ЭКСПРЕССИЯ ГЕНА
, программируемый
геномом процесс биосинтеза белков и(или) РНК. При синтезе белков Э. г.
включает транскрипцию -
синтез РНК с участием фермента РНК-полимеразы;
трансляцию -
синтез белка на матричной рибонуклеиновой кислоте
,
осуществляемый
в рибосомах
, и (часто) посттрансляционную модификацию белков
.
Биосинтез РНК включает транскрипцию РНК на матрице ДНК, созревание
и сплайсинг
. Э. г. определяется регуляторными последовательностями
ДНК; регуляция осуществляется на всех стадиях процесса. Уровень Э. г. (кол-во
синтезируемого белка или РНК) строго регулируется. Для одних генов допустимы
вариации, иногда в значит. пределах, в то время как для других генов даже
небольшие изменения кол-ва продукта в клетке запрещены. Нек-рые заболевания
сопровождаются повышенным уровнем Э. г. в клетках пораженных тканей, напр.
определенных белков, в т. ч. онкогенов при онкологич. заболеваниях, антител
при аутоиммунных заболеваниях.
Различают Э. г.: 1) конститутивную - происходящую
в клетке независимо от внешних обстоятельств. Сюда относят экспрессию генов,
определяющих синтез макромолекул, необходимых для жизнедеятельности всех
клеток, и спец. генов (тканеспецифичная Э. г.), характерных для конкретного
вида клеток. 2) Индуцибельная Э. г. определяется действием к.-л. агентов
- индукторов. Ими м. б. гормоны, ростовые в-ва и в-ва, определяющие дифференцировку
клеток (напр., ретиноевая к-та). Индукция может происходить на определенной
стадии развития организма, в определенной ткани; время и место индукции
регулируются геномом. Как правило, изменения в Э. г. носят необратимый
характер, по крайней мере в нормальных клетках. У раковых и трансформированных
клеток эта закономерность может нарушаться. В роли индукторов м. б. также
и факторы внешней среды, напр. изменение т-ры, питательные в-ва. После
прекращения действия индуктора первоначальная картина Э. г. восстанавливается
(временная Э. г.).
Большое значение Э. г. имеет в оптимизации
синтеза белков методами генетич. инженерии. В качестве продуцента используют
бактерии, дрожжи, растительные и животные клетки и даже живые организмы,
такие организмы называют трансгенными. Искусственные гены конструируются
таким образом, чтобы получить макс. кол-во желаемого продукта с миним.
затратами, другими словами, чтобы достичь максимально высокого уровня экспрессии
активного белка. Для сильной экспрессии в искусств, гене используют "сильные"
регуляторные последовательности генов, обеспечивающие наибольшую продукцию
белка. Часто эти последовательности ДНК имеют вирусное происхождение. Описаны
случаи экспрессии целевого продукта в бактериях до уровня 50% от всего
клеточного белка, Как правило, суперэкспрессирован-ные белки нерастворимы
и секретируются в периплазматич. пространство бактерии. Особую сложность
представляет получение белков, токсичных для клетки. В таких случаях используют
строго индуцибельные системы (напр., РНК-по-лимеразу фага Т7 и ген с промотором
для нее) или системы, позволяющие быстро выводить продукт наружу (секретирую-щие
системы). Тем не менее, достичь высокой продукции нек-рых белков все же
не удается. наиб. дорогим является получение белков в животных клетках.
В. В. Шик.
|
