besslavniy_ubludok666 (dimamed666) wrote,
besslavniy_ubludok666
dimamed666

Category:

Коротко о регуляции работы генов.

 Пока что черновой вариант, вероятно, слишком краткий и неточный, но - сейчас весна, а каждую весну самочуствие у меня преотвратнейшее, так что...если что, переделаю потом.

Все гены можно разделить на структурные и функциональные. Структурные – несут информацию о белках-ферментах и гистонах, о последовательности нуклеотидов в различных видах РНК. Функциональные гены: гены-модуляторы, усиливающие или ослабляющие действие структурных генов(ингибиторы, интенсефикаторы, модификаторы); гены, регулирующие работу структурных генов(регуляторы и операторы).

Регуляция работы генов.

Термины:

1)Индукторы – вещества, индуцирующие синтез ферментов, которые их разлагают.

2) Репрессия – прекращение синтеза фермента, фактор вызывающий репрессию – корепрессор.

3)Группа структурных генов, управляемая одним геном-оператором – оперон.

Прокариоты:

Представим себе некую линейную последовательность ДНК, на которой слева направо расположены: ген-регулятор(находится обычно на некотором расстоянии от оперона, постоянно активен и продукт его экспрессии – белок-репрессор), далее – промотор и инициатор(место первичного прикрепления РНК-полимеразы), далее – ген-оператор(с которым соединяется белок-репрессор, «выключающий» оперон), следом располагаются структурные гены и заканчивается всё это последовательностью-терминатором, которая прекращает транскрипцию(терминирует).

Оперон «Вкл»:

в том случае, если в клетку поступает индуктор, он связывает белок-репрессор, освобождая ген- оператор, РНК-полимераза соединяется с промотором=> происходит транскрипция ПОЛИцистронной и-РНК, с которой транслируется фермент, разрушающий вещество – индуктор, после чего…

Оперон переходит в состояние «Выкл»: белок-репрессор связывается с геном-оператором и транскрипция прекращается.

Это – механизм работы индуцибельного оперона, бывают ещё и репрессибельные, в работе которых:

*Регулятором является конечный продукт(S) цепи контролируемых реакций.

*В отсутствии этого продукта белок-репрессор имеет инзкое сродство к оператору, поэтому оперон «включён» и транскрибирует и-РНК ферментов, способствующих образованию вышеупомянутого конечного продукта(S)

* При накоплении S некоторое количество этого самого S связывается с белком-репрессором, повышая его сродство к оператору, и оперон «выключается».

Эукариоты:

Общие принципы те же, что и у прокариот, однако механизмы более сложные. Единица транскрипции эукариот называется транскриптоном. Состоит из акцепторной(неинформативной) и структурной(информативной) зон. Неинформативная зона включает в себя: промотор и инициатор, а также группу генов-операторов, за которыми расположена информативная зона. Которая состоит из структурного гена, разделённого на экзоны(информативные участки) и интроны(неинформативные участки, не кодируют белок). Заканчивается всё это дело опять же терминатором.

Работу транскриптона регулируют несколько генов-операторов, дающих информацию для синтеза нескольких белков-репрессоров. Индукторы в клетках прокариот – это как правило сложные молекулы, для расщепления которых нужны многоступенчатые реакции, в которых задействовано несколько ферментов. Особенность работы транскриптона состоит в том, что при «включении» оного сначала синтезируется про-иРНК, содержащая последовательности, комплиментарные как экзонам, так и интронам. Поэтому далее в ядре клетки происходит процессинг и-РНК – ферментативное разрушение неинформативной части и-РНК и расщепление информативной части на последовательности, комплиментарные экзонам. Далее из фрагментов информативной части и-РНК формируется моноцистронная и-РНК посредством сплайсинга(который может быть и альтернативным, что приводит к полиморфизму белков в конечном итоге) – сшивания фрагментов лигазами. Далее и-РНК выходит из ядра в рибосомы, происходит трансляция. Всё остальное происходит принципиально так же, как и в случае с опероном.

Эпигенетические механизмы регуляции функционирования генома.

Как известно, все клетки организма имеют идентичный геном. Но при этом очень сильно различаются цитоморфологически и функционально. Эти различия являются результатом экспрессии или инактивации различных генов посредством эпигенетических изменений, которые могут репрограмировать работу генома в процессе развития организма.

Эпигенетические механизмы регуляции экспрессии можно определить как наследственный код, отличный от геномной последовательности нуклеотидов, который включает в себя:

*посттрансляционную модификацию гистонов

*ДНК-метилирование цитозина в CpG-нуклеотидах(цитозин + гуанин)

*АТФ-зависимое ремоделирование хроматина

*различные типы малых РНК, учавствующих в инактивации и экспрессии генов.

Имеет смысл выделить из всего этого метилирование ДНК, модификацию гистонов и РНК-интерференцию. (экспрессия генов тесно связана с состоянием хроматина, а эти механизмы регулируют экспрессию посредством изменения плотности упаковки ДНК и гистонов.)

Эпигенетические «метки», такие как метилирование ДНК и модификации гистонов. могут быть скопированы в S-фазе, благодаря чему эпигенетическая информация может быть передана через ряд клеточных делений, эпигенетический статус может наследоваться.

Метилирование ДНК:

Только одно основание может быть подвергнуто такой модификации в физиологических условиях – цитозин. Метилирование у позвоночных поддерживается целым семейством ДНК-метилтрансфераз. Метилирование de novo осуществляется DNMT3a & DNMT3b. Поддерживающее метилирование – DNMT1, к-рая метилирует СрG-динуклеотиды комплиментарной неметилированной цепи, превращая гемиметелированную ДНК в гомометилированную. Эта модификация приводит к инактивации определённых генов в онтогенезе. Тканеспецифические гены, как правило, не имеют районов, обогащённых СрG-динуклеотидами(СрG-островков), число генов, экспрессирующихся в ЭСК(эмбриональные стволовые клетки), гораздо выше таковых в тканях взрослого организма, из чего можно сделать вывод – метилирование служит одним из механизмов дифференцировки тканей в онтогенезе человека.

Модификация гистонов.

Как известно, хроматин в ядре м.б. представлен в 2-х состояниях: гетерохроматина(плотно упакованный) и эухроматина(«разреженный»). Гетерохроматин конденсирован и неактивен. Упаковка ДНК определяет её доступность различным факторам. Тип ковалентной модификации гистонов может влиять на структурную динамику нуклеосомы, изменяя, таким образом, степень доступности ДНК.

Структура коровых гистонов эволюционно консервативна, но их N- концевые «хвосты», выходящие за пределы нуклеосомы, могут претерпевать многочисленные посттрансляционные модификации, как то: ацетилирование, метилирование, фосфорилирование и др. Ацетилирование приводит к ослаблению межнуклеосомных взаимодействий и взаимодействий нуклеосомы с линкерной ДНК, что способствует бОльшей доступности ДНК. Метилирование – приводит к долговременному эпигенетическому поддержанию уровня экспрессии генов. Характерными чертами активного хроматина являются гиперацетелирование гистонов и отсутствие 5-метилцитозина в ДНК, неактивного – гиперметилирование цитозина и деацитилирование гистонов.

Установлено, что мутации в генах, кодирующих ферменты-модификаторы гистонов, приводят к полной потери клеткой способности развиваться и гибели. Т.о. можно заключить, что «гистоновый код»(разнообразный набор модификаций гистоновых «хвостов», определяющий функциональное состояние генов) – это своеобразная «эпигенетическая программа» каскадного включения-выключения генов в процессе дифференцировки и жизнедеятельности клеток.

РНК-интерференция.

Интерференция РНК – феномен, ведущий к посттранскрипционному молчанию генов (PTGS2).
Явление RNA interference (RNAi3) обнаружено Fire et al. в 1998 году у нематоды C.elegans. Было обнаружено, что введение двухцепочечной РНК (dsRNA1) в нематоду приводит к замолканию генов гомологичных введеной
dsRNA1 и образование малых РНК (siRNAs4). Позже выяснилось, что этот феномен широко распространен среди большинства организмов, включая простейших, животных и растений. Интерференция РНК заключается в разрезании dsRNA1 на короткие, ~20 нуклеотидов, фрагменты, которые выполняют роль матрицы для узнавания комлементарных РНК и разрезания их на фрагменты.(с) http://www.cellbiol.ru/book/molekulyarnaya_biologiya/regulyatsiya_ekspresii/interferentsiya_rnk

Обширный класс регуляторных РНК млекопитающих составляют очень короткие(21-25 нуклеотидов) молекулы, называемые микро-РНК и котороткие интерфирирующие РНК, соотв. mi-РНК и si-РНК. Предшественники mi-РНК – эндогенные короткие шпилечные структуры, мишени – другие локусы со сходной, но не идентичной нуклеотидной последовательностью, где mi-РНК вызывают репрессию трансляции. si-РНК образуется из более длинных 2-нитеивых РНК или длинных шпилек, часто экзогенного происхождения, обычно их мишени – гомологичные последовательности в том же локусе либо в другой части генома. si-РНК разрушает м-РНК этих последовательностей, переводя соответствующие гены в инактивированное состояние.

mi-РНК человека в большинстве своём кластерированны и экспрессируются совместно, причём бОльшая часть mi-РНК консервативна и расположена в районах, наиболее часто вовлечённых в структурные перестройки хромосом или в ломких сайтах, что имеет значение в развитии ряда генетических заболеваний. Показано, что mi-РНК активно учавствуют в процессах онтогенеза, метаболизма жира, гематопоэзе, развитии мышц, самовозобновлении и дифференцировке СК.

si-РНК способны инактивировать экспрессию генов путём индукции метилирования CpG-островков промоторных районов, изначально они рассматривались как система противовирусной защиты и репрессии транспозонов.

Tags: околобиологическое
Subscribe

  • Post a new comment

    Error

    Anonymous comments are disabled in this journal

    default userpic

    Your reply will be screened

    Your IP address will be recorded 

  • 2 comments