Элементы Элементы большой науки

Поставить закладку

Напишите нам

Карта сайта

Содержание
Энциклопедия
Новости науки
LHC
Картинка дня
Библиотека
Видеотека
Книжный клуб
Задачи
Масштабы: времена
Детские вопросы
Плакаты
Научный календарь
Наука и право
ЖОБ
Наука в Рунете

Поиск

Подпишитесь на «Элементы»



ВКонтакте
в Твиттере
в Фейсбуке
на Youtube
в Instagram



Библиотека

 
Л. Краусс
«Страх физики». Глава из книги


А. Бердников
Интерференция в домашних условиях. Плёнки и антиплёнки


Интервью с Л. Марголисом
Леонид Марголис: «Мне всегда было интересно, как клетки разговаривают друг с другом»


А. Иванов
Сибирь и Северная Америка были единым целым более миллиарда лет назад


П. Амнуэль
Одиночество во Вселенной


Р. Фишман
Детективы каменного века


О. Макаров
Животные, которые дарят надежду


Б. Штерн
Шкловский — 100


А. Деревянко, М. Шуньков
Откуда пришел Homo sapiens?


К. Кохась
Как Бусенька складывала числа «в столбик»







Главная / Новости науки версия для печати

Белок Hsp90 контролирует активность мобильных генетических элементов


Дефицит белка Hsp90 у дрозофил приводит к разнообразным уродствам. Изображение из статьи: Rutherford S.L., Lindquist S. Hsp90 as a capacitor for morphological evolution // Nature. 1998. V. 396. P. 336–342
Дефицит белка Hsp90 у дрозофил приводит к разнообразным уродствам. Изображение из статьи: Rutherford S.L., Lindquist S. Hsp90 as a capacitor for morphological evolution (550 Кб) // Nature. 1998. V. 396. P. 336–342

Мутации белка Hsp90 дестабилизируют индивидуальное развитие животных и растений, что приводит к разнообразным аномалиям и уродствам. До сих пор этот эффект связывали с тем, что Hsp90 придает правильную трехмерную конфигурацию другим белкам, в том числе и таким, которые в результате мутаций утратили способность принимать нужную конфигурацию самостоятельно. Поэтому деятельность Hsp90 позволяет накапливаться «скрытой» генетической изменчивости, которая не проявляется, пока Hsp90 нормально функционирует. Как выяснилось, существует еще одна причина массового появления уродств при нарушении работы Hsp90: этот белок участвует в инактивации мобильных генетических элементов (транспозонов), которые, оставшись без контроля, начинают активно размножаться и перемещаться по геному, что приводит к всплеску мутагенеза. Таким образом, Hsp90 придает устойчивость не только фенотипу, но и генотипу.

Белок Hsp90 производится в больших количествах клетками всех эукариот (растений, животных, грибов, простейших), а также большинства бактерий. Он является шапероном, то есть помогает другим белкам правильно сворачиваться в трехмерные глобулы. Не свернутые или неправильно свернутые белковые молекулы могут быть опознаны, например, по торчащим наружу гидрофобным участкам (у большинства правильно «упакованных» белков гидрофобные участки находятся внутри глобулы). Hsp90 присоединяется к таким белковым молекулам и сжимает их, как тисками, используя для этого энергию АТФ. Во многих случаях это приводит к тому, что даже мутантный белок, не способный самостоятельно принять нужную конфигурацию, в итоге оказывается свернутым правильно и может выполнять свою функцию. Таким образом, нормально работающий белок Hsp90 не дает проявиться многим потенциально вредным (а иногда и потенциально полезным) мутациям других белков. (О роли шаперонов в подавлении фенотипического проявления вредных мутаций см. в заметке: Когда вредных мутаций много, они не так вредны, «Элементы», 06.12.2005.)

Нормальное сворачивание белков может нарушаться не только из-за мутаций, но и из-за внешних стрессирующих воздействий (например, при перегреве). Чтобы не допустить этого, клетки в условиях теплового шока увеличивают производство шаперонов, в том числе Hsp90 (Hsp — аббревиатура от «heat shock protein», белок теплового шока).

Большинство белков, пользующихся «услугами» Hsp-90, выполняют регуляторные функции и участвуют в передаче разнообразных сигналов (например, являются рецепторами, реагирующими на те или иные гормоны). От правильной работы Hsp90 зависит поведение клеток, их реагирование на различные стимулы. Онтогенез (развитие) многоклеточного организма — это интегральный результат согласованного поведения множества индивидуальных клеток, поэтому нарушение работы Hsp90 может приводить к дестабилизации онтогенеза. Hsp90 делает индивидуальное развитие помехоустойчивым, позволяя сформировать нормальный фенотип даже при наличии разнообразных помех: внешних (перегрев) или внутренних (мутации регуляторных белков).

Установлено, что мутации, нарушающие работу Hsp90, действительно приводят к дестабилизации развития у животных и растений, что проявляется в многочисленных аномалиях и уродствах. До сих пор считалось, что все эти уродства суть проявления «скрытой изменчивости», то есть мутаций, которые уже существовали в данной популяции, но не проявлялись, пока Hsp90 работал нормально. Благодаря нормальной работе Hsp90 эти мутации не подпадали под действие отбора и могли спокойно накапливаться (Rutherford S.L., Lindquist S. Hsp90 as a capacitor for morphological evolution, 550 Кб // Nature. 1998. V. 396. P. 336–342).

В новой статье итальянских генетиков, опубликованной на сайте журнала Nature, показано, что Hsp90 является еще более универсальным средством повышения помехоустойчивости, чем считалось до сих пор. Как выяснилось, этот белок придает стабильность не только фенотипу, но и генотипу. Он не только мешает мутациям проявиться, но и предотвращает их возникновение.

Авторы показали, что белок Hsp90 необходим для нормальной работы молекулярной системы, предназначенной для обуздания активности мобильных генетических элементов. Об этой системе, включающей белки семейства Piwi и особый класс малых регуляторных РНК — пиРНК, рассказано в заметках: У млекопитающих найдена система управления мобильными генетическими элементами, «Элементы», 11.05.2007; У низших животных обнаружены системы управления генами и транспозонами при помощи малых РНК, «Элементы», 03.10.2008.

Авторы установили, что мутации белка Hsp90 ведут к нарушению синтеза пиРНК, которые необходимы белкам Piwi для обнаружения и инактивации транспозонов. Оставшись без присмотра, транспозоны начинают размножаться и встраиваться в различные места генома, нарушая работу многих генов — происходит всплеск транспозиционного мутагенеза.

Опыты проводились на дрозофилах. Было показано, что подавление активности белка Hsp90 при помощи химического ингибитора — гелданомицина (Geldanamycin) или при помощи мутаций в гене, кодирующем этот белок, ведут к повышению активности мобильных генетических элементов — транспозонов и ретротранспозонов. Это позволило предположить, что многочисленные аномалии развития, наблюдающиеся у мух с нарушенной функцией Hsp90, объясняются не только проявлением старых «скрытых» мутаций, существовавших у подопытных животных до начала эксперимента, но и появлением новых.

Чтобы проверить это предположение, была использована муха с мутантным геном Hsp90, у которой обнаружилась аномалия, похожая на проявление хорошо известной доминантной мутации Scutoid (измененное строение щетинок). Этот мутантный фенотип вызывается различными изменениями нуклеотидной последовательности гена noc, кодирующего регуляторный белок. Оказалось, что у данной мухи в ген noc встроился транспозон, что привело к выходу гена из строя. У других подопытных мух, у которых не было фенотипа Scutoid, последовательность гена noc оказалась нормальной. Значит, фенотип Scutoid в данном случае был вызван не старой скрытой мутацией, которая ранее не проявлялась, а новой мутацией, которая возникла именно у этой мухи из-за перемещения транспозона.

Таким образом, изменения в работе белка Hsp90 могут приводить к различным уродствам двумя путями: через «высвобождение» предсуществующей скрытой изменчивости и за счет активизации мобильных элементов, что ведет к появлению новых мутаций. Пока не ясно, какой из двух механизмов важнее. Для ответа на этот вопрос необходимы дополнительные эксперименты. Авторы отмечают, что второй механизм может объяснить некоторые факты, которые ранее трактовались как доказательства реальности первого механизма. Главным доводом в пользу гипотезы «высвобождения скрытой изменчивости» служит тот факт, что нарушение работы Hsp90 у мух из разных природных и лабораторных популяций приводит к разным наборам уродств, причем для каждой популяции характерен свой набор. Традиционно это объясняли тем, что в разных популяциях существуют разные наборы скрытых мутаций. Но это можно объяснить и тем, что места встраивания транспозонов не совсем случайны: вероятность внедрения транспозона в тот или иной участок генома зависит от генетического «контекста». Поэтому для разных популяций могут быть характерны разные наборы вероятных мест встраивания транспозонов — и, соответственно, разные наборы возможных уродств.

Остался пока неразрешенным и вопрос о том, какую именно роль играет белок Hsp90 в синтезе пиРНК.

Источник: Valeria Specchia, Lucia Piacentini, Patrizia Tritto, Laura Fanti, Rosalba D’Alessandro, Gioacchino Palumbo, Sergio Pimpinelli, Maria P. Bozzetti. Hsp90 prevents phenotypic variation by suppressing the mutagenic activity of transposons // Nature. Advance online publication 10 January 2010. Doi:10.1038/nature08739.

См. также о шаперонах:
Когда вредных мутаций много, они не так вредны, «Элементы», 06.12.2005.

О системе контроля над мобильными элементами:
1) У млекопитающих найдена система управления мобильными генетическими элементами, «Элементы», 11.05.2007.
2) У низших животных обнаружены системы управления генами и транспозонами при помощи малых РНК, «Элементы», 03.10.2008.

Об эволюционной роли дестабилизации онтогенеза:
Дестабилизация развития — путь к эволюционным новшествам, «Элементы», 13.07.2009.

Александр Марков


Комментарии (3)



Последние новости: ГенетикаМолекулярная биологияАлександр Марков

11.07
Архаичные гены костных ганоидов разнообразнее, чем у более молодых групп позвоночных
5.07
Биоразнообразие стимулирует собственный рост
28.06
Подростки лучше учатся на положительном опыте, чем на отрицательном
21.06
Кишечная бактерия влияет на социальное поведение мышей
15.06
Получение генов пектиназ от протеобактерий резко ускорило видообразование палочников
14.06
Полиплоидность предков эукариот — ключ к пониманию происхождения митоза и мейоза
10.06
Удалось выяснить, почему рак может уснуть и проснуться через много лет
7.06
Индийская община Бней-Исраэль не может быть одним из десяти потерянных колен
6.06
Промышленный меланизм бабочек получил генетическое объяснение
2.06
Обнаружено фундаментальное сходство между развитием актинии и развитием позвоночных

Научная картинка дня


Новости науки по темам: антропология, археология, астрономическая научная картинка дня, астрономия, биология, биотехнологии, генетика, геология, затмения, информационные технологии, космос, лингвистика, математика, медицина, нанотехнологии, наука в России, наука и общество, Нобелевские премии, палеонтология, Первое апреля, психология, технологии, физика, химия, эволюция, экология, энергетика, этология

Новости науки по авторам: Валентин Анаников, Дарья Баранова, Вера Башмакова, Александр Бердичевский, Максим Борисов, Варвара Веденина, Александр Венедюхин, Михаил Волович, Михаил Гарбузов, Алексей Гиляров, Дмитрий Гиляров, Сергей Глаголев, Евгений Гордеев, Николай Горностаев, Владимир Гриньков, Дмитрий Дагаев, Юрий Ерин, Анастасия Еськова, Дмитрий Жарков, Андрей Журавлёв, Дмитрий Замолодчиков, Игорь Иванов, Вячеслав Калинин, Павел Квартальнов, Мария Кирсанова, Дмитрий Кирюхин, Александр Козловский, Юлия Кондратенко, Артем Коржиманов, Ольга Кочина, Аркадий Курамшин, Виталий Кушниров, Иван Лаврёнов, Алексей Левин, Андрей Логинов, Сергей Лысенков, Лейла Мамирова, Александр Марков, Мария Медникова, Вадим Мокиевский, Григорий Молев, Тарас Молотилин, Марат Мусин, Максим Нагорных, Елена Наймарк, Алексей Опаев, Петр Петров, Александр Пиперски, Константин Попадьин, Сергей Попов, Роман Ракитов, Татьяна Романовская, Александр Самардак, Александр Сергеев, Андрей Сидоренко, Виктория Скобеева, Даниил Смирнов, Дарья Спасская, Любовь Стрельникова, Алексей Тимошенко, Александр Токарев, Мария Шнырёва, Сергей Ястребов, Светлана Ястребова

Новости науки по месяцам: 2016 VII, VI, V, IV, III, II, I  2015 XII, XI, X, IX, VIII, VII, VI, V, IV, III, II, I  2014 XII, XI, X, IX, VIII, VII, VI, V, IV, III, II, I  2013 XII, XI, X, IX, VIII, VII, VI, V, IV, III, II, I  2012 XII, XI, X, IX, VIII, VII, VI, V, IV, III, II, I  2011 XII, XI, X, IX, VIII, VII, VI, V, IV, III, II, I  2010 XII, XI, X, IX, VIII, VII, VI, V, IV, III, II, I  2009 XII, XI, X, IX, VIII, VII, VI, V, IV, III, II, I  2008 XII, XI, X, IX, VIII, VII, VI, V, IV, III, II, I  2007 XII, XI, X, IX, VIII, VII, VI, V, IV, III, II, I  2006 XII, XI, X, IX, VIII, VII, VI, V, IV, III, II, I  2005 XII, XI, X, IX, VIII, VII, VI, V, IV, III, II, I 

Новости науки почтой (рассылка на Subscribe.ru):

 


Где еще почитать научные новости: «Биомолекула», «Вокруг света», Газета.ру. Наука, «Наука и жизнь», Наука и технологии РФ, «Научная Россия», «Популярная механика», РИА Наука, «Чердак», N+1, Naked Science

 


при поддержке фонда Дмитрия Зимина - Династия