142 |
Глава 7 |
Регуляция биосинтеза белка |
Изучение модификаций гистонов привело Дэвида Эллиса к формулировке ги-
потезы гистонового кода: специфические модификации гистонов влияют на функциональную активность хроматина, осуществляясь при этом последовательно или в комбинации с другими изменениями.
Метилирование ДНК
Метилирование ДНК — один из механизмов «выключения» генов. ДНК метилируется ферментами метилтрансферазами по остаткам цитозина в динуклеотидных последовательностях CG.
Часто метилирование ДНК и деацетилирование гистонов функционируют одновременно и «выключают» экспрессию генов.
В Регуляция с помощью факторов транскрипции
Эукариотические организмы имеют множество транскрипционных факторов и несколько механизмов регуляции:
1.Факторы взаимодействуют с РНК-полимеразой;
2.Факторы взаимодействуют с другими белками, связанными с РНК-по- лимеразой.
3.Факторы взаимодействуют с ДНК в особых участках — энхансерах и сай-
ленсерах.
Транскрипционные факторы нуждаются в активации. В этом процессе участвуют гормоны и различные сигнальные пути клетки.
7.3 Регуляция на уровне трансляции у про- и эукариот
Для механизмов регуляции на стадии трансляции характерна меньшая экономичность и при этом быстрота реагирования на изменения клеточной потребности в данном белке. В большинстве случаев регуляция трансляции осуществляется на стадии инициации. Ниже рассмотрены механизмы регуляции трансляции.
А Дискриминация мРНК
Дискриминация мРНК (англ. discriminate — отличать, распознавать; имеется как у про-, так и у эукариот) — это способ позитивной регуляции на основе сродства мРНК к рибосомам и факторам инициации трансляции. Рибосомы либо сами (у прокариот), либо с помощью белковых факторов инициации (у эукариот) «распознают», с каких мРНК им строить много копий белка, а с каких — мало.
Разные мРНК могут значительно отличаться по скорости и частоте сборки на них рибосом (т.е. уже на стадии инициации трансляции):
—«сильные» мРНК легко связываются с рибосомой, в единицу времени с ними успевает «связаться» много рибосом, поэтому синтезируется
много белка;
—на «слабых» мРНК сборка рибосом происходит медленнее, поэтому и продукция белка невысока.
Регуляция на уровне трансляции у про- и эукариот 143
Структурные белки мембран, рибосомные белки, факторы элонгации, белки оболочки вирусов и другие белки, требующиеся в больших количествах кодируются сильными мРНК, а многие специализированные ферменты и регуляторные белки — слабыми мРНК.
Сильной или слабой окажется мРНК — зависит от строения ее 5’-концевых инициирующих и рибосомсвязывающих участков. У прокариот дискриминация идет изза разного сродства рибосом к этим участкам, а у эукариот — из-за разного сродства к этим же участкам белков — факторов инициации трансляции.
Б Трансляционная репрессия
Трансляционная репрессия — негативная регуляция либо с помощью белков. Осуществляется как у про-, так и у эукариот.
Белком-репрессором может быть:
—Сам синтезируемый на данной мРНК белок. Например, если в бактериальной клетке возникает избыток фермента треонил-тРНК-систетазы, этот фермент становится репрессором, блокируя свой собственный синтез.
—Специальный белок, на данной мРНК не закодированный. Способность такого белка связываться с определенными мРНК зависит от присутствия того или иного низкомолекулярного компонента – эффектора. Например, у животных синтез железозапасающего белка ферритина заблокирован белком-репрессором IRP и разблокируется лишь после взаимодействия репрессора с эффектором — ионами железа. Если железа в среде мало, то ферритин — белок для его связывания — не нужен.
Вэтих условиях репрессор IRP (iron-regulatory protein) присоединен на мРНК, кодирующей ферритин, к специальному регуляторному элементу IRE (iron-responsive element). Если в среде появляется железо, оно связывается с IRP и в 50–100 раз понижает сродство репрессора к мРНК.
Врезультате мРНК разблокируется, и с неё начинается синтез ферритина. Он идёт до тех пор, пока не иссякнет запас железа в среде.
ВМаскирование мРНК
Маскирование мРНК — негативная регуляция с помощью особых микроРНК, находящихся в составе маскирующих белковых комплексов. Присоединение к мРНК антисмысловой микроРНК также вызывает трансляционную репрессию, причины которой в настоящее время продолжают изучаться.
Механизм маскирования в настоящее время до конца не известен. Доказано, что маскирующий белок связывается со специальным участком — сегментом маскирования — в нетранслируемой 3’-концевой области мРНК (3’-UTR, 3’-UnTranslated Region). Это защищает мРНК от расщепления 3’-экзонуклеазами, делает невозможным появление у мРНК поли-А-хвоста и блокирует инициацию трансляции на 5’- конце мРНК. Маскирование обеспечивает эукариотам возможность накопить мРНК «впрок». Например, при образовании яйцеклетки происходит запасание некоторых