Экспрессия гена

редактировать
Преобразование последовательного гена в продукт или продукты зрелого гена extended central dogma Расшир центральная догма молекулярной биологии включает в себя все клеточные процессы, участвующие в потоке генетической информации

Экспрессия гена - это процесс, с помощью которого используется информация от гена используется в синтезе функционального генного продукта. Эти продукты часто являются белками, но в генах, не кодирующие белки, такие как гены транспортной РНК (тРНК) или малой ядерной РНК (мяРНК), продукт представляет собой функциональную РНК. Экспрессия генов резюмируется в центральной догме молекулярной биологии, впервые сформулированной Фрэнсисом Криком в 1958 году, развитой в его статье 1970 года и расширенной последующими открытиями обратной транскрипции. и Репликация РНК.

Процесс экспрессии генов известной всей известной жизнью - эукариотами (включая многоклеточные организмы ), прокариотами (бактерии и археи ) и используются вирусами для создания макромолекулярного механизма для жизни.

В генетике экспрессия генов является наиболее фундаментальным уровнем, на котором генотип порождает фенотип, то есть наблюдаемый признак. Генетическая информация, хранящаяся в ДНК, представляет генотип, тогда как фенотип этой результатом «интерпретации» информации. Такие фенотипы часто выражаются посредством синтезирующих механизмов, которые контролируют структуру и развитие организма, как ферменты.

Все этапы процесса гена можно модулировать (регулировать), включая транскрипцию, сплайсинг РНК, трансляцию и посттрансляционная модификация белка. Регулирование экспрессии гена дает контроль над временем, местоположением и продуктом данного гена (белка или нкРНК), присутствующим в клеточной ткани. Регуляция экспрессии генов является источником клеточной дифференциации, развития, морфогенеза, а также универсальности и адаптивности любого организма. Следовательно, генная регуляция может служить субстратом для эволюционных изменений.

Содержание

  • 1 Механизм
    • 1.1 Транскрипция
    • 1.2 Процессинг мРНК
    • 1.3 Созревание некодирующей РНК
    • 1.4 Экспорт РНК
    • 1.5 Трансляция
    • 1.6 Сворачивание
    • 1.7 Транслокация
    • 1.8 Транспорт белка
  • 2 Регуляция экспрессии генов
    • 2.1 Регуляция транскрипции
    • 2.2 Метилирование и деметилирование ДНК в регуляции транскрипции
    • 2.3 Регуляция транскрипции в обучении и памяти
    • 2.4 Регуляция транскрипции при раке
    • 2, 5 Посттранскрипционная регуляция
    • 2,6 Три первичных нетранслируемых области и микроРНК
    • 2,7 Регуляция трансляции
    • 2,8 Посттрансляционные модификации
  • 3 Измерение
    • 3,1 Количественное определение мРНК
    • 3, 2 Профили РНК в Википедии
    • 3.3 Количественная оценка белка
    • 3.4 корреляция мРНК-белок
    • 3.5 Локализация
  • 4 Система экспрессии
    • 4.1 Индуцируемая экспрессия
    • 4.2 В природе
  • 5 Генные сети
  • 6 Методы и инструменты
  • 7 Базы данных экспрессии генов
  • 8 См. Также
  • 9 Ссылки
  • 10 Внешние ссылки

Механизм

Транскрипция

RNA polymerase moving along a stretch of DNA, leaving behind newly synthetized strand of RNA. Процесс транскрипции осуществляется РНК-полимеразой (РНКП), которая использует ДНК (черный цвет) в качестве матрицы и производит РНК ( синий цвет).

Производство РНК Копирование из цепи ДНК называется транскрипцией и выполняется РНК-полимеразами, которые добавляют по одному рибо нуклеотиду за раз к растущей цепи РНК в соответствии с закон комплементарности нуклеотидных оснований. Эта РНК комплементарна матричной 3 '→ 5' цепи ДНК, за исключением того, что тимины (T) заменены на урацилы (U) в РНК.

У прокариот транскрипция осуществляется одним типом РНК-полимеразы, которая должна связывать последовательность ДНК, называемую блоком Прибноу, с помощью сигма-фактор белок (σ-фактор) для начала транскрипции. У эукариот транскрипция осуществляется в ядре тремя типами РНК-полимераз, для каждой из которых требуется особая последовательность ДНК, называемая промотором, и набор ДНК-связывающих белков - факторов транскрипции - инициировать процесс (см. Регуляцию транскрипции ниже). РНК-полимераза I отвечает за транскрипцию генов рибосомной РНК (рРНК). РНК-полимераза II (Pol II) транскрибирует все гены, кодирующие белок, но также некоторые некодирующие РНК (например, мяРНК, мяноРНК или длинные некодирующие РНК). РНК-полимераза III транскрибирует 5S рРНК, гены транспортной РНК (тРНК) и некоторые небольшие некодирующие РНК (например, 7SK ). Транскрипция заканчивается, когда полимераза встречает последовательность, называемую терминатором.

процессингом мРНК

. В то время как транскрипция генов, кодирующих прокариотический белок, создает информационную РНК (мРНК), готовую к трансляции. в белок, транскрипция эукариотических генов оставляет первичный транскрипт РНК (пре-РНК ), который сначала должен пройти серию модификаций, чтобы стать зрелой РНК. Типы и шаги, участвующие в процессах созревания, различаются для кодирующих и некодирующих преРНК; то есть даже несмотря на то, что молекулы преРНК как для мРНК, так и для тРНК подвергаются сплайсингу, этапы и механизмы, участвующие в процессе, различны. Процессинг некодирующей РНК описан ниже (созревание некодирующей РНК).

Процессинг премРНК включает 5'-кэпинг, который представляет собой набор ферментативных функций, которые используют 7-метилгуанозин (mG) к 5'-концу пре-мРНК и таким образом защищают РНК от деградации экзонуклеазами. Затем кэп mG связывается с комплексом связывания кэпа гетеродимером (CBC20 / CBC80), который обеспечивает экспорту мРНК в цитоплазму, а также защищает РНК от декапирования.

Другой модификацией является 3'-расщепление и полиаденилирование. Они создают, если сигнальная последовательность полиаденилирования (5'-AAUAAA-3 ') присутствует в пре-мРНК, которая обычно находится между последовательностью, кодирующей белок, и терминатором. Пре-мР сначала расщепляется, добавляется серия из ~ 200 аденинов (A) для образования поли (A) хвоста, который защищает РНК от деградации. Поли (A) хвост связан множеством поли (A) -связывающих белков (PABP), необходимых для экспорта мРНК и повторной инициации трансляции. В обратном процессе деаденилирования поли (A) хвосты укорачиваются экзонуклеазой CCR4-Not 3'-5 ', что часто приводит к полному распаду транскрипта.

Pre-mRNA is spliced to form of mature mRNA. Иллюстрация экзонов и интронов в пре-мРНК и образование зрелой мРНК путем сплайсинга. UTR (обозначены зеленым цветом) - это некодирующие части экзонов на концах мРНК.

Очень модификацией эукариотической пре-мРНК является сплайсинг РНК. Большинство эукариотических пре-мРНК состоят из чередующихся сегментов, называемых экзонами и интронами. В процессе сплайсинга каталитический комплекс РНК-белок, известный как сплайсосома, катализирует две реакции переэтерификации, которые удаляют интрон и высвобождают его в форме лариатной структуры, а сплавляют соседние экзоны вместе. В некоторых случаях некоторые интроны или экзоны могут быть либо удалены, либо сохранены в зрелой мРНК. Этот так называемый альтернативный сплайсинг создает серию различных транскриптов, происходящих из одного гена. Используя ядро ​​эукариот, эти европейские транслирователи могут транслироваться в различные белки, увеличивая сложность экспрессии эукариотических генов и размер протеом.

Экстенсивный процессинг РНК может быть эволюционным преимуществом. У прокариот транскрипция и трансляция происходит вместе, тогда как у эукариот ядерная мембрана разделяет эти два процесса, давая время для процессинга РНК.

Созревание некодирующей РНК

В большинстве организмов некодирующие гены (нкРНК) транскрибируются как предшественники, которые подвергаются дальнейшей обработке. В случае рибосомных РНК (рРНК) они часто транскрибируются как пре-рРНК, которые содержат одну или несколько рРНК. Пре-рРНК расщепляется и модифицируется (2'-O-метилирование и образование псевдоуридина ) в определенных сайтах примерно 150 различных видов РНК, ограниченными малым ядрышком, называемыми мяРНК. SnoRNA связываются с белками, образуя snoRNP. В то время, как snoRNA часть пары, основанная на целевой РНК, позиционирует таким образом модификацию в определенном месте, часть поведения каталитическую реакцию. У эукариот, в частности snoRNP, называемой РНКазой, MRP расщепляет пре-рРНК 45S на 28S, 5.8S и 18S рРНК. Факторы процессинга рРНК и РНК образуют большие агрегаты, называемые ядрышком.

. В случае транспортной РНК (тРНК), например, 5'-последовательность удаляется РНКазой P, тогда как 3 'Конец удаляется ферментом тРНКаза Z, а к нестандартному 3'-CCA-хвосту добавляется нуклеотидилтрансфераза. В случае микроРНК (miRNA), miRNA сначала транскрибируются как первичные транскрипты или pri-miRNA с кэпом и поли-A-хвостом и обрабатываются до коротких 70-нуклеотидных структур стержневой петли, известных как пре-миРНК в ядре клетки ферментами Дроша и Паша. После экспорта он обрабатывается до зрелых миРНК в цитоплазме путем взаимодействия с эндонуклеазой Дайсер, который также запускает образование РНК-индуцированного комплекса сайленсинга (RISC), состоящего из белка Аргонавт.

Даже мяРНК и мяноРНК сами претерпевают серию модификаций, прежде чем они станут частью функционального комплекса РНП. Это делается либо в нуклеоплазме, либо в отделах, называемых тельцами Кахаля. Их основания метилированы или псевдоуридинилированы группой малых РНК, специфичных к тельцам Кахаля (scaRNAs), которые структурно подобны snoRNA.

Экспорт РНК

У эукариот наиболее зрелая РНК должна экспортироваться в цитоплазму из ядра. Хотя некоторые РНК функционируют в ядре, многие РНК транспортируются через ядерные поры в цитозоль. Экспорт РНК требует ассоциации со специфическими белками, известными как экспортны. Специфические молекулы типа экспортина ответственны за экспорт данного РНК. Транспорт мРНК также требует правильной ассоциации с Exon Junction Complex (EJC), что гарантирует, что правильная обработка мРНК завершится перед экспортом. В некоторых случаях РНК распространяются в определенной части цитоплазмы, как синапс ; они буксируются моторными белками, которые связываются через линкерные белки с конкретными последовательностями (называемыми «почтовыми индексами») на РНК.

Трансляция

Для некоторых РНК (не-кодирующая РНК) зрелая РНК является конечным генным продуктом. В случае информации РНК (мРНК) РНК является носителем информации, кодирующим синтез одного или нескольких белков. мРНК, несущая единственная последовательность последовательностей (обычно у эукариот), является моноцистронной, в то время как мРНК, несущая несколько белковых последовательностей (обычная у прокариот), известна как полицистронная.

Ribosome translating messenger RNA to chain of amino acids (protein). . Во время трансляции тРНК, заряженная аминокислота, входит рибос и выравнивается с правильным триплетом мРНК. Затем рибосома аминокислоту к растущей цепи цепи белка.

Каждая мРНК состоит из трех частей: 5'-нетранслируемой области (5'UTR), кодирующей белок области или открытой рамки считывания (ORF) и 3'-нетранслируемой области (3'UTR). Кодирующая область несет информацию о синтезе белка, кодируемую генетическим кодом для образования триплетов. Каждый триплет нуклеотидов кодирующей области называется кодоном и соответствует сайту связывания, комплементарному триплету антикодона в транспортной РНК. Трансферные Р с одинаковой антикодоновой последовательностью всегда несутНК идентичный тип аминокислоты. Затем аминокислоты связываются вместе с помощью рибосомы в соответствии с порядком триплетов в кодирующей области. Рибосома помогает переносить РНК для связывания с помощью информационных РНК, берет аминокислоту из каждой переносящей РНК. Каждая молекула мРНК транслируется во множество белковых молекул, в среднем 2800 у млекопитающих.

У прокариот трансляции обычно происходит в момент транскрипции (котранскрипционно), которая все еще находится в процессе создания. У эукариот трансляция может происходить в различных областях в зависимости от того, где предположительно находится записываемый белок. Основные местоположения - это цитоплазма для растворимых цитоплазматических белков и мембран эндоплазматического ретикулума для белков, которые предназначены для экспорта из клеток или встраивания в клеточную мембрану. Белки, которые, как правило, экспрессируются в эндоплазматическом ретикулуме, распознаются частично в процессе трансляции. Это регулируется сигнал частицы распознавания - белком, который связывается с рибосомой и направляет ее в эндоплазматический ретикулум, когда он обнаруживает сигнальный пептид на растущей (соответствующей) аминокислотной цепи..

Сворачивание

Process of protein folding. Белок до () и после (справа) сворачивания

Каждый белок существует в виде развернутого полипептида или случайной спирали при трансляции из последовательности мРНК в линейную цепь . У этого полипептида отсутствует развитая трехмерная структура (левая часть соседнего рисунка). Затем полипептид складывается в свою характеристическую и функциональную трехмерную структуру из случайной спирали. Аминокислоты взаимодействуют друг с другом с помощью определенной трехмерной структуры, свернутого белка (правая часть рисунка), известного как нативное состояние. Результирующая трехмерная структура определяет аминокислотную последовательность (догма Анфинсена ).

Для функционирования необходима правильная трехмерная структура, хотя некоторые части функциональных белков могут оставаться внутренними, обычно производит неактивные белки с различными свойствами, включая токсичные прионы. Считается, что несколько нейродегенеративных и других заболеваний возникают в результате накопления неправильных свернутых белков.Многие аллергии вызваны сворацией белков, поскольку Иммунная система не вырабатывает антитела для определенных белковых структур.

Ферменты, называемые шаперонами, обеспечивают новообразованным белком для достижения (свертывания ) трехмерной структуры, необходимой для функционирования. же РНК-шапероны помогают РНК достичь своей функциональной формы. азматического ретикулума у ​​эукариот.

Перемещение

Секреторные белки эукариот или прокариот должны быть перемещены, чтобы войти в секреторный путь. Вновь синтезированные белки направляются в эукариотический канал транслокации Sec61 или прокариотический SecYEG с помощью сигнальных пептидов. Эффективность секреции белка у эукариот очень зависит от используемого сигнального пептида .

Транспорт белка

Многие белки предназначены для других частей клетки, кроме цитозоль и широкий спектр сигнальных последовательностей или (сигнальные пептиды) используются для направления белков, где они должны находиться. У прокариот это простой процесс из-за ограниченной возможности установки клетки. Однако у эукариот существует множество различных процессов нацеливания, чтобы белок попал в нужный органеллу.

Не все белки остаются в клетке, многие из них экспортируются, например, пищеварительные ферменты, гормоны и белки внеклеточного матрикса. У эукариот путь экспорта хорошо, и основной механизм экспорта этих белков является транслокацией в эндоплазматический ретикулум с последующим транспортом через аппарат Гольджи.

Регуляция экспрессии генов

A cat with patches of orange and black fur. Пятнистые цвета черепаховый кот являются различными уровнями экспрессии генов пигментации в разных областях кожи.

Регулирование экспрессии генов к относится контролю количества и времени вида внешнего функционального продукта гена. Контроль экспрессии жизненно важен для того, чтобы заставить позвонить нужные ей продукты, когда они ей нужны; в свою очередь, это дает клеткам возможность адаптироваться к изменчивой среде сигнала, повреждениям и стимулам. В более общем смысле, генная система контроля над структурой и функцией контроля над всеми функциями, морфогенеза, а также универсальностью и приспособляемостью любого организма.

Для описания типов генов используются многочисленные термины в зависимости от того, как они регулируются; К ним относятся:

  • A конститутивный ген - это ген, который транскрибируется постоянно, в отличие от факультативного гена, который транскрибируется только при необходимости.
  • A ген домашнего хозяйства - это ген, который необходим для поддержания основных клеточных функция и поэтому обычно выражается во всех типах клеток организма. Примеры включают актин, GAPDH и убиквитин. Некоторые гены домашнего хозяйства транскрибируются с относительно постоянной скоростью, и эти гены могут использоваться в качестве ориентира в экспериментах для измерения скорости экспрессии других генов.
  • A факультативный ген - это ген, транскрибируемый только при необходимости, в отличие от конститутивный ген.
  • индуцибельный ген - это ген, экспрессия которого либо реагирует на изменение окружающей среды, либо зависит от положения в клеточном цикле.

Можно модулировать любой этап экспрессии гена, от стадии транскрипции ДНК-РНК до посттрансляционной модификации белка. Стабильность конечного генного продукта, будь то РНК или белок, также влияет на уровень экспрессии гена - нестабильный продукт приводит к низкому уровню экспрессии. В целом экспрессия генов регулируется посредством изменений количества и типов взаимодействий между молекулами, которые в совокупности влияют на транскрипцию ДНК и трансляцию РНК.

Вот несколько простых примеров того, где важна экспрессия генов:

Регуляция транскрипции

Когда лактоза присутствует в прокариоте, она действует как индуктор и инактивирует репрессор, так что гены лактозы метаболизм можно транскрибировать.

Регуляцию транскрипции можно разбить на три основных пути воздействия; генетические (прямое взаимодействие фактора контроля с геном), модулирующее взаимодействие фактора контроля с аппаратом транскрипции и эпигенетические (изменения в структуре ДНК, не связанные с последовательностью, которые влияют на транскрипцию).

Ribbon diagram of the lambda repressor dimer bound to DNA. Фактор транскрипции репрессор лямбда (зеленый) связывается в виде димера с большой бороздкой ДНК-мишени (красный и синий) и отключает инициацию транскрипции. Из PDB : 1LMB ​.

Прямое взаимодействие с ДНК - это самый простой и самый прямой метод, с помощью которого белок изменяет уровни транскрипции. Гены часто имеют несколько сайтов связывания белков вокруг кодирующей области со специфической функцией регуляции транскрипции. Существует много классов регуляторных сайтов связывания ДНК, известных как энхансеры, инсуляторы и сайленсеры. Механизмы регуляции транскрипции очень разнообразны: от блокированияКлючевые слова как связывания на ДНК для РНК-полимеразы до действия в активатора и стимулирования транскрипции путем введения связыванию РНК-полимеразы.

Активность факторов транскции дополнительно модулируется внутриклеточными сигналами, вызывающими посттрансляционную модификацию белка, включая фосфорилированный, ацетилированный или гликозилированный. Эти изменения влияют на способность фактора транскрипции напрямую или косвенно связываться с промоторной ДНК, рекрутировать РНК-полимеразу или удлинению синтезированной молекулы РНК.

Ядерная мембрана у эукариот позволяет регулировать факторы транскрипции за счет продолжительности присутствия в ядре, которое регулируется обратимыми изменениями в их структуре и связыванием других белков. Экологические стимулы или эндокринные сигналы могут вызывать модификацию регуляторных белков, вызывая каскады внутриклеточных сигналов, которые вызывают регуляцию экспрессии генов.

Позже стало очевидно, что существует значительное влияние эффектов, связанных с ДНК-последовательностью, на транскрипцию. Эти эффекты называются эпигенетическими и включают ДНК более высокого порядка, неспецифические ДНК-связывающие белки и химическую модификацию ДНК. В целом эпигенетические эффекты изменяют доступность ДНК для белков, таким образом, модулируют транскрипцию.

A cartoon representation of the nucleosome structure. У эукариот ДНК организована в виде нуклеосом. Обратите внимание, как ДНК (синий и зеленый) плотно обернута вокруг белкового ядра, состоящего из гистона октамера (спиральные ленты), ограничивая доступ к ДНК. Из PDB : 1KX5 ​.

У эукариот структура хроматина, контролируемая гистоновым кодом, регулирует доступ к ДНК, оказывая значительное влияние на экспрессия генов в областях эухроматина и гетерохроматина.

Метилирование и деметилирование ДНК в регуляции транскрипции

Метилирование ДНК - это добавление метильной группы к ДНК, которое происходит в цитозине. На изображении показано основание с одним кольцом цитозина и метильная группа, добавленные к 5-муоду. У млекопитающих метилирование ДНК происходит почти исключительно в цитозине, за которым следует гуанин.

метилирование ДНК, это широко распространенный механизм эпигенетического влияния на экспрессию генов и присутствует у бактерий и эукариот и играет роль в наследственном подавлении транскрипции и регуляции транскрипции. Чаще всего метилирование происходит по цитозину (см. Рисунок). Метилирование цитозина в основном происходит в динуклеотидных последовательностях, где за цитозином следует гуанин, сайт CpG. Количество сайтов CpG в геноме человека составляет около 28 миллионов. В зависимости от типа клетки около 70% сайтов CpG имеют метилированный цитозин.

Метилирование цитозина в ДНК играет важную роль в регуляции экспрессии генов. Метилирование CpG в промоторной области гена обычно подавляет транскрипцию гена, в то время как метилирование CpG в теле гена увеличивает экспрессию. Ферменты TET играют центральную роль в деметилировании метилированных цитозинов. Деметилирование CpG в промоторе гена с помощью активности фермента TET увеличивает транскрипцию гена.

Регуляция транскрипции в обучении и памяти

Выявленные области человеческого мозга участвуют в формировании памяти

У крысы контекстное условное обозначение страха (CFC) - болезненный опыт обучения. Всего один эпизод CFC может привести к воспоминаниям со страхом на всю жизнь. После эпизода CFC метилирование цитозина изменяется в промоторных областях примерно 9,17% генов в ДНК нейрона гиппокампа крысы. гиппокамп - это место, где изначально хранятся новые воспоминания. После CFC примерно 500 генов увеличили транскрипцию (часто из-за деметилирования сайтов CpG в промоторной области) и примерно 1000 генов снизили транскрипцию (часто из-за вновь образованного 5-метилцитозина на сайтах CpG в промоторной области). Структура индуцированных и репрессированных генов в нейронах, по-видимому, обеспечивает основу временной памяти об этом обучающем событии в гиппокампе головного мозга крысы.

В частности, нейротрофический процесс, происходящий из мозга. ген фактора (BDNF) известен как «ген обучения». После CFC произошла повышенная регуляция экспрессии гена BDNF, связанная со снижением CpG-метилирования некоторых внутренних промоторов гена, и это коррелировало с обучением.

Регуляция транскрипции при раке

Большая часть гена промоторы содержат островок CpG с многочисленными сайтами CpG. Когда многие из промоторных сайтов CpG гена метилированы, ген заглушается. Колоректальный рак обычно имеет от 3 до 6 мутаций водителя и от 33 до 66 мутаций путешественника или пассажира. Однако подавление транскрипции может иметь большее значение, чем мутации в развитии рака. Например, при колоректальном раке от 600 до 800 генов транскрипционно подавляются метилированием CpG-островков (см. регуляция транскрипции при раке ). Репрессия транскрипции при раке также может происходить с помощью других эпигенетических механизмов, таких как измененная экспрессия микроРНК. При раке груди транскрипции BRCA1 может происходить чаще за счет сверхэкспрессии микроРНК-182, чем за счет гиперметилирования промотора BRCA1 (см. Низкая экспрессия BRCA1 при раке груди и яичников ).

Посттранскрипционная регуляция

У эукариот, где экспорт РНК требуется до того, как трансляция станет возможной, ядерный экспорт, как полагают, обеспечивает дополнительный контроль над экспрессией генов. Весь транспорт в ядро ​​и ядра осуществляется через ядерную пору, и транспорт контролируется широким спектром белков импорт и экспорт.

Экспрессия гена, кодирующего белок, возможна только в том случае, если информационная РНК, несущая код, выживает достаточно долго, чтобы быть транслируемой. В типичной клетке молекулы РНК стабильно только в том случае, если она специально защищена от деградации. Деградация РНК имеет особое значение для регуляции экспрессии в элитных клетках, где мРНК проходит мимо, прежде чем будет транслироваться. У эукариот РНК стабилизируются некоторыми посттранскрипционными модификациями, в частности, 5'-кэп и полиаденилированный хвост.

Преднамеренная деградация мРНК используется не только как механизм защиты от чужеродной РНК. (обычно от вирусов), но также как путь дестабилизации мРНК. Если молекула мРНК имеет последовательность, комплементарную малой интерферирующей РНК, то она нацелена на разрушение посредством пути интерференции РНК.

Три первичных нетранслируемых области и РНК

Три первичных нетранслируемых области (3'UTR) матричных РНК (мРНК) часто содержат регуляторные последовательности, которые посттранскрипционно действуют на экспрессию генов. Такие 3'-UTR часто содержат как сайты связывания для микроРНК (миРНК), так и для регуляторных белков. Связываясь со специфическими сайтами в 3'-UTR, miRNA может снижать экспрессию генов различных мРНК, либо ингибировать трансляцию, либо напрямую вызывая деградацию транскрипта. 3'-UTR также может иметь сайленсерные области, которые связывают белки, которые ингибируют экспрессию мРНК.

3'-UTR часто содержит элементов ответа микроРНК (MRE). MRE - это установить, с связываются miRNA. Это преобладающие мотивы в 3'-UTR. Среди всех регуляторных мотивов в 3'-UTR (например, включая области сайленсеров) MRE составляет около половины мотивов.

По состоянию на 2014 г. веб-сайт miRBase, архив последовательностей miRNA последовательностей и аннотаций, перечислил 28 645 записей о 233 биологических наилучших. Из них 1881 miRNA находились в аннотированных локусах miRNA человека. Предполагалось, что миРНК содержат в среднем около четырехсот целевых мРНК (влияющих на экспрессию нескольких сотен генов). Friedman et al. подсчитали, что>45000 сайтов-мишеней miRNA в 3'UTR мРНК человека консервативны выше фоновых уровней, и более 60% генов, кодирующих белок человека, находились под давлением отбора для поддержания спаривания с miRNA.

Прямые эксперименты показывают, что одна миРНК может снизить стабильность сотен уникальных мРНК. Другие эксперименты показывают, что одна миРНК может подавлять продукцию сотен белков, но эта репрессия часто бывает относительно слабой (чем в 2 раза).

Эффекты нарушения регуляции генов miРНК кажутся важными при раке. Например, при раке желудочно-кишечного тракта девять miRNA были идентифицированы как эпигенетически измененные и эффективные в подавлении регуляции ферментов репарации ДНК.

Эффекты нарушения регуляции генов miRNA также, по-видимому, важны для психоневрологических расстройств, такие как шизофрения, биполярное расстройство, большая депрессия, болезнь Паркинсона, болезнь Альцгеймера и расстройства аутистического группы.

Регуляция трансляции

A chemical structure of neomycin molecule. Неомицин примером небольшой молекулы, которая снижает экспрессию всех белковые гены, неизбежно ведущие к гибели клеток; таким образом, он действует как антибиотик..

Прямая регуляция трансляции распространена, чем контроль транскрипции или стабильности мРНК, но иногда используется. Ингибирование трансляции белков основной мишенью для токсинов и антибиотиков, поэтому они могут убить, перекрывая ее нормальный контроль экспрессии генов. Ингибиторы синтеза включают антибиотик неомицин и токсин рицин.

трансляционные модификации

Посттрансляционные модификации (ПТМ) ковалентные модификации белков. Как и сплайсинг РНК, они помогают значительно разнообразить протеом. Эти модификации обычно катализируются ферментами. Кроме того, такие как ковалентное присоединение к остаткам боковых процессов аминокислот, часто обращены другими ферментами. Однако некоторые из них, такие как протеолитическое расщепление белковой основы, являются необратимыми.

PTM - важные роли в клетке. Например, фосфорилирование в первую очередь включает в себя активацию и деактивации белков и в сигнальных путях. PTM участвуют в регуляции транскрипции: функция ацетилирования и метилирования модификация гистонового хвоста, которая изменяет доступность ДНК для транскрипции. Их также можно увидеть в иммунной системе, где гликозилирование играет ключевую роль. Один тип PTM может вызвать другой тип PTM, как можно увидеть из того, как убиквитинирование помечает белки для деградации посредством протеолиза. Протеолиз, помимо участия в расщеплении белков, также важен для их активации и деактивации, а также для регулирования биологических процессов, таких как транскрипция ДНК и гибель клеток.

Измерение

Измерение экспрессии генов - это важная часть многих наук о жизни, поскольку способность количественно определять уровень экспрессии конкретного гена в клетке, ткани или организме может предоставить много ценной информации. Например, измерение экспрессии гена может:

Аналогичным образом, анализ Расположение экспрессии белка - мощный инструмент, и это может быть сделано в масштабе организма или клетки. Исследование локализации особенно важно для изучения развития у многоклеточных организмов и в качестве индикатора функции белка в отдельных клетках. В идеале измерение экспрессии осуществляется путем обнаружения конечного генного продукта (для многих генов это белок); однако часто бывает легче обнаружить один из предшественников, обычно мРНК, и сделать вывод об уровнях экспрессии генов на основе этих измерений.

Количественное определение мРНК

Уровни мРНК можно количественно измерить с помощью нозерн-блоттинга, который предоставляет информацию о размере и последовательности молекул мРНК. Образец РНК отделяют на агарозном геле и гибридизуют с радиоактивно меченным РНК-зондом, который комплементарен целевой последовательности. Затем радиоактивно меченную РНК обнаруживают с помощью радиоавтографа . Поскольку использование радиоактивных реагентов делает процедуру трудоемкой и потенциально опасной, были разработаны альтернативные методы маркировки и обнаружения, такие как химический состав дигоксигенина и биотина. Предполагаемые недостатки Нозерн-блоттинга заключаются в том, что требуются большие количества РНК и что количественное определение может быть не совсем точным, поскольку оно включает измерение силы полосы на изображении геля. С другой стороны, дополнительная информация о размере мРНК из Нозерн-блоттинга позволяет различать транскрипты с попеременным сплайсингом.

Другой подход к измерению количества мРНК - это RT-qPCR. В этом методе за обратной транскрипцией следует количественная ПЦР. Обратная транскрипция сначала создает матрицу ДНК из мРНК; эта одноцепочечная матрица называется кДНК. Затем матрицу кДНК амплифицируют на этапе количественного анализа, во время которого флуоресценция, испускаемая мечеными гибридизационными зондами или интеркалирующими красителями, изменяется по мере амплификации ДНК процесс продолжается. С помощью тщательно построенной стандартной кривой кПЦР может произвести абсолютное измерение количества копий исходной мРНК, обычно в единицах копий на нанолитр гомогенизированной ткани или копий на клетку. КПЦР очень чувствительна (теоретически возможно обнаружение единственной молекулы мРНК), но может быть дорогостоящей в зависимости от типа используемого репортера; флуоресцентно меченые олигонуклеотидные зонды дороже, чем неспецифические интеркалирующие флуоресцентные красители.

Последняя правка сделана 2021-05-21 14:22:53
Содержание доступно по лицензии CC BY-SA 3.0 (если не указано иное).
Обратная связь: support@alphapedia.ru
Соглашение
О проекте