ძირითადი მასალა
კურსი: ბიოლოგია > თემა 16
გაკვეთილი 2: გენების რეგულაცია ეუკარიოტებშირეგულაცია ტრანსკრიფციის შემდეგ
ალტერნაიტიული სპლაისინგი, მი-რნმ და პი-რნმ, ტრანსლაციის ინიციაციის ფაქტორები, & ცილების მოდიფიკაცია.
საკვანძო საკითხები:
- მას შემდეგაც კი, რაც გენი ტრანსკრიბირდა, გენის ექსპრესია მრავალ სხვადასხვა საფეხურზე რეგულირდება.
- ზოგიერთ ტრანსკრიპტი ექვემდებარება ალტერნატიულ სპლაისინგს და რნმ-ის ერთისა და იმავე ტრანსკრიპტიდან განსხვავებულ ი-რნმ-ებსა და ცილებს წარმოქმნის.
- ზოგიერთ ი-რნმ-ს მიკრო-რნმ-ები უმიზნებს, მცირე რეგულატორული რნმ-ების, რომლებსაც შეუძლია ი-რნმ-ის დაქუცმაცება ან ტრანსლაციის დაბლოკვა.
- ცილის აქტივობა ტრანსლაციის შემდეგ შეიძლება დარეგულირდეს, მაგალითად, ამინომჟავების მოშორებით ან ქიმიური ჯგუფების დამატებით.
შესავალი
ის გენები, რომლებსაც ეუკარიოტული უჯრედი „ჩართავს“, დიდწილად განაპირობებს მის იდენტობასა და მახასიათებლებს. მაგალითად, თქვენს თვალში არსებულ ფოტორეცეპტორულ უჯრედს სინათლის დაფიქსირება იმიტომ შეუძლია, რომ ის ექსპრესირებს იმ გენებს, რომლებიც სინათლისადმი მგრძნობიარე ცილებს აწარმოებს, აგრეთვე გენებს ნეიროტრანსმიტერებისთვის, რომლებიც სიგნალის ტვინისთვის გადაცემის შესაძლებლობას იძლევა.
ფოტორეცეპტორების მსგავს ეუკარიოტულ უჯრედებში გენის ექსპრესია ხშირად უშუალოდ ტრანსკრიფციის დონეზე კონტროლდება. მიუხედავად ამისა, ეს არ ნიშნავს, რომ ტრანსკრიფცია რეგულაციის უკანასკნელი შანსია. შესაძლებელია გენის ექსპრესიის გვიანი საფეხურების რეგულაციაც, მათ შორის:
- რნმ-პროცესინგის, მაგალითად, სპლაისინგის, კეპირებისა და პოლიადენილური კუდის დამატების
- ინფორმაციული რნმ-ის (ი-რნმ-ის) ტრანსლაციისა და ციტოზოლში მისი სიცოცხლის ხანგრძლივობის
- ცილისმიერი მოდიფიკაციების, მაგალითად, ქიმიური ჯგუფების დამატების
ქვედა სექციებში ჩვენ განვიხილავთ გენის რეგულაციის რამდენიმე ხშირ ფორმას, რომელიც მიმდინარეობს რნმ-ის ტრანსკრიპტის წარმოქმნის შემდეგ.
რნმ-პროცესინგის რეგულაცია
როდესაც ეუკარიოტული გენი ბირთვში ტრანსკრიბირდება, პირველადი ტრანსკრიპტი (რნმ-ის ახლადწარმოქმნილი მოლეკულა) ჯერ ინფორმაციულ რნმ არ არის. ნაცვლად ამისა, ის „მოუმწიფებელი“ მოლეკულაა, რომელსაც პრე-ი-რნმ ეწოდება.
პრე-ი-რნმ-მა გარკვეული მოდიფიკაციები უნდა მიიღოს, რათა გახდეს ზრდასრული ი-რნმ-ის მოლეკულა, რომელსაც შეეძლება ბირთვის დატოვება და ტრანსლაცია. ამ მოდიფიკაციებს შორისაა სპლაისინგი, კეპირება და პოლიადენილური კუდის დამატება. პოტენციურად მათგან თითოეულის რეგულაციაა შესაძლებელი — აჩქარება, შენელება ან შეცვლა იმგვარად, რომ სხვა პროდუქტი მივიღოთ.
ალტერნატიული სპლაისინგი
პრე-ი-რნმ-ის მოლეკულების უმეტესობას აქვს ისეთი სექციები, რომლებიც შორდება მოლეკულას, ინტრონები, და სექციები, რომლებიც ერთმანეთს უკავშირდება საბოლოო ი-რნმ-ის წარმოსაქმნელად, ეგზონები. ამ პროცესს სპლაისინგი ეწოდება.
ალტერნატიული სპლაისინგის დროს ი-რნმ-ის განსხვავებული ნაწილები შეირჩევა ეგზონებად გამოსაყენებლად. ამის მეშვეობით ერთი პრე-ი-რნმ-იდან წარმოიქმნება ი-რნმ-ის ორი (ან მეტი) მოლეკულა.
ალტერნატიული სპლაისინგი შემთხვევითი პროცესი არ არის. ნაცვლად ამისა, ის, როგორც წესი, მარეგულირებელი ცილებით კონტროლდება. ცილები ებმის პრე-ი-რნმ-ის სპეციფიკურ უბნებს და სპლაისინგის ფაქტორებს „ეუბნება“, თუ რომელი ეგზონების გამოყენებაა საჭირო. განსხვავებული ტიპის უჯრედები განსხვავებულ მარეგულირებელ ცილებს ექსპრესირებენ, ამიტომ უჯრედის თითოეულ ტიპში ეგზონების სხვადასხვა კომბინაცია გამოიყენება, რასაც განსხვავებული ცილების წარმოებამდე მივყავართ.
მცირე მარეგულირებელი რნმ-ები
მას შემდეგ, რაც ი-რნმ ტოვებს ბირთვს, შესაძლოა, მისი ტრანსლაცია ბევრჯერ მოხდეს ან არ მოხდეს ცილების წარმოსაქმნელად. ორი გადამწყვეტი ფაქტორი იმისა, თუ რამდენი ცილა წარმოიქმნება ი-რნმ-დან, არის მისი „სიცოცხლის ხანგრძლივობა“ (რამდენად დიდი ხნის განმავლობაში ტივტივებს ის ციტოზოლში) და რამდენად მარტივადაა შესაძლებელი მასზე ტრანსლაციის მექანიზმის, მაგალითად, რიბოსომის, მიბმა.
რეგულატორების ბოლო დროს აღმოჩენილ კლასს, რომელსაც მცირე მარეგულირებელი რნმ-ები ეწოდება, შეუძლია ი-რნმ-ის სიცოცხლის განრძლივობისა და ტრანსლაციის რეგულაცია. მოდით, ვნახოთ, როგორ მუშაობს ეს.
მიკრო-რნმ-ები
მიკრო-რნმ-ები (ინგლისურად microRNA ან miRNA) ერთ-ერთი პირველი მცირე მარეგულირებელი რნმ-ები, რომლებიც აღმოვაჩინეთ.
მიკრო-რნმ თავდაპირველად რნმ-ის გრძელ მოლეკულად ტრანსკრიბირდება, ეს უკანასკნელი საკუთარ თავთან ადგენს ფუძეთა წყვილებს და იკეცება „თმის სარჭის“ წარმოსაქმნელად.
შემდეგ „თმის სარჭს“ ფერმენტები აქუცმაცებენ და ათავისუფლებენ მცირე ორჯაჭვიან ფრაგმენტს, რომელიც დაახლოებით
მიკრო-რნმ ცილოვან კომპლექსს ი-რნმ-ის „შესაფერის“ მოლეკულებთან ამისამართებს (რომლებიც მიკრო-რნმ-თან ქმნიან ფუძეთა წყვილებს). როდესაც რნმ-ცილების კომპლექსი შეკავშირდება:
- თუკი მიკრო-რნმ და მისი სამიზნე იდეალურად შეეწყობა, რნმ-ცილის კომპლექსის ფერმენტი, როგორც წესი, რნმ-ის შუაზე გადაჭრის და მის დაშლას გამოიწვევს.
- თუკი მიკრო-რნმსა და მის სამიზნე გარკვეული შეუთავსებლობები აქვს, რნმ-ცილის კომპლექსი ამჯერად ი-რნმ-ს მიებმება და ხელს შეუშლის მას ტრანსლაციაში.
ეს მიკრო-რნმ-ების მიერ სამიზნეების ექსპრესირების ინჰიბირების (დათრგუნვის) ერთადერთი გზები არ არის და მეცნიერები ჯერაც იკვლევენ მათი მოქმედების მეთოდებს
რეალურად რას აკეთებენ მიკრო-რნმ-ები ორგანიზმებში? მათი უშუალო როლია სამიზნე გენების ექსპრესიის შემცირება, მაგრამ მათ ამ როლის შესრულება მრავალი სხვადასხვა შედეგის მისაღწევად ძალუძთ.
მაგალითად, თაგვებში სპეციფიკური მიკრო-რნმ საკვანძო როლს ასრულებს სისხლის მიმოქცევის სისტემის განვითარებასა და ფუნქციონირებაში. ამ მიკრო-რნმ-ის გარეშე მყოფ თაგვებს გულის განვითარებისას დეფექტები უჩნდებათ და ვერ ახერხებენ გადარჩენას. მიკრო-რნმ-ების ექსპრესიის დონეების ცვლილებები აგრეთვე დაკავშირებულია ადამიანთა დაავადებებთან, მათ შორის მრავალი ტიპის კიბოსა და გულის ჰიპერტროფიასთან
ტრანსლაციის რეგულაცია
ჩვენ უკვე ვნახეთ, თუ როგორ შეუძლია მიკრო-რნმ-ებს ტრანსლაციის ინჰიბირება, თუმცა უჯრედში ი-რნმ-ის ტრანსლაციის რეგულაციის კიდევ რამდენიმე სხვა გზაც არსებობს. რეგულაციის ერთ-ერთი საკვანძო საფეხურია ტრანსლაციის ინიციაცია.
ტრანსლაციის დასაწყებად რიბოსომა და რნმ-ცილის კომპლექსი, რომელიც „მასპინძლობს“ ტრანსლაციას, უნდა შეიკრიბოს ი-რნმ-ზე. ეს პროცესი მოიცავს მრავალ „დამხმარე“ ცილას, რომლებიც უზრუნველყოფს რიბოსომის სწორ ადგილას ყოფნას.
შესაძლებელია ტრანსლაციის გლობალური რეგულაცია (უჯრედის ყველა ი-რნმ-ისთვის) „დამხმარე“ ცილების ხელმისაწვდომობისა და აქტიურობის ცვლილებების გზით.
მაგალითად, ტრანსლაციის დასაწყებად ცილა, რომელსაც ეუკარიოტული მაინიციირებელი ფაქტორი 2 (ემფ-2) ეწოდება, აუცილებლად უნდა მიებას რიბოსომის იმ ნაწილს, რომელსაც მცირე სუბერთეული ჰქვია. ემფ-2-ის მიბმას აკონტროლებს ფოსფორილირება, ანუ ცილისთვის ფოსფატის ჯგუფის მიმატება.
როდესაც ემფ-2 ფოსფორილირდება, ის „გამოირთვება“ — ფორმას იცვლის და აღარ შეუძლია საკუთარი როლის შესრულება ინიციაციაში, ამიტომ ტრანსლაცია ვერ იწყება. ამის საპირისპიროდ, როდესაც ემფ-2 არ ფოსფორილირდება, ის „ჩაირთვება“ და ასრულებს საკუთარ როლს ინიციაციაში, ამიტომ ტრანსლაცია გრძელდება.
ამგვარად, ემფ-2-ის ფოსფორილირება გადამრთველს წარმოადგენს, რომელიც ტრანსლაციის ჩართვა/გამორთვაზეა პასუხისმგებელი. ტრანსლაციის ინაქტივაცია კარგი სტრატეგიაა ისეთ დროს, როდესაც უჯრედს „უსახსრობის“ გამო არ ძალუძს ახალი ცილების წარმოქმნა (მაგ., როდესაც უჯრედში არ არის საკმარისი საკვები ნივთიერებები)
ცილების რეგულაცია ტრანსლაციის შემდეგაცაა შესაძლებელი
არსებობს აგრეთვე მარეგულირებელი მექანიზმები, რომლებიც უკვე წარმოქმნილ ცილებზე მოქმედებს. ამ შემთხვევებში ცილის „რედაქტირებამ“ — მაგალითად, ამინომჟავების მოშორებამ ან ქიმიური მოდიფიკაციის დამატებამ — შესაძლოა, გამოიწვიოს ცვლილება მის აქტივობასა თუ ქცევაში. პროცესინგისა და მოდიფიკაციის ეს საფეხურები შეიძლება რეგულაციის სამიზნე გახდეს.
მაგალითად, ზოგიერთი ცილის გასააქტიურებლად საჭიროა მისი პროტეოლიზურად დაჭრა (დაქუცმაცება). ამის ერთ-ერთი მაგალითია ინსულინი, რომელსაც დიაბეტით დაავადებული პაციენტები იყენებენ. სხვა ცილებს ქიმიური ჯგუფები ემატება, მათ შორის მეთილის, ფოსფატის, აცეტილისა და უბიკვიტინის ჯგუფები. ხშირად ამ ჯგუფების დამატება და მოშორება დინამიკურადაა შესაძლებელი აქტიურობის სამართავად.
ქიმიური ჯგუფების დამატებასა და მოშორებას შეუძლია, დაარეგულიროს ცილის აქტივობის ან მისი უჯრედში ყოფნის ხანგრძლივობა, სანამ ის „გადამუშავებას“ დაიწყებს. ზოგჯერ ქიმიური მოდიფიკაციები იმასაც განსაზღვრავს, თუ სად იქნება ცილა უჯრედში — მაგალითად, ბირთვსა თუ ციტოპლაზმაში, ან პლაზმურ მემბრანაზე მიბმული.
ფოსფორილირება
ერთ-ერთი ყველაზე ხშირი პოსტტრანსლაციური მოდიფიკაცია არის ფოსფორილირება, რომლის დროსაც ცილას ფოსფატის ჯგუფი ებმის. ფოსფორილირების ეფექტი სხვადასხვაგვარია თითოეულ ცილაში: ზოგიერთს ფოსფორილირება ააქტიურებს, ზოგიერთს დეაქტივაციას უკეთებს, სხვები, უბრალოდ, თავიანთ ქცევას ცვლიან (განსხვავებულ მეწყვილესთან ურთიერთქმედებენ ან უჯრედის სხვა ნაწილში მიდიან).
ამის ერთი მაგალითი ზემოთ უკვე ვნახეთ, როდესაც განვიხილეთ, თუ როგორ ინაქტივირდება ემფ-2 ფოსფატის ჯგუფის დამატებისას (და ბლოკავს ტრანსლაციას). მიუხედავად ამისა, მრავალი ცილის შერჩევითად ფოსფორილირებაა შესაძლებელი და თითოეულ შემთხვევას განსხვავებული ეფექტი ექნება იმის მიხედვით, თუ რა როლი აქვს უჯრედში მოცემულ ცილას.
უბიკვიტინაცია
ცილები შეიძლება დეგრადაციისთვის მოინიშნოს მათთვის ქიმიური მარკერის, უბიკვიტინის, დართვით. უბიკვიტინით მონიშნული ცილები პროტეოსომაში გადადის, უჯრედის „გადასამუშავებელ ცენტრში“, და შემადგენელ ნაწილებად იშლება. უბიკვიტინაცია (უბიკვიტინის პოსტტრანსლაციური მიერთება სამიზნე ცილასთან) უჯრედში არსებული ცილის მუდმივობის კონტროლის მნიშვნელოვანი ხერხია.
გსურთ, შეუერთდეთ დისკუსიას?
პოსტები ჯერ არ არის.