10.2: Регуляция экспрессии происходит на нескольких этапах

Экспрессию генов можно регулировать практически на каждом этапе — от гена до белка. Транскрипция — это этап, который чаще всего регулируется. Это предполагает связывание белков с короткими регуляторными последовательностями ДНК. Эта ассоциация может либо способствовать, либо ингибировать транскрипцию гена, связанного с соответствующей последовательностью.

Транскрипция приводит к образованию предшественника (пре-мРНК), состоящего как из экзонов, так и из интронов, который требует дальнейшей обработки перед трансляцией в белок. Это происходит посредством сплайсинга мРНК, который включает удаление некодирующих областей и слияние кодирующих. Процессинг мРНК также может использоваться в качестве регуляторного механизма посредством изменения паттернов сплайсинга, таких как пропуск определенных экзонов, альтернативный сплайсинг и включение интронов.

Добавление поли-А-хвоста на 3’-конце и 5’-кэпа для производства зрелой мРНК также является регуляторными моментами во время процессинга РНК. Регуляция происходит посредством изменения сигнала полиаденилирования, который определяет, где к мРНК будет добавлен поли-А-хвост. В некоторых случаях на 3’-конце присутствует более одного сигнала поли-А, что приводит к изменению длины 3’-нетранслируемой области, но конечный белковый продукт будет таким же. Однако стабильность и потенциал трансляции вариантов мРНК могут различаться, что может изменить количество продуцируемого белка. В других случаях дополнительный сигнал поли-А присутствует на интроне или экзоне в последовательности гена, что может привести к вариациям сайтов сплайсинга для полиаденилирования и привести к образованию разных белков из одной и той же цепи пре-мРНК. Добавление 5’-кэпа, состоящего из метилированного гуанозина, регулируется двумя механизмами. Один из них связан с регуляцией метилтрансфераз, которые добавляют метильную группу к гуанозину, а другой — через регуляцию клеточных сигнальных путей, которые приводят к метилированию.

Затем зрелую мРНК необходимо транспортировать из ядра в цитоплазму через комплексы ядерных пор (NPC) для трансляции. Это регулируется мРНК с образованием комплекса, известного как рибонуклеочастица, с РНК-связывающими белками. NPC позволяют только мРНК, находящимся в комплексе, проходить в цитоплазму. Как только мРНК попадает в цитоплазму для трансляции, она может быть нацелена либо индивидуально, либо как часть группы посредством определенных регуляций, либо она может подвергаться общей регуляции со всеми другими мРНК в цитоплазме. При специфической регуляции транскрипцию регулируют определенные транс-действующие элементы, такие как белки и различные типы РНК. При общей регуляции белки, участвующие в аппарате трансляции, активируются или ингибируются, что, в свою очередь, влияет на трансляцию всех транскриптов. Наиболее распространенным механизмом регуляции трансляции является модификация фактора инициации трансляции.

Экспрессию генов также можно регулировать посредством посттрансляционных модификаций, при которых обратимая модификация, катализируемая ферментами, может изменить функцию белка. Распространенной посттрансляционной модификацией является фосфорилирование, которое осуществляется ферментами, известными как киназы. С другой стороны, дефосфорилирование белков осуществляется белками, известными как фосфатазы. Фосфорилирование белка может привести к его активации или деактивации и изменению его функции.

клетки могут точно регулировать экспрессию гена на каждом этапе, от ДНК к белку. Такое регулирование происходит во время транскрипции, во время обработки РНК локализации и деградации, и во время и после трансляции. Транскрипционное регулирование опосредовано протеинами, которые связываются с регуляторными последовательностями ДНК.

Эти факторы транскрипции являются одним из самых типичных способов для контроля над генной экспрессией и может запустить транскрипцию или предотвратить ее. Транскрипция создает пре-мРНК, которые должны быть обработаны до зрелой мРНК через несколько регулируемых процессов. мРНК сплайсинг, который удаляет области без кодирования в предшественнике мРНК и соединяет кодирующие участки, управляет экспрессией генов через дифференцированный сплайсинг и привязыват РНК белки.

Добавление хвоста poly(A)5-prime-кэпирование для производства зрелой mРНК Также контролируется Затем мРНК должна ассоциироваться с белками, связывающими РНК чтобы сформировать комплекс, известный как рибонуклечастица. Этот процесс имеет высокий уровень регулирования, и только мРНК, которая существует в рибонуклеочастице, может быть перевезена из ядра к цитоплазме для трансляции. Управление трансляцией-это еще один важный момент для регулирования экспрессии гена.

Регулирование может быть конкретным, где действует индивидуальная мРНК или подмножество из mРНК, Или общим, где большинство мРНК-транскриптом попадут под влияние. В конкретных регулировании, запрет трансляции контролируется через взаимодействия с транзакционными элементами, такими как белки и определенные типы РНК, включая микроРНК и короткие интерферирующие РНК. При общем регулировании, различные белки вовлечённые в машинерию трансляции, включены или заблокированы, что влияет на все транскрипты.

Наконец, пост-трансляционные изменения, например, фосфорилирование, может активировать или деактивировать белки, в то время как другие механизмы, такие как убиквитинирование, могут привести к их деградации.