Кіріспе

Примат геномындағы (адам геномымен қоса) мобильді генетикалық элемент – Алю элементі, бастапқыда Arthrobacter luteus (Alu) шектеу эндонуклеазасының әрекеті арқылы сипатталған ДНК-ның қысқа учаскесі. Алю элементтері – адам геномындағы ең көп таралған транспозициялық элементтер, олардың саны бір миллионнан асып түседі. Бұрын Алю элементтері өзімшіл немесе паразиттік ДНК деп есептелді, себебі олардың жалғыз белгілі функциясы – өзін-өзі көбейту. Дегенмен, олар эволюцияда маңызды рөл атқарады және генетикалық маркерлер ретінде қолданылады. Олар сигналды тану бөлшегінің құрамына кіретін кішкентай цитоплазмалық 7SL РНК-дан шыққан. Алю элементтері примат геномдарында жоғары сақталған және супраприматтардың жалпы ата-бабасының геномында пайда болған. Алю инсерциялары бірнеше тұқым қуалайтын адам ауруларымен және әртүрлі қатерлі ісік түрлерімен байланысты. Алю элементтерін зерттеу адам популяциясының генетикасын және приматтардың, соның ішінде адамның эволюциясын түсінуде маңызды рөл атқарды.

Алю отбасы

Алу туысы – примат геномдарында, адам геномын қоса алғанда кездесетін қайталанатын элементтер туысы. Қазіргі Алу элементтері шамамен 300 негіз жұбынан тұрады, сондықтан олар қайталанатын ДНК элементтері класының ішінде қысқа аралас ядролық элементтер (SINEs) ретінде жіктеледі. Типтік құрылымы 5' А бөлігі A5TACA6 B бөлігі PolyA Tail 3' түрінде болады, мұнда А және B бөліктері (әрі «сол қол» және «оң қол» деп те аталады) ұқсас нуклеотидтік тізбектер. Басқаша айтқанда, қазіргі Алу элементтері 100 миллион жыл бұрын екі түрлі FAM (көне мономерлер) тізбегінің бірігуінен пайда болған деп есептеледі, сондықтан олардың құрылымы екі ұқсас, бірақ әртүрлі мономерден (сол және оң қол) тұрады, олар А-ға бай байланыстырушымен қосылған. Екі мономердің де 7SL, сондай-ақ SRP РНК-дан пайда болғандығы айтылады. Алу туысының әртүрлі тармақтарында полиА құйрығының ұзындығы әртүрлі болады. Адам геномында 1 миллионнан астам Алу элементтері кездеседі, және шамамен 10,7% адам геномы Алу тізбектерінен тұрады деп есептеледі. Дегенмен, олардың 0,5%-дан аз ғанасы полиморфты (яғни, бірнеше формада немесе морфта кездеседі). 1988 жылы Джерзи Юрка мен Темпл Смит Алу элементтерінің АлуJ (Юрканың құрметіне) және АлуS (Смиттің құрметіне) деп аталатын екі негізгі кіші туысқа бөлінгенін анықтады, ал басқа Алу кіші туыстары да бірнеше зерттеу топтарымен тәуелсіз түрде ашылды. Кейіннен, белсенді Алу элементтерін қамтитын АлуS кіші туысына АлуY деген жеке атау берілді. 65 миллион жыл бұрын пайда болған АлуJ туысы – адам геномындағы ең көне және ең аз белсенді туыс. Ал жас АлуS туысы шамамен 30 миллион жыл бұрын пайда болған және әлі де белсенді элементтерді қамтиды. Соңында, АлуY элементтері үш туыстың ең жасы және адам геномы бойынша жылжуға ең бейім. Алу кіші туыстарын ашу, «бас»/көзден бастаушы гендер гипотезасына әкелді және транспозицияланатын элементтер (белсенді элементтер) мен аралас қайталанатын ДНК (белсенді элементтердің мутацияланған көшірмелері) арасындағы нақты байланысты қамтамасыз етті.

Қатынасты элементтер

Тышқандар мен егешқұйрықтардағы B1 элементтері Alu элементтеріне ұқсас, олар да 7SL РНК-дан пайда болған, бірақ оларда тек бір сол мономерлік қол ғана бар. Адам Alu элементтерінің 95%-ы шимпанзелерде де табылады, ал егешқұйрықтағы B элементтерінің 50%-ы тышқандарда да кездеседі. Бұл элементтер көбінесе гендердің интрон және жоғары реттеуші элементтерінде орналасқан. Alu және B1 элементтерінің ата-бабалық түрі – қазба Alu мономеры (FAM). Сол және оң қолдың бос түрлері бар, олар сәйкесінше бос сол Alu мономеры (FLAM) және бос оң Alu мономеры (FRAM) деп аталады. Приматтардағы белгілі FLAM – BC200 ұзын емес кодтаушы РНК (lncRNA).

Тізбелік ерекшеліктер

Алуда екі негізгі промотор "қорабы" табылады: консенсусы 5' А қорабы және консенсусы 3' В қорабы (IUPAC нуклеин қышқылы нотациясы). РНК полимераза III арқылы транскрипцияланатын тРНК-лардың ұқсас, бірақ күштірек промотор құрылымы бар. Екі қорап та сол жақ бөлігінде орналасқан. Төмендегі 7SL (SRP) РНК мысалында функционалды гексамерлер тұйық сызықпен, ал функционалды емес үшінші гексамер нүктелі сызықпен көрсетілген: Alu I эндонуклеазасының тану тізбегі 5' ag/ct 3'; яғни, фермент гуанин және цитозин қалдықтары арасындағы ДНК сегментін кесіп тастайды (жоғарыда кіші әріптермен көрсетілген).

Алюминий элементтері

Алю элементтері тіндік гендерді реттеуге жауапты. Олар жақын орналасқан гендердің транскрипциясына да қатысады және кейде геннің экспрессиялану жолын өзгерте алады. Алю элементтері ретротранспозон болып табылады және РНК полимераза III кодтаған РНК-дан жасалған ДНК көшірмелеріне ұқсайды. Алю элементтері ақуыз өнімдерін кодтамайды. Олар басқа ДНК тізбегі сияқты көбейтіледі, бірақ жаңа элементтерді жасау үшін LINE ретротранспозондарына тәуелді. Алю элементтерінің репликациясы және жылжуы сигналды тану бөлшектерімен (SRP) өзара әрекеттесуден басталады, бұл жаңа синтезделген ақуыздардың соңғы орнына жетуіне көмектеседі. Алю РНК, SRP9 және SRP14 белдік гетеродимерінен тұратын белокпен бірге ерекше РНК:белок кешенін құрайды. Адамның көптеген Алю элементтерінің ену орындары басқа приматтардың геномдарында да кездеседі, бірақ шамамен 7000 Алю элементі адамға ғана тән.

Адамға әсері

Алю элементтері гендік экспрессияға әсер ететіні болжалды және стероид гормондарының рецепторлары үшін функционалдық промотор аймақтарын қамтитыны анықталды. Алю элементтерінде CpG динуклеотидтерінің көп мөлшері кездесетіндіктен, бұл аймақтар метилирлеу ортасы ретінде қызмет етеді және адам геномындағы метилирлеу орындарының 30%-ға дейін үлес қосады. Алю элементтері адамдарда мутациялардың жиі кездесетін көзі болып табылады; алайда, мұндай мутациялар көбінесе пре-РНК-ның (интрондар) кодтамайтын аймақтарымен шектеледі, онда олардың тасымалдаушыға елеулі әсері байқалмайды. Интрондардағы (немесе РНК-ның кодтамайтын аймақтарындағы) мутациялар, егер жеке адамның геномының кодтау бөлігінде мутациялар болмаса, жеке тұлғаның фенотипіне аз немесе ешқандай әсер етпейді. Адам организміне зиян келтіруі мүмкін Алю инсерциялары кодтау аймақтарына (экзондарға) немесе дәнекерленгеннен кейін РНК-ға енгізіледі. Дегенмен, туындаған вариация адам популяцияларының қозғалысын және тегін зерттеуде пайдаланылуы мүмкін, ал Алю және ретротранспозонның мутагендік әсері адам геномының эволюциясында маңызды рөл атқарды. Алю инсерцияларының немесе жойылуларының адамдарда нақты әсерлерге байланысты бірнеше жағдайлары бар:

Адамда кездесетін мутациялар

АГЭ гені, ангиотензин түрлендіру ферментін кодтайтын, 2 жиі кездесетін варианты бар, біреуі Alu енгізілген (ACE I), екіншісі Alu жойылған (ACE D). Бұл айырмашылық спорттық қабілеттердегі өзгерістермен байланысты: Alu элементінің болуы төзімділікке бағытталған жарыстарда (мысалы, триатлон) жақсы нәтижелерге қол жеткізумен байланысты, ал оның болмауы күш пен қуатқа бағытталған өнерпаздыққа байланысты. Ескі әлем приматтарында (адамдарды қоса алғанда) үш түсті көруді қайта қалыпқа келтірген опсин генінің дупликациясы Alu элементімен шектеледі, бұл Alu-дың үш түсті көрудің эволюциясындағы рөлін көрсетеді.