Экспрессия генов — процесс, в ходе которого наследственная информация от гена (последовательности нуклеотидов ДНК ) преобразуется в функциональный продукт — РНК или белок . Некоторые этапы экспрессии генов могут регулироваться: это транскрипция , трансляция , сплайсинг РНК и стадия посттрансляционных модификаций белков . Процесс активации экспрессии генов короткими двухцепочечными РНК называется активацией РНК .

Регуляция экспрессии генов позволяет клеткам контролировать собственную структуру и функцию и является основой дифференцировки клеток, морфогенеза и адаптации. Экспрессия генов является субстратом для эволюционных изменений, так как контроль над временем , местом и количественными характеристиками экспрессии одного гена может иметь влияние на функции других генов в целом организме.

Транскрипция и трансляция

У прокариот и эукариот гены представляют собой последовательности нуклеотидов ДНК. На матрице ДНК происходит транскрипция — синтез комплементарной РНК. Далее на матрице мРНК происходит трансляция — синтезируются белки. Существуют гены, кодирующие нематричную РНК (например, рРНК , тРНК , малые РНК ), которые экспрессируются ( транскрибируются ), но не транслируются в белки.

Регуляция после транскрипции

МикроРНК — это короткие (18—25 нуклеотидов ) последовательности односпиральной РНК , вызывают подавление экспрессии генов. МикроРНК связываются со своей мишенью — информационной РНК — по принципу комплементарности . Это вызывает подавление синтеза белка или деградацию информационной РНК .

МикроРНК могут иметь большую или меньшую специфичность благодаря большей или меньшей доле комплементарных своей мишени азотистых оснований. Низкая специфичность позволяет одной микроРНК подавлять экспрессию сотен разных генов .

Определение экспрессии генов

Основными способами определения экспрессии генов в данное время являются секвенирование РНК , содержащих поли-А хвост ( мРНК ), а также применение экспрессионных ДНК-микрочипов . Секвенирование РНК становится всё более распространённым методом в связи с усовершенствованием методов секвенирования нового поколения . Секвенирование РНК не только позволяет определить уровень экспрессии каждого белоккодирующего гена в геноме, но и различать варианты мРНК, получающиеся в результате альтернативного сплайсинга .

Сложная экспрессия генов

Примером сложной экспрессии генов в онтогенезе может служить генный контроль синтеза гемоглобинов у человека. Молекула гемоглобина состоит из 4 частей: двух идентичных альфа-цепей и двух идентичных бета-цепей. Гемоглобин нормального взрослого человека (Нв ^А ) отличается от гемоглобина эмбриона человека (эмбриональный гемоглобин, Нв ^F ). Различия между ними касаются бета-цепи. В гемоглобине плода она заменена на полипептидную гамма-цепь. Наконец, в крови взрослых людей в небольшом количестве встречается Нв ^А2 , в котором бета-цепь заменена на сигма-цепь. Все 3 типа нормальных гемоглобинов человека(Нв ^А Нв ^А2 Нв ^F ) контролируются отдельными локусами. Локус α ^А определяет формирование альфа-цепей. Он эффективен в течение всей жизни, обеспечивая наличие альфа-цепей во всех указанных гемоглобинах .

Моноаллельная экспрессия генов

Моноаллельная экспрессия у эукариот характерна:

• для генов Х-хромосомы в женских клетках из-за механизма дозовой компенсации ;
• для импринтируемых генов.

В настоящее время известно, что около 5—10 % генов эукариот экспрессируются в клетках моноаллельно, среди таких генов чаще наблюдаются гены, кодирующие поверхностные клеточные белки и, в частности, гены, кодирующие иммуноглобулины, Т-клеточные и обонятельные рецепторы. Это явление носит также название аллельное исключение . Выбор экспрессирующегося аллеля происходит рано в развитии, и этот выбор осуществляется случайно, в результате около половины клеток организма экспрессируют отцовский аллель, а другая половина клеток — материнский аллель. Иногда наблюдается тканеспецифичная моноаллельная экспрессия гена, в других тканях такой ген может экспрессироваться биаллельно. К случайной моноаллельной экспрессии аутосомных генов не относят случаи, когда разные аллели гена экспрессируются на различном уровне из-за полиморфизма в cis-регуляторных последовательностях гена .

См. также

• Секвенирование РНК
• Репрессор

Примечания

Литература

• / Отв. ред. В. И. Кулинский ; АН СССР, Сибирское отд-ние, Институт цитологии и генетики . — М. : Наука , 1986. — 208 с.
• Георгиев Г. П. / АН СССР. — М. : Наука , 1989. — 256 с. — (Академические чтения). — 18 000 экз. — ISBN 5-02-003968-3 .
• Хоукинс Дж. Структура и экспрессия гена = Gene Structure and Expression / Джон Хоукинс; Пер. с англ. С. Б. Серебряного; Под ред. В. К. Кибирева. — Киев: Наукова думка , 1991. — 168 с. — 1000 экз. — ISBN 5-12-001816-5 .
• / Институт биоорганической химии им. М. М. Шемякина и Ю. А. Овчинникова РАН . — М. : Наука , 2000. — 528 с. — ISBN 5-02-001890-2 .
• Бекиш О.-Я. Л. Медицинская биология. — Минск: Ураджай, 2000. — 518 с.