Для эукариот: регуляция активности белковых факторов, энхансеры, сайленсеры, инсуляторы, групповая регуляция сигнальными веществами (гормонами, феромонами и др.), регуляция на уровне процессинга

Предполагают, что основные принципы регуляции у них аналогичны таковым у прокариот, но в целом этот процесс сложнее.

Для эукариот не характерна прямая субстратная регуляция, распространенная у организмов без оформленного клеточного ядра. В отличие от прокариот опероны эукариот обычно моноцистронные, с очень обширными регуляторными зонами. Наличие обширных регуляторных зон в опероне эукариот связано с их способностью воспринимать большое число различных факторов, изменяющих транскрипционную активность. У эукариот структурные гены, ответственные за разные звенья той или иной цепи биохимических реакций, как правило, разбросаны по геному, а не сосредоточены в одном опероне, как это часто наблюдается у прокариот. В ядрах дифференцированных клеток эукариот большинство генов находится в репрессированном состоянии: одновременно транскрибируется в среднем только около 10% генов. Конкретное же число активно работающих структурных генов различно в разных тканях и органах и на разных стадиях развития. Например, в ретикулоцитах, где идет синтез глобинов, число копий глобиновых мРНК превосходит 150 000 на клетку, а в других клетках того же организма их либо крайне мало, либо совсем не удается обнаружить.

Все структурные гены эукариот предлагают условно разделять на три типа:

1) гены, функционирующие во всех клетках организма (гены, кодирующие ферменты энергетического обмена);

2) гены, функционирующие только в тканях одного типа (гены, определяющие синтез миозина в мышечной ткани);

3) гены, нужные для выполнения клетками узких функций (гены, кодирующие синтез белка хрусталика).

Регуляторные элементы эукариот:

В эукариотических клетках содержится несколько молекул ДНК. В связи с этим на ДИК различают следующие виды регуляторных последовательностей:

цис-элементы (cis-acting elements) регуляторные элементы, находящиеся на той же молекуле ДНК, что и регулируемый ими ген. К цис- элементам относится, например, промоторная область и энхансеры;

транс-элементы (trans-acting elements) находятся на другой молекуле ДНК, не на той, которая несет регулируемый ген. Примерами транс-элементов являются гены, кодирующие многие транскрипционные факторы.

У эукариот регуляторные элементы собраны в регуляторные регионы, имеющие сложную блочно-иерархическую организацию. Основной регуляторный элемент эукариот это коровый (базальный) промотор. Он обеспечивает сборку базального транскрипционного комплекса (из основных факторов транскрипции и РНК-полимеразы) и инициацию транскрипции на базальном (исходном, базовом) уровне. Часто этот уровень так низок, что приводит к синтезу лишь единичных молекул РНК и, в дальнейшем, белков. В промоторе находится транс-действующие факторы: ТАТА-бокс – располагается на расстоянии 20-30 нуклеотидов выше стартовой точки, способствует денатурации двойной спирали ДНК, т.к. связи м/д А и Т менее прочные, чем Г и Ц; СААТ-бокс – 80 нуклеотидов выше стартовой точки, оказывает сильное влияние на частоту транскрипции, возможно определяют связывание РНК-полимеразы. Кроме корового промотора, экспрессия гена эукариот контролируется цис-элементами: энхансерами (усилителями транскрипции - от англ. Enhancer – изменяет топологию цепей ДНК, способствует образованию петель, что приближает регуляторную последовательность к прооторам, с кот. они взаимодействуют посредством белковых факторов) и сайленсерами (глушителями, успокоителями, от англ. Silencer – блокируют транскрипцию генов при помощи регуляторных белков, кот. связываются с ДНК и закрывают доступ к регуляторным областям белков, кот. активируют транскрипцию) - регионами, подавляющими транскрипцию), которые могут быть расположены на ДНК очень далеко от точкии начала транскрипции. На ДНК также имеются инсуляторы (англ. insulate “зобщать, изолировать) - это “пограничные столбы”, определяющие зону действия данного энхансера или сайленсера.

Транскрипция одного гена обычно зависит от суммы воздействий целого ряда энхансеров, сайленсеров и других регуляторных районов ДНК.

Эукариоты имеют 3 разные РНК-полимеразы, каждая должна присоединиться к соответствующим промоторным последовательностям на ДНК. Работу разных РНК-полимераз можно инициировать независимо, тем самым можно регулировать скорость образования тех или иных продуктов (в том числе белков, в слчае РНК-полимеразы II).

Эукариоты имеют возможность изменять скорость инициации транскрипции с помощью белковых факторов, участвующих в этом процессе. Для эффективного присоединения РНК-полимеразы к ДНК необходимо формирование транскрипционного комплекса из многих белковых факторов, то регуляция возможна:

1 за счет изменения активности каждого фактора по отдельности

2 за счет создания уникальных сочетаний белковых факторов (как общих, так и специфических) в условиях, требующих изменения интенсивности синтеза образуемых белков.

ДНК эукариот ассоциирована с гистонами и другими белками, которые могут выполнять регуляторную функцию, влияя на РНК- полимеразную реакцию. Сродство гистонов к ДНК зависит от степени их фосфорилирования, метилирования и ацетилирования. Усиление этих процессов ведет к уменьшению способности гистонов связываться с ДНК, что приводит к увеличению ее активности. С помощью гистонов у эукариотических организмов осуществляется в значительной мере групповая репрессия работы генов – одновременное групповое подавление активности генов во всем ядре, в целой хромосоме или в большом ее участке.