Umumiy tushuncha: eukariot gen regulyatsiyasi

Har xil hujayra turlarida har xil genlar ekspressiyasi qanday amalga oshirilishi. Eukariot gen regulyatsiyasining ulkan tasviri.

Asosiy tushunchalar:

Gen regulyatsiyasi hujayrada DNKdagi genlar ekspressiyasi ustidan (oqsil funksional masulot sintez qilish uchun) oʻrnatilgan nazoratdir.
Koʻp hujayrali organizmlardagi har xil hujayralar bir xil genlar toʻplamiga ega boʻlishiga qaramay, turli xil belgilarni namoyon qiladi.
Hujayradagi genlar ekspressiyasi undagi oqsil va funksional RNKlarni belgilab beradi va hujayraning oʻziga xos xususiyatlarini yuzaga chiqaradi.
Eukariot hujayralarda, masalan, inson hujayrasida gen ekspressiyasi koʻp bosqichlarni oʻz ichiga oladi, regulyatsiya shu bosqichlarning birida sodir boʻlishi mumkin. Lekin koʻplab genlar regulyatsiyasi bevosita transkripsiya bosqichida amalga oshiriladi.

Kirish

Odam tanasi immun hujayralaridan to teri va neyronlargacha boʻlgan yuzlab turdagi har xil hujayra turlarini oʻz ichiga oladi. Bu hujayralarning deyarli barchasi bir xil DNK toʻplamiga ega – shunday ekan, nega ularning tuzilishi va vazifasi har xil? Javob: gen regulyatsiyasi har xil!

Gen regulyatsiyasi hujayralarning turlicha boʻlishini taʼminlaydi

Gen regulyatsiyasi bu hujayraning genomdagi koʻplab genlar ichidan qaysi gen “ishga tushishi” (ekspressiyasi)ni nazorat qilish usulidir. Gen regulyatsiyasi tufayli tanamizdagi deyarli barcha hujayralar bir xil DNK toʻplamiga ega boʻlishiga qaramay, har bir hujayrada alohida aktiv genlar toʻplami mavjud. Turli xil genlar ekspressiyasi tanamizdagi har xil hujayralarning turli xil oqsillar toʻplamiga ega boʻlishiga olib keladi va bu har bir hujayra turining oʻziga xos vazifasini belgilaydi.

Masalan, jigarning vazifalaridan biri spirt kabi zaharli moddalarni qon oqimidan chiqarib tashlashdir. Buning uchun jigar hujayralari alkogol degidrogenaza fermentining subbirliklarini (boʻlaklarini) kodlovchi genlarni ekpressiyalaydi. Ushbu ferment spirtni toksik boʻlmagan molekulalarga parchalaydi. Inson miyasidagi neyronlar tanadagi toksinlarni parchalamaydi, shuning uchun ular bu genlarni ekspressiyalamaydi yoki “oʻchirilgan” holatda saqlaydi. Xuddi shunga oʻxshab, jigar hujayralari neyromediatorlardan foydalanib signal yubormaydi, shuning uchun ular neyromediator genlarini oʻchirilgan holatda saqlaydi.

Jigar hujayralari va neyronlar (yoki koʻp hujayrali organizmdagi har qanday ikkita hujayra turi) oʻrtasida turli xil ekspressiyalanuvchi koʻplab farqli genlar mavjud.

Hujayra qaysi genni “ishga tushirish”ni qanday belgilaydi?

Albatta, bu qiyin savol! Hujayra qaysi genni ekspressiya qilishiga koʻplab omillar taʼsir koʻrsatadi. Turli xil hujayra turlari, yuqorida koʻrib oʻtganimizdek, turli xil genlarni toʻplamini yuzaga chiqaradi. Biroq bir turdagi ikki xil hujayra atrof-muhiti va ichki holatga qarab turli xil genlarni ekspressiyalash xususiyatiga ega boʻlishi mumkin.

Keng maʼnoda, hujayraning gen ekspressiya shakli hujayraning ichidan va tashqarisidan olingan maʼlumotlarga asoslanib belgilanadi deb aytishimiz mumkin.

Hujayra ichkarisidan keladigan maʼlumotga misol: ona hujayradan oʻtgan oqsillar miqdori, DNK shikastlangan yoki shikastlanmaganligi va undagi ATF miqdori.
Hujayra tashqarisidan keladigan maʼlumotga misol: boshqa hujayralardan kelgan kimyoviy signallar, hujayralararo matriksdan kelgan mexanik signal va ozuqa miqdori.

Qanday qilib bu taʼsirlar hujayraga genlar ekspressiyasini “hal qilishda” yordam beradi? Hujayralar inson singari qaror qabul qilmaydi. Aksincha, ular maʼlumotni oʻzgartiradigan molekulyar yoʻllarga ega (masalan, uning retseptorlariga kimyoviy signal bogʻlanishi), bu esa gen ekspressiyasining oʻzgarishiga olib keladi.

Misol tariqasida hujayralar oʻsish omillariga qanday javob berishini koʻrib chiqamiz. Oʻsish faktori nishon hujayraning oʻsishi va boʻlinishiga koʻrsatma beradigan qoʻshni hujayradan kelgan kimyoviy signaldir. Hujayra oʻsish omilini “sezadi” va boʻlinishga “qaror qiladi” deb ayta olamiz, ammo aslida bu jarayonlar qanday sodir boʻladi?

Hujayra oʻsish faktorini hujayra yuzasida retseptor oqsili bilan bogʻlangandan soʻng sezadi va aniqlaydi.
Oʻsish faktori retseptorning shakli oʻzgarishiga olib keladi, hujayrada bir qancha kimyoviy jarayonlarga va transkripsiya faktori deb ataladigan oqsillarning faollashishiga sabab boʻladi.
Transkripsiya omillari yadrodagi maʼlum DNK ketma-ketligi bilan bogʻlanadi va hujayralar boʻlinishi bilan bogʻliq genlar transkripsiyasini kuchaytiradi.
Ushbu genlarning mahsulotlari hujayradagi boʻlinishni (hujayraning oʻsishi va/yoki sikl davomida oldinga siljishini) keltirib chiqaradigan turli xil oqsillardan iborat.

Bu – hujayra tashqi taʼsirlarni gen ekspressiyasini oʻzgartirishga qanday yoʻnaltirishining faqat bitta misoli. Boshqa koʻplab misollar mavjud va gen regulyatsiyasi mexanizmini tushunish bugungi kunda biologiya fani oldiga qoʻyilgan maqsadlardan biridir.

Oʻsish omili (faktori) bu signal kompleksi boʻlib, transkripsiya omili va transkripsiya omili boʻlmagan oqsil nishon molekulalarini aktivlashni oʻz ichiga oladi. Oʻsish faktori signalining qanday ishlashi haqida hujayra ichi signal transduksiyasi maqolasidan maʼlumot olishingiz mumkin.

Eukariot gen ekspressiya regulyatsiyasi koʻp bosqichlarda amalga oshadi

Keyingi maqolalarda biz eukariotlardagi (biz kabi!) gen regulyatsiyasining turli shakllarini koʻrib chiqamiz. Yaʼni biz eukariot hujayralarda genlarning ekspressiyasini DNKdan iRNK sintez qilinishiga qadar oqsillar translyatsiyasi va oqsil protsessingigacha turli bosqichlarda qanday boshqarish mumkinligini bilib olamiz.

Eukariot hujayra genlarining ekspressiyasi koʻplab bosqichlarni oʻz ichiga oladi va ularning deyarli barchasini regulyatsiya qilish mumkin. Turli xil genlar regulyatsiyasi har xil nuqtalarda amalga oshiriladi va genni (ayniqsa, muhim yoki kuchli gen boʻlsa) bir necha bosqichda regulyatsiya qilish koʻp uchraydigan holat emas.

Xromatinning ochiqligi. Xromatin (DNK va unga tuzilish beruvchi oqsillar) strukturasi regulyatsiyasi oson. Ochiq va “yoyilgan” xromatin gen transkripsiyasini qulaylashtiradi.
Tanskripsiya. Transkripsiya koʻp genlar uchun asosiy regulyator nuqta hisoblanadi. Transkripsiya faktori oqsillar toʻplami DNK ketma-ketligiga yoki uning yaqinidagi genga bogʻlanadi va uning RNKga transkripsiyalanishini tezlashtiradi yoki toʻxtatib qoʻyadi.
RNK protsessing. RNK molekulasi splaysingi, qalpoq va poli-A dum biriktirish jarayonlari ham regulyatsiya qilinadi va shu yoʻl bilan uning yadrodan chiqishi taʼminlanadi. Alternativ splaysing jarayoni orqali bitta pre-iRNKdan turli xil iRNK hosil boʻlishi mumkin.

“Reece $^{1}$ ‍ and Purves”dagi diagrammaga asoslangan rasm. $^{2}$ ‍

RNK stabilligi. Sitozoldagi iRNK molekulasining umr koʻrish muddati undan qancha oqsil ishlab chiqarilishiga taʼsir qiladi. miRNK deb nomlangan kichik tartibga soluvchi RNKlar iRNKlarga bogʻlanib, ularning parchalanishiga sabab boʻlishi mumkin.
Translyatsiya. iRNK translyatsiyasi regulyatorlar tomonidan kuchaytirilishi yoki susaytirilishi mumkin. Masalan, miRNKlar baʼzan oʻzining nishoni boʻlgan iRNKlarning translyatsiyasini (parchalashdan koʻra) bloklab qoʻyadi.
Oqsillar aktivligi. Oqsillar turli modifikatsiyalarga uchrashi, yaʼni parchalanishi yoki turli kimyoviy guruhlar biriktirishi mumkin. Bu modifikatsiyalar regulyatsiya qilinishi va oqsillar aktivligiga taʼsir koʻrsatishi mumkin.

Gen ekspressiyasining barcha bosqichlari regulyatsiya qilinishi mumkin boʻlsa-da, koʻplab genlar uchun asosiy nazorat nuqtasi – transkripsiya. Regulyatsiyaning keyingi bosqichlari koʻpincha transkripsiya paytida genlarda yuzaga kelgan “qoʻpol” xatoliklarni toʻgʻrilaydi.

Toʻliq maʼlumot uchun transkripsiya faktorlari va transkripsiyadan keyingi regulyatsiya maqolasi bilan tanishing.

Gen regulyatsiyasi va turlar oʻrtasidagi farqlar

Gen regulyatsiyasidagi tafovutlar koʻp hujayrali organizmdagi hujayralarni (masalan, odam hujayralari) funksiyasi va tuzilishining oʻziga xos boʻlishini taʼminlaydi. Agar kengroq olib qarasak, genlar regulyatsiyasi nisbatan oʻxshash genlar ketma-ketligiga ega turlar orasidagi shakl va vazifalardagi ayrim farqlarni tushuntirishga yordam beradi.

Masalan, odam va shimpanze genomi DNK darajasida

98,8 %

bir-biriga oʻxshaydi. Ayrim genlarning oqsillarni kodlash ketma-ketligi odamlar va shimpanzelarda farq qiladi, bu turlar oʻrtasidagi farqlarni keltirib chiqaradi. Shu bilan birga, tadqiqotchilar genlar regulyatsiyasidagi oʻzgarishlar ham odam va shimpanzening bir-biridan farq qilishida katta rol oʻynaydi deb hisoblaydi. Masalan, shimpanze genomida boʻlgan, ammo inson genomida boʻlmaydigan DNK zanjirida regulyatsiya ketma-ketlik mavjud boʻlib, ular gen qachon yoki qay darajada ekspressiya qilinishini boshqaradi

^{3}

This article is licensed under a CC BY-NC-SA 4.0 license.

Mavzuda keltirilgan iqtiboslar:

Reece, J. B., Urry, L. A., Cain, M. L., Wasserman, S. A., Minorsky, P. V., and Jackson, R. B. (2011). Figure 18.6. Stages in gene expression that can be regulated in eukaryotic cells. In Campbell Biology (10th ed., p. 365). San Francisco, CA: Pearson.
Purves, W. K., Sadava, D. E., Orians, G. H., and Heller, H.C. (2003). Figure 14.11. Potential points for the regulation of gene expression in eukaryotes. In Life: The science of biology (7th ed., p. 290). Sunderland, MA: Sinauer Associates.
Kimball, John W. (2014, April 19). The human and chimpanzee genomes. In Kimball's biology pages. Retrieved from http://www.biology-pages.info/H/HominoidClade.html.

Qoʻshimcha maʼlumotlar:

Alcohol dehydrogenase. (2016, January 6). Retrieved April 26, 2016 from Wikipedia: https://en.wikipedia.org/wiki/Alcohol_dehydrogenase.

Cooper, G. M. (2000). Regulation of transcription in eukaryotes. In The cell: A molecular approach. Sunderland, MA: Sinauer Associates. Retrieved from http://www.ncbi.nlm.nih.gov/books/NBK9904/.

Kimball, John W. (2014, April 19). The human and chimpanzee genomes. In Kimball's biology pages. Retrieved from http://www.biology-pages.info/H/HominoidClade.html.

OpenStax College, Biology. (2016, March 23). Eukaryotic transcription gene regulation. In _OpenStax CNX. Retrieved from http://cnx.org/contents/GFy_h8cu@10.8:7Ry3oRse@5/Eukaryotic-Transcription-Gene-.

OpenStax College, Biology. (2016, March 23). Regulation of gene expression. In _OpenStax CNX. Retrieved from http://cnx.org/contents/GFy_h8cu@10.8:dQV50wLv@7/Regulation-of-Gene-Expression

Phillips, T. (2008). Regulation of transcription and gene expression in eukaryotes. Nature Education, 1(1), 199. Retrieved from http://www.nature.com/scitable/topicpage/regulation-of-transcription-and-gene-expression-in-1086.

Purves, W. K., Sadava, D. E., Orians, G. H., and Heller, H.C. (2003). Transcriptional regulation of gene expression. In Life: The science of biology (7th ed., pp. 290-296). Sunderland, MA: Sinauer Associates.

Reece, J. B., Urry, L. A., Cain, M. L., Wasserman, S. A., Minorsky, P. V., and Jackson, R. B. (2011). Eukaryotic gene expression is regulated at many stages. In Campbell Biology (10th ed., pp. 365-373). San Francisco, CA: Pearson.

Muhokamaga qoʻshilmoqchimisiz?

Kirish

Saralash:

Hozircha izohlar yoʻq.

Ingliz tilini tushunasizmi? Khan Academyʼning inglizcha saytida boʻlayotgan muhokamalarni koʻrish uchun shu yerga bosing.