If you're seeing this message, it means we're having trouble loading external resources on our website.

თუ ვებფილტრს იყენებთ, დარწმუნდით, რომ *.kastatic.org და *.kasandbox.org დომენები არ არის დაბლოკილი.

ძირითადი მასალა

მიმოხილვა: გენების რეგულაცია ეუკარიოტებში

როგორ ექსპრესირდება განსხვავებული გენები სხვადასხვა ტიპის უჯრედებში. ეუკარიოტებში გენების რეგულაციის ზოგადი სქემა.

საკვანძო საკითხები:

  • გენების რეგულაცია არის იმის კონტროლი, თუ რომელი გენები უნდა ექსპრესირდეს უჯრედში (ანუ რომელი გენების ტრანსკრიფცია და ტრანსლაცია უნდა წარიმართოს ფუნქციური პროდუქტის, მაგალითად, ცილის, წარმოსაქმნელად).
  • მრავალუჯრედიანი ორგანიზმის სხვადასხვა უჯრედში გენთა სხვადასხვა ნაკრები ექსპრესირდება, მიუხედავად იმისა, რომ ყველა უჯრედს ერთნაირი დნმ აქვს.
  • ექსპრესირებული გენების ნაკრები განსაზღვრავს იმას, თუ რა ცილებსა და ფუნქციურ რნმ-ს შეიცავს უჯრედი, რაც მას უნიკალურ თავისებურებებს ანიჭებს.
  • ეუკარიოტებში, მაგალითად, ადამიანში, გენის ექსპრესია მრავალსაფეხურიანი პროცესია და რეგულაციას ამ საფეხურთაგან ნებისმიერი ექვემდებარება. მიუხედავად ამისა, მრავალი გენი ძირითადად ტრანსკრიფციის „დონეზე" რეგულირდება.

შესავალი

თქვენი გასაოცარი ორგანიზმი ასობით სხვადასხვანაირი სახის უჯრედს შეიცავს, დაწყებული იმუნური უჯრედებიდან, დამთავრებული კანის უჯრედებითა და ნეირონებით. თქვენი თითქმის ყველა უჯრედი ერთნაირ დნმ-ს შეიცავს. მაშინ, რატომაა ისინი ასე განსხვავებული გარეგნულად და რატომ ასრულებენ ასე განსხვავებულ ფუნქციებს? პასუხია: გენთა სხვადასხვანაირი რეგულაცია!

გენების რეგულაცია უჯრედებს ერთმანეთისგან განასხვავებს

გენების რეგულაციის გზით უჯრედი აკონტროლებს, თავისი გენომის უამრავი გენიდან რომელი „ჩართოს" (ანუ რომელი ექსპრესირდეს). სწორედ ამის დამსახურებაა, რომ თქვენი ორგანიზმის სხვადასხვა სახის უჯრედებში სხვადასხვა გენებია აქტიური — მიუხედვად იმისა, რომ თითქმის ყველა მათგანს ზუსტად ერთნაირი დნმ აქვს. მხოლოდ საჭირო გენების ექსპრესიის წყალობით სხვადასხვანაირ უჯრედებს ცილების განსხვავებული ნაკრებები აქვთ და თავიანთი ფუნქციების შესასრულებად არიან სპეციალიზებულნი.
ასე, მაგალითად, ღვიძლის ერთ-ერთი ფუნქცია სისხლიდან ტოქსიკური ნივთიერებების, ვთქვათ, ალკოჰოლის, მოშორებაა. ამისთვის ღვიძლის უჯრედებში ექსპრესირდება გენები, რომლებიც ფერმენტ ალკოჰოლდეჰიდროგენაზას სუბერთეულებს (ნაწილებს) აკოდირებენ. ეს ფერმენტი ალკოჰოლს არატოქსიკურ მოლეკულად შლის. ადამიანის თავის ტვინში ნეირონებს ტოქსინების მოშორება არ ევალებათ, ამიტომ მათში ეს გენები არ ექსპრესირდება, ანუ „გამორთულია". ამის მსგავსად, ღვიძლის უჯრედების ფუნქცია ნეიროტრანსმიტერებით სიგნალების გადაცემა არ არის, ამიტომ მათში ნეიროტრანსმიტერების მაკოდირებელი გენებია გამორთული.
მარცხენა პანელი: ღვიძლის უჯრედი. ღვიძლის უჯრედი შეიცავს ალკოჰოლდეჰიდროგენაზას ცილებს. ბირთვში თუ ჩავიხედებით, დავინახავთ, რომ ალკოჰოლდეჰიდროგენაზას გენი ექსპრესირდება რნმ-ის წარმოსაქმნელად, ნეიროტრანსმიტერის გენი კი — არა. რნმ მუშავდება და ითარგმნება — სწორედ ამიტომაა ამ უჯრედში ალკოჰოლდეჰიდროგენაზას ცილები.
მარჯვენა პანელი: ნეირონი. ნეირონი შეიცავს ნეიროტრანსმიტერის ცილებს. ბირთვში თუ ჩავიხედებით, დავინახავთ, რომ ალკოჰოლდეჰიდროგენაზას გენი არ ექსპრესირდება რნმ-ის წარმოსაქმნელად, ხოლო ნეიროტრანსმიტერის გენი — კი. რნმ მუშავდება და ითარგმნება — სწორედ ამიტომაა ამ უჯრედში ნეიროტრანსმიტერის ცილები.
კიდევ მრავალი გენი შეგვიძლია დავასახელოთ, ღვიძლის უჯრედებსა და ნეირონებში სხვადასხვანაირად რომ ექსპრესირდება (ან ნებისმიერი ორი სახის უჯრედში თქვენნაირ მრავალუჯრედიან ორგანიზმში).

როგორ „წყვეტენ" უჯრედები, რომელი გენები უნდა ჩართონ?

აი, ეს კი ცოტა რთული შეკითხვაა! მრავალი ფაქტორი მოქმედებს იმაზე, თუ რომელი გენები ექსპრესირდება უჯრედში. როგორც უკვე ვთქვით, სხვადასხვა სახის უჯრედებში სხვადასხვა გენებია აქტიური. მიუხედავად ამისა, ორ სხვადასხვანაირ უჯრედში გენები შეიძლება ერთნაირადაც ექსპრესირდებოდეს გარემოსა და შინაგანი მდგომარეობის მიხედვით.
ზოგადად რომ ვთქვათ, უჯრედში გენების ექსპრესიის თავისებურებები დამოკიდებულია თავად უჯრედის შიგნიდან და გარედან მიღებულ ინფორმაციაზე.
  • უჯრედშიდა ინფორმაციის მაგალითებია: მშობელი უჯრედიდან მიღებული ცილები, დნმ-ის დაზიანების არსებობა და არსებული ატფ-ის რაოდენობა.
  • უჯრედის გარედან მიღებული ინფორმაცია შეიძლება იყოს: ქიმიური სიგნალები სხვა უჯრედებიდან, მექანიკური სიგნალები უჯრედგარე მატრიქსიდან და საკვები ნივთიერებების შემცველობა.
როგორ ეხმარება ეს სიგნალები უჯრედს, გადაწყვიტოს, რომელი გენები უნდა ექსპრესირდეს? უჯრედები ამას ისე არ „წყვეტენ“, როგორც მე და თქვენ. მათ მოლეკულური გზები აქვთ ამ ინფორმაციის — მაგ., ქიმიური ნივთიერების დაკავშირება რეცეპტორთან — „გადასამუშავებლად“ და ამის მიხედვით გენების ექსპრესიის შესაცვლელად.
მაგალითისთვის განვიხილოთ, როგორ პასუხობს უჯრედი ზრდის ფაქტორებს. ზრდის ფაქტორი მეზობელი სიგნალისგან მიღებული ქიმიური სიგნალია, რომელიც სამიზნე უჯრედის დაყოფასა და ზრდას იწვევს. შეგვიძლია, მხატვრულად ვთქვათ, რომ უჯრედი ზრდის ფაქტორის სიგნალს აღიქვამს და გადაწყვეტს, რომ დაყოფა დაიწყოს, მაგრამ სინამდვილეში როგორ ხდება ეს?
ზრდის ფაქტორები უჯრედის ზედაპირზე მდებარე რეცეპტორებს უკავშირდებიან და უჯრედში სასიგნალო გზას რთავენ. სასიგნალო გზა, თავის მხრივ, ბირთვში ტრანსკრიფციის ფაქტორების გააქტიურებას იწვევს, რათა ისინი დნმ-ს დაუკავშირდნენ გაყოფისა და ზრდის მასტიმულირებელ გენებთან ახლოს და მათი ტრანსკრიფცია გამოიწვიონ რნმ-ად. შემდეგ ეს რნმ გადამუშავდება, ბირთვიდან ციტოპლაზმაში გაიტანება და ტრანსლირდება ზრდისა და დაყოფის მასტიმულირებელ ცილებად.
  • ზრდის ფაქტორი ფიზიკურად უკავშირდება თავის რეცეპტორ ცილას უჯრედის ზედაპირზე, რითაც უჯრედი ამ სიგნალს აღიქვამს.
  • ზრდის ფაქტორის დაკავშირება რეცეპტორის ფორმის ცვლილებას იწვევს და ქიმიური რეაქციების კასკადი ირთვება, რის შედეგადაც აქტიურდება სპეციალური ცილები, ტრანსკრიფციის ფაქტორები
  • ტრანსკრიფციის ფაქტორები დნმ-ის განსაზღვრულ თანმიმდევრობებს უკავშირდება უჯრედის ბირთვში და იწვევს უჯრედის გაყოფასთან დაკავშირებული გენების ტრანსკრიფციას.
  • ამ გენების პროდუქტები სხვადასხვანაირი ცილებია, რომლებიც უჯრედის გაყოფას უწყობენ ხელს (იწვევენ მის ზრდას ან უჯრედული ციკლის შემდეგ ეტაპზე გადასვლას).
ეს მხოლოდ ერთი მაგალითია იმისა, თუ როგორ შეუძლია უჯრედს მიღებული სიგნალის, ინფორმაციის საპასუხოდ გენების ექსპრესიის შეცვლა. ასეთი მაგალითი კიდევ მრავალია და თანამედროვე ბიოლოგიური კვლევების ერთ-ერთი მიზანიც სწორედ გენების რეგულაციის მიღმა არსებული ლოგიკის შესწავლაა.
ზრდის ფაქტორების სასიგნალო გზები საკმაოდ რთულია და მრავალი სამიზნე აქვს, როგორც ტრანსკრიფციის ფაქტორები, ისე სხვა ცილები. ზრდის ფაქტორების სასიგნალო გზებზე მეტის გასაგებად გაეცანით სტატიას სიგნალის უჯრედშიდა გატარების შესახებ.

ეუკარიოტული გენები მრავალ საფეხურზე შეიძლება რეგულირდებოდეს

მომდევნო სტატიებში განვიხილავთ ეუკარიოტებში გენთა რეგულაციის სხვადასხვა ფორმას. ვისაუბრებთ იმაზე, თუ როგორ კონტროლდება გენების ექსპრესია ეუკარიოტებში (მაგალითად, ჩვენში!) სხვადასხვა ეტაპზე, დაწყებული დნმ-ის ხელმისაწვდომობიდან, დამთავრებული ი-რნმ-ის წარმოქმნითა და ცილების ტრანსლაცია/გადამუშავებით.
ეუკარიოტებში გენთა რეგულაცია მრავალსაფეხურიანი პროცესია და თითქმის ყველა საფეხური ექვემდებარება რეგულაციას. სხვადასხვა გენი სხვადასხვა ეტაპზე რეგულირდება და ისიც ხშირია, რომ გენი (განსაკუთრებით, თუ იგი მნიშვნელოვანი ან ძლიერია) მრავალ საფეხურზე რეგულირდებოდეს.
  • ქრომატინის ხელმისაწვდომობა. რეგულაციის ერთ-ერთი ხერხია თავად ქრომატინის (დნმ-ისა და მისი მაორგანიზებელი ცილების ერთობლიობის) სტრუქტურის ცვლილებაც. უფრო გახსნილ, ანუ გაშლილ, მდგომარეობაში მყოფი ქრომატინიდან გენის ტრანსკრიფცია უფრო მარტივია.
  • ტრანსკრიფცია. ტრანსკრიფცია მრავალი გენის მთავარი მარეგულირებელი საფეხურია. უჯრედში არსებობს სპეციალური ცილები, ტრანსკრიფციის ფაქტორები, რომლებიც დნმ-ის განსაზღვრულ თანმიმდევრობებს უკავშირდებიან გენთან ახლოს და ხელს უწყობენ ან უშლიან მის რნმ-ად გადაწერას.
  • რნმ-ის გადამუშავება. რეგულაციას ექვემდებარება რნმ-ის სპლაისინგი, კეპირება და პოლი-ა კუდის დამატებაც, ისევე, როგორც მისი ბირთვიდან გასვლა. ერთი და იმავე პრე-ი-რნმ-დან რამდენიმენაირი საბოლოო ი-რნმ-ის მიღება შეიძლება ალტერნატიული სპლაისინგის გზით.
ეუკარიოტული გენების ექსპრესიის საფეხურები (მათგან პოტენციურად ყველას რეგულირებაა შესაძლებელი).
  1. ქრომატინის სტრუქტურა. ქრომატინი შეიძლება მჭიდროდ ჩაიხვეს ან გაიშალოს.
  2. ტრანსკრფიცია. ხელმისაწვდომი გენი (რომლის შესაბამისი ქრომატინიც საკმარისად გაშლილია) ტრანსკრიბირდება და პირველადი ტრანსკრიპტი წარმოიქმნება.
  3. გადამუშავება და ექსპორტი. პირველადი ტრანსკრიპტი გადამუშავდება (სპლაისინგი, კეპირება, პოლი-ა კუდის დამატება) და ბირთვიდან გაიტანება.
  4. ი-რნმ-ის სტაბილურობა. ციტოზოლში ი-რნმ საკმაოდ დიდხანს შეიძლება არსებობდეს სტაბილურად ან სწრაფად დაიშალოს.
  5. ტრანსლაცია. ი-რნმ-ის ტრანსლაცია სწრაფად/ხშირად ან ნელა შეიძლება წარიმართოს რიბოსომაზე პოლიპეპტიდის წარმოსაქმნელად.
  6. ცილების გადამუშავება. მიღებული ცილა შესაძლოა სხვადასხვანაირად გადამუშავდეს, მათ შორის პროტეოლიზური დანაწევრების (ამინომჟავების მოჭრის) ან ქიმიური მოდიფიცირების, მაგალითად, ფოსფატის ჯგუფების დამატების, გზით.
ყველა ეს საფეხური (თუ საჭიროა) უნდა შესრულდეს, რათა რომელიმე გენის მიერ კოდირებული ცილა აქტიური სახით მივიღოთ უჯრედში.
სურათი დაფუძნებულია მსგავს დიაგრამებზე რისისა და კოლეგების1 და პერვსისა და კოლეგების2 ავტორობით
  • რნმ-ის სტაბილურობა. ი-რნმ-ის მოლეკულის სიცოცხლის ხანგრძლივობა ციტოზოლში გავლენას ახდენს მისგან წარმოქმნილი ცილის მოლეკულების რაოდენობაზე. მცირე მარეგულირებელი რნმ-ები, მმ-რნმ-ები, სამიზნე ი-რნმ-ს უკავშირდება და მის ნაწილებად დაჭრას იწვევს.
  • ტრანსლაცია. ი-რნმ-ის ტრანსლაცია შეიძლება გააქტიურდეს ან დაითრგუნოს რეგულატორების მიერ. მაგალითად, ხანდახან მმ-რნმ-ები თრგუნავენ სამიზნე ი-რნმ-ის ტრანსლაციას (ნაცვლად იმისა, რომ მისი დანაწევრება გამოიწვიონ).
  • ცილების აქტივობა. ცილების მოდიფიცირების მრავალნაირი გზა არსებობს, მაგალითად, ნაწილებად დაჭრა ან ქიმიური ჯგუფებით მონიშვნა. ეს პროცესები რეგულირებადია და გავლენას ახდენს ცილის აქტივობასა და ქცევაზე.
გენის ექსპრესიის ყველა საფეხური რეგულირებადია, მაგრამ მთავარი გზა მაინც ტრანსკრიფციის კონტროლია. ტრანსკრიფციის დონეზე წარმართული რეგულაცია მოგვიანებით საფეხურებზე უფრო მცირე დეტალებამდე იხვეწება.

გენების რეგულაციის სახეობათშორისი განსხვავებები

გენთა რეგულაციის თავისებურებების წყალობითაა, რომ მრავალუჯრედიან ორგანიზმში (მაგ., თქვენში) სხვადასხვანაირ უჯრედებს სხვადასხვა სტრუქტურა და ფუნქცია აქვთ. ერთი ნაბიჯით შორიდან რომ შევხედოთ, გენთა რეგულაციით იმის ახსნაც შეიძლება, თუ რატომ განსხვავდებიან სახეობები ერთმანეთისგან ფორმითა და ფუნქციით, როცა გენთა თანმიმდევრობა თითქმის ერთნაირი აქვთ.
მაგალითად, ადამიანებისა და შიმპანზეების გენომები 98,8%-ით იდენტურია დნმ-ის დონეზე. ზოგიერთი გენის ცილების მაკოდირებელი თანმიმდევრობები განსხვავდება ადამიანებსა და შიმპანზეებში, რაც იწვევს ამ ორ სახეობას შორის განსხვავებებს. თუმცა მკვლევარები იმასაც ფიქრობენ, რომ გენების რეგულაციების განსხვავება თამაშობს მთავარ როლს ადამიანებსა და შიმპანზეებს შორის არსებული განსხვავებების ჩამოყალიბებაში. მაგალითად, დნმ-ის ზოგიერთი რეგიონი, რომელიც შიმპანზეების გენომში გვხვდება, მაგრამ ადამიანისაში - არა, შეიცავს გენების მარეგულირებელ თანმიმდევრობებს, რომლებიც აკონტროლებენ როდის, სად და რამდენად ძლიერად ექსპრესირდება გენი3.

გსურთ, შეუერთდეთ დისკუსიას?

პოსტები ჯერ არ არის.
გესმით ინგლისური? დააწკაპუნეთ აქ და გაეცანით განხილვას ხანის აკადემიის ინგლისურენოვან გვერდზე.