Перестройки генетического материала при детерминации клеточных типов у дрожжей

Один из немногих (если не единственный) примеров детерминации касается определения клеточного типа (типа спаривания) у дрожжей Лгсс/г. сегеутае. Это доказывает возможность перестройки генетического материала в онтогенезе.

Как уже упоминалось, у гомоталличных дрожжей гаплоидные аскоспоры — продукты мейоза — дают начало диплоидным культурам. Это осуществляется благодаря переключению типов спаривания а<=^ а с вероятностью, близкой к единице, при первых делениях прорастающей аскоспоры. Переключение происходит согласно так называемому кассетному механизму, предложенному в конце 1970;х гг. А. Херсковицем, Дж. Хиксом и Дж. Стразерном. Наряду с локусом типов спаривания (МАТ) вблизи центромеры III хромосомы у дрожжей есть две молчащие «кассеты», содержащие неэкспрессируемые аллели в левом плече (НМЬа — для (а-типа спаривания) и в правом плече (НМ!^, — для а-типа спаривания) той же хромосомы.

При первых делениях аскоспоры тип спаривания переключается на противоположный под контролем гена НО (от англ. Иото-ЛаШ.чт). Ген НО кодирует эндонуклеазу, которая производит двунитевой сайтспецифический разрез ДНК в локусе МАТ_а, или МАТ" в зависимости от того, какой аллель присутствует в этом локусе. Двунитевой разрез инициирует направленную конверсию, при которой генетическая информация кассеты НМТ_а замещает информацию, содержащуюся в локусе МАТ_Й (или НМДз замещает информацию МАТ_а). При этом кассеты сохраняют содержащийся в них генетический материал, а генетический материал, находившийся в локусе МАТ, теряется. Такое переключение происходит только в двух клетках на стадии микроколонии, состоящей из четырех клеток. После этого клетки типа спаривания а копулируют с клетками типа спаривания а. Образуются диплоидные клетки, гетерозиготные по МАТ_й/МАТ_а, и ген НО выключается. Далее гетерозиготный диплоид стабильно размножается до нового мейоза и споруляции, после чего при изоляции аскоспор весь процесс в ходе их прорастания повторяется.

Как показали эксперименты по клонированию и гибридизации ДНКДНК, локус МАТ и кассеты НМЬа и НМКа содержат как одинаковые, так и различающиеся нуклеотидные последовательности. Как МАТ₀, так и МАТ_а образуют по два противоположно направленных транскрипта, при этом установлено, что по крайней мере в случае МАТ_а транскрипция правого (а1) и левого (а2) участков происходит с общего промотора размером в 10 п. н., расположенного между ними (рис. 10.17):

Рис. 10.17. Структура кассет и локуса МАТ у дрожжей Saveli, cerevisiae. Одинаковые последовательности (.X, Y, Z) даны одинаковым цветом; Еп1- глушители; волнистыми линиями — транскрипты; Гены SIR контролируют репрессию кассет Информация, заключенная в кассетах, не экспрессируется вследствие того, что каждая из них фланкирована последовательностями — «глушителями», влияющими на характер компактизации хроматина в кассетах. Глушители функционируют под контролем нескольких генов, названных SIR (silent information regulators — регуляторы молчащей информации), локализованных в других хромосомах. Около локуса МАТ глушителей нет.

Собственно, переключение информации локуса типа спаривания, т. е. перемещение кассеты, и представляет собой акт детерминации клеточного типа. Последующая дифференцировка типа спаривания заключается в специфической регуляции целых серий генов:^{-специфических} или а-специфических. По мнению авторов кассетной модели, подобные многоступенчатые взаимодействия регуляторных и структурных генов могут обеспечивать достаточно сложные акты детерминации у многоклеточных организмов.

Сходный механизм кассетной регуляции типов спаривания найден у другого рода дрожжей — Schiz. potnbe. Кассетный механизм участвует в переключении поверхностных антигенов трипаносом и гонококков. Жизненный цикл гомоталличных сахаромицетов весьма сходен с жизненным циклом мхов и лишайников. Таким образом, кассетный механизм регуляции онтогенетических изменений, по-видимому, широко распространен в природе.