Айала ф., Кайгер Дж. Современная генетика: в 3-х т. Т. 2. Пер. С англ.: – м.: Мир, 1988. – 368 с.

Î5. Регуляция экспрессии генов у прокариот 205

15.11. Фаг λ, несущий мутацию R^–, неспособен лизировать инфицируемые клетки, несмотря на то что в них нарабатывается нормальное количество дочерних фаговых частиц. Однако при инфекции фагом λR ^– клеток, лизогенных по гетероиммунному лямбдоидному фагу 434 (см. гл. 7), наблюдаются лизис и высвобождение потомства λR ^– (фаги 434 не обра-

зуются). Предложите гипотезу, объясняющую это явление, и опыты по ее проверке. 15.12. Если бы Жакоб и Моно начали работу не с мутантами I^– , обсуждавшимися в этой главе, а с мутантами I^–^D, можно ли полагать, что их выводы о природе регуляции ß-галактозидазы оказались бы точно такими же? Если нет, то чем они могли отличаться?

Айала ф., Кайгер Дж. Современная генетика: в 3-х т. Т. 2. Пер. С англ.: – м.: Мир, 1988. – 368 с.

16. Регуляция экспрессии генов у эукариот

Различные типы клеток эукариотического организма синтезируют ряд одинаковых белков и в то же время отличаются друг от друга набором белков, специфичных для клеток данного типа. Кроме того, уровень продукции каждого белка варьирует в зависимости как от типа клеток, так и от стадии их развития. Таким образом, следует различать два вида эукариотических генов: одни из них связаны с поддержанием универсальных клеточных функций (гены «домашнего хозяйства»), другие детерминируют специализированные клеточные функции (гены «роскоши»). Функции первого типа проявляются во всех клетках. Для осуществления дифференцированных функций, специфичных для отдельных типов клеток, эти клетки должны в зависимости от их локализации в организме избирательно экспрессировать определенный набор генов.

Так, на различных стадиях развития человека кроветворные клетки синтезируют различные типы гемоглобинов. Белки кристаллины, образующие хрусталик глаза, синтезируются только теми эктодермальными клетками, которые соприкасаются с развивающейся сетчаткой. Очевидно, что эти примеры экспрессии характерных наборов мРНК и белков различными клетками отражают генетическую регуляцию. Более того, решения, принимаемые митотическими сестринскими клетками - стать кроветворными, ретинальными или клетками хрусталика в зависимости от их относительного расположения в развивающемся зародыше, - также связаны с процессами генетической регуляции.

Насколько сложными должны быть механизмы генетической регуляции, контролирующие эти процессы,-вопрос спорный. Определенную ясность в этот вопрос могут внести некоторые количественные выклад-

Айала ф., Кайгер Дж. Современная генетика: в 3-х т. Т. 2. Пер. С англ.: – м.: Мир, 1988. – 368 с.

16. Регуляция экспрессии генов у эукариот 207

ки. Число белков, кодируемых ДНК какого-либо организма, может служить разумной оценкой числа генетических функций, необходимых для его развития и воспроизводства. Такой параметр, как сложность последовательности ДНК (N) данного организма, задает верхний предел числу кодируемых белков (см. гл. 9). В то же время известно, что лишь небольшая часть последовательности в эукариотических ДНК действительно кодирует те или иные белки. Многие участки ДНК транскрибируются в форме гяРНК, которые впоследствии не транспортируются в цитоплазму и не образуют мРНК, подлежащих трансляции. В ходе созревания некоторых гяРНК в мРНК происходит удаление избыточных З'-концевых последовательностей и интронов (см. гл. И). Только около 10% транскрибируемых последовательностей действительно превращаются в последовательности мРНК. Допустив, что в ходе развития организма в клетках различного типа в совокупности происходит транскрипция всех последовательностей, присутствующих в эукариотическом геноме в виде одной копии, можно оценить максимальное число белков, продуцируемых данным организмом. Геном человека состоит примерно из 2,9-10⁹ п. н., 70% которых входит в состав однокопийных последовательностей ДНК. Это означает, что сложность популяции мРНК может достигать 2-10⁸ нуклеотидов. Поскольку белок среднего размера кодируется мРНК длиной около 1800 нуклеотидов, максимальное число белков человеческого организма оценивается величиной 110000. Сходные расчеты позволяют получить оценку максимального числа белков: 17 000-для морского ежа и 7250 - для Drosophila melanogaster. Последняя величина достаточно хорошо согласуется с числом комплементационных групп, выявленных при исследовании различных мутантов, а также с числом дисков в политенных хромосомах (5000-6000).

Изучение механизмов регуляции генов у эукариот является одним из наиболее интенсивно развивающихся направлений современной генетики. Наши сегодняшние представления о молекулярных механизмах экспрессии генов у эукариотических организмов в значительной мере основаны на результатах, полученных с применением методов рекомбинантных ДНК. Поскольку эти новые методы стали доступны лишь сравнительно недавно, имеющиеся сегодня сведения о структуре и регуляции эукариотических генов весьма фрагментарны.

Как обсуждалось в гл. 15, регуляция прокариотических генов осуществляется за счет взаимодействия специализированных регуляторных белков с регуляторными участками последовательности ДНК. Теперь мы знаем, что это в равной мере относится и к регуляции эукариотических генов. Применение методов работы с рекомбинантными ДНК позволило выделить и изучить целый ряд индивидуальных генов и тесно сцепленных с ними регуляторных последовательностей из различных типов эукариотических клеток и их вирусов. В результате таких исследований удалось значительно расширить круг представлений о структуре кодирующих и некодирующих участков эукариотических ДНК и РНК-транскриптов.

Контроль образования мРНК может осуществляться внутри ядра на нескольких различных уровнях. Как уже отмечалось, многие эукариотические гены состоят из экзонов и интронов, причем созревание мРНК сопровождается вырезанием интронов из соответствующих первичных РНК-транскриптов, то есть сплайсингом. Контроль экспрессии генов