Генная регуляторная сеть
Генная (или генетическая ) регуляторная сеть ( GRN ) представляет собой набор молекулярных регуляторов, которые взаимодействуют друг с другом и с другими веществами в клетке, чтобы управлять уровнями экспрессии генов мРНК и белков, которые, в свою очередь, определяют функцию клетки. . GRN также играют центральную роль в морфогенезе , создании структур тела, что, в свою очередь, играет центральную роль в эволюционной биологии развития (эво-дево).
Регулятором может быть ДНК , РНК , белок и их комплексы. Взаимодействие может быть прямым или непрямым (через транскрибируемую РНК или транслируемый белок). В общем, каждая молекула мРНК производит определенный белок (или набор белков). В некоторых случаях этот белок будет структурным и будет накапливаться на клеточной мембране или внутри клетки, придавая ей определенные структурные свойства. В других случаях белок будет ферментом , т. е. микромашиной, катализирующей определенную реакцию, например расщепление источника пищи или токсина. Однако некоторые белки служат только для активации других генов, и это факторы транскрипции .которые являются основными игроками в регулирующих сетях или каскадах. Связываясь с промоторной областью в начале других генов, они включают их, инициируя производство другого белка и так далее. Некоторые факторы транскрипции являются ингибирующими. [1]
В одноклеточных организмах регуляторные сети реагируют на внешнюю среду, оптимизируя клетку в данный момент времени для выживания в этой среде. Таким образом, дрожжевая клетка, оказавшись в сахарном растворе, активирует гены для выработки ферментов, превращающих сахар в спирт. [2] Этот процесс, который мы связываем с виноделием, заключается в том, как дрожжевая клетка зарабатывает на жизнь, получая энергию для размножения, что в нормальных условиях увеличило бы ее шансы на выживание.
У многоклеточных животных тот же принцип был поставлен на службу генным каскадам, контролирующим форму тела. [3] Каждый раз, когда клетка делится, образуются две клетки, которые, хотя и содержат полностью один и тот же геном, могут различаться тем, какие гены включаются и производят белки. Иногда «самоподдерживающаяся петля обратной связи» гарантирует, что клетка сохраняет свою идентичность и передает ее дальше. Менее понятен механизм эпигенетики , с помощью которого модификация хроматина может обеспечивать клеточную память путем блокирования или разрешения транскрипции. Важнейшей особенностью многоклеточных животных является использование морфогена .градиенты, которые фактически обеспечивают систему позиционирования, сообщающую клетке, где она находится в теле, и, следовательно, какой клеткой ей стать. Ген, включенный в одной клетке, может произвести продукт, который покидает клетку и диффундирует через соседние клетки, проникая в них и включая гены только тогда, когда он присутствует выше определенного порогового уровня. Таким образом, эти клетки индуцируются к новой судьбе и могут даже генерировать другие морфогены , которые возвращают сигнал исходной клетке. На больших расстояниях морфогены могут использовать активный процесс передачи сигнала . Такая передача сигналов контролирует эмбриогенез , построение плана тела .с нуля через ряд последовательных шагов. Они также контролируют и поддерживают взрослые тела посредством процессов обратной связи , и потеря такой обратной связи из-за мутации может быть причиной пролиферации клеток, наблюдаемой при раке . Параллельно с этим процессом построения структуры генный каскад включает гены, производящие структурные белки , придающие каждой клетке необходимые ей физические свойства.
