Биологический каталог




Современная генетика. Том 2

Автор Ф.Айала, Дж.Кайгер

рминаторно го участка. Таким образом, контроль уровня данной мРНК в клетк< осуществляется через взаимодействие с промотором. Однако в контро ле транскрипции может участвовать и терминатор, если он расположи на участке между промотором и самим регулируемым геном. В следую щих разделах будут обсуждаться оба названных типа регуляции Участки нуклеотидной последовательности, узнаваемые холофермен-том РНК-полимеразы и существенные для инициации транскрипции были локализованы с помощью определения последовательности фрагментов ДНК, которые при связывании фермента оказываются защищенными от действия нуклеаз. Сравнение большого набора таких последовательностей показывает, что не существует единой промоторной последовательности. Многие различающиеся по структуре последовательности ДНК могут с различной эффективностью узнаваться РНК-полимеразой, что отражает известные различия в характеристических значениях максимального уровня транскрипции различных транскрипционных единиц. В то же время такое сравнение позволяет выявить некоторые структурные особенности, общие для большинства известных промоторов (обобщенные последовательности), необходимые для взаимодействия с РНК-полимеразой. На рис. 15.3 показаны обобщенные последовательности промоторных участков, узнаваемых холофермен-том РНК-полимеразы E.coli. Транскрипция начинается с нуклеотида, обозначенного + 1. Последовательности, необходимые для взаимодействия с РНК-полимеразой, находятся в этом положении в области — 10604020

+ 1

+20

Участок,

защищаемый

полимеразои

"Открытый" участок

мРНК

Обобщенный промотор

5'TTGACA ТАТААТ CAT

35 -10 + 1

?3'

Рис. 15.3. Общая структура промоторов Е. coli. Отмечены общие последовательности, содержащие высококонсервативные нуклео-тиды. Показаны последовательности, входящие в состав некодирующеи цепи, комплементарной той, которая используется РНК-полимеразои в качестве матрицы. Подробности-в тексте.

(ТАТААТ-так называемый Прибнов-бокс) и — 35 (TTGACA). Мутации, влияющие на промоторную активность, почти всегда либо локализованы в этих участках, либо изменяют расстояние между ними. Считается, что области — 10 и — 35 промоторов узнаются белком а, необходимым для точной инициации транскрипции. После узнавания промотора в нативной «закрытой» спирали ДНК холофермент РНК-полимеразы образует «открытый комплекс», в котором произошло плавление небольшого участка спирали из 164 8 п. н. Этот район помечен на рис. 15.3. В него входит нуклеотид 4-1 матричной цепи и часть Прибнов-бокса.

Терминация синтеза РНК осуществляется на специальных последовательностях ДНК (терминаторах). Анализ последовательностей, расположенных на З'-конце РНК-транскриптов, позволяет выявить общие структурные особенности, дающие основания полагать, что прежде, чем " быть узнанными, терминаторные последовательности считываются РНК-полимеразой. Часто эти транскрипты заканчиваются цепочкой уридиновых нуклеотидов, которой предшествует участок, содержащий внутренние взаимно комплементарные последовательности в противоположных ориентациях. Как известно, такие последовательности способны образовывать шпилечные структуры. Область «шпильки» обычно обогащена GC-парами, придающими этой структуре большую стабильность. Примеры строения З'-концов некоторых транскриптов представлены на рис. 15.4.

Движение РНК-полимеразы вдоль ДНК в ходе транскрипции сопровождается перемещением участка расплавленной ДНК, в котором З'-концевая область синтезируемой РНК связана водородными связями с матричной комплементарной цепью ДНК (рис. 15.5, А). После считывания терминаторного участка в области комплементарных взаимодействий между матричной цепью ДНК и образовавшимся РНК-тран-скриптом может произойти резкая перестройка, связанная с образованием новой системы водородных связей («шпильки»), как показано на рис. 15.5,?. Эта перестройка может приводить к терминации транскрипции. Как это происходит в деталях, пока неизвестно. Считают, что непосредственно перед терминацией возникшая шпилечная структура узнается белком NusA- одним из компонентов РНК-полимеразы. Образование РНК-шпильки может вызывать сужение области плавления ДНК

Рис. 15.4. З'-Концевые последовательности четырех мРНК, образующихся при транскрипции генов фага X, фага Р22, а также trp-оперона Е. coli. Круглые скобки отмечают вариабельность концевой последовательности транскрипта. В квадратных скобках-неточно идентифицированные остатки. (По Rosenberg М., Court D., 1979. Ann. Rev. Gen. 13, 319.)

U A U U U U

A-U

C-G

G-C

U-A

A-U

U-A

G-C

U-A

G-U

G-U

С С U A U С A A(U С А А)

Р22-оор СС

и с

U-G G-C U-A C-G A-U А С A-U A-U C-G U-A C-G C-G G-C G-U

U С А [С И U U]U U U trp а

А A U U G С А

C-G

G-C

C-G

C-G

C-G

G-C

A-U

ССС UUUUUU

trp t

исс

U G G-C A-U C-G C-G G-C C-G C-G

G-CAUUUU

Рис. 15.5. Возможный механизм терминации транскрипции, связанной с образованием шпилечной структуры в новосинтезированном РНК-транскрипте. Подробности-в тексте. (По Piatt Т., 1980. Cell, 24, 10.)

за счет смыкания участков матричной и комплементарной ей цепей ДНК. Кроме того, концевая последовательность РНК-транскрипта, состоящая в основном из остатков рибоуридина, и комплементарный по-лидезоксиаденозиновый участок матричной цепи ДНК образуют, как известно, не слишком прочную систему водородных связей. Это также может способствовать диссоциации РНК-транскрипта от матричной цепи ДНК.

Lac-оперон

Генетический анализ системы утилизации лактозы клетками E.coli, осуществленный Франсуа Жакобом и Жаком Моно, можно назвать важнейшим шагом на пути к пониманию механизмов регуляции бактериальных генов. На базе этого исследования была впервые сформулирована модель структурно-функциональной организации оперона. Для утилизации лактозы клетке необходимы продукты двух тесно сцепленных цистронов. Это ген lacZ+, кодирующий Р-галактозидазу (рис. 15.1), и ген lacY + , кодирующий пермеазу, которая обеспечивает активный транспорт лактозы в клетку. Третий ген lacA+, кодирующий фермент тиогалактозидтрансацетилазу, регулируется координированно с генами lacZ+ и lacY + , но не имеет непосредственного отношения к утилизации лактозы. Эти гены картируются в последовательности Z-Y-A.

Синхронная индукция всех трех белков реализуется через синтез одной общей полицистронной мРНК. Обычно в отсутствие индуктора уровень транскрипции генов lac очень невелик и в клетке имеются лишь очень малые количества р-галактозидазы и пермеазы. В то же время удается легко отобрать мутанты (так называемые конститутивные мутанты), которые и в отсутствие индуктора продуцируют большие количества этих белков, такие же, как нормальные клетки в условиях индукции. Все эти конститутивные мутанты содержат мутации вблизи гена Z и на достаточном удалении от генов Y и А. Как показал комплемен-тационный анализ, такие мутанты можно разбить на два класса: / ~ (не-индуцибельные) и Ос (операторно-конститутивные). С использованием элементов F'lac или конъюгативных мерозигот (см. гл. 8) можно получить частичные диплоиды, включающие такие мутации. Фенотипические проявления частичных диплоидов этого типа свидетельствуют, что мутации Г и 0е оказывают принципиально различное влияние на синтез Р-галактозидазы. Из перечисленных в таблице 15.1 частичных диплоидов два первых характеризуются нормальным индуцибельным фенотипом, что указывает на рецессивный характер мутации J ". Ген / + осуществляет нормальный контроль экспрессии гена Z+ в случае обоих частично диплоидных генотипов независимо от того, находится ли ген Z + на той же хромосоме, что и J +, или на другой. В случае двух по

следних частичных диплоидов (табл. 15.1), напротив, как мутантный 0е так и нормальный О + гены оказывают влияние только на ген Z +, рас положенный на той же самой хромосоме. (В этом случае говорят, чте гены действуют только в t/uc-положении, а мутации в таких генах чаете называют г^мс-доминантными.) Если на хромосоме, несущей ген Z + присутствует ген О +, то наблюдается индуцибельный синтез р-галактозидазы, однако, если вместо него присутствует ген 0е, синтез фермента оказывается конститутивным.

Для объяснения этих наблюдений Жакоб и Моно в 1961 г. выдвинули предположение о том, что транскрипция генов Z, У и А находится под контролем регуляторного участка, названного оператором (ген О +) Они также предположили, что регуляция транскрипции на операторном участке осуществляется репрессором, продуктом гена J +. Для репрессо-ра были постулированы две функции. Одна из них-это связывание с оператором, подавляющее транскрипцию. Другая-связывание с индуктором. Авторы гипотезы предположили, что связывание репрессора

А Промоторе Оператор

Молекулы

репрессора

Нормальная хромосома

Мутантная хромосома

А

предотвращая транскрипцию обоих лак-тозных оперонов. Поэтому в таких частичных диплоидах синтез В-галактозидазы скорее индуцибельный, чем конститутивный.

с молекулой индуктора вызывает диссоциацию комплекса репрессор-оператор и тем самым делает возможной транскрипцию (рис. 15.6). Таким образом, гены Z, У и А вместе с промоторным и операторным участками, контролирующими их транскрипцию, образуют так называемый оперон. Под этим понятием подразумевают набор примыкающих друг к другу генов, находящихся под контролем общего репрессора, действие которого регулируется с помощью связывания с молекулами индуктора или эффектора. Эта гипотеза объясняет как рецессивный характер мутаций / ~, так и г/мс-действие гена О (см. рис. 15.7 и 15.8).

Рецессивное проявление мутации / " в частичном диплоиде, содержащем ген I+, объясняется просто тем, что ген / + поставляет достаточное количество молекул репрессора для связывания с обоими операторными участками и обеспечения индуцибельности синтеза р-галактозидазы. С другой стороны, присутствие аллелей 0е и 0+ в частичном диплоиде отражается на контроле транскрипции гена р-галактозидазы, расположенного только на той же самой хромосоме. В отличие от гена / функционирование гена О не связано с образованием каких-либо свободно

страница 36
< К СПИСКУ КНИГ > 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75

Скачать книгу "Современная генетика. Том 2" (5.25Mb)


[каталог]  [статьи]  [доска объявлений]  [обратная связь]

п»ї
Rambler's Top100 Химический каталог

Copyright © 2009
(21.03.2019)