Для многих мутаций, локализованных в некодирующих частях генома, характерны высокие уровни популяционного полиморфизма. Необходимо, однако, подчеркнуть, что эта изменчивость не затрагивает общей структуры генома, определяющей различия между видами. Более того, сопосталение первичных нуклеотидных последовательностей сравнительно протяженных секвенированных участков ДНК (области Т-рецепторных генов длиной около 100 кб) обнаружило сохранение высокой степени гомологии не только в кодирующих, но и, что особенно удивительно, в некодирующих частях этих последовательностей. Если учесть, что эволюционно человек и мышь разделены почти 80 миллионами лет эволюции, эти данные рассматриваются как свидетельство функциональной значимости некодирующих частей этих генов По-видимому, далеко не всякие мутации в некодирующих районах ДНК являются нейтральными и в определенных случаях они могут отрицательно влиять на жизнеспособность. К сожалению, в настоящее время ничего или почти ничего неизвестно о функциях некодирующих ДНК-последовательностей.Высказывалось даже предположение, что их единственной функ-цией является репликация. Отсюда возникло представление об"эгоистической" или "паразитической" ДНК. Конечно, полностью исключить наличие подобных паразитических последовательностей ДНК в любом геноме нельзя. Тем ни менее, представляется маловероятным, что значительная часть генома человека,также как и других видов, относится к эгоистической ДНК.По-видимому, наши знания о роли некодирующей или, как еще говорят, "избыточной" ДНК все еще явно недостаточны. Стабильность структурной организации генома в пределах вида свидетельствует скорее о важной эволюционной роли некодирующих ДНК-последовательностей и об их участии в процессах онтогенеза. Можно предполагать, что ответ на этот интригующий вопрос в какой-то мере будет получен при расшифровке и сравнении полной первичной нуклеотидной последовательности гено-мов у животных разных видов и, прежде всего, у человека и мыши, где прогресс в секвенировании геномной ДНК особенно значителен (см.Главу III). Уместно заметить, что проведенный недавно компьютерный анализ генома человека позволяет предполагать наличие в его некодирующей части особого, пока еще непонятного генетического кода, смысл и значение которого остаются загадочными.

Раздел 7. Мобильность генома, облигатные и факультативные элементы генома.

До сих пор мы рассматривали основные структурные элементы генома человека, положение которых в соответствии с представлениями классической генетики достаточно постоянно.Начиная с 50-х годов стали накапливаться данные о существовании большого числа мобильных генетических элементов,присутствие которых в геноме не является обязательным, а их топография и количество может варьировать в различных клетках, тканях и у разных индивидуумов (McClintock, 1984; Berg,Howe, 1989). У прокариот такие элементы получили название транспозонов. Их структура и функции достаточно хорошо изучены. Отличительной особенностью мобильных элементов является способность существовать как в интегрированном с хромосомой виде, так и в виде отдельных макромолекул - эписом,плазмид, вирусных частиц. Почти 50 различных семейств мобильных элементов описано у дрозофилы . Вместе эти последовательности составляют около 12% гаплоидного набора(Golubovsky, 1995). В геноме млекопитающих содержится до 50 000 диспергированных копий ретропозона LINE размером около 6500 пар основанийю. Семейство Alu- повторов, содержащее от 300 до 500 тысяч копий, также относится к числу мобильных элементов генома (Сharlesworth et al.,1994). Явление лизогении, то есть присутствие вирусных последовательностей в составе ДНК человека и наличие фрагментов генов человека в вирусных геномах, служит одним из примеров мобильности ДНК и возможности "горизонтальной" передачи наследственно закрепленных признаков между видами. Мобильные ДНК, как правило,относятся к факультативным элементам. Как уже отмечалось, не существует четких границ между облигатными и факультативными элементами генома, так как возможен взаимный переход от одного состояния к другому. Структурные локусы или сегменты хромосом могут трансформироваться в факультативные элементы за счет амплификации, интеграции в мобильные элементы или путем образования цитоплазматических ретротранскриптов. Обратный переход от факультативных элементов к облигатным осуществляется посредством инсерций, транспозон-индуцированных перестроек и обратной транскрипции.Факультативные элементы существуют в геноме как популяции информативных макромолекул. Изменения, возникающие в них под воздействием внешних факторов, носят совершенно иной характер по сравнению с классическими мутациями в структурных локусах. Для описания изменений в факультативных элементах предложен термин " вариации" (Голубовский, 1985). Этот термин впервые использован Жакобом и Воллманом для описания поведения эписом (Jacob, Wollman, 1961). Вариации могут приводить к изменениям на генотипическом уровне, то есть к мутациям, вследствие простого перемещения факультативных элементов или сдвига в соотношении между факультативными и облигатными элементами. В этих случаях мутации встречаются одновременно у многих индивидуумов. Подобные изменения упорядочены, могут происходить сразу во многих локусах и отличаются высокой сайт-специфичностью. Локализация структурных перестроек, возникающих в результате вариаций, предопределена первоначальной топографией факультативных элементов на хромосомах. И наконец, сами вариации могут быть индуцированы обычными "не-мутагенными" факторами, такими как температура или межлинейные кроссы (Golubovsky, 1995). Факультативные элементы могут рассматриваться как оперативная память генома, так как во многих случаях спонтанное возникновение мутаций в облигатных элементах опосредовано их активацией. Считается, в частности, что инсерционный мутагенез является причиной спонтанного возникновения 70% видимых мутаций в природных популяциях дрозофилы. Однако, у человека пока зарегистрированы лишь единичные случаи возникновения мутаций вследствие перемещения мобильных элементов генома (Vidaud et al.,1993).

Раздел 8. Изохоры, метилирование, гиперчувствительные сайты.

Перечисленные выше компоненты генома не случайным образом связаны с последовательностями нуклеотидов. И в этом смысле можно говорить о существовании в геноме человека структур более высокого иерархического порядка. Примером служат изохоры - длинные, в среднем, свыше 300 кб сегменты ДНК, гомогенные по композиции оснований или по GC-уровням.62% генома состоит из GC-бедных изохор и в них локализовано около 34% генов, 31% генома представлен GC-богатыми изохорами, содержащими 38% генов, и в 3% изохор, обогащенных GC-последовательностями (так называемых H3 изохор), находится 28% генов (Mouchiroud et al., 1991; Saссone et al.,1993). Таким образом, существуют относительно небольшие участки ДНК, в которых плотность генов в 10 -20 раз выше,чем в остальных последовательностях.

Другой общей чертой генома человека является то, что in vivo значительная доля цитозиновых остатков в молекуле ДНК метилирована, то-есть находится в форме 5-метилдезоксицитидина. Экспериментальное изучение характера метилирования основано на сопоставлении рестрикционных фрагметов, образующихся после обработки ДНК эндонуклеазами, для которых сайты узнавания одинаковы и содержат в своем составе цитозин, но действуют эти ферменты по-разному, в зависимости от того,находится ли это основание в метилированном состоянии или нет. В частности, рестриктазы - Msp1 и Hpa11, узнают последовательность CCGG, но в отличие от Msp1, Hpa11 не расщепляет ДНК в тех сайтах, где внутренний CpG динуклеотид метилирован. Некоторые сегменты генома, особенно это относится к повторяющимся последовательностям, полностью метилированы в местах 5'-CCGG-3' и частично метилированы в 5'-GCGC-3' - сайтах рестрикции для Hha1. В других сегментах наблюдается характерный рисунок частичного метилирования в 5'-CCGG-3'последовательностях (Behn-Krappa et al., 1991). Различные индивидуумы, независимо от их этнического происхождения, практически не различаются по характеру метилирования ДНК в одних и тех же типах тканей, тогда как в процессе онтогенетической дифференцировки происходят значительные изменения рисунков метилирования. В перевиваемых культурах клеток опухолевого происхождения число метилированных сайтов резко уменьшено.