Б. Альбертс, А. Джонсон, Д. Льюис и др. - Молекулярная биология клетки (djvu) (1129766), страница 135
Текст из файла (страница 135)
Действительно, некоторые бактерии кодируют до сотни различных сигма-субъединиц и, следовательно, во многом зависят от такой формы регуляции генов. Вирусы бактерий часто пользуются этим, чтобы завладеть цолимеразой клетки хозяина и быстро и последовательно активировать несколько наборов ви русных генов (рис. 7.И).
Таблица 7.2. Сигма-факторы Е. сой Обозначение сигма факторов основано на их приблизительном молекулярном весе в килолвль тонах. РНК-попимераза с бакгериапьным сигма-фактором хэ,, РНК-полимераза с вирусным сигма-подобным фактором эу:: и лг,, '~ чхзк«имтеэгг»ч«16ги 28 28 34 о; „ВИРУСНДЯ Лнк 34 поздние гены средние гены ранние гены Рис. 7.43. Взаимозаменяемые субъединнцы РНК-полимеразы как стратегия контроля экспрессми генов у бактериофага. Бактериальный вирус 5РО1, который заражает бактерию 8.
зоыра, использует полимеразу бактерий для транскрипции своих ранних генов сразу после того, как вирусная ДНК попадает в клетку Один иэ ранних генов, именуемый 28, кодирует сигма-подобный фактор, который связывается с РНК-полнмеразой и вытесняет бактериальный сигма-факюр. Новая форма полимеразы специфически инициирует транскрипцию «средних» генов вируса 5РО1. Один из средних генов кодирует второй сигма-подобный фактор, 34, который замещает продукт гена 28 и ориентирует РН К-пол име разу на транскрипцию «поздних» генов На основе этого последнего набора генов синтезируются белки, которые укладывают хромосому вируса в вирусную оболочку и лизируют клетку. При данной стратегии наборы вирусных генов зкспрессируются в порядке своей необходимости, что гарантирует быструю и эффективную репликацию вируса 7.3.6.
Сложные генные переключатели эволюционировали, чтобы контролировать транскрипцию генОв эукариот Принципы регуляции генов бактерий и эукариот во многом одинаковы, вклю чая ключевую роль регуляторных белков, прочно связывающихся с короткими участками ДНК, важность слабых белок-белковых взаимодействий в активации генов, а также гибкостгч возможную благодаря петлеобразованию ДНК. Однако по сравнению с прокариотами в регуляции генов эукариот участвуют намного больше белков и более длинные отрезки ДНК, а сама регуляция часто кажется невообразимо сложной. Эта повышенная сложность служит важным преимугцеством эукариотиче ской клетки.
Генетические переключатели у бактерий, как было отмечено, обычно реагируют на один или несколько сигналов. Но для эукариот вполне обычным является поступление десятка сигналов на один промотор и аппарат транскрипции, суммирующий все эти различные сигналы, чтобы образовать соответствующее ко 73. Как работают генетические переключатели б77 личество мРНК. Начнем наше описание регуляции генов у эукариот с выделения основных особенностей, которые отличают ее от регуляции у бактерий. В главе 6 шла речь о том, что для эукариотической РНК-полимеразы П, которая транскрибирует все кодируюшие белок гены, необходимо пять общих факторов транскрипции (в целом 27 субъединиц, см.
табл. 6.3, стр. 525), а для бактериальной РНК-полимеразы требуется только один фактор транскрипции — о-субъединица. Как мы видели, пошаговая сборка обших факторов транскрипции на эукариотическом промоторе предоставляет, в принципе, множество этапов, на которых клетка может увеличить или уменьшить частоту инициации транскрипции в ответ на действие регуляторных белков. У эукариотических клеток нет оперонов — наборов связанных генов, транскрибируемых как одно целое, следовательно, каждый ген регулируется отдельно.
Каждый бактериальный ген обычно контролируется одним или несколькимн регуляторными белками, но для эукариот является типичным контроль гена множеством (иногда сотнями) различных регуляторных белков. Такая сложность организации становится возможной, поскольку, как мы увидим далее, многие эукариотические регуляторные белки могут действовать через очень большие расстояния (десятки тысяч нуклеотидных пар), что позволяет практически бесконечному числу белков влиять на единственный ген.
Основным компонентом системы регуляции генов у эукариот является медиатор (тес(гагог) — комплекс из 24 субъединиц, служащий посредником между регуляторными белками и РНК-полимеразой (см. Рис. 6.19). Медиатор обеспечивает более широкую плошадь контакта для регуляторных белков по сравнению с той, которую предоставляет в одиночку одна лишь РНК-полимераза у бактерий.
Упаковка эукариотической ДНК в хроматин дает множество возможностей для регуляции транскрипции, что не доступно для бактерий. Обшие факторы транскрипции РНК-полимеразы П были рассмотрены в главе 6 (см. разд. 6.1.7 — 6.1.8), а здесь мы сконцеигрируем свое внимание на последних четырех описанных особенностях и на том, как они используются для контроля экспрессии генов у эукариот. 7.3.7. Контролирующая область гена эукариот состоит из промотора и регуляторных последовательностей ДНК Поскольку типичный эукариотический регуляторный белок контролирует транскрипцию, связываясь с ДНК вдали от промотора, последовательности ДНК, которые контролируют экспрессию гена, часто распределены вдоль длинных отрезков ДНК. Мы используем термин контролирующая область гена (пепе соп(го1 гея(оп) для описания всего отрезка ДНК, участвующего в регулировании и инициации транскрипции гена, включая промотор (ргошо(ег), где происходит сборка общих факторов транскрипции и полимеразы, а также все регуляторные последовательности (геди!а(огу эеопепсеэ), с которыми связываются регуляторные белки для контроля скорости процессов сборки на промоторе (рис.
7.44). Вполне обычным является обнаружение у животных и растений регуляторных последовательностей гена, рассеянных на таких больших расстояниях, как 50000 нуклеотидных пар. Большинство подобной ДНК служит в качестве «спейсерных» последовательностей, которые регуляторные белки напрямую не распознают, но она придаст гибкость, необходимую для эффективного петлеобразовання ДНК. В данном случае важно помнить о том, что, как и другие области эукариотических хромосом, большая часть ДНК в контролирующих об- общие факторы РНК-попимераэа 11 белки-регуляторы белки-регуляторы активности транскрипции активности Д ф ~(- ! участок контрОйя экспрессии свив Х медиатор ген Х тдтд„': ~ РНК-трвнскрипт Рис.
7.44. Контролирующая область типичного зунариотичесного гена. Промогпор представляет собой последовательность ДНК, где происходит сборка общих факторов транскрипции и полимеразы (см. рис. 6.16). Регулягпорные последовогпельносгли служат участками связывания для регуляторных белков, присутствие которых на ДНК влияет на интенсивность инициации транскрипции.
Эти последовательности можно обнаружить вблизи промотора, намного раньше него или даже в интронах либо после гена. Как показано в нижней части рисунка, петлеобразование ДНК позволяет регуляторным белкам, связавшимся на любом из этих мест, взаимодействовать с белками, которые собираются на промоторе. Многие регуляторные белки генов действуют через медиатор, тогда как другие напрямую влияют на общие факторы транскрипции и РНК-полимеразу. Здесь не показано, но многие регуляторные белки также влияют на структуру хроматина в контролирующей области ДНК, таким образом, воздействуя на инициацию транскрипции косвенным путем (см.
рис. 4.45). Как отмечалось в тексте, для простоты «ген Х» относится здесь к кодирующей последовательности в гене. ластях упакована в нуклеосомы и более высокоупорядоченные формы хроматина, следовательно, это уменьшает ее длину и изменяет ее свойства. В данной главе мы используем термин «ген» в широком смысле для обозначения только того участка ДИК, который транскрибируется в РНК тем. рис. 7А4).
Однако классическое понимание термина «ген» включает в себя также контролирующие области, что делает большинство эукариотпческих генов значительно больше в размерах. От крытие альтернативного сплайсинга РН К еще больше усложнило определение гена (эту тему мы кратко обсудили в главе 6 и вернемся к ней позже еще раз в данной главе). Регуляторные белки как раз и позволяют по отдельности включать и выключать гены организма. В отличие от небольшого числа общих факторов транскрипции, кото рые изобилуют в клетке и собираются на промоторах всех генов, транскрибируемых 7З.
Хек работают генетические переключатели 679 РН К-полимеразой П, существуют тысячи различных регуляторных белков. Например, ориентировочно из 25000 человеческих генов установлено 8 ' (около 2000 генов), кодируюших регуляторные белки. Большинство из них узнают последовательности ДНК, используя один из описанных ранее связывающихся с ДНК мотивов. Неудивительно, что в эукариотической клетке каждый из ее генов регулируется особым способом.
Прн заданном общем количестве генов у эукариот и сложности их регуляции трудно было сформулировать простые правила регуляции генов, применимые во всех случаях. Однако мы смогли сделать несколько обобщений о том, как регуляторные белки, связавшись с контролирукгщей областью гена на ДНК, запускают последовательность событий, которая приводит к активации или репрессии гена. Медиатор и общие факторы транскрипции одинаковы для всех генов, которые транскрибирует полимераза П, но регуляторные белки и расположение участков связывания относительно промотора у каждого гена свои.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
