Общие принципы регуляции экспрессии генов

Клетки различных тканей растений и животных отличаются друг от друга главным образом тем, что в них происходит синтез различных групп белков, что и определяет их структурную и функциональную специфику, т.е. наблюдается регуляция работы генов. Сам факт тотальной регуляции действия генов в настоящее время не вызывает сомнений. Активность генов оценивается по числу типов генных продуктов (РНК-вых копий) и белков в цитоплазме.

(Этот вопрос был исследован на клетках человека линии HeLa – «стандартной» раковой ткани, культивируемой in vitro в течение десятков лет. Геном клеток HeLa считается сильно дерепрессированным, т. е. в них функционирует значительно большее (около 35 тыс.) число генов, чем в обычных соматических клетках, хотя это не означает, что клетки HeLa производят столь же большое количество конечных генных продуктов – полипептидов. Оказалось, что по функциональной активности гены клеток HeLa могут различаться почти на четыре порядка. Так, существует около 10-12 генов, представленных 12-13 тыс. РНК-вых копий, и несколько десятков генов, которым в цитоплазме соответствуют единичные молекулы мРНК.)

Экспрессия генов зависит от факторов внешней и внутренней среды и, в то же время, находится под контролем генотипа.

(Например, известны особые гомеозисные гены, контролирующие экспрессию других генов. Как уже говорилось, важнейшая особенность функционально-генетической организации эукариот – отсутствие у них оперонов, подобных оперонам бактерий. Однако промоторные и терминаторные участки у эукариот имеются; более того, они более разнообразны, чем у прокариот. Однако структурные гены, контролирующие последовательные этапы метаболического процесса, могут находиться у эукариот в разных участках одной хромосомы или даже в разных хромосомах.

Физико-химический и электронно-микроскопический анализ вновь синтезированной РНК показывает, что она состоит из огромных молекул длиной в несколько десятков тысяч нуклеотидов. Поэтому правильнее говорить о функциональной генетической единице у эукариот как о транскриптоне (Г.П. Георгиев), т. е. участке ДНК, с которого считывается единая непрерывная молекула РНК. Доказано, что в ответ на действие указанных индукторов активируется целая батарея структурных генов, среди которых находятся как гены, кодирующие определенные белки, так и гены рРНК и тРНК.)

Регуляция экспрессии (выражения) генов может осуществляться на нескольких уровнях: генном, транскрипционном, посттранскрипционном, трансляционном и посттрансляционном (функциональном).

- Первый из них связан с изменением количества или локализации генов, контролирующих данный признак.

- Второй определяет, какие и сколько мРНК должны синтезироваться в данный момент.

- Третий обеспечивает отбор мРНК, транслирующихся на рибосомах.

- Четвертый связан с аллостерической (пространственной) регуляцией активности ферментов.

- Наконец, контроль действия генов может осуществляться путем посттрансляционной модификации полипептидов, посттранскрипционной модификации мРНК, и другими путями.