Asosiy kontent

Course: Biologiya > Unit 16

Lesson 2: Eukariotlarda gen regulyatsiyasi

Transkripsiyadan keyingi regulyatsiya

Alternativ splaysing, miRNK va siRNK, translyatsion initsiatsiya faktorlari & oqsil modifikatsiyalari.

Asosiy tushunchalar:

Gen transkripsiyasi amalga oshgandan keyin ham gen ekspressiyasining regulyatsiyasi turli darajada davom etishi mumkin.
Baʼzi transkriptlar alternativ splaysing jarayonidan oʻtadi, bunda bitta tRNKdan har xil iRNK va oqsil hosil boʻladi.
Baʼzi iRNKlar kichik oʻlchamdagi regulyator mikroRNKlar nishoniga aylanadi, bu esa ularning parchalanishiga yoki translyatsiyaning bloklanishiga sabab boʻladi.
Oqsillarning faolligi regulyatsiyasi translyatsiyadan keyin ham amalga oshirilishi mumkin, masalan, aminokislotalarni olib tashlash yoki kimyoviy guruhlar qoʻshish orqali.

Kirish

Eukariot hujayralarda faol holatda boʻlgan genlar ularning oʻziga xosligi va xususiyatlarini belgilashda katta ahamiyatga ega. Misol uchun, koʻzdagi fotoretseptor hujayralar yorugʻlikka nisbatan sezgir, chunki bosh miyaga signal yetkazib beruvchi nerv hujayralaridagi neyromediator genlari faol boʻlgani singari, fotoretseptor hujayralarda yorugʻlik sezuvchi oqsillarning genlari faol holatda boʻladi.

Fotoretseptorlar singari eukariot hujayralarda gen ekspressiyasi dastlab transkripsiya bosqichida regulyatsiya qilinadi. Ammo bu transkripsiya regulyatsiyaning soʻnggi bosqichi degani emas. Gen ekspressiyasi regulyatsiyasi keyingi bosqichlarida ham davom etishi mumkin. U quyidagicha boʻladi:

Splaysing, qalpoq va poli-A dum biriktirish kabilarni oʻz ichiga oluvchi RNK protsessing jarayoni
Informatsion RNK (iRNK) translyatsiyasi va sitozoldagi yashash vaqti
Oqsil modifikatsiyalari (kimyoviy guruhlar biriktirish)

Quyidagi boʻlimlarda RNK transkripsiyasidan keyin sodir boʻladigan gen regulyatsiyasining umumiy turlari haqida gaplashamiz.

RNK protsessingi regulyatsiyasi

Eukariot hujayra geni yadroda transkripsiya qilingach, hosil boʻlgan birlamchi (yangi sintezlangan) RNK hali yetilmagan hisoblanadi. Bunday molekula pre-iRNK deb nomlanadi.

Pre-iRNK bir qancha kimyoviy modifikatsiyalardan keyin yetilgan iRNKga aylanadi va translyatsiya jarayonini amalga oshirish uchun yadrodan tashqariga chiqariladi. Bu splaysing, qalpoq va poli-A dum biriktirish kabilarni oʻz ichiga oladi. Bu jarayonlar regulyatsiya qilinishi – tezlashtirilishi, sekinlashtirilishi yoki yangicha mahsulot olish uchun oʻzgartirilishi mumkin.

Alternativ splaysing

Aksariyat pre-iRNK molekulalarida olib tashlanadigan qismlar mavjud boʻlib, ular intronlar deb nomlanadi. Yetilgan iRNKda saqlanib qolgan qismlar esa ekzonlar deb ataladi. Bu jarayon splaysing deyiladi.

Alternativ splaysing jarayonida iRNKning turli qismlari ekzon vazifasini bajaradi. Bu bitta pre-iRNKdan ikki yoki undan ortiq turdagi iRNK molekulasini olish imkonini beradi.

Alternativ splaysing tasodifiy hodisa emas, balki regulyator oqsillar tomonidan nazorat qilinadigan jarayon hisoblanadi. Oqsillar pre-iRNKdagi maxsus saytlarga bogʻlanadi va ekzonlar kerakli qism ekanligini splaysing faktorlariga “yetkazadi”. Turli hujayralar har xil regulyator oqsillar ekspressiyasini amalga oshiradi, shuning uchun har bir hujayra turi har xil ekzon kombinatsiyalaridan foydalanib turlicha oqsil ishlab chiqaradi.

Kichik regulyator RNKlar

iRNK yadroni tark etgach, undan oqsil sintez qilish uchun koʻp marotaba foydalanish mumkin. iRNKdan qancha oqsil sintezlanishini aniqlovchi ikkita asosiy vosita: uning “umr koʻrish davomiyligi” (sitozolda qancha vaqt aylanib yurishi) va ribosoma translyatsiya mashinalari unga qanchalik birikishi mumkinligi.

Yaqindagina kashf qilingan kichik regulyator iRNK regulyatorlar sinfi iRNKning umr koʻrish davomiyligini va translyatsiyani nazorat qilishi mumkinligi aniqlandi. Keling, bu qanday ishlashini koʻrib chiqamiz.

mikroRNKlar

mikroRNKlar (miRNKlar) kashf qilingan kichik regulyator RNKlar orasida dastlabkilardan boʻlib aniqlangan. miRNK uzun RNK molekulasi sifatida transkripsiyalanadi, oʻz-oʻzi bilan asos juftlari hosil qilib, toʻgʻnagʻich shaklini oladi.

Keyin toʻgʻnagʻich fermentlar tomonidan parchalanadi va

22

ta nukleotiddan iborat kichik ikki zanjirli fragmentlar hosil boʻladi

^{1}

. Bu fragment zanjirlaridan biri yetilgan miRNK hisoblanadi va u RNK-oqsil kompleksini hosil qilish uchun maxsus oqsil bilan bogʻlanadi.

Rasm “miRNK biogenezi”, Narayanese, CC BY-SA 3.0 dan CC BY-SA 3.0 ruxsatnomasi asosida takomillashtirilgan.

miRNK oqsil kompleksini “mos keluvchi” (miRNK bilan asos jufti hosil qiluvchi) iRNKga yoʻnaltiradi. RNK-oqsil kompleksi iRNKga bogʻlanganda

^{2}

Agar miRNK va uning nishon molekulasi oʻzaro mos boʻlsa, RNK-oqsil kompleksidagi ferment iRNKni teng yarmidan kesadi va uni parchalaydi.
Agar miRNK va uning nishon molekulasida baʼzi bir mos kelmaydigan qismlar boʻlsa, RNK-oqsil kompleksi iRNKga bogʻlangancha qoladi va translyatsiya sodir boʻlmaydi.

Bular miRNK oʻz nishon molekulalari ekspressiyasiga toʻsqinlik qilishining yagona usuli emas va olimlar haligacha ularning faoliyat usullarini oʻrganmoqda

^{3}

Umuman olganda, miRNKlar organizmda qanday vazifalarni bajaradi? Ularning bevosita vazifasi nishon genlar ekspressiyasini susaytirish, lekin bu vazifani bajarishda har xil natijalarni olish mumkin.

Misol uchun, sichqonlarda maxsus miRNK qon aylanish tizimi rivojlanishi va funksiyasida asosiy rolni oʻynaydi. Sichqonlar ushbu miRNK faoliyatisiz yuragida nuqson bilan rivojlanishi va yashab qola olmasligi mumkin. Odam organizmidagi saraton va yurak gipertrofiyasi singari kasalliklar ham miRNKlarda ekspressiya darajasida yuz beradigan oʻzgarishlar bilan bogʻliq

^{4}

Translyatsiya regulyatsiyasi

Biz miRNKlar translyatsiya jarayoniga toʻsqinlik qilishi haqida gapirib oʻtgan edik, lekin hujayrada yana bir qancha iRNK translyatsiyasini boshqarish usullari mavjud. Ulardan eng asosiysi – bu translyatsiya initsiatsiyasi.

Translyatsiya boshlanishi uchun ribosoma va RNK-oqsil kompleksi iRNK bilan bogʻlanishi kerak. Bu jarayonda ribosomalar toʻgʻri joylashganini nazorat qiluvchi “yordamchi" oqsillar qatnashadi. “Yordamchi” oqsillarning faolligi va imkoniyatlari oʻzgarishi orqali translyatsiya keng miqyosda (hujayradagi har bir iRNK uchun) regulyatsiya qilinishi mumkin.

Buning ham iloji bor! Garchi biz keng miqyosdagi regulyatsiyani taʼkidlayotgan boʻlsak ham, maxsus (spetsifik) iRNKlar regulyatsiyasi ham shu tarzda kechishi mumkin.

Misol uchun, maxsus iRNKdagi ketma-ketliklarni taniydigan oqsil shu ketma-ketlikka birikib, iRNKda translyatsion initsiatsiya kompleksi hosil boʻlishining oldini oladi (yoki kuchaytiradi), natijada translyatsiyani susaytiradi (yoki kuchaytiradi).

Masalan, translyatsiya boshlanishi uchun eukariot initsiatsiya faktor-2 (eIF-2) deb nomlangan oqsil ribosomaning kichik subbirligiga bogʻlanishi kerak. eIF-2 ning bogʻlanishi fosforillanish, yaʼni oqsilga fosfat guruhi birikishi orqali boshqariladi.

eIF-2 fosforillangan boʻlsa, “oʻchirilgan” boʻladi – shakli oʻzgarib, translyatsiya jarayonidagi oʻz vazifasini bajara olmaydi, natijada translyatsiya boshlanmaydi. Agar eIF-2 fosforillanmagan boʻlsa, u “ishga tushadi” va initsiatsiya bosqichidagi vazifasini bajaradi va translyatsiya boshlanadi.

Bu vaziyatda eIF-2 ning fosforillanishi translyatsiyani oʻchirib yoquvchi tugma vazifasini bajaradi. Translyatsiya inaktivatsiyasi hujayra yangi oqsil sintez “qila olmaydigan” paytlarda juda yaxshi usul hisoblanadi (masalan, hujayrada oziq moddalar yetishmagan vaqtlarda)

^{5}

Oqsillar regulyatsiyasi translyatsiyadan keyin ham amalga oshirilishi mumkin

Sintezlanishi yakuniga yetgan oqsillar uchun ham regulyator mexanizmlar mavjud. Bu vaziyatlarda, oqsilni “tahrirlash”, yaʼni aminokislotalarni olib tashlash yoki kimyoviy modifikatsiyalarni qoʻshish oqsilning aktivligi va faoliyati oʻzgarishiga olib keladi. Ushbu protsessing va modifikatsiyalar regulyatsiya maqsadida amalga oshirilishi mumkin.

Masalan, ayrim oqsillar aktivlanishi uchun proteolitik yoʻl orqali kesiladi. Qandli diabet bilan ogʻrigan insonlar tomonidan ishlatiladigan insulin bunga bir misol. Boshqa oqsillarga metil, fosfat, atsetil va ubikvitin guruhlari birikishi mumkin. Koʻpincha bu guruhlar oqsil aktivligini nazorat qilish uchun dinamik tarzda biriktiriladi yoki olib tashlanadi.

Kimyoviy guruhlarning birikishi oqsillar aktivligi va qayta ishlov berilishdan oldin ular hujayrada faoliyat koʻrsatadigan vaqtni regulyatsiya qiladi. Ayrim hollarda kimyoviy modifikatsiya oqsilning qayerda joylashishini ham boshqaradi (misol uchun, yadroda, sitoplazmada yoki plazmatik membranaga birikkan holatda boʻlishini).

Fosforillanish

Eng koʻp tarqalgan post-translyatsion modifikatsiyalardan biri bu fosforillanish hisoblanadi, bunda oqsilga fosfat guruhi birikadi. Fosforillanish xususiyati oqsillar oʻrtasida oʻzgaruvchan hisoblanadi: baʼzilari fosforillanish natijasida aktivlanadi, boshqalari esa aktivligini yoʻqotadi va yana baʼzilari oʻz faoliyatini oʻzgartiradi (boshqa moddalar bilan taʼsirlashadi yoki hujayraning turli qismiga yoʻnaladi).

Bunga misol sifatida eIF-2 ning fosfat guruhi bilan taʼsirlashishi natijasi (translyatsiya bloklanishi)ni yuqorida koʻrib oʻtdik. Lekin aksariyat oqsillar hujayradagi vazifasiga bogʻliq ravishda tanlanib, fosforillanadi.

Ubikvitinlash

Oqsillarga ubikvitin deb nomlangan kimyoviy yorliq birikishi orqali ularning parchalanishi belgilanadi. Ubikvitin bilan nishonlangan oqsillar “qayta ishlash markazi” boʻlgan proteosomaga joʻnatiladi va tarkibiy qismlarga parchalanadi. Ubikvitinlash hujayrada oqsil miqdori doimiyligini nazorat qilishning muhim usuli hisoblanadi.

Mavzuga oid manbalar:

Ushbu maqola quyidagi maqolalarning oʻzgartirilgan hosilasidir:

“Eukaryotic translational and post-translational gene regulation,” by OpenStax College, Biology, CC BY 4.0. Download the original article for free at http://cnx.org/contents/185cbf87-c72e-48f5-b51e-f14f21b5eabd@10.53.
“Eukaryotic post-transcriptional gene regulation,” by OpenStax College, Biology, CC BY 4.0. Download the original article for free at http://cnx.org/contents/185cbf87-c72e-48f5-b51e-f14f21b5eabd@10.53.

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

Mavzuda keltirilgan iqtiboslar:

Carthew, R. W. and Sontheimer, E. J. (2009). Origins and mechanisms of miRNAs and siRNAs. Cell, 136(4), 648. http://dx.doi.org/10.1016/j.cell.2009.01.035.
Carthew, R. W. and Sontheimer, E. J. (2009). Origins and mechanisms of miRNAs and siRNAs. Cell, 136(4), 650. http://dx.doi.org/10.1016/j.cell.2009.01.035.
Carthew, R. W. and Sontheimer, E. J. (2009). Origins and mechanisms of miRNAs and siRNAs. Cell, 136(4), 652. http://dx.doi.org/10.1016/j.cell.2009.01.035.
Sayed, Danish and Abdellatif, Maha. (2011). MicroRNAs in development and disease. Physiological Reviews 91(3), 831, 837-839. http://physrev.physiology.org/content/physrev/91/3/827.full.pdf.
Sonenberg, Nahum and Hinnebusch, A. G. (2009). Regulation of translation initiation in eukaryotes: Mechanisms and biological targets. Cell 136(4), 731. http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/19239892.

Qoʻshimcha maʼlumotlar:

Alternative splicing. (2016, February 22). Retrieved April 26, 2016 from Wikipedia: https://en.wikipedia.org/wiki/Alternative_splicing.

Bender, E. (2014, September 1). The second coming of RNAi. In The scientist. Retrieved from http://www.the-scientist.com/?articles.view/articleNo/40871/title/The-Second-Coming-of-RNAi/.

Carthew, R. W. and Sontheimer, E. J. (2009). Origins and mechanisms of miRNAs and siRNAs. Cell, 136(4), 642-655. http://dx.doi.org/10.1016/j.cell.2009.01.035.

Gu, S. and Kay, M. A. (2010). How do miRNAs mediate translational repression? Silence, 1, 11. http://dx.doi.org/10.1186/1758-907X-1-11.

Mack, G. S. (2011). MicroRNA gets down to business. Nature Biotechnology, 25, 631-638. http://dx.doi.org/doi:10.1038/nbt0607-631.

National Center for Biotechnology Information. (n.d). RNA interference (RNAi). In Probe: Reagents for functional genomics. Retrieved from http://www.ncbi.nlm.nih.gov/genome/probe/doc/TechRnai.shtml.

OpenStax College, Biology. (2016, March 23). Eukaryotic post-transcriptional gene regulation. In OpenStax CNX. Retrieved from http://cnx.org/contents/GFy_h8cu@10.8:wf3BMwl1@7/Eukaryotic-Post-transcriptiona.

OpenStax College, Biology. (2016, March 23). Eukaryotic translational and post-translational gene regulation. In OpenStax CNX. Retrieved from http://cnx.org/contents/GFy_h8cu@10.8:8ZPIxfRy@5/Eukaryotic-Translational-and-P.

Phillips, T. (2008). Small non-coding RNA and gene expression. Nature Education, 1(1), 115. Retrieved from http://www.nature.com/scitable/topicpage/small-non-coding-rna-and-gene-expression-1078.

Reece, J. B., Urry, L. A., Cain, M. L., Wasserman, S. A., Minorsky, P. V., and Jackson, R. B. (2011). Mechanisms of post-transcriptional regulation. In Campbell biology (10th ed., pp. 372-373). San Francisco, CA: Pearson.

Reece, J. B., Urry, L. A., Cain, M. L., Wasserman, S. A., Minorsky, P. V., and Jackson, R. B. (2011). Noncoding RNAs play multiple roles in controlling gene expression. In Campbell biology (10th ed., pp. 374-376). San Francisco, CA: Pearson.

Sayed, Danish and Abdellatif, Maha. (2011). MicroRNAs in development and disease. Physiological Reviews 91(3), 827-887. http://physrev.physiology.org/content/physrev/91/3/827.full.pdf.

Shyu, A.-B., Wilkinson, M. F., and van Hoof, A. (2008). Messenger RNA regulation: To translate or to degrade. EMBO J., 27(3), 471-481. http://dx.doi.org/10.1038/sj.emboj.7601977.

Sonenberg, N. and Hinnebusch, A. G. (2009). Regulation of translation initiation in eukaryotes: Mechanisms and biological targets. Cell, 136(4), 731-745. http://dx.doi.org/10.1016/j.cell.2009.01.042.

Suh, N. and Blelloch, R. (2011). Small RNAs in early mammalian development: From gametes to gastrulation. Development, 138, 1653-1661. http://dx.doi.org/10.1242/dev.056234.

Wang, Z. and Burge, C. B. (2008). Splicing regulation: From a parts list of regulatory elements to an integrated splicing code. RNA, 14(5), 802-813. http://dx.doi.org/10.1261/rna.876308.

Muhokamaga qoʻshilmoqchimisiz?

Kirish

Saralash:

Hozircha izohlar yoʻq.

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