Еволюція гена MGMT у приматів: від структури до мобільних генетичних елементів

Зібрано дані щодо еволюції репаративного гена MGMT у приматів а також простежено за еволюційною долею низки мобільних генетичних елементів. Зроблено висновок, що еволюція гена MGMT у приматів зазнавала різноманітних змін від набуття до втрати екзон.

Рубрика Биология и естествознание
Вид статья
Язык украинский
Дата добавления 22.09.2024
Размер файла 881,6 K

Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже

Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.

Размещено на http://www.allbest.ru/

Еволюція гена MGMT у приматів: від структури до мобільних генетичних елементів

О.В. Підпала,

Л.Л. Лукаш

Інститут молекулярної біології і генетики НАН України

Анотація

У статті зібрано дані щодо еволюції репаративного гена MGMT у приматів а також простежено за еволюційною долею низки мобільних генетичних елементів (МГЕ). Зроблено висновок, що еволюція гена MGMT у приматів зазнавала різноманітних змін від набуття до втрати екзон / інтронних послідовностей. Що стосується приматоспецифічних МГЕ, то вони мають різну еволюційну історію і шлях - від формування видо / родоспецифічних послідовностей до делеційної деградації і можуть бути компонентами не лише інтронних чи екзонних послідовностей але і складовими екзонів у вигляді фрагментованих послідовностей і не ідентифікуватись як МГЕ. еволюція примат ген

Ключові слова: примати, ген MGMT, приматоспецифічні мобільні генетичні елементи.

EVOLUTION OF THE MGMT GENE IN PRIMATES: FROM STRUCTURE TO MOBILE GENETIC ELEMENTS

Pidpala O. V., Lukash L. L.

Institute of Molecular Biology and Genetics of Natl. Acad. Sci. of Ukraine

The article collects data on the evolution of the reparative MGMT gene in primates and traces the evolutionary fate of a number of mobile genetic elements (MGEs). It was concluded that the evolution of the MGMT gene in primates underwent various changes from acquisition to loss of exon / intron sequences. As for primate-specific MGEs, they have a different evolutionary history and path - from the formation of species / genus-specific sequences to deletional degradation and can be components not only of intronic or exonic sequences, but also components of exons in the form of fragmented sequences and not be identified as MGEs.

Keywords: primates, gene MGMT, primate-specific mobile genetic elements.

Вступ

Геном клітини зазнає різноманітних зовнішніх впливів, серед них УФ випромінювання, іонізуюча радіація, хімічні мутагени, температурні коливання. Еволюційно клітина сформувала системи репарації для захисту і виправлень таких пошкоджень ДНК. Серед ферментів прямої репарації можна виокремити ензим О 6-метилгуанінДНК метилтрансферазу (MGMT), який видаляє алкільні групи з О 6-позиції гуаніну в ДНК і захищає клітини від їхнього токсичного та мутагенного впливів (Pegg, 2000). Відомо, що цей ензим також відіграє значну роль у алкілувальній хіміотерапії раку (Kaina et al., 2007; Pegg, 2011). MGMT широко розповсюджений у прота еукаріотних організмів. Небагато відомо про еволюцію даного ензиму (Margison et al., 2007), ще менше даних про еволюцію цього гена. Ми проаналізували низку ортологів гена MGMT представників різних царств еукаріотних організмів, зокрема грибів (S.cerevisiae), тварин (D. melanogaster; C. elegans;

D. rerio) (Підпала, Лукаш, 2017) а також протистів (D. discoideum; D. lacteum; D. purpureum;

G. niphandrodes; P. pallidum PN500; P. persalinus; S. arctica JP610; T.vaginalis G3) (Підпала, Лукаш, 2018). Цікаво було прослідкувати за еволюцією даного гена на вищому еволюційному рівні - у приматів з акцентом на участі МГЕ у цьому процесі а також простежити за еволюційною долею низки приматоспецифічних МГЕ.

Філогенія приматів. Сучасні примати представлені двома великими еволюційними гілками - мокроносими (Strepsirrhini) і сухоносими (Haplorhini) приматами або мавпами. Обидві групи приматів мають багато спільних ознак і походять від єдиного предка, проте, розділились вони близько 87 млн років тому (Perelman et al., 2011). Мокроносі примати (нижчі примати або напівмавпи) є еволюційно древнішим і примітивнішим підрядом. Вони об'єднують 3 надродини (інфраряди) - лемуровиді (Lemuriformes), лорієвиді (Lorisoidea) та вимерлу групу ранніх приматів адапіди (Adapiformes) Лорієвиді відокремились від пов'язаних із ними лемурів, за різними даними, приблизно 50-80 млн років тому. Тоді як поділ лорієвидих на дві родини (лорієві та галагові) відбувся понад 40 млн років тому. Формування родів і видів лорієвих датують 37 млн років тому, а галагових - 19,9 млн років тому. Підряд сухоносих мавп об'єднує вищих або справжніх мавп (Simiiformes) і сестринську групу довгоп'ятів (Tarsiiformes), від яких вони відділились 77-80 млн років тому. На філогенетичному дереві приматів довгоп'яти (Tarsiiformes) є проміжною ланкою між мокроносими мавпами (Strepsirhini) та мавповидими або вищими приматами (Simiiformes'). У свою чергу вищих мавп поділяють на парворяд широконосих мавп, або мавп Нового Світу (Platyrrhini) та вузьконосих мавп, або мавп Старого Світу (Catarrhini).

Час поділу оцінюють 40-43 млн років тому. Мавпові (Cercopithecidae) - родина приматів з підряду сухоносих мавп (Haplorhini), яка нараховує близько 150 видів і є найрозгалудженішою родиною приматів (Perelman et al., 2011).

Разом із гоміноїдами (Hominoideaj вони входять до парворяду вузьконосих (Catarhinaj.

Мавпові дуже різноманітні, але між крайніми формами є майже неперервні морфологічні переходи. Також, вони є однією із найеволюційніших груп мавп.

До родини мавпових належать дві підродини: мавпові (Cercopithecinae) та колобусові (Colobinae) Людиноподібні або гоміноїди чи антропоїди (Hominoidea або Anthropomorphidae) це надродина вузьконосих мавп (Catarrhini), які мають будову тіла схожу до людської. Включає дві родини - людинових (Hominidae) та гібонових (Hylobatidae).

Хромосомна локалізація гена MGMT у приматів. Відомо, що ген MGMT людини локалізований на теломерній ділянці хромосоми 10 у положенні 10q26 у позитивній орієнтації (табл. 1). Що стосується інших представників гоміноїдів (Hominoideaj, то відомо, що у представників родини людинових (Hominidae) ген MGMT також локалізований на теломерній ділянці хромосоми 10 у позитивній орієнтації, тоді як у гібона білощокого чубатого (Nomascus leucogenys) який належить до родини гібонових (Hylobatidae), зазначений ген локалізований на теломерній ділянці хромосоми 3 у зворотній орієнтації (табл. 1). Про хромосомну локалізацію ортологів гена MGMT у мавпових на сьогодні відомо лише для деяких представників. Досліджуваний ген локалізований на хромосомі 9 у позитивній орієнтації. Цікаво, що у тих випадках, коли для ортологів не ідентифіковано хромосомну локалізацію, останні мають зворотну орієнтацію (табл. 1). У широконосих мавп (Platyrrhina) про хромосомну локалізацію ортологів гена MGMT поки що відомо лише для Callithrix jacchus. Ген локалізований на хромосомі 12 також у позитивній орієнтації. Цікаво, що у Saimiri boliviensis boliviensis та у Cebus capucinus imitator, які належать до родини капуцинових, ген MGMT має зворотну орієнтацію. Не відомо про хромосомну локалізацію і для представника довгоп'ятових - довгоп'ята філіппінського (Carlito syrichtaj. У мокроносих приматів про хромосомну локалізацію гена MGMT на сьогодні відомо лише для Microcebus murinus. Він локалізований на теломерній ділянці хромосоми 15 (табл. 1).

Таблиця 1. Основна інформація про досліджувані ортологи гена MGMTу приматів за даними Ensembl.

Організм

Хромосомна локалізація

Довжина гена, п.н.

Довжина мРНК, п.н.

Довжина білка, aa

Ек., n

Ін., n

Homo sapience

10 (+)

300330

1256

238

5

4

Pan troglodytes

10 (+)

314257

717

238

5

4

Pan paniscus

10 (+)

303938

717

238

5

4

Gorilla gorilla

10 (+)

311423

717

238

5

4

Pongo abelii

10 (+)

311290

2411

238

5

4

№>mascus leucogenys

3 (-)

313929

717

238

5

4

Chlorocebus sabaeus

9 (+)

51414

2898

164

3

2

Macaca nemestrina

?

52539

684

227

4

3

Macaca mulatta

9 (+)

291453

827

238

5

4

Macaca fascicularis

9 (+)

292426

2864

238

5

4

Theropithecus gelada

9 (+)

290621

1894

238

5

4

Mandrillus leucophaeus

? (-)

65007

612

203

4

3

Cercocebus atys

? (-)

289992

670

207

5

4

Papio anubis

9 (+)

295177

1528

238

5

4

Rhinopithecus bieti

? (-)

247110

366

122

3

2

Colobus angolensis palliatus

? (+)

285732

717

238

5

4

Piliocolobus tephrosceles

? (-)

284730

1955

241

6

5

Aotus nancymaae

? (+)

279053

717

238

5

4

Saimiri boliviensis boliviensis

? (-)

278372

717

238

5

4

Cebus capucinus imitator

? (-)

277434

740

238

5

4

Callithrix jacchus

? (+)

275654

717

238

5

4

Carlito syrichta

? (+)

61835

567

188

4

3

Propithecus coquereli

? (+)

286162

726

241

6

5

Microcebus murinus

15 (+)

286849

690

215

5

4

Prolemur simus

?±+)

269603

729

242

5

4

Екзон-інтронна структура ортологів гена MGMT у приматів. У людини ген MGMT складається із п'яти кодуючих екзонів та чотирьох інтронів (табл. 1, 2). Така ж структура даного гена у досліджуваних представників гоміноїдів. У більшості мавпових ген MGMT, як і у людини, складається із п'яти екзонів та чотирьох інтронів. Хоча є випадки, коли ген MGMT має або меншу кількість структурних одиниць - чотири екзони і три інтрони як у випадку Macaca nemestrina та Mandrillus leucophaeus чи три екзони і два інтрони як у Chlorocebus sabaeus та Mandrillus leucophaeus, або ж більшу кількість структурних одиниць на прикладі ортолога у Piliocolobus tephrosceles (табл. 1,2). У представників досліджуваних широконосих мавп ген MGMT теж складається із п'яти кодуючих екзонів та чотирьох інтронів. У Carlito syrichta даний гена має чотири екзони і три інтрони. Що стосується мокроносих приматів, то у Microcebus murinus і у Prolemur simus досліджуваний ген має п'ять кодуючих екзонів та чотири інтрони, тоді як у Propithecus coquereli ген складається із шести кодуючих екзонів та п'яти інтронів (табл. 1,2).

Таблиця 2. Дані про екзон-інтронну структуру ортологів гена MGMT у приматів за даними Ensembl.

Організм

Довжина структурних одиниць, п.н.

Ек.*

Ін.*

Ек.1

Ін.1

Ек.2

Ін.2

Ек.3

Ін.3

Ек.4

Ін.4

Ек.5

Ін.**

Ек.**

Homo sapience

107

68944

137

171517

149

51158

140

7446

732

Pan troglodytes

81

70867

137

179992

149

54574

140

8107

210

Pan paniscus

81

70783

137

173267

149

51064

140

8107

210

Gorilla gorilla

81

67193

137

184195

149

51224

140

8094

210

Pongo abelii

221

74052

137

181911

149

44826

140

8090

1764

Nоmascus leucogenys

81

74381

137

187645

149

43141

140

8045

210

Chlorocebus sabaeus

874

40446

140

8070

1884

Macaca nemestrina

145

3480

189

40329

140

8046

210

Macaca mulatta

88

70315

137

171424

149

40820

140

8067

313

Macaca fascicularis

140

69342

137

171726

149

40424

140

8070

2298

Theropithecus gelada

209

70834

137

169299

149

40525

140

8069

1259

Mandrillus leucophaeus

80

137

182

56182

140

8076

210

Cercocebus atys

34

69833

137

170639

149

40796

140

8054

210

Papio anubis

150

70397

137

175014

149

40129

140

8109

952

Rhinopithecus bieti

81

69550

137

177194

148

Colobus angolensis palliatus

81

69881

137

166895

149

40187

140

8052

210

Piliocolobus tephrosceles

161

44077

107

26118

137

164709

149

39824

140

8047

1261

Aotus nancymaae

81

67642

137

165528

149

37192

140

7974

210

Saimiri boliviensis boliviensis

81

67547

137

165556

149

36504

140

8048

210

Cebus capucinus imitator

104

65732

137

165698

149

37330

140

7934

210

Callithrix jacchus

81

62227

137

168437

149

36369

140

7904

210

Carlito syrichta

56

4226

161

48637

140

8405

210

Propithecus coquereli

81

65354

137

169838

161

43154

140

7087

189

3

18

Microcebus murinus

30

77203

137

163997

161

38343

140

6166

222

Prolemur simus

81

64529

137

157904

161

39629

140

6812

210

Примітки. Ек.*, Ек.** - додаткові екзони; Ін.*, Ін.** - додаткові інтрони.

Різниця довжини гена у представників приматів варіює переважно через довжину інтронів. Сумарна довжина екзонів у більшості випадків суттєво не відрізняється. Найконсервативнішими є екзони 2 і 4. Що стосується екзону 3, то його довжина у мокроносих приматів і у Carlito syrichta більша (161 п.н.), а у інших представників приматів менша (149 п.н.). Найваріабельнішими за довжиною є екзони 1 і 5, переважно за рахунок набуття 5' і 3' нетрансльованих ділянок. Таким чином, у ортологів гена MGMT приматів структура гена переважно має п'ять екзонів та чотири інтрони. Є випадки як втрати екзонів/інтронів (Chlorocebus sabaeus, Macaca nemestrina, Mandrillus leucophaeus, Rhinopithecus bieti та Propithecus coquereli), так і набуття додаткових структурних одиниць (Piliocolobus tephrosceles та Propithecus coquereli) (табл. 1, рис. 1).

Цікаво було простежити за еволюцією варіабельних екзонів у ортологів гена MGMT на прикладі мокроносих приматів. У Microcebus murinus довжина екзону 1 становить 30 п.н. і він є некодуючим. У Prolemur simus і Propithecus coquereli цей екзон кодуючий і його довжина збільшилась на 51 п.н. (табл. 2). Виявлено, що некодуючий екзон 1 Microcebus murinus, із незначними точковими мутаціями, є частиною кодуючого екзону 1 Prolemur simus і Propithecus coquereli. Нуклеотидні послідовності екзону 1 у Prolemur simus і Propithecus coquereli гомологічні між собою на 93 % (Підпала, Лукаш, 2020).

У людини екзон 1 має кодуючу (81 п.н.) і 5' нетрансльовану ділянку (26 п.н.). Якщо порівнювати його послідовність із послідовністю екзону 1 Propithecus coquereli, то вони гомологічні між собою у межах трансльованої ділянки на 77 %. Послідовність некодованого екзону 1 Microcebus murinus у ортолога гена людини зберегла лише часткову гомологію до цієї послідовності і теж у межах трансльованої ділянки екзону 1 (Підпала, Лукаш, 2020). Отже, на прикладі варіабельних екзонів показано, що некодуючі послідовності можуть виконувати кодуючу роль на різних етапах еволюції гена.

Рис. 1. Різноманітна екзон-інтронна структура гена MGMT у приматів за даними Ensembl.

Структурні особливості гена MGMT у широконосих мавп. У широконосих мавп ген MGMT, як і у людини, складається із п'яти кодуючих екзонів та чотирьох інтронів. Різниця довжини досліджуваного гена у представників мавп Нового Світу варіює, переважно, через довжину інтронів, тоді як довжина екзонів консервативніша. Сумарна довжина екзонів суттєво не відрізняється. Найконсервативнішими є переважна більшість екзонів. Винятком є екзон 1 Cebus capucinus imitator, який має додаткові 23 п.н. 5'UTR, що гомологічні до послідовності 5'UTR людини. У межах кодуючої послідовності екзону 1 виявлено 10 нуклеотидних замін (7 однонуклеотидних і 3 динуклеотидних), тоді як послідовність 5'UTR не зазнала мутацій. Єдине, що у процесі еволюції довжина 5'UTR у гені MGMT людини збільшилась на 3 п.н. (Підпала та Лукаш, 2021).

Які послідовності гена MGMT капуцина білоголового могли бути потенційним джерелом 5'UTR? Як показали результати аналізу, фрагментарну гомологію довжиною 7-12 п.н. виявлено у двох послідовностях екзонів - у межах білоккодуючої ділянки екзону 1 та екзону 5 і в усіх чотирьох інтронах. Загальна кількість частково гомологічних послідовностей у межах досліджуваного гена становить 233 одиниці. Фрагментарний характер гомології 5'UTR дає підстави для припущення щодо можливого ендогенного походження та рекомбіногенного характеру формування 5'UTR гена MGMT Cebus capucinus imitator (Підпала та Лукаш, 2021).

Мобільні генетичні елементи у гені MGMT приматів. МГЕ є вагомою складовою більшості еукаріотних геномів (Chenais et al., 2012). Для усіх просеквенованих на сьогодні геномів приматів частка МГЕ коливається від 42 до 50 % (SoteroCaio et al., 2017), хоча є дані, що цей відсоток у людини може бути вищим (de Koning et al., 2011). У випадку гена MGMT серед різних представників приматів загальна кількість МГЕ становить від 23,73 до 37,72 % (табл. 3) із перевагою Non-LTR ретротранспозонів (23,73-31,18 %). Як видно із наведених даних, частка LTR ретротранспозонів найнижча серед МГЕ (1,55-3,12 %). Відсоток ДНКтранспозонів трохи вищий (1,34-5,19 %). Коливання кількості МГЕ у ортологів гена MGMT приматів можна пояснити втратою чи набуттям у деяких представників екзонних та інтронних послідовностей.

Таблиця 3. Частка МГЕ у гені MGMT приматів.

Організм, вид

Кількість МГЕ, %

Загальна (n*)

ДНК-транспозони

LTR ретро-транспозони

Non-LTR ретро-транспозони

Homo sapience

30,11 (n = 249)

4,22

2,49

23,41

Pan troglodytes

29,76 (n = 262)

3,98

2,40

23,38

Pan paniscus

29,97 (n = 259)

4,07

2,44

23,46

Gorilla gorilla gorilla

29,99 (n = 264)

4,05

2,52

23,42

Pongo abelii

27,26 (n = 259)

4,06

2,31

20,90

№>mascus leucogenys

26,79 (n = 255)

3,97

2,26

20,56

Chlorocebus sabaeus

31,18 (n = 40)

1,34

3,12

26,46

Macaca nemestrina

31,12 (n = 41)

1,51

3,00

25,61

Macaca mulatta

29,58 (n = 244)

4,01

3,04

22,50

Macaca fascicularis

28,79 (n = 242)

4,03

2,87

21,37

Theropithecus gelada

28,37 (n = 235)

3,78

2,86

21,73

Mandrillus leucophaeus

24,15 (n = 39)

4,37

2,92

20,18

Cercocebus atys

27,17 (n = 242)

3,81

2,91

20,44

Papio anubis

29,74 (n = 246)

3,91

2,76

23,02

Rhinopithecus bieti

25,26 (n = 202)

4,62

2,60

18,04

Colobus angolensis palliatus

27,00 (n = 235)

3,99

2,88

20,12

Piliocolobus tephrosceles

27,46 (n = 241)

4,12

2,83

20,06

Aotus nancymaae

27,07 (n = 243)

4,28

1,90

16,98

Saimiri boliviensis boliviensis

25,65 (n = 226)

4,18

2,09

19,39

Cebus capucinus imitator

25,44 (n = 227)

4,25

2,09

19,09

Callithrix jacchus

25,73 (n = 224)

3,93

1,92

19,87

Carlito syrichta

37,72 (n = 49)

2,83

1,99

32,89

Propithecus coquereli

25,13 (n = 211)

4,98

2,17

17,98

Prolemur simus

23,73 (n = 178)

5,19

1,55

16,99

Microcebus murinus

25,92 (n = 199)

4,42

2,30

19,20

Примітка. n* - Кількість мобільних генетичних елементів.

Найбільше МГЕ в інтроні 3, а найменше в інтроні 4 (табл. 4). Хоча за кількістю МГЕ переважають інтрон 2 та інтрон 1 (табл. 2), як і за довжиною. Винятком є ген MGMT Microcebus murinus. Він не містить МГЕ в інтроні 4, але містить фрагмент ендогенного ретровірусу в екзоні 5 (Підпала та Лукаш, 2020). Довжина фрагмента HERV-Fc1 становить 110 п.н., а його частка, відповідно, 49,5 %. Цікаво зазначити, що ендогенний ретровірус HERV-Fc1 належить до групи ERV1 і є специфічним ендогенним ретровірусом для Hominidae (Benit et al., 2003). Чи зберігся він у гені MGMT людини у такому ж вигляді чи зазнав еволюційних змін?

Таблиця 4. Розподіл МГЕ у інтронах ортологів гена MGMT приматів.

Організм, вид

Інтрони

1

2

3

4

Homo sapience

28,02 (n=61)

27,72 (n=141)

44,75 (n=44)

8,26 (n=3)

Pan troglodytes

28,32 (n=64)

28,44 (n=151)

39,69 (n=43)

7,65 (n=3)

Pan paniscus

27,95 (n=66)

28,55 (n=146)

41,80 (n=42)

5,71 (n=3)

Gorilla gorilla gorilla

27,97 (n=59)

28,12 (n=156)

42,40 (n=47)

7,87 (n=3)

Pongo abelii

26,11 (n=72)

26,97 (n=147)

34,66 (n=35)

9,59 (n=5)

Nоmascus leucogenys

26,62 (n=68)

25,96 (n=149)

35,03 (n=35)

4,72 (n=4)

Chlorocebus sabaeus

-

-

37,52 (n=35)

7,66 (n=3)

Macaca nemestrina

-

8,25 (n=1)

36,65 (n=36)

9,38 (n=4)

Macaca mulatta

30,22 (n=69)

28,63 (n=134)

36,64 (n=36)

9,37 (n=5)

Macaca fascicularis

30,61 (n=68)

27,18 (n=132)

36,92 (n=37)

9,36 (n=4)

Theropithecus gelada

28,91 (n=64)

27,17 (n=130)

37,73 (n=36)

7,72 (n=5)

Mandrillus leucophaeus

-

0*

27,14 (n=36)

5,63 (n=3)

Cercocebus atys

30,82 (n=71)

24,34 (n=131)

37,38 (n=36)

5,65 (n=4)

Papio anubis

30,76 (n=71)

28,82 (n=135)

37,46 (n=36)

6,87 (n=4)

Rhinopithecus bieti

28,99 (n=66)

23,90 (n=137)

-

-

Colobus angolensis palliatus

29,82 (n=70)

24,60 (n=128)

36,60 (n=35)

6,93 (n=3)

Piliocolobus tephrosceles

34,89 (n=48)** 23,06 (n=23)

25,33 (n=133)

36,70 (n=35)

6,93 (n=4)

Aotus nancymaae

28,62 (n=64)

26,12 (n=140)

33,52 (n=34)

6,29 (n=4)

Saimiri boliviensis boliviensis

27,66 (n=60)

24,04 (n=131)

33,50 (n=30)

6,47 (n=5)

Cebus capucinus imitator

29,21 (n=62)

23,24 (n=126)

33,65 (n=33)

8,52 (n=5)

Callithrix jacchus

29,46 (n=57)

24,45 (n=131)

32,35 (n=35)

6,55 (n=3)

Carlito syrichta

-

6,53 (n=1)

45,49 (n=43)

10,95 (n=5)

Propithecus coquereli***

27,16 (n=55)

23,79 (n=120)

31,91 (n=34)

2,55 (n=2)

Prolemur simus

24,17 (n=48)

24,15 (n=107)

25,77 (n=22)

2,73 (n=2)

Microcebus murinus

24,41 (n=64)

25,64 (n=110)

35,06 (n=26)

0*

Примітки. * - відсутні МГЕ; ** - МГЕ у додатковому інтроні.

Еволюційний шлях фрагмента HERV-Fc1 у екзоні 5 ортологів гена MGMT приматів. Проведено пошуки гомології між фрагментом ендогенного ретровірусу HERV-Fc1 і послідовностями екзону 5 досліджуваних приматів (Підпала та Лукаш, 2020). У Microcebus murinus даний фрагмент гомологічий послідовності з координатами 33-142 відповідного екзону. У Prolemur simus послідовність фрагмента HERVFc1 зазнала тринуклеотидної (у межах 70 п.н.) і дев'ятинуклеотидної (у межах 110 п.н.) делецій та її послідовність зменшилась до 98 п.н. У Propithecus coquereli простежується така ж картина, як і у Prolemur simus. У людини у межах кодуючої ділянки екзону 5 послідовність фрагмента HERV-Fc1 зменшилась до 72 п.н. Крім того, присутні ще 13 фрагментів різних за довжиною (від 7 до 10 п.н.) і за напрямком: сім фрагментів у кодуючій ділянці екзону 5 і шість фрагментів у межах 3'UTR (рис. 2).

Ендогенні ретровіруси (ERV) - це залишки давніх ретровірусів, які були активними мільйони років тому, інфікували клітини, а потім зазнали різних мутацій, що призвело до втрати їхніх інфекційних властивостей (Mager and Stoye, 2015). Більшість ЕRV втратили здатність до ретротранспозиції, хоча і зберігають довгі термінальні повтори (LTR), що фланкують функціональні регуляторні послідовності і можуть використовуватись як альтернативні промотори для клітинних генів. ERV належать до родини LTR-ретроелементів, які широко представлені у хребетних.

Ендогенні ретровіруси відіграли активну роль у формуванні геномів. Більшість досліджень зосереджені переважно на геномах вищих приматів і людини. Довгі кінцеві повтори (LTR), що фланкують геноми ERV, можуть відігравати роль альтернативних промоторів для клітинних генів. Крім того, ретровірусні білки можуть бути задіяні у процесах відтворення і розвитку. Рекомбінація між гомологічними послідовностями ретровірусних геномів також сприяє перетасуванню генів і генерації генетичної мінливості (Lee et al., 2015).

Рис. 2. Частка фрагмента HERV-Fc1 у екзоні 5 гена MGMT людини: а) кодуюча ділянка та б) 3'UTR. По вісі абсцис - координати гомологічної послідовності у межах екзону, по вісі ординат - координати фрагмента ендогенного ретровірусу.

Ендогенні ретровіруси людини (HERV) складають значну частину геному людини. За різними підрахунками це приблизно 100000 ERV-елементів та фрагментів, що становлять близько 8 % (Lander et al., 2001). Вони найрізноманітніші серед МГЕ людини. На сьогодні, на жаль, не існує загальноприйнятої класифікації HERV (Blomberg et al., 2009; Vargiu et al., 2016). Їх об'єднують у 30-50 родин, які у свою чергу поділяють на більш, ніж 200 груп і підгруп. Труднощі з класифікацією HERV відображають їхню тривалу і складну еволюцію. Є дані, що HERV, можливо, притаманні не лише для лінії приматів. Це наводить на думку про те, що різниця між HERV та ERV може бути умовною і дозволяє припустити, що екзогенні аналоги деяких HERV інтегрували до геномів ссавців задовго до появи приматів та людини (Escalera-Zamudio and Greenwood, 2016).

Ендогенний ретровірус людини HERV-Fc1 належить до родини HERV-H/F, яка є однією із найдавніших серед HERV (приблизний час інтеграції 60-70 млн років тому). Зазначається, що елемент HERV-Fc1, можливо, пройшов через позаклітинну інфекційну стадію, перш ніж потрапити до людинових (за різними підрахунками час інтеграції від 35-20 до 15-10 млн років тому) (Benit et al., 2003).

Розходження мокроносих і сухоносих приматів, до яких належить людина, відбулося близько 87 млн років тому (Perelman et al., 2011). Оскільки фрагмент специфічного для людини HERV-Fc1 виявлено у представників мокроносих, можна припустити, що ендогенні ретровіруси приматів пройшли тривалий і неоднозначний процес ендогенізації. З одного боку, ретровірусні послідовності еволюціонували у нові ERV, а з іншого боку, зазнаючи фрагментації, ставали складовими елементами різних структур компонентів геному.

На основі наведених даних, можна висловити припущення про те, що у формуванні кодуючої ділянки екзону 5 і 3'UTR людини могли брати участь фрагментовані послідовності ендогенного ретровірусу HERV-Fc1. Таким чином, еволюційні зміни гена MGMT відбуваються на рівні різних структурних одиниць, причому МГЕ можуть бути не лише компонентами інтронів, але і складовими екзонів у вигляді фрагментованих послідовностей і не ідентифікуватись як МГЕ.

Формування ретроелемента L1Hs в інтроні 3 гена MGMT людиноподібних мавп. У людини переважна більшість МГЕ неактивна. Активними є лише незначна кількість МГЕ (зокрема деякі LINE-1 елементи, A/u-повтори, SVAелементи і HERV-K) (Mills et al., 2007). Показовим є приклад із LINE-1 елементами: із тисячі послідовностей на сьогодні свою активність зберегли не більше 100 послідовностей (Brouha et al., 2003). Усі вони належать до людиноспецифічних L1Hs елементів (Skowronski et al., 1988). Як вони виникли і що відомо про їхню еволюцію?

Вивчаючи розподіл МГЕ у гені MGMT людини ми показали, що вони присутні в інтронних послідовностях із перевагою LINE-1 елементів (Pidpala and Lukash, 2012). У інтронах 2 та 3 МГЕ утворюють композиційні кластерні структури, до складу яких входять фрагменти LINE1 -елементів самостійно чи у поєднанні із представниками інших класів МГЕ. В одному із трьох кластерів у межах інтрону 3 присутня майже повнорозмірна послідовність L1Hs елемента. Цікаво було простежити за формуванням людиноспецифічного L1Hs елемента в інтроні 3 гена MGMT на прикладі людиноподібних мавп (гоміноїдів).

Формування кластеру МГЕ із L1Hs елементом у інтроні 3 гена MGMT гоміноїдів. У всіх представників людиноподібних мавп МГЕ у інтроні 3 досліджуваного гена формують кластерні структури (Підпала та Лукаш, 2019). Детальніше простежили за зміною складових одного із кластеру, а саме того, де формується людиноспецифічний L1Hs елемент. Довжина повнорозмірного L1Hs елемента становить 6064 п.н. Він кодує дві відкриті рамки зчитування ORF1 (908..1921) і ORF2 (1988..5812). У випадку гена MGMT людини в інтроні 3 L1Hs елемент усічений з обох кінців, більше із 3'-кінця і має довжину 6049 п.н., що на 15 п.н. менше від повнорозмірної послідовності. З обох боків L1Hs елемент обрамлений L1PA6 послідовностями. L1PA6 елемент є 3'-кінцем L1 повтору (підродини L1PA6) довжиною 901 п.н. Обидві L1PA6 послідовності розташовані у зворотному до транскрипції напрямку. Вони різні за довжиною і за нуклеотидною послідовністю, перекриваються лише гомологічними 10 п.н. До складу даного кластера також входить фрагмент L1 повтору (підродини L1PA2) довжиною 733 п.н., який є складовою ORF2 (2110..5403). Загальна довжина відповідного кластеру із чотирьох МГЕ становить 7280 п.н.

У шимпанзе присутні ті ж кластерні складові, але вони дещо відрізняються довжиною від попереднього. Більша і загальна довжина кластеру - 7284 п.н., і довжина людиноспецифічного L1Hs елемента. Щодо досліджуваного кластеру у бонобо, виявлено, що складові кластеру ті ж МГЕ, але істотна різниця у довжині L1Hs елемента (4243 п.н.) та однієї із L1PA6 послідовностей при загальній довжині кластеру 5886 п.н.

У горили даний кластер ще не сформувався, а його потенційні складові, у переважній більшості, віддалені між собою і розділені іншими МГЕ. Цікаво, що у інтроні 3 горили ідентифіковано три різні фрагменти L1Hs елемента. Один із них гомологічний 5'-кінцю даної послідовності, а два інші фрагменти частково гомологічні ORF1 і ORF2.

У орангутана виявлено лише дві складові досліджуваного кластеру, а саме фрагменти послідовностей L1PA6 та L1, тоді як фрагменти L1Hs елемента не ідентифікуються. У гібона ж відсутні навіть будь-які складові досліджуваного кластеру. Як формувався даний кластер і безпосередньо сам L1Hs елемент?

Різниця у загальній кількості МГЕ в інтроні 3 між послідовністю людини і гібона становить 10 %. Переважно за рахунок кількості LINE1елементів і, саме складових досліджуваного кластеру. Це чітко простежується із характеру гомології між послідовністю інтрону 3 гена MGMT людини і гібона (Підпала та Лукаш, 2019).

Характер гомології між складовими елементами кластеру в орангутана та послідовністю інтрону 3 гена MGMT гібона. Оскільки в орангутана виявлено дві складові досліджуваного кластеру (фрагменти послідовностей L1PA6 та L1) простежили, які саме послідовності МГЕ в інтроні 3 гібона могли бути джерелом формування цих двох елементів. За результами BLAST аналізу показано, що в обох випадках у послідовностях L1PA6 і L1 є фрагменти, які гомологічні МГЕ із інтрону 3 гібона. У більшості випадків це послідовності LINE1-елементів. Крім того, для послідовності L1PA6 елемента виявлено гомологію із фрагментом A/uY повтору (Підпала та Лукаш, 2019), а у випадку L1 послідовності, із ендогенними ретровірусами MSTD (ERV3) та MLT1_Mim (ERV1). Також гомологію мали фрагменти, не ідентифіковані як МГЕ. Були і такі послідовності, які не виявляли гомології із послідовністю інтрону 3 гібона.

Пошуки гомології між L1Hs елементом та послідовністю інтрону 3 гена MGMT гібона. Частка гомології між L1Hs елементом і послідовністю інтрону 3 досліджуваного гена у гібона становить 13 %. Аналіз виявлених гомологічних ділянок показав, що часткову гомологію, як і у випадку послідовностей L1PA6 і L1, мають переважно фрагменти різних LINE1 -елементів. Цікаво, що фрагменти гомологічних ділянок до L1Hs елемента виявлено і в інших інтронних послідовностях гена MGMT гібона (Підпала та Лукаш, 2019).

За різними оцінками родина LINE1 -елементів або L1 виникла 100-170 млн років тому перед поділом ссавців на порядки, і її представники розповсюдились по їхніх геномах (Kazazian and Moran, 1998; Furano, 2000; Boissinot et al., 2000). Зараз на частку геномної ДНК ссавців припадає приблизно 15-20 % L1 елементів (Lander et al., 2001; Furano, 2000; Gu et al., 2000). Більшість із них усічені з 5' кінця, хоча існує і невелика кількість повнорозмірних L1, довжина яких становить 6-7 т.п.н. Родину L1 поділяють на підродини: L1Hs (L1PA1), L1PA2-16, L1PB1-3, L1MA1-10, L1MB1-8, L1MC, L1MD, L1ME, де L1Hs наймолодша (і містить ще активні копії), а L1ME - найстаріша (Smit et al., 1995).

Ретротранспозони груп L1PA(1-5) специфічні для геномів мавп Старого Світу. Наймолодша група - L1PA1 (або L1Hs, чи L1Ta) - виникла близько 4 млн. років тому, а пік ретропозицій її представників у геномі людини був приблизно 3 млн. років тому (Boissinot et al., 2000; Smit et al., 1995; Cantrell et al., 2000). Як зазначалось вище, деякі представники L1Hs (L1PA1) все ще активні. Ретротранспозони груп L1PA(6-15) розповсюджені і у мавп Старого Світу, і у мавп Нового Світу, а представники груп L1PA(15-16), L1MA(1-3) - в усіх приматів.

На основі наведених результатів можна підсумувати, що складовими кластера, де формувався L1Hs елемент у людинових є фрагменти L1PA6 елемента. У гібона ж у інтроні 3 досліджуваного гена серед груп L1 присутні представники старіших підродин - L1PB, L1MC, L1MD і L1ME, тоді як елементи L1PA6 групи відсутні, хоча ці елементи розповсюджені у мавп Старого і Нового Світу. Це питання лишається відкритим. Можливо подальші дослідження допоможуть зрозуміти узгодженість еволюції між різними представниками МГЕ серед приматів.

Аналізуючи послідовності інтрону 3 гена MGMT у людиноподібних мавп можна зробити висновок, що формування людиноспецифічного L1Hs елемента відбувалось упродовж еволюції гоміноїдів (рис. 3). Утворення кластеру із різних фрагментів LINE1 -елементів і самого L1Hs елемента відбувалось паралельно. Також, на основі наведених даних, можна висловити припущення про те, що у формуванні L1Hs елемента могли брати участь не лише фрагменти різних МГЕ (переважно LINE1 -елементів), але і послідовності, які не ідентифікуються як МГЕ. Таким чином, формування людиноспецифічного L1Hs елемента відбувалось упродовж еволюції гоміноїдів паралельно із утворенням кластерної структури МГЕ у людинових із різних підродин LINE1 -елементів, складові компоненти якого, очевидно, також задіяні в утворенні L1Hs елемента (Підпала та Лукаш, 2019).

Рис. 3. Формування людиноспецифічного L1Hs елемента в інтроні 3 гена MGMT у людиноподібних мавп: а) людини (6049 п.н.) і шимпанзе (6057 п.н.); б) бонобо (4243 п.н.); в) горили (699 п.н. + 1812 п.н.).

Еволюційна історія видоспецифічних A/u-повторів на прикладі гена MGMT приматів. Умовно МГЕ приматів поділяють на дві групи: древні мобільні елементи, які є не лише у ссавців, але й у низки хордових (MIR, L2, L3 і деякі ДНК-транспозони) і молоді приматоспецифічні повтори, до яких належать A/u-повтори.

A/u-повтори - неавтономні МГЕ класу SINE елементів, які походять від 7SL РНК і зустрічаються лише у приматів (Ullu and Tschudi, 1984). Вони є функціонально значимими елементами, які впливають на архітектуру геномів приматів та беруть активну участь у регуляції експресії генів (Hasler and Strub, 2006; Deininger, 2011). Також, A/u-повтори є важливим джерелом міжвидових і внутрішньовидових геномних варіацій приматів (Salem et al., 2003), тому їх широко використовують для еволюційних досліджень (Schmitz et al., 2016). На основі "діагностичних" мутацій A/uповтори поділяють на три основні родини - древні (J), середні (S) і молоді (Y) повтори та на 14 основних підродин, які відрізняються еволюційним віком (Kapitonov and Jurka, 1996). Вік найстаріших A/uJ-повторів оцінюють у 50-80 млн років, тоді як час виникнення A/uS і A/uY, відповідно, становить приблизно 35 і 20 млн років. Деякі підродини можуть бути спільними для низки близькоспоріднених таксонів, тоді як інші є унікальними лише для певного виду або роду (McLain et al., 2013; Baker et al., 2017). Ця паралельна еволюція підродин A/u-повторів призводить до того, що кожна лінія приматів має свою власну мережу інтегрованих елементів (Konkel et al., 2010). Аналізуючи поширення видоспецифічних МГЕ у інтронних послідовностях ортологів гена MGMT широконосих мавп нами виявлено A/u-повтор довгоп'ята філіппінського A/u2_TS (Підпала та Лукаш, 2021). Цікаво було простежити за еволюцією видоспецифічних A/u-повторів у ортологів гена MGMT приматів.

A/u-повтор є гетеродимером, який складається із двох протилежно направлених форм древнього A/u-мономера (FAM - fossil Alu monomer) довжиною приблизно 130 н.п. і розділених полі (А) вставкою (Quentin, 1992). Довжина A/u послідовності становить близько 300 п.н., із яких 282 п.н.

консенсусна послідовність, а інші нуклеотиди входять до складу полі (А) послідовності на 3' кінці. Більшість A/u послідовностей фланковані короткими прямими повторами (10-20 п.н.), які є дуплікаціями сайту ДНК-мішени і утворюються у процесі ретропозиції. Лівий мономер (FLAM - fossil left Alu monomer) довжиною 140 п.н. з'єднаний полі (А) вставкою із довшим правим мономером (FRAM - fossil right Alu monomer), який містить додаткові 31 п.н. (Quentin, 1992). Лівий мономер містить два промоторні елементи для РНК-полімерази III, блок А та блок В, кожен із яких має довжину близько 10 п.н. Більшість A/uповторів мають димерну структуру. Зустрічаються "усічені" послідовності із частково делетованими 5' або 3' кінцями, а також, в поодиноких випадках, мономерні повтори FRAM та FLAM. Знайдено і ряд тетрамерних послідовностей. Крім того, зазначається, що неактивність більшості A/uповторів може бути пов'язана із їхньою послідовною деградацією (Mighell et al., 1997).

Видоспецифічні A/u-повтори в інтронах ортологів гена MGMT мавпових. У проаналізованих послідовностях гена MGMT мавпових, крім представників основних родин A/u-повторів ідентифіковано фрагменти видоспецифічних повторів

Oto/emur garnettii A/u2_OG, Microcebus murinus A/uJ_Mim та Tarsius syrichta A/u2_TS (Підпала та Лукаш, 2022). Переважно вони присутні в інтронах 1 і 2. Не виявлено видосцифічних A/u-повторів у Ch/orocebus sabaeus, оскільки у нього відсутні інтрони 1, 2. У Macaca nemestrina та Mandri//us /eucophaeus також не виявлено видоспецифічних A/u-повторів, можливо через те, що у них втрачено інтрон 1, а послідовності інтрону 2 делетовані.

Серед специфічних для представників мокроносих приматів A/u-повторів у досліджуваних ортологів гена MGMT мавпових виявлено два повтори: A/u2_OG та A/uJ_Mim. Цікаво, що фрагменти A/u-повтору Oto/emur garnettii A/u2_OG виявлено у представників підродини Cercopithecinae і лише в одного представника підродини Co/obinae - у Rhinopithecus bieti. Що стосується A/u-повтору Microcebus murinus A/uJ_Mim, то його послідовності виявлено у представників підродини Co/obinae - Co/obus ango/ensi spa//iatus та Pi/ioco/obus tephrosce/es, тоді як у представників підродини Cercopithecinae їх не ідентифіковано. Видоспецифічний для одного із представників довгоп'ятів (Tarsiiformes) A/u-повтор Tarsius syrichta A/u2_TS виявлено у представників обох підродин мавпових (Підпала та Лукаш, 2022).

Видоспецифічний A/u-повтор A/u2_OG. A/uповтор A/u2_OG є видоспецифічним повтором Oto/emur garnettii (галаго Гарнетта). Oto/emur garnettii належить до підряду мокроносих приматів із інфраряду лорієвидих, родини галагових, роду товстохвостих галаго. Повтор A/u2_OG має довжину 230 п.н. Якщо простежити еволюційну динаміку повтору A/u2_OG від мокроносих приматів до мавпових, то у мокроносих приматів, які належать до інфраряду лемуровидих, вони мають різну довжину і напрямок та локалізовані у різних інтронних послідовностях (Підпала та Лукаш, 2022). Зокрема, у Microcebus murinus довжина фрагмента повтору A/u2_OG становить 97 п.н. (координати послідовності 36-132, позитивний напрямок) і він локалізований у межах інтрону 1. У Propithecus coquere/i фрагмент даного повтору локалізований у межах інтрону 3 і має довжину 56 п.н (1-56, зворотній напрямок). У гені MGMT досліджуваних представників довгоп'ятових і широконосих мавп послідовності, гомологічні A/u-повтору A/u2_OG не виявлено. Що стосується фрагментів A/u2_OG у мавпових, то у представників підродини Cercopithecinae послідовності довжиною 51 п.н. (координати 1-51, зворотній напрямок) локалізовані у межах інтрону 1. У Rhinopithecus bieti, представника підродини Co/obinae, фрагмент послідовності A/u2_OG має довжину 29 п.н. (координати 1-29, позитивний напрямок) і локалізований у межах інтрону 2. Серед досліджуваних представників людиноподібних приматів у межах гена MGMT послідовність A/u-повтору A/u2_OG не виявлено (Підпала та Лукаш, 2022).

На основі наведених даних, можна зробити висновок, що еволюційна історія A/u-повтору Oto/emur garnettii A/u2_OG охоплює час формування мокроносих мавп і мавпових. Динаміка делеційної деградації пов'язана винятково із послідовністю мономеру FLAM. Чому у ортологів гена MGMT представників довгоп'ят і широконосих мавп послідовності A/u2_OG не виявлено, лишається відкритим питанням. Цікаво також, чому Alu2_OG у мавпових виявлено переважно у представників підродини Cercopithecinae. Ці питання потребують детальніших досліджень (Підпала та Лукаш, 2022).

Видоспецифічний Alu-повтор AluJ_Mim. Ще один специфічний для представників мокроносих приматів Alu-повтор AluJ_Mim, який виявлено у ортологів гена MGMT мавпових, є видоспецифічним повтором Microcebus murinus (мишачого мікроцебусу). Microcebus murinus належить до підряду мокроносих приматів із інфраряду лемуровидих, родини карликових лемурів, роду мишиних лемурів. Повтор AluJ_Mim має довжину 317 п.н. Серед мокроносих приматів у гені MGMT він присутній лише у представників інфраряду лемуровидих, а у Otolemur garnettii - представника інфраряду лорієвидих його не ідентифіковано (Підпала та Лукаш, 2022). Не виявлено AluJ_Mim і у досліджуваних представників довгоп'ятових та широконосих мавп, а у ортологів гена MGMT мавпових він присутній лише у представників підродини Colobinae (Colobus angolensi spalliatus і Piliocolobus tephrosceles). Крім усічених послідовностей із частково делетованими 5' чи 3'кінцями, мономерними повторами FRAM і FLAM, AluJ_Mim зазнає делеційної деградації (ідентифіковано фрагменти довжиною 64 п.н. із координатами 1881) ще у інтронних послідовностях досліджуваного гена Microcebus murinus. У послідовностях гена MGMT Colobus angolensi spalliatus та Piliocolobus tephrosceles виявлено лише мономерні повтори FRAM. Цікаво, що послідовність такого ж мономеру ідентифіковано в інтроні 1 представника людиноподібних мавп - Nomascus leucogenys.

Еволюційна історія Alu-повтору Microcebus murinus AluJ_Mim, як і у випадку Alu-повтору Otolemur garnettii Alu2_OG, охоплює час формування мокроносих мавп і мавпових. На відміну від Alu2_OG, послідовність якого у ортологів гена MGMT мавпових виявлено переважно у представників підродини Cercopithecinae, Alu-повтор AluJ_Mim ідентифіковано у представників підродини Colobinae. Що стосується динаміки деградації AluJ_Mim, то найрізноманітніші варіанти зафіксовано ще у Microcebus murinus, а у послідовностях ортологів гена MGMT мавпових (представників підродини Colobinae) і представника людиноподібних мавп (Nomascus leucogenys) виявлено лише мономерні повтори FRAM (Підпала та Лукаш, 2022).

Видоспецифічний Alu-повтор Alu2_TS. Aluповтор Alu2_TS є видоспецифічним повтором Tarsius syrichta (довгоп'ята філіппінського). Разом із широконосими і вузьконосими мавпами довгоп'ят зараховано до підряду сухоносих приматів (Haplorhini). Довжина вихідної послідовності Alu2_TS становить 283 п.н. У гені MGMT довгоп'ята філіппінського присутні дві майже повнорозмірні послідовності Alu2_TS елемента із координатами 1-278 і 12-283 п.н. у межах інтрону 2 у позитивній орієнтації. Аналізуючи розподіл видоспецифічних МГЕ у ортологів гена MGMT широконосих мавп, фрагменти Alu2_TS виявлено у послідовностях інтронів 1 та 2 (Підпала та Лукаш, 2021). У послідовностях інтрону 1 фрагмент Alu2_TS має координати 1-187, 12-107 (зворотній та позитивний напрямок), а у межах інтрону 2 фрагмент Alu2_TS має ще менші розміри - від 197 до 1-93 п.н. (зворотній напрямок).

У гені MGMT мавпових видоспецифічний Alu-повтор Tarsius syrichta Alu2_TS присутній у представників обох підродин і переважно в інтроні 2 (Підпала та Лукаш, 2022). Серед фрагментів Alu2_TS зустрічаються переважно делеційні фрагменти мономеру FLAM, хоча є і послідовності усіченого мономеру FRAM. У ортологів гена MGMT людиноподібних мавп послідовність повтору Alu2_TS не ідентифіковано. Таким чином, еволюційна історія Alu-повтору Tarsius syrichta Alu2_TS охоплює час формування сухоносих мавп (за винятком людиноподібних). Динаміка делеційної деградації і у широконосих мавп, і у мавпових переважно пов'язана із послідовністю мономеру FLAM.

Підсумовуючи наведені дані, можна зробити висновок, що еволюційна історія видоспецифічних Alu-повторів та особливості їхньої деградації мають індивідуальний характер (рис. 4). В той же час відсутність досліджених видоспецифічних Alu-повторів мокроносих (Alu2_OG, AluJ_Mim) у представників довгоп'ятових і широконосих мавп та їхнє вибіркове розповсюдження у мавпових, спонукають до детальніших філогенетичних досліджень (Підпала та Лукаш, 2022).

Рис. 4. Еволюційна динаміка деградації видоспецифічних A/u-повторів в інтронних послідовностях гена MGMT.

Поширення родоспецифічного Aluповтору макак AluMacYa3 у ортологів гена MGMT мавпових. Мавпові (Cercopithecidae) це родина приматів з підряду сухоносих мавп (Hap/orhini) (Pere/man et a/., 2011). До цієї родини належать дві підродини: мавпові (Cercopithecinae) та колобусові (Co/obinae), які розійшлися 18 млн років тому (Pere/man et a/., 2011). Підродину мавпові (Cercopithecinae) поділяють на дві триби - Cercopithecini та Papionini. В той же час класифікація колобусових (Co/obinae) залишається спірною: їх поділяють або на дві триби - Co/obini та Presbytini, або на три групи - африканська, лангура та дивноносі.

У переважній більшості мавпових ген MGMT, як і у людини, складається із п'яти екзонів та чотирьох інтронів (табл. 1). Хоча є й випадки, коли ген MGMT має або меншу кількість структурних одиниць - чотири екзони і три інтрони як у випадку M. nemestrina та M. /eucophaeus чи три екзони і два інтрони як у Ch. sabaeus та M. /eucophaeus, або ж більшу кількість структурних одиниць на прикладі ортолога у Pi/ioco/obus tephrosce/es (табл. 1).

У ортологів гена MGMT мавпових загальний відсоток МГЕ коливається від 24,15 до 31,18 %. Переважають Non-LTR ретро-транспозони (18,04-26,46 %) (Підпала та Лукаш, 2022). Зокрема, відсоток A/u-повторів становить від 2,06 % у Mandri//us /eucophaeus до 4,09 % у Papio anubis. У більшості випадків виявлено найбільший відсоток середніх повторів A/uS, тоді як кількість древніх (J) і молодих (Y) повторів у двічі менша (Підпала та Лукаш, 2023).

Крім видоспецифічних A/u-повторів, у приматів зустрічаються і родоспецифічні повтори. Зокрема у макак описано три родоспецифічні A/u-повтори: A/uMacYa3, A/uMacYb2 і A/uMAcYb4 (Mighell et al., 1997). Усі вони належать до A/uSp повторів.

Частка родоспецифічного A/u-повтору A/uMacYa3 у макак. Рід макак належить до підродини мавпові (Cercopithecinae), триби Papionini і нараховує, за різними даними, від 21 до 24 видів. Згідно молекулярних даних, макаки відокремились від інших представників триби Papionini приблизно 9-10 мільйонів років тому (Raaum et al., 2005). Викопні дані вказують на те, що рід макак виник приблизно 7 млн років тому у Північній Африці, а потім родовід азіатських макак почав з'являтися близько 5,5 млн років тому (Perelman et al., 2011).

У проаналізованих ортологів гена MGMT макак A/u-повтор AluMacYa3 виявлено у послідовностях інтронів 1 і 2 Macaca mu/atta та Macaca fascicu/aris, за винятком Macaca nemestrina (Підпала та Лукаш, 2023). Відомо, що ген MGMT у Macaca nemestrina складається із 4 екзонів та 3 інтронів. У нього відсутня послідовність інтрону 1, а послідовність інтрону 2 усічена і гомологічна кінцевому фрагменту послідовностей відповідногих інтронів Macaca mu/atta та Macaca fascicu/aris.

Довжина вихідного повтору A/uMacYa3 становить 285 п.н. У гені MGMT-Macaca mu/atta та Macaca fascicu/aris ідентифіковано по чотири послідовності A/u-повтору A/uMacYa3, по одній в інтроні 1 і по три в інтроні 2 (Підпала та Лукаш, 2023). Усі вони мають усічену на кілька нуклеотидів послідовність із 3'кінця (1-283; 128і). Напрямок послідовності різний, переважає зворотний.

Щодо нуклеотидного поліморфізму послідовностей A/u-повторів A/uMacYa3 у Macaca fascicu/aris та Macaca mu/atta, домінують точкові мутації. На прикладі повторів, які ідентифіковано в інтроні 1 гена MGMT, серед 11 точкових мутацій переважають транзиції (6 C-T; 4 GА), а трансверсію (С-А) виявлено тільки в одному випадку (Підпала та Лукаш, 2023).

Еволюційна історія родоспецифічного A/u-повтору макак A/uMacYa3 у представників підродини мавпових. Підродину мавпові (Cercopithecinae') поділяють на дві триби - Cercopithecini та Papionini, які виникли від спільного предка приблизно 11,5 млн років тому (Perelman et al., 2011). До триби Papionini зараховують сім родів. Ми змогли проаналізувати ортологи гена MGMT п'яти родів (крім трьох представників роду Macaca, по одному представнику родів Papio, Theropithecus, Cercocebus і Mandri//us) (Підпала та Лукаш, 2023).

У проаналізованих послідовностях гена MGMT представників триби Papionini послідовність A/u-повтору A/uMacYa3 виявлено у Papio anubis і Theropithecus ge/ada в інтронах 1 і 2 та у Cercocebus atys в інтронах 1, 2 і 3. Не виявлено A/u-повтору A/uMacYa3 у послідовності ортолога Mandri//us /eucophaeus. У нього відсутня послідовність інтрону 1, а послідовність інтрону 2 становить лише 137 п.н. (за даними Ensembi). Цікаво, що у Papio anubis також ідентифіковано ще одну родоспецифічну послідовність A/u-повтору макак A/uMacYb2 (Підпала та Лукаш, 2023).

Для досліджених послідовностей A/uMacYa3 у інтронних послідовностях ортологів гена MGMT представників триби Papionini також характерний поліморфізм і усіченість послідовностей із частково делетованими 5' та / або 3'кінцями (1-283; 2-283; 5-283; 198283). Послідовність A/uMacYa3 у гені MGMT Cercocebus atys виявлено також в інтроні 3 (Підпала та Лукаш, 2023).

Щодо представників триби Cercopithecini, до складу якої входять п'ять родів (Eryth?ocebus, Ch/orocebus, Cercopithecus, Miopithecus і AHenopithecus'), проаналізувати наявність послідовності A/uMacYa3 у гені MGMT змогли лише для одного представника роду Ch/orocebus - Ch/orocebus sabaeus. Родоспецифічний A/u-повтор макак A/uMacYa3 у Ch/orocebus sabaeus виявлено лише у межах інтрону 1, який гомологічний послідовності інтрону 3, оскільки послідовності інтронів 1 і 2 у нього делетовані (Підпала та Лукаш, 2023).

Порівнюючи розповсюдження послідовності A/uMacYa3 у гені MGMT представників підродини мавпові (Cercopithecinae) виявили, що даний родоспецифічний A/u-повтор макак переважно локалізований в інтронах 1 і 2. У послідовностях інтрону 3 A/u-повтор A/uMacYa3 присутній у одного із представників триби Papionini - Cercocebus atys та в одного із представників триби Cercopithecini - Ch/orocebus sabaeus. Обидві послідовності частково усічені з 5' кінця і мають довжину 282 п.н. Також, вони мають різне положення серед інших МГЕ (Підпала та Лукаш, 2023).

Еволюційна історія родоспецифічного A/u-повтору макак A/uMacYa3 у представників підродини колобусові. Підродина колобусові (Co/obinae) охоплює 10 родів і 59 видів, які поділяють на дві триби - Go/obini та Presbytini, що розділились 10-13 млн років тому (Pere/man et a/., 2011).

У проаналізованих послідовностях гена MGMT представників триби Go/obini послідовність A/u-повтору A/uMacYa3 виявили у Co/obus ango/ensis pa//iatus та Pi/ioco/obus tephrosce/es, а у представників триби Presbytini - у Rhinopithecus bieti (Підпала та Лукаш, 2023). Послідовності AluMacYa3 у Colobus angolensis palliatus та Rhinopithecus bieti ідентифіковані у інтроні 2, а у Piliocolobus tephrosceles крім інтрону 2, Alu-повтори AluMacYa3 виявлено у додатковій інтронній послідовності. У жодному випадку не було виявлено повної нуклеотидної послідовності AluMacYa3. Усі вони мають усічені послідовності із частково делетованими 5' та / або 3'кінцями (1-283; 3283; 35-283). Крім того, у двох випадках виявлено мономерні повтори FLAM.

Узагальнюючи еволюційну історію родоспецифічного Alu-повтору макак AluMacYa3 у представників родини мавпові (Cercopithecidae) бачимо, що крім нуклеотидного поліморфізму для послідовності зазначеного повтору також характерна делеційна деградація (Підпала та Лукаш, 2023). Зокрема, в одного із представників підродини Cercopithecinae - Cercocebus atys виявлено послідовність із частково делетованою послідовністю мономеру FLAM (198-283) а у представника підродини Colobinae - Rhinopithecus bieti виявлено повтори AluMacYa3 із частково делетованими послідовностями як мономеру FLAM (35-283), так і FRAM (2-199).

Відомо, що дві підродини мавпових - мавпові (Cercopithecinae) та колобусові (Colobinae) розійшлися 18 млн. років тому (Perelman et al., 2011), але схеми класифікації дискутивні, оскільки є невідповідності між морфологічними і генетичними даними, а також є розбіжності між різними генетичними дослідженнями. Зазначається, що колобусові почали формуватися приблизно 12 млн років тому, а мавпові виникли від спільного предка близько 11,5 млн років тому (Perelman et al., 2011). Що стосується представників триби Papionini, то час їхньої появи оцінюють від 6 до 8 млн років тому, зокрема представники роду макак почали формуватися приблизно 5,1 млн років тому (Perelman et al., 2011). Якщо орієнтуватися на ці дані, то Alu-повтор AluMacYa3 міг бути присутній, лише у представників роду макак. Пояснити ж присутність послідовності Alu-повтору AluMacYa3 не лише у представників триб Papionini (Theropithecus gelada, Cercocebus atys, Papio anubis) і Cercopithecini (Chlorocebus sabaeus), але й у представників підродини колобусові (Rhinopithecus bieti, Colobus angolensis palliatus, Piliocolobus tephrosceles) на основі загальноприйнятих філогенетичних даних потребує подальших досліджень.

Таким чином, в еволюційній історії родоспецифічного Alu-повтору макак AluMacYa3 переважає не делеційна деградація, як у випадку видоспецифічних Alu-повторів Alu2_OG, AluJ_Mim та Alu2_TS (Підпала та Лукаш, 2022), а нуклеотидний поліморфізм. На прикладі гена MGMT показано, що родоспецифічний Aluповтор AluMacYa3 приcутній не лише у макак, ай у інших представників мавпових. Аналіз нуклеотидної послідовності цього Alu-повтору свідчить про те, що його еволюційна історія поєднує нуклеотидний поліморфізм та делеційну деградацію (Підпала та Лукаш, 2023).


Подобные документы

  • Теоретичний аналіз ряду еволюційних напрямків, джерела яких виявляються ще в приматів. Основні етапи еволюції людини, яка складається із двох процесів - органічної еволюції й культурної еволюції. Виявлення залежності між органічною й культурною еволюцією.

    реферат [24,7 K], добавлен 27.05.2010

  • Характеристика однонуклеотидных полиморфизмов, строение, функции и значение гена Fas. Первичная структура генов и их функциональные элементы. Выявление генотипов промоторной области гена Fas в клетках. Частоты генотипов однонуклеотидных полиморфизмов.

    дипломная работа [877,9 K], добавлен 26.02.2013

  • Возможность развития отдельного признака клетки или организма. Основное свойство гена. Строение и химическая организация гена. Строение и виды азотистых оснований нуклеотидов. Структура молекулы ДНК. Спирализация и суперспирализация молекулы ДНК.

    презентация [3,3 M], добавлен 17.06.2013

  • Эксперимент Менделя. Менделевская генетика. Мутации-изменения гена. Влияние мутаций на эффективное функционирование гена. Естественный отбор как подтверждение генетики или опровержения теории эволюции. Проблема истощения генофонда живых организмов.

    реферат [19,7 K], добавлен 24.12.2007

  • Основные группы ферментов генетической инженерии: рестриктазы и лигазы. Регуляция экспрессии гена у прокариот. Способы прямого введения гена в клетку. Генетическая трансформация соматических клеток млекопитающих. Получение трансгенных животных.

    курсовая работа [337,4 K], добавлен 24.11.2010

  • Космологічні моделі Всесвіту, наукові роботи О. Фрідмана, Г. Гамова. Стандартна модель еволюції Всесвіту на основі рівняння теорії відносності Ейнштейна та уявлення про кривизну простору. Філософсько-світоглядні проблеми космологічної еволюції.

    реферат [21,1 K], добавлен 19.06.2010

  • Дослідження Менделя. Спадкоємство при моногібридному схрещуванні і закон розщеплювання. Ген, як одиниця функції, рекомбінації, мутації. Дигібридне схрещування і закон незалежного розподілу. Короткий виклад суті гіпотез Менделя. Характеристика приматів.

    контрольная работа [28,8 K], добавлен 10.03.2011

  • Процес виділення предків людини із тваринного світу й етапи становлення людства. Палеогеографічна інтерпретація екологічної ніші людиноподібних пліоценових приматів у Сиваликських пагорбах. Датування давніх знахідок австралопітеків на території Африки.

    реферат [27,3 K], добавлен 29.07.2010

  • Загальна характеристика класу "савці". Зовнішня будова і спосіб життя Mammalia, особливості органів відчуття, дихальної та нервової систем. Походження та класифікація Mammalia, Філогенетичне дерево сучасних сімейств приматів. Походження Primates.

    реферат [15,8 M], добавлен 12.03.2019

  • Аналіз головних концепцій самоорганізації в науці, історія формування ідей. Самоорганізація як основа еволюції, її особливості в дисипативних структурах. Еволюція й теорія систем у представленні австрійського біолога-теоретика Людвіга фон Берталанфі.

    реферат [26,8 K], добавлен 21.06.2010

Работы в архивах красиво оформлены согласно требованиям ВУЗов и содержат рисунки, диаграммы, формулы и т.д.
PPT, PPTX и PDF-файлы представлены только в архивах.
Рекомендуем скачать работу.