Рыбчин - Основы генетической инженерии - 2002 (947310), страница 6
Текст из файла (страница 6)
! .6). гово ггоо е4оо гооо 4аоо 5ооо згоо ! гоо 4оо ого аоо Рис. 1.б. е!асгь генома фага ОХ! 74 в области гена А В гене А полностью располагаются гены А* и В, частично— ген К (другая его часть находится в гене С) и ог)-сайт начала синтеза положительной нити фаговой ДНК.
Гены В и К транслируются в иной рамке по сравнению с трансляцией гена А, а ген А* — в той же, но с другого инициирующего кодона. Строго говоря, ген С также перекрывается геном А, поскольку на их стыке имеется последовательность из четырех нуклеотидов АТСА. Три первых являются инициирующим кодоном для белка С, а три последних — терминирующим кодоном для белков А и А*. Такая же последовательность нуклеотидов с аналогичной функцией имеется на стыке генов С и Д, т. е. эти гены тоже перекрываются. Ген Е полностью располагается в гене Р.
Их концевые части устроены следующим образом: Глава 1. Гели 27 Белок Е........... 1.ув О!и 31ор Мег Бег 1ув..........Белок 3 5'... ОААООАОТОА'ГОТААТОТСГААА... 3' Белок О....... О!п О)у Ъа! Ме! Бгор Последовательность ТААТО солержит терминирующий колон ТАА гена .0 и инициирующий колон АТО гена Г, т.
е. гены В и У также перекрываются, но транслируются в разных рамках. Естественно, что последовательность Шайна — Далгарно (подчеркнута) гена Г используется одновременно в генах В и Е для кодирования аминокислот. Как правило последовательности ТААТС и АТСА на стыке генов обеспечивают сопряженную трансляцию их обшей мРНК, при которой рибосомы не отлеляются от нее, постигнув терминирующего колона, а меняют рамку считывания и транслируют последующий ген. Гены эукАРНОт Отметим вначале, что у эукариотических организмов ДНК присутсгвует не только в ядрах, но и в органеллах — митохонлриях, которые есть у всех эукариот, и хлоропластах, имеющихся у зеленых растений.
По многим признакам предполагается, что органеллы происхолят от прокариот: митохонлрии от а-пурпурных бактерий, а хлоропласты — от цианобактерий. Их роднят с прокариотами многие черты белок-синтезирующего аппарата. Учитывая направленность интересов генетической инженерии, ограничимся здесь рассмотрением только ядерных генов. Строение. Гены эукариот по строению и характеру транскрипции значительно отличаются от прокариотических генов (см. табл. !.1). Их отличительной особенностью является прерывность, т. е. чередование в них последовательностей нуклеотилов, которые представлены (экзоны) или не прелставлены (интроны) в мРНК. Отсюда ясно, что интроны относятся к некодирующим последовательностям.
Они могут располагаться не только в области, ограниченной инициирующим и терминирующим колонами, но и вне их, в начале или в конце гена. Их длина может превышать 10 т.п.н. У низших эукариот прерывные гены составляют меньшинство всех ~снов (5 % у дрожжей), а у высших — большинство (94 % у млекопитающих). Отметим„что мозаичносгь генов найдена и в прокариотических клетках.
28 Часть 1. Генная инженерия ен иге Эволюционно связанные гены, обладающие высокой степенью физической гомологии, образуют семейства. Белки, колируемые такими генами, действуя одновременно или на разных этапах развития организма, выполняют одинаковые функции. Например, состав белков в и- и б-цепях гемоглобина крови млекопитающих различен у эмбриона, плода и взрослого организма, что вызвано дифференциальной экспрессией генов, входящих в а- и Р-семейства глобиновых генов. Наряду с функционирующими генами, в семействах обнаружены нефункционируюшие.
Такие гены получили название псевдогепов. Они не экспрессируются по различным причинам (изменение рамки считывания из-за делеции или вставки, отсутствие интрона и т. п.). Характерной чертой генов, входящих в семейство, является сходная картина локализации большинства интронов. Это сходство не ограничивается рамками определенного генома. Так, в случае глобиновых генов сходными по расположению интронов оказались гены у всех исследованных животных — у млекопитающих, птиц и лягушек. Однако длины и нуклеотидные последовательности интронов могут значительно варьировать, меняя тем самым и размеры самих генов. Трапскрилг(и».
Гены эукариот не группируются в опероны, поэтому каждый из них имеет собственные промотор и терминатор транскрипции (рис. 1.7). Транскрипцию ведут три различные РНК-полимеразы: 1, П и 111, которые синтезируют рРНК, мРНК и тРНК, соответственно. Как и в случае прокариот, рассмотрим только механизм экспрессии генов, кодирую1пих белки. Поэтому далее под эукариотической РНК-полимеразой подразумевается РНК-полимераза 11. Она состоит из более десятка субъединиц, но все же связываться непосредственно с промотором не может. Ее посадке на промотор способствуют транскрипционные факторы белковой природы.
Ртщ из них распознают специфические последовательности (боксы) в промоторе. Длина типового промотора высших эукариот — около 100 п.и. В нем следует различать две части — базовую и дополнительную. Гены, имеющие только базовую часть промотора, функционируют в любых клетках организма и це подвержены ткане-специфическому контролю. Эта часть служит для инициации транскрипции и Глава 1.
Гатти точной ориентации РНК-полимеразы 11 относительно первого транскрибируемого нуклеотида. Дополнительная часть совместно с энхансерами (см. с. 31) используется для повышения эффективности транскрипции и регуляции активности гена. Кодир)ютси» иит»ттьт Е р и) ))7 ,'3) 4 ) 5 ~ 6 6) 7т»О рА 7, '8 )9) А„ В) 7тпс лни» чисть г) д) нн, ()~ЯЯ ооон Рис. 1.7. Строение эукариотического гена и этапы его экспрессии: а — принципиальная структура мозаичного гена; б -- пре-мРНК; а — цитоплазматическая мРНК; г — белок-предшественник; д — активный белок. 1, 3, 7, 9 — некодируюшие экзоны; 7, 5, 8-- интроны; 4, 6 — кодиру)ощие экзоны; Š— энхансер; р — промотор; р — инициирующий кодоц; ч — терминирующий кодон; рА — терминатор транскрипции и сайт полиадепилирования; 7гпΠ— 7-метилгуанозин; А — пояиадениловая цепочка из и звеньев Базовая часть промотора состоит из двух элементов (рис.
1.3,а). Один из них — ин)сциатор — включает первый транскрибируемый нуклеотид (обычно это А, еп) координата +1) и предшествующий ему нуклеотид (обычно это С, его координата — 1), а также окружающие их пиримидины (Ру); общая формула инициатора— Ру,САРУ, Другой элемент — ТАТА-бокс — расположен на отметке — 25; его консенсус — ТАТАААА. РНК-полимераза П и набор транскриппионных факторов, работающих на базовой части промотора, образуют базовый транскрипционный аппарат клетки, который обеспечивает минимальный уровень транскрипции любого гена.
Два из этих факторов взаимодействуют с элементами промотора. ТАТА-бокс распознается белком ТВР (ТАТА-Ьох Ь(пдша 30 Часть 1. Геяяая аеокеяерия и п1па ргоге1п). Это способствует связывани1о фактора ТН1В с ипипиатором и последующей посалке РНК-полимеразы 11 на комплекс, который образуется этими и другими базовыми транскрипционными факторами за счет белок-белкового взаимодействия друг с другом. Гу,слоу, е1 п.п. а) 'ьПС~" ~СА~~Т - " 'ьтдхттА ~— -100 -80 -60 -40 -20 ';паз ', - — — ~тАтА'; -100 пк 01 — ~ БАБ 1 —- -1ООО Рис. 1.8. Строение промоторов высших зукариот (а) и дрожжей (0) Дополнительная часть промотора включает в себя два бокса, которые встречаются у большинства генов.
Это СААТ-бокс (консенсус ООССАяУГСТ, координата -75) и ОС-бокс (консенсус ОООСОО, координата -90). У мпо1 их генов в этой части промотора встречается октамер с консенсусом АТТТОСАТ и лругие боксы, не имек1щие четкой локализации. Отметим следующие особенности этих боксов: а) они могут встречаться в разном числе копий; б) они функциональны и в инвертированном положении (кроме СААТ-бокса); в) каждый из них может распознаваться различными транскрипционными факторами; г) некоторые из них являются сайтами регуляции активности генов (чаще всего — позитивной).
Итак, промоторы высших эукариот представляют собой мозаику из различных консервативных последовательностей. С ними взаимодействуют разные транскрипционные факторы, образующие сложные регуляторц ые агрегаты, в связи с чем Жакоб предложил называть их агре1 улатами ()асоЬ, 1993). Отметим, однако, что никакой транскрипционный фактор и никакой бокс в промоторе (даже базовый) не являются строго обязательными для всех генов. Аналоп1чно организованы и дрожжевые промоторы (рис. Е8,6), но их боксы (за исключением ТАТА-бокса) имеют другое молекулярное строение. Последовательности 1)Ю (црзггеат гергезяпя зее)иепсе) и 1)Аб (ир81геат асггуайпй зеспспсе) встречаются ~олько у регулируемых генов.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
