1.1.1.2. Регуляция экспрессии генов на уровне транскрипции

Регуляция экспрессии генов на уровне транскрипции осуществляется с помощью сигнальных последовательностей молекул ДНК и белковых комплексов, в частности транскрипционных факторов. Для разных генов системы контроля экспрессии выглядят по-разному, - с этой точки зрения существуют индуцибельные гены, экспрессирующиеся в ответ на определённые стимулы и преимущественно в определённых типах клеток, и гены «домашнего хозяйства», экспрессирующиеся практически постоянно и в разных типах тканей (например, гены рибосомальных белков; ферментов, участвующих в окислительно-восстановительных процессах и т.п.). Для первых контроль экспрессии выглядит более сложно.

Транскрипция генов эукариот осуществляется тремя РНК-полимеразами, причём промоторы для каждой из них характеризуются различными регуляторными последовательностями нуклеотидов, с которыми взаимодействуют различные факторы транскрипции, влияющие на уровень транскрипции соответствующих генов [7]. Факторы транскрипции у эукариот обладают консервативными доменами, обеспечивающими высокоспецифичные взаимодействия видов «белок – белок» и «белок – нуклеиновая кислота» [8]. При этом может происходить как активация транскрипции (в таком случае факторы называют активаторами, а осуществляемую ими регуляцию - позитивной), так и блокада считывания РНК-полимеразами генетической информации, например, путём создания стерических препятствий для взаимодействия активаторов транскрипции и регуляторных последовательностей ДНК (негативная регуляция). Факторы транскрипции в клетке объединяются вместе с другими регуляторными белками в регуляторные комплексы. Возможны разные сочетания белковых факторов, что придаёт каждому из образующихся функциональных комплексов уникальные свойства путём изменения специфичности взаимодействия комплекса с регуляторными последовательностями ДНК [9].

Эукариоты способны использовать для регуляции транскрипции изменение структуры хроматина. Это играет существенную роль в процессах дифференцировки клеток и поддержании их функционирования. При этом могут осуществляться как репрессия, так и дерепрессия отдельных генов, их массивов и даже целых хромосом [10], например, дезактивация X-хромосомы и образование тельца Барра.

1.1.1.3. Посттранскрипционная регуляция экспрессии генов

Посттранскрипционная регуляция осуществляется на уровне мРНК в период после окончания их синтеза и до начала трансляции. Этот этап можно разделить на несколько подэтапов или разновидностей:

- модификации предшественников зрелой мРНК (альтернативный сплайсинг, кэпирование, присоедиение поли-А-конца);

- транспорт и депонирование зрелой мРНК;

- РНК-сайленсинг;

- деградация мРНК.

Эти процессы переходят друг в друга, между ними нет чёткой границы, и кроме того, они зачастую скоординированы и с вышестоящими механизмами контроля над экспрессией. К примеру, у дрожжей наблюдается определённая корреляция процессов транскрипции, модификации гистонов и РНК-интерференции, в результате чего происходит инактивация генной экспрессии [11]. Инициация сайленсинга с помощью метилирования ДНК зависит от соотношения микро-РНК и её мишени [12].

Актуально на данный момент изучение РНК-интерференции, отвечающей за процессы сайленсинга, деградации мРНК. МикроРНК выступают в качестве регуляторов генной экспрессии на разных этапах функционирования клетки, ткани, органа. Каждая микроРНК может регулировать экспрессию множества различных мРНК [13], [14], [15]. Механизм регуляции экспрессии при помощи микроРНК до конца ещё не выяснен: происходит ли репрессия на уровне трансляции или же мРНК подвергается деградации ещё до начала этого процесса. Вероятно, у животных (в отличие от растений) репрессия с помощью микроРНК может осуществляться несколькими способами и на разных уровнях – инициации, элонгации, с помощью преждевременной терминации трансляции и деградации образующихся пептидов [16], [17], [18], [19], [20].

МикроРНК играет значительную роль в процессах развития, дифференцировки и функционирования нервной ткани организма [21].