Б. Альбертс, А. Джонсон, Д. Льюис и др. - Молекулярная биология клетки (djvu) (1129766), страница 157
Текст из файла (страница 157)
Используя одноцепочечную Гй Р Н К в качестве направляющей последовательности, этот комплекс связывает компле ментарные РНК транскрипты по мере их появления из транскрибирующей РНК полимеразы Н (см. Рис. 7.!(5). Расположившись на геноме подобным образом, комплекс гс)ТЯ привлекает белки, которые ковалентно модифицируют соседние гисгоны, и в конечном счете направляет образование и распространение гетерохро матина„предотвращая дальнейшую инициацию транскрипции. В некоторых случаях комплекс Й1ТЯ также индуцирует метилирование ДНК, которое, как отмечалось, может подавлять экспрессию генов в еп(е болыпей степени. 11оскольку гетерохрома тин и метилирование ДНК могут распространяться самостоятельно, первоначальный сигнал, поданный с помощью РНК-интерференции, может продолжать подавлять экспрессию генов еще долго после того, как рассеялись все молекулы ГДРНК 7.5. Посттранскрнпцнонные средства контроля 7б7 Образование гетерохроматина, направляемое РНК-интерференцией, является важным защитным механизмом клетки, который ограничивает накопление мобильных элементов в геноме благодаря поддержанию их в транскрипционно неактивной форме.
Однако тот же самый механизм используется и во множестве нормальных процессов, происходящих в клетке. Например, у многих организмов аппарат РНК-интерференции поддерживает образование гетерохроматина около центромер. Центромерные последовательности ДНК транскрибируются в обоих направлениях, образуя комплементарные РНК-транскрипты, которые могут спариваться с образованием двухцепочечной РНК. Такая двухцепочечная РНК запускает РНК-интерференцию и стимулирует образование гетерохроматина у центромер.
В свою очередь, такой гетерохроматин необходим центромерам для точного разделения хромосом в ходе митоза (см. рис. 4.50). 7.5,19. РНК-интерференция стала мощным инструментом экспериментаторов Вероятно, изначально РНК-интерференция возникла как защитный механизм, но затем она стала совершенно неотьемлемой частью многих биологических процессов, происходящих в нормальной клетке: от контроля экспрессии генов и до структуры хромосом.
Ученые также довели эту технологию до совершенства, превратив в мощный экспериментальный инструмент, который позволяет инактивировать практически любой ген, вызывая на него ответ системы РНК-интерференции. Такая техника, применяемая в культурах клеток и в некоторых случаях в организмах целых животных и растений, произвела революцию в генетических подходах клеточной и молекулярной биологии. Более подробно это будет обсуждаться в последующих главах (см.
равд. 8.5.16). Потенциал РНК-интерференции для лечения болезней человека огромен. Поскольку у человека многие нарушения возникают в результате неправильной экспрессии генов, возможность выключать эти гены, вводя экспериментально полученные комплементарные молекулы ейРНК, представляется высокоперспективным направлением медицины. Замечательно, что механизм РНК-интерференции открыт совсем недавно и мы все еще заворожены деталями его механики и спектром его биологической значимости.
Заключение В клетках многие этапы пути, ведущего от РНК к белку, регулируются, чтобы держать под контролем экспрессию генов. Наряду с регуляцией, на стадии инициации транскрипции большая часть генов контролируется на множестве уровней. Регуляторные механизмы включают: 1) аттенуацию РНК-транскрипта путем преждевременной терминации трансляции; 2) выбор альтернативного сайта сплайсинга РНК; 3) контроль формирования 3'-конца РНК посредством его расщепления и полиаденилирования; 4) редактирование РНК; 5) контпроль экспорта из ядра в цитозоль; 6) локализацию мРНК в определенных местах клетки; 7) контроль инициации трансляции; 8) регулируемую деградацию мРНК.
Большинство этих процессов основано на узнавании специфических последовательносгпей или структур на молекуле РНК, что подлежит регулированию, и это делают либо регуляторные белки, либо регуляторные молекулы РНК. Особенно широко в посттранскрипционном контроле клетка использует РНК-интерференцию — когда направляющие РНК спариваются в) ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЛ СИСТЕМА б) МОЛЕКУЛЫ РНК-ПОЛИМЕРАЗЫ общий и мопвку РНК-палим выровн отак л кразы б внные молекулы ДНК Рис. О7.2.
Взаимодействие индивидуальных молекул РНК-полимеразы с ДНК (гздачз 2 2) а) Начало опыта. Молекулы ДНК выровнены и закреплены на предметном стекле, сквозь них пропускают интенсивно флуоресцирующие молекулы РНК-полимеразы. б) Траектории двух индивидуальных молекул РНК-полимеразы. Одна молекула (слева) перемещалась вместе с общим потоком, а другая (справа) отклонилась от него.
Масштабная полоска имеет размер 10 мкм. (б — перепечатано из Н. Каьата ет а(., 5сгелсе 262: 1561 — 1563, 1993. С разрешения ААА5.) Задачи. 769 ДНК сайта связывания. Кроме того, предположим, что ядро по обьему в 500 раз больше клетки бактерии и содержит в 500 раз больше ДНК. Если концентрация регуляторного белка, связываюшегося с этим участком, одинакова и в ядре, и в клет ке бактерии, то будет ли регуляторный белок находить свой участок связывания в эукариотическом ядре так же хорошо, как и в клетке бактерии? Обоснуйте свой ответ. 7.7.
ДНК-связывающие белки часто находят специфические участки связы вания намного быстрее, чем можно было бы ожидать в случае простой диффузии в пространстве. Например, репрессор Вас оперона связывается с оператором, сайтом своего связывания с ДНК, в 100 раз быстрее, чем можно было бы ожидать для этой модели. Ясно, что репрессор должен находить оператор при помощи механизмов, снижаюп(их размерность или объем поиска, чтобы ускорить обнаружение цели. Нри исследовании этой проблемы было применено несколько методов. В одном из наиболее изящных использовали интенсивно флуоресцирующие молекулы РНК полимеразы, что позволяло проследить судьбу каждой индивидуальной молекулы. Набор молекул ДНК выравнивали параллельно друг другу и закрепляли на предмет ном стекле.
Затем сквозь них под косым углом пропускали флуоресцентно меченые молекулы РНК полимерввы (рнс, (27.2, а). Траектории движения индивидуальных РНК-полимераз показали, что около полонины молекул прошло в направлении общего потока, а около половины характерным образом отклонилось от него (рис. О7.2, б). Если предварительно молекулы РНК полимеразы инкубировалн с короткими фрагментами ДНК, содержащими сильный промотор, то все траекто рии совпадали с общим потоком.
А. Дайте свое объяснение, почему некоторые молекулы РНК полимеразы отклонились от общего потока, как показано на рис. О7.2, б. Почему инкубация с короткими фрагментами ДНК, содержагцими сильный промотор, приводит к ис чезновению, отклоняющихся от общего потока траекторий? Б. Дают ли эти результаты объяснение тому, как сайт-специфическим 11! 1К- связывающим молекулам удается находить свои участки связывантш быстрее, чем это можно ожидать при простой диффузии? В. Основываясь на своем объяснении, полагаете ли вы, что сайт специфическая ДНК-связывающая молекула найдет свою цель быстрее в популяции коротких молекул ДНК или в популяции длинных? Предположим, что концентрация участков мишеней одинакова н на одну молекулу ДНК приходится один такой участок.
7.8. У большинства абсолютно слепых людей циркадные ритмы «свободно текущие», то есть их ритмы не синхронизированы с временными сигналами окру жаюгцей среды и суточный цикл колебаний составляет у них около 24,5 часов. Как вы полагаете, почему циркадные ритмы слепых людей не настроены на тот же 24-часовой ритм, как и у большинства населения? Можете ли вы догадаться, какие симптомы могут быть связаны со свободно текущими циркадными часамиэ 11олагаете ли вы, что у слепых людей есть проблемы со сном? 7.9.
У человека в крови обнаружены две близкородственные формы аполипопро теина В (АроВ) — компонентов липопротеинов плазмы. АроВ 48 (мол. масса 48 кДа) синтезируегся кишечником и является ключевым компонентом хиломикронов— крупных липопротеиновых частиц, отвечающих за доставку пищевых триглицеридов к жировой ткани для запасания. АроВ-100 (мол.
масса 100000 кДа) синтезируется в печени для образования намного более мелких частиц —. липопротеинов очень низ. кой плотности, которые используются д~и распределения триглицеридов в организме, удовлетворяя потребности в энергии. Классический набор опытов охарактеризовал удивительные взаимоотношения между двумя этими белками. В последовательностях клонированных копий КДНК образованных от мРНК из этих двух тканей, обнаружено единственное отличие: в кДНК из клеток кишеч ника тимин является частью стоп-кодона в том месте, где в кДНК из клеток печени стоит цитозин как часть глутаминового кодона (рис. О7.3). Чтобы подтвердить раз личия в мРНК и найти соответствующие различия в геноме, из клеток кишечника и печени были выделены РНК и ДНК, которые затем амплифицировали при помощи ПЦР, используя олигонуклеотиды, фланкирующие интересующую область. Ампли фнцированные фрагменты ДНК из четырех образцов протестировали на наличие остатков тимина или цитозина посредством гибридизации с олигонуклеотидами, содержащими последовательность кДНК либо печени (олнго О), либо кишечника (олиго СТОП).
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
