Б. Альбертс, А. Джонсон, Д. Льюис и др. - Молекулярная биология клетки (djvu) (1129766), страница 139
Текст из файла (страница 139)
рис, 7.20) и сборку ком бинаций регуляторных белков в небольшие комплексы на ДНК (см. рис. 7.51). Вероятно, что оба механизма принимают участие в сложной регуляции экспрессии гена Епе. Кроме того, только что описанная регуляция полосы 2 является приме ром третьего типа комбинаторного конт)юля. Поскольку отдельные регуляторные последовательности в модуле полосы 2 гена Етге растянуты вдоль ДНК, многие наборы регуляторных белков могут одновременно связываться на разных участ ках и воздействовать на промотор гена Промотор объединяет транскрипционные сигналы, посылаемые всеми связанными белками (рис. 7.5))). активирующий комплекс факюров (сильного действия) нейтральный комплекс ингибирующий белок кгьь.,м регуляторных белков (сильного действия) 4 ~,~ ь спейсернвя а ДНК У Ф' ВЕРОЛТНОСТЬ -,г» е ° (Р - ницйщии комплекс белков ТРАНСКРИПЦИИ (слабого действия) ТАТА Рис.
7 58. Объединение множества входящик сигналов на промоторе. Чтобы воздействовать на ин ициаци транскрипции на про моторе, многочисленные наборы регуляторных белков могут работать сообща, как они зто делают в модуле полосы 2 гена Ече, приведенном на рис. 7.56. Пока остается неясным то, как в клетке допигается интеграция множества входящих сигналов, на, скорее всего, конечная транскрипционная активность гена является результатом конкуренции между активаторами и реп рессорами, которые действуют согласно механизмам, обобщенным на рис, 7лб и 750. Регуляция экспрессии гена Еге является ярким примером комбинаторного контроля. Семь комбинаций регуляторных белков (одна комбинация для каясдой полосы) активируют экспрессию гена Еое, а множество других комбинаций (все они были обнаружены в областях между полосами) не дают проявляться элементам полос.
Предполагается, что другие регуляторные модули полос построены схожим образом с описанными для полосы 2 и приспособлены для считывания позицион ной информации, поступающей от других комбинаций регуляторных белков. Вся контролирующая область гена Еие, протянувшаяся на 20000 нуклеотидных пар ДНК, связывает свыше 20 различных регуляторных белков. Большая и сложная контролирующая область, таким образом, построена из серии небольших модулей, каждый из которых состоит из уникальной композиции коротких последователь ностей ДНК, распознаваемых специфическими регуляторными белками.
7.3.15. У йялекопитающих слонсные контролирующие области генов тонсе построена) ив лростьзх регулнторных йяодулей Вероятно, 8' кодирующей способности генома млекопитающих отдано синтезу белков, которые служат регуляторами транскрипции генов. Такое большое число генов отражает крайне сложную сеть контролирующих устройств, управляющих экспрессией генов млекопитающих.
Каждый ген регулируется набором регулятор ных белков, каждый из этих белков является продуктом гена, который, в свою очередь, регулируется целым набором других белков и т.д. Кроме того, молекулы регуляторных белков сами подвергаются воздействию сигналов, поступающих из вне, которые могут активировать или инактивировать их множеством различных способов (рис. 7.59).
Таким образом, профиль экспрессии генов в клетке можно рассматривать как результат сложных молекулярных вычислений, которые внутри клеточная сеть контроля генов производит в ответ на информацию, поступающую СИНТЕЗ СВЯЗЫВАНИЕ КОВАЛЕНТНАЯ БЕЛКА ЛИГАНДА МОДИФИКАЦИЯ ДОБАВЛЕНИЕ ВТОРОИ суБъединицы НЕАКГИВЕН ф зб)в))э ДНК-связывающая субъединица активирующая В- субьеди ница Опч АКТИВЕН ф 'гпк б) е) г) ДЕМАСКИРОВКА СТИМУЛИРОВАНИЕ ПЕРЕНОСАВ ЯДРО ВЫСВОБОЖДЕНИЕ ИЗ МЕМБРАНЫ НЕАКТИВЕН ингибитор ингибиторный Ф белок в) из окружения клетки. Мы обсудим эти проблемы зкгзднсе в главах 15 и 22, которые посвящены клеточной сигнализации и развитию организма, но сложность проблемы уже заметна даже на уровне отдельного генетического переключателя, регулирую щего активность одного гена.
Например, вполне обычным считается обнаружение гена млекопитающего с контролирующей областью длиной в 100 000 нуклеотидных пар, в которой множество модулей (каясдый модуль содержит ряд регуляторных последовательностей, связывающихся с регуляторными белками) перемежается длинными отрезками иной некодирующей ДНК.
Один из самых хорошо изученных примеров сложной регуляторной области млекопитающих обнаружен у человека в гене ))-глобина, который экспрессируег ся исключительно в эритроцитах. Экспрессию этого гена контролирует сложный Рислп$9. Некоторые способы ре~уляции акгнвности регуляторных белков в зукариотических клетках. а) Белок синтезируется лишь в случае необходимости и быстро распадается при протеолизе — так что его накопления не происходит. 6) Активация при связывании с лигандом.
в) Активация посредством ковалентной модификации. Здесь показано фосфорилирование, но возможно множество других модификаций (см. табл. 3.3, стр. 284). г) Образование комплекса между ДНК-связывающим белком и другим белком, несущим домен, активирующий транскрипцию, д) Демаскировка активирующего домена при фосфорилировании ингибирующего белка, е) Стимулирование транспорта в ядро при удалении ингибирующего белка, который, в противном случае, не дает регуляторному белку попасть в ядро. ж) Высвобождение регуляторного белка из мембранного бислоя при помощи ре~улируемого протеолиза.
набор регуляторных белков, одни из которых действуют как активаторы, другие как репрессоры (рис. 7.60). Концентрации (или активности) множества этих регуляторных белков изменяются в ходе развития организма, и только особая комбинация всех белков запускает транскрипцию гена. Ген ()-глобина человека является частью кластера глобиновых генов (рпс. 7.61, а), которые транскри бируются исключительно в клетках эритроидного ряда, то есть в клетках линии дифференцировки эритроцитов, но на различных стадиях развития млекопитаю щего (см. рис.
7.61, б). Ген е глобина экспрессируется на ранних стадиях эмбрио нального развития, у-глобин — в поздний эмбриональный период и у плода, а 6 и Р— преимущественно во взрослом организме. Продукты генов немного разли чаются по кислородсвязывающим свойствам, соответствующим разным условиям оксигенации в эмбрионе, плоде и взрослом организме. Каждый из глобиновых генов обладает своим набором регуляторных белков, необходимых для включения этого гена в нужное время.
Глобиновые гены считаются необычными по той причине, что в соответствую гцее время и соответствующем месте они транскрибируются с чрезвычайно высокой интенсивностью. В самом деле, эритроциты представляют собой нечто большее, чем просто мешки гемоглобина, синтезированные клетками предшественниками. Для достижения такого невероятно высокого уровня транскрипции глобиновые гены, кроме того что имеют свои индивидуальные регуляторные последовательности, разделяют еще контролирующую область, называемую локус контролируюп(еи областью (1 СК; )оспз соп1го! гея)оп), которая расположена намного левее кластера генов и необходима для правильной экспрессии каждого из них (см. рис.
7.61, а). области контроля экспрессии генов начало транскрипции сайт полиаденипироаания ~ы ДНК нуклеотидных пар ЛСТАь'ч ОАТА( ЫТА( ОАТА1 ЫТА( . 30 +2200 +2 400 НР1 -гго еи.р Рис.7.60. Модель контроля гена (1-глебика человека. На диаграмме показаны некоторые из регуляторных белков, контролирующих экспрессию гена в ходе развития эритроцитов (см. рис. 7.61). Некоторые из показанных регуляторных белков, как СР1, обнаружены во многих видах клеток, тогда как другие, например, ВЯТА1, присутствуют толька в нескольких типах клеток, включая эритроциты, поэтому считается, что они вносят вклад в специфичную к типу клеток экспрессию гена В-глебика. Двойные поделки обозначают, что несколько участков связывания ВАТА1 перекрывают участки связывания других регуляторных белков, и предполагается, что присоединение к этим участкам ВАТА1 исключает возможность связывания с ними других белков.
После связывания с ДН К регуляторн ые белки привлекают к промотору комплексы перестройки хроматина, ферменты, модифицирующие гистоны, общие факторы транскрипции, медиатар и РНК-полимеразу. (Адаптировано из В. Егпегэоп, 1п пепе Ехргезэюп: бепега) апг) Се))-Туре 5реюбс (М. Капп, ед.), рр. 116-161. Возтоп: В! гвкаозег, 1993.) 7.3Л 6. Инсуляторы — это последовательности ДНК, препятствукз~цие Влиянию зукериотических Регупяторных Оелков не Отделенные гены У всех генов есть контролирующие области, которые диктуют, в какое время, при каких условиях и в какой ткани будет экспрессироваться ген, Также мы уже выяснили, что регуляторные белки могут действовать через очень протяженные отрезки ДНК.
Тогда возникаег вопрос: как контролирующие области различных генов не мешают друг другу? Другими словами, что не позволяет регуляторному белку, связанному на контролирующей области одного гена, внести неурядицу в транскрипцию соседних генов? Для того чтобы избежать такого взаимовлияния, функционируют несколько типов элементов ДНК, разграничивающих геном на отдельные регуляторные доме ны. В главе 4 были описаны барьерные последовательности, которые препятствуют распространению гетерохроматина на гены, которые нужно экспрессировать.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
