7.8: Експресія генів

Джерело: BiochemFFA_7_7.pdf. Весь підручник доступний безкоштовно від авторів за адресою http://biochem.science.oregonstate.edu/content/biochemistry-free-and-easy

Описані до сих пір процеси транскрипції і перекладу говорять про те, які етапи беруть участь в копіюванні інформації з гена (ДНК) в РНК і синтезі білка, спрямованого послідовністю розшифровки (рис. 7.102). Ці кроки необхідні для експресії генів, процесу, за допомогою якого інформація в ДНК направляє вироблення білків, необхідних клітині.

Але від чого залежить, чи виражений ген в даний момент часу? Клітини, як відомо, не висловлюють всі свої гени весь час. Деякі гени експресуються в певних типах клітин, але не в інших, тоді як інші можуть бути виражені на певних стадіях розвитку. Клітини також повинні мати можливість змінювати свої моделі експресії генів у відповідь на внутрішні та зовнішні сигнали, контролюючи вироблення білків у міру необхідності, щоб задовольнити їх мінливі потреби. Отже, регулювання експресії генів має вирішальне значення. Враховуючи, що в експресії генів беруть участь кілька етапів, є кілька різних точок, в яких процес можна регулювати. Не дивно, що відомо багато регуляторних механізмів, кожен з яких діє на різному етапі шляху від ДНК до білка.

Регуляція транскрипції

Першим кроком експресії генів є транскрипція, тому регуляція транскрипції є очевидним способом вплинути на те, чи виражений ген і в якій мірі.

Які молекулярні перемикачі, які вмикають або вимикають транскрипцію? Хоча існують додаткові фактори, які впливають на транскрипцію, такі як доступність гена до транскрипційної машини, основний механізм, за допомогою якого регулюється транскрипція, залежить від високоспецифічних взаємодій між білками, що регулюють транскрипцію, та регуляторними послідовностями ДНК.

Що це за регуляторні послідовності і які білки їх пов'язують? На додаток до послідовностей промоторів, необхідних для ініціації транскрипції, гени мають додаткові цис-регуляторні послідовності (послідовності ДНК на тій же молекулі ДНК, що і ген), які контролюють, коли ген транскрибується. Регуляторні послідовності пов'язані щільно і конкретно транскрипційними регуляторами, білками, які можуть розпізнавати послідовності ДНК і зв'язуватися з ними. Зв'язування таких білків з ДНК може регулювати транскрипцію, запобігаючи або збільшуючи транскрипцію від конкретного промотора.

Транскрипційна регуляція у прокаріотів

Розглянемо спочатку деякі приклади з прокаріотів. У бактерій гени часто згруповані в групи, так що гени, які потрібно експресувати одночасно, знаходяться поруч один з одним, і всі вони контролюються як єдина одиниця одним і тим же промотором. Групи генів, які координатно регулюються одним промотором, називаються оперонами. Весь набір генів в опероні можна контролювати за допомогою дії білків, що зв'язують ДНК, які діють як репресори (запобігаючи транскрипції генів), так і активатори (збільшення транскрипції генів). Зв'язування цих білків з їх мішенями ДНК аллостерично контролюється зв'язуванням специфічних малих молекул, які сигналізують про стан клітини.

Індукція лак-оперона

Лак-оперон є однією з таких груп координаційно регульованих генів, які кодують білки, необхідні для поглинання і розщеплення цукрової лактози. Клітини E.coli переважно використовують глюкозу для своїх енергетичних потреб, але якщо глюкоза недоступна, а лактоза присутня, бактерії будуть приймати лактозу і розщеплювати її для отримання енергії. Оскільки білки для засвоєння і розщеплення лактози потрібні лише тоді, коли глюкоза відсутня і є лактоза, бактеріальним клітинам потрібен спосіб експресії генів лак-оперона тільки в цих умовах. Стан лак-оперона за замовчуванням — OFF.

Видалення репресора

Транскрипція лакового скупчення генів в першу чергу контролюється білом-репресором, який зв'язується з областю ДНК безпосередньо нижче за послідовністю -10 лак-промотора (рис. 7.104). Нагадаємо, що промотор - це місце, де РНК-полімераза повинна зв'язуватися, щоб почати транскрипцію. Місце на ДНК, де пов'язаний лак-репресор, називається оператором (рис. 7.105). Коли репресор пов'язаний у цьому положенні, він фізично блокує РНК-полімеразу від транскрибування генів, так само, як транспортний засіб, що блокує вашу під'їзну дорогу, заважає вам витягнути. Очевидно, що якщо ви хочете піти, транспортний засіб, який блокує ваш шлях, повинен бути видалений. Так само для того, щоб відбулася транскрипція, репресор повинен бути видалений з оператора, щоб очистити шлях для РНК-полімерази (рис. 7.106).

Як знімається репресор? Коли в цукрі присутній лактоза, невелика її кількість засвоюється клітинами і перетворюється в ізомерну форму, алолактозу (рис. 7.107). Алолактоза зв'язується з репресором, змінюючи його конформацію так, що він більше не зв'язується з оператором. Коли репресор більше не пов'язаний з оператором, «блокпост» перед РНК-полімеразою видаляється, що дозволяє транскрипцію генів лак-оперона

Що робить це особливо ефективною системою контролю є те, що гени лак-оперону кодують білки, які дозволяють розщеплювати лактозу. Включення цих генів вимагає присутності лактози. Після того, як лактоза розщеплена, лак-репресор знову зв'язується з оператором, і гени лаку більше не виражаються. Це дозволяє генам виражатися тільки тоді, коли вони потрібні.

Набір РНК-полімерази

Але як рівень глюкози впливає на експресію генів лаку? Раніше ми відзначали, що якби глюкоза була присутня, лактоза не використовувалася б. Другий рівень контролю надає білок під назвою протеїн-активатор катаболіту (CAP - рис. 7.108)). CAP (також іноді його називають CBP або цАМФ зв'язуючим білком) зв'язується з ділянкою, прилеглою до промотора, і необхідний для набору РНК-полімерази для зв'язування промотора лаку.

Обв'язка цАМФ

CAP зв'язується зі своїм місцем тільки тоді, коли рівень глюкози низький. Низький рівень глюкози пов'язаний з активацією ферменту, аденілатциклази, що робить молекулу циклічною АМФ (цАМФ). Прив'язка цАМФ до CAP викликає конформаційну зміну CAP, що дозволяє йому зв'язуватися з сайтом CAP-зв'язування. Коли CAP пов'язаний на цьому місці, він здатний набирати РНК-полімеразу, щоб зв'язуватися у промотора, і почати транскрипцію.

Поєднання зв'язування CAP та лак-репресора, що дисоціює від оператора, коли рівень лактози високий, забезпечує транскрипцію лак-оперону саме тоді, коли це найбільше потрібно. Зв'язування CAP можна розглядати як зелене світло для РНК-полімерази, тоді як видалення лакового репресора схоже на підняття барикади перед нею. Коли обидві умови виконуються, РНК-полімераза транскрибує гени нижче за течією.

Контроль трп-оперона репресіями

Тільки що описаний нами лактозний оперон - це сукупність генів, які виражаються тільки в конкретних умовах виснаження глюкози і доступності лактози. Інші гени можуть бути виражені, якщо не буде дотримано певну умову. Для цих генів стандартним станом є ON.

Прикладом цього є трп-оперон, який кодує ферменти, необхідні для синтезу амінокислоти триптофану. Ці гени конституційно виражені (завжди увімкнено), за винятком випадків, коли триптофан доступний з оточення клітини, що робить його синтез непотрібним. В умовах, коли триптофану багато в навколишньому середовищі, гени trp можуть бути вимкнені. Це досягається за рахунок білка репресора, який буде зв'язуватися з оператором тільки в присутності триптофану (рис. 7.110). Зв'язування триптофану з репресором викликає зв'язування репресора з оператором. Оскільки він діє разом з репресором, щоб вимкнути гени trp, триптофан називають співрепресором.

загасання

Ще один механізм, який регулює вираження трп-оперона - загасання. Загасання - це процес, за допомогою якого експресія оперона контролюється припиненням транскрипції перед першим геном оперона (рис. 7.111).

У trp operon це функціонує наступним чином: Транскрипція починається на деякій відстані вище за течією першого гена в опероні, виробляючи те, що називається 5-футовою послідовністю лідера. Ця послідовність лідера містить внутрішній термінатор, який може формувати структуру шпильки, яка зупиняє транскрипцію, коли клітини доступні високим рівнем триптофану. Він також може утворювати іншу структуру, яка дозволяє продовжувати транскрипцію генів в опероні, коли рівень триптофану низький. Як впливає рівень триптофану, яка з цих двох структур утворюється?

Нагадаємо, що 5' кінець РНК - це перша частина стенограми, яку потрібно зробити, і що переклад бактерій пов'язаний з транскрипцією, тому 5' кінець РНК починає перекладатися до того, як буде зроблена вся стенограма. Виявляється, що 5' лідер послідовності trp оперону мРНК кодує короткий пептид, який містить два триптофану кодони. Якщо триптофану є багато, послідовність лідерів буде легко переведена. У цих умовах послідовність лідера здатна формувати кінцеву шевелюру, запобігаючи транскрипції нижележащих генів trp.

Якщо ж рівні триптофану низькі, то рибосома затихає, оскільки намагається перевести послідовність лідера. За цих умов послідовність лідера приймає іншу конформацію, яка дозволяє продовжувати транскрипцію генів trp оперону.

рибоперемикачі

Схожий за концепцією з загасанням описаного вище трп-оперона, але не залежний від трансляції, являє собою механізм управління, званий рибопереключателем (рис. 7.113). Рибоперемикачі, як правило, знаходяться в 5'UTR месенджерних РНК (тобто вони є частиною послідовності РНК). Ці послідовності можуть контролювати транскрипцію генів нижче за течією на основі конформації, яку вони приймають. Одна конформація дозволяє продовжити транскрипцію, а інша припиняє її. Отже, що визначає, яку конформацію вони приймають?

особливості

Рибоперемикачі мають дві характерні риси, які важливі для їх функції. Один - область послідовності, яка називається аптамер, яка складається в тривимірну форму, яка може зв'язувати невелику молекулу ефектора. Інша - це суміжна область РНК, звана платформою експресії, яка може складатися в різні конформації залежно від того, чи прив'язаний аптамер до ефектора.

Прикладом рибоперемикача, виявленого в бактеріях, є рибоперемикач гуаніна, який контролює експресію генів, необхідних для біосинтезу пуринів. Аптамерная область цього рибоперемикача зв'язується з ефектором, гуаніном, коли рівні основи високі. Зв'язування гуаніну викликає зміну згортання платформи експресії нижче за течією, змушуючи її приймати конформацію, яка припиняє транскрипцію генів, необхідних для синтезу гуаніну. За відсутності гуаніну платформа експресії передбачає іншу конформацію, яка дозволяє транскрипцію генів біосинтезу пурину. Таким чином, рівень гуаніну можна визначити і гени, необхідні для його синтезу, можуть бути виражені в міру необхідності.

Регуляція транскрипції у еукаріотів

Транскрипція у еукаріот також регулюється зв'язуванням білків з конкретними послідовностями ДНК, але з деякими відмінностями від простих схем, викладених вище.

Для більшості еукаріотичних генів необхідні загальні фактори транскрипції та РНК-полімераза (тобто комплекс ініціації транскрипції), але недостатньо для високого рівня транскрипції. Промотор-проксимальні послідовності ДНК, такі як коробка CAAT і GC-коробка, пов'язують білки, які взаємодіють з комплексом ініціації транскрипції, впливаючи на його формування (рис. 7.114).

Віддалені регуляторні послідовності

Додаткові регуляторні послідовності, звані підсилювачі і білки, які зв'язуються з ними, необхідні для досягнення високого рівня транскрипції. Підсилювачі - це короткі послідовності ДНК, які регулюють транскрипцію генів, але можуть розташовуватися на відстані від гена, який вони контролюють (хоча вони знаходяться на тій же молекулі ДНК, що і ген). Часто підсилювачі знаходяться на багатьох кілобазах від ДНК, або вище за течією гена. Як випливає з назви, підсилювачі можуть посилювати (збільшувати) транскрипцію певного гена. Як послідовність ДНК, далека від транскрибуваного гена, може впливати на рівень транскрипції?

Транскрипційні активатори

Підсилювачі працюють шляхом зв'язування білків (транскрипційних активаторів), які можуть, в свою чергу, взаємодіяти з білками, пов'язаними у промотора. Область енхансера ДНК з пов'язаним з нею транскрипційним активатором (ами) може контактувати з комплексом ініціації транскрипції, який пов'язаний у віддаленому місці шляхом зациклювання ДНК (рис. 7.115). Це дозволяє білку, пов'язаному на підсилювачі, контактувати з білками в базальному транскрипційному комплексі. Взаємодія активатора з комплексом ініціації транскрипції може бути прямим, а може бути через «середнячок», білковий комплекс, званий медіатором.

Одним з ефектів цієї взаємодії є допомога в наборі білків, необхідних для транскрипції, таких як загальні фактори транскрипції та РНК-полімераза до промотора, збільшуючи частоту та ефективність формування комплексу ініціації транскрипції. Є також докази того, що у деяких промоторів після складання комплексу ініціації транскрипції РНК-полімераза залишається застопорилася у промотора. У таких випадках взаємодія з комплексом ініціації транскрипції активатора, пов'язаного з енхансером, може зіграти певну роль у полегшенні переходу РНК-полімерази до фази подовження транскрипції.

Білки, що ремоделюють хроматин

Інший механізм, за допомогою якого активатори, пов'язані з підсилювачем, можуть впливати на транскрипцію, - це набір до протеїнів промотора, які можуть змінювати структуру цієї області хромосоми. У еукаріотів ДНК упаковується з білками з утворенням хроматину. Коли ДНК щільно пов'язана з цими білками, важко отримати доступ для транскрипції. Тож білки, які можуть зробити ДНК більш доступною для транскрипційних машин, також можуть відігравати певну роль у тому, наскільки відбувається транскрипція.

Глушники

Крім підсилювачів існують і негативні регуляторні послідовності, звані глушниками. Такі регуляторні послідовності зв'язуються з білками-репресорами транскрипції. Як і активатори транскрипції, ці репресори працюють, взаємодіючи з комплексом ініціації транскрипції. У випадку репресорів вплив, який вони надають на комплекс ініціації транскрипції, полягає в зменшенні транскрипції.

Білки, що зв'язують ДНК

Транскрипційні активатори і репресори - це модульні білки- вони мають частину, яка зв'язує ДНК, і частина, яка активує або пригнічує транскрипцію, взаємодіючи з комплексом ініціації транскрипції (рис. 7.118). Домен, що зв'язує ДНК - це частина білка, яка надає специфічність для визначення того, який ген (и) буде активований або репресований. Активаційний домен - це частина білка, яка стимулює або пригнічує транскрипцію. ДНК-зв'язуючі домени транскрипційних активаторів утворюють характерні структури, які розпізнають їх цільові послідовності ДНК шляхом контактів з основами, як правило, у великій канавці спіралі ДНК. Можна розробити гібридні транскрипційні фактори, які поєднують домен зв'язування ДНК одного активатора з доменом активації іншого. Такі білки зберігають специфічність, продиктовану доменом зв'язування ДНК. Також можуть генеруватися обрізані фактори транскрипції, які мають свій домен зв'язування ДНК, але не мають домену активації. Такі фактори транскрипції можуть бути корисними інструментами при вивченні транскрипційної регуляції, оскільки їх домени зв'язування ДНК можуть конкурувати з ендогенними факторами транскрипції для регуляторних сайтів зв'язування без збільшення транскрипції від цільових промоутерів.

множинні фактори

Опис вище може припустити, що кожен ген у еукаріотів контролюється зв'язуванням одного активатора транскрипції або репресора з певним енхансером або сайтом глушника. Однак виявляється, що транскрипція будь-якого даного гена може одночасно регулюватися комбінацією білків, як активаторів, так і репресорів, пов'язаних на декількох регуляторних ділянках ДНК, всі з яких взаємодіють з комплексом ініціації транскрипції. Комбінаторний характер такого регулювання забезпечує велику універсальність, при цьому різні комбінації регуляторних елементів і білків працюють разом у відповідь на найрізноманітніші умови і сигнали.

Описані досі механізми зосереджені на елементах послідовності в ДНК, які регулюють транскрипцію через зв'язані з ними білки-активатори та репресорні. Після транскрипції альтернативне сплайсинг (див. ТУТ) та редагування стенограм також можуть змінювати білки, які виробляються клітиною. Зараз ми розглянемо деякі інші способи модуляції експресії генів в клітині.

Спочатку розглянемо деякі так звані епігенетичні механізми, що впливають на експресію генів. Термін епігенетика походить від epi (вище або поверх) та генетичного (генів) і відноситься до того факту, що ці механізми діють на додаток до або накладаються на інформацію в послідовностях генів. Два таких епігенетичних механізми - ковалентні модифікації гістонів в хроматині та метилювання послідовностей ДНК.

Модифікація гістону

Як зазначалося раніше, транскрипція у еукаріотів ускладнюється тим, що ДНК упакована гістонами для отримання хроматину. Це означає, що для транскрибування гена відповідні області хроматину повинні бути відкриті, щоб забезпечити доступ до РНК-полімерази та факторів транскрипції. Це забезпечує ще одну потенційну точку контролю експресії генів. Фактори ремоделювання хроматину, згадані раніше, сприяють реорганізації структури нуклеосом в регіонах, які потрібно зробити доступними.

Але що визначає, що на дану область хроматину будуть діяти ремоделюючі комплекси? Транскрипційні протеїни-активатори, пов'язані з підсилювачами, іноді працюють шляхом набору гістон-модифікуючих ферментів в область промотора. Прикладом такого модифікуючого ферменту є гістон-ацетилтрансфераза (HAT), яка працює на ацетилатні специфічні амінокислотні залишки в хвостах гістонів, що утворюють ядро нуклеосом (рис. 7.119 & 7.120). Вважається, що ацетилювання гістонів відповідає за послаблення взаємодії між гістонами та ДНК в нуклеосомах і допомагає зробити ДНК більш доступною для транскрипції. Протилежний ефект може бути досягнутий, якщо набрані ферменти - це гістонові деацетилази (HDAC), які видаляють ацетильні групи з хвостів гістонів в нуклеосомі і призводять до більш жорсткої упаковки хроматину.

Письменники, читачі та гумки

Окрім гістонових ацетилтрансфераз та деацетилаз, інші ферменти можуть додавати або видаляти метильні групи, фосфатні групи та інші хімічні фрагменти до специфічних бічних ланцюгів амінокислот на хвостах гістонів. Шаблони цих ковалентних модифікацій, які іноді називають гістоновим кодом, встановлюються так званими «письменниками» або ферментами, такими як гістон-метилтрансферази, які додають хімічні групи до хвостів гістонів. Ще інші ферменти, такі як гістонові деметилази, можуть діяти як «гумки», видаляючи хімічні групи, додані «письменниками». Код гістону інтерпретується «читачами», білками, які зв'язуються з конкретними комбінаціями модифікацій і допомагають або придушити експресію генів поблизу, або зробити область більш транскрипційно активною.

Метилювання ДНК

Експресія генів також може регулюватися метилуванням іншого компонента хроматину - ДНК. Ферменти, звані ДНК-метилтрансферазами (DNMT), каталізують ковалентне додавання метильної групи до С5 цитозинів в ДНК. Патерни метилювання цитозину різняться в різних організмах, причому метилювання концентрується в одних ділянках генома в одних групах і розсіяне по всьому геному в інших. У хребетних цитозини, які метильовані, зазвичай знаходяться поруч з гуаніном (динуклеотид CG зазвичай скорочується як CPG). Метилювання ДНК, здається, корелює з глушінням генів, тоді як деметилювання пов'язане з підвищеною транскрипцією (рис. 7.121).

Як метилювання ДНК на ділянках CpG регулює експресію генів? Хоча спостерігалося, що ступінь метилювання ДНК поблизу промоторів корелює з глушінням генів, незрозуміло, як саме метилювання спричиняє цей ефект. Було запропоновано, що метилювання може блокувати зв'язування білків, необхідних для транскрипції. Метилювання на енхансерних сайтах також може запобігти зв'язуванню транскрипційних активаторів до них.

Ще одне цікаве спостереження полягає в тому, що певні білки, які зв'язуються з метильованими сайтами CpG, також, здається, взаємодіють з деацетилазами гістонів. Як зазначалося вище, гістони деацетилази видаляють ацетильні групи з гістонів і сприяють більш щільній упаковці хроматину та транскрипційного глушіння. Таким чином, метилювання на ДНК, ймовірно, працює в поєднанні з модифікацією гістонів, щоб впливати на експресію генів.

Регуляторні РНК

Одним з найнесподіваніших відкриттів за останні кілька десятиліть стала роль, яку РНК відіграють у регулюванні експресії генів. Класичне уявлення про те, що РНК або закодовані білки (мРНК) або допомагали в їх синтезі (рРНК і тРНК), тепер відомо, є величезною недооцінкою різних способів функціонування РНК в експресії генів. Тепер зрозуміло, що регуляторні РНК мають широкий і значний вплив на експресію генів, усвідомлення, яке революціонізувало наше розуміння регуляції генів.

Які способи функціонування регуляторних РНК для модуляції експресії генів?

Малі регуляторні РНК

МікроРНК (miRNA) та короткі інтерференційні РНК (SiRNA) - це невеликі некодуючі РНК, які діють на посттранскрипційному рівні для регулювання експресії генів (рис. 7.123 та 7.124). Ці РНК, здається, замовчують гени, сполучаючи бази з цільовими МРНК і позначаючи їх для деградації або блокуючи їх трансляцію. Функціональні форми як miRNA, так і sirNA мають довжину 20-30 нуклеотидів і отримані шляхом обробки з довших первинних стенограм. Зрілі мікроНК та SiRNA працюють у поєднанні з класом білків, званих білками аргонавтів, утворюючи комплекс глушіння генів.

МікроРНК транскрибуються зі специфічних генів РНК-полімеразою II. Первинна стенограма, відома як Pri-mirNA, складається на собі, утворюючи двожильні шпилькові структури, які розщеплюються РНК в ядрі під назвою Дроша. Продукти розщеплення Дроша, дволанцюгові РНК приблизно 60-70 нуклеотидів, відомих як pre-miRNA, експортуються в цитоплазму, де вони додатково переробляються в невеликі 20-30 нуклеотидних довжин зрілих дволанцюгових мікроНК ферментом, відомим як Dicer. РНК-дуплекси miRNA не ідеально підібрані, і мають петлі і розбіжності (рис. 7.124).

SirNA також походять від дволанцюгових РНК, але вони можуть виникати як з ендогенних, так і з екзогенних джерел (таких як віруси). Ці дволанцюгові РНК обробляються в цитоплазмі тим же ферментом, Dicer, який генерує зрілі мікроНК, для отримання невеликих 20-30 нуклеотидних дволанцюгових РНК.

На відміну від miRNA, зрілі SirNA ідеально поєднуються з основою по довжині.

RISC збірка

Обидва miRNA і SiRNA потім збираються з білками аргонавту, щоб сформувати глушитель комплекс, який називається RISC (РНК-індукований комплекс глушіння). Нагадаємо, що і miRNA, і SirNA на даний момент є двожильними. Одна нитка РНК називається напрямною РНК, а інша називається РНК пасажира.

В процесі навантаження РНК на білок аргонавта напрямна нитка РНК залишається пов'язаною з білком, при цьому пассажирська пасмо видаляється. Направляюча РНК, пов'язана з білком аргонавта, є функціональний комплекс глушіння гена (рис. 7.125).

Послідовність специфічного сполучення провідної РНК з мРНК призводить або до деградації мРНК білком аргонавту (у випадку siRNA), або до придушення трансляції мРНК (для мікроНК). Ступінь, в якій ці процеси відіграють певну роль у регулюванні експресії генів, вражає. Експресія принаймні третини всіх генів людини вже була показана модульованою мікроНК, чітко демонструючи, що ці РНК відіграють важливу роль у регуляції генів.

Довгі некодуючі РНК

Довгі некодуючі РНК (ЛНКРНК) - це РНК більше 200 нуклеотидів, які не кодують для білків. Деякі з цих РНК походять від інтронних послідовностей, тоді як інші, транскрибувані з інтергенних областей, утворюють підмножину ЛНКРНК, званих LincRNA (довгі інтергенні некодуючі РНК). Проте інші LNCRNA виробляються як антисенсові стенограми генів кодування. Вражаючі стенограми 30,000 у людей вважаються LNCRNA, але мало що відомо про їх функції. З небагатьох LNCRNA, які були інтенсивно вивчені, видно, що вони не всі функціонують однаково. Однак вони, як видається, впливають на експресію генів різними способами, включаючи модифікацію структури хроматину, регуляцію зрощування або служать структурними скафолдами для складання нуклеопротеїнових комплексів. Додаткові механізми, безсумнівно, будуть розкриті, оскільки ці захоплюючі РНК досліджуються в наступні роки.

Регламент перекладу

Синтез білків залежить від наявності кодують їх мРНК. Якщо мРНК заблокована на 5-дюймовому кінці, її неможливо перекласти. Швидкість деградації мРНК впливатиме на те, як довго він знаходиться навколо, щоб направити синтез білка, який він кодує. Отже, експресія генів також може регулюватися механізмами, які змінюють швидкість деградації мРНК. Регуляція трансляції використовується для контролю вироблення багатьох білків. Два приклади, феритин і рецептор трансферину, важливі для зберігання та транспортування заліза в клітині. Ферритин - це залізозв'язуючий білок, який секвеструє атоми заліза в клітині, щоб утримати їх від реакції. Коли рівень заліза високий, існує потреба в більшій кількості феритину, ніж коли рівень заліза низький. Як регулюються рівні феритину? 5'UTR мРНК феритину містить 28-нуклеотидну послідовність, яка називається елементом відповіді заліза, або IRE (рис. 7.127). Коли рівень заліза низький, ІРЕ зв'язується білком. Наявність IRE-зв'язуючого білка на 5'UTR блокує трансляцію мРНК феритину. Однак якщо рівень заліза високий, залізо зв'язується з IRE-зв'язуючим білком, який зазнає конформаційних змін і дисоціює від ІРЕ. Це звільняє 5-футовий кінець мРНК феритину для складання та перекладу рибосом, виробляючи більше феритину.

Інший білок, який бере участь у транспорті заліза, рецептор трансферину, необхідний для поглинання заліза в клітини, коли внутрішньоклітинний рівень заліза низький. Що стосується рецептора трансферину, саме тоді, коли рівень заліза низький, потрібно більше його. Коли рівень заліза високий, немає необхідності робити більше рецепторів трансферину. МРНК, що кодує рецептор трансферину, також має послідовності IRE, але в цьому випадку IRE знаходиться в 3'UTR стенограми (рис. 7.128). IRE, як і у випадку з феритином, пов'язаний IRE-зв'язуючим білком. Коли рівень заліза в клітині високий, залізо пов'язує IRE-зв'язуючий білок, який дисоціює від ІРЕ. Це залишає 3'UTR сприйнятливим до атаки РНК, що призводить до деградації мРНК рецепторів трансферину. У часи, коли рівень заліза низький, IRE-зв'язуючий білок залишається пов'язаним з 3' UTR мРНК, стабілізуючи його і дозволяючи зробити більше рецептора трансферину шляхом перекладу.

Експресія генів контролюється на багатьох етапах

Як видно з прикладів у цьому розділі, регуляція експресії генів в клітинах-еукаріотів є функцією множинних механізмів, які діють на різних етапах потоку інформації від ДНК до білка, реагуючи на внутрішній стан клітини, а також зовнішні умови і сигнали.

Обробка інформації: Експресія генів

803

Лекції YouTube

by Кевін

ТУТ & ТУТ

804

Малюнок 7.102 - Множинні рівні контролю експресії генів

Вікіпедія

805

Малюнок 7.103 - Прокаріотичні гени, організовані в опероні

Вікіпедія

Малюнок 7.104 - Місця зв'язування білків в області регулювання лаку

Зображення Марти Бейкер

Інтерактивне навчання

Модуль

ТУТ

806

Малюнок 7.105 - Структура лак-оперона і вироби

Зображення Марти Бейкер

Малюнок 7.106 - Лак оперон при відсутності (посередині) і наявності (знизу) індуктора

Зображення Марти Бейкер

807

Малюнок 7.107 - Алолактоза (зверху) і лактоза (знизу)

Малюнок 7.108 - CAP (синій) пов'язаний з ДНК, що прилягає до промотору лаку (помаранчевий). цАМФ показаний рожевим кольором.

Вікіпедія

Малюнок 7.109 - Лак оперон при наявності (зверху) і відсутності (знизу) глюкози

Зображення Марти Бейкер

808

Малюнок 7.110 - Будова і регулювання трп-оперона

Вікіпедія

Лекції YouTube

by Кевін

ТУТ & ТУТ

809

Малюнок 7.111 - Загасання в регулюванні трп-оперона

Вікіпедія

Малюнок 7.112 - Послідовність області лідера трп-оперона

ХХХ АВГ ААА ГКА АУУ УУК ГУА CUG ААА ГГГ УГГ CGC ACU УСС УГА ХХХ

MET LYS ALA FE FE VAL LEU LYS GLY TRAP ARG SET STOP

810

Малюнок 7.113 - Особливості рибоперемикача

811

Малюнок 7.114 - Регуляторні послідовності для гена еукаріотів

Вікіпедія

812

Малюнок 7.115 - Циклічне зациклення ДНК дозволяє контактувати між активатором, пов'язаним на віддаленому енхансері, і комплексом базальної транскрипції

Зображення Марти Бейкер

813

Малюнок 7.116 - Фактори транскрипції в регуляції еукаріотичної транскрипції

Вікіпедія

Лекції YouTube

by Кевін

ТУТ & ТУТ

814

Малюнок 7.117 - Зв'язування білка c-myc з його цільовою послідовністю ДНК

Вікіпедія

Рисунок 7.118 Активатори, пов'язані на декількох сайтах, можуть регулювати транскрипцію від даного промоутера

OpenStax

815

Малюнок 7.119 - Транскрипційна активація (праворуч) і деактивація (зліва) модифікацією гістону

Вікіпедія

816

Малюнок 7.120 - Конфігурація Chromatin впливає на транскрипцію

Вікіпедія

Інтерактивне навчання

Модуль

ТУТ

817

Малюнок 7.121 - Інактивація транскрипції метилуванням CpG

Зображення Індіри Раджагопал

Лекції YouTube

by Кевін

ТУТ & ТУТ

818

Малюнок 7.122 - Епігенетичні зміни через модифікацію гістону та ДНК

819

Малюнок 7.123 - Функція miRNA в регуляції експресії генів

Вікіпедія

Малюнок 7.124 Структури шпильок до mIRNA із зрілими провідними мікронами, показаними червоним кольором

Вікіпедія

820

Малюнок 7.125 - Заглушення генів за допомогою SiRNA

Зображення Пера Якобсона

821

Малюнок 7.126 - Оброблений дуплекс SiRNA з ідеальним сполученням основи, 5' фосфатами та двома основами, що нависають на кожному 3' кінці

822

Малюнок 7.127 -Регуляція трансляції мРНК феритину

Зображення Алеї Кім

Лекції YouTube

by Кевін

ТУТ & ТУТ

823

Малюнок 7.128 -Регуляція трансляції мРНК трансферринових рецепторів

Зображення Алеї Кім

Графічні зображення в цій книзі були продуктами роботи кількох талановитих студентів. Посилання на їх веб-сторінки наведені нижче

Натисніть ТУТ для

Марта Бейкер

Веб-сторінка

Натисніть ТУТ для

Пера Якобсона

Веб-сторінка

Натисніть ТУТ для

Алейя Кім

Веб-сторінка

Натисніть ТУТ для

Пенелопа Ірвінг

Веб-сторінка

Набір проблем, пов'язаних з цим розділом ТУТ

Короткий зміст цього розділу ТУТ

Щоб отримати сертифікат на освоєння цього розділу книги, натисніть ТУТ

Безкоштовні курси iTunes U Кевіна Ахерна - Базові/Медична школа/Розширений

Біохімія безкоштовно і легко (наша інша книга) ТУТ/Facebook Сторінка

Посібник Кевіна та Індіри щодо вступу в медичну школу - курс iTunes U /Книга

Щоб побачити курси еккампусу ОГУ Кевіна Ахерна - BB 350/BB 450 /BB 451

Зареєструватися на курси еккампусу ОГУ Кевіна Ахерна - BB 350/BB 450 /BB 451

Біохімія безкоштовно для всіх Facebook Сторінка (будь ласка, як ми)

Веб-сторінка Кевіна Ахерна/Сторінка Facebook /Веб-сторінка Тараліна Тан

Безкоштовні завантаження Кевіна Ахерна ТУТ

Програма біохімії/біофізики ОГУ ТУТ

Науковий коледж ОГУ ТУТ

Університет штату Орегон ТУТ

Електронна пошта Кевін Ахерн/Індіра Раджагопал/Таралін Тан

Боже, благослови ці комплекси

На мелодію «Боже, благослови Америку»

Метаболічні мелодії Сайт ТУТ

Вся інформація в

ДНК клітин

Просто збільшується

З шматочками

Змішані та узгоджені в мРНК

Зв'язування екзонів

Всі разом

Використання снурпів в

Комплекс-ЕС

Бог благословить spliceosomes

І транс-крип-томи

(повільно і голосно) Бог благословить spliceosomes

І мій ge-nome

Інформація про ваш план

В ДНК

Так як вам це потрібно

Вичитуйте його

Або ви будете мутувати мРНК

Ви можете перекладати

Всі кодони

З геном клітин

et-ic код

Бог благословить рибосоми

Вони перекладають код

(повільно і голосно) Бог благословить рибосоми

І протеоми

Запис Девіда Сіммонса

Тексти пісень Кевіна Ahern
Запис Девіда Сіммонса Тексти пісень Кевіна Ahern

Книга життя

На мелодію «Погляд любові»

Метаболічні мелодії Сайт ТУТ

Книга життя - матеріал сновидінь

Є всюди, здається

Книга життя, це біохімія і

Його слова наповнюють кожен день

Просто те, що він говорить, написано в ДНК.

Я просто хочу познайомитися з цим.

Як кодується інформація

У чому всі секрети?

Рибосоми можуть читати це

Боже знає, що це потрібно

І так його алфавіт

У кодонових формах

Для рибосомних книжкових черв'яків

Вони правильно прочитали

Функція білка його послідовності відповідає

Це не просто випадково створені пептидні зв'язки.

Яке диво творіння, як роблять переклад

З ланцюгів М-р-н-а,

Використання бітів гліцину

Пролін і трохи лізину

Перекладіть код

Інструментальна

Я просто дивуюся знанням

Що я потрапив до коледжу

Дізнатися всі секрети

Подвійні спіральні простори

комплементарні підстави

піримідини

Парні до пуринів

Книга життя

Запис Керол Адріан Сміт

Тексти пісень Кевін Ahern
Запис Керол Адріан Сміт Тексти пісень Кевін Ahern