Строение гена

реклама
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
Скачать