Диссертация (1145883), страница 4
Текст из файла (страница 4)
Woolford, Baserga, 2013).В активно растущих дрожжевых клетках 60% транскриптов — это предшественники рРНК, а из транскриптов, синтезируемых РНК-полимеразой II, около50% составляют мРНК генов рибосомных белков (см. Warner, 1999). Неудивительно, что экспрессия генов рРНК, генов, необходимых для синтеза компонентов и сборки субъединиц рибосом, и генов рибосомных белков строго регулируется в зависимости от доступных клетке питательных веществ, и однимиз основных участников этой регуляции является киназный комплекс TOR (см.Zaman et al., 2008).Синтез молекул рРНК, кодируемых участком повторов на хромосоме XII,осуществляется РНК-полимеразами I и III (рис.
1.2А), после чего они подвергаются сложному процессингу; часть этого процесса происходит в ядре, часть — вцитоплазме (см. Woolford, Baserga, 2013). При недостатке питательных веществ(в первую очередь глюкозы) транскрипция генов рРНК снижается за счёт деацетилирования гистонов, связанных с этим участком ДНК, которое ведёт к инактивации хроматина; при добавлении питательных веществ транскрипция геноврРНК усиливается за счёт увеличения количества активной формы РНК-полимеразы I, опосредованного комплексом TORC1. Активность РНК-полимеразы17III регулируется главным образом ингибитором Maf1p; при наличии глюкозыTORC1 ингибирует фосфатазу PP2A, что приводит к накоплению инактивированной фосфорилированной формы Maf1p (см.
Zaman et al., 2008; рис. 1.2Б).Наконец, гены, кодирующие субъединицы РНК-полимераз I и III, входят в числогенов регулона Ribi и обычно содержат последовательность PAC в промоторнойобласти, а их экспрессия также регулируется комплексом TORC1 (см. ниже).А1,9 т. п. н.рДНКхромосома XII18Sx150–20025SРНК-полимераза I18S5,8S5,8S25S5S5SРНК-полимераза IIIБTORC1Maf1РНК-полимераза I18SРНК-полимераза III5,8S25S5SРисунок 1.2 — Схема организации генов рРНК (А) и регуляции их экспрессии в условиях достаточного количества питательных веществ (Б). По Zaman et al., 2008; Woolford,Baserga, 2013.
Красным цветом выделен положительный регулятор транскрипции, зелёным —отрицательный.РНК-полимераза II транскрибирует гены двух групп: гены рибосомныхбелков (RP) и гены биогенеза рибосом (Ribi). Продукты генов RP являютсяструктурными компонентами рибосомы, в то время как их синтез и сборку рибосомы контролируют продукты генов Ribi. Транскрипция этих генов также зависит от наличия питательных веществ (см.
Zaman et al., 2008).Попытки выявить общие элементы, которые могут определять корегуляцию транскрипции этих генов, начались очень давно. При анализе последовательностей промоторов, характерных для генов разных функциональных групп,были выявлены три характерные для генов RP последовательности. Одна из нихсовпадала с известной последовательностью, узнаваемой Rap1p, а ещё две, ха-18рактерные для генов белков малой и большой субъединицы соответственно, несовпадали с сайтом связывания ни одного из известных на тот момент транскрипционных факторов (Hughes et al., 2000). Кроме того, в промоторах генов,контролирующих процессинг рРНК и тРНК, были обнаружены мотивы, названные RRPE и PAC (от англ.
Ribosomal RNA Processing Element, элемент, связанный с процессингом рРНК, и Polymerase A (I) and C (III); Hughes et al., 2000).Вскоре было обнаружено, что при сверхэкспрессии гена SFP1 сначала повышается экспрессия многих генов Ribi, а затем генов RP, а при делеции этогогена экспрессия генов RP и Ribi снижается, причём в промоторах большинствавыявленных в этом исследовании генов RP есть сайт связывания Rap1p, а в случае генов Ribi — мотивы RRPE, PAC или обе эти последовательности (Jorgensenet al., 2002).
SFP1 кодирует белок с полиаспарагиновой последовательностьюи «цинковыми пальцами», элементами первичной структуры, характерными дляДНК-связывающих белков (Blumberg, Silver, 1991). Совокупность этих данныхпозволила предположить, что Sfp1p связывается с последовательностью RRPEили PAC (Jorgensen et al., 2002). Тем не менее, при анализе связывания большинства известных регуляторов транскрипции с промоторами всех дрожжевых геновдля Sfp1p был выявлен сайт связывания, схожий с сайтом связывания Rap1p, ноне с сайтами RRPE или PAC (MacIsaac et al., 2006).
Позже связывание очищенного Sfp1p с олигонуклеотидной последовательностью, схожей с RRPE, былопоказано in vitro (Zhu et al., 2009). Также было обнаружено, что удаление этойпоследовательности из промоторов некоторых генов RP снижает их экспрессию(Zeevi et al., 2011). Связывание Sfp1p с промоторами индивидуальных генов RPпозже было подтверждено экспериментально с помощью иммунопреципитациихроматина (Marion et al., 2004), однако вопрос о том, с какой именно последовательностью ДНК связывается Sfp1p in vivo и участвуют ли в этом процессекакие-то ещё белки, не решён окончательно.Таким образом, совокупность разных данных позволяет назвать белок Sfp1регулятором транскрипции генов Ribi (см.
выше). Кроме того, в этом процессеучаствуют репрессоры транскрипции Stb3p, Tod6p и Dot6p (рис. 1.3А). Stb3pбыл выявлен при поиске белков, связывающих последовательность RRPE in vivo(Liko et al., 2007). Для Dot6p и Tod6p было показано связывание с последовательностью PAC in vitro в двух независимых исследованиях (Freckleton et al.,192009; Zhu et al., 2009). Активность трёх этих белков находится под контролемкиназы Sch9: их фосфорилирование приводит к ингибированию связывания сДНК, т е. активации транскрипции (Huber et al., 2011). Как именно взаимодействуют Sch9p и Sfp1p в регуляции экспрессии генов Ribi, не вполне понятно, хотя известно, что оба белка активируются в результате фосфорилирования TORC1и конкурируют за фосфорилирование между собой (Lempiäinen et al., 2009).АTORC1Sch9Stb3Sfp1RRPEIfh1Crf1RaR p1ap1БR RIfh1Crf1Abf1ADot6/Tod6РНК-полимераза IIPACRibiTORC1РНК-полимераза IIFhl1 Sfp1Hmo1IFHL / S (RRPE) / HRPTORC1РНК-полимераза IIFhl1 Sfp1Hmo1IFHL / S (RRPE) / HRPРисунок 1.3 — Общая схема регуляции транскрипции генов RP и Ribi в условиях достаточного количества питательных веществ, т.
е. активации TORC1. Красным цветом выделены положительные регуляторы транскрипции, зелёным — отрицательные. A — сайт связыванияAbf1p, IFHL — комплекса Fhl1p и Ifh1p, S (RRPE) — Sfp1p, H — Hmo1p. По данным Martin et al.,2004; Liko et al., 2007; Lempiäinen et al., 2009; Wapinski et al., 2010; см. также Bosio et al., 2011.Регуляция транскрипции генов RP несколько отличается от регуляциитранскрипции генов Ribi, хотя некоторые белки принимают участие в обоих процессах (рис. 1.3Б). Многие гены рибосомных белков дуплицированы: 59 из 79рибосомных белков кодируются двумя генами-паралогами (Planta, Mager, 1998).Показано, что промоторы однокопийных генов RP сильнее, чем дуплицированных (Zeevi et al., 2011). В регуляции экспрессии генов RP принимает участиецелый ряд белков: Rap1, Abf1, Ifh1, Fhl1, Sfp1, Hmo1.
Сайты связывания Rap1pесть в промоторах большинства генов RP (во многих случаях более 1 сайта),причём связывание Rap1p с промоторами 122 из 137 генов RP показано экспериментально (Lieb et al., 2001). Rap1 присутствует на промоторах конститутив-20но и не регулируется TORC1 (см. Bosio et al., 2011). В промоторах генов RP,лишённых сайта связывания Rap1p, обычно встречается сайт Abf1p (см. Bosioet al., 2011). В отличие от Rap1p, Abf1p не ассоциирован с промотором постоянно, а подвергается регуляции TORC1 (Fermi et al., 2016). Таким образом,гены RP с сайтами связывания Rap1p и с сайтом связывания Abf1p представляют собой две разные группы, которые в разной степени подвержены регуляцииколичеством питательных веществ (Bosio et al., 2011).
Кроме двух базовых регуляторов, Rap1p и Abf1p, экспрессией генов RP управляют специфические транскрипционные факторы (рис. 1.3Б). Во-первых, в промоторах некоторых геновRP есть схожая с RRPE A/T-богатая последовательность, которая может бытьсайтом связывания Sfp1p (см. выше). Во-вторых, в некоторых промоторах геновRP есть сайт связывания Fhl1p, транскрипционного фактора с ДНК-связывающим доменом из группы MADS-box.
У этого белка есть коактиватор Ifh1p икорепрессор Crf1p, продукты генов-паралогов, подвергнувшихся неофункционализации после полногеномной дупликации (Martin et al., 2004; Wapinski et al.,2010). Интересно, что наличие сайта Fhl1p коррелирует с высокой активностьюпромотора (см. Zeevi et al., 2011).
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
