Льюин (Левин) - Гены - 1987 (947308), страница 151
Текст из файла (страница 151)
Однако ясно, что либо процессннг транскрнптов экспресснруюшнхся генов — процесс малоэффективный, либо некоторые транскрнпцнонные еднннцы экспресснруются с образованием только ядерной РНК. Осуществляется ли регуляция на посттранскрипционном уровне? Тот факт, что только небольшая часть генома представлена в виде гяРНК (скажем, менее 5; в случае клеток млекопитающих), указывает на первостепенную роль регуляцнн транскрипции в экспресснн генов.
Нам нзвестно, что некоторые гены транскрнбнруются только в тех клетках, где онн экспресснруются. Два примера такого рода — гены глобнна (которые транскрнбнруются только на определенных стадиях развития клеток эрнтрондного ряда) н гены овальбумнна (которые транскрнбнруются только прн воздействии эстрогенов на яйцеводы кур).
Ко- ЗЗ7 27. Регуляция процессинга РНК Все им ,жоьжжеоъ поз хочоэосон Транскрипция Транскрипция 1\ Д рн "" 1 -1 /, 1 — )р /нем/ / 1/ / 3 гра скрипга из 4 гнРНК Працесси Д рапацг Працесс нг — + 1 гранскрипг 34 мРНК гяРНК НРНК Рнс. 27 5 Происходит дн потеря основной части всех гяРНК прн нх продессннге, как это показано в левой части рисунка, вдн он эффективно протекает в случае некоторых трвнскрнптов, тог- печно, такие гены экспрессируются очень активно, и специфический способ их регуляции может отличаться от способов регуляции других генов, экспрессирующихся менее активно. Количественные различия в экспрессии генов могут проявляться на этапе между стадиями транскрипции и трансляции. В случае некоторых последовательностей обнаруживается разное число их копий в ядерной и в цитоплазматической РНК. Это означает, что интецсийность транскрипции †единственный фактор регуляции содержания мРНК в' клетке.
Колебания стабильности РНК или эффективности процессипга могут иметь значение для изменения относительного количества последовательностей РНК при их транспорте из ядра в цитоплазму. Общие количественные изменения обнаруживаются ,при переходе клеток из состояния покоя (т.е. когда клет'ки не делятся) в состояние роста (когда клетки активно проходят через стадии клеточного цикла). В растущих клетках содержится больше РНК, чем в покоящихся клетках, н, в частности, в них содержится большее количество мРНК по сравнению с количеством рРНК.
Однако в этих клетках не наблюдаешься изменений в скорости транскрипции гяРНК, в процентном содержании полиаленилированных молекул нли в стабильности мРНК. Если что и происходит в растущих клетках, так это превращение большего количества ро1у(А) '-гяРНК в ро!у1А) -мРНК. Основная часть различий носит скорее количественный, а не качественный характер. Имеет место экспрессия некоторых новых последовательное~ей, н в большинстве случаев наблюдаемые изменения соответ ствуют эффективности, с которой один и тот же набо последовательностей гяРНК превращается в мРНК Иными словами, в покоящихся клетках эффективност такого превращения уменьшается.
В свете сказанного выше о природе последовательностей, встречающихся только в ядре, становится ясно, что, по крайней мере в покоящихся клетках, некоторые из этих последовательностей представляют собой избыточные копии экспрессирующнхся последовательностей. 3 гига нз 4 1ген з4 зов коэох,хозоьэтгяовочнв зозяжывозосожосовяозз да ках нз других гяРНК вообще не образуется мРНК, квк это показано в правой части рисунка? Обнаружено, что в клетках морского ежа регуляция ' отбора последовательностей может осуществляться на уровне ядерной РНК. У 5, ригригагиз значения суммарной сложности ядерных РНК нз нескольких взрослых и эмбриональных типов клеток находятся в одних и тех же пределах (от 175000 до 225000 т.н.
при средней длине молекул, равной 8800 нуклеотидам). Это указывает на отсутствие каког.о-либо сходства со значениями сложности молекул мРНК, составляющими от 6000 до 26000 т.н. при среднем размере молекул 2000 оснований. На рис. 27.6 сопоставляются последовательности РНК, присутствующие в двух тканях морского ежа. Сложность мРНК бластулы гораздо выше. Она содержит некоторые последовательности, входящие в состав и мРНК клеток кишечника, но основная часть мРНК бластулы обнаруживается только на эмбриональной стадии развития.
Большая часть общих последовательностей (-808/) обнаруживается в составе ядерной РНК как клеток кишечника, так и бластулы. Это означает, что в ядрах клеток кишечника имеются РНК-прелшественннки, содержание которых ограничено пределами ядра и нз которых не образуется мРНК. Но в бластуле из гнех э/се самых последовательностей образуются мРНК. Таким образом, в этом случае многие гены транскрибируются в тканях независимо от того, будут ли они в конечном счете экспрессироваться. Отбор транскрнптов, которые подвергнутся процессингу и транспорту из ядра в цитоплазму, осугцествляется только в определенных тканях. По-видимому, на уровне транскрипции осуществляется регулялия экспрессии только небольшого числа генов.
Модели регуляции экспрессии генов Пока еше рано делать какие-либо общие выводы о том, насколько часто регуляция экспрессии генов осуществляется на том или ином уровне. Понятие «уровень регуляциив предполагает, что экспрессия гена, раз начавшистн не обязательно автоматически продолжается. В принципе специфическая для данного гена регуляция Часть ЧП. Созревание РНК: процессннг. 338 Активации с~рук~уры геке Ииициировакие транскрипции тракслпцип мРНК Послодоеатсаикости, оокарумиваемые в тлРНК кишечника псследовательиости.
обнаруживаемые в мрнк бластулы ядерные последовательности,ие представленные в мРНК рис 27 б мРНК бластулы морских ежей образуется из тех же самых ядерных транскрнптов. которые легралируют в клетках кишечника взрослот о организма. его экспрессии может осуществляться на любом из не- скольких последовательных этапов.
Можно выделить по меньшей мере четыре этапа осуществления регуляции экспрессии тена; Процессиит траискрипта и его траиспарт в цитоппааму На существование первого уровня регуляции указывает тот факт, что гены сами по себе могут находиться в одном из двух структурных состояний. Гены находятся в «активном» состоянии по отношению к основной части генома в тсх клетках, в которых они транскрибируются. Природа такого состояния гена, о наличии которог'о судят по изменениям связей белков с ДНК, рассматривается в гл. 30. Изменение сгруктуры гена предшествует транскрипг(и)(.(возможно, их разделяет несколько делений клетка). Из этого можно сделать вывод, что возникновение «активной» структуры может быть первым этапом экспрессии генов. Транскрипция гена, находящегося в активном состоянии, регулируется на стадии инициации, т.е.
при взаимодействии РНК-полимеразы с промотором. На этом этапе регуляцию уже можно изучать в сис~еме (п ИГго (гл. 11). В настоящее время пока еще не имеется данных о регуля- пии на следующих стадиях транскрипции в эукариотнческих клетках, например с помощью механизмов, подавляющих терминацию транскрипции (антитерминация).. Первичный транскрипт во всех случаях должен быть 1 модифицирован посредством кэпирования, а обычно так- ' же и полиаденилврования. Из транскриптов прерывистых генов должны быть удалены ннтроны. Зрелая РНК должна быть экспортирована из ядра в цитоплазму. Пока еще невозможно провести различие между этими этапами с точки зрения их роли в регуляции генной экспрессии. Следовательно, вполне возможно, что регуляция путем отбора последовательностей на уровне ядерной РНК может происходить на любом из этих этапов или же сразу на всех.
Какие-либо предположения о молекулярных механизмах (как качественных, так и количественных) регуляции генной экспрессии на уровне ядерной мРНК отсутствуют. Наконец, может осуществляться специфическая регуляция трансляции мРНК в цитоплазме. Данные об использовании этого механизма во взрослых соматических клетках немногочисленны. Однако в некоторых эмбриональных клетках, как описано в гл. 9, этот механизм обнаружен.
Предполагаютз что при помощи этого механизма блокируется иницижрйвание трансляции некоторых мРНК специфическими белковыми факторами. От вопроса, касающегося использования и типа механизма, работающего на каждом из потенциально возможных уровней регуляции экспрессии генов, мы должны перейти к общему вопросу о координации экспрессии генов между различными локусами. Гены, в результате экспрессии которых клетка приобретает специфический фенотип, могут занимать самые разные положения.
Функционирование каждого гена, по-видимому, необходимо для создания набора клеток с определенным фенотипом. Каким образом в каждой клетке происходит активация 27. Регуляция процессинга РНК 339 «правилыюй» комбинации генов, обеспечиваюуцих ее специфический феиотип? Принято считать, что в случае эукариотических генов имеет место положцтя;ц ная .регуяунцнь.их-акаывнаачхьр пока ген не включен, он неактивен. Это согласуется с предположением, что ген может экспрессироваться только после его перехода из обычного неактивного состояния в активное. На последующих этапах может осуществлятъся как отрицательная, так и положительная регуляция.
Модели регуляции экспрессии эукариотических ~снов обычно предполагают наличие положительной регуляции, которая, однако, легко может быть заменена на отрицательную. Имеются два общих пути для решения проблемы экспрессии перекрывающихся комбинаций генов в клетках с различным фенотипом. Либо гены повторяются, либо экспрессия отдельных генов реу улируется множеством способов.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
