Строение гена
advertisement
Строение гена ГЕН • 1909г Иогансен Ген - определенные условия, основы и детерминанты, присутствующие в гаметах, являющиеся уникальными и самостоятельными, и поэтому независимыми путями определяющие многие характеристики организма • 1900-е Ген – дискретная единица наследственности (законы Менделя) Один ген = один признак НО! Плейотропия – множественное действие гена Взаимодействие генов • 1910-е Ген – отдельный локус Хромосомная теория наследственности Ген = единица рекомбинации Ген = единица рекомбинации (Рекон) НО! • 1940-е Ген – чертеж белка Один ген = один фермент → один ген = один полипептид • 1950-е Ген - физическая молекула ДНК – носитель генетической информации Цистрон - участок ДНК, отвечающий за единичную функцию (Benzer 1955) • 1960-е Ген – транскрибируемый код Центральная догма молекулярной биологии (F.Crick, 1958, 1970) DNA RNA Protein Ген = единица транскрипции • 1970-1980-е Ген – открытая рамка считывания (open reading frame – ORF) части последовательности. Возможность предсказания генов • 1990-2000-е Ген – аннотированная структурная единица генома, зарегистрированная в одной из баз данных Гены прокариот Транскрипция прокариот Бактериальный промотор Регуляторные элементы Регуляторные элементы Регуляция инициации транскрипции у прокариот Регуляторные элементы гашение Опероны бактерий 1. Промотор 2. Оператор 3. Структурные гены 4. Терминатор транскрипции + Ген-регулятор Триптофановый оперон х 70 Аттенюация trp оперона Лактозный оперон • lacZ кодирует фермент β-галактозидазу, которая расщепляет дисахарид лактозу на глюкозу и галактозу. • lacY кодирует β-галактозид пермеазу, мембранный транспортный белок, который переносит лактозу внутрь клетки. • lacA кодирует β-галактозид трансацетилазу, фермент, переносящий ацетильную группу от ацетил-КoA на бета-галактозиды. • lacI – репрессор CAP (Catabolite Activator Protein) – активатор Лактозный оперон Геном бактерии Escherichia coli Гены эукариот Эукариотический ген и этапы экспрессии Интрон-экзонная структура Интроны • В более развитых организмах встречаются чаще • Чем более развит организм, тем: – больше генов с интронами – интроны больше по размеру • Практически все гены человека содержат интроны (гены гистонов без интронов) Пример экспрессии гена Размеры генов человека Ген инсулина - один из самых маленьких генов человека Ген дистрофина - самый большой ген человека Один ген – более чем один белок • ENCODE pilot project – 2608 транскриптов в 487 локусах Механизмы • Альтернативные промоторы • Альтернативный сплайсинг • Редактирование РНК • Комплексные перестройки ДНК (созревание В лимфоцитов) • Посттрансляционные модификации белков Альтернативный промотор Как минимум половина генов млекопитающих имеют более одного промотора ENCODE pilot project – 273 гена с альтернативными промоторами в 399 генах Альтернативный промотры гена дистрофина С – cortical M – muscle P – Purkinje cells R – retinal CNS – central nervous system S – Schwann cells G - general Альтернативный сплайсинг Типы альтернативного сплайсинга А – пропуск интрона В – альтернативный донорный сайт С – альтернативный акцепторный сайт D – пропуск экзона Е – альтернативный экзон Альтернативный сплайсинг гена NRXN3 2 альтернативных промотора 24 экзона Экзоны: 3, 4, 5, 12 – могут быть включены в мРНК или пропущены 7 – два альтернативных акцепторных сайта, может быть пропущен 22 – два альтернативных донорных сайта 23 – два альтернативных акцепторных сайта с разными рамками считывания, в одной из которых стоп-кодон 24 – три альтернативных акцепторных сайта Более 1000 разных белков Транссплайсинг RNA editing • C→U • A→I • U→C ADAR Инозин образует связь с тимином Созревание В лимфоцитов • VDJ рекомбинация (65 генов V, 27 генов D, 6 генов J) • Переключение классов антител Созревание В лимфоцитов Созревание В лимфоцитов Посттрансляционные модификации белков Регуляторные элементы генов эукариот Cis-regulatory elements (CRE) • CRE отвечают за экспрессию генов в определенных тканях и/или в определенное время • Новые CRE → новые функции гена Промотор эукариот Регуляторный элемент Последовательность Общий транскрипционный фактор BRE G/C G/C G/A C G C C TFIIB TATA T A T A A/T A A/T TBP INR C/T C/T A N T/A C/T C/T TFIID DPE A/G G A/T C G T G TFIID BRE - B recognition element INR - initiator element DPE - downstream promoter element Энхансеры и сайленсеры - участки связывания активаторов и репрессоров •Энхансер + активатор = ативация транскрипции Сайленсер + репрессор = подавление транскрипции • Не зависят от ориентации • Могут находиться на значительном расстоянии от промотора Регуляторная область гена Инсуляторы - ограничивают влияние энхансеров и сайленсеров на экспрессию других генов Петлевая модель LCR – locus control region MAR – matrix-attachment region = инсулятор Регуляция рецептора трансферрина Ген эукариот Некодирующая РНК (ncRNA) • tRNA • rRNA • small RNA: snoRNA, miRNA, siRNA, snRNA, piRNA… • long ncRNA Доля некодирующей ДНК в геноме Гены вирусов ГЕН • 1900-е Ген – дискретная единица наследственности (законы Менделя) Один ген = один признак 1910-е Ген – отдельный локус (Хромосомная теория наследственности) • 1940-е Ген – чертеж белка Один ген = один фермент → один ген = один полипептид • 1950-е Ген – физическая молекула 1960-е Ген – транскрибируемый код Центральная догма молекулярной биологии • 1970-1980-е Ген – открытая рамка считывания (open reading frame – ORF) части последовательности • 1990-2000-е Ген – аннотированная структурная единица генома, зарегистрированная в одной из баз данных Ген – это совокупность геномных последовательностей, кодирующих сцепленный набор потенциально перекрывающихся функциональных продуктов
