Регуляція може відбуватися через фосфорилювання ядерних транскрипційних факторів

Як відмічалося у Розділі 12, ефект інсуліну на експресію генів опосередкований серією реакцій в результаті яких відбувається активація протеїн кінази ядра, що фосфорилює специфічні ДНК-зв’язуючі протеїни і змінює їхню властивість виступати в ролі транскрипційних факторів (див.Рис.12-6). Такий загальний механізм опосередковує ефекти багатьох нестероїдних гормонів. Наприклад, -адренергічний ланцюг реакцій, що призводить до підвищення рівня цАМФ, який виступає у ролі вторинного мессенджера як в еукаріот, так і в прокаріот (див.Рис.12-12, 28-18), також впливає на транскрипцію групи генів, кожен з яких знаходиться поблизу специфічних ділянок ДНК, які називають елементами відповіді на цАМФ (ЕВЦ) (cAMP response element (CRE), англ). Каталітична субодиниця протеїн кінази А, що звільняється після підвищення рівня цАМФ (див.Рис.12-15), входить у ядро і фосфорилює ядерний протеїн – ЕВЦ-зв’язуючий протеїн (ЕВЦП) (CREB, англ). Фосфорильований ЕВЦП приєднується до послідовностей ЕВЦ поблизу певних генів і діє як транскрипційний фактор стимулюючи експресію таких генів.

Багато мРНК еукаріот є суб’єктами трансляційної репресії

Регуляція на рівні трансляції набуває більш важливої ролі в еукаріот ніж у бактерій і розглядається у ранзі клітинного стану. На відміну від тісного спряження транскрипції і трансляції в бактерій, синтезований в еукаріотичному ядрі транскрипт має дозріти і транспортуватися в цитоплазму перед початком трансляції.

Рисунок 28-31

Типовий рецептор стероїдних гормонів

У цих рецепторів-протеїнів є місце для приєднання гормону, ДНК-зв’язуючий домен, а також послідовність, що активує транскрипцію регульованого гену. Висококонсервативний ДНК-зв’язуючий домен має два цинкові пальці. На рисунку зображено амінокислотну послідовність естрогенового рецептора, хоча виділені жирним шрифтом залишки є загальними для всіх рецепторів стероїдних гормонів.

Підписи: Ділянка активації транскрипції (і амінокислотна послідовність, і довжина можуть відрізнятися); ДНК-зв’язуючий домен; (66-68 залишків, висококонсервативна ділянка); Ділянка для приєднання гормону (і амінокислотна послідовність, і довжина можуть відрізнятися).

MKETRY-

C-A-V-C-N-D-Y-A-S-G-Y-H-Y-G-V-W-S-C-E-G-C- Zn

KAFFKRSIQGHNDYM-

C-P-A-T-N-Q-C-T-I-D-K-N-R-R-K-S-C-Q-A-C- Zn

RLRKCYEVGMMKGGIRKDRRGG

Це може призвести до значної затримки синтезу протеїну. За умов швидкої необхідності синтезу протеїну трансляційно репресована мРНК цитоплазми може активуватися для трансляції без подальшої затримки. Трансляційна регуляція може відігравати особливо важливу роль в регуляції деяких дуже великих еукаріотичних генів (декотрі із них вимірюються мільйонами нуклеотидних пар) для яких транскрипція і процесинг мРНК міг би тривати багато годин. Деякі гени регулюються і на рівні транскрипції, і на трансляційному рівні, причому останній відіграє роль точної регуляції рівня клітинних протеїнів. У деяких безядерних клітинах як, наприклад, ретикулоцитах (незрілі еритроцити) контроль на рівні транскрипції є неможливим і трансляційний котроль мРНК виходить на перше місце. Як описано нижче, контроль на рівні трансляції може відігравати важливу роль і під час розвитку, коли регульована трансляція наперед визначених мРНК утворює місцевий градієнт протеїнових продуктів.

Еукаріотам притаманні щонайменше три головні механізми регуляції на рівні трансляції.

1. Фактори ініціації є мішенню для великої кількості протеїн кіназ. У фосфорильованому стані часто вони є менш активними і призводять до гальмування трансляції в клітині.

2. Деякі із протеїнів напряму приєднуються до мРНК і діють як трансляційні репресори, а багато із них приєднуються до специфічних сайтів в 3’ нетрансльованих ділянках (3’UTR). У такий спосіб ці протеїни взаємодіють із іншими факторами ініціації транскрипції вже зв’язаними із мРНК чи 40S рибосомальними субодиницями для унеможливлення ініціації трансляції (Рис.28-32; порівняйте це із Рис.27-22).

3. Зв’язуючі ДНК протеїни, що наявні в еукаріот від дріжджів до ссавців, перешкоджають взаємодії eIF4E і eiF4G (див.Рис. 27-22). У ссавців аналогом такого протеїну є 4E-BPs (eIF4E зв’язуючі протеїни). При повільному рості клітини ці протеїни сповільнюють трансляцію приєднуючись до певного сайту на eIF4E, який в нормальному стані взаємодіє із eIF4G. При поновленні чи пришвидшенні росту у відповдь на фактори росту чи інші стимули зв’язуючі протеїни інактивуються протеїн кіназо-залежним фосфорилюванням.

Різноманітність механізмів регуляції на рівні трансляції забезпечує необхідну гнучкість, забезпечуючи як репресію визначених мРНК так і загальну регуляцію всієї клітинної трансляції. Трансляційна регуляція особливо добре вичена в ретикулоцитах. Один із таких механізмів у цих клітинах включає eIF2 - фактор ініціації, який приєднується до тРНК ініціатора і транспортує її до рибосом; після приєднання Met-тРНК до P сайту, фактор eIF2B зв’язується із eIF2, уможливлюючи його повторне використання за допомогою зв’язування із ГТФ і гідролізу. Дозрівання ретикулоцитів призводить до зруйнування ядра, залишаючи лише плазматичну мембрану наповнену гемоглобіном. Матрична РНК, що залишається у цитоплазмі після руйнування ядра дозволяє заміну гемоглобіну. У випадку, коли ретикулоцити відчувають дефіцит в залізі чи гемі припиняється і трансляція мРНК глобіну. При цьому активується протеїн кіназа, що називається ГКР (гемін-контрольований репресор, HCR (hemin-controlled repressor), яка каталізує фосфорилювання eIF2. У фосфорильованому стані eIF2 формує стабільний комплекс із eIF2B, віддаляючи eIF2 і роблячи його недоступним для участі в трасляції. Так ретикулоцити скоординовують синтез глобіну із доступністю гему.

Багато інших прикладів трансляційної регуляції також виявлено під час дослідження процесів розвитку багатоклітинних організмів. Ці приклади будуть детально розглянуті нижче.