Регуляция экспрессии генов
-
Регуляция экспрессии генов
- Включает механизмы, используемые клетками для изменения выработки генных продуктов.
- Важна для вирусов, прокариот и эукариот.
- Регулирует процессы развития, адаптации и реагирования на раздражители.
-
Этапы экспрессии генов
- Регулируются от инициации транскрипции до посттрансляционной модификации белка.
- Включают передачу сигналов, транскрипцию, посттранскрипционную модификацию, транспорт РНК, перевод и деградацию мРНК.
-
Структурный уровень регуляции
- Транскрипция зависит от структуры ДНК и гистонов.
- Метилирование ДНК и ацетилирование гистонов влияют на экспрессию генов.
-
Химический уровень регуляции
- Метилирование ДНК подавляет экспрессию генов.
- Ацетилирование гистонов способствует транскрипции.
-
Регуляция транскрипции
- Включает факторы специфичности, репрессоры, общие факторы транскрипции, активаторы и энхансеры.
- Сайленсеры подавляют экспрессию генов.
-
Регуляция с помощью РНК
- МикроРНК, антисмысловая РНК и lncRNA регулируют активность генов.
- lncRNA влияют на экспрессию генов при заболеваниях.
-
Эпигенетическая регуляция
- Модификации ДНК и гистонов регулируют экспрессию генов.
- Включает метилирование ДНК и более 100 модификаций РНК.
-
Особые случаи в биологии и болезнях человека
- Регуляция транскрипции при раке связана с метилированием CpG-островков.
- Регуляция транскрипции при наркомании включает ацетилирование гистонов и метилирование ДНК.
-
Эпигенетические изменения при курении
- 2568 CPG из 942 генов остаются по-разному метилированными у бывших курильщиков и некурящих.
- Эти изменения могут влиять на экспрессию генов.
-
Влияние наркотиков на ДНК
- Наркотики, такие как кокаин, метамфетамин, алкоголь и табачный дым, повреждают ДНК в мозге.
- Репарационные процессы могут изменять метилирование ДНК и гистонов, что способствует образованию эпигенетических рубцов.
-
Регуляция транскрипции при обучении
- Метилирование цитозина в ДНК является основным регуляторным медиатором.
- Метилированные цитозины подавляют транскрипцию в промоторных областях генов.
- Деметилирование CpG-сайтов увеличивает транскрипцию.
-
Посттранскрипционная регуляция
- После транскрипции мРНК регулируется различными процессами, такими как кэппинг, сплайсинг и ядерный экспорт.
- МикроРНК связываются с 3′-UTRs мРНК и регулируют экспрессию генов.
-
Регулирование перевода
- Трансляция мРНК контролируется на уровне инициации.
- РНК-связывающие белки направляют транскрипты к своим мишеням.
-
Примеры генной регуляции
- Индукция ферментов и белков теплового шока.
- Оперон Lac и система GAL4/UAS.
-
Биология развития
- Коллинеарность генов Hox и формирование рисунка кисти.
- Сомитогенез и определение пола у дрозофилы.
-
Повышающая и понижающая регуляция
- Повышающая регуляция увеличивает экспрессию генов.
- Понижающая регуляция снижает экспрессию генов.
-
Индуцируемые и подавляемые системы
- Индуцируемые системы требуют присутствия индуктора для экспрессии генов.
- Подавляемые системы требуют присутствия корепрессора для подавления экспрессии генов.
-
Реакция MIG1 на глюкозу
- MIG1 может ингибировать GAL4
- Это останавливает экспрессию кассеты GAL1/GAL7/GAL10
-
Теоретические схемы регуляции экспрессии генов
- Репрессор/индуктор: активация сенсора изменяет экспрессию гена
- Поддержание уровней транскрипции постоянными/пропорциональными определяемому фактору
- Подавление реакций бегства в сочетании с петлей положительной обратной связи
- Создание генератора за счет временной задержки транскрипции и трансляции
- Усиление сигнала
- Бистабильные переключатели: два гена подавляют друг друга и имеют положительную обратную связь
- Генерация паттернов
-
Методы исследования экспрессии генов
- Экстракты РНК из целых клеток используются для определения изменений генов
- Не дают информации о месте регуляции и могут маскировать противоречивые процессы
- Количественная ПЦР и микрочип ДНК остаются наиболее часто анализируемыми методами
-
Методы изучения различных стадий экспрессии генов у эукариот
- Анализ методом «чип-чип» для определения локального окружения хроматина
- Синтетический анализ генетических массивов для исследования эпистатических взаимодействий
- Ядерные экспресс-анализы для измерения скорости транскрипции
- Разделение фракций РНК для анализа ядерного и цитоплазматического уровней
- Анализ альтернативного сплайсинга с помощью матрицы для сплайсинга или матрицы для разбивки на фрагменты
- Анализ количества транскриптов, связанных с белком, с помощью RIP-Chip
- Масс-спектрометрия для анализа уровня белка
- Измерение скорости деградации РНК и белка с помощью ингибиторов транскрипции и трансляции
-
Дополнительные ресурсы
- Искусственные факторы транскрипции
- Клеточная модель
- Консервативная некодирующая последовательность ДНК
- Усилитель (генетика)
- Структура гена
- Пространственно-временная экспрессия генов
- Системы генов-регуляторов глюкозилтрансфераз (Rgg/SHP)
-
Примечания и ссылки
- Библиография
- Внешние ссылки
- База данных факторов транскрипции растений и платформа для анализа данных о регуляции транскрипции растений
- Регуляция экспрессии генов (MeSH) в США
- Разделы медицинской тематики Национальной медицинской библиотеки (MeSH)
- ChIPBase — открытая база данных для расшифровки транскрипционных регуляторных сетей некодирующих РНК и генов, кодирующих белки, на основе данных ChIP-seq