Регуляция экспрессии генов на уровне транскрипции у эукариот: введение
Регуляция транскрипции генов у эукариот характеризуется рядом особенностей, связаных с необходимостью поддержания координированной экспрессии генов в сложноорганизованной генетической системе. В организме человека гистологически различают около 100 типов клеток, каждый с уникальным набором генов, начинающих функционировать во время дифференцировки клеток-предшественников. Процесс формирования органов и тканей сопровождается пролиферацией строго определенных групп клеток, и упорядоченным во времени и пространстве перемещением клеток.
Гены высших организмов подразделяют по функциональному признаку на две группы: " гены домашнего хозяйства" (housekeeping genes) и " гены роскоши" (luxury genes) . К первой группе относятся гены, функционирующие повсеместно, на всех стадиях жизненного цикла организма. Они обеспечивают процесс гликолиза, биосинтез аминокислот и нуклеотидов, катаболизм белков и т.п. Гены, относящиеся ко второй группе, экспрессируются лишь в специализированных клетках и являются маркерами дифференцированных состояний.
Сложность жизненного цикла многоклеточных организмов определяет особенности функционирования генов. Большое число генов и целые блоки генов функционируют на определенных стадиях эмбриогенеза. У человека к ним относятся, например, гены альфа- фетопротеина . Экспрессия этих генов в клетках взрослого организма свидетельствует о развитии патологического процесса, в частности, злокачественных новообразований в печени. Примером такого рода является избирательная инактивация одной из X-хромосом у самок млекопитающих.
Тканеспецифический характер экспрессии генов роскоши обеспечивается различными механизмами взаимодействия белковых факторов транскрипции с регуляторными последовательностями нуклеиновых кислот. Транскрипцию генов высших организмов осуществляют три различные РНК-полимеразы. При этом для промоторов каждой из них характерны специфические регуляторные последовательности нуклеотидов, с которыми взаимодействуют свои факторы транскрипции, изменяющие уровень транскрипции соответствующих генов ( рис. I.4b ).
Эукариотические факторы транскрипции реализуют механизм регуляции экспрессии генов комбинаторного типа. Молекулы факторов транскрипции обладают консервативными доменами, которые дают им возможность осуществлять высокоспецифические белок-белковые и белково-нуклеиновые взаимодействия. In vivo происходит объединение факторов транскрипции и других регуляторных белков в большие регуляторные комплексы. Каждое новое сочетание факторов придает комплексу уникальные регуляторные свойства, обеспечивая изменение специфичности его взаимодействия с регуляторными последовательностями ДНК и регуляторными белками аппарата транскрипции.
Уникальна способность эукариот использовать для регуляции транскрипции генов изменения структуры хроматина. С помощью таких механизмов осуществляется репрессия и дерепрессия генов во время дифференцировки клеток, и поддерживается соответствующее функциональное состояние отдельных генов, их больших массивов и целых хромосом на протяжении всей жизни организма. Перестройки хроматина в окрестностях регуляторных участков генов происходят и в связи с более тонкой регуляцией их транскрипции.
В процессе синтеза и после его завершения первичный транскрипт подвергается посттранскрипционным модификациям и процессингу. Таким образом, генетической информации, заключенной в конкретном гене, недостаточно для полноценной экспрессии, и чтобы ген правильно функционировал, требуется координированная работа дополнительных генов, многие из которых активны не вблизи регулируемых генов, а в других тканях, удаленных от клеток- мишеней. Для осуществления такой передачи регуляторных сигналов на большие расстояния в организме присутствуют специальные системы, осуществляющие генерацию, перенос и специфическое распознавание сигналов клетками.
Смотрите также:
