Регулювання експресії генів на геномному рівні організації спадкового матеріалу
Реалізація спадкової інформації, укладеної в генотипі організму, - це складний процес, який вимагає тонкої регуляції для того, щоб у клітинах різної тканинної приналежності у певний час у процесі розвитку організму забезпечити синтез специфічних білків у необхідній кількості.
Всі клітини багатоклітинного організму, що виникають із зиготи шляхом мітозу, отримують повноцінний набір генетичної інформації. Незважаючи на це, вони відрізняються один від одного за морфологією, біохімічними та функціональними властивостями. В основі цих відмінностей лежить активне функціонування у різних клітинах неоднакових частин геному. Більша частина геному знаходиться в клітинах організму в неактивному,репресованому,стані, і тільки 7-10% генівдерепресовані,тобто. активно транскрибуються. Спектр функціонуючих генів залежить від тканинної приналежності клітини, від періоду її життєвого циклу та стадії індивідуального розвитку організму.
Основна маса генів, що активно функціонують у більшості клітин організму протягом онтогенезу, - це гени, які забезпечують синтез білків загального призначення (білки рибосом, гістони, тубуліни і т.д.), тРНК і рРНК. Транскрибування цих генів забезпечується з'єднанням РНК-полімерази з їх промоторами і, мабуть, не підпорядковується будь-яким іншим регулюючим діям. Такі гени називаютьконститутивними.Інша група генів, що детермінують синтез специфічних продуктів, у своєму функціонуванні залежить від різних регулюючих факторів, її називаютьрегульованимигенами (рис. 3.84). Їх активне функціонування, швидкість та тривалість транскрипції регулюються шляхом стимуляції або заборони сполуки РНК-полімерази з промоторною областю гена.
Мал. 3.84. Схемаконститутивних та регульованих генів:
А -конститутивний ген;Б, В -регульовані гени; Б1Б2 -зв'язування РНК-полімерази з промотором можливе лише відсутність білка-репресора, який специфічно з'єднується з оператором, частково або повністю перекриває промоторну послідовність;В-зв'язування РНК-полімерази з промотором полегшується білком-активатором (апоіндуктором), який специфічно дізнається область оператора, розташовану перед промотором; стрілкою позначено напрямок транскрипції
Загальні принципи генетичного контролю експресії генів
Найважливішим фактором регуляції генної активності є елементи геному, що відповідають за синтез регуляторних білків, -гени-регулятори. -полімерази з промотором. Якщо білок-регулятор взаємодіє з оператором, що займає частину промотору або розташованим між ним і структурною частиною гена, це не дає можливості РНК-полімеразі з'єднатися з промоторною послідовністю і здійснити транскрипцію. Такий білок називаютьрепресором,і в цьому випадку здійснюєтьсянегативний контрольекспресії гена з боку гена-регулятора (рис. 3.85). Якщо промотор має слабку здатність з'єднуватися з РНК-полімеразою, а йому передує область, впізнавана білком-регулятором, приєднання останнього безпосередньо перед промотором до молекули ДНК полегшує зв'язування РНК-полімерази з промотором, після чого слідує транскрипція. Такі білки називаютьактиваторами(абоапоіндукторами),а контроль експресії гена з боку гена-регулятора -позитивним(рис. 3.85).
Мал. 3.85. Негативний та позитивний контроль експресії генів
та участь ефекторів у регуляції генної активності