1625913344-8903f4a71ad640872a209e228a3a0bd4 (531148), страница 88
Текст из файла (страница 88)
преинициаторным комплексом (PIC — Pre-Initiation Complex), включающим более двадцатиГлава 17. Регуляция действия гена$3483РНК-опоср^ованная репрессияВыкл.Вкл.ГенАДНКг"*Av\ /7\ \ '!РибозимиРНК А*Фермент АIQИндуцированноесаморазрезаниеЛиРНК не транслируетсяПредшественникПродуктРис. 17.10. Схема работы рибопереключателя (по Т.
R. Cech, 2004)Репрессия на уровне иРНК посредством ее рибозимного саморазрезания, котороеактивирует низкомолекулярный метаболит — продукт реакции, проводимойферментом А (кодируемым геном А)субъединиц, в частности, фактор ТВР (38 кД), общий для всех трехРНК-полимераз, специфически взаимодействующий с ТАТА-блокомпромотора. В состав PIC входит также ERCC3 — белок эксцизионной репарации ДНК. Он умеет расплетать ДНК и РНК, т. е. являетсяхеликазой, действующей в направлении 3' —* 5'.
У человека дефектэтого белка приводит к пигментной ксеродерме (ХР-В) и к синдрому Кокейна. Другая субъединица — р80 (хеликаза 5' —►3'), она жеERCC2. Она дефектна в случае пигментной ксеродермы XP-D.Регуляция транскрипции у эукариот, так же как и у прокариотпроисходит преимущественно на стадии инициации. В этот процессвовлечены транскрипционные элементы: UAS (Upstream ActivatingSequence — пре-активаторы), URS (Upstream Repressing Sequence —пре-подавители). К транскрипционным элементам относят такжеэнхансеры (усилители), сайленсеры (глушители), действующие науровне организации хроматина.484 ftЧасть 4. Структура и функция генаРегуляция транскрипции по типу оперона характерна дляпрокариот и их вирусов-бактериофагов, но не эукариотическихклеток.
Важной особенностью оперонов бактерий и фагов являются последовательности, состоящие из оператора и следующихза ним структурных генов, транскрибируемых как одно целое.У эукариот сходные системы найдены у нематоды C aenorhabditiselegans , однако полигенные иРНК, образующиеся при этом, далее подвергаются фрагментации и транслируются по отдельности.
Такие единицы транскрипции у С. elegans иногда такженазывают оперонами, что не совсем строго, учитывая сведенияраздела 17.2. Для эукариот характерна транскрипция и, соответственно, регуляция транскрипции отдельных генов. Тем не менее общий принцип регуляции транскрипции у про- и эукариотсоответствует единой модульной схеме. У эукариот также естьпромоторные области.
Для генов дрожжей, например, обычнаT A I A -последовательность Хогнесса , необходимая для инициации транскрипции. Терминаторы транскрипции — также обязательные элементы эукариотических генов.Координированная регуляция транскрипции даже несцепленныхгенов известна и у эукариот. Например, в клетках низших эукарио т — дрожжей — расшифрованы участки ДНК, предшествующиемногим генам биосинтеза аминокислот и оснований.
Наличие такойпоследовательности, 5'-TGACTC-3' (или близкой к ней), необходимодля регулирования биосинтеза аминокислот — усиления транскрипции соответствующих генов при голодании по амнокислотам. Какпоказали эксперименты с локусом HIS4 S. cerevisiae , делеции этогоучастка, локализованного в некодирующей области перед началомтранскрипции, делают невозможной индукцию транскрипции этихгенов в отсутствие аминокислот.По-видимому, присутствие повторов регуляторных элементов перед несколькими генами — необходимое условие их координированной регуляции, которую наблюдают у многоклеточных при действиимногих гормонов.
Известно также, что посредником в регуляторномдействии гормонов служит цАМФ.Транскрипционные активаторы. С элементом UAS взаимодействуют т ранскрипционные активаторы. Эти транскрипционные факторы обычно содержат домен активации (AD), которыйвзаимодействует с РНК-полимеразой, и домен связывания с ДНК(BD).
Последний узнает UAS. AD и BD связаны гибкой линкерной областью. Так устроен, например, транскрипционный активатор — Gal4 — дрожжей S. cerevisiae. Его BD можно заменитьГлава 17. Регуляция действия генаft 485на аналогичный домен бактериального репрессора Lex А. Еслитеперь в дрожжевую хромосому вставить бактериальный 5'регуляторный элемент Lex А, слитый с каким-либо структурнымгеном-репортером, тогда такой химерный регуляторный белок будет активировать соответствующий ген-репортер. Это отличнаяиллюстрация модульного принципа в организации регуляторныхсистем. AD консервативны в пределах надцарства.
У эукариот онивзаимодействуют с различными компонентами PIC, иногда черезпосредников — ко-активаторов.Транскрипционные репрессоры. У бактерий репрессор связывается с ДНК конкурентно по отношению к РНК-полимеразе (илибелкам-активаторам) или препятствует движению РНК-полимеразыпо ДНК. У эукариот механизм стерической интерференции (помех)встречается редко. У них репрессоры связываются с URS. Одни ите же белки могут выступать ко-активаторами для одних генов ико-репрессорами для других. Примером могут служить белки Ada2и Ada3 у дрожжей S. cerevisiae.
Они могут стимулировать или подавлять транскрипцию некоторых генов, стимулируя или ингибируя некоторые белки-активаторы транскрипции. Репрессия можетдостигаться и деацетилированием гистонов при помощи гистондеацетилазы, которую привлекают к гистонам транскрипционныефакторы.Терминации транскрипции происходит перед З'-концом гена,определяющим сайт полиаденилирования. Перед этим сайтом происходит обрыв транскрипта, обусловленный действием экзонуклеаз,ассоциированных с РНК-полимеразой II (как это показано у дрожжей)или благодаря рибозимной активности самой пре-иРНК (как показано у человека). В последнем случае перед сайтом полиаденилирования находится сайт СоТС (cotranscriptional clivage) с рибозимнойактивностью.
Освобожденная иРНК подвергается полиаденилированию, обусловливающему время ее жизни. В этом процессе принимает участие шаперон Hsp70, связываясь с консенсусом ...AUUUA...-,который повторяется несколько раз в З'-нетранслируемой частииРНК (UTR) вблизи сайта полиаденилирования.Альтернативный сплайсинг, который мы уже упоминали какспособ регуляции экспрессии генов (раздел 17.1), сам находится подконтролем негативной и позитивной регуляции, т.
е. вырезание интрона может быть подавлено или стимулировано. Пример — альтернативный сплайсинг иРНК гена ras человека. Пре-иРНК (c-H-ros^)может быть процессирована в две разные иРНК, благодаря сохранению или исключению т. н. альтернативного экзона IDX: для бел486 ftЧасть 4. Структура и функция генаков p21H-Ras и pl9H-RasIDX. Эти белки различаются только своимс-терминальным доменом. Последовательность после интрона — егосайленсер (rasISSl) — действует вместе с IDX.
Это цис-активныйэлемент для негативной регуляции сплайсинга предшествующегоинтрона (т. е. IDX). Он связывает рибонуклеопротеин hnRNP А1.Наличие или отсутствие этого RNP in vitro (в ядерных экстрактах)коррелирует с подавлением или стимуляцией эксцизии IDX. Ингибирование сплайсинга снимает добавка двух белков: SC35 и SRp40.Эффект показан in vivo и in vitro.Усилители (энхансеры) и глушители (сайленсеры). Наряду собычными нуклеотидными последовательностями промоторной итерминаторной областей транскрипции у эукариот обнаружены такие специфические элементы регуляции, как усилители, или энхансеры (enhansers), и глушители, или сайленсеры (silensers). Энхансерывпервые были найдены в геноме вируса SV 40. Это последовательность длиной в 72 п.
н., повторенная тандемно. Она повышает эффективность транскрипции с промоторов вируса, находясь на своемобычном месте, вблизи o ri — начала репликации вирусного генома,а также при искусственном перенесении в другие участки этого генома, имеющего размер 5243 п. н. Аналогичные энхансеры обнаружены в геноме млекопитающих, дрозофилы и других многоклеточныхэукариот.
У них отсутствует видимая протяженная гомология. Онидействуют как усилители транскрипции, находясь на расстоянии нескольких сот и даже тысяч пар нуклеотидов от регулируемого гена.Механизм действия энхансеров связан с изменением нуклеосомнойструктуры хроматина. Белки, взаимодействующие с энхансером, изгибают ДНК, сближая его с UAS. Активации способствует ацетилирование и «разрыхление» гистонов.Другой тип сигналов регуляции транскрипционной активности у эукариот — глушители, или сайленсеры — обнаружены уS. cerevisiae. Это последовательность длиной 262 п.
н., которая содержит участок, гомологичный ARS — началу репликации (см. гл. 5).Располагаясь в нескольких сотнях пар нуклеотидов до или после регулируемого гена, она выключает транскрипцию, изменяя структуру хроматина. Показано, что глушители, функционируя, взаимодействуют с продуктами нескольких генов, мутации в которых делаютглушители неактивным и тем самым «разрешают» транскрипцию спромотора регулируемого гена.Одна и та же последовательность нуклеотидов, по-видимому, может работать как энхансер и как сайленсер в зависимости от того, скакими регуляторными факторами (белками) она взаимодействует.Глава 17.
Регуляция действия гена$? 487Специфичность регуляции определенных генов энхансерами илисайленсерами определяют участки генетического материала, названные инсуляторами. В интерфазном ядре хроматин образует петли,соответствующие хромомерам, различимым на профазных хромосомах. Эти петли взаимодействуют с ядерным матриксом и ядернымскелетом, образуемым белками и РНК. Участки ДНК, обнаруживающие это взаимодействие протяженностью 300-1000 пар нуклеотидов, названы MAR (Matrix Association Region) или SAR (ScaffoldAssociation Region).
Возможно, именно они выполняют роль инсуляторов, обеспечивающих автономную регуляцию экспрессии геновво взаимодействии с энхансерами и сайленсерами.Структура и модификации хроматина играют существеннуюроль в регуляции транскрипции.Метилирование по пятому положению С в последовательностидинуклеотида (CpG) в ДНК определяет возможность экспрессии генетической информации на уровне транскрипции.
Так, в частностиметилирование необходимо для «молчания» кассет у S. cerevisiae(см. раздел 18.9). При этом наблюдается взаимодействие теломер икассет. Таким образом, «замолкает» то, что около теломер.Существенно также не только метилирование, но и деметилирование ДНК. Так, у дрозофилы З'-ДНК-метилтрансфераза подавляет размножение ретротранспозонов. Инактивация этой ДНКметилтрансферазы, соответственно, стимулирует транспозиции.Дезаминирование ДНК С—>и при помощи фермента APOBEC3Gподавляет ретротранспозиции ретровирусов.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
