cum știe o genă, care constă dintr-un șir de ADN ascuns în nucleul unei celule, când ar trebui să se exprime? Cum provoacă această genă producerea unui șir de aminoacizi numiți proteină? Cum știu diferite tipuri de celule ce tipuri de proteine trebuie să producă? Răspunsurile la astfel de întrebări se află în studiul expresiei genelor., Astfel, această colecție sau articole începe prin a arăta modul în care un șir liniștit, bine păzit de ADN este exprimat pentru a face ARN și modul în care ARN-ul mesager este tradus din codificarea acidului nucleic în codarea proteinelor pentru a forma o proteină. Pe parcurs, setul de articole examinează, de asemenea, natura codului genetic, modul în care au fost prezise elementele codului și modul în care au fost determinați codonii reali.
în continuare, ne îndreptăm spre reglarea genelor. Genele nu pot controla un organism pe cont propriu; mai degrabă, ele trebuie să interacționeze și să răspundă la mediul organismului., Unele gene sunt constitutive, sau întotdeauna „pe”, indiferent de condițiile de mediu. Astfel de gene sunt printre cele mai importante elemente ale genomului unei celule și controlează capacitatea ADN-ului de a se replica, de a se exprima și de a se repara. Aceste gene controlează, de asemenea, sinteza proteinelor și o mare parte din metabolismul central al organismului. În schimb, genele reglementate sunt necesare doar ocazional-dar cum se activează aceste gene „on” și „off”? Ce molecule specifice controlează atunci când sunt exprimate?
Se pare că reglementarea unor astfel de gene diferă între procariote și eucariote., Pentru procariote, majoritatea proteinelor de reglementare sunt negative și, prin urmare, opresc genele. Aici, celulele se bazează pe legarea moleculelor mici de proteine, în care un ligand sau o moleculă mică semnalează starea celulei și dacă este necesară expresia genelor. Proteina represor sau activator se leagă în apropierea țintei sale de reglementare: gena. Unele proteine de reglementare trebuie să aibă un ligand atașat la ele pentru a se putea lega, în timp ce altele nu sunt capabile să se lege atunci când sunt atașate la un ligand. În procariote, majoritatea proteinelor de reglementare sunt specifice unei gene, deși există câteva proteine care acționează mai larg., De exemplu, unii represori se leagă aproape de începutul producției de ARNm pentru un întreg operon sau un grup de gene coregulate. Mai mult, unele represoare au un sistem de reglare fină cunoscut sub numele de atenuare, care utilizează structura ARNm pentru a opri atât transcrierea, cât și traducerea, în funcție de concentrația enzimelor produsului final al unui operon. (În eucariote, nu există un echivalent exact al atenuării, deoarece transcrierea are loc în nucleu și traducerea are loc în citoplasmă, ceea ce face imposibilă acest tip de efect coordonat.,) Un alt strat de reglare procariotică afectează structura ARN polimerazei, care se transformă pe grupuri mari de gene. Aici, factorul sigma al ARN polimerazei se schimbă de mai multe ori pentru a produce spori rezistenți la căldură și desicare. Aici, articolele despre reglementarea procariotică se aprofundează în fiecare dintre aceste subiecte, ducând în multe cazuri la literatura primară.
pentru eucariote, diferențele celule-celule sunt determinate prin exprimarea diferitelor seturi de gene., De exemplu, un ovul fertilizat nediferențiat arată și acționează destul de diferit de o celulă a pielii, un neuron sau o celulă musculară din cauza diferențelor dintre genele pe care le exprimă fiecare celulă. O celulă canceroasă acționează diferit de o celulă normală din același motiv: exprimă gene diferite. (Folosind analiza microarray, oamenii de știință pot folosi astfel de diferențe pentru a ajuta la diagnosticarea și selectarea tratamentului adecvat pentru cancer.) Interesant, în eucariote, starea implicită a expresiei genelor este „off”, mai degrabă decât” on”, ca în procariote. De ce este acest caz?, Secretul constă în cromatină sau complexul de proteine ADN și histone găsite în nucleul celular. Histonele sunt printre cele mai conservate proteine evolutive cunoscute; ele sunt vitale pentru bunăstarea eucariotelor și pentru schimbarea mică a pârâului. Când o genă specifică este strâns legată de histonă, acea genă este „oprită.”Dar cum reușesc genele eucariote să scape de această tăcere? Aici intră în joc Codul histone., Acest cod include modificări ale aminoacizilor încărcați pozitiv de histone pentru a crea unele domenii în care ADN-ul este mai deschis și altele în care este foarte strâns legat. Metilarea ADN – ului este un mecanism care pare a fi coordonat cu modificările histonei, în special cele care duc la reducerea la tăcere a expresiei genelor. ARN – urile mici care nu codifică, cum ar fi RNAi, pot fi, de asemenea, implicate în procesele de reglementare care formează cromatină „silențioasă”., Pe de altă parte, atunci când cozile moleculelor de histonă sunt acetilate în locații specifice, aceste molecule au o interacțiune mai mică cu ADN-ul, lăsându-l astfel mai deschis. Reglementarea deschiderii unor astfel de domenii este un subiect fierbinte în cercetare. De exemplu, cercetătorii știu acum că complexele de proteine numite complexe de remodelare a cromatinei folosesc ATP pentru a reambala ADN-ul în configurații mai deschise. Oamenii de știință au stabilit, de asemenea, că este posibil ca celulele să mențină același cod de histonă și modele de metilare a ADN-ului prin multe diviziuni celulare., Această persistență fără a se baza pe împerecherea de bază se numește epigenetică și există dovezi abundente că modificările epigenetice provoacă multe boli umane.
pentru ca transcrierea să aibă loc, zona din jurul unei zone prospective de transcriere trebuie să fie derulată. Acesta este un proces complex care necesită coordonarea modificărilor histonei, legarea factorului de transcripție și alte activități de remodelare a cromatinei. Odată ce ADN-ul este deschis, secvențele ADN specifice sunt apoi accesibile pentru ca proteinele specifice să se lege., Multe dintre aceste proteine sunt activatori, în timp ce altele sunt represoare; în eucariote, toate aceste proteine sunt adesea numite factori de transcripție (TFs). Fiecare TF are un domeniu specific de legare a ADN-ului care recunoaște un motiv de 6-10 perechi de bază în ADN, precum și un domeniu efector. În eprubeta, oamenii de știință pot găsi o amprentă a unui TF dacă acea proteină se leagă de motivul său de potrivire într-o bucată de ADN. Ei pot vedea, de asemenea, dacă legarea TF încetinește migrarea ADN-ului în electroforeza în gel.,
pentru un TF activator, domeniul efector recrutează ARN polimeraza II, polimeraza producătoare de ARNm eucariotă, pentru a începe transcripția genei corespunzătoare. Unele TFs care activează chiar activează mai multe gene simultan. Toate TFs se leagă la promotorii doar în amonte de genele eucariote, similar cu proteinele de reglementare bacteriene. Cu toate acestea, ele se leagă și în regiuni numite potențiatori, care pot fi orientați înainte sau înapoi și localizați în amonte sau în aval sau chiar în intronii unei gene și încă activează expresia genelor., Deoarece multe gene sunt corelate, studierea expresiei genelor în întregul genom prin microarrays sau secvențiere masiv paralelă permite anchetatorilor să vadă care grupuri de gene sunt corelate în timpul diferențierii, cancerului și a altor stări și procese.
majoritatea eucariotelor folosesc, de asemenea, ARN-uri mici care nu codifică pentru a regla expresia genelor. De exemplu, enzima Dicer găsește regiuni dublu catenare de ARN și taie bucăți scurte care pot servi într-un rol de reglementare. Argonautul este o altă enzimă care este importantă în reglarea sistemelor mici dependente de ARN., Aici oferim un articol introductiv despre aceste ARN – uri, dar este nevoie de mai mult conținut; vă rugăm să contactați editorii dacă sunteți interesat să contribuiți.
imprimarea este încă un proces implicat în reglarea genelor eucariote; acest proces implică reducerea la tăcere a uneia dintre cele două alele ale unei gene pentru întreaga durată de viață a unei celule. Imprimarea afectează o minoritate de gene, dar sunt incluse mai multe regulatoare de creștere importante. Pentru unele gene, copia maternă este întotdeauna tăcută, în timp ce pentru diferite gene, copia paternă este întotdeauna tăcută., Semnele epigenetice plasate pe aceste gene în timpul formării ouălor sau spermatozoizilor sunt copiate fidel în fiecare celulă ulterioară, afectând astfel aceste gene pe tot parcursul vieții organismului.
încă un alt mecanism care face ca unele gene să fie reduse la tăcere pentru întreaga viață a unui organism este inactivarea X. La mamiferele femele, de exemplu, una dintre cele două copii ale cromozomului X este oprită și compactată foarte mult., Această închidere proces necesită transcriere, participarea a doi RNAs noncodant (dintre care unul straturi inactive cromozom X), și participarea ADN-proteine de legare numit CTCF. Ca posibil rol de reglementare RNAs noncodant în acest proces este investigat, mai multe informații cu privire la X inactivare, fără îndoială, va fi descoperit.