Реферати » Реферати з біології » Від чого залежить доля гена

Від чого залежить доля гена

гетерохроматинових білок - НР1 (англ. Нeterochromatin Рrotein), що бере участь у структурній організації гетерохроматина (так називають області хроматину, що знаходяться в висококонденсований стані), де жоден ген не працює. Отже, НР1 - це маркер неактивного стану хроматину. Зв'язуючись з етиловому по дев'ятому лизину "хвостом" гистона-3 в одній нуклеосоме, гетерохроматинових білок сприяє метилированию Н3 у сусідній частці, і CН3-мітка "розповзається" по хроматину [6]. У результаті його протяжні ділянки переходять в висококонденсований стан. Гени, що потрапили в цю область, перестають працювати (генетики це часто називають ефектом положення).

Поки мало відомо про білкових доменах, котрі дізнаються інші "ярлики" на гістонових "хвостах", такі як фосфатні групи, білок убіквітин, АДФ-рібозільний залишок. Зараз інтенсивно ведеться пошук таких доменів.

От чего зависит судьба гена

Моделі активації і гноблення генної активності на основі гіпотези «гістонових коду» .

Зліва наведена схема модифікацій N-кінцевих доменів Н3 і Н4, на якій видно, що ацетилювання і фосфорилювання надають взаємно підсилює дію, так само як ацетилювання і метилювання, а фосфорилювання і метилювання блокують один одного. Стрілка з ножицями вказує на можливе протеолітичну розщеплення. Праворуч наведена схема комбінаторної модифікації гістонових «хвостів» , від якої залежить стан гена - активний він або неактивний.

Кількість експериментальних даних про зв'язок модифікацій гістонів та їх комбінацій з роботою або мовчанням гена величезне. Проте "гістонових код" не розшифрований - він виявився набагато складніше генетичного коду. Сучасні лабораторії (на жаль, не наші) оснащені інструментами, яких не було під час розшифровки генетичного коду; дослідники володіють витонченими методами, яких тоді не знали, а потужні комп'ютери обробляють експериментальну інформацію. Тому немає причин сумніватися, що і "гістонових код" буде розкритий і ми зрозуміємо механізм виборчого зчитування інформації з ДНК у складі хроматину. А поки ...

Інструкція до ДНК

Дуже складна програма послідовності включення-виключення генів записана в численно модифікованих гістонових "хвостах", що виходять на поверхню хроматиновой фібрили, і комбінаціях " ярликів ", величезному наборі спеціалізованих ферментів, котрі дізнаються ці поєднання. Генетична інформація, закладена в ДНК, виявляється недостатньою для розвитку повноцінного організму. До неї потрібна інструкція з використання. Підтвердженням цього служать складності, які виникають при клонуванні тварин. Щоб отримати таким штучним способом новий організм, ДНК з клітки якого органу переноситься в яйцеклітину, з якої видалено ядро. Результат далеко не завжди буває очікуваним. З'ясовується, що епігенетичні механізми розвитку у вихідній соматичної клітці давно запущені, стерти цю інформацію неможливо, і багато гени вже назавжди замовкли. Хоча ДНК соматичної клітини ідентична тій, що була в ядрі яйцеклітини, програма розвитку не спрацьовує. Тільки в статевих і ембріональних стовбурових клітинах (вони утворюються на перших поділках заплідненої яйцеклітини) епігенетичні механізми ще не включені, тому клітини можуть диференціюватися - стати і клітиною печінки, і клітиною мозку, і клітиною шкіри. Розшифрувавши структуру геномної ДНК, ми сподівалися, що зможемо управляти клітинними процесами. Однак з'ясувалося, що важлива ще й епігенетична інформація, але до її повної розшифровки ще дуже далеко.

Як реалізується "гістонових код" в процесі включення-виключення генів? Що собою представляють білки, узнающие модифіковані кінцеві домени гістонів, яку функцію виконують після впізнавання хроматінових маркувань? Точних відповідей на ці питання поки немає.

Розглядаються лише можливі варіанти. При модифікації гістонових "хвостів" змінюється, як уже сказано, їх сумарний заряд. За рахунок цього може, наприклад, зменшитися ступінь конденсації хроматиновой фібрили (тобто вона зробиться більш пухкої), і ДНК стане доступною для регуляторних білків. У цьому випадку ферменти-модифікатори тільки розширюють зону свого впливу, підсилюють деконденсація (або, навпаки, як гетерохроматинових білок-1, роблять фибриллу ще щільніше). На користь такого перебігу подій свідчать дані про білки з бромо-або хромодоменамі; багато хто з подібних білків самі модифікують гістонові "хвости" [6].

Ще один процес, який змінює статус гена, здійснюють фактори перебудови хроматину. У 1992 р. цей механізм був вперше виявлений у дріжджів. У присутності АТФ певні білкові комплекси видаляли або зрушували нуклеосоми з регуляторних ділянок ДНК, в результаті чого активувалися мовчазні гени [7]. Виявилося, що до складу комплексів входять білки, що мають бромо-і хромодомени. Завдяки їх здатності впізнавати метильние і ацетильную мітки на "хвостах" гістонів комплекс досягає регуляторного ділянки гена. Відбулися слідом за тим структурні зміни хроматину полегшують доступ до ДНК білків, які активують транскрипцію цього гена [8].

Є деякі свідчення того, що білки, які впізнають "гістонових код", виконують ще й транспортну функцію - доставляють до необхідних генам комплекс інших, регуляторних, білків. Вони проводять цілий каскад біохімічних реакцій в області хроматину, відповідної регуляторному ділянці гена. До складу комплексу входять як білки-модифікатори, так і транскрипційні фактори, які теж можуть піддаватися різним модифікаціям, якщо це необхідно для активності.

Перебудови в хроматині зачіпають головним чином невеликі регуляторні області генів. Основна ж частина ДНК, накручена на нуклеосоми (хоч і модифіковані при активації генів), залишається недоступною для молекул РНК-полімерази, що здійснює транскрипцію. Проте цей нуклеосомної бар'єр долається. Яким же чином? У нашій лабораторії 20 років тому був розроблений метод гібридизації з "білковими тінями", який дозволяє зрозуміти, як відкриваються транскрипційні області ДНК [9]. За своєю суттю - це метод картування місць в ДНК, де вона контактує з білковими компонентами. Виявилося, що просування РНК-полімерази забезпечується структурним переходом в нуклеосоме: тимчасово з них видаляються димери Н2А-Н2В, а контакт гістонових тетрамера (Н3) 2 - (Н4) 2 з ДНК зберігається. Полімераза вільно проходить крізь таку нуклеосому, після чого її структура швидко відновлюється. Ці дані відповідають сучасним уявленням про організацію нуклеосоми, згідно з якими димер Н2А-Н2В в певних умовах може зникати [10].

Зі структурними особливостями нуклеосоми пов'язаний ще один механізм зміни ступеня конденсації хроматину, а стало бути, і регуляції генної активності. Як вже неодноразово згадувалося, межнуклеосомние взаємодії і розпізнавання хроматиновой фібрили різними факторами визначаються "хвостами" гістонів, що виходять на її поверхню. Структуру хроматину можна порушити модифікацією "хвостів", але рівнозначний результат досягається заміною будь-якого гистона на його варіант, що відрізняється послідовністю амінокислот в N-кінцевій ділянці молекули.

Вже давно з клітин багатьох організмів і різних тканин одного і того ж організму виділяли такі гістонові варіанти. У людини, наприклад, відомо як мінімум п'ять варіантів Н2А [11]. З них найбільш вивчений H2AZ. Цей надзвичайно консервативний гистон виявлений у всіх еукаріотів - від дріжджів до людини. Від нормального гистона-2А він відрізняється амінокислотної послідовністю в домені, який відповідальний за взаємодію димера Н2А-Н2В з тетрамером (Н3) 2 - (Н4) 2, а також замінами в N-кінцевій частині поліпептидного ланцюга. Тому сумарний заряд на "хвості" змінений у порівнянні з зарядом на звичайному Н2А [11] і, як наслідок, - змінені поверхневі властивості нуклеосоми, що містить Z-варіант. У результаті цього порушується ступінь конденсації хроматину - він переходить у більш пухке стан, необхідний для активації генів. Без Z-варіанту клітина жити не може - мутації за його гену завжди летальні.

Інший добре вивчений варіант того ж гистона-2А - Х-варіант. Його відмінна особливість - наявність фосфатної групи в одному з амінокислотних залишків на С-кінці молекули. Цієї модифікації гистон піддається у відповідь на дволанцюжкові розрив ДНК, викликаний іонізуючим випромінюванням або іншими причинами. Фосфорілірованний Н2АХ моментально притягує до себе комплекс білків, що усуває дефект. Цей механізм використовується клітиною не тільки при випадкових пошкодженнях ДНК, варіант Н2АХ бере участь у репарації природно виникаючих, нормальних для клітини розривів ДНК. Такі розриви відбуваються, наприклад, під час дозрівання статевих клітин, коли гомологічні хромосоми обмінюються ділянками; при виробленні антитіл, чиї гени складаються з багатьох віддалених один від одного фрагментів, які повинні бути виокремити з ДНК і потім возз'єднані, і т.д.

В останні роки виявляються все нові способи, які змінюють компактність хроматину, а отже, і активність генів. Мабуть, в клітці "гістонових код" розпізнається, зчитується і переключається НЕ єдиним механізмом, а комбінацією різних механізмів. Їх пошуками займаються в багатьох лабораторіях світу, і швидше за все в найближчі роки нас чекають дуже цікаві відкриття.

Вивчення епігенетичних процесів давно вже вийшло за межі фундаментальної науки і стало предметом досліджень в медицині. Для цього є чимало підстав. Відомо, наприклад, що при онкологічних захворюваннях і деяких вірусних інфекціях порушується властивий нормальній клітині баланс між ацетилюванням і деацетилювання гістонів. Так, аденовірусні онкобелок Е1А інгібує активність гістонових ацетилтрансферази, і, отже, гістони залишаються без ацетильной мітки. А коли так, то гістонових деацетілазе, що видаляє ці мітки, нічого робити, а адже від її взаємодії з певним білком залежить придушення росту клітин ракової пухлини. Ще один приклад стосується ретінобластомного білка (RB), який в нормі синтезується в сітківці і багатьох інших тканинах. Якщо ген цього білка пошкоджений, утворюється змінений RB, нездатний зв'язуватися з транскрипційним комплексом, а той, будучи без RB, не може взаємодіяти з гістонових деацетілазой. В результаті молчащие в нормальній клітині гени починають працювати, що і призводить до онкопатології. Такий хід подій виявлений при багатьох ракових захворюваннях. Більш того, деякі вірусні онкобелкі здатні цілеспрямовано блокувати взаємодію нормального ретінобластомного білка з гістонових деацетілазой [6].

Давно відомо, що канцерогенез і старіння супроводжуються відхиленням

Сторінки: 1 2 3 4

енциклопедія  з сиру  аджапсандалі  ананаси  узвар