Дифференциальная экспрессия генов

Экспрессия гена может регулироваться на разных этапах (смотри схему выше). Однако в большинстве случаев ключевым этапом регуляции экспрессии генов является транскрипция, поэтому в основе дифференциальной экспрессии генов очень часто лежит дифференциальная транскрипция генов.

• В промоторе специфическая последовательность нуклеотидов (АО), которые узнаются РНК-полимеразой.

• РНК-полимераза садится на один край – начало (промотор), чтобы дойти до другого края. Двигается только в одном направление.

• Начало вычленения на основе определенной последовательности нуклеотидов, а они имеют определенные заряды.

• Белки РНК-полимеразы способны двигаться в одном направление.

• Начиная с конца промотора РНК-полимераза начинает синтезировать РНК.

• По окончание кодирующей области гена РНК прекращает синтезироваться. Об этом сигнализирует терминатор.

Если не будет промотора, то РНК-полимераза не будет считывать ген, т. е. ген будет «молчащим». Сама по себе РНК-полимераза не способна распознавать, какие именно гены нужно транскрибировать в данный момент, есть что-то другое, что помогает ей делать это – белки. Эти белки называются транскрипционными факторами. Регуляторные белки способны связывать разные участки гена, закрывать путь РНК-полимеразе (репрессор – подавитель), белки – усилители.

Дифференциальное распределение ТФ₁ по зиготе

…

Дифференциальная транскрипция гена, кодирующего ТФ_n-1

Дифференциальное распределение по организму ТФ_n-1

Дифференциальная транскрипция гена, кодирующего ТФ_n

Дифференциальное распределение по организму ТФ_n

Дифференциальная транскрипция гена Х

Бластомеры отличаются друг от друга. Уже на стадии четырех бластомеров клетки могут отличаться друг от друга. Клетки отличаются по набору транскрипционных генов. Можно просчитать судьбу отдельных бластомеров (у насекомых). Градиенты транскрипционных факторов – система молекулярных координат внутри организма.

Яйцеклетка.

В любой науке прорыв становится возможным только после нахождения удобной модели для решения определенной задачи. Модель должна обладать простотой, адекватностью, удобством работы. В области дифференцированной экспрессии генов модель – муха дрозофила: маленькая, плодовита (100 потомков от одной пары), короткий жизненный цикл (следующее поколение через 20 дней), дешевое разведение мухи.

Дрозофила:

Голова – пять сросшихся сегментов. 1-антенны. 2 – глаза. 3 – максиллы. 4 – мандибулы. 5 – нижняя губа.

Грудь – три сегмента. 1 – ходильные ноги. 2 – ходильные ноги + крылья. 3 – ходильные ноги + жужелица.

Брюшко – восемь сегментов. Производных конечностей нет.

Развитие начинается с личинки. Яйцо имеет вытянутую форму. Ключевыми транскрипциоными являются два, определяющие развитие передних и задних конечностей. После их дифференцировки организм разделяется на несколько областей: первая – образование зачатков сегментов, вторая – параллельно идет закладка транскрипционных факторов, которые определяют судьбу этих сегментов.

Пусть будет 3 – ТФ, у него есть ген, 1 и 2 – активаторы транскрипции. Транскрипция пойдет там, где концентрация факторов больше. Пусть есть 4, для которого транскрипция идет там, где 1 и 3. Его транскрипция будет позже, чем транскрипция 3. Благодаря этому создается весьма тонкие градиенты в зародыше. Это обеспечивает каскадная транскрипция.

Факторы, определяющие нормальное развитие дрозофилы. Если убрать воздействие на третий грудной сегмент первого брюшного, то он будет развиваться так же как второй грудной, т. е. будет иметь две пары крыльев. Но такая муха летает плохо.

Такие вещи в определители не входят. Возникает мысль, что прототипный вариант насекомого без дифференциации грудных сегментов – это шестикрылые насекомые. Эволюция – последовательность из накладывающихся друг на друга программ дифференцировки. Бывает, что конечности на голове – ходильные ноги; также бывает ротовой аппарат расчленяется на структуры, где угадываются конечности – все эти насекомые были получены «отключением» действия одного сегмента на другой.

Сегментарные структуры человека: позвоночник, спинномозговые нервы, фаланги пальцев, пары конечностей, доли легкого, мускулатура брюшного пресса. Бывает «чертово» ребро – тринадцатое. Шейные ребра. Короткопалость – пальцы из двух фаланг, но мускулатура в пальца такая же, как и в нормальных – короткие толстые пальцы.