Вопрос №31. Молекулярные механизмы дифференциальной транскрипции генов

Работа каждого гена приурочена к конкретным этапам жизнедеятельности организма. Это явление называется- дифференциальной экспрессией генов. Оно очень важно для сложно устроенных организмов, т.к. у них разные клетки выполняют разные функции. Есть специальные молекулы, регулирующие эти процессы, - транскрипционные факторы. ТФ либо усиливают, либо подавляют диффференциальную экспрессию генов. Предположим, что диф-ую экспрессию гена Х обеспечивает ТФ_n, который подавляет активность РНК-полимеразы. Очевидно, что в клетках, которые должны содержать белок, кодированный данным геном, этого ТФ_n быть не должно, а ост-ые кл. должны его содержать. Т.е. диф-ая экспрессия гена Х обусловлена неравномерным распределением ТФ_n по кл. В свою очередь, экспрессия гена, кодирующего ТФ_n, тоже происходит под контролем какого-то ТФ_n-1, экспрессия которого в свою очередь, тоже происходит под контролем другого ТФ. Это так называемый каскадный процесс. Началом этого процесса явл-ся неравномерное распределение ТФ₁ по Z, споре.

Само существование дифференциальной экспрессии генов говорит о том, что процесс реализации генетической информации можно регулировать. Экспрессия гена может регулироваться на разных этапах. Однако в большинстве случаев ключевым этапом регуляции экспрессии генов является транскрипция, поэтому в основе дифференциальной экспрессии генов очень часто лежит дифференциальная транскрипция генов. Транскрипция – это очень сложный процесс, поэтому она не может идти самопроизвольно. Её обеспечивают особые ферменты – РНК-полимеразы. 5’ 3’ ТФ

РНК-полимераза Промотор ------> Терминатор

1. В промоторе специфическая последовательность нуклеотидов (АG), которые узнаются РНК-полимеразой.

2. РНК-полимераза садится на один край – начало (промотор), чтобы дойти до другого края. Двигается только в одном направлении.

3. Начало вычленяется на основе определенной последовательности нуклеотидов, а они имеют определенные заряды.

4. Белки РНК-полимеразы способны двигаться в одном направлении.

5. Начиная с конца промотора РНК-полимераза начинает синтезировать РНК.

6. По окончании кодирующей области гена РНК прекращает синтезироваться. Об этом сигнализирует терминатор.

Если не будет промотора, то РНК-полимераза не будет считывать ген, т. е. ген будет «молчащим». Сама по себе РНК-полимераза не способна распознавать, какие именно гены нужно транскрибировать в данный момент, есть что-то другое, что помогает ей делать это – белки. Эти белки называются транскрипционными факторами. Регуляторные белки способны связывать разные участки гена, закрывать путь РНК-полимеразе (репрессор – подавитель), белки – усилители.

Дифференциальное распределение ТФ₁ по зиготе

Дифференциальная транскрипция гена, кодирующего ТФ_n-1

Дифференциальное распределение по организму ТФ_n-1

Дифференциальная транскрипция гена, кодирующего ТФ_n

Дифференциальное распределение по организму ТФ_n

Дифференциальная транскрипция гена Х

Довольно часто клетки окружающие яйцеклетку – это питающие клетки. Разные питающие клетки поставляют в яйцеклетку разные вещества. Бластомеры отличаются друг от друга. Уже на стадии четырех бластомеров клетки могут отличаться друг от друга. Клетки отличаются по набору транскрипционных генов. Можно просчитать судьбу отдельных бластомеров (у насекомых). Градиенты транскрипционных факторов – система молекулярных координат внутри организма. В организмах возикновение неоднородности в яйцеклетках: активный разный направленный транспорт в яйцеклетке; материнское влияние в плане неоднородности яйцеклетки (самые крупные яйцеклетки у китовых акул); яйцеклетка формируется в яичнике – фолликул.

Такое наблюдалось у аскрид. При смерти I, III или IV бластомеров – летальный исход. При смерти II – полное отсутствие половой системы.