Помощничек
Главная | Обратная связь


Археология
Архитектура
Астрономия
Аудит
Биология
Ботаника
Бухгалтерский учёт
Войное дело
Генетика
География
Геология
Дизайн
Искусство
История
Кино
Кулинария
Культура
Литература
Математика
Медицина
Металлургия
Мифология
Музыка
Психология
Религия
Спорт
Строительство
Техника
Транспорт
Туризм
Усадьба
Физика
Фотография
Химия
Экология
Электричество
Электроника
Энергетика

Регуляция экспрессии генов у эукариот.



Существует несколько механизмов регуляции экспрессии генов у эукариот. Они контролируют практически все этапы экспрессии генов. Как и в предыдущем разделе (см. раздел 11.1.), рассмотрим механизмы регуляции только на уровне транскрипции.

Механизмы регуляции транскрипции.

К наиболее изученным относятся следующие.

1. Регуляция транскрипции через формирование инициирующего комплекса (ТИК).

Этот комплекс формируется следующим образом: факторы транскрипции взаимодействуют с сигнальными последовательностями ДНК промотора, создавая прочный белково-нуклеотидный комплекс. К нему присоединяется РНК-полимераза(состоящая, примерно, из 10 полипептидов). Этот многоэтапный процесс образования ТИК контролируется белками- регуляторами, которые, взаимодействуя с различными составляющими комплекса, могут ускорить образование ТИК или, наоборот затормозить его формирование.

2. Дистантное влияние на формирование ТИК.

У эукариот, как известно, имеется промотор, часто лежащий рядом с геном, но отсутствует оператор. Вместо него имеются регуляторные области, находящиеся в ДНК или рядом с промотором или на расстоянии (иногда значительном) от него. Эти регуляторные последовательности состоят из относительно коротких последовательностей ДНК. с которыми связываются белки-регуляторы. Эти белки регуляторы и влияют на формирование ТИК, которое происходит в области промотора. Пока не выяснено, каким образом, этот белок регулятор влиять на формирование ТИК, находящийся на достаточном удалении от белка-регулятора. Предполагают, что это связано с тем, что молекула ДНК в ядре делает петлю, в результате чего два участка (участок с белком регулятором и участок, где формируется ТИК) сближаются. Это позволяет белку регулятору влиять на образование ТИК (см. рис. 73 ). Считают, что именно таким образом, действуют белки регуляторы связанные с энхансерами и сайленсерами – участками ДНК размером 10 – 20 пар нуклеотидов Энхансеры увеличивают скорость транскрипции, сайленсеры замедляют.

 

Энхансер Сайленсер Белок-регулятор

сайленсера

Белок-регулятор

прикреплённый

к энхансеру

 

 

Петля ДНК Факторы

транскрипции

 

 

РНК-полимераза

Белок связанный

с ДНК промотором

 
 


Промотор

 

Рис.73. Петля ДНК. Белки-регуляторы, осаждённые на энхансере и сайленсере взаимодействуют с факторами инициации промотора.

 

 

3. Плейотропность в регуляции генов эукариот. Среди белков-регуляторов у эукариот существует своеобразная иерархия. Один главный белок-регулятор контролирует транскрипцию нескольких генов-регуляторов. Последние, в свою очередь, контролируют активность структурных генов.

Некоторые механизмы регуляции экспрессии генов, имеющиеся у эукариот отсутствуют у прокариот. Например, у прокариот нет таких эффективных механизмов регуляции, как модификация процессинга, влияние на интенсивность транспорта РНК из ядра в цитоплазму, изменение стабильности РНК и т.д.

а. Механизмы регуляции процессинга РНК у эукариот.

Один из способов регуляции экспрессии генов при созревании мРНК – альтернативный сплайсинг. О нём мы писали в разделе 7.5. Другой механизм – редактирование ДНК,когда первичная структура мРНК после транскрипции в одних случаях сохраняется а в других изменяется в результате мутации. В последнем случае про-иРНК может нести другую функцию или вовсе её утратить.

Приведём пример. Последовательности – УАА, УАГ и УГА являются терминирующими кодонами. Они располагаются в сайте терминации и служат сигналом остановки РНК-полимеразы и прекращения синтеза любой РНК. В результате мутаций в нутрии гена может происходить замена одного нуклеотида на другой. Например, при дезаминировании цитозин может превратиться в урацил. В этом случае кодон ЦАА, ЦАГ и ЦГА кодирующие аминокислоты (валин и аланин) превратятся в бессмысленные кодоны УАА, УАГ и УГА. Этот феномен, превращения смысловых кодонов в бессмысленные, в результате мутаций, используется в живых организмах в качестве регулирующего механизма. Так, у человека имеется ген, кодирующий образование липопротеинов ответственных за обмен жиров (в частности транспортировку их из кишечника в лимфу, а затем в кровь). Этот ген имеется во всех клетках организма человека, но функционируют он только в дух органах – в печени и кишечнике. И в печени и в кишечнике ген имеет одно и тоже строение и один и тот же нуклеотидный состав. В печени экспрессия гена реализуется в полипептид апопротеин В-100 (апо-В-100 или В-100), а в кишечнике синтезируется апопротеин, содержащий всего 48% нуклеотидных оснований по сравнению с В-100. Поэтому такой протеин назвали апопротеин В-48 или просто В-48. Оказалось, что в клетках кишечника, в середине гена кодирующего апопротеин находился (как и в клетках печени) триплет ЦАА, но в результате дезаминирования цитозин триплета превратился в урацил и триплет приобрёл статус бессмысленного кодона УАА. Понятно, что, подойдя к нему, РНК-полимераза заканчивает транскрипцию мРНК, в результате чего при трансляции формируется не 100% белок В-100, а В-48. Однако, и белок В-100 и белок В-48 исправно несут свои функции, хотя и отличающиеся друг от друга.

б. Механизм регуляции перехода мРНК из ядра в цитоплазму. Для участия в трансляции мРНК должна выйти из ядра (места своего синтеза) через ядерные поры в цитоплазму. Специальные ферменты нуклеазы расщепляют мРНК при таком переходе. Деградация приостанавливается, если мРНК связана с белком. Понятно, что в этом случае количественный выход мРНК из ядра в цитоплазму зависит от двух факторов: от количества ферментов расщепляющих иРНК и количества белка способного связаться с мРНК. Синтез нуклеаз и белка регулируются. Например, если клетке необходимо синтезировать большое количество гистонов (это бывает в синтетическом периоде, когда идёт интенсивный синтез ДНК и строительство нуклеосом из гистонов), то усиливается выработка белков взаимодействующих с гистоновой мРНК. Выход её в цитоплазму увеличивается.

Существуют и другие механизмы регуляции о которых мы только упомянем – регуляция стабильности мРНК, регуляция скорости трансляции , регуляция продолжительности жизни молекул белка и др.

В заключении необходимо отметить, что в изучении регуляции экспрессии сейчас всё большее значение придают химическим изменениям, происходящим в определённых участках генома. Наиболее известное из них – метилирование, т.е. присоединение к цитозину метильной группы ( - СН3). Такая модификация часто происходит в ДНК рядом с геном и существенно сказываясь на его работе. Важным является то, что метилирование не изменяет нуклеотидную последовательность ДНК, т.е. это не мутационная изменчивость. Не затрагивает метилирование и информацию в гене. Это не мутационная эпигенетическая изменчивость. Сейчас изучение этой изменчивости стало одним из важнейших направлений в генетики - эпигеномика (от греческого «эпи» – рядом, около).

 




©2015 studopedya.ru Все права принадлежат авторам размещенных материалов.