загрузка...
загрузка...
На головну

Регуляція експресії генів у еукаріот

  1. З'єднання галогенів
  2. Ауторегуляції мозкового кровообігу
  3. Вегетативна регуляція кровообігу
  4. ВЗАЄМОДІЯ ГЕНІВ
  5. Вольова регуляція людської поведінки
  6. Воля. Довільна регуляція діяльності та поведінки людини.
  7. Питання: Реакції з використанням мічених антитіл або антигенів.

У зв'язку з особливостями організації окремих генів еукаріот і геному в цілому регуляція генної активності у них характеризується деякими відмінностями в порівнянні з прокариотами.

У еукаріот не встановлено оперон організації генів. Гени, що визначають синтез ферментів одного ланцюга біохімічних реакцій, можуть бути розсіяні в геномі і, очевидно, не мають, як у прокаріотів, єдиної регулюючої системи (ген-регулятор, оператор, промотор). У зв'язку з цим синтезовані мРНК у еукаріот моноцістронни, тобто є матрицями для окремих пептидних ланцюгів.

В даний час механізми регуляції і координації активності еукаріотичних генів інтенсивно вивчаються. Встановлено, що їх функціонування безсумнівно підпорядковується регуляторним впливам, проте регуляція транскрипції в еукаріот є комбінаційної, тобто активність кожного гена регулюється великим спектром генів-регуляторів (рис. 3.87).

Мал. 3.87. Регуляція експресії гена, що кодує білок Х у еукаріот,

двома регуляторними білками

У багатьох еукаріотичних генів, що кодують білки і транскрібіруемих РНК-полімераза II, в ДНК є кілька областей, які впізнаються різними білками-регуляторами. Однією з них є область, розташована поблизу промотора. Вона включає близько 100 пар нуклеотидів, в тому числі ТАТА-блок, розташований на відстані 25 пар нуклеотидів від точки початку транскрипції. Встановлено, що для успішного приєднання РНК-полімерази II до промотор необхідно попереднє з'єднання з ТАТА-блоком особливого білка - фактора транскрипції - з утворенням стабільного транскрипційного комплексу. Саме цей комплекс ДНК з білком впізнається РНК-полімераза II. Послідовності нуклеотидів, що примикають до ТАТА-блоку, формують необхідний для транскрипції елемент, розташований перед промотором.

Інша область, яка відіграє важливу роль в регуляції активності еукаріотичних генів, розташовується на великій відстані від промотора (до декількох тисяч пар нуклеотидів) і називається енхансером (Від англ. Enhance -посилює).

І енхансер, і препромоторний елемент еукаріотичних генів містять серію коротких нуклеотидних послідовностей, які зв'язуються з відповідними регуляторними білками. В результаті взаємодії цих білків відбувається включення або виключення генів.

Особливістю регуляції експресії еукаріотичних генів є також існування білків-регуляторів, які здатні контролювати транскрипцію багатьох генів, що кодують, можливо, інші білки-регулятори. У зв'язку з цим деякі (головні) білки-регулятори мають координуючим впливом на активність багатьох генів і їх дія характеризується плейотропних ефектом (рис. 3.88). Прикладом може служити існування білка, який активує транскрипцію декількох специфічних генів, що визначають диференціювання попередників жирових клітин.

Мал. 3.88. Регуляція експресії багатьох генів еукаріот

одним білком-регулятором

З огляду на те що в геномі еукаріотів є багато надлишкової ДНК, а в кожній клітині організму транскрибується всього 7-10% генів, логічно припущення про те, що у них переважає позитивний генетичний контроль, при якому активація невеликої частини генома виявляється більш економічною, ніж репресія основний маси генів.

Безперечною особливістю регуляції транскрипції в еукаріот є підпорядкованість цих процесів регулюючим впливам з боку гормонів організму. Останні часто грають роль індукторів транскрипції. Так, деякі стероїдні гормони оборотно зв'язуються особливими білками-рецепторами, утворюючи з ними комплекси. Активоване гормоном рецептор набуває здатності з'єднуватися зі специфічними ділянками хроматину, відповідальними за регуляцію активності генів, в яких рецептори дізнаються певні послідовності ДНК.

Специфічність регулюючого впливу гормону на транскрипцію обумовлена ??не тільки природою самого гормону, але і природою клітини-мішені, що синтезує специфічний білок-рецептор, який впливає на транскрипцію певного для даної клітини набору генів. Прикладом участі гормонів в регуляції активності певних генів може служити вплив тестостерону на розвиток тканин організму за чоловічим типом при наявності специфічного білка-рецептора. Відсутність останнього при мутації відповідного гена не дає можливості гормону проникнути в ядра клітин-мішеней і забезпечити включення певного набору генів: розвивається синдром тестикулярной фемінізації, або синдром Морріса (див. Розд. 3.6.5.2).

Наступна особливість регуляції генної активності у еукаріот пов'язана з утворенням стійкого комплексу ДНК з білками - хроматину (Див. Розд. 3.5.2.2). Провідна роль в компактизации ДНК належить гістонів, тому вони, безсумнівно, беруть участь і в процесах регуляції генної активності (див. Розд. 3.5.4). Неодмінною умовою для здійснення транскрипції в еукаріот є попередня декомпактізаціі хроматину на відповідній ділянці, де тимчасово втрачається зв'язок з Hi-гистонами і кілька послаблюється зв'язок з нуклеосомної гистонами. Правда, нуклеосомна організація хроматину не втрачається навіть в ході транскрипції, проте контакт ДНК і негістонових білків стає можливим і відбувається дерепресія гена.

Відмінною особливістю регуляції експресії генів у еукаріот є можливість її здійснення не тільки на стадії транскрипції, а й на інших етапах розтягнутого в часі процесу реалізації спадкової інформації. Регуляція на стадії транскрипції є найбільш економічною, але недостатньо швидко реагує на зміну ситуації. Так, виникла в клітці потреба в будь-якому білку не може бути швидко задоволена шляхом включення транскрипції відповідного гена. Синтезований транскрипт повинен піддатися процесингу, потім зріла мРНК повинна вийти з ядра в цитоплазму і, утворюючи комплекс з рибосомами, здійснити трансляцію інформації, синтезувавши пептид, який, лише пройшовши Посттрансляційна зміна, формує активний білок, необхідний клітці.

У тому випадку, коли клітці потрібно припинити синтез якогось продукту, після виключення транскрипції відповідного гена в цитоплазму деякий час будуть продовжувати надходити дозрівають молекули мРНК, які здійснюють там синтез пептидних ланцюгів, поки вони не деградують під дією ферментів. Таким чином, для ефективного регулювання експресії генів у еукаріот повинні існувати механізми, що працюють не тільки на стадії транскрипції, а й на інших етапах цього процесу.

Пов'язана з екзон-інтронів організацією генів необхідність процессічга, в тому числі сплайсингу, уможливлює регуляцію цих процесів в ядрі. В даний час обговорюється роль інтронних ділянок ДНК в зміні схеми сплайсингу при синтезі антитіл (див. Розд. 3.4.3.2) або цитохрому b (Див. Розд. 3.4.3.3). Це створює можливість, використовуючи один і той же первинний транскрипт, забезпечувати освіту матриць для різних пептидів, вирізаючи з них різні послідовності або змінюючи послідовності на 5'- і 3'-кінцях мРНК.

Очевидно, і транспорт зрілих мРНК з ядра в цитоплазму також регулюється певним чином, так як встановлено, що лише невелика частина РНК, транскрибируемой з генів, після сплайсингу залишає ядро. Значна кількість її деградує. Можливо, це є результатом процесингу, що спричиняє появу «неправильних» матриць.

Існують механізми, що забезпечують регуляцію процесів синтезу пептидних ланцюгів. Вони менш економічні, але відрізняються швидкістю реагування на зміни потреб клітини в даному білку. Регуляція трансляції здійснюється на стадії ініціації шляхом впливу на один з факторів ініціації, що каталізує приєднання до малої субодиниці рибосоми тРНК, що несе метіонін (формілметіонін) (див. Розд. 3.4.3). В результаті при наявності в цитоплазмі мРНК трансляції на ній не відбувається. Така ситуація спостерігається, наприклад, при відсутності в цитоплазмі гема, що веде до виключення трансляції глобінових ланцюгів гемоглобіну.

Нарешті, регуляція процесу реалізації спадкової інформації може здійснюватися і на стадії посттрансляційних змін. Припинення цих процесів обумовлює затримку у формуванні активних молекул білка при наявності необхідних для цього пептидних ланцюгів. Наприклад, для формування активної форми білкового гормону - інсуліну - з проінсуліну повинні вирізатися дві субодиниці. Гальмування цих процесів зменшує вихід кінцевого активного продукту.

Таким чином, розглянутий вище приклад регуляції експресії генів демонструє складні взаємозв'язки, які існують між ними в геномі. Формування будь-якої ознаки тому не можна розглядати як результат дії однієї пари алельних генів в генотипі. У будь-якому випадку регуляція експресії відповідального за цю ознаку гена здійснюється за участю інших генів.

 



Попередня   60   61   62   63   64   65   66   67   68   69   70   71   72   73   74   75   Наступна

Геном передбачуваного загального предка про- і еукаріот | Еволюція прокариотического генома | Еволюція еукаріотичного генома | Рухливі генетичні елементи | В еволюції геному | Для формування нормального фенотипу | Взаємодії між генами в генотипі | Регуляція експресії генів на геномном рівні організації спадкового матеріалу | Загальні принципи генетичного контролю експресії генів | Роль негенетических факторів |

загрузка...
© um.co.ua - учбові матеріали та реферати