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1977年Hicks,T.B.等對酵母交配型的轉換提出了暗箱模型(cassette model)(圖18-11),提出MAT是有活性的暗盒(active cassette),可以是α型,也可以是a型。HML和HMR是MAT左右兩側的同源區,是沉默暗箱(silent cassettes)。通常HML帶有α暗盒,而HMR帶有a暗盒,所有的暗盒都帶有編碼交配型的信息,但只有MAT是活性的暗盒,可以表達,HML和HMR都不能表達,故稱為沉默暗盒。當活性暗箱的被沉默暗箱信息所取代時就發生了交配型轉換。新“裝進”活性暗盒的信息就可以表達。
交配型轉換是非互動的,在HML或MMR上的拷貝替換了MAT上的等位基因。若MAT發生突變,當轉換時它被取代掉而且永久消失,新換上的拷貝並未發生
改變,表明了非互動轉換。
在HML和HMR上的拷貝也會發生突變,在這種情況下轉換可將突變的等位基因導入MAT位點。但在HML或HMR仍保留著一份突變的拷貝,這很像轉座中的複製(見第25章),供體元件在受體位點產生了一個新的拷貝,而其本身仍保留在原來的位置上。
交配型轉變是一個直接的事件。在轉變中僅有一個受體(MAT),但有兩個供體(HML和HMR),轉換通常涉及到MAT上的拷貝被HML或HMR上的拷貝所取代。80%-90%的轉換,是MAT位點上的等位基因被另一個相對交配型等位基因所取代。通過細胞表型的決定顯示了這些基因的作用。a型細胞優先選擇HML為供體;α型細胞則優先選擇HMR。有5%的細胞被同類型新拷貝基因所取代;還有約5%並不發生變化。
2、 沉默暗盒和活性暗盒的結構
好幾組基因涉及到交配型的建立和轉換(表18-2)。有的基因實際上涉及到交配型,它們包括抑制暗盒表達的基因,轉換交配型或在接合中執行有關功能。
比較一下沉默暗盒(RMLα和HMRa)和活性暗盒((MTT a和MATα)的序列,我們就能描繪出決定交配的序列。圖18-12所示每種暗盒都有共同的序列,側翼序列W. X和Z夾著一個中心區Y。在a和α型暗盒中Y區域是不同的,分別稱之為Ya和Yα。中心區的兩側區域本質上都是相同的,僅HMRα缺少了W區。沉默暗盒是不表達的,活性暗盒可以Y區中的啟動子處轉錄。
(1)SIR基因關閉HMLα和HMRa基因
原來認為HMLα和MHRA之所以“沉默”是由於它的缺乏表達所必須的啟動子位點,但其實不然,因為MATα和MATa特異性mRNA的轉錄是在Y片段的內部起始的,而MAT座位和沉默基因必定也具有激活它們所必需的相同啟動子。差不多在同一時期遺傳學家們發現了4個不連鎖的基因沉默交配型調節基因,SIR(s:lent information regulator)1、2、3和4,這些基因產物共同起反式作用(它們並不在同一條的染色體上)來阻止沉默交配型基因的表達。若這4個SIR基因中任何一個基因失去作用的話,那么HMLα和HMRa基因就會以 MAT座位上的基因相同的速率進行轉錄。為了尋找SIR產物的作用位點,首先通過體外誘變在HMRa和HMRα中產生缺失,然後利用DNA轉化的方法將缺失的DNAs插入合適的酵母菌株中。
(2)EL(nesr HML)和ER(nearHMR)
缺失突變分析表明在各個HML和HMR的上游具有阻遏它們表達的位點,此靶位點有時稱為E沉默子和I沉默子,或EL(near HML)和ER(near HMR)。這些控制位點具有2個有趣的特點:① 它們具有像負的增強子的作用,它們能對遠隔2~5Kb的啟動子發揮作用,而且無論在靶啟動子的上下游兩個方向都可起作用,所以它們被稱為沉默子(silencers);② 它們和可能具有複製起點作用的ASR序列相聯(圖18-13)。
溫度敏感sir突變體的表達被用於研究HML和HMR的阻遏與DNA複製之間的關係。帶有sirts突變的細胞在高溫下培養,HML和HMR得到表達,然後降低溫度使SIR活性的恢復,當細胞被阻斷G1期時,HML和HMR仍持續表達。但當DNA複製時,HML和HMR就被抑制了,這表明與E元件相連的ASR序列對於建立HML和HMR的阻遏是必須的。這是一種阻遏的新形式,現在我們還不知其分子機制是怎樣的。
暗盒的活化導致了其染色質結構的改變,所有的暗盒都具有DNase I的超敏感位點,但在活化和沉默暗盒之間存在著重要的差異。核小體結構及超螺
鏇的程度都有改變,此可能和基因的激活有關。