29.12. Гены, кодирующие рибосомные РНК, расположены один за другим тандемно и повторяются несколько сот раз

Гены, кодирующие молекулы рибосомных РНК, отличаются двумя особенностями. Во-первых, они повторяются тандемно

Рис. 29.19. Радиоавтограф мышиных клеток, на котором видна локализация сателлитной ДНК. (Печатается с любезного разрешения д-ра Joseph Gall.)

Рис. 29.20. Микрофотография ядра, выделенного из ооцита ксенопуса. Ядро окрашено, чтобы были видны сотни ядрышек, образующихся при амплификации генов рибосомной РНК. [Brown D. D., Dawid I. В., Science, 160, 272 (1968).]

один за другим. Почти у всех эукариот имеется более 100 копий этих генов. Во-вторых, большинство генов рРНК расположено в особых участках хромосом, ассоциированных с ядрышками. В клетках мутантов, лишенных ядрышек, синтезируется очень мало рРНК; поэтому они нежизнеспособны. Об этих генах многое известно, главным образом благодаря работам Макса Бернстила, Доналда Брауна, Оскара Миллера (Max Birnstiel, Donald Brown, Oscar Miller) и их сотрудников. Гены, кодирующие четыре рибосомные были выделены в чистом виде из ДНК африканских шпорцевых лягушек Xenopus laevis и Xenopus mulleri. Выбор пал на шпорцевых лягушек по той причине, что их ооциты содержат особенно много этих генов.

Гены собраны вместе (образуют кластеры) и тандемно повторяются. Гибридизация показала, что эти гены расположены в ядрышках. Повторяющаяся единица состоит из гена, кодирующего -предшественник РНК и спейсер (рис. 29.21). -предшественник модифицируется и расщепляется, давая зрелые

Рис. 29.21. Организация генов -предшественника ксенопуса. Тандемно повторяющиеся гены разделены нетранскрибируемыми участками (спейсерами). Длина повторяющегося элемента

Рис. 29.22. На этой электронной микрофотографии ядрышковой ДНК ясно видна тандемная укладка генов Толстая осевая нить - ДНК. Тонкие нити, отходящие в стороны, - новообразованные молекулы РНК со связанными белками. Острый конец каждой «елочки», образованной синтезирующимися молекулами РНК, соответствует точке инициации транскрипции. Голые участки между острыми концами «елочек» - нетранскрибируемые спейсеры. [Miller О. L., Jr., Beatty В. R., J. Cell Physiol., 74 (suppl. 1), 225 (1969).]

(разд. 29.21). Спейсер (нетранслируемый участок) не транскрибируется (рис. 29.22). Соматические клетки лягушек содержат примерно 500 копий этой повторяющейся единицы, и все они расположены друг за другом. В процессе оогенеза происходит удивительная избирательная амплификация (увеличение количества) этих генов. Они реплицируются несколько тысяч раз и дают примерно копий. Количество генов, кодирующих рРНК, достигает 75% всей ДНК ооцита. Амплифицированная ДНК представляет собой внехромосомные кольца, прикрепленные к множеству новых ядрышек. Такая избирательная амплификация гена позволяет ооцитам накопить 1012 рибосом, необходимых для очень быстрого синтеза белка во время дробления. Если бы амплификации гена не было, образование 1012 рибосом заняло бы несколько веков!

Ген, кодирующий самую маленькую молекулу рибосом - также тандемно повторяется. И соматические клетки, и ооциты содержат около 24000 копий этого гена, кодирующего молекулу РНК длиной 120 нуклеотидов. Эти гены собраны в группы (в кластеры) и располагаются на концах большинства хромосом лягушки. И в этом случае между генами данной рРНК имеется область нетранскрибируемого спейсера (рис. 29.23). На самом деле спейсер в несколько раз длиннее самого гена. Любопытно, что он содержит нетранскрибируемый псевдоген, последовательность оснований которого сходна с самим геном. Роль спейсера в этом и в других эукариотических генах остается загадкой.