Б. Альбертс, А. Джонсон, Д. Льюис и др. - Молекулярная биология клетки (djvu) (1129766), страница 150
Текст из файла (страница 150)
После встраивания в геном хо зяина вирусная ДНК транскрибиру ется РНК-полимеразой П клетки (см. рис. 5.71). Однако полимераза обычно прекращает транскрипцию после син теза транскриптов длиной несколько сотен нуклеотидов, и, следовательно, неэффективно транскрибирует весь вирусный геном. При оптимальных условиях для роста вируса кодируе мый вирусом белок под названием Та(, который связывается со специфиче ской структурой типа «стебель. петля» на растущей цепи РНК, содержащей ПРОСТРАНСТВЕННАЯ ЛОКАЛИЗАЦИЯ В ЦИТОПЛАЗМЕ НАЧАЛО ТРАНСЛЯЦИИ трансляция блокируется ВОЗМОЖНОЕ ТРАНСЛЯЦИОННОЕ ПЕРЕКОДИРОВАНИЕ ВОЗМОЖНАЯ СТАБИЛИЗАЦИЯ деградация РНК РНК в разных типах клеток различных вариантов белка в соответствии с потребностя ми клетки. Например, в разных тканях тропомиозин синтезирус"гся в различных специализированных формах (см.
рис. 6.27). Формы многих других клеточно- специфичных белков образуются таким же способом. Сплайсинг РНК может регулироваться как негативно — когда регуляторная молекула перекрывает доступ аппарата, осуществляющего сплайсинг, к определен ному сайту расщепления на РНК; так и позитивно — когда регуляторная молекула помогает нитравить аппарат сплайсинга к сайгу, пропускаемому в других случаях (рг<с.
7.96). репрессор вю г НЕТ СПЛАЙСИНГА СПЛАЙСИНГ нж мРНК активатор Ю СПЛАЙСИНГ первичный трансхрипт я ш~~нч~ ! РЕГУЛЯЦИЯ НЕТ СПЛАЙСИНГА Рис.Т.зб. Негативная и позитивная ре~уляция альтернативного сплайсинга РНК. а) При негативной ре- гуляциии белок-реп рессор связывается с тра искри птом яре-мРНК и блокирует доступ аппарата сила йси ига к границе сплайсинга это часто приводит к использованию скрытых сайтов сплайсинга и, таким обра- зом, к изменению варианта сплайсинга (не показан), б) При позитивной регуляции аппарат сплайсинга не способен эффективно удалять определенную интронную последовательность без помощи белка- активатора.
Поскольку нуклеотидные последовательности, с которыми связываются эти активаторы, могут располагаться на много нуклеотидных пар дальше контролируемых ими границ сплайсинга, они часто называются знхонсерамо сплоосинэо. Вследствие гибкости процесса сплайсинга РНК блокирование «сильного» сайта сплайсинга часто будет приводить к проявлению «слабого» сайта и в ре зультате — к различным вариантам сплайсинга. Подобно этому при подавлении конкурирующего сайта активация субоптимального сайта сплайсинга может за канчиваться альтернативным сплайсингом.
Таким образом, сплайсинг молекулы пре-мРНК можно рассматривать как хрупкий баланс между конкурирующими сайтами сплайсинга — баланс, который может легко смещаться в одну или другую сторону под действием регуляторных белков. 7.5.<1. Отирьгтие вньтернптипного спппйсинги требует пересаяотрп ПОНЯТИЯ «ГЕНп С тех пор, как стало известно, что эукариотические гены обьтчт<о содержат ин троны, а их кодирую<цие последовательности можно состыковать по разному, вновь встал вопрос о том, что следует понимать под словом «ген», Первое определение гена на молекулярном уровне было предложено в начале 1940-х гг. на основании 742 Часть 2.
Основные генетические механизмы изучения биохимической генетики гриба нейроспора. До этого времени геном считали область генома, которая в ходе мейоза обособляется как отдельная единица и ответственна за проявление определенного фенотипического признака, например, белых или красных глаз у дрозофилы либо гладких или морщинистых семян у гороха.
Работа на нейроспоре показала, что большинство генов соответствуют областям генома, направляющим синтез единственного фермента (для каждго гена — своего). На основании этого возникло предположение, что один ген кодирует одну полипептидную цепь. Эта гипотеза оказалась весьма плодотворной для последующих исследований. Когда в 1960-х гг. стало больше известно о механизмах экспрессии генов, ген стали определять как фрагмент ДНК, который транскрибируется с образованием РНК, кодирующей одну полипептидную цепь (или одну структурную РНК, как например, молекулы тРНК или рРНК). Открытие в конце 1970-х гг.
прерывистых генов и интронов легко укладывалось в первоначальное определение гена при условии, что одна полипептидная цепь определяется РН К, транскрибируе мой с любой одной последовательности ДНК. Однако теперь нам стало ясно, что в клетках высших эукариот благодаря альтернативному сплайсингу РНК многие последовательности ДНК могут кодировать набор различных, но родственных белков.
Что же тогда следует считать геном? В тех относительно редких случаях, когда два сильно различающихся эукариотических белка образуются из одной транскрипционной единицы, говорят, что эти белки кодируются различными генами, которые на хромосоме перекрываются.
Однако определение большинства вариантов белка, образующихся в результате альтернативного сплайсинга РНК, как продуктов перекрывающихся генов, может показаться излишне сложным. Проще изменить исходную формулировку и считать геном любую последовательность ДНК, которая транскрибируется как отдельная единица и кодирует один набор близкородственных полипептидных цепей (изоформ белка). В такое определение гена также входят те последовательности ДНК, которые кодируют варианты белка, получаемые в ходе иных, чем сплайсинг РНК, посттранскрипционных процессов, как например, сдвиг рамки считывания при трансляции (см. Рис, 8.78), регулируемое полиаденилирование и редактирование РНК (рассматривается ниже). 7.5.5. Определение пола дрозофилы зависит от регулируемой последовательности реакций сплайсинга РНК Обратимся сейчас к одному из самых хорошо изученных примеров регули руемого сплайсинга РНК.
У дрозофилы первичным сигналом, определяющим, будет ли муха развиваться как самка или как самец, служит соотношение числа Х-хромосом (Х) к числу наборов аутосом (А). Если отношение Х~'А равно 1 (в норме это две Х-хромосомы и два набора аутосом), особи развиваются в самок, тогда как особи с отношением Х/А, равным 0,5 (в гюрме одна Х-хромосома и два набора аутосом), развиваются как самцы. Это соотношение определяется уже на ранних стадиях развития организма и впоследствии запоминается каждой клеткой. Три ключевых генных продукта передают информацию об этом соотношении множеству других генов, которые определяют характерные для самки и для самца свойства (рис.
7.97). Как обьясняется на рпс. 7.98, определение пола у дрозофилы зависит от каскада реакций регулируемого сплайсинга РНК, включающих в себя три этих генных продукта. Рис. 7.97. Определение пола у дрозофильг. Приведенные генные продукты участвуют в последовательном каскаде реакций, отвечающих за определение пола мухи согласно соотношению числа х-хромосом к набору аутосом (х/А). Гены 5ех-1егьо( (5х(), Тгалэ/оггпег (Тго) и Поиыезех (Ртх) получили свои имена в соответствии с фенотипами, получающимися при их инактивации мутацией.
функция продуктов этих генов состоит в передаче информации о соотношении Х/А множеству других генов, определяющих фенотип, характерный для того или иного пола. Эти другие гены функционируют как два альтернативных набора: одни определяют свойсгва, характерные для самки, другие — для самца (см, рис. 7.98). Определение пола у дрозофилы представляет один из самых хорошо изученных примеров регу самец ипи самка мухи ляторного каскада реакций, основанного на сплай синге РНК, но остается неясным, почему именно эта стратегия используется у мух.
Другие организмы, например нематоды, используют совершенно иную схему для определения пола — основанную на механизмах контроля транскрипции и транс ляции. Кроме того, для развития самца требуется непрерывный синтез ряда не функциональных молекул РНК, что кажется излишне расточительным. Одно из предположений состоит в том, что этот каскад реакций сплайсинга РНК, как и рассмотренные выше рибопереключатели, представляет собой древнюю стратегию контроля, оставшуюся с ранних этапов эволюции, когда РН К была преобладающей биологической молекулой и механизмы контроля экспрессии генов почти полностью основывались на взаимодействиях РНК вЂ” РНК.
7.5.6. Изяаенение сайта, в котороул происходит расщепление транскрипта РНК и его пояиаданипироааниа, алов(ау пленять карбоксильный конец белка В главе б говорилось, что у эукариот 3'-конец молекулы мРНК формируется не термннацией синтеза РНК РНК полимеразой, а в ходе реакции расщепления РНК, которая катализируется дополнительными факторами при элонгации транс крипта (см. рис. 6.37). Клетка может контролировать место такого расщепления с тем, чтобы изменить карбоксильный конец получающейся молекулы белка.
Хорошо изученным примером является переключение синтеза антител при созревании В лимфоцитов с мембраносвязанных на секретируемые формы (см. Рис. 25.17). В незрелых В лимфоцитах образующиеся антитела связаны с плазматической мембраной, где они служат рецепторами антигенов. Стимуля ция антигенами запускает деление этих клеток и начало секреции ими антител. Секретируемая форма антител отличается от мембраносвязанной формы только в терминальной части карбоксильного конца: мембраносвязанная форма содер жит здесь длинную цепь из гидрофобных аминокислот, пересекающую липидный бислой мембраны, а секретируемая форма несет гораздо более короткий фрагмент гидрофильных аминокислот. Таким образом, для переключения с синтеза мем браносвязанных на секретируемые антитела необходима различная нуклеотндная последовательность на 3'-конце мРНК.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
