Тезисы лекции
У эукариот принято выделять две зоны: структурную и регуляторную. Они разделены сайтом начала транскипции. Структурная зона представлена структурным геном. Ген состоит из кодирующих последовательностей - экзонов и некодирующих последовательностей - интронов. Длина интронов колеблется от 80 до 1000 и более нуклеотидов. Для интронов не характерна строгая последовательность нуклеотидов. Интроны ограничены консенсусными областями, строго консервативными. Это связано с точным механизмом удаления интронов, так как ошибка в 1 нуклеотид сделает бессмысленной закодированную информацию. Количество интронов колеблется от 2 до 50.
Регуляторная область состоит из 2-х элементов: 1 элемент обеспечивает базовый уровень регуляцию экспрессии (или промотор), 2-й элемент - дополнительный уровень регуляции экспрессии. Промотор располагается перед точкой (сайтом) начала транскрипции. Базовый уровень регуляции экспрессии состоит из 2-х элементов: ТАТА-бокс и ЦААТ-бокс. ТАТА-бокс направляет РНК-полимеразу к сайту инициации транскрипции и, следовательно, определяет точность начала синтеза мРНК. ЦААТ-бокс контролирует частоту транскрипции. Чтобы РНК-полимераза узнала промотор, необходимо предварительное присоединение ТАТА-фактора - большого белкового комплекса. ТАТА-бокс и ТАТА-фактор образуют транскрипционный комплекс многоразового использования. Общее свойство элементов базовой регуляции: они функционируют только при связывании с ними определенных белковых факторов, которые называются белки-регуляторы. Белки-регуляторы связываются в определенном месте, которое называется область, лежащая перед промотором. Обычно он представляет собой последовательность ДНК, содержащую 100 нуклеотидных пар.
Предпромоторная область содержит сайты связывания с белками -регуляторами. Существуют белки-регуляторы, специфичные для клеток данной ткани. Но также существуют белки-регуляторы, характерные для многих клеток. Но при этом регуляторные белки взаимодействуют друг с другом и от суммарного знака взаимодействия зависит включен ген или выключен. а также степень его экспрессии. Эффект совместного действия белков - регуляторов и от их сочетания контролирует активность многих генов. Но не все регуляторные белки равны: существуют главные белки-регуляторы, которые контролируют работу многих генов.
Белки-регуляторы кодируются генами, лежащими на той же хромосоме или на других хромосомах. В первом случае регуляция относится к цис-типу, во втором - к транс-типу.
Дополнительный уровень регуляции входят последовательности ДНК двух классов, которые в 200 раз могут усиливать или ослаблять базовый уровень регуляции экспрессии. Первый класс последовательностей называются энхансеры, второй - сайленсеры. Особенностью работы энхансеров и сайленсеров является то, что они оказывают свое влияние, находясь на определенном расстоянии от элементов базового уровня. Это расстояние может быть не менее 100 нуклеотидов и до нескольких тысяч нуклеотидов. Считается, что действие энхансеров и сайленсеров не опосредовано какими-то специфическими веществами или эффекторами. Они влияют непосредственно на элементы базовой регуляции.
Кроме того, существует еще один класс регуляторных последовательностей, которые обеспечивают адаптивную регуляцию экспрессии некоторых генов. К ним относятся регуляторные элементы, которые начинают участвовать в регуляции в ответ на действие: а) гормонов, б) теплового шока, в) действие металлов, например, кадмия и цинка, г) некоторых химических токсинов и т.д.
Синтез и процессинг РНК. Синтез РНК- это сложный многоэтапный процесс, идущий с потреблением энергии. На первом этапе происходит деконденсация хроматина, затем наступает стадии инициации, элонгации и терминации.
Инициация запускается тремя факторами инциации белковой природы. В ходе стадии инициации РНК-полимераза, присоединяясь к промотору, начинает раскручивать цепи ДНК кпереди от себя. Синтез мРНК всегда идет на одной из двух цепей ДНК. мРНК всегда одноцепочечная. Построение РНК на ДНК происходит по принципу комплементарности, с той лишь разницей, что вместо тимина используется урацил. Заканчивается синтез РНК в терминирующей последовательности. Эта последовательность называется кодоном терминации трансляции.
Область транскрибируемой ДНК, лежащей между промотором и терминатором, называется единицей транскрипции или транскриптоном. Образующаяся РНК называется первичным транскриптатом. У прокариот первичный транскриптат обычно содержит РНК-копии нескольких генов, у эукариот - только одного.
Существует несколько типов РНК-полимераз, в процессе синтеза РНК участвует РНК-полимераза II. Первоначально синтезируется 5 - конец РНК-транскриптата, который сразу кэпируется. Функция кэпирования - это защита РНК-транскриптата от разрушения, а также с помощью кэпа РНК связывается с рибосомой.
Кэпирование - это присоединение определенной последовательности нуклеотидов. С нее начинается на рибосоме трансляция, затем кэп удаляется. Стадия элонгации или удлинения РНК-транскриптата. Во время этой стадии происходит дальнейшее расплетание ДНК и разрушение нуклеосом. Скорость синтеза - 30 нуклеотидов в секунду. Элонгация контролируется специальными факторами элонгации белковой природы. Стадия терминации: завершение синтеза РНК-транскриптата происходит в стоп-кодоне вследствие присоединения факторов терминации белковой природы. При этом к 3-концу транскриптата присоединяются от 100 до 200 остатков адениловой кислоты, которые образуют polyA - хвост. Считается, что poly-А-хвост предотвращает деградацию РНК-транскриптата и облегчает его транспорт в цитоплазму. Первичные РНК-транскриптаты могут либо хранится в нуклеоплазме, либо подвергаться сплайсингу.