Тема 5. Регуляція експресії генів.

Актуальність теми.

Регуляція експресії генів є однім із фундаментальних механізмів адаптації живих організмів до змін навколишнього середовища. Враховуючи принципово різний ступінь складності та молекулярної організації геному у без’ядерних прокаріотів та вищих ядерних організмів – еукаріотів, механізми експресії генів у них значно відмінні.

Мета та вихідний рівень знань.

Загальна мета.

Знати механізми регуляції експресії генів на рівні транскрипції оперонів. Вміти трактувати біохімічні механізми генетичних рекомбінацій, ампліфікації генів, особливості регуляції експресії генів у еукаріотів.

Конкретні цілі:

1. Трактувати механізми регуляції експресії генів на рівні транскрипції оперонів, які включають структурні та регуляторні гени, промотор та оператор.

2. Трактувати біохімічні механізми генетичних рекомбінацій, ампліфікації генів, особливості регуляції експресії генів у еукаріотів.

Вихідний рівень знань-вмінь: знати будову та функції нуклеїнових кислот. Вміти писати формули азотистих основ, пентоз, мононуклеотидів. Знати етапи репликації, транскрипції та трансляції.

Оpiєнтувальна каpтка для самостiйного вивчення студентами навчальної лiтеpатуpи пpи пiдготовцi до заняття.

Зміст і послідовність дій	Вказівки до навчальних дій
1. Регуляція експресії генів.	1.1. Схема регуляції за Ф. Жакобом та Ж. Мано. 1.2. Будова Lас-оперону Е. соlі: структурні та контрольні гени; промотор, оператор, регуляторний ген та утворення білкових репресорів. 1.3. Принципи функціонування Lас-оперону: репресія, індукція.
2. Особливості будови та експресії геному еукаріотів.	2.1. Молекулярна організація ДНК еукаріотів (екзони, інтрони, послідовності, що повторюються). 2.2. Ядерний хроматин та хромосоми еукаріотів; каріотип людини.
3. Генетичні рекомбінації, транспозони.	3.1. Рекомбінація геному прокаріотів (трансформація, трансдукція, кон’югація). 3.2. Процеси рекомбінації у еукаріотів на прикладі утворення генів Н- та L-ланцюгів молекули Ig G.
4. Ампліфікація генів (гени металотіонеїну, дигідрофолатредуктази).	4.1. Ланцюгова полімеразна реакція; її біомедичне застосування в діагностиці вірусних та спадкових хвороб людини, ідентифікація особини („ДНК-діагностика”).
5. Регуляція експресії генів еукаріотів на рівні транскрипції.	5.1. Система транскрипційних сигналів – промоторні послідовності, енхансери, атенюатори, сайленсери. Ковалентна модифікація гістонів та НГБ як один з механізмів контролю експресії генів.
6. Фази клітинного циклу еукаріотів.	6.1. Біохімічні механізми контролю вступу клітини до мітозу; cdc – 2 кіназа, циклін.

Індивідуальна самостійна робота студентів.

Зробити реферативне повідомлення на тему: ”Спадкові молекулярні хвороби, механізми їх виникнення”.

Принципи проведення ДНК-тестування (теоретично).

Особливе місце в клінічній генетиці посідає ДНК-тестування (так звана ДНК-зондова діагностика). Сьогодні тільки вона з абсолютною точністю дає можливість дослідити та встановити причину захворювання будь-якого походження. ДНК-тестування проводять за допомогою молекулярного зонда, завдяки якому можно розпізнати нуклеотидну послідовність ДНК-зміненої хромосоми.

Для цього виділяють незначну кількість хромосомної ДНК лімфоцита, розрізають її рестриктазами на фрагменти, визначають у них послідовність нуклеотидів, а потім проводять гібридизацію цих фрагментів з міченою ДНК, визначають серед них гомологічні, проводять електрофорез і за відхиленням гібридологічних смуг виявляють дефекти в ДНК-молекулах. Ці дослідження потрібно проводити в родинах, де є захворювання з пізнім виявленням патологічного гена.

Завдяки введенню ДНК-тестування вдалося зробить низку суттєвих висновків:

1. Гени, які кодують білки зі схожими функціями, можуть знаходиться в різних хромосомах (α- та β-глобіни).

2. Гени, які відносяться до одного сімейства, також можуть локалізуватися в різних хромосомах (гормон росту та пролактин).

3. Гени, які детермінують більшість спадкових патологій, викликаних недостатністю специфічних білків (в тому числі зчеплених с Х-хромосомою), дійсно чітко локалізовані в певних сайтах хромосом.

За допомогою ДНК-діагностики можна проводити ефективну пресимптоматичну і пренатальну, і навіть преімплантаційну діагностику деяких мультифакторіальних хвороб вже в І триместрі вагітності. Це стосується фенілкетонурії (хромосома 12), α- та β-таласемії (хромосома 16 та 11 відповідно), муковісцидозу (хромосома 7), міодистрофії Дюшена-Беккера (Х-хромосома), хорея Гентингтона (хромосома 4), синдром Леша-Найхана (Х-хромосома), гемофілії А і В та ін.

За допомогою ДНК-діагностики можна виявити гетерозиготне носійство патологічного гена в тих випадках, коли інши методи виявляються неефективними, а також цим методом можна одержати генетичний паспорт кожної особи.