Регуляция генной активности на уровне репликации. Трансляционная и посттрансляционная регуляция генной активности.

В некоторых случаях увеличение количества продукта гена достигается за счет увеличения числа его копий. Наиболее известный пример амплификации (умножения) -многократная избирательная репликация генов рРНК в ооцитах амфибий. Такой тип регуляции репликации обеспечивает накопление большого количества копий определенных генов и их дальнейшую транскрипцию.

В ооците один набор рибосомных генов каким-то образом отсоединяется от хромосомы (либо копируется) и сворачивается в кольцо. В одной из цепей этого кольца происходит разрыв (ник) и с этого ника начинается синтез ДНК в обоих направлениях. С помощью такого механизма «катящегося кольца» образуются идентичные копии рибосомных генов и разделяющих их последовательности спейсеров. На стадии пахитены в профазе мейоза образуются экстрахромосомные ядрышки за счет амплификации рибосомных генов, транскрипция с которых происходит на стадии диплотены. Первичные транскрипты рибосомных генов после процессинга и образования зрелых РН К используются для образования рибосом.

Известна амплификация генов белков хориона в фолликулярных клетках у дрозофилы, но в отличие от рибосомных эти гены остаются присоединенными к хромосоме. После многократных циклов репликации ДНК в этих областях образуются многоцепочечные структуры в виде ветвей, когда в пределах одной вилки репликации образуется новая вилка.

Регуляция процесса трансляции того или иного белка необходима для синтеза достаточного его количества на определенной стадии онтогенеза. При этом для образования олигомерного белка требуется скоординированный синтез и определенное численное соотношение рахчичных его субъединиц. Кроме того, активация или инактивация белков осуществляется либо с помощью различных модификаций их структуры либо путем образования/ разрушения функциональных белковых комплексов.

Пути трансляционной и пострансляционной регуляция генной экспрессии весьма многообразны, рассмотрим только некоторые из них. Одним из механизмов контроля экспрессии генов является изменение последовательности пар нуклеотидов в 5' и 3-концах мРНК, модификация которых может изменить длительность жизни мРНК. Такделеции AU последовательности в З'-нетранслируемом участке мРНК, транскрибированной с гена c-fos, приводят к увеличению концентрации и продолжительности жизни матричной РНК, накоплению белка, стимулирующего деление клеток фибробластов, и в конце концов к образованию опухоли. Показано, что на время жизни мРНК также влияет изменение и первых кодонов 5'- области гена, определяющих, сигнальную последовательность полипептидной цепи, например тубулина.

регуляция генной активности

Пример значительной задержки трансляции мРНК у эукариот демонстрируют долгоживушие цитоплазматические рибонуклеопротеиновые частицы (информосомы) в ооцитах морского ежа, РНК которых транслируется только после оплодотворения. Известными являются также данные, что раннее развитие контролируется факторами, запасенными или синтезированными в ооците в случае, например, материнского типа наследования.

Один из способов регуляции — образование вторичных структур в виде шпилек в районе инициирующего кодона, верхняя часть которых - петля, образованная из неспаренных оснований. Колоны AUG, находясь в районе стебля, блокируют трансляцию. Кроме того, есть регуляторные белки, которые, связываясь с инициирующим кодоном, репрессируют трансляцию.

Репрессия трансляции осуществляется при наличии избытка белка, т. е. основана на принципе обратной связи. Так, белок S7 репрессирует свою собственную трансляцию, и вместе с тем является регуляторным белком по отношению к рядом расположенному в опероне гену фактора транслокации (EF-G).

Регуляция процесса трансляции может быть обеспечена сменой матричных РНК в зависимости от условий среды и потребности клетки. Например, синтез ферритина в клетках млекопитающих регулируется с помощью железа на трансляционном уровне. В 5'- лидерной области ферритиновой мРНК была обнаружена область из четырех десятков п.н., участвующая в регуляции синтеза ферритина с помощью железа. Эта область содержит шпилечную структуру, с которой связывается регуляторный белок, блокируя доступ рибосом к началу трансляции мРН К ферритина. Таким способом эта мРНК реагирует на увеличение концентрации железа. Эффективность трансляции зависиттакже от такого средового фактора как рН клетки -увеличение значения рН с уровня 6.9 (характерного для ооцита) до уровня 7.4 (присущего зиготе) приводит к значительному увеличению белкового синтеза,

Активация/инактивация белков зависит от их иострансляцконной модификации: фосфорилирования, ацетнлирования, метилирования. Так фосфорилирование/дефосфорилирование служит одним из механизмов регулирования активности регуляторных белков и ферментов. Некоторые гормоны, стимулируя фосфорилирование негистоновых белков (НГБ), усиливают транскрипцию. Фосфорилирование фактора, инициирующего трансляцию у эукариот elF-2, приводит к остановке синтеза белка. При инактивации протеинкиназы фактор elF-2 не фосфорилируется и, связываясь с фактором eIF-2B, удаляется из рибосомы, что приводит к продолжению синтеза белка (например, полипептидных цепей, входящих в состав гемоглобина НЬА). В случае фосфорилирования гистонов с участием гистоновых киназ число отрицательных зарядов на гистон увеличивается, и это может привести к их отделению от ДНК и деконденсации хроматина.

Другой пример. Некоторые вирусные онкогены кодируют белки с тирозинкиназной активностью. Клеточный онкоген c-src (протеинкиназа) может быть активирован путем фоосфорилированиятирозина. Белокsrc способен фосфорили-ровать субъединицу фактора р34, участвующую в стимуляции бесконтрольного деления клетки.

Путем ко валентных модификаций изменяется ионный состав гистонов и их стерические свойства, от которых зависит взаимодействие с молекулой ДНК. Так, ацетилирование гистонов ведет к развороту нуклеосомных частиц, поскольку модифицированные таким образом гистоны связываются с ДНК менее эффекгивно.

Большое значение в процессах регуляции активности генов имеет метилирование как молекул ДНК, так и гистонов, входящих в структуру нуклеосом. Метилирование усиливает основность гистонов и связь с ДНК. Хотя метилирование гистонов происходит после их синтеза, эта модификация сказывается в процессах репликации и транскрипции. Эти изменения гистонов нарушают процесс деспирализации нуклеосом перед началом синтеза ДН К или ее транскрипции.

- Читать далее "Мутации. Теоритические основы мутационной изменчивости."

Оглавление темы "Генные и хромосомные мутации.":
1. Регуляция транскрипции у прокариот. Негативная и позитивная регуляция генной активности.
2. Специфическая регуляция генной активности. Методы регуляции генной активности.
3. Неспецифическая регуляция генной активности. Компенсация дозы генов у дрозофилы.
4. Компенсация дозы генов у млекопитающих. Современная теория инактивации Х-хромосомы.
5. Регуляция генной активности на уровне репликации. Трансляционная и посттрансляционная регуляция генной активности.
6. Мутации. Теоритические основы мутационной изменчивости.
7. Геномные мутации. Гаплоидия. Полиплоидия.
8. Анеуплоидия. Нуллисомия. Моносомия. Полисемия.
9. Хромосомные мутации. Делеции. Дупликации.
10. Инверсии хромосом. Транслокации хромосом.

Ждем ваших вопросов и рекомендаций: