Osnovy_biokhimii_Nelson_i_Kokh_tom_3 (1123315), страница 16
Текст из файла (страница 16)
Другие ферменты используют химическую энергик> АТР для перестановки нуклеосом на ДНК (табл. 28-2); третьи изменяют состав гистонов в нуклеосомах. Лцетилирование и деацетилирование гистонов играет очень важную роль в процессах активации хроматина. Как отмечалось выше, 1>)-концевые домены гистонов в ядре нуклеосомы обычно обогащены остатками 1.уэ и Агй.
В ходе транскрипции гистон НЗ метилируется (под действием специфических гистонметилаз) по остатку 1уз" в нуклеосоме вблизи 5'-конца кодируя>щей области и по остатку 1узэь' внутри кодирующей области. Метилирование облегчает связывание гистонацетилтрансфераз (НАТ вЂ” от англ. ЬЫопе асету11>иггэ)гпгзез), которые ацетилируют определенные остатки лизина.
Цитоплазматические НАТ (тип В) ацетилирук>т вновь синтезированные гистоны до того, как они поступают из цитоплазмы в ядро. Последующее встраивание гистонов в хроматин после репликации облегчается шаперонами гистонов: САг1 для НЗ и Н4 и 1чАР1 для Н2А и Н2В (см. табл. 24-2). В тех участках, где хроматин активируется для транскрипции, гистоны нуклеосом далее ацетилируются под действием ядерных НАТ (тип Л). Ацетилирование многочисленных остатков 1уз в )Ч-концевых доменах гистонов НЗ и Н4 может уменьшать сродство к ДНК всей нуклеосомы. Ацетилирование специфических остатков 1.уз играет клк>чевую роль во взаимодействиях нуклеосом с другими белками. Когда транскрипция гена больше не нужна, в ходе общего процесса сайленсинга (отключения) генов, который возвращает хроматин в транскрипционно неактивное состояние, под действием гистондеацетилазной (НРАС вЂ” от англ, л(з1опе >геасегу1азез) активности ацетилирование нуклеосом в этом участке ослабевает.
Наряду с удалением определенных ацетильных групп происходит новая ковалентная модификация гистонов, Некоторые ферментные комгяексос катализируюнсие секзаниые с трзнскрнпциеи ыруктурные изменения кроматина ~п кт; и, н кы нн и ~ ) 1Н ~ ыит ом Л мо~ый ы ю, и ы Мт.и!стясно~тин1тн ~онмн сН н',', ..'з.Л Нс ',!: ~н н,г!~ ~ с~ус [260] Часть П1.
28. Регуляция экспрессии генов ключевые роли в подготовке участка хроматина к активной транскрипции. Некоторые представители третьего семейства комплексов, я тлгК1, участвуют в связывании варианта гистона П2А7 с транскрипционно активным хроматином. Некоторые представители других семейств преобразующих хроматин ферментов осуществляют перегруппировку нуклеосом в хроматине в процессе сайленсинга (отключения) генов, Общий результат перестройки хроматина — повышение доступности участка хромосомы и его «мечение» (химическая модификация) для облегчения связывания и действия транскрипционных факторов, регулируютцих экспрессию гена (или генов) в этой области. Многие зукариотические промоторы подвергаются положительной регуляции Как уже отмечалось, эукариотические РНК-полимеразы имеют небольшое сродство к своим промоторам (или не имеют его совсем), поэтому инициация транскрипции почти всегда зависит от действия многочисленных активаторных белков.
Одна важная причина явного доминирования положительной регуляции кажется очевидной — сохранение ДН1< внутри хроматина обеспечивает недоступность большинства промоторов, поэтому в отсутствие других регуляторных механизмов гены не экспрессируются.
Структура хроматина делает одни промоторы более доступными, чем другие, и рспрессоры, которые связываются с ДНК и предотвращают доступ РНК-полимеразе (отрицательная регуляция) просто не нужны. Использование положительной регуляции объясняется и другими факторами, главным образом, двумя: гигантским размером эукариотического генома и более высокой эффективностью положительной регуляции по сравнению с отрицательной регуляцией. В крупных геномах высших эукариот не- специфическое связывание регуляторных белков с ДНК становится серьезной проблемой. Кроме того, с увеличением размера генома повышается вероятность того, что отдельные специфические последовательности случайно могут оказаться в ненадлежащем месте. Специфичность активации транскрипции может быть повышена, если каждый белок-регулятор сначала связывает специфическую последовательность ДНК, а затем уже образует активационный комплекс с другими белками.
В многоклеточном организме среднее число регуляторных участков для каждого гена, по-видимому, не менее пяти. Необходимость связывания нескольких регуляторных белков со специфическими последовательностями ДНК значительно снижает вероятность случайного функционального совпадения всех задействованных участков связывания. В принципе подобная стратегия может реализоваться и для многочисленных элементов отрицательной регуляции, но тут играет роль вторая причина преимущественного использования положительной регуляции.
Эта вторая причина — более высокая эффективность положительной регуляции. Для отрицательной регуляции -29 000 генов человеческого генома каждая клетка должна была бы постоянно синтезировать такое же количество различных репрессоров (или намного больше, если каждый промотор регулируется несколькими элементами) в достаточно высокой концентрации, чтобы обеспечить специфичное связывание каждого «ненужного» гена.
При положительной регуляции большинство генов обычно находится в неактивном состоянии (т. е. РНК-полимеразы не связываются с промоторами), и клетка синтезирует только белки-активаторы, необходимые для транскрипции группы генов, необходимых в данное время.
Несмотря на эти аргументы, в эукариотах (от дрожжей до человека) все-таки встречаются примеры отрицательной регуляции, как мы увидим в дальнейшем. ДНК-связывающие активаторы и ко-активаторы способствуют сборке основных факторов транскрипции Продолжая наше исследование регуляции экспрессии генов эукариот, рассмотрим взаимодействия между промоторами и РНК-полимеразой П (Ро! П), ответственной за синтез эукариотических мРНК. Хотя многие (но не все) промоторы Ро! П содержат '1"А'1'А-бокс и !пг (инициатор) в стандартных позициях (см. рис.
26-9), они сильно различаются и по числу, и по расположению дополнительных последовательностей, необходимых для регуляции транскрипции. В высших эукариотах эти дополнительные регуляторные последовательности называют энхансерами, а в дрожжах— ! 282] Часть П1.
28. Регуляция экспрессии генов действуют такие активаторы? В болыпинстве случаев, по-видимому, расположенная между этими последовательностями ДНК образует петлю, в результате чего различные белковые комплексы приходят в непосредственный контакт. Образованию петли способствуют некоторые негистоновые белки, которые в большом количестве содержатся в хроматине и неспецифическим образом связываются с ДНК. Эта группа белков с высокой электрофоретической подвижностью в полиакриламидном геле (НМС вЂ” от англ. Ь!8Ь тоЫ!грдгоир; рис.
28-29) играет важную роль в ремоделировании хрома- тина н активации транскрипции. Ко-активаториые белковые комплексы. В большинстве случаев лля протекания транскрипции требуются дополнительные белковые комплексы. Были проведены биохимические и генетические исследования некоторых важных комплексов регуляторпых белков, которые взаимодействуют с Ро! П. Эти ко-активаторныс комплексы действуют как посредники между активаторами и комплексом Ро! П. Эукариотический ко-активатор состоит из 20 — 30 или более полипептидов, собранных в белковый комплекс, называемый медиатором (рис.
28-29). Многие из 20 полипептидов серлцевины этого комплекса высококонсервативны у разных видов организмов от грибов до человека. Дополнительный комплекс из четырех субьелиниц может взаимодействовать с медиатором и подавлять инициацию транскрипции. Медиатор прочно связывается с С-концевым доменом (СТ()) самой крупной субъединицы Ро! П. Медиаторный комплекс необходим как для базовой, так и для регулируемой транскрипции с промоторов полимеразы П; он также стимулирует фосфорилирование СТО под действием основного транскрипционного фактора ТН1Н. Активаторы транскрипции взаимодействуют с одним или несколькими компонентами медиа- торного комплекса, причем в строго определенных местах, различных для разных активаторов. Ко-активаторные комплексы функционируют в области ТАТА-бокса или поблизости.
Описаны и другие ко-активаторы, способствующие транскрипции одного или нескольких генов. Некоторые функционируют в паре с медиатором, а лругие в системах без медиаторов. ТАТА-связывающий белок. При сборке преинициаторного комплекса (Р1С вЂ” от англ. ргет!гга!!оп сотр!ех) в области ТАТА-бокса типичного промотора Ро! П первым присоединяется ТАТА-связывающий белок (ТВР— от англ. ТАТА-!этг1!я8ргоге!и). В полный комплекс входят основные факторы транскрипции ТГПВ, ТЕПЕ, ТН1Е ТЕПН, Ро! П и, возможно, ТЕНА. Однако этого минимального преинициаторного комплекса часто недостаточно для инициации транскрипции, если же промотор скрыт внутри хроматина, преинициаторный комплекс обычно вообще не образуется.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
