Регуляция экспрессии генов: общие сведения
Регулируемая экспрессия генов предполагает высокоспецифическое изменение внутриклеточного содержания кодируемых этими генами белков и нуклеиновых кислот в ответ на действие продуктов экспрессии других генов или регуляторных сигналов внутри- и внеклеточного происхождения, например, низкомолекулярных метаболитов, ксенобиотиков или физических факторов (температура, ионизирующее излучение и т.п.). Избирательность таких воздействий становится возможной благодаря образованию высокоспецифических белок-белковых комплексов, комплексов лиганд-рецептор, распознаванию белками определенных последовательностей нуклеотидов ДНК или РНК, а также вследствие комплементарных взаимодействий нуклеиновых кислот друг с другом.
Избирательное действие низкомолекулярных биорегуляторов на гены происходит через рецепторы белковой природы по схеме: высоко- или низкомолекулярный эффектор (лиганд) специфически связывается с регуляторным белком-рецептором, изменяя конформацию рецептора таким образом, что он приобретает способность распознавать регуляторные последовательности нуклеиновых кислот или других регуляторных белков. Подобные взаимодействия, происходящие на одном из этапов биосинтеза белка, далее сопровождаются изменением эффективности экспрессии его гена. Наиболее продуктивно можно влиять на экспрессию гена через его транскрипцию, при этом должен изменяться внутриклеточный уровень соответствующих мРНК, который может лимитировать биосинтез белков рибосомами. Регуляция экспрессии генов на уровне транскрипции широко распространена в природе.
В ряде случаев накопление мРНК в виде внутриклеточного пула без немедленной их трансляции происходит перед определенными стадиями дифференцировки клеток, например, в яйцеклетках до оплодотворения. Эти неактивные мРНК могут длительное время храниться и использоваться после получения клетками соответствующих сигналов. Кроме того, альтернативный процессинг мРНК приводит к образованию из одного и того же предшественника нескольких зрелых мРНК, трансляция которых сопровождается синтезом разных белковых продуктов. Специальные регуляторные механизмы могут изменять соотношения таких процессированных мРНК и, как следствие, внутриклеточное содержание кодируемых ими полипептидов. Использование регуляции данного типа позволяет повысить кодирующие возможности генов путем более сжатого хранения генетической информации.
Регуляция экспрессии генов происходит и на других уровнях: трансляционном и посттрансляционном , которые только в совокупности способны обеспечивать поддержание жизненно важного гомеостаза организма.
