Хроматин и его специфическая регуляция экспрессии генов

Организация и основные компоненты хроматина: ДНК, гистоны и негистоновые белки, образующие высокоупорядоченные в пространстве структуры. Активный и неактивный хроматин, транскрипция ДНК, организованной в нуклеосомы. Молекулярная модель нуклеосом.

Рубрика Медицина
Вид реферат
Язык русский
Дата добавления 03.12.2014
Размер файла 3,6 M

Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже

Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.

Важную роль в познании механизма действия энхансеров сыграли работы по изучению механизма переключения экспрессии в-глобиновых генов. У человека этот кластер состоит из пяти родственных генов, один из которых (е) экспрессируется на ранней эмбриональной стадии, два других (°у и Ау) экспрессируются на поздней эмбриональной стадии и, наконец, гены у и в экспрессируются в клетках взрослого организма. Расположение генов в домене (начиная от области контроля локуса) соответствует порядку их активации по ходу развития эмбриона. Наиболее интересным представляется тот факт, что экспрессия всех этих генов контролируется одной и той же группой энхансеров, расположенных в области контроля локуса (LCR). Было высказано предположение, что активация транскрипции того или иного из в-глобиновых генов напрямую зависит от установления прямого физического контакта между промотором этого гена и LCR. Понятно, что вероятность установления такого контакта обратно пропорциональна расстоянию между геном и LCR. Иными словами, просто в силу своей близости к LCR эмбриональный ген е должен транскрибироваться предпочтительно по сравнению с другими в-глобиновыми генами. Эффективная транскрипция последних будет возможна лишь после принудительного выключения гена е с помощью некоего отличного от LCR контрольного механизма. Сформулированная гипотеза, которую можно назвать «пространственно-статистической» моделью активации транскрипции в-глобиновых генов, позволила сделать несколько предположений, и они были проверены экспериментально. Прежде всего, процесс активации индивидуальных глобиновых генов должен носить статистический характер. Следовательно, в популяции эмбриональных эритроидных клеток, экспрессирующих преимущественно глобиновый ген е, должно присутствовать определенное количество клеток, экспрессирующих другие глобиновые гены. При этом в некий фиксированный момент времени на каждой из хромосом может экспрессироваться только один из глобиновых генов (ген, промотор которого находится в комплексе с LCR). Это предсказание оказалось вполне справедливым лишь в случае домена в-глобиновых генов мыши. В эмбриональных эритроидных клетках человека гены «взрослых» глобинов вообще не экспрессировались. Другое предсказание, которое можно сделать на основании «пространственно-статистической» модели функционирования LCR, состоит в том, что любое изменение позиции гена (перестановка генов, внедрение дополнительных копий генов и изменение протяженности межгенных спейсеров) в домене, находящемся под контролем LCR, должно существенным образом влиять на характер экспрессии всех генов в домене (в том числе и на время активации транскрипции различных генов по ходу развития организма). В случае домена в-глобиновых генов человека это предсказание было подтверждено результатами экспериментов с трансгенными мышами, в геном которых были внедрены перестроенные копии данного домена. Наиболее показательными можно считать результаты эксперимента, в котором были изменены относительные позиции генов е (эмбриональный ген) и в (ген, экспрессирующийся в эритроидных клетках взрослого организма). После инверсии всего кластера в-глобиновых генов относительно LCR ген в оказывается расположенным ближе всего к LCR, тогда как ген е, напротив, оказывается наиболее удаленным от LCR. При такой конфигурации домена в эмбриональных эритроидных клетках трансгенных мышей экспрессируется ген в, а эмбриональный ген е остается неактивным. Этот результат позволяет утверждать, что конкуренция за LCR является важным элементом механизма регуляции экспрессии в-глобиновых генов. Понятно, однако, что переключение экспрессии глобиновых генов в эмбриогенезе не может быть объяснено только конкуренцией промоторов индивидуальных генов за доступ к LCR. Должны существовать дополнительные регуляторные системы, инактивирующие эмбриональные гены и активирующие гены взрослого организма. Здесь, скорее всего, работает механизм создания активных субдоменов при участии связанного с транскрипцией ацетилирования гистонов. Как уже говорилось, уровень ацетилирования гистонов в границах домена в-глобиновых генов существенно различается (рис.6 ). Наиболее высокий уровень ацетилирования характерен для области контроля локуса и для той группы глобиновых генов (эмбриональные, либо взрослые), которые транскрибируются в данном типе клеток.

Наряду с энхансерами, в геноме эукариот присутствуют сайленсеры, которые подавляют активность находящегося под их контролем промотора. Принцип действия сайленсеров, по-видимому, мало отличается от принципа действия энхансеров. Как и энхансеры, сайленсеры представляют собой площадки связывания транскрипционных факторов. Именно последние определяют направление действия регуляторного элемента (активация транскрипции либо ее подавление). Одни и те же регуляторные элементы могут быть энхансерами в одном типе клеток и сайленсерами в другом типе клеток. Классическим примером является LCR-домена в-глобиновых генов, который активирует экспрессию находящихся под его контролем генов в эритроидных клетках и подавляет экспрессию тех же генов в неэритроидных клетках.

Заключение

Хроматин уже давно перестал быть аморфной массой и предстал перед глазами исследователей в виде достаточно упорядоченной структуры, построенной по иерархическому принципу.

Для активной фракции хроматина характерна менее компактная упаковка, чем для основной массы хроматина, о чем свидетельствует, в частности предпочтительная чувствительность активного хроматина к нуклеазам. Активный хроматин отличается от неактивного как на уровне организации нуклеосомной фибриллы в структуры высших порядков, так и на уровне организации индивидуальных нуклеосом. Для активного хроматина характерны высокий уровень ацетилирования гистонов в целом.

Важную роль в регуляции инициации транскрипции у эукариот играет процесс освобождения промотора от нуклеосом.

Энхансеры существенны как для создания активного хроматинового домена, так и для поддержания стабильности инициаторного комплекса РНК-полимеразы II.

Энхансеры участвуют в образовании единого инициаторного комплекса с промотором. При этом разделяющая энхансер и промотор хроматиновая фибрилла выпетливается.

Один и тот же регуляторный элемент может быть энхансером и сайленсером в зависимости от набора связанных с этим элементом белковых факторов.

Список литературы

1.Хроматин: упакованный геном / С. В. Разин, А. А. Быстрицкий. -- М. : БИНОМ. Лаборатория знаний, 2012.-- 176 с.: ил., [16] с. цв. вкл.

2. Экспрессия генов / Патрушев Л.И. - М.: Наука, 2000.

хроматин нуклеосомы белок

Приложение 1

Рис. 3 Модель октамера гистонов

На рисунке представлена молекулярная модель нуклеосомы (А) и октамера гистонов (Б) в трех разных ракурсах.Разные молекулы гистонов обозначены следующими цветами: Н2А -- красный и коричневый, Н2В -- изумрудный и зеленый. НЗ -- розовый и серый. Н4 -- синий и оранжевый. «Хвосты» молекул гистонов показаны не полностью.

Приложение 2

Рис 12. Активность локуса и его внутриядерная локализация

На рис. показаны результаты визуализации интегрированной в геном трансгенной конструкции в ядрах эритроидных клеток. Для гибридизации с трансгеном использовался зонд, меченный зеленым красителем; красным красителем помечен зонд, позволяющий визуализировать все центромеры (этот зонд гибридизуется с центромерами всех хромосом). Синяя флуоресценция -- краситель DAPI, неспецифически окрашивающий тотальную ДНК. Позиции трансгенов отмечены белыми стрелками. Конструкция, в состав которой входит только ген в-глобина (А), локализуется преимущественно возле центромер. Так как центромеры содержат гетерохроматин, то и трансген оказывается гетерохроматинизирован и репрессирован. Включение же в конструкцию энхансера HS2 из области контроля локуса в-глобинового домена (Б) приводит к тому, что такой трансген локализуется преимущественно в эухроматических областях ядра. Никакой гетерохроматинизации не происходит и трансген активно экспрессируется.

Важно, что во всех рассмотренных клетках трансгенные конструкции интегрированы в одно и то же место генома. Таким образом, разница в локализации обусловлена только свойствами самой конструкции (т. е. присутствием либо отсутствием в ее составе мощного энхансера).

Размещено на Allbest.ru


Подобные документы

  • Ферментативная система биотрансформации ксенобиотиков. Полиморфизм генов ферментов биотрансформации ксенобиотиков и патология. Анализ роли полиморфных вариантов генов ферментов метаболизма ксенобиотиков в детерминации бронхиальной астмы и туберкулеза.

    диссертация [245,8 K], добавлен 15.01.2009

  • Уровни регуляции системного кровообращения. Адаптация кровообращения к потребностям организма. Компоненты сосудодвигательного (вазомоторного) центра. Регуляторные механизмы кратковременного и долговременного действия. Рефлекторная регуляция кровотока.

    презентация [828,0 K], добавлен 26.01.2014

  • Особенности регулирования экспрессии генов. Основные характерные признаки проявления врожденной генетической аномалии - синдрома Прадера-Вилли. Механизмы, вызывающие генетический сбой. Лечебные мероприятия, повышающие качество жизни людей с синдромом.

    презентация [1,2 M], добавлен 03.03.2014

  • Основные механизмы регуляции метаболических процессов. Контроль за биосинтезом фермента, гормональная регуляция метаболизма жирных кислот. Специфика расщепления гликогена. Взаимопревращение гликоген-фосфорилазы. Гормональная регуляция метаболизма белков.

    реферат [13,9 K], добавлен 13.02.2011

  • Участие протеогликанов (сложных белково-углеводных молекул) в регуляции клеточного деления. Определение путем эксперимента состава протеогликанов и экспрессии белковой молекулы D-глюкуронил С5-эпимеразы в нормальной и опухолевой ткани молочной железы.

    дипломная работа [922,8 K], добавлен 30.04.2011

  • Общие представления о цитокинах: описание, физические и химические свойства, назначение. Определение концентраций цитокинов в биологических жидкостях, изучение их синтеза на уровне отдельных клеток. Изучение экспрессии генов и анализ полиморфизма.

    курсовая работа [45,5 K], добавлен 23.02.2012

  • Основные структуры мозга, регулирующие интенсивность иммунного ответа: заднее и переднее гипоталамическое поле, гиппокамп, ретикулярная формация среднего мозга, ядра шва и миндалины. Регуляция иммунного ответа аргинин-вазопрессином и окситоцином.

    презентация [370,7 K], добавлен 06.04.2015

  • Роль наследственных факторов в возникновении и развитии туберкулеза. Молекулярные механизмы патогенеза туберкулеза у человека. Физиологические функции белковых продуктов генов-кандидатов. Молекулярно–генетические методы анализа полиморфизма генов.

    дипломная работа [851,1 K], добавлен 11.08.2010

  • Рациональное питание: сущность, общие понятия и характеристики. Основные принципы рационального питания, основные компоненты пищи (белки, жиры, углеводы, вода, витамины, минералы). Проблемы рационального питания населения в Российской Федерации.

    реферат [51,5 K], добавлен 03.07.2012

  • Анализ ассоциаций генотипов и аллелей исследованных полиморфизмов с гестозом в популяциях русских и якутов. Оценка ассоциации tagSNPs генов LEP и ACVR2A с развитием клинических форм гесоза в русской и якутской популяциях. Анализ частот гаплотипов.

    дипломная работа [2,4 M], добавлен 11.02.2017

Работы в архивах красиво оформлены согласно требованиям ВУЗов и содержат рисунки, диаграммы, формулы и т.д.
PPT, PPTX и PDF-файлы представлены только в архивах.
Рекомендуем скачать работу.