Регуляция экспрессии генов
Регуляция экспрессии генов , или генная регуляция , [1] включает широкий спектр механизмов, которые используются клетками для увеличения или уменьшения продукции специфических генных продуктов ( белка или РНК ). Сложные программы экспрессии генов широко используются в биологии, например, для запуска путей развития, реагирования на стимулы окружающей среды или адаптации к новым источникам пищи. Можно модулировать практически любой этап экспрессии генов, от инициации транскрипции до процессинга РНК и посттрансляционной модификации .белка. Часто один ген-регулятор контролирует другой и т. д. в сети регуляции генов .
Генная регуляция важна для вирусов , прокариот и эукариот , поскольку она увеличивает универсальность и приспособляемость организма , позволяя клетке экспрессировать белок, когда это необходимо. Хотя еще в 1951 году Барбара МакКлинток показала взаимодействие между двумя генетическими локусами, активатором ( Ac ) и диссоциатором ( Ds ), в формировании окраски семян кукурузы, первое открытие системы регуляции генов широко считается идентификацией в 1961 году. lac оперона , открытого Франсуа Жакобом и Жаком Моно , в котором некоторые ферменты участвуют вметаболизм лактозы проявляются у E. coli только в присутствии лактозы и в отсутствие глюкозы.
В многоклеточных организмах генная регуляция управляет клеточной дифференцировкой и морфогенезом в эмбрионе, что приводит к созданию разных типов клеток, обладающих разными профилями экспрессии генов из одной и той же последовательности генома . Хотя это не объясняет, как возникла регуляция генов, биологи-эволюционисты включают ее как частичное объяснение того, как эволюция работает на молекулярном уровне , и она занимает центральное место в науке эволюционной биологии развития («эво-дево»).
Можно модулировать любой этап генной экспрессии, от передачи сигналов до транскрипции и посттрансляционной модификации белка. Ниже приведен список стадий, на которых регулируется экспрессия генов, наиболее часто используемая точка — это инициация транскрипции:
У эукариот доступность больших участков ДНК может зависеть от структуры ее хроматина , которая может быть изменена в результате модификаций гистонов , направленных метилированием ДНК , нкРНК или ДНК-связывающим белком . Следовательно, эти модификации могут повышать или понижать экспрессию гена. Некоторые из этих модификаций, которые регулируют экспрессию генов, наследуются и называются эпигенетической регуляцией .
Транскрипция ДНК определяется ее структурой. В целом плотность его упаковки свидетельствует о частоте транскрипции. Октамерные белковые комплексы, называемые гистонами , вместе с сегментом ДНК, намотанным вокруг восьми гистоновых белков (вместе именуемых нуклеосомой), ответственны за величину суперспирализации ДНК, и эти комплексы могут быть временно модифицированы такими процессами, как фосфорилирование , или более постоянными . модифицированы такими процессами, как метилирование . Считается, что такие модификации ответственны за более или менее постоянные изменения уровней экспрессии генов. [2]
