блок, располагающийся на расстоянии 25 пар нуклеотидов от точки началатранскрипции. Установлено, что для успешного присоединения РНК-полимеразы IIк промотору необходимо предварительное соединение с ТАТА-блоком особогобелка — фактора транскрипции — с образованием стабильного транскрипционногокомплекса. Именно этот комплекс ДНК с белком узнается РНК-полимеразой II.Последовательности нуклеотидов, примыкающие к ТАТА-блоку, формируюттребуемый для транскрипции элемент, расположенный перед промотором.Другая область, играющая важную роль в регуляции активностиэукариотических генов, располагается на большом расстоянии от промотора (донескольких тысяч пар нуклеотидов) и называется энхансером (от англ. enhance —усиливать).И энхансер, и препромоторный элемент эукариотических генов содержатсерию коротких нуклеотидных последовательностей, которые связываются ссоответствующими регуляторными белками. В результате взаимодействия этихбелков происходит включение или выключение генов.Особенностью регуляции экспрессии эукариотических генов является такжесуществование белков-регуляторов, которые способны контролироватьтранскрипцию многих генов, кодирующих, возможно, другие белки-регуляторы. Всвязи с этим некоторые (главные) белки-регуляторы обладают координирующимвлиянием на активность многих генов и их действие характеризуется плейотропнымэффектом (рис. 3.88). Примером может служить существование белка, которыйактивирует транскрипцию нескольких специфических генов, определяющихдифференцировку предшественников жировых клеток.Регуляция экспрессии многих генов эукариотодним белком-регуляторомВвиду того что в геноме эукариот имеется много избыточной ДНК, а в каждойклетке организма транскрибируется всего 7—10% генов, логично предположение отом, что у них преобладает позитивный генетический контроль, при которомактивация небольшой части генома оказывается более экономичной, нежелирепрессия основной массы генов.Несомненной особенностью регуляции транскрипции у эукариот являетсяподчиненность этих процессов регулирующим влияниям со стороны гормоноворганизма. Последние часто играют роль индукторов транскрипции. Так, некоторые
стероидные гормоны обратимо связываются особыми белками-рецепторами,образуя с ними комплексы. Активированный гормоном рецептор приобретаетспособность соединяться со специфическими участками хроматина, ответственнымиза регуляцию активности генов, в которых рецепторы узнают определенныепоследовательности ДНК.Специфичность регулирующего воздействия гормона на транскрипциюобусловлена не только природой самого гормона, но и природой клетки-мишени,синтезирующей специфический белок-рецептор, который влияет на транскрипциюопределенного для данной клетки набора генов. Примером участия гормонов врегуляции активности определенных генов может служить влияние тестостерона наразвитие тканей организма по мужскому типу при наличии специфического белка-рецептора. Отсутствие последнего при мутации соответствующего гена не даетвозможности гормону проникнуть в ядра клеток-мишеней и обеспечить включениеопределенного набора генов: развивается синдром тестикулярной феминизации, илисиндром Морриса .Следующая особенность регуляции генной активности у эукариот связана собразованием стойкого комплекса ДНК с белками — хроматина (см. разд. 3.5.2.2).Ведущая роль в компактизации ДНК принадлежит гистонам, поэтому они,несомненно, участвуют и в процессах регуляции генной активности (см. разд. 3.5.4).Непременным условием для осуществления транскрипции у эукариот являетсяпредварительная декомпактизация хроматина на соответствующем участке, гдевременно утрачивается связь с Hi-гистонами и несколько ослабляется связь снуклеосомными гистонами. Правда, нуклеосомная организация хроматина неутрачивается даже в ходе транскрипции, однако контакт ДНК и негистоновыхбелков становится возможным и происходит дерепрессия гена.Отличительной особенностью регуляции экспрессии генов у эукариотявляется возможность ее осуществления не только на стадии транскрипции, но и надругих этапах растянутого во времени процесса реализации наследственнойинформации. Регуляция на стадии транскрипции является наиболее экономичной,но недостаточно быстро реагирующей на изменение ситуации. Так, возникшая вклетке потребность в каком-либо белке не может быть быстро удовлетворена путемвключения транскрипции соответствующего гена. Синтезированный транскрипт
должен подвергнуться процессингу, затем зрелая мРНК должна выйти из ядра вцитоплазму и, образуя комплекс с рибосомами, осуществить трансляциюинформации, синтезировав пептид, который, лишь пройдя посттрансляционноеизменение, формирует активный белок, необходимый клетке.В том случае, когда клетке нужно прекратить синтез какого-то продукта,после выключения транскрипции соответствующего гена в цитоплазму некотороевремя будут продолжать поступать созревающие молекулы мРНК, осуществляющиетам синтез пептидных цепей, пока они не деградируют под действием ферментов.Таким образом, для эффективной регуляции экспрессии генов у эукариот должнысуществовать механизмы, работающие не только на стадии транскрипции, но и надругих этапах этого процесса.Связанная с экзон-интронной организацией генов необходимость процессичга,в том числе сплайсинга, делает возможным регуляцию этих процессов в ядре. Внастоящее время обсуждается роль интронных участков ДНК в изменении схемысплайсинга при синтезе антител или цитохрома b. Это создает возможность, используя один и тот же первичный транскрипт, обеспечивать образование матриц для разных пептидов, вырезая из них разные последовательности или изменяя последовательности на 5'- и 3'-концах мРНК.Очевидно, и транспорт зрелых мРНК из ядра в цитоплазму такжерегулируется определенным образом, так как установлено, что лишь небольшая
часть РНК, транскрибируемой с генов, после сплайсинга покидает ядро.
Значительное количество ее деградирует. Возможно, это является результатом
процессинга, приводящего к появлению ≪неправильных≫ матриц.
Существуют механизмы, обеспечивающие регуляцию процессов синтеза
пептидных цепей. Они менее экономичны, но отличаются быстротой реагирования
на изменения потребностей клетки в данном белке. Регуляция трансляции
осуществляется на стадии инициации путем воздействия на один из факторов
инициации, катализирующий присоединение к малой субъединице рибосомы тРНК,
несущей метионин (формилметионин).В результате при наличии в
цитоплазме мРНК трансляции на ней не происходит. Такая ситуация наблюдается,
например, при отсутствии в цитоплазме гема, что ведет к выключению трансляции
глобиновых цепей гемоглобина. Наконец, регуляция процесса реализации наследственной информации может осуществляться и на стадии посттрансляционных изменений. Прекращение этих процессов обусловливает задержку в формировании активных молекул белка при наличии необходимых для этого пептидных цепей. Например, для формирования активной формы белкового гормона — инсулина — из проинсулина должны вырезаться две субъединицы. Торможение этих процессов уменьшает выход конечного активного продукта. Таким образом, рассмотренный выше пример регуляции экспрессии генов демонстрирует сложнейшие взаимосвязи, которые существуют между ними в геноме. Формирование любого признака поэтому нельзя рассматривать как результат действия одной пары аллельных генов в генотипе. В любом случае регуляция экспрессии ответственного за этот признак гена осуществляется при участии других генов.
-
Формы изменчивости, их значение в онтогенезе и эволюции. Модификационная изменчивость. Норма реакции, фено- и генокопии. Экспрессивность и пенентрантность. Развитие фенотипа как результат реализации генотипа в конкретных условиях среды. Комбинативная ашоаизменчивость и ее роль
Модификационная изменчивостьМодификационная изменчивость не вызывает изменений генотипа, она связана с реакцией данного, одного и того же генотипа на изменение внешней среды: в оптимальных условиях выявляется максимум возможностей, присущих данному генотипу. Так, продуктивность беспородных животных в условиях улучшенного содержания и ухода повышается (надои молока, нагул мяса). В этом случае все особи с одинаковым генотипом отвечают на внешние условия одинаково (Ч. Дарвин этот тип изменчивости назвал определенной изменчивостью). Однако другой признак — жирность молока — слабо подвержен изменениям условий среды, а масть животного — еще более устойчивый признак. Модификационная изменчивость обычно колеблется в определенных пределах.
Степень варьирования признака у организма, т. е. пределы модификационной изменчивости, называется нормой реакции.
Широкая норма реакции свойственна таким признакам, как удои молока, размеры листьев, окраска у некоторых бабочек; узкая норма реакции — жирности молока, яйценоскости у кур, интенсивности окраски венчиков у цветков и др.
Фенотип формируется в результате взаимодействий генотипа и факторов среды. Фенотипические признаки не передаются от родителей потомкам, наследуется лишь норма реакции, т. е. характер реагирования на изменение окружающих условий. У гетерозиготных организмов при изменении условий среды можно вызвать различные проявления данного признака.
Свойства модификаций: 1) ненаследуемость; 2) групповой характер изменений; 3) соотнесение изменений действию определенного фактора среды; 4) обусловленность пределов изменччивоти генотипом
Норма реакции — это предел изменчивости определенного признака, в зависимости от окружающих воздействий. Пример: у зайца шире норма реакции на колебания температуры окружающей среды, чем у коров. Корова не может себе позволить безнаказанно гулять зимой и прыгать по сугробам. Зайцы же не плохо себя чувствуют и зимой и летом. А у лошадей узкая норма реакции на изменения состава крови, и малейшее его нарушение может быть фатально для животного. Лошади вынуждены пить исключительно чистую воду и остерегаться даже укуса пчелы. А вот обычные домашние свиньи имеют тот же диапазон значительно шире, вот и способны пить и есть практически что угодно.
Фенокопии — изменения фенотипа под влиянием неблагоприятных факторов среды, по проявлению похожие на мутации. В медицине фенокопии — ненаследственные болезни, сходные с наследственными.одно, без вреда организму.
Генокопии (лат. genocopia) — это сходные фенотипы, сформировавшиеся под влиянием разных неаллельных генов. То есть это одинаковые изменения фенотипа, обусловленные аллелями разных генов, а также имеющие место в результате различных генных взаимодействий или нарушений различных этапов одного биохимического процесса с прекращением синтеза. Проявляется как эффект определенных мутаций, копирующих действие генов или их взаимодействие.