25. Регуляция действия генов на дотранскрипционном и на транскрипционном уровнях.
Претранскрипционный уровень.
Претранскрипционный уровень регуляции экспрессии генов основан на изменении функциональной активности хроматина, которая зависит от степени его конденсации в районе инициатора СГ2. Появление хроматина в процессе эволюции позволило многоклеточным эукариотам осуществлять долговременное выключение тканеспецифичных генов и производить дифференцировку клеток разных типов.
Поскольку РНК-полимераза и транскрипционные факторы не могут взаимодействовать со спирализованным хроматином, то его деспирализация и переход нуклеомерного уровня на нуклеосомный достигается химической модификацией белков гистонов, например метилированием, ацетилированием или фосфорилированием гистонов коровой частицы. Обычно на первом этапе перехода происходит дефосфорилирование или повторное фосфорилирование гистона Н1, затем дальнейшее ацетилирование гистонов Н2-Н4 с помощью ферментов гистоновых ацетилаз приводит к ослаблению связи между ДНК и коровой частицей, что облегчает присоединение транскрипционных факторов к ДНК.
Удаление остатка уксусной кислоты, или ацетата, гистоновыми деацетилазами приводит к противоположному эффекту — спирализации хроматина и подавлению транскрипции. Другой важной химической модификацией является метилирование. Присоединение метильных остатков к «хвостам» гистонов имеет разные последствия, зависящие от подвергающейся модификации конкретной аминокислоты.
Наибольшее количество меток может нести гистон Н3: если он метилируется по лизину в четвертом положении Н3К4 получается метка транскрипционно активного хроматина (хроматин деспирализуется), а
метилирование лизина в девятом положении образует метку гетерох роматина Н3К9 (хроматин спирализуется) (табл. 7).
Помимо химических модификаций гистоновых белков хроматина возможна химическая модификация самой ДНК в инициаторных последовательностях СГ2. У позвоночных работают ферменты метилазы (ДНКцитозил-метилтрансферазы (МТ)), присоединяющие метильные группировки к цитозину, который расположен рядом с гуанином в так называемых CG-островках примерно в 1000 п.о., или сайтах, инициатора. Такие CG сайты содержатся в 60 % инициаторов генов, поэтому метилирование является очень распространенным механизмом регуляции экспрессии генов.
Метилирование CG-сайтов в составе инициаторов генов специфических функций снижает уровень синтеза и-РНК и приводит к долговременному сайленсингу, или «замалчиванию», гена, поскольку с метилированного инициатора не может начаться транскрипция. Например, в эритробластах функционально активны глобиновые гены, а во всех остальных клетках организма, кроме эритробластов, инициаторы генов белковых цепей гемоглобина метилированы, поэтому в них отсутствует экспрессия данных генов.
Существуют несколько типов ДНК-метил-трансфераз: ДНК-МТ 1 типа распознает полуметилированные CG-сайты, образующиеся после