27.Регуляция действия генов на претранскрипционном уровене.

Под активностью гена подразумевают наличие в клетке активного (функционирующего) конечного продукта - белка или фермента. Активный белок может, как присутствовать, так и отсутствовать в клетке.

Претранскрипционный уровень регуляции действия генов реализуется на уровне ДНК и хроматина.

Претранскрипционный уровень регуляции экспрессии генов основан на изменении функциональной активности хроматина, которая зависит от степени его конденсации. РНК-полимераза и транскрипционные факторы не могут взаимодействовать со спирализованным хроматином. Степень его спирализации определяется белками-гистонами.

На претранскрипционном уровне существует способ активации-инактивации генов путем химической модификации самой ДНК.

В ядрах клеток позвоночных работает ДНК-цитозил-метилтрансферазы

или метилазы, которые присоединяют метальную группу к цитозину, образующему с гуанином CG-сайты, которые находятся, как правило,в инициаторах генов общеклеточных функций и их метилирование приводит к изменению конформации ДНК и соответствующий инициатор становится транскрипционно активным. Благодаря этому гены общеклеточных функций постоянно активны во всех клетках многоклеточного

организма.

Метилирование CG-сайтов в инициаторах генов цитодифференцировки чаще всего снижает уровень синтеза РНК.

Особенность метилирования ДНК, как механизма регуляции действия генов, заключается в его поддержании в ряду последовательных клеточных делений. После репликации ДНК с метилированной последовательностью образуются две дочерние молекулы ДНК, у которых одна цепь метилирована, а другая нет. Неметилированные CG-сайты узнает поддерживающая метилаза и дометилирует их. Таким образом, если ген был

инактивирован до деления, то это состояние сохраняется и в дальнейшем.

Способность клетки сохранять функциональное состояние гена после деления получила название «геномный импринтинг», или геномная память. Метилированное состояние многих генов цитодифференцировки устанавливается в эмбриогенезе, когда активно функционируют эмбриональные метилазы. У млекопитающих CG последовательности подвергаются масштабному метилированию в процессе гаметогенеза. При этом

характер метилирования ДНК в оогенезе и сперматогенезе различен, то есть в ядре сперматозоида метилированы (инактивированы) одни гены, в ядре яйцеклетки - другие. Однако в зиготе есть весь набор неметилированных генов, необходимых для нормального развития нового организма.

Такой альтернативный геномный импринтинг может приводить к разным аллельным проявлениям, в зависимости от пола родителя, от кого они унаследованы. Если ген метилируется в оогенезе, то у потомков проявляются отцовские аллели гена и наоборот.

28. Регуляция действия генов на Транскрипционном уровене.

Этот уровень регуляции действия генов реализуется на этапе инициации транскрипции. Он выражается в изменении эффективности при- соединения РНК-полимеразы к промоторам и инициаторам генов специфических

функций.

Регуляторные белки или транскрипционные факторы имеют ДНК-связывающие домены, позволяющие им взаимодействовать с последовательностями ДНК-инициаторов. Регуляторные белки, стимулирующие

транскрипцию, называются активаторами, а белки, снижающие уровень транскрипции - репрессорами. Регуляция транскрипции с помощью активаторов называется позитивной, а с помощью репрессоров - негативной.

Регулируемый ген в процессе репрессии может переходить из активного состояния в неактивное, и в обратное состояние - в процессе индукции.

Следовательно, возможны четыре варианта регуляции работы генов: позитивная

и негативная индукция и репрессия.

Позитивная индукция представляет собой включение гена с помощьюбелка-активатора, который взаимодействует с инициатором и стимулирует транскрипцию.

Позитивная репрессия представляет собой процесс выключения гена за счет инактивации белка-активатора, который в этом случае не можетсвязаться с инициатором и транскрипция прекращается.

Негативная индукция представляет собой процесс включения гена за счет инактивации белка-репрессора, который, взаимодействуя с инициатором,блокировал присоединение РНК-полимеразы. В результате инактивации

белок-репрессор освобождает инициатор и становится возможным синтез РНК.

Негативная репрессия представляет собой процесс выключения гена, за счет присоединения белка-репрессора к инициатору.

Другим способом изменения активности регуляторных белков, является изменение их конформации.

Активность регуляторных белков может также изменяться благодаря их взаимодействию с белковыми и небелковыми молекулами.

Изменение конформации регуляторных белков может происходить при взаимодействии с сигнальными молекулами, которые у эукариот также могут быть стероидными гормонами или же жирорастворимыми витаминами.

Регуляция действия генов на транскрипционном уровне может происходить путем альтернативной инициации транскрипции.

Регуляция на уровне транскрипции может происходить с помощью модуляторов - энхансеров и сайленсеров.