В.И. Иванов - Генетика (1117686), страница 48
Текст из файла (страница 48)
12.2Л. СПЕЦИФИЧЕСКАЯ РЕГУЛЯЦИЯ ГЕННОЙ АКТИВНОСТИ Рис. 12.3. Структура промотора эукари- отического гена. Функционально наиболее важные участки расположены в положениях «-25»(бокс Хог- нвсов) и «-75» ТАТА-бокс ССААТ.бокс -75 Промоторы. Регуляция экспрессии генов эукариот основана на тех же принципах, что и у прокариот, хотя существуют и различия. Во-первых, как уже упоминалось, у эукар нот нет оперонов, и каждый ген представляет собой независимую траискрипционную единицу. Промоторы эукариот несколько отличаются от прокариотических по структуре. Функционально наиболее важные последовательности в промоторе эукариотического гена находятся в положениях я — 25» (бокс Хогнесса) и « — 75» Есть и другие участки, более удаленные от стартовой точки транскрипции (рис. 12.3).
Другую структуру имеют промоторы генов транспортных, рибосомных РНК и 55РН К. Прежде всего, эти промоторы внутренние, поэтому перед номерами их нуклсотидов ставится знак «ч-». П ромотор гена тРН К представлен на рис. 12.4. В промоторе гена тРНК имеются А- и В-боксы.
Установлены их канонические последовавд(ьности. При уменьшении расстояния между боксами транскрипция снижается или полностью прекращается. Замена всего одного нуклеотида в В-боксе в положении 5б СС вЂ” т С С в Т~О петле искажает правильную структуру тРН К. Регуляторная область гена 5З имеет сходную структуру. Она расположена между ч-50- и г 90-нуклеотидами и также имеет А- и С-боксы (рис.
12.5). Эихаисеры. Среди регуляторных элементов эукариот выделяют энхансеры, которые обычно располагаются достаточно далеко от регулируемого гена. Предполагается, что сближение энхансера и промотора достигается в результате образования между ними пеши ДНК, при этом белки-активаторы, «узнающие» энхансер, могут непосредственно взаимодейспювать с транскрипционным комплексом. Эттхаясерьт — усилители транскрипции — обладают следующими свойствами: ° могут находиться как в 5', так и в 3'-областях, а также в интронах и даже на значительном расстоянии ог промогоров; ° активируют гены независимо от ориентации; ° один энхансер может активировать различные гены; ° действие их может быть ткане- и видоспецифичным; ° энхансеры доступны действию различных белков, в том числе и гормонов. Пими /2 Югуиияии и «иии икаиими иии — 1СЯ А-бокс В-бокс Рис.
12.4. Сзрукзуря промо- пкра геня зрапспо1ггной РНК 111о: Сингер и Берг, 1998) ч1 ЧО +20 ч50 166 до ч90 108 Рис. 12.5. Промотор ге- на 58-рРНК (По: Сингер и Бсрд 1998) у! ч50 ч64 ч67 +72 ч60 ч90 доы20 Сайлепееры — ослабители транскрипции — являются негативными элементами по отношению к транскрипции. Они так же, как н энхансеры, функционируют в иииположении и могут оказывать свое действие на большом расстоянии от гена и при разной ориентации по отношению к нему Трапскрипциоппые факторы.
Многоклеточные эукариоты состоят из различных типов клеток, разнообразие которых обусловлено дифференциальной экспрессией генов, определяющих образование тканеспецифических белков. Один из механизмов, лежащих в основе дифференциальной экспрессии, — регуляция процесса транскрипции. Так, изучено влияние регуляторных белков на активность промотора альбум ино!юго гена АТ,В млекопитающих, функционирующего в клетках печени.
Левее стартовой точки расположены: последовательность промотора ТАТА (определяющего начало транскрипции, но не частоту инициации этого процесса) и последовательность ССААТ (влияющая на эффективность транскрипции). Тканевая специфичность определяется взаимодействием специфических факторов транскрипции со вспомо! а- тельными последовательностями промотора РЕ, ОЕ1, ОЕ!1, н ОЕ! П (рис. 12 6).
Последовательность РЕ у мыши (нз 13 нуклеотидов) служит сайтом связывания для тканеспецифического белка печени — НХ Г1. С последовательностью ОЕ! взаимодействует белок СЕР, а с ОЕП вЂ” 19Г!. Эти белки не обладают специфичностью, их роль — активация процесса транскрипции. Пока не ясно, каким образом взаимодействуют специфические и неспецифические белки в регуляторной области гена А7.В. Установлены сайты связывания регуляторных белков в промоторе гена (3-интерферона !ГХ. Промотор этого гена находится между парами оснований — 204 и +1. Левее ТАТА-бокса расположены последовательности пяти элементов, две из которых (Х ЫЭ! и ХРкО2) ответственны за негативную регуляцию, а три (РВ.О!, РРкОП и РРкО!11) способствукп активации транскрипции при присоединении к ннм соответствующих белков. Механизм смены этих процессов пока не изучен.
Факторы транскрипции и ядерный матрике. Ядерный матрикс был открыт в 50-е годы прошлого века И.Б. Збарским. Эта структура состоит из нерастворимых белков. Именно на нем происходит процесс транскрипции и созревания пре-мРНК. Показано, что факторы транскрипции, соединяясь с ядерным матриксом, обеспечивают правильное пространственное расположение промоторных и энхансерных участков генов (рис 12.7).
Они взаимодействуют с ДНК в участках связывания с матриксом и !ОИ Чаавь А Общая генеглаха Стимулирующее действие указанного элемента 3-4х 4х 15х фвк!Щф 61!1)з и!я 1 1 à — — З АТАСОСМОООАТТТАОТТАМСМСТТГПТГПТСТТТТТООСМООАТООТАТО*ТГТТОТМТООООТ -!60 -140 -!20 -!00 да~„. 3 СТРГМР1 СВР 50х ИВ йЩ01Я Г вЂ” 1 Г 1 АО6МССМТ6МАТОАМООТТА6Т6ТО6ТТМТ6*ТСТАСЫЗТТАТТб6ТТАбА6М6ТАТАТТАОА6С6ЫЗТТТСТСТОСАСАСА6 1 1 ! -80 -60 -40 .
-20 Н НМР4 Рис. 12.6. Взаимодействие специфических факторов транскрипции со вспомогатель1п,1ми последовательностями промотора альбуминового гена АСВ РЕ, ВЕ1, Т)ЕП, и 11Б11. (По: Сингер и Берг, 1998) Ън;подовательность РЕ служит сайтом связывания для белка Н!ЧР1, присутствующего только 1 клетках печени. Белки !ч Р У стрг!чр1 и с ВР участвуют в активации различных клеточных н внтусных праматоров Рис. 12.7. Схема взаимодействия связанных с ядерным матриксом факторов транскрипции с петлей ДНК и белкамн ядерного матрикса. (Из: Н.
Съяксте, Т. Съяксте, 2001) Энкансер Б Места связывания,—, Факторы факторовтранскрипции Я транскрипции П 1-1 Белки, сеяэыеающиеся ~.~ взаимодействие с Май белок-белок аии Глава 12 Регулиии» инна актиеткти Рис. 12.8. Транскрипционные регуляторные факторы другими белками ядерного матрикса, которых выявлено не менее 50, К ним относятся белки, связывающиеся с ДНК посредством «цинковых пальцев» (ЬР-1, МуТ1, ЕХЕ74, АТВХ); белки, связывающиеся с ДНК с помощью «лейциновой застежки- молнии» (С/ЕВР, АТР, 'г"г'-1); рецепторы стероидных гормонов и ассоциированные с ними факторы; белки с НМС-доменом (НМС»1, НМС2, НМС14, НМС !7, Айг 1В, )ЧМР2) и многие другие, Часто транскрипционные регуляторные факторы имеют специфическую структуру, например, структуру типа «цинковых пальцев».
Она характеризуется аминокислотными петлями, имеющими в основании два цистеина в одной части петли и два гистидина — в другой, связанные ионом цинка (рис. 12.8). Наряду с такими ферментами как РН К-полимеразы и топоизомеразы, в клетках эукариот присутствуют различные регуляторные белки, взаимодействующие с промоторами, энхансерами и сайленсерами. Таким белком является Р1, взаимодействующий с СССССС-блоком и ядерный фактор, связывающийся с СААТ-блоком. Нуклеосомы в активном хрома- тине соединены с белками НМСг ! 4 и НМС! 7.
В научной литературе обсуждаются различные гипотезы, обьясняющне, как РН К-поп имераза может гран скриб иро вать хром атин. В соответствии с одной из них, нуклеосомаразворачивается, половинки ее сердцевины разъединяются, РНК-полимераза транскрибирует ДНК, а затем половинки'нуклеосомы опять складываются. Согласно другой модели, РНК-пол имераза транскрибирует витки ДН К, которые нуклеосома сбрасывает по очереди: сначала один виток, а затем — другой.
Метилировавие оснований ДНК, Значительную роль в регуляции экспрессии генов у эукариот может играть метилирование ДНК (обычно по 5-му углероду цитозина). Неактивные гены содержат относительно много мегильных групп. Состояние повышенного метилировання может стабильно поддерживаться в течение многих поколений клеток. Для этого существует специальный механизм, обеспечивающий присоединение метильных групп в местах, аналогичных тем, где уже произошло метилирование в другой цепи. Механизм действия метил ьных групп заключается в том, что они нарушают взаимодействия ДНК вЂ” белок. Выступая в большую бороздку ДНК, метильные группы препятствуют связыванию транскрипционных факторов.
Кроме того, метилированные районы ДНК могуг взаимодействовать с транскрипционными репрессорами типа МеСР2, являющегося составной частью белкового регуляторного комплекса. Часть 1. Общая генетика Имвриитяиг. Феномен импринтинга демонстрирует роль метилнрования в регуляции экспрессии генов.
Суть этого феномена заключается в том, что аллели, унаслелованные от отца и матери, экспрессируются по-разному. Согласно одной из ги~ип аз, это связано с различным метилированием аллелей при образовании половых клеток. Подробно болезни импринтинга рассмотрены в части П. Медицинская генетика. Другой пример влияния метилировання на активность генов — лайоиизация одной из Х-хромосом у женщин. Гены инактивированной (лайонизированной) хромосомы почти все метилированы. 12,2,2.
НЕСПЕЦИФИЧЕСКАЯ РЕГУЛЯЦИЯ ГЕННОЙ АКТИВНОСТИ Этот тип регуляции может проявиться на разных уровнях организации генетического мазериала (генном, хромосомном, геномном). Примером неспецифической регуляции на генном уровне может служить потеря актищюсти любого гена, попавшего в гетерохроматин, при этом наблюдается так называемый «эффект положения генов». Так, у гетерозиготных самок ю+/1е проявляетси;шлель ю/иге из-за потери активности нормального аллеля вследствие переноса спь и при| гентромерный гетерохроматин с помощью инверсии (см.
рис. 5.3). 11римером регуляции активности генов на хромосомном уровне является потеря ак ~ ищ нести генов в половом хроматине, т.е. в гетерохроматизированных половых хромосомах. Факультативная гетерохроматизация достигается в этих хромосомах за счет плотной упаковки хроматина. Вследствие такой конденсации гены, локализовщ ~ ные в этих половых хромосомах, не транскрибируются. В ходе развития может быть инактивирован и весь геном. У диплоидных самцов м учгг истого червеца Р!анасассия сад теряют активность все аотцовскне» хромосомы, которые также, как и половые хромосомы у млекопитающих, способны к факультативной гетерохроматизации. Самцы этого вида имеют эухроматиновый материнский набор хромосом и гетерохроматиновый гаплонлный набор, полученный от отца, н то время как у самок активны оба набора хромосом, поэтому самцы мучнистого чернеца, несмотря на наличие диплоидного набора хромосом, функционально гаплоидны.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
