Молекулярная биология, избранные разделы - Ашмарин И.П.
Скачать (прямая ссылка):
Регуляция синтеза белка у высших организмов на пост-транскрипционном уровне исследована пока в гораздо меньшей мере, чем на уровне транскрипции. К ней относятся прежде всего системы контроля, направленные на мРНК после завершения ее синтеза, но до того, как она вступила в контакт с рибосомами. Полагают, что именно через эти механизмы осуществляется влияние части гормонов на синтез соответствующих энзимов. Довольно обстоятельные, хотя преимущественно косвенные, обоснования такого рода системы представлены на примере индукции аминотрансферазы в клетках гепатомы крысы стероид-
ными гормонами надпочечника (Tomkins et al., 1969; Gelehrter, Tomkins, 1970). Целый ряд свойств этой модели был необъясним, если исходить из представлений о действии гормона через транскрипцию. В частности, яд транскрипции — актиномицин D — в высоких концентрациях не только не препятствовал индукции синтеза энзима, но усиливал ее, а также поддерживал высокий уровень синтеза после удаления из системы гормона и, наконец, даже сам по себе обеспечивал кратковременное усиление синтеза энзима в неиндуцированных клетках. Tomkins и сотр. (1969) предположили, что в неиндуцированных клетках непрерывно вырабатывается белок-репрессор, который взаимодействует не с ДНК, а с мРНК, инактивируя ее или (и) ускоряя распад (схема 21). Взаимодействие специфично и, как полагают авторы, состоит в блокировании 5'-концевых последовательностей, что нарушает инициацию. Гормон, связываясь с репрессором, прекращает его действие на мРНК, и начинается синтез энзима. Сам по себе репрессор и обеспечивающая его синтез мРНКн лабильны (срок полураспада — около 3 ч), в то время как мРНКа, обеспечивающая синтез энзима, относительно устойчива. Все это позволяет понять упомянутый парадоксальный эффект актиномицина D: прекращая синтез репрессора, он способствует освобождению от него
Нет гормона
Ген аминотрансферазы
Ген-регулятор
V
[мРНК^+ репрессор].*-. неактивный комплекс
-мРНКд
После введения гормона
Ген аминотрансферазы
Ген-регулятор
[репрессора-------------mPHKr
V
+
гормон]
v
ЭНЗИМ
Схема 21. Регуляция на посттранскрипционном уровне.
мРНКа и, хотя синтез последней de novo тоже блокируется, ранее синтезированной мРНКа оказывается достаточно для обеспечения синтеза энзима. Судя по сообщениям о парадоксальном действии актиномицина D во многих других случаях индукции синтеза энзимов в животных клетках, описываемая система регуляции имеет, по-видимому, широкое распространение. Пока следует, однако, иметь в виду, что еще нет прямых доказательств справедливости гипотезы Tomkins.
Регуляция на уровне трансляции, несомненно, существует у высших организмов, причем можно полагать, что формы ее еще более разнообразны, чем у бактерий. Однако о механизмах ее известно очень немного. Рибосомы многоклеточных еще не изучены в такой же мере, как рибосомы бактерий. Если есть основания предполагать у последних гетерогенность рибосом и, следовательно, некоторую их специализацию, то такие суждения о рибосомах многоклеточных могут иметь основанием лишь аналогии. Правда, нельзя не отметить несомненные различия рибосом цитоплазмы и митохондрий, но это, видимо, слишком грубые различия, чтобы связывать с ней тонкие регуляторные механизмы.
Недавно появились первые сообщения о существовании репрес-соров трансляции белковой природы (Felicetti, 1971). Имеются также отдельные указания на регуляторное действие экстрарибо-сомных факторов, в частности TF1 (Willis, Starr, 1971), но пока опубликованные данные недостаточны для формирования представлений о системе, включающей эти факторы.
Выше упоминались первые данные о возможности непосредственного действия цАМФ на трансляцию. Так, показано, что микросомы содержат белок, специфически связывающий цАМФ. Образующийся комплекс обеспечивает в свою очередь освобождение из полисом некоторых синтезируемых ими белков, в частности аминотрансферазы (Donovan, Oliver, 1972; Chang-Cheng, Oliver,
1972). С этим хорошо ассоциируются и сообщения о фосфорили-ровании рибосомальных белков (Kabat, 1970).
Наибольшее развитие получили эксперименты, направленные на выявление системы, основанной на изменении концентраций и свойств отдельных, наиболее дефицитных изоакцепторных тРНК. Можно представить себе, что в разных белках или группах белков есть аминокислотные остатки, соответствующие одной из таких тРНК, в то время как в других белках те же аминокислоты соответствуют другим изоакцепторным тРНК. Снижение концентрации лимитирующей тРНК ниже некоторого критического уровня должно затормозить синтез данного белка. Такой же эффект может быть получен не только за счет ограничения матричного синтеза лимитирующей тРНК. Возможна ее модификация в процессе последующего метилирования и других реакций образования минорных оснований — так, что изменится их акцепторная активность. Обстоятельный обзор многих косвенных и отдельных прямых указаний на действительное существование такого способа регуляции опубликован недавно Л. А. Остерманом (1971). Особен-
