Рост растений и дефференцировка -
Скачать (прямая ссылка):
Экспрессия генов и детерминация клеток в развитии
Репрессор (R) обладает свойством реагировать с определенными малыми молекулами, называемыми эффекторами (F), что можно выразить следующим уравнением:
%+F *==* RF.
В индуцибельной системе активна только Я-форма репрессора, которая блокирует транскрипцию опероиа. Присутствие эффектора (или индуктора) инактивирует репрессор и, следовательно, позволяет протекать синтезу мРНК. В репрессируемых системах, наоборот, репрессор активен только в связанной ЯР-форме. Следовательно, синтез мРНК на опероне, идущий в отсутствие эффектора (или метаболита-ингибитора), прекращается в его присутствии. Эти положения схематически проиллюстрированы на рис. 13.6.
Возможно, что репрессор является «аллостерическим» белком с двумя активными центрами, один из которых способен реагировать с оператором, а второй — с молекулой индуктора или ингибитора. Было высказано предположение, что вследствие взаимодействия репрессора с индуктором может изменяться его конформация, так что он теряет способность реагировать с оператором, который при этом «дерепрессируется».
13.8. РЕГУЛЯЦИЯ ЭКСПРЕССИИ ГЕНОВ У ЭУКАРИОТ
Хотелось бы думать, что способ регуляции экспрессии генов, установленный для бактерий, применим также и к эукариотам. Однако имеется очень мало данных в пользу существования оиерона у эукариот, у которых гены, влияющие на близкие фенотипические признаки, совсем не обязательно расположены рядом и могут быть локализованы даже в нескольких различных, хромосомах.
И все же известно, например, что у кукурузы имеются гены, очевидно обладающие некоторыми чертами регуляторных генов. Так, локус генома кукурузы, названный Dissociation (Dis), по-видимому, находится под контролем другого локуса Activator (Ас) и в отсутствие последнего не может функционировать. Dis в свою очередь влияет на экспрессию ряда других генов и, следовательно, аналогичен гену-оператору у бактерий, а Ас можно считать геном-регулятором. Например, в некоторых случаях Dis обусловливает такое поведение гена С, детерминирующего окраску алейронового слоя в зернах, как если бы это был его рецессивный аллель, с, и алейроновый слой становится бесцветным. Таким образом, Dis, очевидно, подавляет активность гена С. На основании этих и других наблюдений Мак-Клинток предположила, что хромосомы высших растений содержат как гены, так и «контроллеры», регулирующие активность генов.
462
Глава 13
Изучать регуляцию экспрессии генов у эукариот очень трудно из-за размера и сложности их генома. Действительно, в их хроматине имеются как уникальные, так и повторяющиеся последовательности, а, кроме того, помимо ДНК в геноме содержится ряд-других веществ, таких, как гистоны, кислые белки и РНК. Поэтому всякие гипотезы, касающиеся точного механизма регуляции экспрессии генов у эукариот, в настоящее время могут быть только чисто спекулятивными. Даже сам факт существования разнообразных теорий свидетельствует об отсутствии твердых знаний в этой области.
Однако путем гибридизации ДНК и РНК были получены надежные данные, говорящие о том, что различные ткани содержат качественно разные траискрипты с уникальных и повторяющихся последовательностей ДНК- Так, работа, проведенная иа растениях табака, показала, что в каждой из основных типов изученных тканей (тканей листа, стебля, корня, лепестков, завязи, пыльников) имеется около 25 000—30 000 различных видов мРНК, и из них около 8 000 видов одинаковы для всех типов тканей. Остальные различные виды мРНК, очевидно, специфичны для каждого вида ткани, так что каждая ткань, по-видимому, обладает уникальным набором мРНК, который соответствует тысячам различных структурных генов.
Отсюда следует, что в каждом данном типе ткани только небольшая доля всей ядериой ДНК представлена в цитоплазме соответствующей ей мРНК. Принято считать, что это указывает на избирательную регуляцию транскрипции в ядре в процессе диффереицировки: транскрибируется только небольшая доля общей ДНК, а остальная ее часть недоступна для транскрипции.
Согласно одной из гипотез, избирательность экспрессии генов достигается «маскированием» и «демаскированием» различных участков генома. Эта гипотеза подтверждается данными, полученными на изолированном хроматине. Для выделения хроматина ткань гемогенизируют, гомогенат фильтруют и подвергают дифференциальному центрифугированию. -Выделенный хроматин может синтезировать РНК в присутствии трифосфатов четырех нуклеозидов РНК (гуанина, аденииа, цитозина и урацила), а также РНК-полимеразы. Гибридизируя полученную РНК с де-протеинизированной протеазами ДНК, можно узнать, каким последовательностям она комплементарна. С помощью этого-метода можно определить, какая доля ДНК транскрибируется и какая РНК на ней синтезируется.
Как правило, транскрибируется только небольшая фракция всей повторяющейся ДНК; большая часть ДНК, очевидно, недоступна для транскрипции из-за ее связи с гистопами и/или кислыми белками. Если удалить, все гистоны и кислые белки, то транскрипционная активность остающейся «голой» ДНК
