Файл: 1. Строение пак.pdf

● Передача наследственной информации в поколения;
● Управление биосинтезом белков и других соединений в клетке;
● Восстановление поврежденных генов (репарация);
● Обеспечение наследственной изменчивости клеток и организма;
● Контроль за индивидуальным развитием клеток и организмов;
● Рекомбинация.
Уровни реализации генетической информации это транскрипция и трансляция, см.
вопросы 14 и 15.
25. Регуляция действия генов на дотранскрипционном и на транскрипционном
уровнях.
Претранскрипционный уровень:
● Основан на изменении функциональной активности хроматина, которая зависит от степени его конденсации в районе инициатора СГ2.
● Дефосфорилирование или повторное фосфорилирование гистона Н1;
● Дальнейшее ацетилирование гистонов Н2-Н4 с помощью гистоновых ацетилаз;
● Ослабевают связи между ДНК и коровой частицей, что облегчает присоединение транскрипционных факторов к ДНК;
● Удаление остатка уксусной кислоты гистоновыми деацетилазами приводит к спирализации хроматина и подавлению транскрипции;
● Присоединение метильных остатков к «хвостам» гистонов имеет разные последствия, зависящие от подвергающейся модификации конкретной аминокислоты;
● Метилирование CG-сайтов в составе инициаторов генов специфических функций снижает уровень синтеза и-РНК и приводит к долговременному сайленсингу, или «замалчиванию», гена, поскольку с метилированного инициатора не может начаться транскрипция;
● После оплодотворения в зиготе оказывается взаимодополняющий набор метилированных и неметилированных аллелей генов специфических функций от отца и матери, необходимый для нормального развития нового организма,
причем является важным от кого из родителей унаследован метилированный
(инактивированный) аллель гена. Если путем метилирования в оогенезе окажется выключен материнский ген, то у потомков проявится отцовский аллель этого же гена и наоборот.
● Пример: делеция участка длинного плеча 15 хромосомы (15q11-13). Если хромосома с делецией была получена от отца, то у потомка развивается синдром
Прадера-Вилли, а если от мамы, то с.Ангельмана.
● В том числе происходит инактивация Х-хромосомы у женского пола, так как
Х-хромосома содержит намного больше генов, чем У-хромосома.

Процесс инактивации Х-хромосомы:
● Происходит на раннем этапе эмбрионального развития случайно;
● На Х-хромосоме есть центр инактивации XIC (X inactivation centre);
● В нем расположен ген XIST, кодирующий функциональную Xist-РНК;
● Xisr-РНК связывается с сайтами Х-хромосомы, инактивируя хромосому.
● Привлекаются гетерохроматиновые, негистоновые белки, гистоновые деацетилазы и неканонические гистоны;
● В интерфазе инактивированная Х-хромосома представлена участком факультативного сильно спирализованного гетерохроматина (тельце Барра), она не транскрибируется, кроме нескольких генов (например, XIST), а оставшаяся активной Х-хромосома имеет выключенный ген XIST.
Транскрипционный уровень:
● Реализуется на этапе инициации транскрипции;
● Обусловлен изменением эффективности присоединения РНК-полимеразы к промоторам в составе инициатора генов;
● Регуляторные белки, стимулирующие транскрипцию, - активаторы, а белки,
снижающие транскрипцию — репрессоры:
○ Позитивная индукция - включение гена с помощью белка-активатора,
который присоединяется к инициатору, делает возможным присоединение транскрипционных факторов и РНК- полимеразы для начала транскрипции;
○ Позитивная репрессия - выключение гена за счет прекращения транскрипции путем инактивации белка-активатора с его отсоединением от инициатора;
○ Негативная индукция - включение гена за счет удаления белка-репрессора,
блокировавшего присоединение РНК- полимеразы. Белок-репрессор освобождает инициатор, и синтез и-РНК становится возможным.
○ Негативная репрессия - выключение гена и подавление транскрипции за счет присоединения белка-репрессора к инициатору.
○ Механизм действия белков активаторов и репрессоров заключается в привлечении к промотору гистоновых ацетилаз или деацетилаз, которые изменяют компактизацию хроматина за счет его ацетилирования.
● Изменение активности регуляторных белков с помощью фосфорилирования или взаимодействия с другими белковыми и небелковыми молекулами;
○ Пример: транскрипционный фактор E2F, активирующий репликацию,
который связанс RB-белком.
● Изменения конформации регуляторных белков могут происходить при взаимодействии с сигнальными молекулами - стероидными гормонами или жирорастворимыми витаминами.

● Механизм альтернативной инициации транскрипции:
○ Ген DMD, кодирующий структуру дистрофина, имеет 8
промоторов. Три промотора расположены в инициаторе гена DMD, а пять
— внутри самого гена. Альтернативные промоторы работают в различных тканях на разных этапах эмбрионального развития, что приводит к образованию разных дистрофинов. В связи с различным расположением промоторов, дистрофины будут различаться по длине аминокислотной последовательности в начале белка.

○ При делеции АU-участка нестабильности и-РНК,
транскрибированной с протоонкогена c-FOS, деградация соответствующего РНК-трансткрипта блокируется, и он обнаруживается в клетках опухолей мозга, яичников и крови. Причина - активация онкогена в результате мутации протоонкогена c-FOS.
● Использование малых интерферирующих РНК (mi-РНК);
○ mi-РНК способны гибридизоваться с 3'-некодирущими последовательно- стями конкретных и-РНК, по принципу комплементарности, с обра- зованием фрагментов — mi-РНК-и-РНК;
○ Эти фрагменты РНК распознаются и расщепляются нуклеазами, что приводит к выключению или «замалчиванию» соответствующих генов на уровне транскрипции и/или трансляции.
Альтернативный сплайсинг
Из одной молекулы пре-и-РНК могут образовываться разные варианты зрелых и-РНК
за счет удаления интронов и иногда даже экзонов.
Дефекты сплайсинга - удаление экзонов:
● Ген CYP19 кодирует цитохром-P450 или, которая катализирует превращение андрогенов в эстрогены, синтезирующиеся в яичниках (гонадах), плаценте,
печени плода, коже и жировой ткани;
● При альтернативном сплайсинге в и-РНК клеток яичников лидерный овариальный экзон (для взаимодействия с РС) сохраняется, а в остальных тканях
— удаляется;
● Поэтому в яичниках синтез эстрогена имеет высокий уровень, а в других эстроген-продуцирующих тканях он значительно снижен;
● Нарушение альтернативного сплайсинга и удаление лидерного овариального экзона из и-РНК в клетках гонад приводит к половому инфантилизму за счет снижения уровня синтеза эстрогенов;
● Сохранение овариального экзона при сплайсинге в других тканях приводит к избыточному синтезу эстрогенов и ускоренному половому созреванию у девочек;
● У мальчиков экзон в норме везде должен удаляться, но если он сохраняется, это приводит к мужскому ложному гермафродитизму.
За счет альтернативного сплайсинга возможно образование двух изоформ фермента амилазы: одна работает в слюнных железах и расщепляет крахмал, а вторая —
расщепляет гликоген в клетках печени.
Альтернативное редактирование

Это процесс посттранскрипционного изменения последовательности нуклеотидов и-РНК за счет удаления, вставки или замены 1–2 нуклеотидов.
Пример 1:
● и-РНК полипептида в составе Na+/Ca2+ — канала-симпортера в постсинаптической мембране нейронов гиппокампа в большинстве нейронов не редактируется, и канал транспортирует оба иона.
● В определенных нейронах происходит замена CАG, кодирующего глутамин, на
CCG, кодирующего аргинин, что приводит к потере активности соответствующего белка и к блоку проводимости кальция.
● Нарушение редактирования и-РНК в этом случае может быть причиной наследственной амнезии;
Пример 2:
● Замена глутаминового кодона CAA на стоп-кодон UАА в и-РНК гена АРОВ,
кодирующего аполипопротеин В, участвующий в транспорте холестерола,
жирных кислот и триглицеридов;
● В гепатоцитах и-РНК этого белка не редактируется, в результате синтезируется полноразмерный аполипопротеин В, состоящий из 4536 аминокислотных остатков;
● В энтероцитах происходит редактирование и-РНК, что приводит к образованию укороченного аполипопротеина В, состоящего из 2152 аминокислотных остатков;
● Различия в размерах белка АРОВ обусловлены цитодифференцировкой и являются вариантом нормы.
27. Регуляция действия генов на трансляционном и посттрансляционном
уровнях.
Осуществляется на стадии инициации синтеза белка, при сборке белоксинтезирующего аппарата из зрелой и-РНК, аминоацил-т-РНК, большой и малой рибосомальных субъединиц и факторов трансляции.
Образование информосом:
Зрелые и-РНК 5'-лидерными районами взаимодействуют со специальными белками,
образуя информосомы, и поэтому не соединяются с рибосомами и не транслируются;
Так запасается инактивированная и-РНК в клетках.
Пример 1:
● Образование информосом в оогенезе, с где активно много генов;

● После оплодотворения в зиготе происходит разборка информосом и активация и-РНК для участия в трансляции;
● В зиготе начинается синтез белков для репликации ДНК, дробления зиготы и образования бластомеров, т.е. реализуется материнская генетическая информация;
Пример 2:
● Адаптивная регуляция работы гена ферритина в ответ на поступление ионов железа в клетку;
● В отсутствии железа в клетке лидерный участок и-РНК ферритина формирует шпильки, к которым присоединяется регуляторный белок, что делает и-РНК
неактивной и препятствует трансляции;
● При избыточном поступлении железа в клетку регуляторный белок взаимодействует с ним, изменяет свою конформацию и отсоединяется от и-РНК;
● Освобожденная и-РНК участвует далее в трансляции и в клетке синтезируется ферритин;
● Дефицит ферритина в клетке приводит к избытку свободного железа и сидерозу
— отложению солей железа в тканях и органах.
Модификация факторов инициации трансляции
Пример:
● В эритробластах ККМ при синтезе глобиновых цепей работает протеинкиназа - гем-контролирующий ингибитор;
● Она инактивирует ИФ2 (для фиксации стартовой т-РНК в пептидильном центре рибосомы) его фосфорилированием при недостатке гема;
● Неактивный ИФ2 препятствует трансляции глобиновой и-РНК и глобиновые цепи не синтезируются;
● При появлении в эритробластах гема и его частичном окислении до гемина,
протеинкиназа теряет способность фосфорилировать ИФ2;
● Трансляция глобиновых цепей возобновляется.
Маскировка Кэп-узнающего белка (4Е), который должен связываться с 5'- концом и-РНК.
● Белок-4Е входит в состав инициирующего трансляцию комплекса вместе с факторами инициации ИФ3 и ИФ4;
● Взаимодействие 4Е с кэпом на и-РНК регулируется репрессором,
фосфорилирование которого с помощью mTor-киназы препятствует распознаванию кэпа;
● Маскировка кэпа приводит к невозможности взаимодействия малой субъединицы рибосомы с и-РНК и блоку инициации трансляции.