Переключение генов. Регуляция генной активности и фаг - Пташне М.
ISBN 5-03-000854-3
Скачать (прямая ссылка):
Аналогично считается, что на поздних стадиях развития мухи клетки принимаю ! новые решения, касающиеся экспрессии генов, на основании их положения в развивающемся эмбрионе. Можно представить, что в этом случае клетки определяют свое положение, используя концентрацию агентов, которые продуцируют другие клетки, и включают или выключают нужные гены.
Возвращаясь к фагу X, вспомним, что в его жизненном цикле есть две стадии, когда внеклеточные сигналы влияют на экспрессию генов. В обоих случаях главный объект воздействия-ген cl, но воспринимают и передают сигнал разные белки. В первом случае, при индукции лизогена УФ-облу-чением, белок Rec А инактивирует репрессор. Во втором случае условия роста клеток в момент заражения влияют на активность белка CII, который должен включить транскрипцию гена с! для установления лизогении. Другими словами, мы могли бы сказать, что в одном случае нарушается поддержание дифференцированного состояния, а в другом затронуто его установление.
В обоих случаях влияния внеклеточных факторов на фаг X он использует внеклеточные сигналы, чтобы принять решение, какой путь развития избрать. Мы могли бы сказать, что положение двухпозиционного переключателя генов зависит от внеклеточных условий. Переключение X на путь индукции, механизм которого мы понимаем лучше всего, происходит таким образом, что сравнительно небольшие изменения концентрации репрессора определяют, произойдет ли индукция лизогена. Другими словами, разумно предположить, что разница в концентрации какого-либо регуляторного белка всего в 5-10 раз сможет перевести переключатель генов дрозофилы в другое положение, если только он подобен механизму переключения фага X. Переключатель такой конструкции практически никогда не срабатывает случайно. Так, если бы нам пришлось следить за потомством одной клетки, лизогенной по фагу X, проверяя лишь одну из дочерних клеток в каждом поколении, нам пришлось бы ждать 5-10 лет, прежде чем мы обнаружили бы лизис клетки в отсутствие индуцирующего сигнала.
81
6-1331
Способы экспрессии генов
Мы полагаем, что в ходе развития высший организм экспрессирует гены во множестве различных комбинаций. Определенный ген может, например, включаться на разных стадиях развития и в различных тканях, будучи во всех случаях компонентом разных наборов активированных генов. Для этого необходимо, чтобы отдельные гены подчинялись множественным регуляторным механизмам.
Например, ген алкогольдегидрогеназы дрозофилы экспрессируется в одной группе тканей у личинки и в другой группе тканей, отчасти перекрывающейся с первой, у взрослой мухи. В этом случае мы частично понимаем механизмы регуляции. Транскрипция этого гена контролируется двумя промоторами, которые управляются разными регуляторными механизмами. В эмбрионе активны оба промотора, но в личинке активен только один, а у взрослой мухи-только другой.
Изучая фаг ~к, мы видели, что некоторые его гены экспрессируются в составе той или иной группы генов в зависимости от стадии роста. Например, ген cl в процессе установления лизогении работает вместе с геном int, а в стабильном лизо-гене cl работает, a int-нет. В этих двух состояниях ген d транскрибируется с различных промоторов: в процессе установления лизогении-с промотора, активируемого белком CII, а при лизогении-с промотора лизогена, активируемого ре-прессором.
Обращаясь к соседствующим генам int и xis, вспомним, что для них имеются три способа экспрессии: во время лизо-генизации экспрессируется преимущественно int, во время литического роста - преимущественно xis, а при индукции происходит совместная экспрессия int и xis. Эти три способа реализуются с помощью двух промоторов, с которых транскрибируется int, а также путем «ретрорегуляции» на уровне мРНК гена int.
Следующий пример относится к физиологии бактерий и показывает, сколь существенным может быть результат совмещения двух способов регуляции одного гена. Ведь в этом случае одно и то же соединение в зависимости от внешних условий активирует две разные группы генов.
Гены лактозного (lac) и галактозного (gal) оперонов кодируют ферменты, отвечающие за метаболизм сахаров лактозы и галактозы. Каждая группа генов инактивируется собственным репрессором. В присутствии лактозы в среде lac-репрессор удаляется с ДНК, подобно 51 ому добавление в среду галактозы инактивирует ^а/-репрессор.
Эти гены, как и многие другие гены Е. coli, активируются регуляторным белком БАК. БАК связывается с ДНК и активирует транскрипцию только в присутствии циклического
82
AMP (cAMP) и только если соответствующий репрессор удален с ДНК Таким образом, низкомолекулярное соединение сАМР активирует в присутствии лактозы /ас-гены, а в присутствии галактозы - gal-гены
сАМР является частью еще одного регуляторного механизма Концентрация сАМР регулируется глюкозой В присутствии глюкозы синтез сАМР подавлен, и ни гены lac, ни гены gal не могут быть активированы. В результате если у бактерии есть выбор в утилизации различных сахаров, она предпочитает использовать глюкозу, а не лактозу или галактозу
