Регуляция активности генов

Экспрессия генов

Регуляция транскрипции (прокариоты) Оперон (Ф.Жакоб, Ж.Л. Моно, 1961 г.) – группа генов, кодирующих белки, участвующие в общем метаболическом пути. Транскрипция генов оперона осуществляется с общего промотора и регулируется общим сигналом. В результате образуется полицистронная мРНК.

Лактозный оперон Регуляция негативная негативнаяпозитивная (белок-репрессор) (CAP-белок) Условия: -лактоза, +глюкоза Оперон не работает -лактоза, -глюкоза -лактоза, -глюкоза Оперон не работает +лактоза, +глюкоза +лактоза, +глюкоза Оперон слабо активен +лактоза, -глюкоза +лактоза, -глюкоза Оперон максимально активен

Триптофановый оперон Регуляция негативная аттенюация (белок-репрессор) (регуляция транскрипции с помощью трансляции)

Опероны Опероны катаболизирующие анаболизирующие (lac-оперон) (trp-оперон) индуцибельные репрессибельные (lac-оперон) (trp-оперон)

Регуляция транскрипции (эукариоты) Регуляторы Цис-регуляторы Цис-регуляторы Транс-регуляторы промоторы промоторы терминаторы терминаторы энхансеры энхансеры сайленсеры сайленсеры инсуляторы инсуляторы белки

Цис-регуляторы Энхансер – нуклеотидная последовательность, усиливающая транскрипцию гена. Сайленсер – нуклеотидная последовательность, подавляющая транскрипцию гена. Особенности работы энхансеров (сайленсеров): Способны действовать на больших расстояниях. Способны действовать на больших расстояниях. Действуют вне зависимости от положения относительно направления транскрипции. Действуют вне зависимости от положения относительно направления транскрипции. Взаимодействие с промотором регулируемого гена сопровождается образованием петли ДНК. Взаимодействие с промотором регулируемого гена сопровождается образованием петли ДНК.

Инсуляторы Инсулятор – нуклеотидная последовательность, изолирующая ген от действия энхансеров и сайленсеров. ДНК промотор 1 промотор 2 энхансеринсулятор Энхансер усиливает транскрипцию с промотора 2, но не влияет на промотор 1.

Метилирование ДНК Метилирование ДНК – присоединение метильной группы к С5-атому цитозинов, расположенных в CpG-островках (областях, богатых CG-динуклеотидами). Осуществляется ферментами метилтрансферазами. Осуществляется ферментами метилтрансферазами. Метилирование CpG-островков в промоторе приводит к инактивации гена (нарушается взаимодействие с факторами транскрипции, увеличивается степень конденсации хроматина). Метилирование CpG-островков в промоторе приводит к инактивации гена (нарушается взаимодействие с факторами транскрипции, увеличивается степень конденсации хроматина).

РНК-интерференция РНК-интерференция – это подавление экспрессии генов, осуществляемое молекулами РНК (микроРНК, siРНК). Обеспечивает посттранскрипционный сайленсинг генов.

Значение РНК-интерференции Посттранскрипционная регуляция экспрессии генов Посттранскрипционная регуляция экспрессии генов Защита от вирусов Защита от вирусов Подавление активности мобильных генетических элементов Подавление активности мобильных генетических элементов Метилирование ДНК Метилирование ДНК

Модификации гистоновых белков Ацетилирование гистонов ферментом трансацетилазой активирует транскрипцию. Ацетилирование гистонов ферментом трансацетилазой активирует транскрипцию. Метилирование гистонов ферментом метилтрансферазой подавляет транскрипцию. Метилирование гистонов ферментом метилтрансферазой подавляет транскрипцию.

Регуляция трансляции Подавление с помощью антисмысловых РНК, длиной н. (прокариоты) Подавление с помощью антисмысловых РНК, длиной н. (прокариоты) Подавление или активация факторов инициации трансляции у эукариот (eIF4, eIF2 и др.) Подавление или активация факторов инициации трансляции у эукариот (eIF4, eIF2 и др.) Подавление с помощью белков, связывающихся с 5- нетранслируемой областью мРНК (прокариоты, эукариоты). Эти белки часто являются продуктами трансляции данной мРНК. Подавление с помощью белков, связывающихся с 5- нетранслируемой областью мРНК (прокариоты, эукариоты). Эти белки часто являются продуктами трансляции данной мРНК. Маскирование мРНК эукариот с помощью белков, специфически связывающихся с 3-нетранслируемой областью и неспецифически – со всей мРНК. В результате мРНК становится недоступной не только для трансляции, но и для деградации и ферментативных модификаций. Маскирование мРНК эукариот с помощью белков, специфически связывающихся с 3-нетранслируемой областью и неспецифически – со всей мРНК. В результате мРНК становится недоступной не только для трансляции, но и для деградации и ферментативных модификаций.

Ингибиторы экспрессии генов 1. Ингибиторы транскрипции у прокариот: Актиномицин D (связывается с ДНК и блокирует транскрипцию) Актиномицин D (связывается с ДНК и блокирует транскрипцию) Рифампицин (блокирует инициацию транскрипции) Рифампицин (блокирует инициацию транскрипции) Стрептолидигин (блокирует РНК-полимеразу) Стрептолидигин (блокирует РНК-полимеразу) 2. Ингибиторы транскрипции у эукариот: α-аманитин ингибирует РНКП II, РНКП III (при высоких дозах), на РНКП I не действует. α-аманитин ингибирует РНКП II, РНКП III (при высоких дозах), на РНКП I не действует.

Ингибиторы экспрессии генов 3. Ингибиторы трансляции у прокариот: Стрептомицин (связывается с 30S и подавляет инициацию) Стрептомицин (связывается с 30S и подавляет инициацию) Тетрациклин (блокирует присоединение аминоацил- тРНК к рибосоме) Тетрациклин (блокирует присоединение аминоацил- тРНК к рибосоме) Хлорамфеникол (ингибирует пептидилтрансферазу) Хлорамфеникол (ингибирует пептидилтрансферазу) Пуромицин (действуя как аналог аминоацил-тРНК, вызывает преждевременную терминацию) Пуромицин (действуя как аналог аминоацил-тРНК, вызывает преждевременную терминацию) 4. Ингибиторы трансляции у эукариот: Дифтерийный токсин и циклогексимид (действуют на eEF2 и подавляют транслокацию рибосомы) Дифтерийный токсин и циклогексимид (действуют на eEF2 и подавляют транслокацию рибосомы)