Молекулярная биология, избранные разделы - Ашмарин И.П.
Скачать (прямая ссылка):
V'
Рибосомальные РНК (или,для других оперонов,— м РНК)
Схема 18. Предполагаемая структура оперона многоклеточного организма на примере оперона рибосомальных РНК (кроме 5S РНК), а также схема превращений ДРНК в ядре (по Георгиеву, 1970; Attar di, Amaldij 1970, и др.).
оргиева и сотр. (1970), установлено, что молекулярный вес новообразованных РНК ядра, обозначаемых далее как Д-РНК (Нп-РНК, промессенджер), значительно выше, чем у цитоплазматических РНК и в том числе у мРНК. Если вес последних соответствует наиболее вероятному размеру одного цистрона — 0,2—1,0,
10е, то вес Д-РНК превышает 2-10® и достигает 10—12-10® — очень высокого значения для РНК. Это обстоятельство можно было бы объяснить последовательным считыванием ряда структурных цистронов (разных или одинаковых), если бы не выявление в составе Д-РНК и продуктах ее распада в ядре значительной доли последовательностей, отличных от мРНК цитоплазмы по тесту курентной гибридизации. Во-первых, это фрагменты Д-РНК, обозначаемые Д-РНКг, наиболее лабильные и не покидающие пределов ядра, так как они претерпевают там полную деградацию. Относительно стабильная часть Д-РНК — Д-PHKi —- соответствует, как правило, моноцистронной мРНК. Во-вторых, это присоединяемые уже после транскрипции к З'-концу Д-РНК небольшие полиадениловые фрагменты (до 200 нуклеотидов), необходимые для последующего транспорта мРНК из ядра в цитоплазму (см. гл. III). В этом виде мРНК покидает ядро с помощью вспомогательных механизмов, описанных ранее в конце главы III. Изложенная гипотеза была подкреплена экспериментами по избирательному расщеплению или ограничению синтеза новообразованной гигантской Д-РНК либо с З'-конца, к которому должны примыкать структурные цистроны, либо с б'-конца, где находятся промотор и акцепторная зона. Это достигалось либо с помощью экзонуклеаз (см. гл. II), либо при посредстве ограничения длины транскрибируемых от б'-конца участков повреждением матрицы УФ-облучением. Действительно, у Д-РНК с дефектным со стороны б'-конца участком снижалась способность конкурировать с мРНК цитоплазмы при гибридизации с ДНК-матрицей, в то время как повреждение с З'-конца увеличивало эту способность. Это хорошо согласуется со сделанным выше предположением о локализации структурных цистронов. Степени изменения скорости гибридизации были таковы, что объяснить их можно лишь предположением о большой доле повторяющихся генных последовательностей в акцепторной зоне (Г. П. Георгиев, 1970). Все это согласуется и с данными о наличии в исходных гигантских Д-РНК трифосфатных групп, хотя Д-РНК, переходящая в цитоплазму, их не содержит. Напомним, что наличие трифосфатов характерно для первого нуклеотида транскрибируемой РНК. Следовательно, в ядре «состригается» часть Д-РНК именно в начальной области, соответствующей акцепторным последовательностям. Скорость гибридизации гигантских Д-РНК, сохранивших б'-конце-вой трифосфат, оказалась в 4—5 раз выше, чем у других Д-РНК, что вновь указывает на наличие повторяющихся последовательностей в акцепторной области (А. П. Рысков и сотр., 1972). В акцепторных областях оперона располагаются, вероятно, участки, особенно богатые АТ-парами. Они легче денатурируются и обеспечивают большее разнообразие конфигураций, что важно для инициации транскрипции и для узнавания регуляторными белками. Это вполне соответствует и всем другим излагавшимся выше данным о наличии в этой зоне ветвлений, так называемых полиндромов, и о других особенностях строения областей ДНК,
предназначенных для восприятия регулирующих воздействий (см. раздел «ДНК хроматина»).
Таким образом, структура оперона многоклеточных организмов характеризуется наличием значительной акцепторной области, богатой повторяющимися последовательностями, включающей участки, где преобладают АТ-пары, и имеются ветвления ДНК.
В последнее время удалось установить продолжительность синтеза и различных превращений РНК в ядре клеток млекопитающих с момента начала транскрипции до выхода в цитоплазму. Синтез большей части Д-РНК занимает менее 5 мин. Следующее затем присоединение полиаденилата к З'-концу завершается к 10— 15-й минуте. Наибольшей является продолжительность процесса отсекания нуклеазами участков, соответствующих Д-РНКг, с 5'-конца Д-РНК. Он занимает 10—60 мин (Jelinek et al., 1973).
Прежде, чем перейти, опираясь на изложенные данные о структуре оперонов, к рассмотрению механизмов регуляции транскрипции, необходимо напомнить об одной важной особенности транскрипции, отличающей ее от матричного синтеза РНК в простейшей системе in vitro. Вскоре после начала синтеза очередной молекулы РНК на бактериальном опероне,— видимо, сразу после образования начального участка из нескольких десятков нуклеотидов на первом структурном цистроне,— происходит прикрепле ние рибосом и начинается синтез белка. «Свисающий» конец синтезируемой РНК как бы утяжеляется рибосомами, что форсирует отделение РНК от матрицы и ускоряет процесс в целом. В клетках же эукариотов рибосомы отделены от образующейся Д-РНК ядерной мембраной. Там имеются специализированные образования— информоферы, которые связываются с Д-РНК и, вероятно, уже на стадии ее синтеза помогают процессу отделения от матрицы. Особую роль в переносе мРНК в цитоплазму играют также фрагменты полиадениловой кислоты, присоединяющиеся к ее З'-концу уже после завершения транскрипции. Подробнее эти механизмы были описаны при рассмотрении транспорта информационной РНК в главе III.
