Отсюда по статье “Пророчество Астаурова”:

Спонтанные модификации по Б.Л.Астаурову (1927). Мутация tetraptera у дрозофилы.

Частота “левых” и “правых” и симметричных аномалий – лишних крыльев при неполной пенетрантности. Вывод о существовании спонтанных нарушений в проявлении генетической информации – спонтанной модификационной изменчивости и неустойчивости действия гена. Сейчас в международных изданиях появилась довольно богатая литература о значении “шумов” в метаболических путях и матричных процессах, составляющих сущность живой материи , но без всяких ссылок на Б.Л.Астаурова.

Взаимообусловленность модификационной и наследственной изменчивости: норма реакции, экспрессивность, пенетрантность (Н.В.Тимофеев-Ресовский, 1925-27).

Обратная сторона взаимообусловленности модификаций и наследственной изменчивости – онтогенетические адаптации, обусловливающие чувствительность-устойчивость к мутагенным (генетически-активным) факторам среды. Не столь очевидный пример…, но – если считать культуру соматических клеток модификацией, то она приводит к сомаклональной изменчивости, которая носит наследственный характер.

Кроме того, мы увидим, что в некоторых случаях пути появления модификаций и наследуемых изменений (прежде всего мутаций) могут быть общими, а некоторые изменения, которые мы привыкли считать модификациями, тем не менее, наследуются.

[Сюда же тесно примыкает и проблема эпигенетической наследственности-изменчивости, обусловленной разнообразными механизмами, лишь косвенно связанными с кодированием (изменением кодирования) генетической информации в форме нуклеотидных последовательностей ДНК.] Сюда же относятся проблемы детерминации и трансдетерминации, особенно временной трансдетерминации клеток.

[Биологические часы? ]

Адаптивные модификации основаны на регуляции экспрессии генов

Примеры: реакция хлоропласта на чрезмерное освещение,

Осенние процессы “созревания” и опадания листьев,

У животных от густого подшерстка на холоду и до ВНД,

……………………………………

Адекватные изменения клеток и организмов по отношению к тем факторам, с которыми они неоднократно встречались в процессе эволюции.(Отсюда и определенная дарвиновская изменчивость – детерминированная реакция на внешние факторы). Это результат естественного отбора. Механизмы эти универсальны с некоторыми вариациями во всей живой природе. Они основаны, в конечном счете, на регуляции действия генов, регуляции их экспрессии, которая осуществляется на всех уровнях организации генетической информации. От избирательной репликации и до пост-трансляционных процессов, включая процессы сигнальной трансдукции.

Репликация. Например устойчивость к метатрексату в культуре клеток возникает в следствие амплификации соответствующих генов и сохраняется пока действует селективный фактор. Другой пример – избирательная сайт-специфическая репликация генов генов хориона в фолликулярных клетках дрозофилы. Кластер генов хориона на III хромосоме Белок Myb (миелобластоз - гомолог человечьего гена) – один из онкобелков вместе с 4 другими белками сайт-специфически связывается с локусом Ori-β

Другой крайний пример регуляции – деградация не работающих белков в протеосоме; образование т.н. стресс-гранул (SG) в цитоплазме после стресса, где концентрируются аномально-инициированные комплексы трансляции. Об этом – позже.

Лучше всего изучена (или наиболее распространена?)

Транскрипция и ее регуляция.

Все гены у E.coli (4291 ген, 2 350 000 белков, 10¹⁴ – 10¹⁶ реакций по В.Г.Дебабову) транскрибирует ДНК-зависимая РНК-полимераза. (только –с, a, b – не представлены)) Минимальный фермент у этой бактерии состоит из субъединиц αββ’ + сменные субъединицы для инициации – сигма-фактор (σ) и для терминации – ро-фактор (ρ). Существуют сменные σ: основной σ⁷⁰ (кодируемый геном rpoD) обеспечивает экспрессию генов домашнего хозяйства. Он узнает нуклеотидные последовательности ДНК, расположенные до точки старта транскрипции: -10(5’-TAGAAT-3’) и –35(5’-TTGACA-3’). Существуют т.н. минорные сигмы: σ³² (rpoH) для транскрипции генов теплового шока, σ⁵⁴ (rpoN) для транскрипции генов азотного метаболизма, σ³⁸ (rpoS) для перехода из экспоненциальной фазы роста клеток в стационар, σ²⁴ (rpoE) для “теплового удара” – 48^о , σ²⁸ (rpoF) для клеточной подвижности и хемотаксиса. Итого, -5. Все они узнают несколько различающиеся консенсусы в промоторах E.coli. У Bacillus subtilis - 17 минорных сигма-факторов. Только для различных стадий споруляции их – 5.

Молдель оперонной регуляции транскрипции у прокариот предложена Ф.Жакобом и Ж. Моно в 1961 г. Вспоминайте механизмы репрессии и индукции, аттенюации и антитерминации. В последнее время расшифрованы механизмы «не-белковой» регуляции. Riboswiches – рибопереключатели. В опероне синтеза S-аденозилметионина регуляция на уровне транскрипции – антитерминация, определяемая взаимодействием SAM непосредственно с мРНК.А также путем рибозимного разрезания мРНК. + пример в общей форме.

Транскрипция у эукариот

и ее регуляция обставлены значительно сложнее.

Напомним, что у человека, например – около 30 000 генов. Из них лишь небольшая часть контролирует различные транскрипционные (регуляторные) факторы. У арабидопсис – 2%, у дрозофилы – 5%. В среднем – 40-50 структурных генов на 1 ген, регулирующий транскрипцию.

Кроме того различные компоненты аппарата транскрипции вовлечены в несколько этапов этого процесса

У эукариот есть три РНК-полимеразы: PolI транскрибирует гены рРНК, PolII транскрибирует структурные гены (синтезирует иРНК), PolIII транскрибирует гены тРНК и 5S рРНК. Каждая РНК-полимераза имеет свой набор базальных факторов.

РНК-полимераза II: TFIID, B, E, F, H и A (наименее изученный). С ТАТА-блоком (-25) взаимодействует TFIID, состоящий из TBP, специфически взаимодействующего с TATA, и ассоциированных с TBP 8-12 субъединиц TAF (TBP Associated Factors). TBP (38 кД) –общий для всех трех полимераз. Все перечисленные компоненты составляют PIC – Pre-Initiation Complex.

Последним к PIC присоединяется TFIIH, состоящий из 9 субъединиц (32-89 кД). Самая большая (89 кД) – ERCC3 – белок эксцизионной репарации ДНК. Он умеет расплетать ДНК и РНК, т. е. является хеликазой 3’ – 5’. У человека дефект этого белка приводит к пигментной ксеродерме (XP-B) и к синдрому Кокейна. Другая субъединица – p80 (хеликаза 5’ – 3’), она же – ERCC2. Она дефектна в случае XP-D. В состав TFIIH у дрожжей входит также Cdc28 – фосфопротеинкиназа, ответственная за клеточный старт. В течение всей транскрипции с РНК-полимеразой II связан только TFIIF. К холоферменту отиносят еще около 20 белков.

Последовательные стадии работы эукариотической РНК-полимеразы

Регуляторные элементы (регуляторные последовательности) и регуляторные факторы (белки) эукариот показаны на примере простого и сложного промотора эукариот. Перечислить. Инсуляторы блокируют взаимодействие энхансера и промотора, определяя транскрипционно-активные районы.

Если с инициацией и элонгацией транскрипции более или менее понятно, то терминация стала проясняться только в последнее время. У дрожжей: с CTD (Carboxy Terminal Domain) РНК пол. II взаимодействуют белки – Rtt103, Rat1 – экзонуклеазы, которые расщепляют пре-мРНК в районе (до) сайта полиаденилирования. Разрыв, - полимераза идет дальше, а экзонуклеаза ест РНК 5’-3’, догоняет полимеразу, и та кончает.

У человека еще более интересные подробности: в районе (опять же – до) сайта полиаденилирования на мРНК есть сайт CoTC (cotranscriptional clivage) = с рибозимной активностью для раскусывания мРНК. + (присоединяется) белок Xrn2, который ест РНК 5’-3’, догоняет и кончает…

Интересно: исследовав 60 не родственников (людей), обнаружили большую вариабельность в экспрессии генов. В 40 случаях эта вариабельность коррелировала с SNP в не транскрибируемых участках.