Композиционная организация генома позвоночных (изохоры)
Хотя размеры генома многоклеточных эукариот гораздо больше, чем у прокариот, вариация в GC-содержании среди них весьма невелика. Особенно выделяются геномы позвоночных, демонстрирующие почти одинаковое GC-содержание, варьирующее всего от 40% до 45% ( Sueoka, 1964 ). Одной из причин этого явления может быть то, что позвоночные, в отличие от бактерий, дивергировали не столь давно и не имели достаточно времени для накопления значительных различий в GC-содержании.
Несмотря на такое сходство в GC-содержании, геном позвоночных имеет гораздо более сложный композиционный состав. Когда геномная ДНК позвоночных случайным образом режется на фрагменты длиной 30-100 kb, и эти фрагменты затем разделяются согласно нуклеотидному составу, они кластеризуются, образуя небольшое число классов, различающихся друг от друга по GC-содержанию. Каждый класс характеризуется линиями ("бэндами") сходного, хотя и не абсолютно одинакового состава ( Bernardi et al, 1985 ; Bernardi, 1989 ).
Существуют заметные различия в композиционной организации между геномами тепло- и холоднокровных позвоночных ( Bernardi et al, 1985 , 1988 ). Рисунок 10.2 демонстрирует относительное количество и плавучую плотность основных компонентов ДНК некоторых позвоночных. В геномах теплокровных существуют две легких компоненты (L 1и L2 ),
в которые входит около 2/3 генома, и две или три тяжелых компоненты (H1 , H2 и H3 ), составляющих остаток геномной ДНК.
Геномная же ДНК холоднокровных состоит, в основном, из легких компонент.
Композиционное распределение фрагментов ДНК в значительной степени независимо от размера самого фрагмента, демонстрируя гомогенность состава протяженных участков ДНК. Такие гомогенные участки были названы ИЗОХОРАМИ . Когда изохоры фрагментируются во время разрезания ДНК, выявляются четыре главных семейства фрагментов с различным GC-содержанием. Бернарди ( Bernardi et al, 1985 ) предположил, что GC-богатые (тяжелые) изохоры составляют около 1/3 генома теплокровных и почти отсутствуют у холоднокровных позвоночных ( Рисунок 10.3 ).
Открытие того, что геном теплокровных имеет мозаичное строение, согласуется с данными по изучению дифференциальной окраски хромосом. Метафазные хромосомы теплокровных после воздействия флуоресцентных красителей, протеолитических ферментов или различных денатурирующих агентов, окрашенные по Гимзу, демонстрируют различные темные и светлые полосы (т.н. G - и R - bands) . Однако, метафазные хромосомы холоднокровных позвоночных демонстрируют либо слабую дифференцировку по яркости, либо вообще не проявляют различий. Исходя из этого, было выдвинуто предположение о том, что GC-богатые и GC-бедные изохоры приблизительно соответствуют G - и R -"бэндам" ( Comings, 1978 ; Cuny et al, 1981 ). Данные о времени репликации показывают, что гены, локализованные в GC-богатых изохорах, реплицируются в начале клеточного цикла, тогда как гены, локализованные в GC-бедных изохорах, реплицируются ближе к концу ( Goldman et al, 1984 ; Bernardi et al, 1985 ; Bernardi, 1989 ).
Можно говорить о существовании в геноме человека структур иерархического порядка. Примером служат изохоры - длинные, в среднем свыше 300 тыс. п.о. сегменты ДНК, гомогенные по композиции оснований или по GС-уровням. 62% генома состоит из GC-бедных изохор , в них локализовано около 34% генов. 31% генома представлен GС-богатыми изохорами , содержащими 38% генов, и в 3% изохорах, обогащенных GС-последовательностями (так называемых НЗ изохор ), находится 28% генов [ Mouchiroud D. et al., 1991 ; Saccone S. et al., 1993 ].
Таким образом, существуют относительно небольшие участки ДНК, в которых плотность генов в 10-20 раз выше, чем в остальных последовательностях.
Локализация генов внутри изохор
