Контроль экспрессии генов Регуляция активности

Контроль экспрессии генов

• Регуляция активности (экспрессии) генов позволяет приспособить организм к изменяющимся условиям среды. • В клетке в каждый момент ее существования должно синтезироваться и функционировать необходимое количество различных белков.

Дифференциальная активность генов • Организм человека образован около 200 типами клеток • Все клетки содержат одинаковую генетическую информацию (геном) и общий план строения Но!!! Различные клетки имеют: • структурные особенности, • специфические белки • специфические функции

Классификация ядерных генов 1. В зависимости от конечного продукта: гены р. РНК, т. РНК, мя. РНК структурные гены, кодирующие белки 2. В зависимости от активности в разных типах клеток: гены «домашнего хозяйства» ткане-специфические гены 3. В зависимости от периода онтогенеза активные на протяжение всей жизни активные в пренатальный период активные на этапе полового созревания активные только у взрослого человека

4. В зависимости от факторов среды стабильные пластичные 5. В зависимости от уровня экспрессии: нормоморфные гиперморфные аморфные 6. В заивисимости от количеств копий в геноме: уникальные повторяющиеся

7. В заивисимости от типа кодируемого белка: § гены ферментов - 31, 2%; § гены модулирующих белков- 13, 6 % § гены белков рецепторов; § гены факторов транскрипции; § гены белков внутриклеточного и внеклеточного 50% матрикса; § гены транспортных белков мембраны; § гены сигнальных белков; § гены белков-гормонов; § гены Ig.

Каждая клетка содержит полный набор генов (3000040000 пар генов в 46 молекулах ядерной ДНК) Экспрессируются 10% генов Постоянная экспрессия Гены р. РНК Гены т. РНК Гены house keeping Временная экспрессия в зависимости от: Без экспрессии псевдогены - ткани; - периода развития; - периода клеточного цикла; - факторов среды !!! Существуют механизмы контроля экспрессии генов

Регуляция активности генов у прокариот

9

!!! У эукариот: -Ядерный геном содержит много информации и сильно упакован (ДНК+ гистоновые и негистоновые белки); -Распознавание и активация генов затруднена и требует специальные факторы; -Существует контроль экспрессии на каждом этапе: ! Главный этап – на уровне инициации транскрипции; ! Основной механизм –взаимодействие регуляторных белков с регуляторными областями генов; ! Сами регуляторные белки кодируются структурными генами

Факторы контроля экспрессии генов CIS-генетические a) Боксы для инициации транскрипции TRANSгенетические a) Общие факторы транскрипции b) Тканеспецифичные b) Специфические боксы факторы транскрипции c) Индуцируемые боксы c) Индуцируемые факторы d) Энхансеры, транскрипции сайленсеры d) Энхансеры, силенсеры EPIгенетические (негенетические) a)Изменение гистонов (метилирование, ацетилирование, фосфорилирование) b) Метилирование ДНК c) Изменение конформации ДНК

Регуляция экспрессии включает в себя: генов Ø Выбор гена для транскрипции Ø Активация гена Ø Контроль работы РНК-полимеразы II Ø Выбор варианта сплайсинга м. РНК Ø Контроль количества и качества м. РНК и синтезированного белка

Уровни контроля экспрессии генов Претранскрипционный – деконденсация ДНК, изменения гистонов, деметилирование ДНК (эпигенетический, обратимый, генетически обусловленный) Транскрипционный – определение промотора, образование комплекса инициации, уровень транскрипции Посттранскрипционый – процессинг РНК, альтернативный сплйсинг, едитирование м. РНК, перенос м. РНК в цитоплазму Трансляционный – выбор матрицы, образование комплекса инициации, контроль качества полипептида, стабильность м. РНК Посттрансляционный – процессинг полипептида, перенос белков к месту назначения

Претранскрипционный контроль 1. Изменение гистонов: -метилирование H 3 (Lys 4) – активация генов -метилирование H 3 (Lys 9) – уменьшение уровня транскрипции -ацетилирование гистонов – деконденсация хроматина -дезацетилирование гистонов – конденсация хроматина -фосфорилирование H 1 – упаковка хроматина -дефосфорилирование H 1 – деконденсацияхроматин

15

Претранскрипционный контроль 2. Метилирование ДНК (островки 5 Me. Cp. G, обычно в промоторе) – инактивация транскрипции. !!! Метилирование ДНК дезацетилирование гистонов репрессия транскрипции 3. Изменение конформации ДНК: форма B форма Z блокирование гена (кроме промотора)

17

- Активные гены расположены в гиперацетилированном хроматине, неактивные – в гипоацетилированном - При онкологических заболеваниях и вирусных инфекциях нарушается свойственный нормальной клетке баланс между ацетилированием и деацетилированием гистонов - С возрастом снижается уровень ацетилирования гистонов 18

19

Метилирование – деметилирование ДНК

Контроль транскрипции !!! Активация генов при помощи специфических факторов транскрипции !!! Образование комплекса инициации !!! Контроль уровня транскрипции

Транскрипционный контроль ь один из основных уровней, ь осуществляется при участии факторов транскрипции и модуляторных последовательностей, ь характеризуется двумя механизмами: - негативный контроль - позитивный контроль.

Адаптивная регуляция транскрипции у эукариот 23

24

Активация генов гормонами 25

Разные уровни экспрессии генов 26

Посттранскрипционный контроль ь осуществляется после транскрипции; ь характеризуется следующими механизмами: - процессинг и сплайсинг, - инактивация м. РНК, - эдитирование м. РНК, - селективная деградация м. РНК.

28

Посттранскрипционные изменения м. РНК (редактирование м. РНК)

Посттранскрипционные изменения м. РНК

Трансляционный контроль • Выбор м. РНК для трансляции • Локализация м. РНК в цитоплазме • Количество рибосом • Нетранслируемый участок • Факторы трансляции 31

Факторы трансляции Инициация e. IF-2 - активирует комплекс Met-ARNtmet e. IF-3 – обеспечивает присоединение 40 S к м. РНК e. IF-4 A – распознает Кэп м. РНК e. IF-4 B – обеспечивает стабильность м. РНК e. IF-5 – обеспечивает присоединение 60 S субчастицы e. IF-6 – предупреждает преждевременное присоединение 60 S к 40 S

Элонгация e. EF-1α – лрисоединение аминоацит-т. РНК к рибосоме e. EF-1βγ – гидролиз ГТФ e. EF-2 – транслокация рибосомы Tерминация RF-1 – распознает кодоны STOP UAA şi UAG RF-2 – распознает кодоны STOP UGA şi UAA RF-3 – контролирует работу RF-1 şi RF-2.

Продолжительность жизни м. РНК

35

Механизмы деградации м. РНК

37