Переключение генов. Регуляция генной активности и фаг - Пташне М.
ISBN 5-03-000854-3
Скачать (прямая ссылка):
Как показано на рис. 8, две молекулы полимеразы, движущиеся в противоположных направлениях, считывают разные цепи. Полимераза, движущаяся налево, считывает «верхнюю» цепь (обозначения цепей приведены на верхней схеме рис. 2). Когда мы будем подробнее обсуждать строение вируса X, мы увидим, что его единственная молекула ДНК состоит из многих генов, причем одни из них считываются слева направо, а другие-справа налево.
Работе РНК-полимеразы, транскрибирующей тот или иной ген, способствуют или препятствуют «регуляторные» белки; они связываются с участками ДНК, называемыми операторами. Белок, осуществляющий негативную регуляцию, препятствует транскрипции, а позитивную - способствует ей (стимулирует ее). В первой главе мы расскажем о работе одного регуляторного белка, Х-репрессора, который является одновременно и позитивным, и негативным регулятором транскрипции.
Мы часто будем говорить, что тот или иной регуляторный белок связывается с определенным операторным участком (или участками) в молекуле ДНК. При этом имеется в виду, что белок обычно находится на этом участке, но легко может покинуть его (так оно часто и бывает). Произойдет ли немедленное связывание другой точно такой же молекулы с этим участком, зависит от концентрации данного белка и его сродства к этому участку ДНК.
Молекула ДНК может содержать более одного участка, способного связывать определенный белок. Такие участки могут различаться по силе связывания этого белка. При низкой концентрации белка в каждый данный момент времени более сильный участок с большей вероятностью будет связан с белком, чем более слабый. Однако при высокой концентрации белка, как показано на рис. 9, разница в сродстве уже не будет иметь значения и оба участка связывания обычно будут заняты. Это состояние динамического равновесия возникает потому, что связи, участвующие в ДНК-белковых взаимодействиях, гораздо слабее, чем, например, связи, которые удерживают вместе мономерные звенья белковой цепи.
Четыре главы нашей книги построены следующим образом. В первой главе описано, как регуляторные белки А,-ре-прессор и Сто связываются с ДНК и взаимодействуют с
17
2 1331
Рис. В. Двунаправленность процесса транскрипции. Последовательность мРНК гена В комплементарна одной из цепей ДНК, а мРНК гена А-другой.
• • •• •
• •••
Рис. 9. Связывание регуляторного белка с сильным и слабым операторными участками. При низкой концентрации регуляторный белок занимает только сильный операторный участок, а при высокой-оба участка. Другими словами, с увеличением концентрации белок вначале связывается с сильным участком,
а затем-со слабым.
РНК-полимеразой, определяя, какие промоторы будут использоваться для транскрипции. Эти компоненты образуют в совокупности генетический регуляторный механизм («переключатель генов»), который с поразительной эффективностью изменяет экспрессию генов после того, как бактерию, содержащую фаг X в латентной форме, подвергают УФ-облучению.
Чтобы понять действие регуляторного механизма на этом уровне, мы должны иметь общее представление о молекулярной структуре его компонентов. При этом мы будем изображать ДНК в виде жесткой палочки, на которой имеются участки связывания РНК-полимеразы и регуляторных белков; эти белки показаны в виде шариков или гирек, они связываются с промоторами и операторами и включают и выключают гены. Чтобы действие регуляторного механизма было понятно, его компоненты и их взаимодействия изображены по отдельности на многих несложных рисунках.
В гл. 2 структура регуляторных белков рассмотрена гораздо подробнее. В ней описаны общие, сравнительно простые механизмы, используемые этими белками с некоторыми вариациями, чтобы распознать нужные последовательности ос-
нований среди миллионов других пар оснований. Показано, что структура регуляторного белка комплементарна определенной части структуры ДНК; если речь идет об узнавании нужной последовательности ДНК, две молекулы подходят друг другу, как ключ к замку. На этом уровне рассмотрения мы сможем представить, каким образом регуляторный белок включает и выключает ген.
В гл. 3 дана общая картина работы генов фага X, когда фаг вызывает лизис клетки или, наоборот, переходит в латентную форму. Первые несколько стадий регуляции генов при заражении фагом одинаковы в обоих случаях. На критическом этапе один из фаговых регуляторных белков «улавливает», в каком состоянии находится хозяйская клетка, и определяет, как будут развиваться дальнейшие события. Этот этап «принятия решения» - показательный пример того, как условия окружающей среды влияют на регуляцию работы генов в ходе развития. Последовательность регуляторных событий каждого пути развития после принятия решения представляет собой каскадный механизм, когда ряд генов последовательно включается и выключается в соответствии с предопределенной программой.
В гл. 4 описаны в общих чертах эксперименты, на которых основаны представления, рассмотренные в гл. 1 и 2. Некоторые экспериментальные доказательства я представил в упрощенном виде и не стремился к полноте изложения. Тем не менее для читателя, не очень хорошо знакомого с экспериментальными методами молекулярной биологии, эта глава будет труднее других. Ее необязательно читать с начала до конца, достаточно внимательно ознакомиться с наиболее интересными для читателя местами. В конце главы обсуждены некоторые нерешенные проблемы.
