3. Репрессия синтеза белков. Триптофановый и гистидиновый опероны

Когда в среду добавляют, индуктор, то небольшая молекула, получившая название "корепрессор", присоединяется к белку-репрессору. В результате конформационных изменений в молекуле репрессора комплекс белкарепрессора и корепрессора (Гис) приобретает сродство к оператору, присоединяется к нему, и транскрипция оперона прекращается.

Следует иметь в виду, что репрессия и индукция синтеза белков у прокариотов реализуют принципы адаптации.

Б. Механизмы регуляции экспрессии генов у эукариотов

1. Организация хроматина в дифференцированных клетках многоклеточного организма

В ядрах дифференцированных клеток хроматин имеет такую укладку, что только небольшое число генов (часто менее 1%) доступно для транскрипции. Различают участки гетерохроматина, в которых ДНК упакована очень компактно и недоступна для транскрипции, и участки эухроматина, имеющие более рыхлую укладку и способные связывать РНК-полимеразу. В разных типах клеток в область эухроматина попадают разные гены, а это означает, что в разных тканях транскрибируются разные участки хроматина.

Исследования показали, что области эухроматина, в которых расположены активно транскрибируемые гены, обладают некоторыми структурными особенностями:

• они более чувствительны к действию ДНК-аз, чем остальные участки ДНК;

• молекулы гистонов, связанные с ДНК в этих участках, модифицированы:

• к областям "активного" хроматина присоединяется группа негистоновых белков

2. Изменение количества генов

• Амплификация (или увеличение числа) генов используется организмом в том случае, когда возникает необходимость увеличить синтез определённого генного продукта.

• Утрата генетического материала - Пример потери всех генов за счёт разрушения ядра - процесс созревания эритроцитов.

3. Перестройка генов "генетическая рекомбинация".

У эукариотов рекомбинации наблюдают:

• при половом слиянии яйцеклетки и сперматозоида;

• при перемещении подвижных генетических элементов - транспозонов, в состав которых входят отдельные гены или группа генов, с исходной позиции в какое-либо другое место той же или другой хромосомы;

• при формировании в лимфоцитах "библиотеки" генов, кодирующих антитела или иммуноглобулины.

4. Регуляция транскрипции

Различные гены экспрессируются в разные моменты времени и с разной интенсивностью. Здесь, так же, как у прокариотов, есть гены "домашнего хозяйства", транскрибирующиеся конститутивно, т.е. постоянно и во всех тканях. Существуют гены, транскрибирующиеся только в специализированных клетках, т.е. имеет место тканеспецифическая экспрессия. Многие гены подвергаются адаптивной регуляции и являются объектами индуцибельных воздействий или негативного контроля.

Минимальный синтез любого белка поддерживается в том случае, если к ТАТА-участку промотора присоединяется ТАТА-связывающий белок, факторы транскрипции и РНК-полимераза, образующие инициирующий комплекс, осуществляющий синтез небольшого количества мРНК. Формирование комплекса - многоступенчатый процесс, от образования которого зависит скорость инициации транскрипции. Идентифицировано более 100 различных белков, способных взаимодействовать со специфическими регуляторными последовательностями ДНК, влияя главным образом на процесс сборки транскрипционного комплекса и скорость транскрипции.

Эти белки имеют один или несколько доменов, обеспечивающих выполнение регуляторных функций.

• ДНК-связывающие домены, ответственные за узнавание и связывание регуляторных факторов со специфическими участками на молекуле ДНК;

• Домены, активирующие транскрипцию за счёт связывания с белками основного инициаторного комплекса: транскрипционными факторами, коактиваторами и РНК-полимеразой;

• Антирепрессорные домены, благодаря которым белки способны взаимодействовать с гистонами нуклеосом и освобождать транскрибируемые участки ДНК от связи с этими ингибиторными структурами;

• Домены, связывающие лиганды, присоединение которых к белку изменяет его конформацию и обеспечивает связывание с молекулой ДНК.

Энхансеры - участки ДНК размером 10-20 пар оснований, присоединение к которым регуляторных белков увеличивает скорость транскрипции. Если участки ДНК, связываясь с белками, обеспечивают замедление транскрипции, то их называют сайленсерами.

Эти структурные элементы молекулы ДНК контролируют транскрипцию, даже если они:

• ориентированы на молекуле ДНК в любом направлении (от 5'- к З'-концу или наоборот);

• связываются с одним или несколькими регуляторными белками;

• располагаются перед или после гена, экспрессию которого они регулируют.

Элементы ответа, или cis-элементы - регуляторные последовательности ДНК, общие для группы генов. Они обеспечивают координированную регуляцию транскрипции генов