Ген қызметінің бақылануы

 

 

 

Жоспар:

1. Кіріспе
2. Ген қызметінің бақылануы.
3. Құрылымды гендердің транскрипциясын бақылайтын элементтер.
4. Посттранскрипциялық реттелу.
5. Трансляция деңгейіндегі реттелу
6. Пайдаланылған әдебиеттер

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

                               Кіріспе

ХХ ғасырдың екінші жартысында генетика ғылымы маңызы  зор өзгерістермен  ерекшеленеді. Генетика тұқымқуалаушылықтың  құбылысның материялдық негіздерін ашты, осының нәтижесінде геннің химиялық табиғаты анықталды, генетикалық кодтың  жұмбағы шешілді, прокариот пен эукариоттар геномының  ерекшеліктері мен олардың  жұмысы  бақылануының жалпы принциптері белгілі болды.. мутациялық өзгерістердің  молекулалық механизмдері айқындалды және генді синтездеу арқылы адам,а аса қажетті  заттарды алу әр түрлі  генетикалық әдістер көмегімен іске асып, медицинада  гендік терапияның  негіздері қаланды.

Генетика-ағзалардың тұқымқуалаушылық  және өзгергіштікқасиеттерін зерттейтін ғылым. Тұқымқуалаушылық дегеніміз – ағзалардың  өз белгілерін немесе қасиеттерін  және даму ерекшеліктерін  келесі ұрпаққа  беру қабілеттілігі. Өзгергіштік- де пата аналық форма мен ұрпақтар  белгілері  арасында  айырмашылықтардың  пайда болуын айтады.

Ағзаның  басты осы екі қасиетін клетка(жасуша) ядросының  хромосомаларында  орналасқан гендер қамтамасыз етеді. Тұқымқуалаушылық  пен өзгергіштікке  жауапты зат, ең алдымен, өзін-өзі өндіріп  клетка бөлінуіне  жаңа клеткаларға дәл тарала алуы  керек. Мұндай  қасиет  клетка құрылымдары  ішінде  хромосомаларға  ғана тән. Молекулалық  деңгейде  хромосоманың осы ерекшеліктерін оның құрамындағы ДНҚ молекуласы анықтайды.Классикалық генетика геннің хромосома  бөлігі екенін көрсеткен болатын, ал жаңа молекулалық молекуласына тікелей байланысты екенін ділелдеді. Сондықтан  ДНҚ-сы бар клетканың кез келген құрылымы  тұқымқуалаушылық өасиетке ие бола алады.

Тұқымқаулаушылықтың негізгі заңдылықтарын  оның дискреттік табиғатын тұңғыш рет 1865 ж Австрияның Брюн қаласының (қазір Брно, Чехия) монахы Грегорь Мендель (1822-1884)ашты. Г.Мендель асбүршақтың әр түрлі сорттарын шағылыстыру арқылы белгілердің тұқымқуалаушылық факторларымен  (кейн ген деген атауға  ие болады) анықталатынының эксперименттік дәлелдемемелерін ұсынды.

 

 

 Ген қызметінің  бақылануы

 

Жакоб-Моно үлгісін эукариодттық клеткаларға қолдану әрекетінен кейн , олпрға  гендік белсенділіктің  реттелуі анағұрлым  күрделі екені  мәлім болды. Прокариоттарға  қарағанда  эукариоттар

 Оперонында әдетте бір ғана қүрылымды ген болады. Соң,ы ақуыз  затының түзілуіне  қажет ферменттер  жиынтығының  синтезделуін бақылайтын құрылымды гендер ДНҚның  әр түрлі молекуласында  немесе бір  ДНҚ молекуласының  әр түрлі  оперондарында  орналасқан, сондықтан  эукариоттарға  түрлі оперондарға  жататын бірнеше  гендер тобының  немесе  олардың біртұтас  жүйесінің  активті немесе  посивті болуы тән. Гендер жұмысының  мұндай бақылануы каскадты  реттелу деп аталады. Прокариодтармен  салыстырғанда  эукариодтарда  ақуыз синтезі  осы синтездің  өнімі арқылы  тежелуі  немесе клеткаға  енген қайсы бір  заттың әсерімен тікелей  активтендірілу байқалмайды.

 ДНҚ-ның біраз бөлігі гяРНҚ-ға  транскрипцияланады, бірақ олардың барлығы иРНҚ-ға айналып , цитоплазмада  транляцияланбайды. Ал иРНҚ-ға дейін  пісіп  жетілген  гяРНҚ-ның өзі  3’- ұшының  тізбектері  мен интрондарыанан  айырылу керек. Гетерогенді ядролық  РНҚ-ныі тек  10%-ы  ғана  иРНҚ тізбегіне  айнала алатыны дәлелденеді. Информациялық  РНҚ типтері  мен көшірмелерінің  саны  клетканың қызметіне  байланысты. Информациялық  РНҚ-түзілуінің  бақылануы ядро мен цитоплазманың  әр түрлі  деңгейлеріне өтеді, өйткені эукариоттарда  транкрипция және трансляция процестері прокариоттардағыдай бірінің артынан бірі жүрмейді, ядрода  түзілген  транскрипт  процессингтен  соң  цитоплазмаға өтіп , рибосомада  транляция  процесіне  қатынаса  алады. Осыған байланысты  эукариоттарда  гені  жұмысының реттелуі ДНҚ-ның  өзінің  және ақуыз  синтезінің  әр қилы  деңгейлерінде өтеді.

  Ақуыз синтезіне  байланысты  эукариоттар  гені жұмысының  реттелуі  мынадай деңгейлерде өтуі  мүмкін:

 

   Ялролық             1. Транскрипция

                                  а) Иницияция

                                  б) Терминация (аттенуация)

                               2. Процессинг

                                   а) Полиаденилдеу

                                   б) Сплайсинг

Цитоплазмалық

1. иРНҚ-ның тұрақтылығы
2. иРНҚ трансляциясының  тиімділігі

 

 

Құрылымды гендердің транкрипциясын бақылайтын элементтер

 Прокариоттардағыдай  эукариоттық құрылымы  гендердің  транскрипциясы басталуы үшін РНҚ- полимереза  ферменті геннің 5’-ұшында  орналасқан  промотормен  байланысуы керек . Эукариот промоторының  үйымдастырылуы  күрделі және одан  құрылымды гендер  транскрипциясының  басталуын бақылайтын  ерекше бөліктерді- ТАТА, ЦААТ, т.б.  белоктарды ажыратуға болады.  Бұл бөліктер РНҚ-полимераза  ІІ арқылы жүретін ДНҚ- тізбегінің  транскрипциясына  әр қилы әсер етеді.

ТАТА-блок (Гольберг-Хогнесс тізбегі, прокариоттарда – Прибнов тізбегі) транскрипция  басталуының  дұрыс өтуін және тиімділігін  бақылайды және ол транскриприпция  нүктесінің  алдында геннің 5’- ұшына қарай орта есеппен 25н.ж. қашықтықта орналасады.ТАТА- блоктың жоқ  болуы немесе оның өзгеруі бақының гистон гені  транскрипциясының бес есе кемуіне әкеледі.

  ТАТА белоктың  мутациялық  өзгеруі  салдарынан адамда β-талассемия ауруы дамиды.

  Одан әрі  ТАТА- белоктың алдында , транскрипция  бағытына  қарсы шамамен  75 н.ж(40-80 н.ж.) қашықтықта эукариоттық  промотордың  тағы бір  консервативті  тізбегі- ЦЦААТблогы орналасқан. Бұл блоктың  қызметі  РНҚ-полимереза  ферментінің  промотормен  байланысуын қамтамасыз етеді деп  жормалдануда . Бұл блок  тауыөтың овальбумин және әртүрлі глобин  гендерінің  транскрипциясының  тиімділігіне әсер етеді.

  Транскрипцияның инициация  нүктесінен  біраз қашықтықта  (100 н.ж. және одан жоғары) энхансер деп аталатын  тізбектер  табылды. Энхансерлер  транскрипция тиімділігін ондаған , жүздеген есе күшейте алады. Осындай күшейткіштер  алғаш рет Н2А гистонының генін зерттеуде  ашылды. Энхансер едәуір  қашықтықтан  және ген  транскрипциясының  бағытына  байланыссыз  әсер етеді. Энхансерлер  геннің 5’ ұшында немесе 3’ ұшында , сондай-ақ  интрон  ішінде  орналаса алады. Негізінен олар промотор  құрамына енбейді. Кейбір  құрылымды гендердің 5’ –ұшында  энхансерден  бөлек  транскрипция  процесін  әлсірететін тізбектер табылды, олар силансер деп аталады.

  Эукариот ДНҚ-сында  цитозиннің 5% -ы метилденген .  ДНҚ-ның метилдену  дәрежесі ағзаның жасына байланысты  және гормондардың  әсерімен  өзгеруі  мүмкін. Жануарларда  тек  гуанинен  кейн  орналасқан  цитозин  ғана  метилденеді. Алайда  ГЦ  жұптарының  барлығы  метилденбейді, оның  сипаты  клетканың  типіне  байланысты және  ұрпаққа  тұқым құалайды. Гендердің  экспрессияланбауы олардың  жоғары  дәрежеде  метилденгенине  байланысты , ал активті  гендерде , әсіресе , оның  промотор  бөлігінде  СН3- тобының  мөлшері  аз болады. Метилдену дәрежесінің  механизмі  анық болмаса да , оның  транскрипция  тиімділігіне  әсер ететіні анық .

  Транскрипция  деңгейіне  сапалы реттелудің  басқа бір  механизмі хроматиннің  конформациялық өзгерісі арқылы  жүреді. Өте  тығыз  конденсацияланған  хроматиннің  транскрипцияға  қабілеттілігі  байқалмайды. Сүтқоректілердің  жыныс Х- хромосомаларының  бірінің инактивациясы  ДНҚ-ның  модификациясына  байланысты болуы  әбден мүмкін.  Молекулалық биология  әдістері  көмегімен  гистон және басқа ақуыздардың реттеуші әсері зерттелуде. Осы уаөытқа дейін  эукариоттық  клетканың  геномын  конформациялық  өзгеріске оңай  түсетін және ядроға  енуге өабілетті  реттеуші  ақуызпен  жеңіл байланысатын  «жалаңаш»  ДНҚ ретінде  қарастырдық. Шындығында эукариот  ДНҚ-сы күрделі және хромосомада  тығыз оралған. Ядрода ДНҚ-ның  едәуір бөлігі  гистон мен тығыз байланысқан.  Ген жұмысының активтілігі  гистон емес, ал пассивтілігі  гистон ақуызының әсеріне байланысты деген деректер де бар.

  Мүшелердің дамуы  мен дифференциясында  гендердің активтілігі  гормондарға жиі байланысты болады. Гормондар арқылы бақылау  транскрипция деңгейндегі реттелудің жеке  түрі:сол арқылы ағза сыртқы әсерге жауап ретінде  клетканың  нақты гендерін іске қосады. Ағза клеткаларында  синтезделген гормон  аяғында қажетті клеткалардың цитоплазмасына түседі , ары қарай  тасымалдаушы ақуыз оны ядроға енгізеді.. мұнда ол хроматиннің  белгілі бөлігімен әсерлесіп , нақты  гендердің жұмысы іске қосылады.  Әрбір гормон  өзінің  гендер жиынтығының  транскрипциясын ғана  іске қоса алады.

  Қос қанатты  жәндіктердің  алып хромосомаларында  жоғары деңгейде транскрипцияланатын бірнеше ісінген  учаскелерді байқауға болады. Мұндай учаскелерді  хромосомада  байқалуы  шыбын дамуының  белгілі  стадияларына  ғана тән.  Дараларға  экдизон  гормонын  енгізу арқылы  табиғи  жағдайда  түзілетін  пуфтарды алуға болады.

  Сүтқоректілерде жыныс гормондарының әсері аса маңызды. Жыныс гонадаларында  түзілген стеройдтық  гормондар онтогенездің  белгілі бір даму стадиясында клеткаларға  тасымалданып, оладың  аллюстериялық ақувз-репрессорымен байланысуы арқылы  мәлім гендердің  транскрипциясын  бақылайды.

 

               Посттранскрипциялық реттелу

  Мұндай реттелу иРНҚ-ның  процессинг деңгейінде  өтеді. Тіпті , әр түрлі  екі геннің  транскрипциясының  жылдамдығы бірдей  болғанымен , ары қарай иРНҚ-ның жетілуі  5’және 3’- ұштарының  модификациясы  мен сплейсинг  процесі түрлі  иРНҚ-ларда әр қилы өтуі мүмкін.

   Алғашқы транскриптен  сплайсинг  бағытының өзгеру нәтижесінде  әр түрлі бірнеше иРНҚ-лардың түзілу мүмкіндігі  эукариоттар  геномы экспрессияның  реттелуі үшін  маңызды болып саналады. Оны Алитернативті сплайсинг деп айтайды. Мұндай сплайсинг  иРНҚ-ны түзуде бір геннің  түрлі экзондарын  пайдалануға  негізделген .

  Альтернативті  сплайсинг  нәтижесінде  иРНҚ-ның  жетілген молекулаларының  экзондар  жиынтығының өзі транскрипцияланған геннің экзондар  жиынтығынан  айырмашылығы болады. Бұдан басқа  сплайсингтің  бір бағытына экзон тізбегі, сплайсингтің  екінші бағытына  интронды тізбек  болуы мүмкін.  Сонымен альтернативті сплайсингтің  түрлі бағыттары бір геннен түзілетін  әр түрлі иРНҚ-ның сандарын елеулі  көбейтеді. Мысалы: сүтқоректілердің  дамуының іртүрлі  сатысында екі  түрлі α- жәнеβ- тропониндер  альтернативті  сплайсинг  арқылы синтезделеді. Тропонин гені  18 экзоннан  құралған, β-троногин  түзілу үшін процессинг барысында 17-экзон сплайсингке ұшырайды, ал α- тропонин синтезделу үшін  16-экзон  интрон  ретінде гяРНҚ-дан үзілуі  қажет.

  Кейбір экзондардың функциясы  альтернативті  сплайиг арқылы өтетінін  омыртқалылардың  фибреноктин  генінен  пайымдауға болады.  Кейбір фибронектиндер клеткадан тыс матрикстің компоненті  болып саналады, ал олардың  жәнекер тінінде  клетка қабығымен  байланысу қабілеттілігі  270 нуклеотидтерден  құралған экзонның  экспрессиясына тәуелді. Бұл экзон  фибронектиннің  клеткамен байланысуы мен  қамтамасыз ететін  ақуыз молекуласын   коделейді. Клетка қабығымен  байланыспайтын  бауырдағы плазмалық  фибронектиндер  аталған экзон  сплайсингке  душар болған да синтезделеді.  Бұл арадан , біз белгілі бір геннің әр  қилы реттелуі  альтернативті  сплайсинг  арқылы бақыланатынын байқаймыз.

   Эукариоттар  геномы  жұмысының  посттранкрипциялық  реттелуінің  тағы бір мүмкін жолы- трансплайсинг . Транслайсинг бірклеткалы  эукариоттық  ағзатрапонозомалардың тубулин ақузының  генінде жақсы  зерттелді . Ген негізгі экзондардан және мини-экзондардан құралған және олар  әр-түрлі хромосомаларда орналасуы мүмкін. Мини-экзондар иРНҚ-ның 5’- лидер бөлігін коделейді. Мини-экзондардың алғашқы транскриптерінде  ГУ, негізгі  экзондардың  транскриптерінде  АГ канонды  жұп нуклеотидтерді бар екендігі , оларға кәдімгі  молекулааралық  сплайсинг  өтетінін дәлелдейді.

 

 Трансляция  деңгейіндегі  реттелу

Қоректену мен тыныс  ал ужадайларының  әсерімен  полисималарда ақуыз синтезі деңгейінде ген экспрессияның  реттелуі  төменгі  сатыдағы  ағзаларда кеңінен  таралған. Жоғары-сатыдағы  ағзаларда  трансляция деңгейінде реттелу басты  емес және мұнда  эукариоттық ген жұмысының  бақылануы инициация кезеңінде өтеді. Мұның басты себебі  болып эукариот  трансляциясының  бірнеше инициациялық факторлары бар  екендігі саналады. Прокариоттарда  инициациялық үш фактор белгілі болса, эукариоттарда  мұндай факторлардың саны -7-8. Олардың  молекулалық . Реттелудің  басты механизміelF-2 факторын  тежеуге негізделген. Трансляция басталу үшін инициацияның екінші факторы (elF2)ESPақуызымен  инициациялық  кешен түзуі  қажет, ал мұның өзі ингибитордың әсермен тежелуі мүмкін. Ингибитордың  түзілуі  ортаның жағдайларына байланысты. Мысалы: ортада ген болмаса, глобин синтезі тыйылады. Сондай-ақ  трансляция деңгейінде  реттелудің  айқын мысалы  болып интерферонның пқуыз синтезін тежелуі саналады. Интерферон  генінің  экпрессиясы  иРНҚ-ның  синтезделуі мен  трансляцияның  кейін тез  арада тоқтайды.  Мұнда түзілген  интерферон  тек ингибиторлық қана емес, иРНҚ-ны  гидролиздеп , эндонуклеазалық активтілік кһорсетеді. Лидердің  тізбек трансляциясының  тиімділігіне , сөз жоқ, әсер етеді, сірә  ол бұл бөліктің  екінші құрылымымен  анықталады.

 Информациялық РНҚ-ның трансляциясына  гормондардың әсер ететіні де белгілі болды. Еркек жынысты тышкандарды  пәштәргенде  инициациялаушы  комплекстің  түзілуі  бұзылады. Эукариоттық  ағзаның дамуы барысында трансляция  процесі түрлі факторлардың  әсерімен  активтенуі әбден  мүмкін. Бұл арада трансляция  кезінде иРНҚ –ның тұрақтылығы артып, оның  ақуыз синтезіне бірнеше дүркін  қатынасатыны эукариоттық  клетка үшін маңызды реттелу. Информациялық РНҚ-ның  тұрақтылығыоның 3’-ұшының полиадилденуіне  байланысты деген  пікір бар. Мүмкін бұл арада  иРНҚ-ның ерекше  ақуыздарымен өзара әрекеттесуі  маңызды рөл атқарады.

 

 

 

 

 

 

Пайвдаланылған әдебиет:

1. Молекулалық генетика негіздері 2009 ж 91-98 беттер