapibreZtas fenotipq grupes, kuriq bltq galima nustatyti santyking da-ll. Jokiq santykiq F. skaidiuoti negalima.

Kiekybiniams poiymiams budinga salyb6, skirianti juos nuokokybiniq poZymiq * nuolatinis varijavimas, variacinis kinta-mumas. Jis pastebimas ir homozigotindse, geneti5kai grynoseveisldse bei linijose.

Geriausia pradeti 5i klausim4 nagrineti nuo pavyzdZio. Pasinau-dokime vienu senu bandymu su kukurfizais. Emersonas (R. A. Emer-son) ir Ystas (E. M. East) sukryZmino dvi kukurlzq grynEsias (inb-red) linijas Nr. 60 ir Nr. 54 ir i5analizavo burbuoliq ilgio paveldejim4(9.17 pav.). Nors Sios linijos buvo geneti5kai grynos, bet kiekvienailinijai bldingas tam tikras pozymio sr,yravimas: Nr. 60 burbuoles bu-vo nuo 5 iki 8 cm ilgio, Nr. 54 * nuo 13 iki 2I cm. Tevq linijqsvyravimo prieZastis buvo aplinkos sqlygos, kurios net atskiras to pa-ties augalo dalis gali veikti nevienodai. Statisti5kai 5ie svyravimai i5-rei5kiami normalaus pasiskirstymo ddsniu. ISskirtina grupe (klase),kurioje individq yra daugiausia: tai linijos Nr. 60 klase su 7 cm ilgioburbuol6mis arba liniios Nr. 54 klase su 17 cm ilsio burbuolemis. Si

B_1;

625

trumpros € burbuoles -g ilgosMo=7,-s ,r43 lv{o=17,t

\ (Nr o0 x Nr.54JN'10= 12.tr

3 l

.1 o 8 10 1.1 lo lB 20 222,1BurbLroiirl ilqis cnr

Y

- \ l !' O J ' J

E . t r t

E r n

< r u0n

l / l

3( )')a)

l i l

ar

n

9.17 pav. Kiekybinio poZymio/ kukuri lzqburbuol6s ilgio pavelddjimas

gausiausia klasd vadinama moda-line klase, arba moda. Moda -

vidutinis pozymio dydis (Siuo at-veju vidutinis burbuoliq ilgis), betne aritmetinis vidurkis: su tokioilgio burbuolemis yra daugiausiaaugalq. KraStutiniq individq, tiekmaZej imo (-) , t iek didej imo (+)kryptimi, kitaip vadinamq ,,plius"ir , ,minus" var iantq (stat ist ikojcatskiras stebcjimas - variantas),yra mazai.

Ncpaisant variacinio kintamu-mo, pasir inktos l in i jos Nr. 60 i rNr. 54 viena nuo ki tos ai5kiaiskyrisi burbuoliq ilgiu. Kielg'bi-nio poZymio paveldejimo rezul-tatai hibridq kartose vaizduoja-mi gra[ i ikai : histogramomis. ar-ba kreivimis, kaip tai parodyta9.17 pave ikslc. Nagrincjantojo pa-vyzdlio rezultatai tokie:

apytikriai suskirstyti tik idZiai ir baltagrld2iai.smulkiau suskirstyti pagal

suminiai rezultatairaudona : balta

3 : l

Poligenai daZniausiai zymimipapildomas simbolis (indeksas),

dvi grupes, pvz., kviediai raudongr[-

atspalvius.

pagal atspalvius rezultatas atitinka

I: 2 :1 monohibridini kryZminim4 - I genq pora,

Pozyrnis tas pats, o ivairiq veisliq deriniq rezultatai skirtingi, to-del patyrusiam genetikui, koks buvo l.,lilsonas-Ele, buvo aiSku, kad t4pati poZymj - grldq spalvq (raudon4 ar juod4) - lvairiuose genoti-puose (veislese) lemia skirtingas genq skaiiius:

. F, t'rurbuolis pagal ilgi yra tarpines tarp ntotininiq linijrp: jos

9-15 cm i lgio, moda - 12,6 cm.

. F. labai didel is burbuol iq i lg io svyravimas - nuo 7 ik i 2l cm,t. y. nuo kraitutiniq linijos Nr. 60 ,,minus" variantq iki kra5-tut iniq l in i jos Nr. 54 , ,pl ius" var iantq. Modal ine klase yra12,1 cm i lgio burbuoles, t . y. F, i r F, modal inds klasds maZ-daug sutampa. F: variacinis kintamumas yra kur kas didesnisuZ F,, nes j l nulemia nc t ik apl inkos veiksniai , bet i r geno-tipq ivairove F,.

Folimerija. Poligenai. Nilsonui-Elei tiesiog pasisekd, kad jis kryZ-mino daug kviediq ir aviLr4 veisliq, kuriq gr[dq spalva alternatyvi:kvicdiq buvcl raudona ir balta, aviZu buvo juoda ir balta.

626

1 5 : l l ' . 4 : 6 : 4 : l d i h i b r i d i n i - 2 g e n q p o r o s ,

63 : I l :6 :15 : 20 :15 :6 : l t r ih ib r id in [ . 3 genq poros .

Labai praverti F" hibridq skirstymas pagal grldq atspalvius. Pa-aiSkejo, kad fenotipas, t. y. spalvos intensyvumas, yra tiesiog domi-nuojandiq nealeliniq ir aleliniq genq veiklos suma. F, visais atvejaisbuvo tarpine tarp teviniq veisliq, nes turejo perpus maZiau dominuo-ianiiq genll, negu motininis augalas - homozigota pagal visus domi-nuojandius genus. F, spalvos intensyvumas priklause nuo bendro do-minuojandirl genq skaidiaus (9.6 lentele). Nilsonas-Ele padare dvisvarbias i5vadas:

. pirma, fenotiprp klases visi5kai atitinka normalaus paskirstymodesni, tik yra labai maZas n (vir5uje modalines klases parySkin-tos kvadrateliais);

. antra, genq veikla sumuojasi; fenotipo (spalvos) intensyvumaspriklauso nuo dominuojandiq genq skaidiaus (9.6 lentele).

Nealeliniai genai, kurie lemia t4 patj pobmi ir kuriq veikimassumuojasi, vadinami poligenais, arba adityviaisiais genais, osumavimosi rei5kinys - polimerija (gr. potymereia - sudetingu-mas).

10605.11o.]o2()I o0

ta padia raide ir pde jos priraSomaspvz., A, Az, A3...(kaip 9.6 lenteleje).

627

T'evai (P) Fr F2 genotipai

genodpai'enotipa

genotrpal fenotipai fenotipai

Viena genq pora

AAxaa Rxb Aa Tarpiniai

2/4 Aa ll4 aa

Tarpiniai : tsalti

kaip F1 (b)

Dvi genq poros

A1A1Ay'2xappg2 Rxb Aplzoz Tarpinrai

Sumuojasi-; [ 2 t t 6 . 4 / / f l ) \

\ 2 n 6 A p t A y ' 2 )

J

(4 t l6Af lA l t t2 \ (2 i t6Atsp{z \

I t / ts, l ,e,arorl \2ao a,a,Ap)

\1/16 ap/12)

J J

6/64 AAAAAa 15/64 A.4,44aa 2O/64 AAAaaa

Sviesesni : Dar Sviesesni : Kaip F1

4/16 Aaaa

svtestal

raudoni

15/64 AAaaaa

Sviesiai

raudoni

l /16 appp2

Balti kaip

tevinio

augalo (b)

%€

4/t6 A,L4a

Sviesesni

6/16 AAaa :

Kaip F1

Trys genq poros

A//y 'y ' l tx

xAIg tA2A2A3A3

Rxb 4py1*A*, Tarpiniai

6164 Aaaaaa l/M appp2ajaj

Labai 5vresiai : Balti kaip tevinio

raudoni augalo (b)

a

t.Joo

9.(r lentcld. Kviei iq gr[dq spalvos paveldej imas ivair iose veisl ise ir jq hibriduose (pagal H. Ni lsonq-Elg)

R - raudoni grudai; b - balti grudai;F, fenot ipq santykia i l :2: l ; l :4:6z4. . l1, l :6:15:20:15:6:1.

f+F=;s ac=1 €ie**iiFEiE;lis nF liiiElsFiEE: H; ;*c1 ::'x;i *ri:;g€:E i: ':Eli. i'=l'=ti€g =s=q *iZeZ €, i* i,s-i q: €g :-giEEE=i?f5i ;g i= i+EiA ig*=; aaEt C i gi.-. -::i€ggEFg:Eili.ElSEIFE;EillElgil3eeiEgEgE*ig*etfg€Eiie;';9;;E;:: EiislgE ;ii:;='E, ip;:1gA1;18 5 E iEF+ iEE €iaE 1 E E;;€EE'

B €iia; Ez i iqFi ;€* ii ieE ; gi;vt;

.{ plfstitl

Polinkis polidalitilijai

t ' l,ul'.l,ik'iti l in gcrrl ,..k.il i i,,,

? I

9. l t l pav. Daugiaveiksnis pavelddj imas ir genq slenkstis:clvi j l ru kiaulyt iq l ini jos - kir ir i jc su tr imis kojos pir i tais (0-2 gcnai). clci ineje - suketuriais 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 rr imis kojos pirstais, bct pasitaikosu ke tur ia is , ka i gcnq r loz i pas ickus i s lenks t j (paga l S . Wr igh t . 193 l )

Slenksiio realumq irode Raitas, i5tyrgs, kaip paveldimas daugia-veiksnis j [ rq kiaulydiq poZymis pol idakt i l i ja (daugiapir5t iSkumas). J[-rq kiaulyi iu genet inese l in i jose genq skai i iq gal ima kontrol iuot i . Nor-mal iai jurq kiaulytds ant uZpakal iniq kojq tur i 3 pir5tus, ber vienoslinijos gyvuliukai turcjo 4 pir5tus. Polidaktili j4 lemia 8 dominuojantyspol igenai (4 nealel iniq genq poros, arba ki taip 4 lokusai) . Slenkst isnustatytas F, hibriduose: kai pasiekiamas 5-6 dominuojandiq aleliqskaidius genot ipe, vystosi pol idakt i l i ja (9.18 pav.).

Puikus s lcnks t ines po l igcnq dozcs pavyzdys y ra c r ta lasemi ja (Zr . p .28 I ) .Prisirr inkime, kad Znro-Raus hemoglclbino a genq sankaupoje yra du a genai

(dupl ikaci ja), vadinasi, nornral iai kiekvicnas zmogus turi keturis o gcnus. Talasemi-jos pasirci5kimas priklausct nuo gcnq dozes:

. 4 veiklf is cr genai (po clu homologinese chromosomose) - norma;

. J o genai - , , tylus nci iotojas", pol inkis i maZakraujystg;

. 2 a genai - c talasemija, bet gal imi du l tvcjai:. a-thal- l - abicjq o lokusq deleci ja vienoje chromosomoje;. arthal-2 - po vienq geno dcteci j4 abiejose homologinese chromosomose;

. I o genas - rySkus B pol ipeptido pcrtekl ius, todel gal i susidaryt i nejprastastetrameras F., t . y. pasireiSkia vadinamoji HbH l iga;

' 0 veikliq a genq - letali anomalija hydrops lbtalis (vaisiaus vandene), vaisiusZlva gimdamas arba iki gimimo.

630

Pagrindinio geno problema atsirado irgi daugiausia tiriant dau-giaveiksniq pozynliq prigimti. lrodytas nekeliantis abejoniq faktas. kadkiekybini poZymi gali stipriai pakeisti vieno geno mutacija. Antai

ivykus augimo hormono geno mutacijai, asmuo yra maZo [gio. Hor-monu fenotip4 galima normalizuoti. I nyk5tukiniq peliq - mutanto /il(l ittle) kiau5ialqstes buvo perkeltas normalus augimo hormono genas,ir peles ne tik pradejo sintetinti hormonq, bet net tapo giganti5kodydZio. Lygiai taip pat vicno geno mutacija gali pakeisti intelekt4,pvz., fenilketonurijos geno ar ITRAX saito Zmogaus X chromosomoje.\2. Jefroimsonas genialum4 ai5kino vieno geno (Marfano sindromo,podagros - purinq apykaitos ir kt.; mutacijomis. T[]o tarpu jprastafvirtinti, kad geneti5kai genijus - tai ypad palankus poligenq derinys.

Kaip suderinti poligening kiekybiniq pozymiq prigimti su tokiury5kiu ir neabejotinu vieno geno poveikiu pozymiui? Thi labai svar-bus ir bendras visicms eukariotzrms klausimas. Jiru buvo ra3yta apieZema[gius Zirniq mutantus, kur ie naudojami aLrgalq augimo hormo-nq kiekiui nr.rstatyti. Thi irgi nlonogeniniai mutantai.

Yra gcnq, be kuriq kiekybinis poZymis apskritai nesir,ysto. Jiepavadinti pagrindiniais, o daugelio poligenq ina5as papildonras arbanetiesioginis, ir juos brltq galima vertinti kaip genus modifikatorius,genetini fon4. Pagrindiniq genq gali blti keletas. Thi irodyta iSryrus

ivair ius pozymius, pvz., augalq antociano sintezes pavelclej im4.Fogel is i r Motulskis patcik ia toki4 daugiaveiksnio (kickybinio) po-

Zymio raiclos schem4:

Daugiaveiksni s ? Aplinkos veiksniai (Zr" tol iau)

pavelddj inras -+ Atsit ikt iniai veiksniaiI

t ;eneti#qveiksniq visu ma---:)' Poligenai (,, genetin is fonas")

Si schema geriausiai atitinka Siuolaiking kiekybiniu pozymiq pa-vcldcjimo samprat4, ir pagal jq turetq wkti konkretaus kiekybiniopozymio genetikos tyrimai. Schcma tinka visiems eukariotams.

9.6. Paveldimumas ir aplinka

Genotipas ar aplinka - tai ne dvi viena kit4 neigianiios alterna-tyvos. Prieiingai, nuo genotipo ir aplinkos veiksniq s4veikos priklau-so organizmo poZymirl ir salybiq visuma - t'enotipas. Svarbiausia

o-1 I

atsakyti i tai, kiek konkretus pozymis priklauso nuo genotipo ir kieknuo aplinkos. Svarbus Sis klausimas veislininkystei, selekcijai, medici-nai ir net, kaip mindta, tinkamai auklejimo sistemai kurti. Thdiau nevisq pozymiq atZvilgiu lengva i 5l klausim4 atsakyti. PavyzdZiui, ne-lengva nustatyti, kiek Zmogaus gabumai priklauso nuo genotipo, okiek nuo aplinkos. Siuo metu pamatuotai abejojama lQ (angl. intel-ligence quatient, sudaromas taip, kad vidurkis bfitq lygus 100) - in-telekto potcncialo rodikl iu, kaip atskleidZiandiu t ik genot ipinius skir-tumus. Jis priklauso ir nuo socialiniq - aplinkos, Seimos sqlygq.

S4veika tarp genotipo ir aplinkos tiriama dviem metodais:

. ivairiq genotipq organizmai auginami tomis patiomis s4lygo-mis. Thip gali blti tiriami ivairiq veisliq augalai ir gyv[nai.ParyzdZiui. auginant keletE kviciiq veisliq netrg5toje dirvoje irpatrgSus mineral inimis tr45ornis is i t ik inta, kad kviediq veisle'Bezosta.ia 1' labiau uZ kitas reaguoja i trg5im4. Thigi atsakas it r i l i as p r ik lauso nuo gcnc t in iq auga lq ve is l iq savyb iq .

. geneti5kai vienodus organizmus auginti skirtingomis sqlygomis.Siuo atvcju organizmai skirsis del aplinkos poveikio. Tadiau sun-ku gauti genetiniu atZvilgiu visiikai tapadius organizmus. Ge-r iausia tokius tyr imus at l ikt i su klonais - vegeta$iniu b[dudauginanrais vicno indivic lo pal ikuoniais.

Dvyniq metodas. Jis Zmogaus genetikoje taikomas norint nustaty-t i santykj , ,genot ipas-apl inka". Pasinaudojama genet iniais ki lmes skir-tumais tarp monozigotiniq (identi5kq) ir dizigotiniq (neidenti5kq) d"y-n iq .

Monozigotiniai dvyniai yra kilq ii tos padios zigotcls dukteriniql4stel iq. Praclcjus zigotai dalyt is, dukter inis l4stclcs del susi lpnejusiqtarplzlstcl in iq rySiq gal i atsiskir t i i r bent ik i 8 l4stel iq stadi jos i5 kiek-vienos iq galetq iSsirystyti po normalq gemal4. DidZiausias identi5kqdvyniq skaidius iki Siol yra penkios sesutes Dion vieno kanadiedioSeimojc. Monozigotiniai dlyniai sudaro klonq. Jie visiikai tokio pa-ties genotipo, todcl gali skirtis tik del aplinkos s4lygq poveikio. To-kios dvyniq poros. kai abiem dvyniams i5sir,ysto tas pats pozymis,vadinamos konkordantindmis (lot. concordo - sutariu, sutinku), crkai vienas drrynys turi poZym!, o kitas ne, yra diskordantines. Kuodaugiau konkordantiniq porq, tuo labiau pozymi lemia paveldimu-mas, o ne aplinka, ir atvirk5iiai. Thciau dia slypi pavojus apsirikti. Ta

oJ./. 633

padia liga. patryzdLiui, sknrlatina, abu monozigotiniai dryniai gali su-sirgti pirmiausia del to, kad auga vienodomis s4lygomis ir abu galivienu metu apsikresti.

Dizigotiniai dryniai yra kilg i5 atskirq kiauiial4sdiq ir yra skirtin-gq genotipq. Paprastai vienu mctu baigia brgsti viena Zmogaus kiau-Sialqstc, bet kaip anomalija gali pasitaikyti, kad subrgsta dvi ir dau-ciau kiaui ial i rsdiu. Kiek subrgsta, t ick i r apvaisinama. Dizigot iniaidryniai yra skirtingq genotiprp. Jie skiriasi tiek, kiek skiriasi genotipaibrol iq i r seserq (sibsq), ne vienu laiku pagimdytq.

Lyginamas konkordacijos procentas tarp monozigotiniq (MZ) irdizigotiniq (DZ) dryniq. Jcigu pozymis priklauso nuo genotipo, tai dis-kordantiniq porq tarp DZ dvyniu turi bDti daugiau negu tarp MZ dtry-niq, nes DZ poru nesutapimai zrts iranda ne t ik ddl apl inkos, bet i r delgenot ipo poveikio. Konkordant iniq porq daZnis i3rci ik ianias proccntaisnuo bendro i i t i r tq dvyniq skai i iaus; imamos tokios poros, kur iose norsvienas individas turi poZymi. Kai konkordacijos procentas tarp MZ irDZ dvyniq vienodas, daroma i5vada, kad poZymis nuo genotipo ncpri-klauso (9.7 lentelc). Taigi lyginant konkordacijos proccnt4 tarp MZ irDZ dvyniq, gal ima pat iksl int i gcnet iniq veiksniq i r apl inkos poveikipozymiui . Antai susirgus tymais vicnam dvyniui , uZsikredia jais i r ant-rasis. todel konkordacijos proccntas labai didclis. nesvarbu, ar dryniaiident iSki , ar neidcnt i ik i . Pana5iai yra i r su skarlat ina. Todel dr4siai ga-lima teigti, kad Sios uZkredianrosios ligos priklauso nuo aplinkos. Jomsgenotipo reik5mc minimali. Thdiau taip pat uZkrciiamoji liga tubcrku-liozi abicm DZ dvyniams pasirei5kia tlk 20-28 atvcjais iS 100, o kon-kordantiniq MZ dvyniq porq yra 53-B7o/a. Genotipo poveikis tuberku-l iozei neabcjot inas. Zinoma. Siuo, kaip i r pol iomicl i to, atveju paveldi-mas arba pol inkis sirgt i , arba imunitetas.

Genq penetranti5kumas ir ekspresyvumas - savyb6s, bldingoseukariotq genams. MZ tyrimai akivaizdliai rodo, kad ir to patiesgenotipo asmcnys yra jvairls, skirtingo fenotipo. Gali poZymis visi5-kai nepasireik5ti, kaip yra treddalio MZ, kuriq vienas monozigotinisdlynys serga, o kitas neserga schizofrenija.

Akivaizdu ir tai, kad geno pcnetranti5kumas yrzr ceno ypatybe.Pateikt i 9.7 lentelejc duomcnys j t ik inamai tai rodo: nuo genot ipq/genq, kuriq lemiamq pozymiq konkordacija nedidel6, lki 100% MZkonkordacijos pagal ABO kraujo grupes. Vadinasi, ABO kraujo gru-piq genq penetranti5kumas yra I007o, o schizofrenijos - Iik 60-107o,nes geno penetranti5kumas i5rei5kiamas procentais.

I - igu Konkordaciju ':1 Liga Konkordaci ja %,

DZMZ M Z DZ

UZkr'lymai

IDiftcr i j :r

II

[ ' r r l t ( r n l r e l r l i r \

|Ska r l a t i na I

;fi:iliiill. Il l . rup ; r i IVdiys rapskri tair

INrut lcs ve zYs I( i i t ndo r vcz l s

II

Skr l rnd2io vcTr 's Ips

I i p i l cps i i a IMu n iak inI dcprcsi j r r ISchizofrcrr i ja I

IC'ukral igc I

ei iamosios9'7 -t)r)

5 0

-36

5l -64

5 3-7.1-fi760

I7 - I ( )

5 5

6

2 7chikos l igos

671 1

67 -76-E6

rairios ligos.56-|i..1-,\-l

94-ti73tl

6

1'7I t t

2 l -26-282{ )

l l - 1 43U

1

3l 9

l5 - l3 - 1 ,1 , :

7 l l -)0

Rachi tasSlc ivapcdystc

!g i r r r tas k lubo sanar ioi in i r i rnasNcsuaugcs gomurys i r( a r ) l I paSkydl iaukcs hipcr funkci . jaPsoriazcIschcminc i i rd ics l iga, \ topi . ja ( ig inr t r i r lcrg i ja)' Iu l2 ics

latako aknrc-nl igcI l ipcr toni jaSarkoidozc ( l iga,pasirc i ik iant i cumbcl ia isot l t r jc i r v iduus orqanuosc

NormalIsAI)O kraujo r : rupcsAntakiq f i r rmaAkiq spalva[ ' l lLrku spalv l r

.1 t

i 7^ 1

6 tl 95 0

.50

vnr ia iI l 0 { )I l ( x )

| 99 .5t q 1

3

il3l 3R 5

46,-535

Ii..5

645 l2lil 3

T I':

2 762

9.7 lentclc. Konkordantiniq porq dainio (%) tarp(DZ) Zmogaus dv-vniq pah-ginimas (pagal F. B.1983: F . Vosc l . A . G. Motu lskv . 1997)

Geno penetranti5kumas (lot. penetro - isiskverbimas) - taiprocentais i5rei5kiamas daZnis, kuriuo genas pasirci5kia feno-tipe, kai yra genotipas. butinas pozymiui iSsivystyti.Geno ekspres)ryumas - genoigenotipo lcmiamo pozymio jvai-rovd, skirtinga pozymio iSraiSka, nors genotipas yra tas pats.

Tirdiau gcnq cksprcsyvurni l vert int i rcikia atsargiai. Paaiikejo, kad tcn, kur anks-c: iau nrirnyta, joc poZymi lcmia vienas gcnas. gal i bOti kcl i gcnai arba lrent skirt ingito pal ies gcntr alcl iai . Atrcclt , gcnrs gcno cksprcsyvunro pavyzdys vra mtlyna akiqodcna. Pusul i i i l savybg 1'ra l(X)?,- inis penetranti ikunras. Tir i ' iau Zmonis su milynaak iq oc lena ga l i b l t i kur t i , jq kau la i ga l i b l t i t r lpus . S i t rs dv i ypr tyhcs pas i re i5k iaanaiptol nc visicnrs asmenims su mclyna akiq odena. Kurtumas ir kaulq trapumasiSsiwsto t ik 11(/( asmcnq su malyna akit l odcna; kLrrtumu pasiZymi t ik 6()% asme-rrq. o kaulq trxpumu - 63' i lsmcnrl su milyna akiq odena. ?i i iau i iuo mctunustatyta, kacl i i ivairove yra nc dcl skirt ingo vieno gcno ckspresyvurno, o todel, jog

melynq ak iq odenE lcmia ke l i gcna i , i r f cno t ipq sk i r tumu ga l i lemt i sk i r t ing i gena i .

Santykis ,,genotipas - aplinka". Pagal 5i santyki genai labai lvai-r[rs: pradcclant visiSku nepriklausymu nuo aplinkos (kraujo grupiq

634

genq) ir baigiant labai dideliu fenotipiniu paslankumu. apibldinamukaip reakcijos norma: Iemianras ne konkretus pozymis, o ribos, ku-riose varijuoja geno veikla priklausomai nuo aplinkos veiksniq. Thituri prisitaikomq reik5mg. Kai kuriais atvejais reakcijos norma pasi-rei5kia dviem alternatyviais fenotipais,,,arba-arba". PavyzdZiui, kaikuriq laukiniq gyvunq kailis Ziem4 pasidaro baltos spalvos. SavotiSkahimalajiniq triu(iq spalva (ausys, nosis ir gal[nes tamsios, kita k[nodalis balta) priklauso nuo tcmperatfiros. Sios veisles triu5iq l4stelesemelaninas sintetinasi tik Zemoje temperatfroje. PaZeminus tempera-t[r4. juod4 plaukq spalv4 galima gauti bet kurioje k[no vietoje, oeluginami 30"C tcmperatlrojc Sie triuSiai blna visiSkai balti. AtsikiSLr-siq k[no dal i i l pavirSius yra Zemesnes temperat l ros, todel hintalaj i -niq tr iu i iq jos kaip t ik i r yra pigmentuotos. I r v ienu, i r antru atvcjupoZymis priklauso nuo tempcrzlt[ros, bet reakcija i ja yra skirtinga:vienq gyvfinq Zcrnoje tempcrat[roje slopinama melanino sinteze, ki-tq, atvirk5iiai, Si mcdZiaga sintetinasi tik Zemesn€je temperatlroje.

lvair iq genot iprt reakci ja i t4 pat i apl inkos povciki yra skir t inga.

Alternatyvus fenotipai yra tam tikrq genq ypatybe.

Kaip tokic gcnzri vcik iu i r kaip vzr ldctma jLr veikla, - atei t ies klau-s in ra i .

9.7. Lemesniqiq eukariotq poZymiq pavelddjimas irrekombinacija

?ri labai ivairi pagal lytinj proccs4 fio gali ir nebuti), rckombina-cij4 ir poZymiq paveldejimE organizmq grupd, nevienalype.

Grybai. Vienalasdiq grybu l4stcliq branduoliuosc ner,yksta tokiesudct ingi rc i ik iniai kaip pirmuonir-1 branduol iuose. Nepaisant didelcsgrybq ivairovis pagal nesuderinamumo tipus, lytini proces4 ir diplo-fazcs-haplofazes kait4, pasak S. Ingcs-Vedtomovtt, i5 maZdaug 4200grybq gendiq ir 50000 r[iiq gencti5kai i5tirta tik 30 ruSiq, atstovau-jandiq 20 gendiq. ?rdiau, kaip i r pirmuoniq, yra kclctas grybq r lSiq,kur ios gcnct i5kai iSt i r tos, gal ima teigt i , ideal iai , ik i v is iSko genomosekvenavimo.

monozigotiniq (MZ)

Hut t . 1964: S . M.ir dizigotiniq(ic r ienzon4,

Pirmauja mieles Saccharomycesne kart4 nagrinejomc. Thi vienas

cerevisiae, kuriq tyrimo rezultatuspagrindiniq objektq l4steles ciklo

635

valdymui, chromosomq sandarai, mitozei, mejozei ir genetinei rekom-binacijai tirti. Nagrindjome Sio objekto poravimosi tipq genetik4, kuriaibldinga savita genomo pertvarka. Pagaliau mields, kaip genetinis ob-jektas, isitvirtino genq inZinerijoje ir genetineje analizdje, naudojantdirbt ing miel iq chromosom4 YAC (Lr.p. 173). Dirbt iniq chromosomqkonstravimas apskritai prasidejo nuo S. cerevisiae. I antr4 viet4 pagaliitirtumE gali varzytis Schizosaccharomyces pombe ir Neurospora crassa.Pirmasis objektas naudojamas tiems patiems rei5kiniams, kaip ir Sac-charomyces ceret,i siac tirti, antrasis, N arosporo cro ssa, neprilygstamasdel galimybes taikyti tetrading analizg (Zr. toliau). Kaip pramoniniaiobjektai genetiSkai tiriami Aspergillus, Penicillium ir kitq gendiq gry-bai- ivair iq mcdZiagq, pirmiausia ant ibiot ikq, gamintojai .

Gryb,I haplofazes-diplofazds kaita labai lvairi. Siose organizmqgrupise gali blti 3 branduolio fazes: haplofaz€, diplofazd ir dikario-nas. Saccharomyces homotaliniq mieliq branduolys yra diploidinis, omieliq Schizosctcc'haromyces vyrauja haplofazd, bet retkardiais diploi-dinis branduolys dal i jasi ne mcjoziniu, o nt i toziniu b[du, del to su-sidaro diploidines vegetatyvincs l4steles. Gryb,l Neurospora vyraujahaplofazd, tuojau pat po apvaisinimo vyksta mejoze. Kartais, susilie-jus dviem l4stcl ims, jq branduol iai nesusi l ie ja. Aukitesniqjq eukario-tq tai trr.rnka labai trumpai, kol susijungia vyri5kas ir rnoteriSkas bran-duoliai, o grybq dikarionas gali sudaryti pagrinding g;rvenimo ciklodali. Siuo atZvilgiu net tos padios genties grybai labai jvairls. pvz.,Aspergillus, ribose. Pasitaiko grybq su daugiabranduoldmis l4stelimis.

Dikarionas yra savita diploidiSkumo uZuomazga. Gali brlti dvi jogenct ines b[senos: heterokarionas ir homokarionas.

Kai susilieja l4steles su geneti$kai tapadiais branduoliais, susi-daro homokarionas. o kai su skirtingais - heterokarionas:

iS j -l

Homokarionai1 f l " o l

,..' \ <- Mejoze

/'d'\ /-T*\{ ^ ] l n l\ v / \ , v . /\- ' l \- / Haploidinds l4stcl is

Heterokarionas

Thrp skirtinguose branduoliuose esandiq genq bDna tokia pati sq-veika, kaip ir diploidiniame branduolyje (pvz., dominavimas, epistazeir kt.). Thdiau heterokarione nehomologines ir homologines chromo-somos negali derintis atsitiktinai. Kai dikarionas pereina i haplofazg,butent susidarius haploidiniams Penicillium chrysogenunt, Aspergillusnidttlans konidijoms, i dukterines l4steles patenka tik po vien4 hete-rokariono branduoli, todel palikuonys skyla tik i dvi pradines (tdvi-nes) grupes, nepasirei5kia genetind rekombinacija ddl laisvo chro-mosomq derinimosi.

Susiliejus dviejq homokarionq lytindms l4stel6ms, aleliniai genaipaveldimi taip:

>^l ' 'a , f .ta* t

I a -;1

Homokarionaip--a!.,. \ Mejozd,

faZ f!:-, haploidinds

\9 !9J rYtinas r4stel6s

Heterokarionas

Atsi t ikt inai susiderinus heterokarionq branduol iams, gal ima t ike-t is t r i jq genot ipq dukter iniq lqstel iq:

Daugiabranduoliuose heterokarionuose deriniq skaidius dideja pri-klausomai nuo daugiabranduolds lqsteles branduoliq genotiptt ir ben-dro branduoliq skaidiaus l4steldje. Todel daugiabranduoliuose hetero-karionuose (pvz., Aspergillus sojae, A. oryzae) Sis procesas gali b[tilabai ivairus ir sudetingas priklausomai nuo to, kaip pasiskirsto bran-duo l ia i .

Thdiau dikariono branduoliai gali trumpam susilieti. Thda susida-ro jvair[s chromosomq deriniai, vyksta krosingoveris, pana5iai kaipauk5tesniqjq cukariotq.

Lytinis procesas. Poravimosi (lytiniai) tipai. Pagal Siuos rei5ki-nius irgi labai didele grybq ivairovd. Kaip ir pirmuoniq, lytines lqs-teles daZniausiai diferencijuojasi i5 vegetatyviniq l4steliq.

637636

[?fi:',"1l r ol

ll{ n lf tI ' Q I

i' '1 ', j/

to I i.L'-l

\

Gali blti homotaliniai ir heterotaliniai grybai. Homotaliniq grybqskirtingq poravimosi tipq lytines l4stelds i5sirysto i5 to paties gniuZulo(talomo), kaip Saccharomyces cerevisiae (.Lr. p. 219), po nedideldsgenomo pertvarkos - a arba a kasetds translokacijos i MAT lokusq.

Homotalinius grybus galima prilyginti savidulkiams augalams (ivai-sai ) .

Heterotaliniq gryb.l miceliai yra skirtingq poravimosi tipq. Juosgalima prilyginti augalq kryZmadulkai (autbrydingui).

Tetradin6 analiz€. Thi patogus ir labai veiksmingas genetinds ana-lizes metodas. Dabar jis taikomas lvairiems grybams ir dumbliamstirti, bet pirmiausia ji pritaike apie 1930 m. Lindegrenas (K. Lindeg-ren) grybui Neurospora crassa. Grybuose, kuriuose vyrauja haplontas,po lytinio apsivaisinimo ryksta mejozd, ir susidaro 4 haploidines l4s-tclis, sulipusios i krfivelg - tetrad4. I5 dia kilo tetradines analizespavadinimas. Kai kuriq grybq sporos yra vaisiaklnyjc - aukilyje, to-del jos vadinamos auk5liaspordmis. AukSlyje lelstelis gali 1-2 kartusdalyt is papi ldomai mitoziniu b[du, i r tada jamc susidaro ne 4, o 8arba 16 sponl. Tai sisteminis grybq pozymis. Neurospora cras.sa auki-lyje yra 8 sporos. Saccharomyces cerevisiae susidaro 4 sporos, bet josi5sidesto kamuolelio pavidalu, bendra grupe. Tokias tetradas sunkiautirti negu Neurr,tspora aukiliaspores.

Neurospora crassa turi didcli privalumE: Sio grybo sporos aukilyjeiSsirikiuoja viena eile ir, jeigu nejryko suditingcsniq irykiq (krosin-goverio ar genq konversijos), pagal genotipus jos iSsirikiuoja taip: 4vicno genotipo, 4 kito gcnotipo (9.19 pav.). Kiekvien4 aukiliasporggalima i5imti ir pasodinti i atskir4 megintuveli. Individuali lqsteliqgenetind analizd iia buna maksimali: kiekvien4 spor4 ir i5 jos i5au-gusiq vegetatyviniq l4steliq klon4 galima tirti atskirai. Po Neurosporamonohibridinio kryZminimo i5 vieno auk5lio gaunamos dvi genotipqir fenot ipq grupes santykiu 1:1. Tarkime, kad sul iejamos lyt ines l4s-teles dviejq kamienq: vienas jq sintetina pirimidino bazg timin4 Ghy*),kitas jo sintetinti nesugeba (thy-):

PZigoIa

thyt x 111r-thy'thy

AukS tys/auki I i aspo res t hy' t hy' t hy" t hy* thyl hy1 hy-t hy-arba

t h y1 hy- t hy1 hy-t hy' t hy' t hy* t hy*

Vadinasi, viename auk5tyje pusd sporq yra vieno genotipo r/ry+,pusc kito thy . Tuo galima isitikinti pasodinus kiekvien4 auk5liasporg

638

A poravirnosi I Bran.luolrq o poravlnlosl

t ipo hit?ri (n) {7 *u*i lre1'nrr* t ipo hi lai (n)

Atrki lvs (2n)' ' ' --

*-, -)

,f \{''l'rzc ir nrit'rze

Aukihs Of,,l7fii- --)tt

sporos (n)

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 sckos pokytis yra naujas genctinis rci5kinys - krosin-

goveris, genq konversijzr arba mutacija. Ypai patogu Siuos pokydius ste-

beti sukryZminus dvicjq kamicnq skirtingos spalvtls aukiliaspores. Kaip

keidiasi sporq spalva aukSlyje po krosingovcric'r, pavaizduota 9'19 pa-

veiksle.Paraseksualinis procesas. Daugclio grybq gali susilieti vcgctatyvi-

niai hifai. Jeigu hifai skiriasi gcncti5kai, susidaro heterokari<'rnas. Jis

gali egzistuoti i lg4 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 para-

seksualinis procesas, kurl 1949 m. Aspergillas gcntyje atrado Ponte-

korvas (G. Pontecorvo).

Paraseksualinis procesas yra mitozini rekombinacija, ir Siuo

atveju haploidizacija ryksta ypatingu bfidu - nei5siskiriant at-

skiroms chromosomoms.

Konidijos (n1 Aosnarsrnrmas

Konrdrjos (n), ' r . .

_ . j j . *

) 4j,h \r

, l e l Pradin is

ryffi diPloidas (2n)Genetiniams tvrimams naudojami ir agaminiai, neturinfvs lvtinio

proceso? dumbliai: Euglena, chlorello. pastaroji - del ypad irodukty_vios fotosintezes. Dumbliq genetine analize anksiiau tetuvo mutantutyrimai, o Sir"ro metu ji imta labai spardiai pletoti. Genetiniu atzvilsiutai labai jdomi organizmq grupe. Ryskus perejimas is vienal4sdiq cltim-bl iu per koloni j in ius dumbl ius i daugialqsi ius dumbl ius. kai kur iuvienal4sdiq dumbliq, kaip antai Acetabularia, labai sudetinga l4steleiraida (Zr. 1.1 pav.), kur i jau senokai domina genet ikus.

.ft h t l t ' l '

1 w ? lO3

l + + +u h , I t l t l

r,

albau h t

M

.:: >="* ; ' / " J . , , . k ^ r r h < . t t J

t ryl - - - l

J L+ , te . / uh t ' { t t c ' J

, , , u o t o u * * * + + + n t b n . / . , /

va h t

arba @@" t*f f -

|, l

t t h t l + + |- \ f m

arba+ + + + . - t s j .

f f i M

arba ., 4 !,c . ,1 o.f

Hap lo i da i ( n )

l # f f i a rb . *M . deJ a rba

ahcW

9.2() pav. Haploidizaci ja - grybq paraseksualinis procesas

Haploidizaci ja (haploidiniq lqsrel iq susidarymas) vyksra mitozeje. Iv icni l pol iu i5 padvigubcjusios homologiniq chromosomq poros paten-ka trys duktcr incs chromosomos, o j k i t4 t ik v iena. Dukter ines l4stelesat i t inkamai tur i 2nf I i r 2n- l chromosomq. Jos gcnct iskai nesubalan-suotos ir gcnctiikai nestabilios, toddl haploidizacija vyksta toliau, p-ra-kar to t ina i nc i i s isk i r i l rn t duk tc r incms chr t rmosomoms i r p ( ) tn lpu t i pnr -randant vienq chronrosomq r inkini , kol susidaro subalansuota haploidi-ne busena. Haploidizacija tarp dviejq chromosomrl porq pavaizduotzr9.20 pavcikslc. Kaip i r mcjozcje, gal imi 4 deriniai su salyga, kad tarphontologinitl chromosornq ncpasireiikia krosingoveris.

Crybq mitozinis krosingoveris toks pat, kiiip ir auk5tesniqjq eu_kariotg: v.vksta mitozeje suartijus clviern honrologincms chromoso-moms. Tik aukitesniesiems eukariotams del mitozinio krosingoveriobfidinga gcnotipine, kartaiis ir fenotipine mozaika, .o grybq ir kitqvienal4siiu zemesniqjq cukariotq susidaro genetiskai grynas organiz-mas. Zinoma, mitozinis krosingoveris imanomas tik

"oiptorazele. ro

to gal i vykt i hapkridizaci ja.Dumbliai labai ivairls, bet genetinei analizei iq naudojama labai

nedaug. Daugiausia tyrimq atlikta su Acetabuloria, Chlamydomonas.Tir i haplobiontai . Susi l ie jus judr ioms dviejq t ipq , , f , , i r , , - , . game-toms, susidaro zigota. Jai subrendus, lyksta mejoze ir susidaro hap-loidines sporos, taigi yra galima tetradine analize. Lytines lasteles,,f " ir ,,-" morfologiSkai nesiskiria ir turi norrnalq citoplazmos kieki.Thi buvo pritaikyta nebranduoliniam paveldimumui tirti.

640 641

X. GENETINES REKOMBINACIJOS MECHANIZMAI. GENUINZINERIJA

10.1. Molekuliniai rekombinacijos mechanizmai

l0.l.l. Rekombinacijos tipai. Saitspecifind rekombinacija

Genetind rekombinacija - visa apimantis rei5kinys, bfidingas vi-s iems organizmams nuo virusq ik i Zinduol iq, nuo reiSkiniq, kur ier,yksta generatyvin6se ir somatinese lzlstelese, iki organizmq prtpulia-ciju. Bendras tikslas - sukLrrti ir palaikyti polimorfizmq, ivairovg. Kiek-viena organizmq grupc ir net konkrci icts gentys tur i savi tu rekombi-naci jos reiSkiniq.

Pagrindiniai rekombinacijos tipai yra: homologine ii saitspecifinerekombinacija.

Homologind, arba bendroji (arba reguliarioji), rekombinacija rykstabct kurioje chromosonroje ir bet kuriojc jos vietoje ir keiiiamasil ' ragmentais tarp homologiniq DNR molckul iq arba jq sr idiq (krosin-goveris, baktcrijq bei virusq rekombinacija, genq konversija).

Saitspecifind rekombinacija vyksta tik tam tikrose vietose, pa-prastai atpaZistant t rumpas nuklcot idq sekas (profago is i tc.rpimas ichromosonri l , judr iej i genomo clementai) .

Visq rDiiq rckombinacija yra gcneti5kai uZprogramuota, nes

. yra special i gcnomo sandara (nukleot idq sekcls);

. rekombinaci j4 at l ieka spccialus fermentai , kur iuos lemiantys ge-nai yra kickvieno organizmo genome.

Homologinc rekombinacija yra universaliausias ir svarbiausias re-kombinacijos tipas. I5naudojama bendra nukleorlg5diu salybe suda-ryt i vandcni l in ius rySius tarp dvicjq komplemcntar iq grandiniq. Kar-tais bendroji rekombinacija vyksta ir tarp labai tolimq organizmqarba tarp to paties organizmo, bet skirtingq, nealeliniq genq, jeigu( ie tur i homologiniq DNR sekq.

Homologine rekombinaci ja gal i b[ t i :

. replikacind - pernelami vienagrandLiai DNR fragmentai, DNRpasipildo antrEja grandine replikacijos budu. Thip vyksta bakte-rijq rekombinacija, dallvaujant F veiksniui;

o+l

. netaisyklinga, arba neddsninga - del jos atsiranda chromoso-rntl ir genq mutacijos. Thi netolygus krosingoveris, klaidingarekombinacin6 reparaci ja, rekombinant iniq sistemq sutr ik imaiir klaidos. Si grupe yra s4lygine, nes klaidos gali bDti daromos,kai vyksta bendroji bci saitspecifinc rekombinacija. Pagrindinisrei5kinys - netolygus krosingoveris, kuris daZniausiai r.yksta kar-tot iniq sekq sankaupose.

Saitspecifind rekombinacija. Pavadininras kilgs nuo saito - nuklc-otidq sekos, victos DNR, nes sqveika tarp itcrpiamo (arba pa5alina-mo) scgmento/gcnct ines strukturos i r , , ic imininko"-t i t ik inio lykstatrumpomis (nctgi t rumputimis) homologinemis sckomis. Jai bl t inostrumputds homologinds sekos tiek jterpiamojoje strukt[roje, tiek tojevietoje - taikinyjc, kur 5i strukt[ra jterpiama.

Pirmiausia aptikta ir smulkiai i5tirta bakterijq nuosaikiojo fago l,saitspccifini rekombinacija. Fagas turi sek4 attP (angl. attucltmcnt ofphugc), baktcrija - attB. Vrclinasi, fagas l, jsitcrpia j bakterijos chro-mosomq grieZtai nustatytojc victojc. Kai bakterijos chromosomojc

ivyksta attB delccija, 5i4 sck4 pakeidia kitos, atsargines utt. [siterpi-mas iSias sekas ncprurduktyvus, at i t inka t ik 0,1ola js i terpimo ipagrin-dinq att.

Pagrindineje attP ir bakterijos attlJ yra bcndra (homologini) sekaO, o i5 Sonq skirtingi ,,peiiai", todel 5i fago scka uZra5oma POP',bakterijos - BOB'. S4veika vyksta bfitent Sia vidinc homologine sek:r.) , v iruso j i atrodo taip:

P--GCTT'1"1"['IA'I'AC'l-AA -P FagasCGAAAAAATATGA'I'T

-B- GCTT TTT TATACI'AA-B- Baktcriios chromosomaCGAAAAAA TAI'GAT-i

J ungiamasi l ipniais galais:

_B_GCTTT V -TTTATACTAA_P'-CGAAAAAATATG -ATT

-B-GC TTT TTTATACTAA-P' - cc. - P* GCTT TTTT ATACTAA-B'-CGAAAAAATATGATT CGAAAAAATATGATT

Fago ir bakterijos DNR kerpama tose padiose homologinesesekose, todel abiejq jq DNR jungiasi lipniais galais.

o+J

Tiek jsiterpimo, t iekstrukt[ra yra kilpoje:

Saiinimo vietoje iterpiama-(alinama genetine

10.1.2. Homologin€ rekombinacija

Jos tyr imo pradininkas yra Morganas. B[tent j is i r jo bendradar-biai atrado krosingoveri - pagrindini homologines rekombinacijos ti-pq. Jis pasille,,tr[kio-susijungimo" teorijq: homologindse chromoso-mose atsiranda trlkiai; j iems jungiantis susidaro s4lygos keistis seg-mentais tarp homologiniq chromosomq. Jis mane, kad apsikeidiamaiSt isais genais, arba kad gcnas yra krosingoverio vicnetas. Manyta,kad Morganas klydo. Neseniai is i t ik inta, kad j is teisus, t ik Siuolaikinegeno samprata reikalauja patikslinti 5i teigini: jeigu genas yra funk-ciSkai dalijamas, apsikeiiiama funkciniais vienetais (Zr. II sk.).

Genetikus imponavo puikls, itikinantys Benzerio bandymai, ku-riais jis jrode, kad baktcriofago T, rll rajono ribose du virusai galiapsikeisti tik vicna nuklcotidq pora. Thdiau nebuvo kreipiama ddnte-sio i du dalykus:

. Benzcris tyrd virusus, kuriq homologines rekombinacijos s4ly-eos vis iSkai k i tokios ncgu eukariotr ,r , kur iq chromatino sandarair gcnetinis medZiagos dalybos palikuonims itin sudetingi rei5-kiniai ;

. tyr imai at l ikt i t ik v ieno, nors sud6t ingo lokuso r ibose.

Po Morgano darbq buvo atrastas dar vienas rei5kinys, kuris yrabendros kilmes su krosingoveriu. Thi geno konversija.

Geno konversija. 1930 m. vokieiiq genetikas Vinkleris (H. Win-kler) pasiile 5i reiSkinj kaip hipotezg kai kuriems augalq hibridqnukrypimams nuo iprasto paveldejimo pobldZio paai5kinti.

Geno konversija - tai vieno alelio virsmas kitu heterozigo-tose:

644

Tik 1949 m. Lindegrenas tetradindskini. Grybq Neurr,tspora crossu aukllyjet y k i a i : 5 : 3 . 3 : 5 . 3 : 1 . l : 3 . S i a i s s a n t y k i a i stykis, net esant krosingoveriui , yra l :1,kios, i r 4 - k i tokios. pvz.:

oooo arba ooooKai santykis 5:3 arba 3:5, yra pomejozine rekombinacija:

oooo arba ooooJi ivyksta trcdi4, papildom4 kart4, dalijantis b[simoms auk5liaspo-

rems (du pirnr iej i dal i j imaisi - I i r I I 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 heterodup-

leksas susidaro visq organizmq DNR ir r,yksta jo korekcija. Jis lemia

virusq rekombinacijos poli5kumq.

Bakterijq homologine rekombinacija itvirt ino genetikoje naujq

poZilri, kad homologind rekombinacija yra paveldimas, genetineje

programoje numatytas rei5kinys. Tiri buvo irodyta aptikus rekombi-nacijos genus, Zymimus rec' (recA, recB, recC...), it nustadius, ko-kius baltymus jie koduoja ir kokia Siq baltymq paskirtis. Taip patbuvo irodyta, kad DNR tr[kis homologinei rekombinacijai b[tinas.Be to, yra ne vienas btdas trlkiams atsirasti. Juos atlieka skirtin-gos fermentq grupes, koduojamos skirtingq genq. Veiksmingiausiaibakterijq DNR kerpa Rec BCD kompleksas. Kerpama viena DNRgrandind. Kirpimo vietas nustato bakterijq genome specialios nukle-otidq sekos, i5sidesiiusios kas -5-10 kb. Tai X (ksi) saitai:

5'-GCTGGTGG-3'3'-CGACCACC-5'

s B A ba b A - b

\ .,'A BA B

. 4 B * o ! , , ,,-o ,-.- a b

a..- --\

.1 BA b

A Ba B

analizds metodu irode ii rei5-gali b[t i neiprasti sporq san-ir susidomdta. fprastinis san-t.y. 4 sporos aukilyje vieno-

645

Rec BCD nukleazd prisijungia prie DNR ir juda i5 de5ines ksisaito link. Judedama ji, kaip helikazc, atskiria vien4 DNR grandingnuo kitos. Pasickusi ksi sait4, ji kerpa vien4 DNR granding (tarp4-6 bazit). Tifikio vietoje turi b[ti 3' galas. Vienagrandg DNRdali stabilizuoia SSB baltymas. Vienagrandis DNR trlkis ir ATPaktyvina RccA baltym4, ir Sis polimerizuojasi i vienq granding i56 RecA molckuliq. Aktyvintas RecA baltymas atlieka du veiksmus:

. kitojc DNR molekuleje padaro D kilp4 (atknoja DNR granding),

. prisijunggs prie 3' galo, pcrneia perkirpt4 DNR granding nuovienos DNR molekules ant ki tos.

lvykiq ciga tokia:

a

a

RuvB r,ykdo DNR grandines migracijE, t. y. pertempia vis clau-giau DNR nuo vienos DNR molekulds ant kitos; perkeltoiigrandine sudaro heterodupleks4 su recipiento DNR;RuvA paZista Holidejaus jungti;RuvC yra endonuklcazi, perkerpanti Holidejaus jungti:

Holidejaus jungtis gali blti Salinama ir kitu b[du. Dalyvauja kitibaltymai RecG ir Rus. Thdiau turi sprgstis ir heteroduplekso likimas.Nors atrodytq, kad bakterijoms tai ncaktualu, nes nera tikrojo hete-rozigoti5kumo, bet heteroduplekse yra nesuporuotq nukleotidq. Turirykti heteroduplekso korekcija ir atstatytos tipiikos nukleotidq porosG = C arba A : T J4 at l ieka minet iej i nesuporuotq nukleot idqreparaci jos fermcntai (MutH, MutS, MutL i r kt .) . Pr is iminkime i i -skirting hcteroduplckso korckcijos ypatybg:

. j i nevaldoma, nukleot idas Sal inamas atsi t ikt inai i5 bet kur iosDNR urand incs .

r r r l - \ \Heteroduoleksas

----r

Stai todel ir galirnas dvcjopas rezultatas:. arba iryko geno konvcrsija,. arba ios nira.

Eukariotq homologind rekombinacija - krosingoveris. Tai nepaly-gint i sudet ingcsnis reiSkinys. Nepaisant labai dideles paZangos pastarai-siais metais, galutinio taiko padeti negalima. Siuo metu labai geraii5tirta mieliq Sachuromyces cerevisiae homologine rekombinacija. Jaudabar ai5ku, kad Zmogaus, drozofilos ir kitq auk5tesniqjq eukariotqhomologine rekombinacija turi daug esminiq skirtumq, susijusiq su chro-matino (ypad heterochromatino) sandara, l4steles dalijimosi, lytiniq l4s-teliq brendimo ir net apsivaisinimo skirtumais. Thdiau mieliq homolo-ginds rekombinacijos tyrimai formuoja naujE poZiflri i 5i reiSkin!.

GCTGGTGGCGACCACC+SSB IATP

J

Rec BCD

1-Vienagrandc DNR

Flol idcjaus jungtis

Si t.,ei t4 teko ,,pasiskolinti" iS eukariotq genetikos. Thi Holide-jaus .iungtis (arba pirminis pavadinimas, dabar nevartojamas - Hcl-lidcjaus puschiazmis). J4, kaip hipotczg, 1964 m. pasi[le Holidejus(R. A.Holliday), i5tyrgs grybo Ustilugo rckombinanrll ypatumus. Ve-liau tokia lungtis tarp dviejq DNR molekuliq buvo irodyra.

Siuo rekombinacijos etapu svarbi genq ruvA, rttvB, ruvC koduo-jamq baltymq veikla:

646

t

647

_I_TTT-

::itr::11

DvigrandZiai, o ne vienagrandZiai trfikiai inicijuoja homologi-ng rekombinacij4.

DvigrandZiai tr[kiai (DT) ir homologind rekombinacija. Del Ho-lidejaus ir jo darbq tgsejq apie 15 metq manyta, kad homologinescukariotq rekombinacijos pradZia yra vienagrandis DNR tr[kis. Thibuvcl prie5prieSa Morgano idejai apie ,,trlki ir susijungimq", nes,pasak Morgano, turetq btti chromatidZiq trlkiai (t. y. dvigrandLiaiDNR trukiai). Kad DT yra konversijos ir krosingoverio pradZiq pra-dZia, 1981 m. toki4 minti parei5ke amerikiediq mokslininkas Sostakas(J. W. Szostak), bet tik 1989 m. tai jam ir jo bcndradarbiams parykoirodyti pagal mieliq Saccharonq)ces ccrevisiae ARG4 geno konversij4.Per palyginti trumpq laik4 buvo nustatyta, kad bent 9 gcnq muracijostrukdo atsirasti Dl kurie butini Siems qrksmams.

Spol l , Rad50, Mre l l , Xrs2 , Mer2 ,Mei4 . Rco 102. Rec 104. Rcc I 14

53',3',5', 3 '

5' +3' Egzonukleazin is skaidymas Rad50, Mrel I , Cornl /Sac2

Holidejaus jungiiq Salinimas - kaip bus kerpama jungtis;izomerizacija: molekulis (arba fragmentai) pasisuka vienas ki-to atZvilgiu 180"; be izomerizacijos nevyktq keitimasis vadina-maisiais flanginiais segmentais - nelyktq krosingoveris, o tikgeno konversija, arba liktq pradind padetis;heteroduplekso korekcija:

ffi+Rezultatas

a

o

b

d

- Kirpimo vieta

JUngIrcs tlomerrzacuab

(kai geno konvcrsija)

DT

ir galimz geno konversija(pagal nagrindt4 schcntq)

Prad ina paJ i t i s

(2) arba-4

Pradind padctis

Galutinis rezultatas

aI Po pcrkirprmov . b

. l ' -FF-T'T,,f f iFFE

Krosingoveris Priklauso nuo h'rtcrodup-lckso korckcijos

TT=r.FFF5

Krosinqoveris

bkonvcrsrlad

arba

TTTTTT5

Pradin€ paddt is

Grandines perkcl i rnas, D Drncl , Rad5l , Rad52, Rad55, yra trcJopas:

DNR reparacine s inteze

. pradind pad€tis - be krosingoverio ir gcno konversijos, hetero-dupleksas atstatomas i prading padeti;

. geno konversija - vienas alelis virsta kitu;

. krosingoveris - apsikeidiama segmentais tarp homologinill chro-mosomLl.

Tai priklauso nuo to, kaip yra i5taisomas heterodupleksas ir ker-pama Holidejaus jungtis.

Ivykiq chronologija. JE i5tyre Klekner (N. Kleckner) ir jos ben-dradarbiai (10.1 lenteld). Somatindse ir prie5mejozindse l4steldse ho-mologinds chromosomos poruojasi daugybe tarpsaitiniq rySiq (,,uZka-binimais"). Jie i5nyksta l4stel6s ciklo S faztje, bet homologines chro-mosomos i5lieka arti i5sidesiiusios. Priei pat atsirandant DT vel su-sidaro rySiai tarp homologq. Sle pyt<iai ivairiuose organizmuose D/kstaskirtinga tvarka.

Grandines rnigracija

Vadinasi, rckombinacijos lvykiq pabaigoje svarbls 3 reiSkiniai:

648 . 12 . r 3 t3 649

l letcroduplcksai

Msh5, Mlhl

10.1 le ntclc. N,I iel iq Saccharomyces cerevisiae mejozds irchronologi ja (pagal N.Kieckner, i996;

krosingoverio ivykiq

l ,a iko skal0:S l ! : f o p l a s l a i 2 I . 1 5 ( , . l

Standanints

s4lygos: l ) - t dvigrandZiai tmklxi : SK srnapronerni l is kcrruPlcksas: KI{ - krosirr tovcr is, 'krosovcrai ; NKR , t )c krosingo\cr io

Dauguma DT ,,kar5tq taiku" yra tarpgeninise srityse. Matyt, tei-sus 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 j i rs jungiasi gcnq ntt.sl lnttr2 kclduojami baltymai, pazistantys i ias sckas. , .Karstqtaikq" clydis svyruoja -50-2(x) kb r ibosc. bct kickvicnam lokusui yra po ,,kari t4taiki1".

Terigi krosingoveris yra uZprogramuotzlsDT atsiranda iki sinaptoneminio komplekso (SK). Klekner nusta-

tc, kad tai lvyksta leptotenos stadijoje, o Holidejaus .iungfys sutampasu sK (10.1 lentele). Rekombinacija pasibaigia pachitenos-diplotenossand[roic. Pachitenoje qrkstandiil DNR sintezg atlieka nesuporuotqnukleotidq rcparaciios fermcntai.

Nustatyta, kad, blokavus krosingoveri, net jeigu po to r,ykstaachiazmine mejozi, netiksliai paskirstomos homologinds chromoso-mos ir dainesnd aneuploidija. Rekombinacijos genu mutacijos galilemti polinki aneuploidijoms:

6-50

1rtrffir|ffiHHi H|II H ffir ' \ ' \ \

l16ffi

, / \

tl htrll l t & t R sl H t f f i + l \ l c j o u c s r l . r- w r f + ll lH t r {I f f i I f f i I

, z ' \ 1 ' \

KrosingoverisNormalios homologinir lchromosomq dalybos/kcturios haploidinesl i lst cl is

Homologine,,Krosingoveris"),

Sutrikusios homologiniq chromosomq dalybosPer nrcjozes I dal i j im4si i Sutr iko seseriniqvien4 pol iq nui jo bivalcnta: chromatidZiq dalybosdvi lyt ines lqstclds n*l per mejozcs II dal i j i -dvi lyt incs l4stcl is n-l milsi

(pagal C. A. Bascont-Slack, t- . O. Ross. D. S. Dawson, I997)

?rigi ne vien achromatinds verpstds sutrikimai lemia aneuploidiiq.Keitimasis f' langiniais scgmcntais yra kur kas daZnesnis, negu jis nu-statomas geneti5kai. Jo negalima nustatyti, jeigu abiejose homologi-nise chromosomose yra genetiskai visi5kai tapat[s segmentai (homo-

zigotos).Nereiketq stebetis, kad krosingoveris valdo mejozg. Lytinis dau-

ginimasis ir atsirado del galimybiq keistis genetine mcdZiaga.

Siuolaikiniais rekombinacijos tyrimais nustatyta keletas netiketq,bet pr incipiniq rei5kiniq:

. DT yra bLrtini tiek normaliai mejozei, tiek rekombinacijai; su-trikus Siam etapui, nesusidaro sinaptoneminis kompleksas, lykstaachiazmin6 mejoze su daugybe klaidq arba ji visai nelyksta;

. hom<-rlogin6s rekombinacijos ,,karSti taSkai", DT atsiradimo vie-

tos, yra tarpuose tarp genq - beveik visi DT atsiranda tarpge-niniuose rajonuose;

. krosingoveris yra normali blsena, kuriai nesant nevyksta nor-

mali mejoze.

rekombinacija priklauso nuo ivairiq veiksniq (2t.tadiau kiekvienas taksonas, matyt, turi optimalq

651

Tyrinrol)'gis/budas

I nterfazc Prolcptotena Lcptotcna Zigote na Pachi tena Diplotcna

DNR D N Rrg:pl ikaci j tr

Honrologqporavimasis

D1'15--30 min

F{olidcjausjungtys KR>,111 min NKR

E l0k t ron incm ikroskopi . ja

SoniniqclcmcntquZuomaz-g()s

Son in i qclcmsntq -

SK susida-

rymirs

SK visui lgiu

NykstantisS K

Svicsi n irn ikroskopi ja

I) i iuzinischromatinas

Konrpaktinischronratinas

Plonoscnromoson](ls

Storoschrontoso-mos >

, ,PuokSto" >Mazgcl ia i

. .Dcirc lc 's I is i la isv i -nani ioschromo-somos

rekombinacijos daini. Antai krosingoveris Zmogaus genome apie300 kartq retesnis negu mieliq genome:

' mieliq - 0,26 genolapio vieneto/kb,. Zmogaus - 0,0009 genolapio vienetoikb.

10.2. Genq iniinerija

Gamtiniai bldai hibridin6ms DNR molekuldms gauti. Jau turi-jome pakankamai itikinamq paryzdZitl, kad genq inZinerijq, t. y. re-kombinantiniq DNR molekuliq technologijas, pirmiausia suk[rd gam-ta, Zmogus pakartotinai Sias technologijas atrado (panaSiai kaip deFryzas, Korcnsas ir Ccrntakas - Mendelio ddsnius). Itin suddtingub[du vyksta iau nagrindtos A54robacterium tumefar:iens Ti plazmidesT-DNR isiterpimas i augalo genom4 (ir. p. 24a).

Vien4 i5 gamtiniq b[dq hibridinems DNR molekulims gauti t ikkE nagrincjoms - tai homologind rekombinacija. tdiau jos galimy-bes ribotos - vienE aleli pakeisti kitu.

Saitspecifini rekombinacija (plazmides, nuosaikieji ir retro viru-sai), virusq moduliai gerokai prapledia Sios nat[ralios genq inZineri-jos ribas. Gali apsikeisti genais nct labai tolimi mikroorganizmai (be-sidomintiems Siuo klausimu rekomenduotina R. B. Chesino ,.Nepos-tojanstvo genoma", 19t3-5: knygos autorius sunkiais lyscnkizmo laikaisyra dirbgs buv. Kauno medicinos institute).

Dirbtines gcnq inZinerijos galimybds yra neribotos:

. galima perkelti iS vieno gcnomo i kitE tik tam tikrus konkre-cius genus/nukleotidq sekas;

. prokariotq genus galima perkelti eukariotams, ir awirkSdiai;

. iterpti dirbtinai susintetintas nukleotidq sekas, kuriq apskritai ne-buvo genome, keisti vienus nukleotidus kitais arba juos Salinti.

Jau iprasta klonuoti eukariotq genus arba genomo fragmentus ibakterijq genom4. Thip bakterijos paverdiamos reikalingq produktqgamintojomis (producentais). Antai Sitaip gaunamas augimo hormo-nas, interf'eronai ir kiti produktai, kuriq gamtinds Zaliavos brangios irribotos. Pirmasis Zinduoliq genas buvo klonuotas i bakterijq genom41978 m. Tai insulino senas.

652

1982 m. Palmiteris (R. Palmiter), llrinsternas (R. Brinstern) ir jqbendradarbiai pirmq kart4 genu inZinerijos metodais perkele genusZinduoliams. Peles milZinds, apkeliavusios daugelio knygq ir Zurnalqvir5elius, gautos tokiu bldu: i apvaisintq peliq kiau5ial4sdiq ryri5kqiiprobranduoli (kol i,yri5kasis ir moteri\kasis probranduoliai nesusilie-jg ir juose yra po haploidini chromosomq rinkini) buvo iterpti augi-mo hormonq genai. Sekmds atveju peles kraujyje buvo 100-800 kar-tq daugiau augimo hormono negu normaliai.

Genq inZinerija yra kompleksas metodq:

. 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 veik-

lus (cksprcsuoiamas);. atrankos metodq atpaZint i i r atr inkt i l4steles, kur iosc genq in-

Zineri la sckminga.

Genq i5skyrimas ir sintez6. Pirmqli gen4 (tiksliau, genq grupg)i iskyre 1969m. Bekvitas. Sapira (J. R.Bcckwith, J. Shapiro) su ben-dradarbiais. Thi br.rvo Escherichiu r:oli lac operonas. Jis gautas pasi-natrdojus dviem virusais l" ir <p 80, kurie atlieka ribot4 E. coli lacoperono transdukci j4. Siuo mctu rcikal ingq DNR sckq ieikoma ge-nomq bibl iotckosc. Cia ypai pravcr i ia cDNR bibl iotekos.

Dirbt ind geno sintez€. Pirmqi gcn4 dirbt inai susintet ino 1969 m.Korana (H. G.Khorana). Thi nedidel is, t ik 77 nukleot idq porq mie-l iq alaninines IRNR genas. Jis susintet intas cheminiais metodais pa-gal alaninines tRNR nuklcotidq sek4. I5 pradZiq gautos nedidelis,4-13 nukleotidq porq atkarpiles, o jas sujungus, - visas genas. Th-diau jis buvo neveiklus, nes neturejo valdymo sekq ir kitq normaliamgenui veikti reikalingq sandaros elementq. Tik 1976 m. Koranai ir jo

bendradarbiams pavyko dirbtinai susintetinti veiklq tirozininds tRNRgen:1, kuriame yra reikalingos valdymo sekos.

Esmine palanga dirbtinai sintetinti genus jryko tada, kai 1970 m.

Teminas (Il. M. Temin) ir Baltimoras (D. Baltimor) aptiko atvirkSti-ng transkriptazg. Siuo fermentu genas sintetinamas be valdymo sekq,

653

bet jas vis tiek reikia specialiai prijungti priklausomai nuo organiz-

mo, i kurio genomE bus perkeliamas genas.

Vektoriai - labai svarbus genq inZinerijos instrumentas. Apie plaz-

midZiq vektorius jau ra5yta (Lr. p. 242).

Vektorius (lot. vector - veZ4s, ne54s) - tai priemond, i kuri4klonuojamas genas, t. y. svetima DNR, kad b[tq galima j4

perne5ti i reikalingas lqsteles ir iterpti i jq genom4.

Pasinaudojama gamtoje csandiomis struktlromis. Genams ivesti ibaktcrijq l4steles kaip vektoriai naudojami:

. bakteriofagai, ypad nuosaikieji;

. p lazmidds ir jq dirbt iniai dar iniai ;

. judr iej i gcnomo elementai .

Vektoriuje paliekami tie gcnai, kurie reikalingi isiterpti i l4stclg ir

i gcnomq. Plazmidis gali b[ti ir autonomi5kos. DaZnai naudojamosdaugiakopijines plzrzmidis, ncs klonuotas genas yra daug kartq pa-

kartotas, todel gaunamas didesnis geno produkto kiekis.Retrovirusai naudojzrmi kaip vciksmingi vektoriai DNR iterpti i

Zinduol iq genoma. Augalq genq inZineri jdc daZniausiai naudojamaTi plazmide i( Agrobacteritrm tunta.faciens. Pastaruoju metu naudoja-mos ir dirbtines konstrukcijos i5 dviejq judriqjq genomo elementq.Pirmicji tokio tipo vcktoriai yra sukurti drozofilai: tokio vektoriausgaluosc yra po judrqji genomo elementq, pvz., P. Jis atrodo taip:

-P_perkeliama DNR-P -

15 esmes kiekvienas transpozonas, kurio galuose yra IS sekos -

tokia pati konstrukcija. Ir auk5diau nurodyta PP konstrukcija pir-miausia aptikta drozofilos genome (white lokuse), o tik paskui pra-d i ta d i rb t ina i konst ruot i .

Vektoriai privzrlo turiti vietas (saitus), kuriuos paZista ir kerparestriktazds. Dirbtineje plazmideje pBR 322 yra sekos, kurias atpaZis-ta ir kerpa daug skirtingq restriktaziq. Be to, Sioje plazmideje yragenai, pagal kuriuos nustatomat, ar klonuojamasis DNR fragmentasjterptas i plazmidg, po to i ,,Seimininko" l4stelg (Lr. 3.48 pav.). Dirb-tineje plazmideje pBR 322 - tai genai, lemiantys atsparum4 antibio-tikams ampicilinui ir tetraciklinui.

654

I5 dirbtiniq vektoriq britina pamineti kosmides, ,,5atl" vektorius irpr imint i dirbt ines chromosomas.

,,Satl" vektoriai (angl. sltuttle - Saudykld, judeti pirmyn ir atgal;daugkartinio naudojimo - nusiZilrdta nuo kosminiq laivq) sukonst-ruoti taip, kad gali blti naudoiami DNR iterpti ir i bakterUq (8.coli), ir i mieliq (5. cerevisiac) lasteles.

Kosmid€s sukonstruotos )" viruscr pagrindu. -l:ti

plazmidds * ], vi-ruso .,hibridas". Viruso l. paliekamas tik ribotas DNR kiekis - cos DNRseka. Ji lcmia viruso DNR ..supakavim4" I bal tymini apvalkal4 - kap-sidz1. Vektorius tampa veiksnringesnis, jeigu jo DNR yra viruso galvu-teje (kapside). Thdiau visais minetais vektoriais galima perkelti nedaugDNR. YAC ir k i tomis dirbt inelmis chromosomomis gal ima perkelt i la-bai didel ius ( ik i - 300kb) DNR fragmcntus. Jq taikymas kaip vektor iuir dirbt iniq chromosomq konstravimas smulkiai i5desfvtas (Zr. p. 172).

DNR ivedimo b[das irgi labai svarbus. Pasinaudojama l iposomo-rnis - p[slelcmis iS dirbt incs membranos. Naudojamos kaip vczikules(pernaicls pr iemone) jvest i i l4stclg jvair ias medZiagas, tarp jq DNRir i lgalaikes mRNR.

Rekombinantinds DNR gavimas. Restriktazds. Nuo rcstriktaziuprasidejo genu inZinerijos epocha. Restriktaziq (lot. restric'tio - apri-boj imas) savybds nc kartq mindtos. Bakter i jq gcnome yra restr ikci-jos-modifikacijos sistema, kurios paskirtis - apsisaugoti nuo egzogc-nincs DNR, pirmiausia nuo virusq. Pat i baktcr i jos DNR apsaugomanuo suskaidymo restr iktazcmis. J i yra meti l inama.

Restriktazis yra labai jvairios, skirstomos i 4 klases. Vien4 jq (+-Elq)atrado A. Janulai t is i r jo bcndradarbiai Biotechnologi jos inst i tute. Sisinst i tutas yrer vienas i5 pasaul iniu restr iktaziq tyr imo ccntrq. Jo kolek-ci jo jc apic 200 restr iktaziq. Siuo me tu t i r iama, kaip restr iktaz€ atpaZis-ta tas trumputes palindromines sekas, kurias ji kerpa abiejose DNRgrandindse.

Pagal kirpimo pobldi restriktazes yra dviejq tipq:Kerpa bukais galais Kerpa lipniais galais

JJ

fE_l I-TFIt t + t Il - { c - | l - cG- |

Keroa restriktaze H aeIlI

65-5

=_,iau*_

Pagal susitarimq rcstr iktazis pavadinamos taip:

. pirmoji raidi nuo bakterijq genties, pvz., EcoRI _ Escherichia,' ki tos dvi - pirm.si.s bakteri iq rf i i ics pavacrinimo raides cori * co,' R rodo, kad E. cori tur i R vciksni, o rotyni iki skaitmenys - atradimo ei l is_

kumi1.

Hind III - Haamoplryllus in.fluenzae, cl kamienas, III restriktaze.

Restriktaziq yra daug, ir kiekviena iq paZista skirtingas palindro-mines sekas:

2f f i J T T A AA A T T r r I r I I | | r

Clronosoma

F-rFrrrrrTTlA A T T u t t t t r t I t

BamHl i! Bacillus amv\oliquefaciens 5,- C Ii_e_T {,,,_{_3,

-:frl_i*-'i-5^-i! Iluemophilu.s influenzae 5, n.jA --G-{-T--1._3,

-T- T- C--{l-AaA._ ir kt.

Rcstriktaziq ivairove ir savitumas - bakteriiq gcnomo strategija.Taip gcriausia apsisaugoti nuo svetimos DNR.

Ir vektorius, ir i ii lterpiamas (kronuojamas) DNR fragmentasprivalo turdti tu.s paiius ripnius garus, t. y. turi kirptl ta patircstriktaze. Vienas su kitu jungiasi tik tie DNR fiagmentai,kurie gauri panarudojus t4 padi4 restriktazg (10.1 pai).

TFansformuotq lqsteriq atranka ir perkerto geno ekspresija. Thine maZiau, o gal ir daugiau pastangq reikaraujinti genq inZinerijosdarbo dalis. Perneiamasis DNR fragmentas turi buti"apsaugotas nuol4stelcs vidujc esandiq nuklcaziq, rcplikuotis, bDti ncsunkial aptinka-mas recipicnto genome, pagaliau turi normaliai vcikti svetimoje gcnqveiklos valdymo sistemoje.

Paprastai prie kbnuojamojo geno prijungiamas l4steres - blsimo-si.s ,,ieimininkes" kurio n.rs geno promotorius. patogu nauclotis in-dukuojamq genq promotoriais, zinduoliq - kad ir iretalotioneino.Thda klonuoto geno veikl4 garima indukuoti, pvz., zn2* jonais. Kadeukariotq gcnai veiktq bakteriiq r4steleje, daZniausiai jie klonuolamii lac operon4 Salia lacZ* geno. Thda perkelto geno veikr4 garim4valdyti galaktozidais - lac operono induktoriais.

656

AluT

Hindlll

Plamride

657

///Rep,,*u.u)\--*

10. I pav. Genq inZineri ja su plazmidiniu vektoriumi:1 - p lazmide pSCl0 l pave ik ta resr ik taze ; 2 - DNR. kur ios l iasmcntas i re rn iamasjp lazmidg: .1 , J - p l r rzmidc su j re rpru l rugmcnru : .5 - mer in inc i r \ r tu . t to l dukrc r in i ' sbak ter i jos l4s tc les su j t c rp tu DNR f ragmcntu ;6a ,6b - p lazmides l4s rc le je daug inas ineprikl .us'mai, todcl iq kopi iq yra daugiau negu bakieri jos chromosomos kopi iq

oooco

Genas lac'Z* veikiakaip genas reporteris. Genai reporteriai yra tokiegenai. kur ir l veiklq Jengva atsekt i . Antai lacZ* geno, kur is kocluojaB-galaktozidazg, substratas, s4veikaudamas su fermentu, nusidaZo mely-nai. Genas reporteris prijungiamas prie klonuojamojo DNR fragmento.Genais reporteriais galima atsekti tas eukariotq lqsteles, kuriose yra veik-lus tyrinetojzl donrinantinis genas, pvz., is Hox gcnq grupes. Visos lqste-les, kuriose veiks 5is genas, dazysis melynai.

Kad bfitq nesunku atskirti l i lsteles po rck'mbinacijos, daZnai ivektor i t ts l tcrpiami genai, kur iq rci5kimasis nustatomas sclcktyviomisterpemis. PznyzdZiui, galima iterpti genus, lemiandius atsparum4 ivai-r iems ant ibiot ikams. Sekmingai reorgarnizavus genomil , l4stelc rcci-piente lgyja atsparumE antibiotikui ir isgyvena terpeje su normaliaml4stel iu t ipui mirt ina ant ibiot iko koncenrraci ja.

Kad patekgs i l4stelg recipicntE vektorius galetq autonomiskaircpl ikuot is, jamc tur i b[ t i lqstclc i recipientui b[ t i ingas rcpl ikatgr ius(r-,,ri). Tik ji atpaZista l4steleje baltymai, arliekanrys replikacij4.

Zinduoliq genq iniinerija turi savitrl probrernil - i kokias l4stclesivcst i egzogening DNR. Kai nor ima gaut i pal ikuonis su pakeistomisypatyhcmis, DNR jvcdama i apvaisintas kiausiar4stes pr ies susi l ie-jant probranduoliams. Patirtis nrdo, kad transfbrmacija daZniaLrsiaisckmirrgesnc, je igu svet ima DNR iveclama i vyr i ik:1 pronukleuszl.

Genoterapija. Genetikos paZanga atveria naujq galimybiq gydytipavclcl imas l igas. Vicna jq - genoterapi ja. Labai daug tr iukimaujamadcl t icsioginiq planq kcist i zmogaus vicnus ,qonus ki tais, kaip i r delZnrogaus l4stcles branduolio klonavimo. Tai rcalls dalykai, bct naudai i ju labai nrcnka. Popul iaci jai jokios ypat ingos rcik imcs ncgal i turd-t i . Tokios pr icmones gal i bnt i taikomos t ik v ienetams. Todel ar nepaprasi iau asmcniui , kur is t ik is i , kad jo pal ikuonys bus su paveldirnudefcktu, pasi ic ikot i sau t inkamos poros? Siuo krausimu gal i pagelbe-ti nreclicinine-genetine konsultacija. ?riiau genorerapija realiai pritai-kyta (ir tai galima atlikti daugeliui ligoniq) somatindse l4stelese.

somatiniq lqsteliq genoterapija. Kzrmic.iniq rqsteriq ger.rq inzine-rija renriasi iiq somatiniq lqsteliq savybemis: l) i i kamieniniu lEsteliqgaminasi, diferencijuojasi atitinkamo auclinio l4stelds, pvz., is kraujociulpq - limfocitai; 2) diferencijuota r4steld dalijasi sudarydama klo-n4; 3) nornralios l4stelcs paprastzri isstumia nenormalias, mutantineslqsteles. Siuo metu genoterapija yra viena is intensyviausiai pletoja-

658

mq medicinines genetikos sriiiq. Ji skirstoma i genoterapijE ex un'oir in vivo:

' somatiniq lqsteliq genoterapija ex v'ivo atliekama taip: kamienin€-je, pvz., l imfbci to, lasteleje mutant inis genas pakeidiamas norma-liu, ir tokia lqstelc ,,grzlZinan-ra" atgal organizmui (Siuo atveju Ikaulq diulpus). L4stcld dal i jasi . i r pirmiausia susidaro normal iq(pertvarkytq) l4steliq klonas. Realiausia jE atlikti asmenims, ku-riems b[tina kaulq diulptl transplantacija. Tadiau 5i genoterapijoskryptis susiduria su daug rimtq problemq (pvz., imuninio atsako),yra sunkiai at l iekama ir brangi;

. somatiniq l4steliq genoterapija in vivr.t. Siuo metu vyraujantikryptis. Naudojami jvairfis genq inZinerijos vektoriai, tarp jq

virusiniai. Ypad perspektyv[s plazmidiniai vektoriai. Rekombi-nant ini DNR ivcdama i specit ines lz lstcles, kur ioms pasidal i jussusidaro gencti5kai modifikuotq l:rsteliq klonas.

Genq inZineri ja gydymo siknrg gal i nulemti i r apl inkiniu b[du,pcr vaistq gamyb4. Pokario metais didZiausias turtas buvo penici l inasarba streptclmicinas. Suk[rus mikroorganizmu kamienus - antibioti-kq gamintojus, Sic vaistai tapo visiems pr ieinami. Lygiai tokia pat ipadetis tokiq brangiq vaistq, kaip intcrferontri, augimo hormonai irkt . , gaminamq i5 gamtiniq Zal iavq. Genq inZineri jos metodais yrasukr.rrti mikroorganizmq kamienai, sintctinantys Zmogaus biopolime-rus: insulin4, interferonil, augimo hormonus, VIII veiksn! hemofili jaigydyti ir kt. Tirdiau lygiai taip pat sckmingai galima gydyti organizm4iS vidaus, pcrkclus genus, koduojaniius tr[kstaml] baltymq, pvz., au-gimo hormontl , s intezg.

Somatiniq lqsteliq genoterapija jau bandoma taikyti lvairiems pa-veldimienrs defcktams gydyti: fenilketonurijai, cistinei fibrozei, ade-nozindeaminazes defektui, hipercholesterolemijai, A hemofili jai, em-f izemai, Diuicno raumenq distrof i ja i i r kt . , taip pat imunitetui pa-

keisti (daug vildiq tokiu btdu sukurti atsparumil ZIV). Bandomatokiu bDdu gydyt i kai kur iu t ipq veZj (nrelanom4 ir 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: Ben-

jarn in/Cummings Publ . Co. 1984.AviZonicne J. Puveldintos neruL!-raumerttl l igos. Vilnius: Mokslas, 1990.Basys V., Sinkus A. Pavelclimos vuik4 1rgo.r. Vilnius: Mokslas, 1979.Becker W M., Rcecc J. 8., Poenie M. F. The Wbrld of ttrc Cell.3th ed.

California, Davis: Benjamin/Cummings Publ. Co, 1996.Bedius K., Ganusevidi[tc L. selckcija ir siklininktste.2-as leid. Vilnius: Min-

t is . 191i9.BraZukas v, Sabataiticne G., Zabulionis Y. Ev'oliuc'ijos ir genetiko,s pugrintlai.

K<lnspcktas. Vi ln ius: Zcmes ukio min is ter i ja , 1980.Breese F. L. Regetrcration and fuIttltiplication of Gcrntplasm Rcsource.s in SeetJ

Cenebatrks: tlre Sr:ientif'ic Bockground. Roma: IBPGR, l9il9.Brrlavas J. Bentlntj i uugul7 salekcija. Vilnius: Mintis, 1970.Cutulogue o.l' Lithuaniun Plant Genetic Resource.t. Comp. A. Bldlytyte,

J . I -abokas, L. Bal i i In iene et a l . Dotnuva-Akademi ja: L i th . State Sc.Stu. F 'oundat ion. 1997.

Collcr:tittg I'lont Genetic Div,ersiv. Ed. L. Guarino, V. R. Rao. R. Reicl. Wa-l ingfbrd (UK): CAB Internat ional . IBPGRI. 1995.

Epigcnctic' Mcclnni.snts of' Gene Rcguhtion. Ed. V. e. A. Russo, R. A. Mar-tinssen, A. D. Riggs. c.ld spring Harbor: colcl Spring Harbor Lirborato-ry Press. 199(r.

Fucat.s o.f Gcnetics. Select. A. M. Srb, R. D. Owcn, R. S. Edgar. San Fran-c isco: W l l . Frceman ancl Co, 1970.

Ginrbuticnc E. Augalq g(nctiku. Kaunas: Spaudos fbndas, 1939.Gr i f f i ths A. J . F. , Mi l lcr J . H. . Suzuki D. T. Lewont in R. C. . Gelbar t

w M. An Inrroduction r, ciarrctit ' Analvsis. 7th eci. New york: Freemanand Co. 2(XX).

Hartl D. [-., Joncs f:. w. ocnetit'.s. Print'iples antl Anal.vsrs. 4th ed. subdury.Massachuset ts : Jones and Bart le t t Publ . . 1998.

Ivanauskas T, Kanopka E., venslauskas M. Bioktgiju. vilnius: Mintis, 1970.Ydas M. Apic biohgijq. Kaunas: Candcla, 1994.Juodka B. Nukleirut rugititl chentijos ir biochenijo.s pagrindai. Vilnius: Moks-

las, l98lt.Kudinskas Y. [vatlus i Zrnoguus pctpLrliac'inq genctikq. Vilnius: Vilniaus univer-

s i t c to l c i dyk la . l ( ) 94 .Kudinskas Y. Til ir Titt 'o gt,nui. KlLunas: Sviesa. l99il.Latrko uugul4 selekciju Lictuv'oje. Sudaryt. J. Lazauskas, R. Dapkus. Vilnius:

Mokslas. 1992.Lazutka J. h'[olekulini citogenatika. Vilnius: Vilniaus universiteto leiclvkla.

r 998.

660

Lekevii ius R. Ekologine genetika. Vilnius: Zinija, 1980.Lelis J. Paveldimos clermaktzes ir 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.Passarge E. Cobr Atlas oJ' Geneti<s. New York: Thieme, 1995.Pasternak J. J. An Introtluction to Human Molecular Genatics. Oxford; Blac-

kwel l Sci , 1999.Petrovas D. Genetiku ir 2enris r7kis. Vilnius: LKP CK leidykla, 1970.Raff R. A., Kaufinan T C. Entbrt'os, C)cnes utul Evolution. New York-

London: Macmi l lan Publ . Co. 19U3.Randelis Y. I lendroji genctika. Vilnius: Mokslas, 1986.Rantelis Y. Ettkurkttu genctika. Vilnius: Vilniaus universiteto lcidykla, 1988.Rudzinskas D. Rinktirt iai ru.ftai. Vilnius: Mokslas, 1977.Sinkus A. lvadas i mcdicininq gcnetikq. Kaunas: Kiruno ntedicinos institutas,

1914.Sinkus A. Zntoguus chromo.somines l igos. Vilnir"rs: Mokslas, 1989.Sderbakas J. Ct'rnobvlis. Vilnius: Vyturys, 1990.Vagonis Z'., Mcikauskas C. ()vvulit l 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 universi-

tetas. 1999.BaprueHe 11. Kapuomunu mpe,tomod. Bn,rtHrcc: 14rA-so sHrlrrK,q. t4 HayqH.

tur . - 1993.fre6a lO. lO., Currunr K. M. Ktemo,lHon uH),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.Mu c€r€K4uu. Mocrga: Btrcruaq

ruKoxit. 1989.I4,rac M. feuemuuecrcui xoi. MocrBa: Mllp, l9l l.Kapre.rr H. A., Maxeena E. H., Me:enro A. M. l-euemurca. Suuurcto-

nedu'.recrcuu c.,t06apb. Mr.rucrc: TexHo,roruq, 1999.,[a:yrra IO. Cecmpuucrcue xpouamuduote 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.{c B. ft. Peeytnu,un qv6cm6ume,lbHocntu 6ucwux pacmeuui K

.MymoeeHHbt-tt (tarcmopau. Bu,rtHxrc: Morc,'rac, 1978.

o o l

C.recapanl.r.rrcc A. I-euenuqet'rue ,+temodat 6 ce.rcKLluu 3.taKoebtx mpas.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. trlcmopua paz?po,tra ?eHemuKu e CCCP.New York. He r r r r i tage, 1989.

1 'ep-AeaHecuH M.4. , 14ure-Be,{ rouon C. f . I -euemuqecxui rcoumpo, tocuHmna 6e,rra. .I lerl l 'HrpaA: h:A.,[esuurpajtcKoro yHl4tsepchrera, 1988.

Tepamotoeun l€toq€Ka. floa pca. f. 14. Jla:rcr. Mocrea: MeAnunua,1 9 9 1 .

Xecrru P. 6. t lenocmosucmlo ?eHo,r4a. Mocrsa; Hayrca, 198-5.IIHyaai.i-ruc A. A. @ep.ueumor pecmpuKrluu u ux npuiveleHue. Vlroru

HayKr4 H rexHHKtl. BuorexHo,roruu. Mocrea: BIAHVITVI. 1989. T.1 7 .

flpououerrro C. n. Por)uo6uotoeun LretoneKe u )K'uaomHux. Mocrsa:Br,rcruarr rrKo.rra. 19u8.

V1' taut ls Ranie l is

(lenetika

Vadovelis arrkitosioms rnokyklorns

Rcdaktorc Dattrrtc MclynicncVirScl io c la i l in inkas Romas Dubonis

2000 12 12. 40 apsk. l. l . TiraZas 2500 cgz.UZsakymas Nr. 1313Iilcido Lictuvos nrokslrr akademijos [ ' idyklaA. Goitauto 12,2600 VilniusSpauscl ino AB spaustuvc, ,Spindulys" ,Gcdinr ino g. 10, 3000 KaunasKaina sutartini

I

662