RIP (repeat-induced point mutation, система защиты генома)

RIP (repeat-induced point mutation) - система защиты генома, имеющая как генетические, так и эпигенетические аспекты. Расшифровка RIP показала, что повторяющиеся последовательности не могут прямо включать метилирование ДНК, по крайней мере у Neurospora ; вместо этого повторы включают RIP, который тесно связан с метилированием ДНК. RIP - явление, когда в гаплоидном геноме имеется дупликация некой последовательности (сцепленная или несцепленная), и этот геном посредством конъюгации проводится через половой цикл, нуклеотидные последовательности становятся "RIPoванными". Происходят два события: обе копии дуплицированной ДНК приобретают мутации типа G:C->A:Т, а ДНК в пределах нескольких сотен пар оснований "RIPoванных" последовательностей становится метилированной. Эта двойная атака на геном весьма эффективна - 50% несцепленных локусов подвержены RIР, тогда как тесно сцепленные локусы достигают 100% - и легко подавляет функцию генов ( Selker et al., 1993 ).

Исследования на Neurospora вскрыли несколько независимых систем сайленсинга, действующих на разных стадиях ее жизненного цикла. Первый такой механизм, названный механизмом точечных мутаций, индуцируемых повторами (RIP) несомненно служит в качестве системы защиты генома. Расшифровка RIP показала, что повторяющиеся последовательности не могут прямо включать метилирование ДНК, по крайней мере у Neurospora; вместо этого повторы включают RIP, который тесно связан с метилированием ДНК.

Второй механизм, названный механизмом подавления (quelling) , представляет собой основанный на RNAi механизм, который приводит к сайленсингу трансгенов и их нативных гомологов.

Третий, названный мейотическим сайленсингом с помощью неспаренной ДНК ( MSUD - meiotic silencing by unpaired DNA), также базируется на RNAi, но отличается от подавления (quelling) временем своего действия, мишенями и предполагаемой целью.

RIР был открыт в результате детального анализа потомства от скрещиваний трансформантов Neurospora ( Selker, 1990 ). Обратили внимание на то, что дуплицированные последовательности - как нативные, так и чужеродные, как сцепленные, так и несцепленные - подвержены многочисленным поляризованным мутациям типа транзиций (G:C в A:Т) в гаплоидных геномах специальных двухъядерных клеток, получающихся в результате оплодотворения ( рис. 6.11 ). Эксперименты, в которых стабильность гена тестировали, когда он был один в геноме или в комбинации с несцепленным гомологом, показали, что RIP не просто ассоциирован с повторами; он действительно индуцируется повторами. В дуплицированных последовательностях в одном пассаже с половым циклом могут мутировать примерно до 30% пар G:C. Нередко (но не всегда) последовательности, измененные RIP, становятся метилированными de novo. Вполне вероятно, что мутации, индуцированные RIP, происходят путем ферментативного дезаминирования 5-meС или путем дезаминирования С, сопровождающегося репликацией ДНК ( Selker, 1990 ). Метилирование цитозинов включает образование промежуточного соединения, склонного к спонтанному дезаминированию; это заставляет предполагать, что этап RIP, связанный с предполагаемым дезаминированием, мог бы катализироваться DMT или DMT-подобным энзимом. С этой возможностью согласуется тот факт, что один из двух гомологов DMT, предсказанных по геномной последовательности Neurospora, участвует в RIP ( Freitag et al., 2002 ). Потомство от гомозиготных скрещиваний мутантов с дефектами в этом гене, rid (RIP defective), не дает новых случаев RIP. Мутанты rid не обнаруживают сколько-нибудь заметных дефектов в метилировании ДНК, фертильности, росте или развитии. Напротив, второй гомолог DMT у Neurospora (DIM-2), который был идентифицирован генетически и который, как было показано, необходим для всех известных видов метилирования ДНК, не требуется для RIP ( Kouzminova and Selker, 2001 ).

Все указывает на то, что каждая дупликация достаточной величины (больше чем приблизительно 400 п.н. для тандемной дупликации или около 1000 п.н. для несцепленной дупликации) подвержена RIP в некоторой доле специальных двухъядерных клеток. Тем не менее, дупликации с некоторой частотой (обычно менее 1% для тандемной дупликации или приблизительно 50% для несцепленной дупликации) избегают RIP. Даже дупликации хромосомных сегментов, содержащих многочисленные гены, чувствительны к RIP ( Perkins et al., 1997 ; Bhat and Kasbekar, 2001 ). Хотя RIP ограничен половой фазой жизненного цикла, существование этого процесса ставит вопрос о том, может ли Neurospora использовать дупликации генов для эволюции. В геномной последовательности обнаружили семейства генов, но практически все паралоги, как оказалось, достаточно дивергировали, чтобы не включать RIP ( Galagan and Selker, 2004 ). Мы приходим к заключению, что RIР действительно может ограничивать эволюцию у Neurospora. Интересно, что некоторые грибы демонстрируют то, что, по-видимому, является мягкими системами защиты генома, сходными с RIP. Наиболее заметный пример - премейотически индуцируемое метилирование ( MIP ), процесс, выявляющий сцепленные и несцепленные дупликации последовательностей в период между оплодотворением и кариогамией подобно RIP, но зависящий для инактивации исключительно от метилирования ДНК; в последовательностях, инактивированных MIP, не было обнаружено никаких свидетельств мутаций ( Rossignol and Faugeron, 1994 ).

Метилирование: инактивация чужеродной и повторяющейся ДНК

Ссылки: