Белки-регуляторы могут либо активировать, либо подавлять транскрипцию генов

10-4

10-3

10.1.3. Экспрессия гена может регулироваться на каждом этапе пути от ДНК к РНК и к белку [3]

Если различия между клетками разных типов обусловлены тем, какие белки экспрессируются в них, важно знать, на каком уровне осуществляется контроль белкового синтеза. На пути, ведущем от ДНК к белку, этот контроль может реализоваться практически на любом этапе (рис. 10-2). Основными «контрольными точками» могут служить: 1) время и характер транскрипции данного гена (контроль на уровне

транскрипции), 2) характер процессинга первичного РНК-транскрипта (контроль ва уровне процессинга), 3) отбор в ядре зрелых мРНК, предназначенных для экспорта в цитоплазму (контроль на уровне транспорта), 4) отбор в цитоплазме мРНК для трансляции на рибосомах (контроль на уровне трансляции), 5) избирательная дестабилизация определенных типов мРНК в цитоплазме (контроль на уровне деградации

мРНК), 6} селективная активация, инактивация или компартментация молекул белка после их синтеза (контроль на уровне активности белка).

Для большинства генов наиболее важен контроль на уровне транскрипции. Первые данные о той роли, которую играет контроль на уровне транскрипции в развитии позвоночных, были получены при сравнении молекул мРНК печени с мРНК мозга. Некоторые из этих РНК присутствовали только в клетках печени. С помощью кДНК-зон-дов показано, что в клетках мозга нет не только соответствующих мРНК, но также и первичных транскриптов, из которых она образовывалась. Для того, чтобы убедиться в этом, из клеток печени и мозга выделяли ядра, а затем их инкубировали с высоко радиоактивными

Рис. 10-3. Получение радиоактивно меченной гяРНК. Молекулы РНК-полимеразы после введения метки и лизиса клетки продолжают элонгацию тех же молекул РНК in vitro, при этом исследователь получает высокоактивный препарат тех последовательностей, которые транскрибируются в клетке (первичные транскрипты РНК).

Албертс Б., Брей Д., Льюис Дж., Рэфф М., Робертс К. Уотсон Дж. Д. Молекулярная биология клетки: В 3-х т. 2-е изд. перераб. и доп. Т. 2.: Пер. с англ. – М.: Мир, 1993. – 539 с.

Рис. 10-4. Схема стандартного метода выявления радиоактивно меченных молекул РНК, имеющих определенную нуклеотидную последовательность. В том случае, если молекулы РНК могут образовать гибридный РНК/ДНК дуплекс с од-ноцепочечным фрагментом ДНК, используемым в качестве специфического зонда, эти молекулы остаются неповрежденными в процессе нуклеазной обработки и легко обнаруживаются по радиоактивной метке. В экспериментах, описанных в тексте, очищенные сегменты ДНК, соответствующие разным генам, были получены с помощью клонирования молекул кДНК, которые, в свою очередь, были синтезированы путем обратной транскрипции суммарной мРНК печени. Каждый из этих фрагментов ДНК использовали в качестве зонда в отдельном эксперименте (см. рис. 10-5).

РНК-предшественниками (рибонуклеозидтрифосфатами). В результате все РНК-транскрипты, синтезированные за это время, оказывались радиоактивно меченными. Этот процесс, известный под названием «продолжающегося синтеза в ядре», схематически представлен на рис. 10-3.

Меченые молекулы РНК затем тщательно анализировали (рис. 10-4 и 10-5). Достоверно показано, что в гяРНК клеток мозга нет участков гомологии с какой-либо из 11 различных мРНК, специфичных для клеток печени. В этих опытах гяРНК из клеток печени служила положительным контролем, поскольку она заведомо содержит последовательности, гибридизующиеся с кДНК печени. Отсутствие мРНК, специфичных для печени (и следовательно, кодируемых ими белков) в цитоплазме клеток мозга можно отнести в первую очередь за счет блокирования транскрипции соответствующих генов в этих клетках. Другими словами, данные о случайно отобранных специфичных для печени мРНК, свидетельствуют о том, что различия между клетками печени и мозга контролируются в основном на уровне транскрипции.

Клетки эукариот содержат большое количество сайт-специфических ДНК-связывающих белков, основная функция которых состоит во включении или выключении генов. Каждый из этих белков-регуляторов, присутствующих в количестве нескольких копий на клетку (~ I молекула на 3000 нуклеосом или 104 копий на клетку млекопитающего), узнает определенные последовательности ДНК, длиной 8-15 нуклеоти-дов.

Присоединение таких белков к ДНК может либо вызвать транскрипцию расположенного рядом гена (позитивная регуляция), либо подавить ее (негативная регуляция) (рис. 10-6). Далее мы расскажем о некоторых механизмах, участвующих в этих процессах (см. разд. 10.2.7). Различные типы клеток многоклеточного организма обладают разными белками-регуляторами, в результате каждый тип клеток транскрибирует свой собственный набор генов.

Дата добавления: 2015-08-31