1625913344-8903f4a71ad640872a209e228a3a0bd4 (531148), страница 89
Текст из файла (страница 89)
Будучи т. о. дезаминированной, большая часть копий ДНК ретровируса деградирует, темсамым становится невозможной ее интеграция в геном. Оставшаясяменьшая часть при синтезе дочерней копии РНК приводит к высокойчастоте мутаций G—>А.Существенную роль в экспрессии генетической информациииграет также организация генетического материала на нуклеосомном уровне, регулируемая ацетилированием, фосфорилированиеми метилированием гистонов.
Кроме того, к гистонам могут присоединяться и крупные пептидные молекулы, а именно убиквитин иубиквитинподобные пептиды SUMO (Small Ubiquitin-like Molecule).Сумоилирование гистона Н4 влечет за собой его деацетилирование.Гистон Н1 может быть АТФ-рибозилирован. Известны варианты гистонов, например НЗ, которые могут появляться или отсутствовать вхроматине, и другие модификации хроматина.Все эти модификации гистонов (некоторые из них представленыв таблице 17.3) участвуют в регуляции транскрипции.488 ftЧасть 4. Структура и функция генаТаблица 17.3Типы ковалентной посттрансляционной модификации гистонов и их последствия(Т.
Kouzaridis and S. Berger, 2007)ГруппаГистоны (модифицируемыйаминокислотный остаток)Влияние натранскрипцию1АцетилированиеНЗ (К9, К14, К18, К56)АктивацияН4(К5, К8, К12, К16)Н2А (?)Н2В (Кб, К 7, К /6, К 17)ФосфорилированиеАктивацияНЗ (S10)МетилированиеАктивацияНЗ (К.4, К36, К79)РепрессияНЗ (К9, К27)/Н4 (К20)2УбиквитинированиеСумоилированиеАктивацияН2В (К123)РепрессияН2А(К119)РепрессияНЗ (?)Н 4(К5, К8, К12, К16)Н2А (К 126)Н2В (Кб, К7, К16, К. 17)Примечание.
Группа 1 объединяет модификации гистонов при помощинизкомолекулярных химических групп, группа 2 — модификации гистонов припомощи пептидов. Аминокислотные остатки представлены в однобуквенномкоде (см. табл. 16.3): К — лизин, S — серин. (?) — аминокислотный остаток неустановлен.17.5. Интерференция РНКВ 1998 г. Э. Файр и К. Мелло опубликовали статью, в которой показали, что появление в клетках червя С. elegans антисмысловой РНКприводит к подавлению функции гена, чьей иРНК эта антисмысловаяРНК комплементарна (Нобелевская премия 2006 г.). При этом происходит образование двуцепочечной РНК, сопровождаемое разрушением иРНК. Явление получило название интерференции РНК, котораяприводит к «замолканию», «глушению» (silencing) генов.Еще более сильный эффект (в 10 раз) вызывала инъекция вС.
elegans непосредственно двуцепочечной РНК. При этом двуцепочечная РНК размножается, образуется много копий, они распростраГлава 17. Регуляция действия гена$3 489няются между клетками, даже могут наследоваться (судя по эффектуподавления экспрессии исследуемого гена) в следующем поколении.Тогда же авторы предположили, что такой механизм может лежатьв основе регуляции экспрессии ряда генов, что вскоре и подтвердилось. Это явление обозначили как RNAj (от RNA interference — интерференция Р Н К). Небольшие молекулы РНК оказались вовлеченыв контроль транспозонов (мигрирующих генов) и, как предполагают,защищают организм от вирусной инфекции, по крайней мере, у некоторых низкоорганизованных объектов.Вскоре RNAj стали использовать для анализа неизвестных функций генов из секвенированных геномов.
В перспективе такой жеподход можно будет использовать для терапевтических целей.МикроРНК обнаружены у большинства исследованных объектов, за исключением S. cerevisiae. В последнем случае, правда, естьмеханизм регуляции, основанный на синтезе антисмысловой РНК.Тем не менее микроРНК есть и у одноклеточных: у Schiz. pombe, уChlamidomonas reinhardtii.У многоклеточных микроРНК и механизм интерференции РНКвовлечен в самые различные процессы. Показана роль miRNA в развитии стресс-реакции, развитии и функционировании сердца и т. д.Регуляторные РНК — это своеобразная реминисценция о том времени, когда жизнь была представлена исключительно молекуламиРНК — около 3,8 миллиарда лет назад. Первые представители жизни, содержащие ДНК и белки появились около 3,6 млрд лет назад.Напоминанием об этом древнем периоде остались рибозимы — молекулы биологических катализаторов, «сделанные» из рибонуклеотидов, а не из аминокислот.
Рибозимы умеют не только самосплайсировать (вырезать) некоторые интроны (гр. I и II) (см. раздел 16.10),но и проводить некоторые превращения низкомолекулярных соединений. Кроме того, вспомним функции рРНК, ее пептидилтрансферазную активность, центры связывания факторов трансляции, центрдекодирования (см. раздел 16.9).Еще одно напоминание об этом далеком эволюционном прошлом — интерференция РНК, или посттранскрипционный «сайленсинг» (глушение, подавление экспрессии) генов, кодирующих белки.Это явление и было обнаружено у нематоды С. elegans как реакцияна введение двуцепочечной РНК (дцРНК), приводившее к специфическому выключению гена, соответственно выбранной последовательности.
Введение нескольких молекул дцРНК в родительскогочервя блокировало экспрессию гена (кодирующего один из белковмускулатуры) во всем животном и сохранялось в F, (!).490 ftЧасть 4. Структура и функция генаУ высших растений существует механизм, обеспечивающийустойчивость к РНК-содержащим вирусам, направляющий двуцепочечную вирусную РНК на деградацию. Этот механизм объясняети глушение, или «сайленсинг», генов (оно же — косупрессия ), который наблюдается также у нейроспоры, дрозофилы, С. elegans , атакже у млекопитающих, получивших несколько копий одного генав результате трансформации.
Как множественная интеграция дополнительных генных копий или даже одного гена может запуститьобразование дцРНК, остается неясным. Согласно одной из гипотез эндогенные РНК-зависимые РНК-полимеразы могут различатьаберрантные транскрипты, получаемые с активно-экспрессируемыхгенов, и превращают их в дцРНК. Такие РНК-полимеразы обнаружены у нематоды, нейроспоры, высших растений. Похоже, механизмглушения при помощи дцРНК распространен среди очень многих,если не всех эукариот.Работает этот механизм на разных уровнях.
У червя и у растений события разыгрываются на посттранскрипционном уровне. Использование последовательностей промоторов и интронов было неэффективным в таком глушении. У растений вдобавок происходитгиперметилирование последовательностей, гомологичных той, которая вызвала глушение. У дрозофилы, нематоды и грибов при сайленсинге оказывается измененной и структура хроматина. Наконец(у С. elegans ), события разыгрываются и на уровне синтеза белка.В клетках дрозофилы нашли эндонуклеазу, известную теперькак эндонуклеаза RISC (RNA-induced silencing complex).
Ее синтезирует культура клеток дрозофилы в ответ на обработку дцРНК.Комплекс RISC при глушении взаимодействует (включает в себя)с eIF6 — фактором инициации трансляции, связывающимся с 60sсубчастицей.В растениях обнаружена антисмысловая РНК размером около25 нуклеотидов, гомологичная генам, испытывавшим косупрессию.Такая РНК образуется из дцРНК и в эмбрионах дрозофилы.
ТакуюРНК изолируют совместно с активностью эндонуклеазы RISC. Согласно распространенной модели сайленсинг начинается с того, чтомеханизм, узнающий дцРНК, режет ее на куски длиной 21-25 нуклеотидов. Эти малые интерферирующие Р Н К (small interfearing RNAssiRNAs) — миРНК — своего рода метка пути сайленсинга. СвязываяRISC, они направляют комплекс к гомологичным последовательностям иРНК. Представители еще одного семейства нуклеаз — РНКазы III — имеют домен для связывания дцРНК и каталитический домен. Эти консервативные нуклеазы нашли во многих объектах — ихГлава /7.
Регуляция действия генаft 491назвали Dicer (от английского to dice — шинковать). Они превращают дцРНК в миРНК, которая и связывается с эндонуклеазой RISC.Далее комплекс узнает по гомологии иРНК и эндонуклеолитическиразрушает ее.Ситуация различна у дрозофилы и человека, с одной стороны, иС. elegans и растений — с другой. У последних происходит размножение дцРНК благодаря активности РНК-зависимой РНК-полимеразы(RdRp), благодаря чему и становится возможным системное глушение экспрессии гена, которому гомологична эта миРНК, а возможно,и наследование в следующем поколении.Переход зимогена RISC в активный энзим сопровождаетсярасплетением миРНК.
Эндонуклеаза RISC может быть выделенакак рибонуклеопротеин с молекулярной массой около 500 KDa изкультуры клеток S2 D. melanogaster. При этом RISC соочищается сAG02 — членом семейства белков Аргонавт (Argonaut). Ген AGOбыл открыт у мутанта с измененной формой листьев у арабидопсис. Гены, кодирующие белки AGO, представлены, видимо, во всехорганизмах, кроме S. cerevisiae. Эти белки имеют по два участкагомологии — домены PAZ и Piwi. Последний уникален для этойгруппы.
PAZ есть и в Dicer, и он может быть существен для сборкикомплекса глушителя (silencing complex). Обобщенная схема интерференции РНК, приводящая к глушению экспрессии гена, представлена на рисунке 17.11.У С. elegans более 20 генов, родственных аргонавту, в том числе RDE-1 и RDE-4, взаимодействующие с Dicer, которые нужны дляинициации глушения в родительском организме, но не в F]. А геныM UT-7 и RDF-2, как раз наоборот, нужны для эффекта в F,, но не уродителей. Видимо, первичное глушение (у родителей) — узнаваниеэкзогенной дцРНК — отличается от узнавания вторичных дцРНК,продуцируемых РНК-зависимой РНК-полимеразой.Существенно, что (1) глушение, запущенное небольшим количеством дцРНК, распространяется по всему растению (системноеподавление экспрессии) и даже распространяется на «неопытный»привой.
Кроме того, (2) глушение распространяется вдоль гена вобоих направлениях: 3'-5' и 5 -3', что не согласуется с активностьюРНК-зависимой РНК-полимеразы. Тем не менее у растений и нематоды глушение, вызываемое дцРНК, требует наличия ферментов,схожих по последовательности с РНК-зависимой РНК-полимеразой(RdRP) томата, которая использует антисмысловую цепь РНК в качестве затравки (праймера) для синтеза дцРНК. Это и обеспечиваетсистемное глушение у растений (и нематоды). Такая амплификация492 ftЧасть 4. Структура и функция генане происходит у позвоночных идрозофилы, поскольку гены дляRdRP у них не обнаружены.ДЦРНКПредшественниками интерферирующих РНК могут бытьискусственные или естественныедцРНК, образующиеся путемвзаимодействия разных (самостоятельных) молекул, или двуцепочечные шпильки РНК, кодируемые геномом.Глушение может происходитьне только путем деградациииРНК, но и за счет взаимодействия миРНК с иРНК, приводящего к подавлению трансляции.Обнаружение механизма интерференции РНК (не до концаеще изученного) открывает новыеперспективы для функциональной геномики — исследованиевсего генома через двуцепочечныефрагменты, направляемые к желаемым генам.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
