Организм дахь генийн илэрхийлэлийн зохицуулалт
Генийн экспрессийн зохицуулалт гэдэг нь эсийн дотор генийг хэзээ, хаана, хэр их асааж, унтрааж байгааг хянах үйл явц юм. Олон эст организмын бараг бүх эсүүд ижил ДНХ-тэй байдаг ч эсийн төрөл бүр өөр өөр үүрэгтэй байж болно - жишээлбэл, мэдрэлийн эсүүд, булчингийн эсүүд, элэгний эсүүд. Эдгээр ялгаа нь сонгомол генийн экспрессийн улмаас үүсдэг: зөвхөн тодорхой генүүд тодорхой цаг хугацаанд, тодорхой нөхцөлд идэвхтэй байдаг. Генийн экспрессийн зохицуулалт нь үр хөврөлийн хөгжил, эсийн ялгарал, хүрээлэн буй орчны хариу урвал, физиологийн тэнцвэрийг хадгалах (гомеостаз) чухал үндэс суурь болдог. Энэхүү зохицуулалтыг зөрчих нь хорт хавдар, бодисын солилцооны эмгэг, хөгжлийн гажиг зэрэг янз бүрийн өвчнийг өдөөж болно.
Үндсэн ойлголтууд : генээс уураг хүртэл
Генийн экспресс гэдэг нь ихэвчлэн ДНХ-ээс РНХ, дараа нь уураг руу биологийн мэдээллийн урсгалыг хэлдэг ( молекул биологийн гол зарчим ). Гэсэн хэдий ч генийн экспресс нь зөвхөн уургийн үйлдвэрлэлээр хязгаарлагдахгүй: зарим генүүд уураг болж хувиралгүйгээр шууд үйлчилдэг функциональ РНХ (жишээ нь, rRNA, tRNA эсвэл микроРНХ) үүсгэдэг. Генийн бүтээгдэхүүн болох уураг эсвэл РНХ нь эсийн бүтэц, үйл ажиллагааг тодорхойлдог тул организмууд генийн үр ашигтай, зорилтот, тохиромжтой экспрессийн нарийн зохицуулалтын систем шаарддаг.
Ерөнхийдөө генийн экспрессийн зохицуулалт хэд хэдэн түвшинд явагдаж болно: (1) эпигенетикийн зохицуулалт ба хроматины бүтэц , (2) транскрипцийн зохицуулалт, (3) транскрипцийн дараах РНХ боловсруулалт, (4) РНХ-ийн тогтвортой байдал ба тээвэрлэлт, (5) трансляцийн зохицуулалт, (6) уургийн өөрчлөлт ба задрал. Түвшин бүр нь эсийн эцсийн гаралтыг зохицуулахад ашиглаж болох "хяналтын цэгүүд"-ийг өгдөг.
Эпигенетикийн зохицуулалт: ДНХ-ийн хандалтыг зохицуулах
Зохицуулалтын хамгийн эртний давхарга нь эпигенетик бөгөөд энэ нь ДНХ-ийн суурийн дарааллыг өөрчлөхгүйгээр генийн идэвхжилд нөлөөлдөг өөрчлөлтүүд юм. Эпигенетикийн гол механизмуудад ДНХ-ийн метилжилт, гистоны өөрчлөлт, хроматины бүтцийн зохицуулалт орно.
ДНХ-ийн метилжилт нь ихэвчлэн CpG бүсийн цитозинууд дээр явагддаг бөгөөд ихэвчлэн генийн экспрессийг дарангуйлахтай холбоотой байдаг. Промотор метилжих үед транскрипцийн хүчин зүйлүүд холбогдоход илүү хэцүү болж, транскрипц буурдаг. Үүний эсрэгээр деметилжилт нь генийн идэвхжилд хүрэх үүдийг нээж өгдөг. Гистоны өөрчлөлтүүд - тухайлбал ацетилжилт ба гистоны сүүлний метилжилт нь хроматины нягтралыг өөрчилдөг. Гистоны ацетилжилт нь хроматины (эвроматин) "сулрах" хандлагатай байдаг бөгөөд генийн транскрипцийг хялбар болгодог бол зарим төрлийн гистоны метилжилт нь хроматиныг (гетерохроматин) нягтруулж, экспрессийг дарангуйлдаг.
Эпигенетикийн зохицуулалт нь эсийн ялгаран хөгжихөд чухал үүрэгтэй. Жишээлбэл, үр хөврөлийн хөгжлийн үед эхэндээ ижил төстэй эсүүд нь эпигенетикийн тэмдгээр дамжуулан тодорхой генийн экспрессийн хэв маягийг "түгжиж", улмаар эсүүд хуваагдах үед эсийн өвөрмөц байдлыг хадгалдаг. Хоол тэжээл, стресс, химийн бодисын нөлөөлөл зэрэг хүрээлэн буй орчны хүчин зүйлс нь эпигеномд нөлөөлж, гадны хүчин зүйлс яагаад генийн экспрессийг урт хугацаанд өөрчилж болохыг тайлбарлаж болно.
Транскрипцийн зохицуулалт: промоутер, энхансер болон транскрипцийн хүчин зүйлсийн үүрэг
Зохицуулалтын хамгийн өргөн судлагдсан түвшин бол транскрипцийн зохицуулалт бөгөөд энэ нь ДНХ-ээс РНХ үүсэх үйл явцыг РНХ полимеразагаар хянах явдал юм. Эукариотуудад транскрипц нь ихэвчлэн транскрипцийн цогцолбор үүсдэг ДНХ-ийн дараалал болох промотороос эхэлдэг. Промотороос гадна энхансер ба дуу намсгагч байдаг - энэ нь зохицуулагдсан генээс хол байрласан ч транскрипцийн хурдыг нэмэгдүүлэх эсвэл бууруулах боломжтой зохицуулагч элементүүд юм. ДНХ нь гогцоо болж эвхэгддэг бөгөөд ингэснээр энхансерууд холбогч уургуудаар дамжуулан промотортой харилцан үйлчлэх боломжтой болдог.
Транскрипцийн хүчин зүйлс нь тодорхой ДНХ-ийн дараалалтай холбогдож , РНХ полимеразын идэвхийг зохицуулдаг уургууд юм . Олон генд транскрипцийг эхлүүлэхэд шаардлагатай ерөнхий транскрипцийн хүчин зүйлс болон зөвхөн тодорхой ген эсвэл эд эсэд ажилладаг тодорхой транскрипцийн хүчин зүйлс байдаг. Транскрипцийн олон хүчин зүйлд даавар, өсөлтийн хүчин зүйлс эсвэл стрессийн нөхцөл байдал зэрэг эсийн дохио нөлөөлдөг. Дохио ирэхэд транскрипцийн хүчин зүйлийг фосфоржуулалт, байршлын өөрчлөлт (жишээлбэл, цөмд нэвтрэх ) эсвэл ко-идэвхжүүлэгч ба ко-репрессоруудтай харилцан үйлчлэлцэх замаар идэвхжүүлж болно.
Бактерийн хувьд транскрипцийн зохицуулалтыг ихэвчлэн оперонуудын тухай ойлголтоор тайлбарладаг, тухайлбал Escherichia coli-ийн lac оперон. Lac оперонд лактоз байгаа нь репрессорыг идэвхгүйжүүлж, лактозыг шингээдэг генийг транскрипцлэх боломжийг олгодог. Цаашилбал, глюкозын бэлэн байдал нь CAP-cAMP уурагт нөлөөлдөг бөгөөд энэ нь глюкоз бага байх үед транскрипцийг нэмэгдүүлдэг. Энэ жишээ нь генийн зохицуулалт нь олон орчны дохиог нэгэн зэрэг нэгтгэж чаддаг болохыг харуулж байна.
Транскрипцийн дараах РНХ боловсруулалт: залгах болон генийн бүтээгдэхүүний өөрчлөлт
Эукариотуудад шинээр транскрипцлэгдсэн РНХ (pre-mRNA) нь боловсорсон мРНХ болохоосоо өмнө боловсруулагдах ёстой. Энэ процесст 5' таг нэмэх, 3' төгсгөлд полиаденилжилт (поли-А сүүл), интроныг салгаж, экзоныг холбох залгалт орно. Энэ үе шатны зохицуулалт нь ганц генээс үүссэн уургийн төрлийг өөрчилж болно.
Нэг чухал механизм бол өөр өөр экзонуудын хослолыг хооронд нь холбож өөр өөр уургийн изоформ үүсгэдэг өөр өөр сплайсинг юм. Өөр сплайсинг нь генийн тоог нэмэгдүүлэхгүйгээр уургийн асар их олон янз байдлыг бий болгодог. Сплайсингийн зохицуулалтыг РНХ-тэй холбогддог уургууд болон pre-mRNA дээрх дохионы дарааллууд хянадаг. Сплайсингийн хэв маяг нь өөр өөр эд эсэд харилцан адилгүй байж болох бөгөөд энэ нь нэг ген нь тухайн эдэд зориулсан тодорхой үүрэгтэй бүтээгдэхүүн үйлдвэрлэх боломжийг олгодог.
mRNA-ийн тогтвортой байдал ба тээвэрлэлт: генетикийн мессежийн "амьдралын хугацааг" зохицуулах
Боловсорсон мРНХ үүссэний дараа эсүүд задралын өмнө хэр удаан оршин тогтнохыг зохицуулж чаддаг. мРНХ-ийн тогтвортой байдал нь үүнээс хэр их уураг гаргаж авахыг тодорхойлдог. мРНХ-ийн зарим хэсэг, ялангуяа 3' орчуулагдаагүй хэсэг (3' UTR) нь зохицуулагч уургууд эсвэл жижиг РНХ-тэй холбогддог элементүүдийг агуулдаг бөгөөд энэ нь задрал болон орчуулгын үр ашигт нөлөөлдөг.
Үүнээс гадна, мРНХ нь цөмөөс цитоплазм руу зөөгдөх ёстой. Зарим тохиолдолд мРНХ нь эсийн доторх тодорхой байршил руу (жишээлбэл, мэдрэлийн эсүүдэд, дендрит эсвэл аксон руу) "чиглүүлдэг". мРНХ-ийн байршил нь уургийн нийлэгжилтийг түүний үйл ажиллагааны талбайн ойролцоо явагдах боломжийг олгодог бөгөөд энэ нь эсийн хариу урвалын үр ашиг, нарийвчлалыг нэмэгдүүлдэг.
Кодлоогүй РНХ ба РНХ-ийн интерференц
Генийн экспрессийн бүх зохицуулалт нь уургаас хамаардаггүй. МикроРНХ (miRNA) болон жижиг хөндлөнгийн РНХ (siRNA) зэрэг кодчилдоггүй РНХ нь олон организмд чухал зохицуулагч болдог. miRNA нь mRNA-г бай болгон холбож, орчуулгыг дарангуйлах эсвэл тэдгээрийн задралыг хурдасгаж чаддаг. РНХ-ийн хөндлөнгийн оролцоо (RNAi) гэгддэг энэхүү механизм нь хөгжлийн хяналт, вирусын эсрэг хамгаалалт, геномын тогтвортой байдалд чухал үүрэг гүйцэтгэдэг.
Урт кодчилдоггүй РНХ (lncRNA) зэрэг бусад кодчилдоггүй РНХ нь генийн илэрхийлэлд янз бүрийн аргаар нөлөөлж чаддаг - хроматины өөрчлөлтийн цогцолборыг тодорхой байршил руу чиглүүлэхээс эхлээд miRNA-г холбодог "хөвөн" болж, зорилтот mRNA-г дарангуйлж чадахгүй.
Орчуулгын болон орчуулгын дараах зохицуулалт: уургийн түвшинд хяналт
mRNA байгаа ч эсүүд уураг болж хувирах эсэхийг зохицуулж чаддаг. Стрессийн үед гэх мэт эсүүд хурдан хариу үйлдэл үзүүлэх шаардлагатай үед орчуулгын зохицуулалт маш чухал байдаг. Орчуулгын эхлэлийн хүчин зүйлсийг идэвхжүүлж эсвэл дарангуйлж, тодорхой уургийн үйлдвэрлэлийг нэмэгдүүлж эсвэл бууруулж болно.
Уураг үүссэний дараа трансляцийн дараах зохицуулалтын үе шатууд байдаг бөгөөд үүнд нугалах, задрах, химийн бүлгүүдийг нэмэх (жишээлбэл, фосфоржуулалт, гликозилжилт, убиквитинжилт), эсийн доторх уургийн байршлыг зохицуулах зэрэг орно . Убиквитинжилт нь уургуудыг протеасомоор устгасныг ихэвчлэн тэмдэглэдэг. Ийм байдлаар эсүүд уургийн түвшинг хатуу хянаж, гэмтсэн уургуудыг зайлуулж эсвэл дохиоллыг хурдан зогсоож чаддаг.
Дохионы интеграци ба генийн экспрессийн зохицуулалтын ач холбогдол
Организмд дээрх бүх зохицуулагч давхаргууд нэгдсэн байдлаар ажилладаг. Жишээлбэл, стероид гормонууд эсэд нэвтэрч, транскрипцийн хүчин зүйл болдог рецепторуудтай холбогддог . Дараа нь эдгээр рецепторууд нь гистоныг нээлхий хроматин болгон өөрчилдөг коактиваторуудыг элсүүлж, зорилтот генийн транскрипцийг сайжруулдаг. Үүссэн мРНХ нь эсийн төрлөөс хамааран өөр өөр залгалтанд орж, дараа нь бодисын солилцооны нөхцөл байдлаас хамааран өөр өөр үр ашигтайгаар орчуулагдаж болно.
Генийн экспрессийн зохицуулалт нь организмын хүрээлэн буй орчинд дасан зохицоход гол үүрэг гүйцэтгэдэг. Бичил биетний хувьд генийн экспрессийн өөрчлөлт нь температур, рН эсвэл шим тэжээлийн хүртээмжийн өөрчлөлтийг тэсвэрлэх боломжийг олгодог. Ургамлын хувьд генийн зохицуулалт нь ган гачиг, давсжилт, эмгэг төрүүлэгчийн халдлагад хариу үйлдэл үзүүлэхэд тусалдаг. Амьтдын хувьд дархлааны систем нь цитокин, эсрэгбие болон бусад хамгаалалтын молекулуудын генийг хурдан боловч хяналттай байдлаар идэвхжүүлэхийн тулд генийн экспрессийн зохицуулалтад тулгуурладаг.
Хаах
Организм дахь генийн экспрессийн зохицуулалт нь нэг геномд олон төрлийн эсийн төрөл, физиологийн хариу урвал үүсгэх боломжийг олгодог нарийн төвөгтэй систем юм. ДНХ-д хандах хандалтыг зохицуулах, транскрипцийг хянах, РНХ-г өөрчлөх, сонгох, орчуулгыг зохицуулах, уургийн хувь тавиланг тодорхойлох замаар эсүүд дотоод хэрэгцээ болон хүрээлэн буй орчны өөрчлөлтөд дасан зохицох чадвартай болдог. Генийн экспрессийн зохицуулалтыг ойлгох нь зөвхөн биологийн үндсэн ойлголтуудад чухал ач холбогдолтой төдийгүй эпигенетикт суурилсан анагаах ухаан, генийн эмчилгээ, РНХ-д суурилсан интервенц зэрэг орчин үеийн эмчилгээний аргуудыг хөгжүүлэх үндэс суурийг тавьдаг. Геномик болон системийн биологийн технологи хөгжихийн хэрээр генийн экспрессийн зохицуулалтын судалгаа нь организм хэрхэн хөгжиж, дасан зохицож, эрүүл мэндээ хэрхэн хадгалдаг талаарх ойлголтыг улам бүр нээж өгөх болно.
