маленькая мутация
petite (ρ–) — мутант, впервые обнаруженный у дрожжей Saccharomyces cerevisiae . Из-за дефекта дыхательной цепи «маленькие» дрожжи не могут расти на средах, содержащих только неферментируемые источники углерода (такие как глицерин или этанол), и образуют небольшие колонии при выращивании в присутствии ферментируемых источников углерода (таких как глюкоза). ). Миниатюрный фенотип может быть вызван отсутствием или мутациями митохондриальной ДНК (так называемые «цитоплазматические петиты») или мутациями в ядерно-кодируемых генах, участвующих в окислительном фосфорилировании. [1] [2] Нейтральный петит дает все потомство дикого типа при скрещивании с диким типом.
Мелкие мутации можно вызвать с помощью различных мутагенов, в том числе агентов, интеркалирующих ДНК , а также химических веществ, которые могут мешать синтезу ДНК в растущих клетках. [1] [2] Мутагены, которые создают Petites, участвуют в повышении частоты дегенеративных заболеваний и в процессе старения.
Обзор
[ редактировать ]Мутация, приводящая к образованию небольших (маленьких» > миниатюрных) анаэробных колоний, впервые была обнаружена у дрожжей Saccharomyces cerevisiae и описана Борисом Эфрусси и его коллегами в 1949 году в Гиф-сюр-Иветт, Франция. [3] Клетки миниатюрных колоний были меньше, чем клетки колоний дикого типа, но термин «маленькие» относится только к размеру колонии, а не к размеру отдельной клетки. [3]
История
[ редактировать ]Более 50 лет назад в лаборатории во Франции Эфрусси и др. открыл неменделевский наследуемый фактор, который необходим для дыхания у дрожжей, Saccharomyces cerevisiae . S. cerevisiae без этого фактора, известного как ρ-фактор, характеризуется развитием небольших колоний по сравнению с дрожжами дикого типа. [4] Эти меньшие колонии были названы миниатюрными колониями. Было замечено, что эти миниатюрные мутанты спонтанно производятся естественным путем со скоростью 0,1–1,0% в каждом поколении. [4] [5] дикого типа Они также обнаружили, что обработка S. cerevisiae агентами, интеркалирующими ДНК, быстрее приведет к этой мутации. [4]
Шац идентифицировал область ядерной ДНК дрожжей, которая была связана с митохондриями, в 1964 году. Позже было обнаружено, что мутанты без ρ-фактора не имеют митохондриальной ДНК (называемой ρ 0 изоляты), или что они обладали разницей в плотности или количестве митохондриальной ДНК (называемой ρ − изоляты). Использование электронной микроскопии для просмотра ДНК в митохондриальном матриксе помогло проверить актуальность митохондриального генома. [4] [5] [6]
С тех пор S. cerevisiae стала полезной моделью старения. Было показано, что с возрастом дрожжи теряют функциональную митохондриальную ДНК, что приводит к репликативному старению или неспособности к дальнейшей репликации. [4] Было высказано предположение, что существует связь между потерей митохондриальной ДНК и продолжительностью репликативной жизни (RLS), или количеством раз, когда клетка может воспроизводиться перед смертью, поскольку было обнаружено, что увеличение RLS устанавливается с теми же изменениями. в геноме, которые усиливают размножение клеток, не содержащих митохондриальной ДНК. Генетический скрининг генов и путей репликации, связанных с продолжительностью жизни, можно сделать проще и быстрее, выбрав генетические супрессоры мелких негативных мутантов. [4]
Причины
[ редактировать ]Для миниатюрного характерен дефицит цитохромов (а, а3+b) и отсутствие дыхательных ферментов, участвующих в дыхании в митохондриях. [7] Из-за ошибки в пути дыхательной цепи «маленькие» дрожжи не способны расти на средах, содержащих только неферментируемые источники углерода (таких как глицерин или этанол), и образовывать небольшие колонии при выращивании в присутствии ферментируемых источников углерода (таких как глюкоза). [8] Отсутствие митохондрий может вызвать мелкий фенотип или делеционные мутации в митохондриальной ДНК (называемые «цитоплазматические петиты»), которые представляют собой делеционную мутацию, или мутации в кодируемых ядром генах, участвующих в окислительном фосфорилировании.
Эксперимент
[ редактировать ]Маленькие мутанты могут быть созданы в лаборатории с использованием высокоэффективных обработок, таких как акрифлавин, бромид этидия и другие интеркалирующие агенты. [9] Их механизмы работают над разрушением и возможной потерей митохондриальной ДНК: если время лечения увеличивается, количество митохондриальной ДНК уменьшится. После длительного лечения были получены петиты, не содержащие обнаруживаемой митохондриальной ДНК. [7] Это полезный подход для иллюстрации функции митохондриальной ДНК в росте дрожжей.
Наследование миниатюрных мутаций
[ редактировать ]Характер наследования генов, существующих в клеточных органеллах, таких как митохондрии, которые называются цитоплазматическим наследованием, отличается от образца ядерных генов.
Типы наследования миниатюрных мутаций
[ редактировать ]Миниатюрные мутанты демонстрируют внеядерное наследование. Характер наследования варьируется в зависимости от типа миниатюрного гена.
Сегрегационные петиты (pet–): мутанты создаются в результате ядерных мутаций и демонстрируют менделевскую сегрегацию 1:1. [9]
Нейтральные петиты (rho –N): нейтральные миниатюрные при скрещивании с диким типом все потомство является диким типом. Он унаследовал нормальную митохондриальную ДНК от родителя дикого типа, которая реплицируется в потомстве. [3]
Супрессивные петиты (rho – S): скрещивание миниатюрных и диких типов, все потомство миниатюрное, демонстрирующее «доминантное» поведение по подавлению митохондриальной функции дикого типа. [3]
Большинство petite-мутантов S. cerevisiae относятся к супрессивному типу и отличаются от нейтральных petite тем, что влияют на дикий тип, хотя оба являются мутациями в митохондриальной ДНК. Митохондриальный геном дрожжей станет первым геномом эукариот, который будет понят как с точки зрения структуры, так и с точки зрения функций, и это должно облегчить понимание эволюции геномов органелл и их связи с ядерными геномами. Очевидно, что работа Эфрусси не только открыла области внехромосомной генетики, но также дают фантастический стимул для исследований, которые продолжаются и по сей день. [3]
Хотя S. cerevisiae широко изучался в этой и других областях, трудно сказать, сохраняются ли молекулярные механизмы этого процесса в митохондриальной ДНК у других видов дрожжей. другие виды дрожжей, такие как Kluyveromyces Lactis, Saccharomyces castellii и Candida albicans Было показано, что , производят миниатюрные негативные мутанты. Потенциально, эти дрожжи имеют другую систему наследования митохондриального генома, чем S. cerevisiae . [4] [5]
Частота, с которой S. castellii спонтанно производит петиты, аналогична таковой у S. cerevisiae , при этом митохондриальная ДНК этих петитов сильно изменена за счет делеции и перестройки. Супрессивные петиты S. cerevisiae являются наиболее часто наблюдаемыми спонтанно создаваемыми мутантами, тогда как у S. castellii наиболее часто наблюдаемым спонтанным мутантом является нейтральный петит, что также приводит к предположению, что перенос этой мутации различается между видами. [1] [4] [5]
Ссылки
[ редактировать ]- ^ Jump up to: а б Липински, Камил А.; Каниак-Голик, Анета; Голик, Павел (июнь 2010 г.). «Поддержание и экспрессия митохондриального генома S. cerevisiae — от генетики к эволюции и системной биологии» . Biochimica et Biophysica Acta (BBA) – Биоэнергетика . 1797 (6–7): 1086–1098. дои : 10.1016/j.bbabio.2009.12.019 . ISSN 0005-2728 . ПМИД 20056105 .
- ^ Jump up to: а б Фергюсон, ЛР; фон Борстель, RC (1 января 1992 г.). «Индукция цитоплазматической мутации «маленькая» химическими и физическими агентами у Saccharomyces cerevisiae». Мутационные исследования . 265 (1): 103–148. дои : 10.1016/0027-5107(92)90042-Z . ISSN 0027-5107 . ПМИД 1370239 .
- ^ Jump up to: а б с д и Бернарди, Джорджо (1 сентября 1979 г.). «Маленькая мутация дрожжей». Тенденции биохимических наук . 4 (9): 197–201. дои : 10.1016/0968-0004(79)90079-3 .
- ^ Jump up to: а б с д и ж г час Данн, Кори Д. (9 августа 2011 г.). «Работа на пустом месте: ограничивает ли мутация митохондриальной ДНК продолжительность репликативной жизни дрожжей?». Биоэссе . 33 (10): 742–748. doi : 10.1002/bies.201100050 . ISSN 0265-9247 . ПМИД 21826691 . S2CID 7526217 .
- ^ Jump up to: а б с д Кочмак, С.А.; Кнорре, Д.А.; Соколов, С.С.; Северин, ФФ (01 февраля 2011 г.). «Физиологические сценарии запрограммированной потери функции митохондриальной ДНК и гибели дрожжей». Биохимия (Москва) . 76 (2): 167–171. дои : 10.1134/s0006297911020015 . ISSN 0006-2979 . ПМИД 21568848 . S2CID 27230363 .
- ^ Липински, Камил А.; Каниак-Голик, Анета; Голик, Павел (01.06.2010). «Поддержание и экспрессия митохондриального генома S. cerevisiae — от генетики к эволюции и системной биологии» . Biochimica et Biophysica Acta (BBA) – Биоэнергетика . 1797 (6–7): 1086–1098. дои : 10.1016/j.bbabio.2009.12.019 . ISSN 0005-2728 . ПМИД 20056105 .
- ^ Jump up to: а б Голдринг, Элизабет С.; Гроссман, Лоуренс И.; Мармур, Юлиус (июль 1971 г.). «Маленькая мутация дрожжей» . Журнал бактериологии . 107 (1): 377–381. дои : 10.1128/JB.107.1.377-381.1971 . ISSN 0021-9193 . ПМК 246929 . ПМИД 5563875 .
- ^ Хеслот, Х.; Гоффо, А.; Луи, К. (1 октября 1970 г.). «Дыхательный метаболизм «маленьких негативных» дрожжей Schizosaccharomyces pombe 972h-» . Журнал бактериологии . 104 (1): 473–481. дои : 10.1128/JB.104.1.473-481.1970 . ISSN 0021-9193 . ПМК 248232 . ПМИД 4394400 .
- ^ Jump up to: а б Хеслот, Х.; Луи, К.; Гоффо, А. (1 октября 1970 г.). «Сегрегационные респираторно-дефицитные мутанты «маленьких негативных» дрожжей Schizosaccharomyces pombe 972h-» . Журнал бактериологии . 104 (1): 482–491. дои : 10.1128/JB.104.1.482-491.1970 . ISSN 0021-9193 . ПМК 248233 . ПМИД 5473904 .