Ядерный ген представляет собой ген , расположенный в клеточном ядре в виде эукариот . Этот термин используется , чтобы отличить ядерные гены от генов эндосимбиотических органеллы , то есть гены в митохондрии , а в случае растений и водорослей, в хлоропластах , которые принимают свою собственную генетическую систему и могут производить белки с нуля. [1] Ядерный ген - это всего лишь один из генетических строительных блоков всего генома эукариотического организма .
Состав
Геномы эукариот имеют отчетливые структуры хроматина более высокого порядка , которые плотно упакованы и в конечном итоге организованы в определенную конструкцию, которая функционально связана с экспрессией генов. Эти структуры функционируют, чтобы упаковать геном в сильно сжатой форме в ядро клетки , при этом обеспечивая доступ к гену при необходимости, например, во время транскрипции , репликации и репарации ДНК . [2] Функция генома напрямую связана с этой организационной системой, в которой существует ряд сложных механизмов и биохимических путей, которые могут влиять на экспрессию отдельных генов в геноме. [2]
Взаимодействие эндосимбиотических органелл
Хотя ядерные гены и гены митохондрий и хлоропластов отделены друг от друга внутри клетки, они также могут влиять друг на друга разными способами. Ядерные гены играют важную роль в экспрессии генов хлоропластов и митохондриальных генов. [3] Кроме того, генные продукты митохондрий сами могут влиять на экспрессию генов в ядре клетки. [4] Это может быть сделано с помощью метаболитов, а также с помощью определенных пептидов, перемещающихся из митохондрий в ядро, где они могут затем влиять на экспрессию генов. [5] [6] [7]
Синтез белка
Большинство белков в клетке являются продуктом матричной РНК, транскрибируемой ядерными генами, включая большинство белков органелл, которые продуцируются в цитоплазме, как и все продукты ядерных генов, а затем транспортируются в органеллы. Гены в ядре расположены линейно на хромосомах , которые служат каркасом для репликации и регуляции экспрессии генов . Таким образом, они обычно находятся под строгим контролем количества копий и реплицируются один раз за клеточный цикл. [8] Ядерные клетки, такие как тромбоциты , не обладают ядерной ДНК и, следовательно, должны иметь альтернативные источники РНК, которые им необходимы для генерации белков.
Значимость
Многие факторы транскрипции ядерного происхождения играют роль в экспрессии дыхательной цепи. Эти факторы, возможно, также способствовали регуляции митохондриальных функций. Ядерный респираторный фактор (NRF-1) сливается с белками, кодирующими респираторные гены, с ограничивающим скорость ферментом в биосинтезе , а также с элементами репликации и транскрипции митохондриальной ДНК или мтДНК . Второй ядерный респираторный фактор (NRF-2) необходим для максимальной продукции цитохром-с-оксидазной субъединицы IV (COXIV) и Vb (COXVb). [3]
Изучение последовательностей генов с целью видообразования и определения генетического сходства - лишь одно из многих применений современной генетики, и роль обоих типов генов в этом процессе очень важна. Хотя и ядерные гены, и гены в эндосимбиотических органеллах обеспечивают генетический состав организма, существуют определенные особенности, которые можно лучше наблюдать при взгляде на один по сравнению с другим. Митохондриальная ДНК полезна при изучении видообразования, поскольку она, как правило, первой развивается при развитии нового вида, который отличается от хромосом ядерных генов, которые можно исследовать и анализировать индивидуально, каждая из которых дает свой собственный потенциальный ответ относительно видообразование относительно недавно развившегося организма. [9]
Поскольку ядерные гены являются генетической основой всех эукариотических организмов, все, что может повлиять на их экспрессию, напрямую влияет на характеристики этого организма на клеточном уровне. Взаимодействия между генами эндосимбиотических органелл, таких как митохондрии и хлоропласты, - это лишь некоторые из многих факторов, которые могут действовать на ядерный геном.
Рекомендации
- ^ Гриффитс AJ, Gelbart WM, Miller JH, Левонтин RC (1999). «Природа геномов» . Современный генетический анализ . Нью-Йорк: WH Freeman.
- ^ а б Ван Бортл К., Корсес В.Г. (2012). «Ядерная организация и функция генома» . Ежегодный обзор клеточной биологии и биологии развития . 28 : 163–87. DOI : 10,1146 / annurev-cellbio-101011-155824 . PMC 3717390 . PMID 22905954 .
- ^ а б Херрин Д.Л., Никельсен Дж. (2004). «Процессинг и стабильность РНК хлоропластов» . Фотосинтез Исследования . 82 (3): 301–14. DOI : 10.1007 / s11120-004-2741-8 . PMID 16143842 .
- ^ Али А.Т., Беме Л., Карбахоса Дж., Сейтан В.К., Смолл К.С., Ходжкинсон А. (февраль 2019 г.). «Ядерно-генетическая регуляция транскриптома митохондрий человека» . eLife . 8 . DOI : 10.7554 / eLife.41927 . PMC 6420317 . PMID 30775970 .
- ^ Феттерман Дж. Л., Баллинджер С. В. (август 2019 г.). «Митохондриальная генетика регулирует экспрессию ядерных генов через метаболиты» . Труды Национальной академии наук Соединенных Штатов Америки . 116 (32): 15763–15765. DOI : 10.1073 / pnas.1909996116 . PMC 6689900 . PMID 31308238 .
- ^ Ким К. Х., Сон Дж. М., Бенаюн Б. А., Ли С. (сентябрь 2018 г.). «Кодируемый митохондриями пептид MOTS-c перемещается в ядро, чтобы регулировать экспрессию ядерных генов в ответ на метаболический стресс» . Клеточный метаболизм . 28 (3): 516–524.e7. DOI : 10.1016 / j.cmet.2018.06.008 . PMC 6185997 . PMID 29983246 .
- ^ Mangalhara KC, Shadel GS (сентябрь 2018 г.). «Пептид, полученный из митохондрий, осуществляет ядерный выбор» . Клеточный метаболизм . 28 (3): 330–331. DOI : 10.1016 / j.cmet.2018.08.017 . PMID 30184481 .
- ^ Гриффитс AJ, Гелбарт WM, Миллер JH, Левонтин RC (1999). «Репликация ДНК» . Современный генетический анализ . Нью-Йорк: WH Freeman.
- ^ Мур WS (1995). «Вывод филогении из вариации мтДНК: деревья митохондриальных генов по сравнению с деревьями ядерных генов». Эволюция . 49 (4): 718. DOI : 10,2307 / 2410325 . JSTOR 2410325 .