Бесплатный автореферат и диссертация по биологии на тему

Эволюционный анализ локусов генома приматов, содержащих гибридные эндогенные ретровирусные элементы семейств HERV-H/HERV-K.

ВАК РФ 03.00.03, Молекулярная биология

Содержание диссертации, кандидата биологических наук, Лапук, Анна Викторовна

Введение.

Роль повторяющейся геномной ДНК в эволюции живых организмов.

Введение.

Мобильные элементы генома: паразиты или симбионты?.1.

Эндогенные ретровирусы и эволюция генома приматов. экспериментальная часть.

Материалы.

Оборудование и расходные материалы.

Среды и растворы.

Методы.¡.

Выделение ДНК рекомбинантных космид.\

Рестрикция космидной ДНК.

Электрофорез в агарозном геле.

Гибридизация по Саузерну.

Очистка олигонуклеотидных праймеров.

Полимеразная цепная реакция.

Селективная РСЯ-амп.'шфикация с использованием эффекта РСИ-супрессии.

Выделение фрагментов ДНК из легкоплавкой агарозы.!.

Определение первичной структуры ДНК.

Выделение геномной ДНК.1. результаты экспериментов и их обсуждение.1.

Идентификация Н/К гибрида в локусе 19р12 генома человека.

Полногеномный поиск гибридных ретровирусных элементов НЕКУ-К/НЕ11У-Н семейств.

Характеристика и анализ последовательностей гибридных ретровирусных элементов.

Филогенетический анализ локусов, содержащих гибридные ретровирусные элементы.!.

Взаимная локализация гибридных ретровирусных элементов и известных или кандидатных генов.

Выводы.

Введение Диссертация по биологии, на тему "Эволюционный анализ локусов генома приматов, содержащих гибридные эндогенные ретровирусные элементы семейств HERV-H/HERV-K."

Эндогенные ретровирусы (ЕЯУ) входят в состав геномов большинства позвоночных и представляют собой стабильно наследуемые элементы, сходные пс структуре с экзогенными ретровирусами. Предполагают, что они возникли в результате заражения экзогенными ретровирусами клеток зародышевого пути предков приматов. В геноме человека на сегодняшний момент обнаружено более10 различных семейств эндогенных ретровирусных последовательностей,!!представленных как практически полноразмерными или делегированными провирусами, так и одиночными ЬТЯ, и в общей сложности занимающих около 1% генома. Неизвестно, сохранили ли эндогенные ретровирусные элементы свой функциональный потенциал, однако интеграция новых элементов может выражаться в: 1(I) модуляции экспрессии близлежащих генов за счет привнесения в локус новых регуляторных элементов, входящих в состав НЕ11У.(II) изменении структуры и стабильности локусов генома.(ш) влиянии на функционирование генома в целом через экспрессиюретровирусных последовательностей. Таким образом, появление в локусе новых НЕЮ/ элементов и их закрепление в эволюции может иметь последствия для локусов и генома в целом. Кроме этого, НЕ11У представляют собой уникальные филогенетические маркеры, с помощью которых представляется возможным отслеживать эволюцию локусов, в которые они интегрировали. Поэтому их изучение является актуальной проблемой эволюционной генетики и функциональной геномики.

В данной работе в качестве объекта были выбраны гибридные структуры, образованные провирусами двух семейств НЕЯУ-К и НЕЛУ-Н. Эти семейства! являются одними из наиболее мультикопийных и существуют данные^ указывающие на то, что представители этих семейств в наибольшей степени сохранили свой функциональный потенциал. Сочетание регуляторных элементовобоих компонентов гибридов, а также возможность их взаимной комплементаций выделяет их как одних из интересных представителей НЕЯУ элементов. Целью данной работы был полногеномный поиск гибридных ретровирусных элементов семейств НЕЯУ-К и НЕЯУ-Н в геноме человека и структурный и эволюционный анализ их последовательностей и локусов, в которые они интегрировали. 1РОЛЬ ПОВТОРЯЮЩЕЙСЯ ГЕНОМНОЙ ДНК в ЭВОЛЮЦИИ ЖИВЫХ ОРГАНИЗМОВ.I jВведениеIПрактически все геномы известных организмов содержат в своем составе транспозирующиеся элементы. Их содержание колеблется от нескольких; процентов, например в геноме D.melanogaster - около 3%, до нескольких десятков - например, геном кукурузы содержит около 50% повторяющейся ДНК, а некоторых растений - до 95%. Повторяющаяся ДНК - это основной компонентIгенома млекопитающих. У человека около 50% генома занимают повторяющиеся последовательности (1). Мобильные повторяющиеся элементы, или транспозоны (ТЕ от Transposable Elements), представлены ретроэлементами и ДНК-j транспозонами. Большая часть диспергированных повторов позвоночных представлена ретроэлементами, и поэтому им будет уделено основное внимание в этой части обзора. Из ретроэлементов выделяют ретротранспозоны и ретропозоны, содержащие и не содержащие LTR, длинные концевые повторы.1 Ретротранспозоны, в отличие от ретропозонов, содержат в своем составе последовательности, кодирующие обратную транскриптазу.

Каким образом сформировался этот основной компонент генома эукариот? Какова роль мобильных элементов в эволюции генома и принимают ли онц участие в его нормальном функционировании или, возможно, патогенезе? На этот счет существуют полярные точки зрения, высказываемые сторонниками гипотез их негативной и позитивной роли, которые я и попытаюсь осветить.

Мобильные элементы генома; паразиты или симбионты?Прежде всего, возникает вопрос о происхождении мобильных элементов в геноме. Существует широко признанная гипотеза, что ТЕ имеют паразитическую природу (2). Действительно, структура их компактна, активные ТЕ кодируют свои ферменты системы репликации и транспозиции и способны мигрировать от вида в виду, увеличивая число своих копий, а также сохраняться в составе геномов хозяев в течение длительных периодов эволюции. Жизненный цикл филогенетической группы мобильных элементов включает в себя активную репликацию и распространение, инактивацию копий за счет мутаций и ошибок при транспозиции и, наконец, утрату кодирующей способности и деградацию. Тогда горизонтальный перенос все еще активных ТЕ может обеспечить новую возможность осуществить новый цикл распространения по геному другого вида.

Все ли мобильные элементы могут дать начало новым копиям? По известной гипотезе, распространение копий ретроэлементов происходит в результате обратной транскрипции РНК одного или нескольких предшественников, мастер-генов, с последующей инсерцией синтезированных фрагментов ДНК в геном и их закреплением (3). Обратная транскриптаза может кодироваться как самим мобильным элементом, так и поставляться in trans другими элементами (см. ниже). Это приводит к формированию целых семейств повторов.

Любые исследования диспергированных повторов начинаются d идентификации их копий в геноме, выведения консенсусной последовательности с выделением подсемейств и подгрупп и установления филогенетических взаимосвязей между ними. На основании таких исследований, наряду с встречаемостью членов семейств ТЕ у различных организмов можно сделать выводы о времени и пути появления этих элементов в геноме. Установив почти полную первичную структуру генома человека и проанализировав его повторяющиеся элементы авторы эпохальной публикации в Nature от 15 февраля2001 года (1) приводят несколько наблюдений, касающихся специфики распространения ТЕ по геному в ходе эволюции. В частности, большинство транспозонов накапливались в геноме до распространения плацентарных млекопитающих. SINE и LINE элементы - одни из самых древних повторов генома. Некоторые из них были активны в более ранние этапы эволюции, такие как LINE2 и MIR. Другие из них, например Alu и LINE1, проявляют свой ретропозиционный потенциал до сих пор. В процессе эволюции имело место несколько пиков активности повторов. В частности активность ДНК-транспозонов имела два ярко выраженных пика - до и после распространения плацентарных млекопитающих. Это могло сказаться на ходе эволюции генома. За последние 3550 млн. лет транспозиционная активность всех ТЕ упала. ДНК-транспозоны полностью утратили свою активность около 50 млн. лет назад, ретроэлементы находятся на спаде своей активности или на грани "вымирания", за редкимиисключениями вышеупомянутых Alu и LINE1. Alu ретропозоны имели взрывjактивности около 40 млн. лет назад, но сейчас их активность также идет на спад] LTR-ретротранспозоны почти неактивны, за редким исключением (например* эндогенный ретровирус человека HERV-K10). Такая картина характерна для генома человека, но отличается от таковой других организмов. Тем не менее, повторяющиеся элементы присутствуют в широком спектре организмов, включаяпростейших. В связи с этим Jurka выдвигает гипотезу о том, что появлений[транспозонов можно датировать временем перехода гипотетического РНК-мира к ДНК-миру (4).

В геноме присутствуют помимо автономных ТЕ и неавтономные, не способные к самостоятельной амплификации, поскольку в их геноме отсутствуют последовательности, кодирующие ферменты системы транспозиции] Неавтономные элементы способны использовать для своей амплификации обратную транскриптазу или транспозазу, кодируемую автономными ТЕ. В качестве примера можно привести хорошо известный факт использования SINE элементами, наряду с другими ретропоследовательностями, обратнойтранскриптазы активных LINE элементов. Было показано, что в SINE элементах присутствует часть последовательности LINE (5). Также, сайты интеграции SINE и LINE элементов имеют общие черты, которыми они обязаны, как полагает Jurka, общему энзиматическому механизму с участием общей обратной транскриптазь! (6).

Так же как и вирусы, ТЕ зависят он своих хозяев. Однако они не имеют характерной для вирусов фазы развития, которая дает возможность существоватьнезависимо от хозяев. С другой стороны, вызванный ТЕ инсерционный мутагенезiможет иметь пагубные последствия для самого хозяйского генома. Поэтому, по-видимому, оба участника должны были коадаптироваться, и, следовательно^ приобрести возможность коэволюционировать.

Долгое время существовало мнение, что мобильные элементы являются паразитами генома, единственная цель которых заключается в производстве и распространении своих копий, и играют исключительно эгоистическую роль. Тогда, каким же образом стало возможным сосуществование генома и его паразитов на протяжении столь длительного периода эволюции? Очевидно,необходимо было выработать определенные механизмы контроля неограниченнойjэкспансии, которая в конечном счете привела бы к гибели генома хозяина^ Похоже, что такие механизмы действительно существуют.

Массированная экспансия мобильных элементов по геному увеличивает шанс возникновения летальных мутаций. Это приведет к элиминации соответствующего активного мастер гена из популяции. С точки зрения генома хозяина инсерционный мутагенез также не желателен, если только эти мутации не являются нейтральными или не несут селективного преимущества. Интеграции мобильного элемента в структурно и функционально важный район приводит к его нарушению. Если существовали бы механизмы, направляющие интеграцию в незначительные для функционирования генома участки, то можно было бы избежать негативных последствий распространения ТЕ. Brosius J предполагает,что могут существовать следующие стратегии защиты целостности генома (7). Если сравнить близкие виды, отличающиеся размерами генома, например Fugu fish (примерно 400МВ длина генома) и Zebra fish (около 1700 MB длина генома), то| такое различие обусловлено как раз ретроэлементами. Тогда, чтобы избежать пагубных последствий нарушений важных элементов генома за счет инсерционного мутагенеза можно увеличить размер межгенных последовательностей. Вероятность попадания ТЕ в нежелательный район при этол| уменьшается. Предпочтительная интеграция в некодирующие элементы была продемонстрирована на примере Р элемента Drosophila и Ту] элемента дрожжей (8,9). Обратная стратегия применяется, как полагает автор, очень компактнымигеномами. В этом случае, скорее всего, существует повышенное селективноеiдавление против внедрения.

С этой точки зрения интересно проанализировать данные по распределению повторов по геному. Одни из самых многочисленных ТЕ генома человека - SINE! (Alu и MIR) и LINE ретроэлементы - по-разному распределены по геному человека. LINE располагаются преимущественно в АТ-богатых районах, которые в большинстве являются некодирующими. Это, по-видимому, диктуется обратной транскриптазой этих элементов, которая имеет соответствующие сайты интеграции. В то же время, SINE элементы, которые используют ретротранспозиционный аппарат LINE для своей экспансии, локализуются в GC-богатых районах (1), которые сопряжены с большинством генов. Jurka полагает^ что соответствующие участки хроматина могут быть открытыми во время активной экспрессии SINE, что позволяет им интегрировать в эти районы (10). Но и в этом случае, как показали результаты исследований этого автора, Alu элементы в GC-богатых районах имеют тенденцию к интеграции в самих себя с образованием кластеров. Это автор объясняет опять-таки наличием в Alii элементах АТ-богатых участков - мишеней для используемых ими LINE интегразы.

Другой механизм контроля экспансии и активности ТЕ элементов, как полагают, является метилирование и перевод геномного локуса в гетерохроматиновое состояние (2). Метилирование - это обычное состояние всего генома, за исключением, где оно предотвращается защитой ДНК от метилтрансфераз. Оно служит регуляцией дифференциальной экспрессии генов, ТЕ элементы представляют собой основную фракцию метилированной геномной ДНК. Это было впервые напрямую показано Rabinowicz et al на полногеномном уровне (11). Этой группой исследователей была создана библиотека геномной ДНК кукурузы, с использованием рестриктаз, не чувствительных в метилированию. Фрагменты ДНК были клонированы в штамм E.coli, геном которого содержал гены, кодирующие ферменты, специфически расщепляющие метилированную ДНК. Следовательно, фрагменты метилированной ДНК должны были быть мало представлены в этой библиотеке. Как оказалось, именно повторяющиеся транспозирующиеся элементы в основном отсутствовали е созданных таким образом библиотеках. Это позволило сделать автора^ однозначный вывод, что в геноме кукурузы ТЕ элементы в основном метилированы. ^Однако, метилирование, скорее всего не является эффективным контролем транспозиции у млекопитающих (12). Автор Bird приводит такие аргументы. Колонизация генома ТЕ должна была происходить в зародышевой линии клеток или тотипотентных клетках, которые могли дифференцироваться в зародышевые. Тогда именно в таких клетках ТЕ должны быть репрессированы. Данные показывают, что транскрипты ряда ТЕ присутствуют в заметных количествах на ранних стадиях развития. Так, например, 1АР (интрацистернальные А-частицы) РНК и белки присутствуют на ранних стадиях эмбриогенеза мыши. Также ретровирусный элемент VL30 активно транскрибируется на ранних стадиях развития мышиного эмбриона, так же как и LINE-1 элементы в семенниках мыши и зародышевой линии клеток человека. Т.е. ТЕ активно транскрибируются, находясь в гипометилированном состоянии на определенных стадиях развития,например как Alu элементы в ДНК мужской зародышевой линии клеток. Таким образом, репрессию ТЕ в зародышевой линии клеток нельзя относить исключительно к ДНК метилированию. В то же время в соматических клетках, те же Alu и IAP сильно метилированы. Возможная причина такого жесткого контроля ТЕ транскрипции в соматических клетках - предотвращение мутагенеза, в тс время как в зародышевых клетках летальные мутации просто элиминируются еще на стадии гамет. В дифференцированных клетках равновесие строгс| определенного набора активных и неактивных генов может быть нарушено наличием транскриптов с множества копий ТЕ. Таким образом, ДНК| метилирование является эффективным способом подавления "транскрипционноеIшума" именно в соматических клетках. Однако и в этом случае это не имеетэффекта, если метилированию подвергаются неактивные копии ТЕ, в то время какiактивный мастер-ген может находиться под селективным давлением. Тогда единственным способом борьбы с экспансией ТЕ может быть выключение reHoJ транспозазы или обратной транскриптазы, если только это не принесет вреда клетке.

Явление репрессии ТЕ в важных участках генома имеют место также и организмов, не имеющих системы ДНК-метилирования, таких как Drosophila и дрожжи (13,14). Martienssen говорит, что репрессия ТЕ обязана, по-видимому, не только механизму ДНК-метилирования, но также и взаимодействию белков с хроматином (15). В общем, репрессия, осуществляемая различными путями, позволяет ТЕ накапливаться в геноме в больших количествах, не принося при этом особого вреда.

Помимо описанных выше механизмов коадаптации ТЕ и генома хозяина и ш контроля, стоит упомянуть и о таких, как защита от внедрения новых ретровирусов за счет блокировки клеточных рецепторов продуктами экспрессии генов родственных эндогенных ретровирусов (52). Полагают также, что сплайсинг ТЕ из последовательностей экзонов мог эволюционировать, как способуменьшения их мутагенности для генома хозяина (2). Возможно, существуют и другие, пока неизвестные способы. IДлительное сосуществование ТЕ элементов и генома на протяжении многих миллионов лет, а также их повсеместное присутствие в геномах практически всех организмов наталкивает на предположение о том, что они могут приносить пользу геному. Для выживания клетке необходимо не только воспроизводить свой геном, сохраняя всю закодированную в нем информацию и передавая ее своим потомкам, но и иметь способность к адаптации - изменениям структуры и, следовательно^ функционирования генома - в ответ на изменения окружающей среды. ТЕ могут выполнять роль агентов, меняющих структуру генома. На сегодня накоплен значительный массив данных о свойствах ТЕ. Тот факт, что они кодируют регуляторные элементы, такие как промоторы, энхансеры, сайты связывания регуляторных белков, а также их способность распространять свои копии пб геному позволяет предположить, что они могут вносить разнообразие в геном и сообщать ему новые функции, что благоприятствует эволюции.

Говоря об эволюции, можно предположить, что основная разница между близкими видами на геномном уровне - это появление новых генов. Вгозшб утверждает, что 5 млн. лет после расхождения шимпанзе и человека не достаточно для появления новых генов, которые, скорее всего, должны произойти издупликаций, возможно ретротранспозиций (7). Он видит такие основные причины|различий видов на геномном уровне: !♦ дифференциальная экспрессия общих генов. !♦ использование межгенных последовательностей, как кодирующих, в качестве новых (дополнительных) доменов белков.

Создание эволюционного разнообразия генов с помощью ТЕ, в частности ретроэлементов, может происходить в основном двумя путями (7):1. интеграцией ТЕ, обладающих регуляторным потенциалом, вблизи генов, что может изменять картину их экспрессии.

2. интеграцией ретрогенов вблизи регуляторных элементов. Таким путем, как предполагает Brosius, произошли безинтронные гены человека. Хотя, может быть оба сценария следовали друг за другом. Исследования Kermekchiev et al показали, что перетасовка промоторов и энхансеров in vitro сильно сказывается на уровне экспрессии генов (16). ПоэтомуТЕ, несущие регуляторные элементы, вполне могут вносить вклад в эволюцию!генома, модулируя экспрессию генов, вблизи которых они интегрировали. В настоящее время известно, по крайней мере, около 25 случаев использования геномом хозяина последовательностей ТЕ в качестве промоторов, в том числе и тканеспецифических, энхансеров, сигналов полиаденилирования, сайленсеров (7). Возможно, находясь в UTR области, ТЕ могут направлять транспорт соответствующей мРНК или менять ее стабильность. Известен случай регуляции трансляции мРНК за счет внедрения в область 5-UTR ретроэлемента LTR HERV-H (17). ТЕ, не принимающие пока участия в функционировании генома, имеют возможность либо мутировать с образованием регулирующего элемента, либо| быть транспозированы в непосредственную близость от гена. Более того] существует точка зрения, что многие регуляторные элементы генома произошла именно от мобильных элементов (68). Подтвердить эту гипотезу с помощью филогенетических анализов довольно сложно, поскольку накопленные в ходе эволюции мутации не позволяют найти возможной гомологии между ТЕ и другими компонентами генома.

В связи с этим уместно снова упомянуть об исследованиях распределения Alu элементов по геному человека. Как было сказано ранее в этой главе, Alu элементы^ как и все SINE элементы, имеют тенденцию к локализации в GC-богатых районах. Однако при более детальном исследовании оказалось, что в GC-богатых районах!локализуются преимущественно древние семейства, а молодые семейства Alu - JjАТ-богатых (1). Возможно, изначально Alu элементы интегрировали в АТ-богатые районы, поскольку они используют аппарат транспозиции LINE (см. выше). В ходе эволюции Alu элементы, локализованные вблизи генов, в GC-богатых районах,получили селективное преимущество и закрепились в геноме. Это может говорить! о том, что они действительно играют важную роль для организма. Существуют исследования, результаты которых позволяют авторам предположить влияние Alu элементов на экспрессию генома на уровне транскрипции и трансляции (см.,; например, 20, 22). Кроме того, оказывается, что плотность и распределение Alu больше коррелируют с плотностью и распределением генов, а не с GC-coставом. Так, 19 хромосома имеет больше Alu, чем это предопределено GC-составом ее ДНК, а Y хромосома наоборот, обеднена Alu и экспрессирующимися генами (1).

Помимо привнесения новых регуляторных элементов, ТЕ, в частностр| ретроэлементы, могут участвовать в образовании новых кодирующих! последовательностей. В качестве примера можно привести ген ВС1 - активный ретроген, произошедший из ретропозиции тРНКА|а (68). Нетранслируемая РНК ВС1 обнаруживается только в нейронах грызунов. Возможно, такая высокая специфичность обуславливается влиянием регуляторных сигналов| присутствующих в этом локусе генома. В свою очередь ВС] ретроген послужил мастер-геном и дал начало семейству ретроэлементов ID и нескольким псевдогенам. Нозерн-гибридизация с использованием этой РНК в качестве пробы позволила обнаружить другую нейрон-специфичную РНК - ВС200 (67). Она присутствовала только в препаратах РНК, выделенных из мозга человека. Анализ последовательности гена ВС200 показал, что она имеет только частичную гомологию с геном ВС1 и произошла из обратной транскрипции 7SL РНК сигнал распознающей частицы, так же как и Alu. Эти РНК локализуются в дендритах! нейронов грызунов (ВС.]) и человека (ВС200) и, несмотря на разное эволюционное происхождение могут играть, как полагают Brosius, схожую функциональную роль (68).

Одной из интригующих является гипотеза об участии транспозирующихся элементов в эволюции адаптивной иммунной системы, которая известна только у челюстноротых позвоночных, и отсутствует у бесчелюстных позвоночных и беспозвоночных (18). Огромное разнообразие Т-клеточных рецепторов ииммуноглобулинов достигается путем комбинаторной рекомбинации сегментов генов в процессе онтогенеза, известной как V(D)J рекомбинация, с образованием вариабельного участка рецепторов антигенов (19). В V(D)J рекомбинации одну из| главных ролей играют белки продукты генов, активизирующих рекомбинацию^ RAG1 и RAG2 (Recombination Activating Genes), которые входят в состав! рекомбиназной системы клетки. Проанализировав опубликованные исследования механизма транспозиции и сайт-специфической рекомбинации с участием белкоЕ RAG1 и RAG2, Agravval et al отмечают, что между этими процессами существует параллель (21). Кроме того, модельные эксперименты in vitro проведенные авторами этой публикации, показали, что белки RAG1 и RAG2 способны осуществлять транспозицию. Авторы говорят, что поскольку эти гены расположены в геномах различных видов в непосредственной близости, часто не содержат интронов и экспрессируются конвергентно, они напоминают транспозирующийся элемент. Это согласуются с ранее выдвинутой гипотезу о том, что главным событием в эволюции иммунной системы была инсерция транспозирующегося элемента, содержащего гены RAG1 и RAG2, в экзон предшественника гена рецептора антигена в зародышевой линии клеток предшественников позвоночных (23). Это произошло после филогенетического разделения челюстноротых и бесчелюстных позвоночных. В результате, экспрессия гена рецептора могла иметь место только после вырезания транспозона и восстановления рамки считывания экзона. Авторы полагают, что в результате двух таких транспозиций в один и тот же экзон образовалось три разделенных пространственно сегментов - предшественники V, D и J сегментов. В последствии сегменты претерпели дупликации, что привело к формированию кластеров сегментов генов в геномах современных челюстноротых позвоночных.

Не смотря на сходство механизмов рекомбинации, осуществляемой RAG1 и RAG2 белками, и транспозицией, существенной гомологии между последовательностями генов этих ферментов не было найдено. Agrawal сч замечают при этом, что каталитические домены транспозазы фага МиА йретровирусной интегразы также не имеют существенной гомологии между последовательностями и, тем не менее, имеют общую топологию. Поэтому авторы делают, кроме того, и предположение об эволюционном происхождении системы сайт-специфической рекомбинации от транспозирующегося элемента. Заметим! однако, что этот путь является весьма спекулятивным и некоторые аргументации^ которые приводят авторы, могут вызвать сомнения.

Существует публикация, авторы которой приводят такой довод в пользу гипотезы вовлечения ТЕ элементов в эволюцию адаптивной иммунной системы (24). Было обнаружено сходство последовательностей генов иммуноглобулинов с последовательностью повтора человека THE I. Проведенный ими детальный анализ показал, что последовательности THE I и Vh иммуноглобулинов построены из блоков - коротких повторов в 14-15 и 21 п.о., которые имеют гомологию 50-j 60%. На основании этих результатов авторы выдвинули предположение о том, что с помощью предшественников блоков ДНК был образован повторяющийся элемент, эволюция которого привела к образованию сегментов генов цепей иммуноглобулинов. Однако такое предположение может показаться сомнительным, поскольку степень гомологии невысока, также как d протяженность гомологичных участков. Таким образом, на основании существующих на сегодня публикаций пока нельзя сделать определенный вывод с| роли ТЕ элементов в эволюции иммунной системы.

Продолжая обсуждение участия ТЕ в образовании новых кодирующих последовательностей, следует сказать, что любая РНК может служить матрицей для создания новых генов с помощью обратной транскрилтазы, кодируемой ретроэлементами (68). Обратная транскрипция мРНК с последующей интеграцией! кДНК в геном может иногда приводить к образованию транскрипционно активных! псевдогенов, которые приобретают в ходе эволюции отличающийся профит] экспрессии или специализируются для выполнения другой, по сравнению с геном-jIпредшественником, функции. В большинстве случаев, однако, образовавшиесяретрогены теряют способность к экспрессии, поскольку в структуре исходной мРНК нет необходимых регуляторных элементов. Вместе с тем, неактивные псевдогены могут представлять собой потенциально активные гены, ожидающие своего шанса снова приобрести способность к транскрипции. Предположение с важности не транскрибирующихся последовательностей как резервуара интермедиатов, являющихся потенциально новыми генами, была высказана еще в 1972 году Aithur Koch (26). Подтверждением такого предположения может служить ход эволюционных событий, приведший к образованию рибонуклеазы бычьей спермы, которая возникла из дупликации примерно 35 млн. лет назад, не стала активной лишь 5-10 млн. лет назад (25). Еще одним примером является суперсемейство генов G-белок-связанных рецепторов (GPCR) (27). У позвоночных это семейство состоит из тысяч генов, кодирующих различные трансмембранные белки, которые отвечают на внеклеточные сигналы (связывание химических лигандов) по средствам активации внутриклеточных эффекторов. Целый ряд, ретрогенов входит в состав этого семейства. Будучи неактивными, ретрогены представляют собой резервуар для создания новых активных GPCR путем приобретения мутаций, интронов или сайтов сплайсинга, регуляторных сигналов (68). Поскольку GPC.R опосредуют множество процессов в клетке, такие как нейротрансмиссия, клеточный метаболизм, секреция, клеточная дифференциация и рост, воспалительные процессы и иммунный ответ, увеличение их разнообразия является мощной силой в эволюции клетки.

Как видно из вышесказанного, обратная транскриптаза мобильных ретроэлементов играет существенную роль в эволюции за счет созданий структурного и функционального разнообразия генома. Ревертазная активность^ вероятно, является одним из наиболее древних эволюционных приобретенийIэукариотической клетки. Возникает вопрос, играет ли этот фермент какую-либо роль в клетке помимо обеспечения распространения ретропоследовательностей? Было обнаружено, что компонентом теломераз является обратная транскриптаза (28). Несмотря на различия холофермента теломеразы у различных организмов,все они имеют схожий белок, кодируемый филогенетически консервативным геном TERT (telomerase reverse transcriptase), который был найден в геномах от простейших до человека. Каталитический домен теломеразы имеет структурное и энзиматическое сходство с "традиционными" обратными транскриптазами мобильных элементов. Были проведены исследования филогенетических взаимосвязей гена TERT и обратной транскриптазы ретроэлементов (29)J Используя последовательности 7 характерных доменов обратной транскриптазы разных эукариот, авторами было построено филогенетическое дерево. Его топология указывала на тесную эволюционную связь между генами обратных транскриптаз различных эукариот. Из полученной картины филогенетический связей следовало, что обратная транскриптаза теломеразы является результатом: эволюции фермента ретротранспозонов, не содержащих LTR. Таким образом, авторы предполагают, что обратная транскриптаза исходно паразитических элементов была приспособлена клеткой для выполнения одного из своих важнейших процессов - поддержания структуры теломер.!Существуют и другие доводы в пользу гипотезы о вовлечении ТЕ элементов для выполнения нормальных необходимых функций клетки. Выше уже говорилось, что одна из задач метилирования - борьба с чужеродной паразитарной ДНК. Эта система является довольно древней, поскольку присутствует в широком филогенетическом спектре организмов. В процессе эволюции происходили интеграции мобильных элементов. Eickbush предполагает, что попадая в регуляторную область генов ТЕ меняли их экспрессию и тем самым привлекали к себе внимание системы защиты - метилирования (30). Таким образом ТЕ привели к эволюции системы защиты в систему эпигенетической регуляции экспрессии генома.

Хотя и такое предположение об участии ТЕ в возникновении одного из существенных механизмов нормальной работы клеток млекопитающих является весьма интригующим, все же не следует исключать, что накопление L1 на X хромосоме является следствием XCI или обусловлено другими причинами. Но здесь интересно еще раз упомянуть, что большинство повторов интегрировали в! геном предшественников до распространения плацентарных млекопитающих] Возможно, что взрывы массированной экспансии ТЕ по геному обеспечивал^ генетическое разнообразие, необходимое для возникновения эволюционно новых видов.

Геном эукариот представляет собой сложную систему четко согласованных механизмов его работы и регуляции. Все клеточные функции регулируются с помощью интерактивных систем передачи клеточных сигналов. Реакция клетки осуществляется с помощью скоординированных систем регуляторных сигналов (сайты связывания белков). Shapiro JA утверждает, что с большей вероятностьютакая система может быть сформирована скорее амплификацией и распространением подобных или идентичных элементов по геному, нежели параллельной, конвергентной эволюцией различных фрагментов ДНК с образованием подобных мотивов (38). Создание новой системы скоординированного ответа на поступающую в клетку информацию должно придавать ей больший эволюционный потенциал. В этой главе достаточно было сказано в пользу вероятного вовлечения различными путями ТЕ элементов б эволюцию генома. Shapiro JA склонен предполагать, кроме того, и их участие в создании архитектуры генома и скоординированных систем ответа на клеточные сигналы. Автор отмечает, что ТЕ элементы обладают необходимыми для такойIроли свойствами: способностью распространять свои копии по геному (i), отвечать на клеточные сигналы с помощью своих регуляторных элементов (гг). Еще; McClintock показала, что транспозирующиеся элементы могут формировать ceTbJ позволяющую многим локусам генома скоординировано отвечать на изменения й клетке (40, 41). Известно, что уровень РНК Alu в клетке повышается при различного рода стрессах, вирусной инфекции, ингибировании трансляции (42). Чтобы понять возможные последствия этой индукции Chu WM и соавтора! предприняли попытку исследования роли Alu элементов в регуляции протеинкиназы PKR, активизируемой двуцепочечной РНК (20). В экспериментах in vitro было установлено, что Alu РНК является ингибитором этой протеинкиназы, из чего авторы выдвинули предположение о возможном участии этих ретроэлементов в регуляции трансляции.

Учитывая гипотезу о создании скоординированных систем ответа наклеточные сигналы с помощью ТЕ, интригующим было бы обнаружение ихiнаправленной интеграции в определенные локусы генома. В этой главе уже;упоминалось, что выявлены случаи преимущественной интеграции ТЕ в не!кодирующие участки генома, а также корреляции распределения некоторых! ретроэлементов (Alu) и генов. Авторы Jurka&Kapitonov сделали предположение о' существовании такого явления, как секторальный мутагенез, с помощью ТЕ (10).

Секторальный мутагенез - это эволюционный процесс накопления ТЕ в определенных районах хромосом или групп генов путем инсерций. Такой направленный инсерционный мутагенез осуществляется мутаторными генами - ТЕ элементами, которые эволюционировали из интактных ТЕ элементов под действием селективного отбора. Эти мутаторные гены направлены прежде всего на осуществление амплификации и распространения других неавтономных ТЕ элементов, но не себя. Авторы оперируют тем фактом, что распределение повторов, таких как Alu и LINE, например, неравномерно, и характеризуется локальными кластеризациями их копий. Теми же авторами ранее было показано^ что повтор MER53 преимущественно локализуется в районе генов системы защиты клетки - иммунной системы (43).

Т.е. формирование архитектуры генома и согласованных систем ответа на клеточные сигналы может происходить с помощью ТЕ, причем направленно (38); Shapiro также предполагает, что реорганизации генома, вызванные ТЕ и приводящие к глобальным изменениям во многих локусах, должны были происходить скачкообразно, что согласуется с картиной возникновения таксонов i Это предположение автор подкрепляет тем фактом, что геномы различных таксонов отличаются по составу и распределению ТЕ.

Несмотря на все растущее количество данных, свидетельствующих о том, что ТЕ элементы являются неотъемлемыми участниками сложной работы генома нормальной клетки, не следует исключать их роль и в патогенезе. Известны случай возникновения заболеваний, вызванные активностью ТЕ. В частности, авторами Deininger et al были выявлены 16 случаев инсерционного мутагенеза с помощью Alu, приводящие к заболеваниям у человека (39). Кроме этого, эти элементы могут вызывать неравный кроссинговер, приводящий к внутрихромосомным и межхромосомным перегруппировкам. В результате исследований авторы выявшп! 33 случая генетических заболеваний, возникших в результате рекомбинаций в зародышевой линии клеток, вызванных Alu, а также 16 случаев раковыхзаболеваний. Существуют также предположения о вовлечении эндогенных!Iретровирусов в различные заболевания млекопитающих, в том числеаутоиммунные и раковые (52). Анализ сайтов интеграции ретропозонов показал,что они могут характеризоваться локальными изгибами ДНК, в которыетранскриптаза вносит разрыв (109). Двуцепочечные разрывы стимулируют гомологичную рекомбинацию. Таким образом, сайты, чувствительные к эндонуклеазной активности обратной транскриптазы ретротранспозонов, могу! быть горячими точками рекомбинации. Отсюда могут возникать геномные перестройки, приводящие к заболеваниям.

Благодаря огромному массиву информации, накапливающемуся сIневероятной скоростью, остается все меньше сомнений в том, что основной компонент ДНК генома эукариот - повторяющаяся ДНК - не является эгоистичной, как было принято считать на заре исследований генома. Сегодня многие придерживаются мнения, что "избыточная" геномная ДНК необходима для нормальной работы клетки и участвует в эволюции генома, как единого целого. 1игка полагает, что появившись на ранних стадиях эволюции живых организмов] одни из транспозон-подобных элементов-предшественников эволюционировали с! образованием паразитов, способных мигрировать между хозяевами, таких какретровирусы или ДНК-транпозоны, а некоторые приобрели роль "строителей генома" (4). Уже в 1984 году проф. Г.П. Георгиев предполагал, что мобильные элементы придают геному большую вариабельность и ускоряют адаптивные процессы (44). А Втовтв утверждает, что ТЕ обнаруживаются в геномах современных видов потому, что не имевшие их виды просто вымерли (7).

Одни из повторяющихся мобильных элементов генома - эндогенны^ ретровирусы. Эти ретроэлементы представляют интерес и в прикладном аспекте, в связи с использованием их в качестве векторов, а также проблемам^

Заключение Диссертация по теме "Молекулярная биология", Лапук, Анна Викторовна

выводы

1. Впервые проведен полногеномный поиск гибридных эндогенных ретровирусных последовательностей в геноме человека. Обнаружено б различных гибридных элементов.

2. Проведен структурно-эволюционный анализ последовательностей гибридов и установлено, что они с высокой вероятностью образованы в результате! случайных последовательных ретротранспозиций. Установлено, что все НЕЯУ

К компоненты гибридов принадлежат эволюционно "молодому'] систематическому подсемейству, а НЕЯУ-Н компоненты - более древнему. |

3. Проведен альтернативный (филогенетический) анализ гибрид-содержащих! локусов. Сочетание альтернативных подходов к оценке возраста гибридов позволило с достаточной степенью надежности установить ход эволюционных событий, приведший к формированию 6 гибридных ретровирусных элементов, интегрированных в различные локусы геномов современных приматов.

4. Гибрид-содержащие локусы генома человека охарактеризованы с точки зрения генного содержания и особенностей первичной структуры изучаемых локусов; I

Установлена взаимная локализация гибридов и известных или кандидатаых генов. 5 из 6 гибридов расположены вблизи генетических элементов. 3 гибрида! локализованы вблизи генов, кодирующих факторы регуляции транскрипции и трансляции. Близость ретровирусных элементов может сказываться на регуляции соответствующих генов. !

Библиография Диссертация по биологии, кандидата биологических наук, Лапук, Анна Викторовна, Москва

1. Lander E.S. et al. "Initial sequencing and analysis of the human genome", Nature. 2001, 409:860-921

2. Kidwell M.G., Lisch D. " Transposable elements as sources of variation in animals and plants. ", 1997, PNAS, 94(15):7704-11. I

3. Deininger P.L., Batzer M.A., Hutchison C.A., III& Edgell M.H. "Master genes in mammalian repetitive DNA amplification". Trends Genet, 1992, 8:307-311

4. Jurka J. " Repeats in genomic DNA: mining and meaning."См/т О pin Struct Biol. 1998, 8(3):333-7 !

5. Ohshima K., Hamada M., Terai Y., Okada N. "The 3' ends of tRNA-derived short interspersed repetitive elements are derived from the 3' ends of long interspersed repetitive elements." Mol Cell Biol., 1996, 16(7):3756-64 j

6. Jurka J. " Sequence patterns indicate an en2yinatic involvement in integration of mammalian retroposons", PNAS, 1997, 94, pp. 1872-1877. !

7. Brosius. J "Genomes were forged by massive bombardments with retroelements and retrosequences.", Genetica, 1999;107(l-3):209-38.

8. Spradling A.C., Stern D.M., Kiss I., Roote J., Laverty Т., Rubin G.M. "Gene disruptions using P transposable elements: an integral component of the Drosophila genome project." PNAS, USA, 1995,92(24): 10824-30.

9. Ji H., Moore D.P., Blomberg M.A., Braitennan L.T., Voytas D.F., Natsoulis G., Boeke J.D. "Hotspots for unselected Tyl transposition events on yeast chromosome III are near tRNA genes and LTR sequences." Cell, 1993, 73(5): 1007-18

10. Jurka J. & Kapitonov V. " Sectorial mutagenesis by transposable elements". Genetica, 1999, 107: 239-248 j

11. Rabinowicz P.D., Schutz K„ Dedhia N„ Yordan C„ Parnell L.D., Stein L.j McCombie W.R., Martienssen R.A. " Differential methylation of genes and retrotransposons facilitates shotgun sequencing of the maize genome. "Nat Genet, 1999,23(3):305-8 j

12. Bird A. "Does DNA methyilation control transposition of selfish elements in germ line?", Trends Genet, 1997, 13(12):471-2

13. Hartzog G.A., Wada T., Handa H„ Winston F. "Evidence that Spt4, Spt5, and Spt6 control transcription elongation by RNA polymerase II Saccharomyces cerevisiae." Genes Dev. 1998, 12(3):357-69

14. Gdula D.A., Gerasimova T.I., Corces V.G."Genetic and molecular analysis of the gypsy chromatin insulator of Drosophila", PNAS, USA, 1996, 93(18):9378-83

15. Martienssen R. "Transposons, DNA methylation and gene control." Trends Genet, 1998, 14(7):263-4 i

16. Kermekchiev M., Pettersson M., Matthias P., Schaffner W. "Every enhancer works with every promoter for all the combinations tested: could new regulatory pathways evolve by enhancer shuffling?" Gene Expr., 1991, 1(1):71-81.

17. Kowalski P.E., Mager D.L. "A human endogenous retrovirus suppresses translation of an associated fusion transcript, PLA2L.", J Virol, 1998, 72(7):6164-8.

18. Hansen J.D, McBlane J.F." Recombination-activating genes, transposition, and the lymphoid-specific combinatorial system: a common evolutionary connection.", Curr Top Microbiol Immunol., 2000;248:111-35.

19. Sadofsky MJ." The RAG proteins in V(D)J recombination: more than just a nuclease.", Nucleic Acids Res , 2001 Apr 1;29(7): 1399-409

20. Chu WM, Ballard R, Carpick BW, Williams BR, Schmid CW. " Potential Alu function: regulation of the activity of double-stranded RNA-activated kinase PKR ", Mol Cell Biol, 1998, 18(l):58-68 |

21. Agrawal A., Eastman Q.M. & Schatz D.G. "Implications of transposition mediated by V(D) J-recombination proteins RAG1 and RAG2 for origins of antigen-specific immunity", Nature, 1998, 394(6695):744-51"

22. Rowold DJ, Herrera RJ. "Alu elements and the human genome.", Genetica, 2000;108(l):57-72 j

23. Thompson C. B. "New insights into V(D)J recombination and its role in the! evolution of the immune system." Immunity, 1995,3, 531-539 I

24. Hakim I, Amariglio N, Grossman Z, Simoni-Brok F, Ohno S, Rechavi G. "The genome of the THE I human transposable repetitive elements is composed of a basic motif homologous to an ancestral immunoglobulin gene sequence", PNAS, 1994, 91:7967-9

25. Trabesinger-Ruef N., Jermann T., Zankel T., Durrant B., Frank G., Benner S.A. "Pseudogenes in ribonuclease evolution: a source of new biomacromolecular function?", FEBS Lett, 1996, 382(3):319-22.

26. Koch, A.L. "Enzyme evolution: I. The importance of untranslatable intermediates." Genetics, 1972, 72:297-316.

27. Ulloa-Aguirre A., Stanislaus D., Janovick J.A., Conn P.M. "Structure-activity relationships of G protein-coupled receptors", Arch Med Res. ,1999 Nov-Dec;30(6):420-35.

28. Lundblad V. "Telomerase catalysis: A phylogenetically conserved reverse transcriptase", PNAS, 1998, 95:8415-8416

29. Eickbush T. H. " Telomerase and Retrotransposons: Which Came First?" , Science, 1997, 277(5328):911-2.

30. Wolffe A.P. & Matzke M.A. "Epigenetics: regulation through repression" , Science) 1999, 286(5439):481-6 ;

31. Lee JT, Jaenisch R."Long-range cis effects of ectopic X-inactivation centres on a mouse autosome.", Nature, 1997 Mar 20;386(6622):275-9.

32. Brockdorff, N. "The role of Xist in X-inactivation.", Curr Opin Genet Dev, 1998, 8(3):328-33

33. Lyon M.F. "LINE-1 elements and X chromosome inactivation: a function for "junk" DNA?", PNAS, 2000, 97: 6248-9

34. Bailey, J. A., Carrel, L., Chakravaiti, A. &Eichler, E. E. "From the cover: molecular evidence for a relationship between LINE-1 elements and X chromosome inactivation: the Lyon repeat hypothesis.", PNAS, 2000, 97:6634-6639 i

35. Graves, J. A. M., Disteche, C. M. & Toder, R. " Gene dosage in the evolution and function of mammalian sex chromosomes. ", Cytogenet. Cell Genet, 1998, 80:94103

36. Lahn, B. T. & Page, D. C. " Four evolutionary stratagies on the human X chromosome. Science, 1999, 286:964-967

37. Shapiro J.A. . "Transposable elements as the key to a 21st century view of evolution.", Genetica, 1999, 107(1-3): 171-9

38. Deininger P.L., Batzer M.A. "Alu repeats and human disease.", Mol Genet Metab, 1999, 67(3): 183-93

39. McClintock B., " Intranuclear systems controlling gene action and mutation." Brookhaven Symp. Biol, 1956, 8:58-74

40. McClintock, B. "The control of gene action in maize.", Brookhaven Symp. Biol., 1965, 18:162-184

41. Liu WM, Chu WM, Choudary PV, Schmid CW. "Cell stress and translation. inhibitors transiently increase the of mammalian SINE transcripts.", Nucleic Acids Res ,1995 May 25;23(10): 1758-65

42. Kapitonov V. & Jurka J. " MER53, a non-autonomous DNA transposon associated with a variety of functionally related defense genes in the human genome.", 1998, DNA Sequence, 8: 277-288.

43. Ryskov, A.P., P.L. Ivanov, D.A. Kramerov & G.P. Georgiev. "Universal orientation and 3 0 -terminal localization of repeated sequences in the B2 family of mRNA." Mol. Biol. Mosk., 1984, 18: 92-103.

44. Hillis D. M. "SINEs of the perfect character." PNAS, 1999, 96:9979-9981

45. Toda Y., Tomita M. "Alu elements as an aid in deciphering genome rearrangements." Gene, 1997, 205:173-176

46. Jurka J. and Milosavljevic A. " Reconstruction and analysis of human Alu genes. ", J. Mol Evol., 1991, 32:105-121

47. Wilkinson DA, Mager DL and Leong JAC. "Endogenous human retroviruses." p.465-535, in J.A.Levy (ed.), (1994), The Retroviridae, vol.3, Plenum Press, New York.

48. Naldini L., Blomer U., Gage F.H., Trono D., Verma I.M. "Efficient transfer, integration, and sustained long-term expression of the transgene in adult rat brains injected with a lentiviral vector.", PNAS, 1996, 93(21): 11382-8.

49. Tacke S.J., Kurth R, Denner J. "Porcine endogenous retroviruses inhibit human immune cell function: risk for xenotransplantation?", Virology, 2000, 268(l):87-93.

50. Lower R. "The pathogenic potential of endogenous retroviruses: facts and fantasies." Trends Microbiol., 1999, 7(9):350-6

51. Krieg A.M., Gourley M.F., Perl A." Endogenous retroviruses: potential etiologic agents in autoimmunity.", FASEBJ., 1992, 6(8):2537-44

52. Fujinami R.S. and Libbey J.E. " Endogenous retroviruses: are they the cause of multiple sclerosis? ", Trends Microbiol, 1999, 7(7):263-264 !

53. Lower R., Lower J., Kurth R. "The viruses in all of us: characteristics and biological significance of human endogenous retrovirus sequences.", PNAS. 1996, 93(11):5177-84

54. Tristem M. "Identification and characterization of novel human endogenous families by phylogenetic screening of the human genome mapping database.", J Virol, 2000 Apr;74(8):3715-30

55. Li MD, Bronson DL, Lemke TD, Faras AJ. "Restricted expression of new HERV-K members in human teratocarcinoma cells." Virology, 1995, 208(2):733-41.

56. Lower R, Boller K, Hasenmaier B, Korbmacher C, Muller-Lantzsch N, Lower jj Kurth R. "Identification of human endogenous retroviruses with complex m RNA expression and particle formation." Proc Nail Acad Sei USA, 1993, 90(10):4480-4.

57. Leib-Mosch C., Seifarth W. "Evolution and biological significance of human retroelements.", Virus Genes, 1996, 11(2-3): 133-45

58. Patience C., Wilkinson D.A., Weiss R.A. " Our retroviral heritage. ", Trends GenetJ 1997, 13(3): 116-20

59. Seperack PK, Mercer JA, Strobel MC, Copeland NG, Jenkins NA. "Retroviral sequences located within an intron of the dilute gene alter dilute expression in a tissue-specific manner." EMBO J., 1995 May 15;14(10):2326-32.

60. Sverdlov E.D. " Perpetually mobile footprints of ancient infections in human genome. ", FEES Lett., 1998, 428(1-2): 1-6 1

61. Ting CN, Rosenberg MP, Snow CM, Samuelson LC, Meisler MH. "Endogenous retroviral sequences are required for tissue-specific expression of a human salivary amylase gene." Genes Dev., 1992 Aug;6(8): 1457-65.

62. Tiedge H, Chen W, Brosius J." Primary structure, neural-specific expression, and dendritic location of human BC200 RNA.", JNeurosci ,1993 Jun;13(6):2382-90

63. Brosius J. "RNAs from all categories generate retrosequences that may be exapted as novel genes or regulatory elements." Gene, 1999 Sep 30;238(1):115-34.

64. Knossl M, Lower R, Lower J. "Expression of the human endogenous retrovirus HTDV/HERV-K is enhanced by cellular transcription factor YY1." J Virol., 1999 Feb;73(2): 1254-61.

65. Goodchild NL, Wilkinson DA, Mager DL. "A human endogenous long terminal repeat provides a polyadenylation signal to a novel, alternatively spliced transcript in normal placenta." Gene, 1992 Nov 16; 121(2):287-94.i i

66. Ono M, Kawakami M, Ushikubo H. "Stimulation of expression of the humari endogenous retrovirus genome by female steroid hormones in human breast cancer cell line T47D." J Virol., 1987 Jun;61(6):2059-62.

67. Kapitonov V. V., Jurka J. " The long terminal repeat of an endogenous retrovirus induces alternative splicing and encodes an additional carboxy-terminal sequence iri the human leptin receptor. ", J. Mol. Evol. , 1999, 48(2): 248-51.

68. Mager D. L., Hunter D. G., Schertzer M., Freeman J. D." Endogenous retroviruses provide the primary polyadenylation signal for two new human genes (HHLA2 and HHLA3).", Genomics, 1999, 59(3):255-63.

69. Schulte A.M., Lai S„ Kurtz A., Czubayko F., Riegel A.T., Wellstein A. "Human trophoblast and choriocarcinoma expression of the growth factor pleiotrophin attributable to germ-line insertion of an endogenous retrovirus.", PNAS, 1996; 93(25): 14759-64

70. Harris J.R. " Placental endogenous retrovirus (ERV): structural, functional, and evolutionary significance. ", Bioessays, 1998, 20(4):307-16

71. Boyd M.T., Bax C.M., Bax B.E., Bloxam D.L., Weiss R.A. " The humanjendogenous retrovirus ERV-3 is upregulated in differentiating placental trophoblast cells. ", Virology, 1993, 196(2):905-9

72. Schommer S, Sauter M, Krausslich HG, Best B, Mueller-Lantzsch Ni "Characterization of the human endogenous retrovirus К proteinase." J Gen Virol.,1996 Feb;77 ( Pt 2 ):375-9. J

73. Mi S., Lee X., Li X., Veldman G.M., Finnerty H„ Racie L„ LaVallie E„ Tang X.Y., Edouard P., Howes S., Keith J.C. Jr., McCoy J.M. " Syncytin is a captive retroviral envelope protein involved in human placental moiphogenesis. ", Nature, 2000, 403:785-789

74. Berkhout B., Jebbink M., Zsiros J. " Identification of an active reverse transcriptase enzyme encoded by a human endogenous HERV-K retrovirus. J Virol., 1999, 73(3):2365-2375

75. Shih A., Coutavas E.E., Rush M.G. " Evolutionary implications of primate endogenous retroviruses. ", Virology , 1991, 182(2):495-502

76. Mariani-Costantini R, Horn TM, Callahan R. "Ancestry of a human endogenous retrovirus family." J Virol, 1989 Nov;63(l l):4982-5.i

77. Faff 0., Murray A.B., Schmidt J., Leib-Mosch C„ Erfle V., Hehlmann R. " Retrovirus-like particles from the human T47D cell line are related to mouse mammary tumour virus and are of human endogenous origin. ",J Gen Virol, 1992, 73 (Pt 5): 1087-97

78. Sverdlov E.D. " Retroviruses and primate evolution. ", BioEssccys, 2000, 22:161-171

79. Lebedev Y.B., Belonovitch O.S., Zybrova N.V., Khil P.P., Kurdyukovj

80. S.G.,Vinogradova T.V., Hunsmann G„ Sverdlov E.D. " Differences in HERV-K LTR insertions in orthologous loci of humans and great apes. ", Gene, 2000, 247(l-2):265-77

81. Medstrand P., Mager D.L. "Human-specific integrations of the HERV-K endogenous retrovirus family.", J Virol, 1998, 72( 12):9782-7

82. Kim H.S., Wadekar R.V., Takenaka 0., Hyun B.H., Crow T.J. " Phylogenetic analysis of a retroposon family in african great apes. ", J Mol Evol, 1999, 49(5):699-702 j

83. Barbulescu M., Turner G., Seaman M.I., Deinard A.S., Kidd K.K., Lenz J. " Many human endogenous retrovirus K (HERV-K) proviruses are unique to humans. ", C.urr Biol, 1999, 9(16):861-8

84. Mayer J., Sauter M., Racz A., Scherer D., Mueller-Lantzsch N., Meese E. " An almost-intact human endogenous retrovirus K on human chromosome 7. ", Nat Genei , 1999, 21(3):257-8

85. Tonjes R.R., Czauderna F., Kurth R. " Genome-wide screening, cloning, chromosomal assignment, and expression of full-length endogenous retrovirus type К. \ J Virol, 1999, 73(11):9187-95

86. Britten RJ. "Mobile elements inserted in the distant past have taken on important functions." Gene, 1997 Dec 31 ;205(l-2): 177-82.

87. Britten RJ. "DNA sequence insertion and evolutionary variation in gene regulation." Proc Natl Acad Sci USA, 1996 Sep 3;93(18):9374-7. '

88. Britten RJ. "Cases of ancient mobile element DNA insertions that now affect gene regulation." Mol Phylogenet Evol., 1996 Feb;5( 1): 13-7. j

89. Anderssen S, Sjottem E, Svineng G, Johansen T. "Comparative analyses of LTRs of the ERV-H family of primate-specific retrovirus-like elements isolated from marmoset, African green monkey, and man." Virology, 1997 Jul 21;234(l):14-30.

90. Лапук A.B., Лебедев Ю.Б. и Свердлов Е.Д. " Структура гибридного! человеческого эндогенного ретровируса HERV-K/HERV-H и его эволюция в геноме приматов.", Докл. Акад. Наук, 2000, 373(1-6): 150-2 |

91. Johnson W.E., Coffin J.M. " Constructing primate phylogenies from ancient retrovirus sequences. PNAS, 1999, 96(18): 10254-60

92. Conrad B., Weissmahr R.N., Boni J., Arcari R., Schupbach J., Mach B. " human endogenous retroviral superantigen as candidate autoimmune gene in type diabetes.", Cell, 1997, 90(2):303-13

93. Carrano, A.V., de Jong, P.J., Branscomb, E„ Slezak, T. and Watkins, B.WJ (1989) "Constructing chromosome- and region-specific cosmid maps of the human genome." Genome, v. 31, 1059-1065.

94. Jurka J, Klonowski P, Trifonov EN. "Mammalian retroposons integrate at kinkable DNA sites." JBiomol Struct Dyn., 1998 Feb; 15(4):717-21.

95. Scherdin U, Rhodes K, Breindl M. Transcriptionally active genome regions are preferred targets for retrovirus integration. J Virol. 1990 Feb;64(2):907-12.

96. Rynditch AV, Zoubak S, Tsyba L, Tryapitsina-Guley N, Bemardi G "The regional integration of retroviral sequences into the mosaic genomes of mammals." Gene, 1998 Nov 5;222(1): 1-16.

97. Shih CC, Stoye JP, Coffin JM. "Highly preferred targets for retrovirus integration." Cell, 1988 May 20;53(4):531 -7. 1

98. Vijaya S, Steffen DL, Robinson HL. "Acceptor sites for retroviral integrations map near DNase I-hypersensitive sites in chromatin." J Virol, 1986 Nov;60(2):683-92.

99. Bor YC, Miller MD, Bushman FD, Orgel LE. "Target-sequence preferences of HIV-1 integration complexes in vitro." Virology, 1996 Aug l;222(l):283-8.

100. Paul AL, Ferl RJ "Higher-order chromatin structure: looping long molecules." Plant Mol Biol., 1999 Dec;41(6):713-20.

101. Belmont AS, Dietzel S, Nye AC, Strukov YG, Tumbar T "Large-scale chromatin structure and function." Carr Opin Cell Biol., 1999 Jun; 11 (3):307-11.

102. Gu Y, Nakamura T, Alder H, Prasad R, Canaani O, Cimino G, Croce CM, Canaani E. "The t(4;ll) chromosome translocation of human acute leukemias fuses the ALL-1 gene, related to Drosophila trithorax, to the AF-4 gene." Cell, 1992 Nov 13;71(4):701-8.

103. Domer PH, Fakharzadeh SS, Chen CS, Jockel J, Johansen L, Silverman GA, Kersey JH, Korsmeyer SJ. "Acute mixed-lineage leukemia t(4;ll)(q21;q23) generates an MLL-AF4 fusion product." Proc Natl Acad Sei U S A, 1993 Aug 15;90(16):7884-8.

104. Tkachuk DC, Kohler S, Cleary ML. "Involvement of a homolog of Drosophila trithorax by llq23 chromosomal translocations in acute leukemias." Cell, 1992 Nov 13;71(4):691-700.i

105. Lu D, Yunis JJ. "Cloning, expression and localization of an RNA helicase gene from a human lymphoid cell line with chromosomal breakpoint llq23.3." Nucleic Acids Res., 1992 Apr 25;20(8): 1967-72.

106. Ishihara R, Taketani S, Sasai-Takedatsu M, Kino M, Tokunaga R, Kobayashi Y. "Molecular cloning, sequencing and expression of cDNA encoding human trehalase." Gene, 1997 Nov 20;202(l-2):69-74.

107. Eichler EE, Hoffman SM, Adamson A A, Gordon LA, McCready P, Lamerdin JE, Mohrenweiser HW. "Complex beta-satellite repeat structures and the expansion of the zinc finger gene cluster in 19pl2." Genome Res., 1998 Aug;8(8):791-808.

108. Bellefroid EJ, Poncelet DA, Lecocq PJ, Revelant 0, Martial JA. "The evolutionarily conserved Kruppel-associated box domain defines a subfamily of eukaryotic multifingered proteins." Proc Natl Acad Sci U S A, 1991 May 1;88(9):3608-12. |

109. Ashworth LK, Batzer MA, Brandriff B, Branscomb E, de Jong P, Garcia E.

110. Games JA, Gordon LA, Lamerdin JE, Lennon G, Mohrenweiser H, Olsen AS, Slezakj

111. T and Carrano AV. "An integrated metric physical map of human chromosome 19." Nature Genet., 1995, v. 11, 422-427. |

112. Fuscoe, J.C., Clark, L.M., Van Dilla, M.A. "Construction of fifteen human chromosome-specific DNA libraries from flow-purified chromosomes." Cytogenei Cell Genet., 1986, 43(l-2):79-86.

113. Lukyanov, K.A., Matz, M.V., Bogdanova, E.A., Gurskaya, N.G. and Lukyanov,

114. S.A. "Molecule by molecule PCR amplification of complex DNA mixtures for directisequencing: an approach to in vitro cloning." Nucleic Acids Res., 1996, v. 24, 21942195.

115. Ellis N, Yen P, Neiswanger K, Shapiro LJ, Goodfellow PN. "Evolution of the pseudoautosomal boundary in Old World monkeys and great apes." Cell, 1990 Nov 30;63(5):977-86. |

116. Weller PA, Critcher R, Goodfellow PN, German J, Ellis NA. "The human Y chromosome homologue of XG: transcription of a naturally truncated gene." Hunl Mol Genet., 1995 May;4(5):859-68.

117. Bernardi G. "Isochores and the evolutionaiy genomics of vertebrates." Gene, 2000 Jan 4;241(1):3-17.

118. Page R.D.M and Holmes E.C. (1998). Molecular evolution: a phylogenetic approach. Blackwell Science, Oxford1. БЛАГОДАРНОСТИ

119. Но все усилия были бы тщетны, если бы я не имела абсолютную поддержку во всех своих замыслах, которую мне подарила моя семья родители Ядвига Ивановна и Виктор Александрович Лапук. Я безмерно им благодарна - моим самым первым учителям и наставникам. j

120. PQGCf.'ACKbS i föctßA^crbtH^ / ЧвлиоTSSgf ^1. Г