3.1.2.Контроль на посттранскрипционном уровне

Несмотря на то, что контроль активности большинства генов осуществляется на уровне инициации транскрипции, на последующих этапах реализации генетической информации также работают много численные регуляторные механизмы. Как мы уже знаем, в ходе транскрипции того или иного гена синтезируется молекулы гяРНК, которая

должна пройти постранскрипционный процессинг для превращения ее в функционально полноценную молекулу, например, в молекулу мРНК.

Проведенные исследования показали, что в ходе различных вариантов сплайсинга из первичного транскрипта одного и того же гена в разных клетках могут быть получены различные молекулы мРНК. Первичный транскрипт или гяРНК содержит участки, эквивалентные и интронам, и экзонам кодирующей зоны гена, причем количество этих

дискретных участков может достигать нескольких десятков. В клетках разных типов возможны различные варианты сплайсинга, в ходе которых реализуются или различные варианты последовательности соединения экзонов, или же может происходить удаление какойто части экзонов. Безусловно, во всех вариантах альтернативного сплайсинга в структуре мРНК сохраняются экзоны, ответственные за формирование доменов белковой молекулы, несущих те или иные функциональные центры, однако совсем не обязательно, чтобы в мРНК сохранялись и все экзоны, которые кодируют те участки полипептидной цепи белка, которые не обязательны для ее функционирования. Как правило, альтернативный сплайсинг не приводит к появлению совершенно разных белковых молекул. Вместо этого в клетках

разных типов образуется серия тканеспецифичных белков с аналогичными функциями, но отличающиеся по своим свойствам. Такие формы белков называются изоформами. Примером такого белка, существующего в организме человека в виде множества изоформ, является белок фибронектин. В составе кодирующей области гена этого белка насчи

тывается около 50 экзонов и в результате транскрипции этого гена с последующим альтернативным сплайсингом в тканях образуется до 20 вариантов фибронектина. Еще одним вариантом контроля на уровне постранскрипционного

процессинга является так называемое "редактирование" мРНК. Этот феномен был обнаружен в ходе изучения механизма синтеза белков апоВ, входящих в состав ЛПОНП, образующихся в энтероцитах тонкого кишечника и гепатоцитах. В состав ЛПОНП, продуцируемых энтероцитами, входит белок апоВ45, тогда как в состав ЛПОНП, продуци

руемых гепатоцитами, входит апо В100. Оказалось, что оба этих белка кодируются одним и тем же геном, на котором и в гепатоцитах и в энтероцитах образуется одинаковый первичный транскрипт. Однако в гепатоцитах из этой гяРНК образуется мРНК, кодирующая белок апоВ с молекулярной массой 100 килодальтон, тогда как в ходе

процессинга первичного транскрипта в энтероцитах в средней части гяРНК происходит замена цитозина на урацил с формированием в средней части образующейся мРНК терминирующего кодона. В результате при трансляции этой мРНК в клетках кишечника образуется белок апоВ45, имеющий значительно меньший размер полипептидной це

пи ( ММ = 45 килодальтон ). К настоящему времени это первый и пока единственный известный случай изменения генетической информации в ходе ее передачи с ДНК на белок.

Из общего количества гяРНК, образующейся в ядре при транскрипции различных генов, в цитоплазму в виде мРНК поступает не более 10% от общего количества синтезированной РНК. Это означает, что в ядрах клеток функционируют эффективные механизмы контроля транспорта РНК, предотвращающие как попадание в цитозоль молекул гяРНК, не прошедших полностью процессинга, так и задерживающие в ядре для последующего расщепления молекулы мРНК, не соответствующие по своей тканеспецифичности клеткам того или иного конкретноготипа. Молекулы гяРНК, не прошедшие полностью посттранскрипционный процессинг, остаются связанными с сплайсосомами и эти высокомолекулярные агрегаты не могут проникать через ядерные поры в цитозоль. Менее понятен механизм отбора зрелых мРНК для их транспорта из ядра в цитозоль. Возможно, в тканеспецифичных мРНК имеются специальные сигнальные нуклеотиды или последовательности нуклеотидов, которые опознаются рецепторами ядерных пор и только после такого опознания соответствующие мРНК переносятся в цитозоль. Однако это всего лишь более или менее вероятное предположение. В клетках существуют эффективные механизмы контроля экспрессии генов на уровне трансляции. Предполагается, что таким способом контролируется экспрессия одного гена из каждых десяти. Конт

роль на уровне трансляции позволяет клеткам быстро и эффективно изменять концентрацию белков в клетке не изменяя скорость синтеза мРНК. В клетке на уровне трансляции может меняться или общая интенсивность белкового синтеза, или скорость синтеза конкретных белков. В синтезе различных белков на рибосомах участвуют белковые

факторы, например, факторы инициации или факторы элонгации. Изменение функциональной активности этих факторов, естественно, будет сопровождаться изменением скорости трансляции различных мРНК. Так, в инициации трансляции на уровне взаимодействия инициирующей тРНК с малой субъединицей рибосомы участвует эФИ2. Фосфорилирование эФИ2 приводит к снижению его активности и, следовательно, к замедлению трансляции. Дефосфорилирование эФИ2, соответственно, сопровождается общим ускорением трансляции различных мРНК. Неко

торые факторы роста выступают в качестве ингибиторов протеинкиназы, участвующей в фосфорилировании этого фактора инициации. Ингибирование протеинкиназы приводит к тому, что фосфорилированный эИФ2 подвергается дефосфорилированию при участии фосфопротеинфосфатазы. Активация эФИ2 приводит к ускорению синтеза белков в клетке, что является необходимой предпосылкой для деления клеток. Белки, принимающие участие в регуляции трансляции, могут взаимодействовать с мРНК конкретных белков, изменяя скорость их синтеза, а следовательно, и количество этих конкретных белков в клетках. Так, при поступлении в клетку атомов железа в ней активируется синтез белка ферритина, который и связывает поступающие атомы железы. В клетках в условиях отсутствия атомов железа имеется мРНК ферритина, но она не транслируется, так как к её 5'нетранслируемой последовательности присоединен белокингибитор трансляции. При поступлении атомов железа в клетку они взаимодействую с белкомингибитором, изменяя его конформацию, в результате чего белокингибитор теряет сродство к мРНК ферритина и по

кидает её. Ферритиновая мРНК, освобожденная от белкаингибитора, начинает транслироваться и в клетке появляется ферритин, способный связывать поступившие атомы железа. Интересно, что этот же регуляторный белок участвует в регуляции синтеза еще одного белка, имеющего отношение к поступлению атомов железа в клетку. Этим белком является рецептор трансферрина, локализованный в наружной мембране клетки. Рецептор трансферрина обеспечивает перенос атомов железа с транспортного белка крови трансферрина в клетку. Когда в клетке наблюдается избыток атомов железа, часть их остается связанными с белкомингибитором трансляции ферритиновой мРНК. Этот белокингибитор, содержащий связанные атомы железа, взаимодействует с мРНК, обеспечивающей синтез рецептора трансферрина, вызывая её дестабилизацию и последующую деградацию. Синтез рецептора прекращается, что в конечном итоге приводит к уменьшению поступления атомов железа в клетку. Таким образом, при участии одного и того же регуляторного белка ускоряется синтез одного белка ферритина и ингибируется синтез другого белка рецептора трансферрина.

Еще одним уровнем контроля экспрессии генов является контроль стабильности мРНК. Стабильность молекул мРНК может определяться или структурой самих молекул мРНК, или взаимодействием молекул мРНК с регуляторными белками. Пример дестабилизации мРНК в результате ее взаимодействия с белкомрегулятором приведен в предыдущем абзаце. На стабильность молекул мРНК оказывает большое влияние нуклеотидный состав её 3 ' нетранслируемой последовательности; мРНК, имеющие в этой зоне длинные последовательности, обогащенные А и у, как правило, имеют низкую стабильность. Стабильность тех или иных мРНК может изменяться. Так, стабильность гис

тоновых мРНК может сильно снижаться в Sфазе клеточного цикла, когда идет интенсивный синтез гистонов. С другой стороны, было показано, что стабильность мРНК, отвечающих за синтез белка казеина в молочных железах, значительно увеличивается под влиянием гормона пролактина.