ДНК и регулируют транскрипцию генов

Комплексы стероидных гормонов с рецепторами присоединяются к специфическим последовательностям

12-10

Гормонов

Множество онтогенетических и физиологических процессов у самых разных организмов - от грибов до человека- регулируется небольшим числом стероидных гормонов, синтезируемых из холестерола. Будучи сравнительно небольшими (мол. масса около 300)

гидрофобными молекулами, эти гормоны проходят через плазматическую мембрану путем простой диффузии. Оказавшись внутри клетки-мишени, стероидный гормон каждого типа прочно, но обратимо связывается со своим специфическим рецепторным белком. Присоединение гормона ведет к аллостерическому изменению конформации рецепторного белка (процесс, называемый активацией рецептора}, что повышает сродство последнего к ДНК; это позволяет рецептору связываться со специфическими генами в ядре и регулировать их транскрипцию. Аналогичным образом действуют гормоны щитовидной железы (тиреоидные гормоны), связываясь со своими рецепторами, которые очень сходны с рецепторами стероидов.

Типичная клетка-мишень содержит около 10000 рецепторов для стероидных гормонов. Каждый рецептор может обратимо связать одну молекулу определенного гормона с высоким сродством (константа

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. 12-9. Модель белка-рецептора для стероидного гормона. Как полагают, в неактивном состоянии он связан с ингибиторным белком, который блокирует ДНК-связывающий домен рецептора. Связывание гормона рецептором приводит к отделению белка-ингибитора, и в результате рецептор активируется. Прообразом для этой модели послужил рецептор кортизола (глюкокортикоида), но сходную структуру имеют также рецепторы для эстрогенов, тестостерона, прогестерона, альдостерона, тиреоид-ного гормона, ретиноевой кислоты и витамина D (см. рис. 10-25);

вместе все эти белки образуют надсемейство рецепторов стероидных гормонов. В случае рецепторов кортизола и эстрогенов белком-ингибитором служит «белок теплового шока» hsp90 с мол. массой около 90000 (разд. 8.2.7).

сродства Ка от 108 до 1010 л/моль). Поскольку рецепторы составляют менее 0,01% общей массы белка в клетке, очистить и охарактеризовать их очень трудно. Недавно, однако, последовательности ДНК, кодирующие некоторые рецепторы стероидных гормонов позвоночных (их кДНК), были клонированы и секвенированы. Оказалось, что рецепторные белки имеют очень сходную структуру. Их полипептидная цепь длиной около 800

аминокислотных остатков образует три отдельных домена: С-концевой домен, который связывает гормон, центральный домен, связывающийся с ДНК, и N-концевой, который активирует транскрипцию гена (рис. 12-9).

Некоторые типы рецепторов стероидных гормонов изначально, в отсутствие гормона, находятся в цитозоле, а другие - в ядре. В обоих случаях присоединение гормона повышает сродство рецептора к ДНК, что позволяет рецептору прочно связываться с определенными нуклеотидными последовательностями в гене, который регулируется данным гормоном. Связывание гормон-рецепторного комплекса со специфическими участками гена активирует (или иногда подавляет) транскрипцию данного гена.

Получить прямое доказательство того, что активированные рецепторы стероидных гормонов связываются со специфическими генами, было очень трудно, и это удалось сделать лишь в 1983г., когда была разработана технология рекомбинантных ДНК. Она позволила клонировать гены, регулируемые стероидными гормонами, и получать в больших количествах специфические последовательности ДНК. Необходимо было еще очистить рецепторные белки, что само по себе является весьма трудоемкой и длительной процедурой. Как только удалось получить рецепторы в очищенном виде, связывающие их последовательности ДНК были картированы in vitro методом футпринтинга (разд. 4.6.6); оказалось, что присоединение рецептора защищает от мягкого расщепления нуклеазами или химическими реагентами группу специфических нуклеотидных последовательностей ДНК. Если эти короткие узнаваемые последовательности из гена удалить, то стероидный гормон уже не будет активировать его транскрипцию. Более того, если короткий фрагмент ДНК, который содержит узнаваемую последовательность, слить с другим геном (репортером) и затем перенести в клетку, содержащую рецепторный белок, то соответствующий стероидный гормон будет активировать транскрипцию гена-репортера. Эти эксперименты показывают, что последовательности ДНК, узнаваемые in vitro активированными рецепторами стероидных гормонов, действительно опосредуют действие рецептора в клетке. Гены, чувствительные к стероидным гормонам, как правило, содержат несколько групп узнаваемых последовательностей, обычно расположенных «выше» (а иногда и «ниже») кодирующей области где-нибудь внутри гена (рис. 12-10). Ввиду значительной структурной гомологии между разнообразными рецепторами для стероидных гормонов близкое сходство распознаваемых ими последовательностей не вызывает удивления.

Однако под прямым влиянием стероидных гормонов находятся лишь немногие гены в любой клетке-мишени. Так, через 30 мин после добавления кортизола к культуре печеночных клеток крысы из тысячи белков, которые можно разделить методом двумерного гель-электрофо-

Рис. 12-10. Локализация последовательностей ДНК в том гене вируса молочной железы, который узнают активированные рецепторы кортизола. Каждая цветная полоска соответствует одному месту связывания рецептора (длиной 8 нуклеотидов). [По К.. R. Yamamoto. In: Transfer and Expression of Eukaryotic Genes (H. Ginsbcig, H. J. Vogel, eds.), pp. 79-92. New York: Academic Press, 1984.]

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.

реза, затронутыми оказались всего семь: количества шести из них увеличились, а количество одного уменьшилось. Эффект был обратимым: после удаления гормона скорости синтеза этих белков возвратились к норме. Как полагают, упомянутым методом можно выявить около 10% клеточных белков; таким образом, присоединение кортизола к 10000 молекул его рецептора в печеночной клетке, вероятно, влияет на транскрипцию лишь около полусотни генов-гораздо меньше, чем следовало ожидать, исходя из числа мест связывания на ДНК. Это означает, что многие активированные рецепторы связываются с ДНК в местах, где их присутствие не дает никакого эффекта.

Как связывание гормон-рецепторного комплекса с геном активирует его транскрипцию? Было показано, что узнаваемые гормоном участки ДНК могут стимулировать транскрипцию даже тогда, когда они удалены на тысячи оснований от промотора, где начинается синтез РНК.

Механизм действия таких участков ДНК, называемых транскрипционными энхансерами, обсуждается в гл. 10 (разд. 10.2.11).

Дата добавления: 2015-08-31