miepaj miepaj
144
BLOG

Informacja genetyczna (4)

miepaj miepaj Nauka Obserwuj temat Obserwuj notkę 0

Prof dr hab. Janusz Stanisław Keller *

 

INFORMACJA GENETYCZNA. OD GENOTYPU DO FENOTYPU (4)

 

            Gen nie jest strukturą ciągłą, bowiem jego części kodujące, zwane eksonami,są przedzielane częściami zwanymi intronami. Te ostatnie po transkrypcji są usuwane z nowo zsyntetyzowanego łańcucha RNA w procesie tzw. splicingui nie biorą udziału w syntezie peptydu.

            Podczas transkrypcji jeszcze niewykończony mRNA jest modyfikowany poprzez metylację końca 5’-trifosforanowego (powstaje struktura kap), rozcinanie przez endonukleazęi dołączanie ogona 3’-poliadenylowego. Te procesy „wykańczania” mRNA nie zmieniają jego własności informacyjnych. Informacja zawarta w niektórych mRNA może jednak ulec pewnym zmianom, na przykład wówczas, gdy określona cytydyna zostanie zdeaminowana do urydyny. Deaminaza odpowiedzialna za ten proces występuje w enterocytach jelita cienkiego w okresie wczesnej ontogenezy. Tak więc w procesie transkrypcji mogą czasem wystąpić pewne zmiany w informacji genetycznej i kodowane peptydy mogą niecałkowicie odpowiadać strukturze DNA.

            W genomie człowieka istnieje wiele sekwencji powtarzających się. Ponad 30% całego DNA to sekwencje powtarzające się ponad dwadzieścia razy, ale są również sekwencje, które powtarzają się około miliona razy. Geny te kodują na przykład białka histonowelub rybosomowe RNA. Wiele ważnych białek jest z kolei kodowanych przez geny występujące w pojedynczych tylko wersjach.

            Regulacja ekspresji genów zaczęła być stopniowo poznawana dopiero od mniej więcej trzydziestu lat, gdy opanowano techniki biologii molekularnej umożliwiające badanie genomu. Posługując się nimi, rozwinięto badania nad procesem transkrypcji mRNA w jądrze komórkowym, dojrzewania mRNA w cytozolu, a także – stabilizacji, czyli wydłużania okresu półtrwania mRNA poprzez hamowanie tempa jego degradacji. Przy użyciu innych technik bada się z kolei proces translacji, oznaczając sekwencję aminokwasów w syntetyzowanych białkach, a także – oznacza się zespoły metabolitów powstających w wyniku aktywności enzymatycznej badanych białek.

            Najczęściej regulowanym etapem transkrypcji jest jej inicjacja. Funkcję regulatorową spełniają w tym przypadku specjalne białka, które mogą zarówno umożliwiać transkrypcję jakiegoś genu (aktywatory), jak i blokować ją (represory).

 

            Przykład ekspresji genu. Ekspresja genów jest procesem niezwykle złożonym i w tym opracowaniu może być przedstawiony w zarysie jedynie jej najprostszy schemat, na przykład ekspresja genu kodującego galaktozydazę, enzymu rozkładającego laktozę na glukozę i galaktozę. Bakteria Escherichia coli metabolizuje glukozę i w obecności tego cukru w pokarmie nie syntetyzuje galaktozydazy, natomiast jeśli jedynym dostępnym dla niej cukrem jest laktoza – wytwarza ten enzym. Gen galaktozydazy jest położony w łańcuchu DNA obok genu represorowego, który uniemożliwia jego ekspresję. Oba te geny są rozdzielone trzema fragmentami operatorowymi DNA:

  • miejscem wiązania aktywatora genu galaktozydazy,
  • promotorem oraz
  • miejscem wiązania represora genu galaktozydazy.

            Polimeraza RNA – aby wpłynąć na transkrypcję tego genu – musi rozpocząć swoje działanie od fragmentu DNA zwanego promotorem. Jeżeli fragment ten związał się uprzednio z białkiem represorowym, transkrypcja genu galaktozydazy staje się niemożliwa. Gdy do pożywki, na której rozwija się E. coli, doda się laktozę, cukier ten wiąże się z białkiem represorowym i umożliwia polimerazie RNA transkrypcję omawianego genu.

            Tak więc inicjacja całego procesu ekspresji genu zaczyna się od skierowania polimerazy RNA do miejsca transkrypcji przez tzw. czynniki transkrypcyjne, a następnie – rozpoznanie go przez białko wiążące się z tym miejscem. Białko to powoduje zmiany konformacyjne (dotyczące struktury przestrzennej) w DNA, polegające na miejscowym rozpleceniu się dwóch jego nici i umożliwieniu działania polimerazie RNA.

            Różnorodne czynniki transkrypcyjne oddziałują z promotorami, przyłączając się do TBP lub bezpośrednio rozpoznając określone sekwencje DNA. Istnieją sekwencje, które mogą wzmacniać transkrypcję w miejscach oddalonych o nawet kilka tysięcy zasad, ale mogą one występować również tuż przed genem, w środku genu lub bezpośrednio za nim.

            Klasycznymi czynnikami transkrypcyjnymi są hormony, niektóre leki oraz białko szoku termicznego Hsp90.

            Hormony steroidowe mają receptory w jądrze komórkowym i mogą działać w charakterze promotorów nieswoiście, określając miejsce wiązania się polimerazy RNA z DNA i wpływając na dokładność transkrypcji. Mogą też one wiązać się ze swoistymi dla każdego rodzaju hormonów steroidowych lub peptydowych sekwencjami odpowiedzi hormonalnej. Odbywa się to bądź bezpośrednio, bądź za pośrednictwem innych białek wiążących (CBP), bądź też jeszcze przy udziale drugiego przekaźnika, jakim jest cykliczny AMP (cAMP).

            Hormony białkowe lub peptydowe wiążą się ze specyficznymi dla nich receptorami umieszczonymi na zewnętrznej powierzchni błon komórkowych i nie wnikając do wnętrza komórek, przekazują informację odbieraną przez specyficzne czynniki regulatorowe, które wnikają do jąder komórkowych i tam wiążą się z odpowiednimi genami, aktywując je lub hamując ich ekspresję.

            Wpływ składników diety na ekspresję genów był przedmiotem zainteresowań pracowników naukowych zajmujących się żywieniem człowieka od bardzo dawna, jednak mechanizm tego wpływu zaczął być stopniowo poznawany dopiero od mniej więcej trzydziestu lat, gdy opanowano techniki biologii molekularnej umożliwiające badanie genomu. Ta dziedzina wiedzy jest dotychczas słabo jeszcze rozwinięta w naszym kraju; nie utworzono dla niej nawet oryginalnego słownictwa polskiego i używane są z konieczności nazwy pochodzące bezpośrednio z języka angielskiego, takie jak nutrigenomika (nauka o wpływie składników pokarmowych na ekspresję genów), transkryptomika (badania nad tworzeniem mRNA), proteomika (badanie białkowych produktów translacji) i metabolomika (analiza kompletu metabolitów powstających w procesach przemiany materii w ostatecznym wyniku ekspresji określonych genów).

            W wyniku rozwoju omawianej gałęzi nauki w krajach przodujących w naukach żywieniowych już w końcu XX wieku stwierdzono, że istotny wpływ na ekspresję genów mają takie składniki pokarmowe, jak wielonienasycone kwasy tłuszczowe (z rodziny n-6 i n-3), cholesterol, glukoza/fruktoza, niektóre składniki mineralne, jak żelazo, a także witaminy rozpuszczalne w tłuszczach, na przykład kwas retinowy i retinol. Stosując różnorodne metody, stwierdzono, że wpływ składników pokarmowych może dotyczyć bądź transkrypcji, bądź stabilizacji zsyntetyzowanych mRNA i że oba te rodzaje oddziaływań są niezależne od siebie.

(c.d.n.)


            * Szkoła Główna Gospodarstwa Wiejskiego, Wydział Nauk o Żywieniu Człowieka i Konsumpcji; janusz_keller@sggw.pl

 

miepaj
O mnie miepaj

Nieformalny przewodniczący Grupy Inicjatywnej Polskiego Towarzystwa Kreacjonistycznego (1993-1995), pierwszy przewodniczący Towarzystwa (w latach 1995-1998), redaktor naczelny organu Towarzystwa "Na Początku..." od 1993 roku do 2006 oraz (po zmianie tytułu) "Problemów Genezy" od 2013-.

Nowości od blogera

Komentarze

Inne tematy w dziale Technologie