Механизмы регуляции экспрессии генов у эукариот

Регуляция экспрессии генов у эукариот. У эукариот организмов по сравнению с прокариотическими существенно возрастает содержание ДНК на гаплоидную клетку: с 4,2Ч10⁶ пар нуклеотидов у Е. coli до 3,3Ч10⁹ пар нуклеотидов в клетках человека.

1. Организация хроматина в дифференцированных клетках многоклеточного организма В клетках млекопитающих существуют механизмы, которые сохраняют стабильную репрессию одних генов и депрессию других.

Различают участки гетерохроматина, в которых ДНК упакована очень компактно и недоступна для транскрипции, и участки эухроматина, имеющие более рыхлую укладку и способные связывать РНК-полимеразу. В разных типах клеток в область эухроматина попадают разные гены.

Стойкая репрессия генов гетерохроматина обеспечивается:

• · высококонденсированным состоянием гетерохроматина;
• · метилированием дезоксицитидина ДНК-ме-тилазами в 5'-CG-3' последовательностях ДНК.
• · связыванием с гистонами и образованием нуклеосом, которые также снижают транскрипционную активность ДНК.

Исследования показали, что области эухроматина, в которых расположены активно транскрибируемые гены, обладают некоторыми структурными особенностями:

• · они более чувствительны к действию ДНК-аз, чем остальные участки ДНК;
• · к областям «активного» хроматина присоединяется группа негистоновых HMG-бел-ков, или белков с высокой подвижностью при гель-электрофорезе.

Разный набор и количество белков в эукариотических клетках может регулироваться:

• · изменением количества структурных генов;
• · перестройкой генов в хромосомах;
• · эффективностью транскрипции разных участков генома;
• · характером посттранскрипционных модификаций первичных транскриптов;
• · на уровне трансляции;
• · с помощью посттрансляционных превращений вновь синтезированных полипептидных цепей.

Амплификация генов используется организмом в том случае, когда возникает необходимость увеличить синтез определённого генного продукта. Многие гены, кодирующие белки или РНК постоянно присутствуют в амплифицированном состоянии. Амплифицированные участки могут располагаться друг за другом в хромосоме или образовывать внехромосомные фрагменты ДНК.

Нестабильны амплифицированные гены, двойные хромосомы. Они могут исчезать в последующих генерациях. Утрата генетического материала происходит в процессе созревания лимфоцитов и образования клеток синтезирующих иммуноглобулины.

генетическая рекомбинация — процесс обмена, перемещения генов между хромосомами или внутри хромосомы, объединение генов с образованием изменённой хромосомы, которая после таких структурных изменений способна к репликации и транскрипции. Этот процесс получил название «» .

У эукариотов рекомбинации наблюдают:

• · при половом слиянии яйцеклетки и сперматозоида;
• · при перемещении подвижных генетических элементов — транспозонов, в состав которых входят отдельные гены или группа генов, с исходной позиции в какое-либо другое место той же или другой хромосомы;
• · при формировании в лимфоцитах «библиотеки» генов, кодирующих антитела или иммуноглобулины.

Регуляция транскрипции генов высших организмов сходна с регуляцией экспрессии генов прокариотов. Основное различие состоит в значительно большем количестве участков ДНК и регуляторных факторов, контролирующих этот процесс. белки способных взаимодействовать со специфическими регуляторными последовательностями ДНК имеют один или несколько доменов, обеспечивающих выполнение регуляторных функций.

• · ДНК-связывающие домены, ответственные за узнавание и связывание регуляторных факторов со специфическими участками на молекуле ДНК;
• · Домены, активирующие транскрипцию за счёт связывания с белками основного инициаторного комплекса: транскрипционными факторами, коактиваторами и РНК-поли-меразой;
• · Антирепрессорные домены, благодаря которым белки способны взаимодействовать с гистонами нуклеосом и освобождать транскрибируемые участки ДНК от связи с этими ингибиторными структурами; Домены, связывающие лиганды, присоединение которых к белку изменяет его конформацию и обеспечивает связывание с молекулой ДНК. Лигандь1-индукторы транскрипции — стероидные гормоны, ретиноевая кислота, кальцитриол (производное витамина D₃) и гормоны щитовидной железы. Лигандами-репрессорами могут быть конечные продукты метаболических путей, некоторые гормоны. Будучи липофильньши молекулами, они проходят плазматическую, а иногда и ядерную мембраны, взаимодействуют с внутриклеточными рецепторами, присоединяясь к лиганд-связьгвающему участку. Присоединение лиганда к рецептору образует ДНК-связьшающий участок, узнающий специфическую последовательность в регуляторной зоне ДНК и индуцирующий транскрипцию определённых генов.

Посттранскрипционная регуляция.

· В организме животных существенное значение в обеспечении разнообразия белков играет посттранскрипционный процессинг РНК. Основные способы такой регуляции — альтернативный сплайсинг и изменение стабильности РНК.