Компьютерный анализ генетических текстов - Александров А.А.
ISBN 5-02-004691-4
Скачать (прямая ссылка):
женные участки узнавания могут экранироваться от посадки своей рестриктазы другими ферментами, подвергаться иным влияниям соседних сайтов (Terry et al., 1985).
Вот основные задачи, которые приходится решать при выведении канонической последовательности любого функционального сайта. Несмотря на то, что для большинства сайтов многие из этих проблем представляются чрезвычайно трудными, в некоторых случаях удается добиться неплохих результатов. Подтверждением тому служит распознавание рестрик-тазных сайтов.
Промоторы. Промоторы - это сигналы начала синтеза РНК, узнаваемые ферментом РНК-полимеразой, и определяющие место и эффективность транскрипции. Вид промотора меняется в зависимости от организма, сохраняя при этом некоторые общие черты. Больше всего известно промоторов РНК-полимеразы Escherichia со 1i: последняя выборка их последовательностей содержит более 250 наименований (Harley, Reynolds, 1987). Сделаны выборки промоторов некоторых эукариот (Nussinov, 1986а), дрожжей (Dobson, et al., 1982) и ряда других организмов. 3 каждом случае выделены характерные особенности этих регуляторных участков. Из-за их большой биологической значимости промоторы представляют собой наиболее хорошо изученный тип сигналов.
Устоявшимися признаками промоторов Е.со1i являются блоки нуклеотидов, расположенные в районах -35 и -10, считая от точки начала
синтеза РНК. Типичными последовательностями этих блоков, называемых блоками Гильберта и Прибноу соответственно, являются TTGACA и ТАТААТ. Считается, что расстояние между ними изменяется от 15 до 21 нуклеотида, а блок Прибноу может отстоять от начала транскрипции на 4-8 оснований.
РНК-полимераза Е. со1i состоит из пяти субъединиц, одна из которых (сигма) отвечает за специфичность связывания, а остальные, по-видимому, выполняют структурную и неспецифически ДНК-связывающую функции. Без сигма-субъединицы РНК-полимераза связывается со случайными фрагментами ДНК и начинает транскрипцию в произвольном месте. Для продолжения транскрипции сигма-субъедикица не нужна и в норме она отделяется от РНК-полимеразы после синтеза нескольких первых нуклеотидов. Есть основания полагать, что в E.coli существует несколько сигма-субъединиц, каждая из которых узнает свою последовательность и игнорирует промоторы чужих сигма-субъединиц. Впервые это было показано на транскрипции генов теплового шока (Grossman et al., 1984), затем на генах нитроголодания (Hunt, Magasanik, 1985) и некоторых других генах. Биологический смысл этого понятен: клетке для выживания в тяжелых условиях необходима экспрессия ограниченного набора генов, синтез которых вовсе необязателен в норме; и всю мощь синтезирующей машины она переключает на производство этих генов одной лишь только заменой сигма-субъединицы.
В других организмах дело обстоит еще сложнее. Так, В.subtil is на разных стадиях своего развития использует по крайней мере шесть сигма-субъединиц (Doi, Wang, 1986). В эукариотах работают три РНК-полимеразы, одна из которых транскрибирует рРНК, другая тРНК, а третья -все остальные гены. Кроме такого разнообразия полимераз и их структурных субъединиц, в транскрипции могут принимать участие разнообразные репрессоры и активаторы, низкомолекулярные факторы (типа цАМФ и ppGpp) и, по-видимому, еще что-то, чего мы пока не знаем. На эффективность инициации большое влияние оказывает к тому же форма ДНК, в частности степень ее сверхспирализации.
Однако, несмотря на такое обилие факторов, участвующих в транскрипции, есть достаточно оснований считать, что мы можем научиться искать промоторы на молекуле ДНК, исходя только лишь из последовательности нуклеотидов в ней. Ведь промоторы, узнаваемые ферментом одного типа, имеют сходную первичную структуру, проблема заключается в формализации этого сходс.тва.
Сайты связывания репрессоров и активаторов. То, что регуляторы транскрипции должны присоединяться к выделенным местам на молекуле ДНК стало понятно сразу после их открытия. Многие промоторы регулируются своими репрессорами, которые присоединяются к участку ДНК, называемом оператором. Хорошо изученными примерами являются регуляторные области генов lac (Gilbert et al., 1976), trp (Bennett,
Yanofsky, 1978) у E.coli и системы генов фага лямбда (Ptashne, 1978). Репрессор, связываясь с оператором, может закрывать част;, промотора и стерически предотвращать инициацию транскрипции. У эукариот регуляторные элементы могут быть отделены несколькими сотнями нуклеотидов от промоторной области и могут активировать (Khoury, Gruss, 1983) или подавлять (Brand et al., 1985) транскрипцию незакя-симо от их ориентации и расположения относительно точки начала син теза РНК. Недавно у E.coli тоже были обнаружены дополнительные регуляторные последовательности, расположенные на значительном расстоянии от промотора как до точки инициации транскрипции в ага (Hahn et al., 1984) и deo (Valentin-Hansen et al., 1986), так и после нее s gal (Irani et al., 1983) и lac (Eismann et al., 1987) оперонах.
Терминаторы. Место, где заканчивается синтез РНК называется терминатором. Для прокариотических терминаторов характерно наличие шпильки, образованной G-С богатыми инвертированными повторами и следующий за ней поли-U последовательность. Наглядно представить себе механизм терминации можно, например, так: РНК-полимераза проходит
