27.1

27. přehled mechanismů regulace exprese genetické informace u prokaryontních a eukaryontních buněk

Regulace exprese genetické informace

            Vícestupňová a vytváří hierarchickou regulační soustavu. Základem je regulace transkripce, na kterou přímo navazuje posttranskripční modifikace hnRNA. Dále je regulována translace a posttranslační modifikace a dále i aktivita proteinů.

            Kontrola transkripce u prokaryont – Negativní kontrola – trvale transkribována je jen část strukturních genů. Pouze malá část všech proteinů je syntezována neustále (konstitutivní proteiny). Většina se syntezuje podle aktuální potřeby (adaptivní). Regulující signální molekulou je zde protein represor, který rozezná specifickou sekvenci u DNA (operátor). Je-li na operátor navázán represor, je znemožněn přístup RNA plymerázy k promotoru (operon je součástí promotoru). Tím je znemožněna transkripce genů uložených za promotorem. Induktor může vyvolat konformaci represoru a tím uvolnění promotoru. Pokud jeho koncentrace klesne pod určitou mez, dochází opět k navázání represoru. Korepresor může pozměnit represor tak, že zvýší jeho afinitu k operátoru tehdy, je-li vhodné zastavit určitý metabolický řetězec. Každý promotor je schopen vázat pouze svůj specifický represor.

Operon – geny pro enzymy určité metabolické dráhy jsou v bakteriálním chromosomu uloženy bezprostředně za sebou a jsou jako celek RNA polymerázou transkribovány do souvislého řetězce mRNA. Bakteriální mRNA je polycistronická. Každý je vymezen promotorem a terminátorem.

Pozitivní kontrola – některé promotory jsou málo aktivní, tak je jejich aktivita navýšena vazbou aktivačního proteinu na sekvenci před promotorem, což usnadňuje vazbu RNA polymerázy na její vazebné místo. Na aktivační proteiny se mohou vázat další ligandy, které ovlivňují jejich afinitu.

            Kontrola transkripce u eukaryont – přepisováno do RNA jen asi 7% jejich DNA. K iniciaci je třeba specifických aktivačních proteinů. Regulace musí respektovat velmi těsnou vazbu jaderné DNA s histony v chromatinu, složitou strukturu chromatinu a diskontinuitu kódujících sekvencí. RNA polymeráza musí transkribovat DNA, jež je normálně ovinuta kolem nukleosomů. Přitom jsou chromatinová vlákna tak kondenzována, že většina DNA je polymeráze nepřístupná. Proto je předpokladem transkripce dekondenzace chromatinu. Nejdříve musí být rozvolněna chromatinová struktura. Histony však zůstávají připojeny k DNA (perly na šňůrce). Rozvolnění napomáhá acetylaci nukleosomů. Současně se od dření příslušných nukleosomů odvíjejí oba závity dvoušroubovice DNA. Na specifické místo odvinuté DNA se váží aktivující regulační proteiny a indukují syntézu DNA. Dokáží rozpoznat určitou sekvenci DNA, ale také dosáhnout nezbytné dekondenzace chromatinu v dostatečném rozsahu pro činnost RNA polymerázy.

Metylace DNA – DNA je hned po své syntéze modifikována konverzí části svých cytosinů na 5´-methylcytosiny. Tento proces provádí enzymy metylázy, a to transferem metylové skupiny z 5-adenosylmethioninu. DNA inaktivních genů je obecně bohatěji metylována než DNA genů aktivních, 5-metylcytosin snižuje možnost interakce DNA s proteiny (i s aktivátory). Metyláza – metyluje cytosin vedle guaninu v případě, že je párována s GC sekvencí, kde už metyl je.

Regulační procesy určují nejen míru, s níž je ta která DNA sekvence transkribována, nýbrž také navázání metylované čepičky na 5´konci a poly-A sekvence na 3´konci primárních transkriptů.