Главная Случайная страница


Категории:

ДомЗдоровьеЗоологияИнформатикаИскусствоИскусствоКомпьютерыКулинарияМаркетингМатематикаМедицинаМенеджментОбразованиеПедагогикаПитомцыПрограммированиеПроизводствоПромышленностьПсихологияРазноеРелигияСоциологияСпортСтатистикаТранспортФизикаФилософияФинансыХимияХоббиЭкологияЭкономикаЭлектроника






Білок р53 як чинник транскрипції

Серед великого кількості вже відкритих чинників транскрипцій найбільш відомий, мабуть, білок р53. Це пояснюється тим, що він контролює виключно важливі клітинні процеси і, завдяки цьому, залучений у велику кількість різних регуляторних ланцюгів.

а) Функціональна роль.

Білок р53 (чи його ген) активується у відповідь на різноманітні ушкодження клітинної структури :

- нерепаровані розриви і інші ушкодження ДНК

- порушення розбіжності хромосом в мітозі

- руйнування мікротрубочок і т. д.

Сам же білок р53 регулює активність, принаймні, трьох груп генів :

1) активує гени (Р21, GADD45 та ін.), що відповідають за зупинку клітинного поділу;

2) активує гени (ВАХ, KILLER/DR5, PIG та ін.), які запускають апоптоз - процес, що призводить, шляхом активації спеціальних ферментів, до загибелі клітини; а також репресує гени (BCL2, RELA), стримуючі апоптоз.

3) активує гени (ТSР1, ВАІ1 та ін.), що гальмують ангіогенез (утворення нових судин).

 

У результаті через посередництво білку р53 клітина у відповідь на ушкодження своєї структури

· або затримується на тій або іншій стадії мітотичного циклу і виправляє ці ушкодження;

· або (при неможливості виправлень) взагалі зупиняє поділ і вступає в процес клітинного старіння (фаза III по Хейфлику);

· або (при потенційній небезпеці пошкодженої клітини для її оточення) здійснює апоптоз, тобто, попросту кажучи, самогубство.

Зокрема, апоптозу, окрім інших, піддаються і клітини, в яких сталася пухлинна трансформація. В зв'язку з цим зрозуміло, чому одночасно гальмується ангіогенез: це ще один спосіб обмеження пухлинного зростання.

Тому білок р53 - один з найбільш важливих опухолевих супресорів. У більшості ж пухлин, що розвиваються, функції білку р53 опиняються в тому або іншому відношенні порушеними.

Така загальна біологічна роль білку р53.

Розглянемо деякі пов'язані з ним питання детальніше.

б) Структура білку р53.

Білок р53 не входить ні в одну з тих родин ДНК-зв’язуючих білків, які були описані в вище. У його молекулі - 392 амінокислотні залишки, що утворюють шість різних за розміром і функціями доменів (див.мал.).

Центральний і найбільший домен (що включає близько 200 залишків) відповідає за впізнавання енхансерів генів-мішеней і зв'язування з ними.

А найперший від N-конца (N-кінцевої) домен бере участь у взаємодії із загальними чинниками транскрипції, тобто з комплексом TFIID. Іншими словами, саме два названі домени забезпечують правильне зв'язування білку р53 з його основними партнерами.

Але це зв'язування знаходиться під контролем багаточисленних чинників.

Так, в тому ж N-домені є локус зв'язування з білком-інгібітором Mdm2, який блокує взаємодію з комуплексом TFIID. І тут же присутні залишки серина і треоніна, які можуть фосфорилювати спеціальними протеінкіназами (ДНК протеінкіназою, білком ATM та ін.).

Ці кинази активуються при ушкодженнях ДНК і інших структур клітини. Їх дія на N-домен, а також, мабуть, на сам інгібітор Mdm2 вивільняє цей домен з-під блокуючого впливу: він набуває здатності взаємодіяти з комплексом TFIID.

Взаємодія центрального домена з енхансером теж знаходиться під контролем, який знову здійснюється шляхом модифікації. Але безпосереднім об'єктом модифікації є не центральний, а С-кінцевий (він же лужний) домен. Причому сама модифікація є різноманітнішою: це не лише фосфорилювання, але також ацетилювання і глікозілювання (що також здійснюється спеціальними ферментами).

Якщо С-кінцевий домен не модифікований, центральний домен не здатний взаємодіяти з ДНК-мішенню. Модифікація ж С-домена не лише надає білку р53 таку здатність, але і впливає на його специфічність. Річ у тому, що р53-залежні енхансери (що відносяться до різних генів) дещо відрізняються послідовністю нуклеотидних пар. І від виду модифікації С-домена залежить, з якими конкретно енхансерами зв'язуватиметься білок р53, а з якими - ні.

Таким чином, за допомогою модифікації двох кінцевих (N- і С -) доменів білок р53 отримує (від дуже численних "джерел") інформацію про стан клітини, переробляє її шляхом зміни своєї конфігурації і належним чином реагує як чинник транскрипції певних генів.

С-кінцевий домен виконує ще одну функцію. Як відмілось вище, деякі гени (ВСL2, RЕLА) білком р53 не активуються, а репресуються. Ця дія, як вважають, здійснюєтьсяся С-доменом. При цьому останній (замість N-домена) зв'язується з комплексом TFIID і пригнічує його активність.

Досить важлива функція і інших частин білку р53. Так, в клітині його молекули утворюються один з одним тетрамерні комплекси: це звичайний стан білку незалежно від рівня його активності. За утворення ж комплексів відповідає α-спіральний домен, що є попередником С-кінцевому домену. У мономірному стані білок р53 не здатний до активації.

Між центральним і α-спиральним доменами знаходиться функціонально важлива лінкерна (єднальна) ділянка. Вважають, що він потрібний для проникнення новосинтезованного білку р53 з цитоплазми в ядро.

Нарешті, між N- кінцевим і центральним доменами розташовані ще дві невеликі домени, один з яких багатий на залишок проліну. Обоє вони беруть участь в активації тих або інших мішеней.

Таким чином, структура білку р53 дуже складна, що цілком відповідає його украй важливій функціональній ролі.

в) Обмін білку р53.

У клітинах білок р53 постійно синтезується і так же постійно руйнується. Тому в клітинах більшості тканин середня тривалість життя молекул білку і їх стаціонарна концентрація виявляються дуже низькими.

Але при стресах і ушкодженнях клітини швидкість деградації білку р53 сповільнюється, що призводить до збільшення його концентрації. Іншими словами, використовуються два способи включе­ння білку р53 в "роботу":

- підвищення його вмісту (шляхом зниження швидкості розпаду)

- підвищення активності (шляхом модифікації).

Відмітимо: у разі переважної більшості інших білків збільшення концентрації досягається іншим способом - шляхом активації гена і, отже, швидкості синтезу білку. Ген р53, як ми бачимо, досить активно функціонує практично завжди.

Відомі лише одиничні ситуації істотної його активації в порівнянні із звичайним рівнем. Це ранній ембріогенез, а також розвиток ембріональної тератокарціноми.

СТРУКТУРА РНК

Усі чинники транскрипцій, як і сама транскрипція, покликані забезпечити тільки одне - утворення з потрібною швидкістю РНК на тих або інших ділянках хромосом.

Перш ніж говорити про механізм цього процесу, коротко охарактеризуємо будову різних видів РНК. Це необхідно, щоб зрозуміти особливості транскрипції і феномен дозрівання новосинтезованих молекул РНК.

Загальний план будови РНК

Як і ДНК, РНК (див.мал.нижче) є лінійні (тобто нерозгалужені) полінуклеотиди за тим же принципом організації :

- складаються з чотирьох видів нуклеотидів, кожний з яких включає азотисту основу, пентозу і фосфатний залишок;

- нуклеотиди пов'язані в ланцюг за допомогою 5 ', 3 '- фосфодиефірних зв'язків;

- полінуклеотидні ланцюги полярні, тобто мають 5 '- і 3 '- кінці.

Але є і відмінності від ДНК. Головне з них - те, що молекули РНК (окрім РНК деяких вірусів) є не двох-, а одноланцюговими. Причиною служать наступні три особливості первинної структури.

а) По-перше, пентоза в РНК - це не дезоксирибоза, а рибоза, яка містить додаткову гідроксигруппу. Остання робить дволанцюгову структуру менш компактною.

б) По-друге, серед чотирьох головних, або мажорних, азотистих основ замість тиміну знаходиться урацил, який відрізняється від тиміну лише відсутністю метильної групи в 5-му положенні.

Але, як вже відзначалося, завдяки цьому зменшується сила гідрофобної взаємодії в комплементарній парі А-У. Що теж знижує вірогідність утворення стійких дволанцюгових молекул.

в) Нарешті, в РНК (особливо в т-РНК) високий вміст т. з. мінорних основ і нуклеозидів. Серед них - дигідроуридин (в урацилі немає одного подвійного зв’язку), псевдоуридин (урацил інакше, ніж зазвичай, пов'язаний з рибозою), диметиладенін і диметилгуанін (у азотистих основ - по дві додаткові метильні групи) і багато інших.

Майже усі ці основи не можуть брати участь в комплементарних взаємодіях. Так, метильні групи в диметиладеніні (на відміну від тиміна і 5-метилцитозина) знаходяться при такому атомі, який в парі А-У утворює водневий зв'язок; отже, тепер цей зв'язок замкнутися не може.

Це теж перешкоджає утворенню дволанцюжкових молекул.

Таким чином, широко відомі відмінності складу РНК від ДНК мають величезне біологічне значення: адже свою функцію молекули РНК здатні виконувати тільки в одноланцюговому стані. Найочевидніше це для мРНК: важко уявити, як би могла дволанцюжкова молекула транслюватися на рибосомах.

В той же час, залишаючись поодинокою, в деяких ділянках ланцюг РНК може утворювати петлі, або "шпильки", з дволанцюговою структурою (див.мал.нижче).

Ця структура стабілізована взаємодією основ в парах А:::У і Г:::Ц. Проте можуть утворюватися і "неправильні" пари (наприклад, Г----У), а в деяких місцях "шпильки" і взагалі не виникають ніяких взаємодій.

У складі таких петель може знаходитися (особливо в тРНК і рРНК) до 50 % усіх нуклеотидів.

Загальний же вміст нуклеотидів в РНК варіює від 75 одиниць до багатьох тисяч. Але навіть са­мі великі РНК на декілька порядків коротші за хромосомну ДНК.

Тепер звернемося до особливо­стей структури трьох класів РНК - мРНК, тРНК і рРНК.


Особливості будови мРНК

Оскільки кожна мРНК містить інформацію про склад того або іншого поліпептидного ланцюга, кількість різних мРНК в клітині дуже велика.

Незважаючи на це, мають місце дві обставини. По-перше, усі ці мРНК складають лише невелику частину загальної маси РНК в клітині - близько 5 %. По-друге, при усьому своєму різноманітті, зрілі мРНК мають схожий план будови. Він полягає в тому, що лінійний ланцюг мРНК містить декілька областей з різною функціональною роллю (див.мал.).

а) На 5´-кінці знаходиться т. з. "ковпачок", або кеп - ділянка з одного-чотирьох модифікованих нуклеотидів, наприклад:

(7-метил-Г)— ф-ф-ф-(2-О-метил-Х) – ф – (2 - О-метил-Y) – ф --

Першим завжди йде 7-метилгуанілат. Причому з черговим нуклеотидом він пов'язаний пірофосфатним зв'язком. Декілька наступних нуклеотидів можуть бути метильовані по 2´-положенню рибози. Така незвичайна структура покликана захищати 5´-кінец мРНК від екзонуклеаз.

б) За "ковпачком" йде 5'- нетрансльована ділянка - послідовність з декількох десятків нуклеотидів. Вона комплементарна одному з відділів тієї рРНК, яка входить в малу субодиницю рибосоми. За рахунок цього вона служить для первинного зв'язування мРНК з рибосомою, але сама, як видно з назви, не транслюється.

в) Трансляція ж (зчитування) мРНК починається завжди з т. з. кодону, що ініціює. У усіх мРНК він завжди один і той же - АУГ, тобто відповідно до таблиці, кодує метіонін. Тому після синтезу пептидного ланцюга з її N-кІнца, як правило, відщеплюється метіонін (якщо останній не потрібний для функціонування білку).

г) За кодоном, що ініціює, в мРНК слідує кодуюча частина яка, власне, і містить інформацію про послідовність амінокислот в білку.

е) За цим кодоном може слідувати ще 3'-нетранслююча ділянка, що значно перевищує по довжині 5 '- нетранслуючу область.

ж) Нарешті, майже усі зрілі мРНК еукаріот (окрім гістонових мРНК) на 3´-кінці утримують пів(А) -фрагмент з 150-200 аденілових нуклеотидів.

І 3'-нетранслируюча ділянка, і пів(А)-фрагмент мають відношення до регуляції тривалості життя мРНК, оскільку руйнування мРНК здійснюється 3'-екзонуклеазами. Механізми цієї регуляції ми розглядатимемо пізніше.

Зараз же коротко згадаємо: пів(А) -фрагмент частково подібний по функції до теломери ДНК. Відповідно до гіпотези "квиточків, після того, як чергова рибосома закінчує трансляцію мРНК, від пів(А)-фрагмента відщепляються 10-15 нуклеотидів. Коли цей фрагмент закінчується, починає руйнуватися значна частина мРНК (якщо відсутній 3'-нетранслююча ділянка).

Загальна кількість нуклеотидів в мРНК зазвичай варіює в межах декількох тисяч. При цьому на кодуючу частину іноді може доводитися лише 60-70 % нуклеотидів.

У клітинах молекули мРНК практично завжди пов'язані з білками. Останні, ймовірно, стабілізують лінійну структуру мРНК, тобто попереджають утворення в кодучих частинах "шпильок". Крім того, білки можуть захищати мРНК від передчасного руйнування. Такі комплекси мРНК з білками іноді називають інформосомами.

Особливості будови тРНК

Последнее изменение этой страницы: 2017-08-22

lectmania.ru. Все права принадлежат авторам данных материалов. В случае нарушения авторского права напишите нам сюда...