V tento měsíc je epizoda, budeme znovu téma, které nejvíce—možná dokonce celý—čtenáři byli vystaveni v některých daleko bakalářský kurz, ale možná ne ve velké hloubce nebo s její význam pro lidské genetické onemocnění velmi jasně mimo několika speciálních případech. Zde je rychlý test: vezměme si otázku, „Jsou mutace v nebo přímo vedle kódujících oblastech genů jediní mohou vést k onemocnění státy?“Pokud je vaší okamžitou reakcí odpovědět na tuto otázku „Ano“, Tento článek je pro vás., (Pokud jste odpověděli „Ne“, Možná budete chtít číst dál a zjistit, zda je vaše logika správná!)
vraťme se k některé velmi základní molekulární biologii.,ome obsahuje geny, které jsou částí DNA, které se přepisována do RNA; v některých případech tato RNA je přímo sám o sobě funkční (věci jako tRNAs nebo 18S součást ribozomu, například), ale ve většině případů je RNA je mRNA, nesoucí protein kódující sekvenci, která je přeložena ribozomální stroje do kovalentně připojeny série aminokyselin—protein—který podle povahy pestrá postranní řetězec chemických a jejich elektrostatické, vodíkové vazby, a hydrofobní interakce záhyby až do termodynamické energie minima státu vytvořit funkční enzym nebo strukturální protein., Mutace—změny v základní sekvenci DNA—v tomto kódování regionu jsou statisticky pravděpodobné, že způsobí nežádoucí změny funkce ve finální proteinový produkt, i když „pravděpodobně“ je připomenutí, že tyto mutace mohou být tichý (což znamená, že není příčinou proteinové sekvence změn), nebo není škodlivý (způsobuje změna, která nemá výrazný dopad), nebo dokonce možná výhodné, získávání biologicky více fit produktu.,
to, co toto komprimované shrnutí asi dvouletých kurzů biologie undergrad vynechává, je to, že tyto geny v DNA se magicky nepřepisují na RNA samy. Majíce na paměti, že pouze malá část lidského genomu nese geny, jak je definováno výše, existují jiné sekvence DNA prvky, jejichž jediným úkolem je označit, kde jsou geny, a kontrolovat jejich úroveň projevu (přepis do RNA)., K dispozici jsou tři zvláště významné druhy z těchto ovládacích prvků, tzv. promotory, enhancery, a repressors; a jak uvidíme níže, mutace v každém z nich může mít účinky jako vážný (nebo horší) než mutace v kódujících sekvencí.
Navrhovatelé: proximální gatekeeper pro gen
organizace jsou relativně krátké sekvence (zhruba 100 až 1000 párů bází na délku) vždy našel přímo proti proudu (5′, s ohledem na DNA kódování strand) genu ovládají („drive“, v běžné řeči)., Tyto sekvence obsahují prvky, které se rekrutují v RNA polymerázách odpovědných za přepis genu. Velmi zjednodušeně, pokud konkrétní definovanými promotor sekvence v určitém typu buněk a nastavení je maximálně efektivní při náboru RNA polymeráza—řekněme, že 100 procent činnosti—pak změny v pořadí může dojít, které snižují této činnosti (méně RNA je vyrobené za jednotku času)., Některé změny jsou více rušivé než ostatní, a v kombinace není těžké si představit, jak variant od „nejlepší“ promotor sekvence může vést k potenciálu pro plynulou škálu bazální výraz sazby, od sub 1% na plných 100 procent výraz. To je skvělá věc z hlediska buňky, protože umožňuje různým genům, aby jejich úrovně exprese byly přizpůsobeny ustálenému množství potřebného genového produktu.
přidání (doslova) vrstvy složitosti zde spočívá v tom, že promotory přímo nevážou RNA polymerázu., Místo toho, oni obsahují kratší sub-sekvence, které jsou uznány jako vazebná místa pro třídu proteinů, známý jako transkripčních faktorů (TFs); existuje mnoho z nich, každý s jejich vlastní preferované sekvence DNA vazebné místo (obvykle krátké, 10-20 párů bází) a jejich vlastní úrovni schopností zaměstnat v RNA polymerázy. Mnozí mají také, a to buď přímo, nebo nepřímo, alosterický (sekundární) vazebná místa, kde ligandy, jako jsou metabolity nebo hormony mohou vázat a ovlivňují transkripční faktor je úroveň aktivity., Ve skutečnosti, to je komplexní působení všech těchto různých transkripčních faktorů a jejich modulační ligandy, které je v jádru o tom, jak různé buněčné typy jsou definovány, a ten se chová jinak, než epitelových buněk, přestože oba mají stejnou DNA—jsou „příjem různých signálů“—které řídí jejich relativní úrovních exprese různých genů.,
je snadné pochopit, jak mutace v promotoru, změna vazebného místa TF, může vést k problémům nikoli změnou funkce zralého genového produktu, ale změnou úrovně exprese produktu. Nežádoucí, a to buď nahoru nebo dolů nařízení genu může mít vážné následky, a pokud je to dost nešťastné, aby stát v genu, který ovládá expresi nebo aktivitu jiných genů, celou sadu genů, může mít jejich úroveň změněn jednonukleotidové změny., Téměř ve všech případech to není nejlepší a taková změna vede k onemocnění.
čtenář si vzpomene, že jsme tuto sekci zahájili tím, že jsme uvedli, že promotor je vždy přímo před genem. Mezery mezi pořadatelem a transkripční začátek stránky (kde první RNA nukleotidů budou stanoveny v rodící přepis), je také důležité, takže vložení nebo odstranění mutace—dokonce i ty, které nejsou přímo změnit jakékoliv specifické TF vazebná místa—mohou mít vliv na genovou expresi na úrovni. Příkladem toho, který je okamžitě známý všem čtenářům, by byla Huntingtonova nemoc., Tady, nestabilní genetický prvek leží mezi promotorem a transkripční začátek stránky. Normálně rozestup je přijatelné a dostatečné úrovně Huntington gen mRNA jsou transkribovány; nicméně během buněčné replikace nestabilní prvek může mít další DNA vložena, pohybující se na promotor od začátku genu. Jak se to stane, promotér je méně účinný při řízení přepisu a úrovně přepisu klesají., Pokud kurzor je malý a pokles exprese je nízká, zjevné onemocnění se nevyskytuje, ale je považován za „dopravce“ státu, kde další rozšíření bude pokles genové exprese nižší úrovně nutné pro normální funkci a patologii onemocnění výsledků. (Nosič v tomto smyslu není striktně totožný s významem v mendelovské genetice, tedy uvozovkami.,)
pointa je, že pro každý gen, nejen, že je kódování části sekvence důležité pro správnou funkci, ale vždy je přilehlé promotorové oblasti, která je náchylná k mutacím, které mohou mít závažné klinické důsledky. Gen může mít perfektní sekvenci kódování divokého typu a přesto nefunguje podle potřeby.
zesilovače a represory
dobrou zprávou o promotorech je, že víme, kde je najít., Ve skutečnosti, sekvenování a zkoumá velké množství z nich v různých kontextech, a identifikaci různých TFs, které se vážou jejich vazebných míst a jejich ligandy, jsme pochopili, můžete najít, a ve správném kontextu, dokonce manipulovat promotéry na vůli dělat věci, jako je vytvoření tkáně, specifické genové exprese.
zesilovače a represory jsou však náročnější. Jedná se o sekvenční prvky DNA, které mohou také modulovat hladiny genové exprese (nahoru pro zesilovače a dolů pro represory, jak by se dalo hádat)., Jako promotéři, jsou krátké (50-1 000 kč), základní dvojice prvků, a v rámci tohoto prvku se nesou vazebná místa (často, jako opakované kopie) pro proteiny, které mohou ovlivnit transkripci sazby v okolních genů. Nedaleko je záměrně vágní termín ačkoli, protože se může pohybovat až 1 milion párů bází od genu, který ovlivňuje, a mohou být buď proti proudu nebo po proudu—to je, 5′ nebo 3’—genu. Jsou alespoň omezit na akce v cis nebo jinými slovy, na stejném souvislé chromozomu jako gen, ale jejich identifikaci ve vztahu ke konkrétní gen může být náročné., S ohledem na případ hypotetického enhancer sekvence, hledání neočekávaně nízkých úrovních exprese jinak neporušený gen se zřejmě normální promotor sekvence by být první vodítko, které enhancer sekvence by mohly být zapojeny. Pokud počet těchto případů by mohly být nalezeny a genomické oblasti lemující vliv genu může být sekvenován, identifikace jakékoli oblasti genetické změny od divokého typu v běžné mezi tyto případy by to být místo, kde hledat pro zvýrazňující prvky. Očekává se, že jejich poškození (změna sekvence nebo delece) sníží genovou expresi., Zrcadlový obraz je v jistém smyslu represorem, který sdílí stejné vlastnosti, ale který ve svém normálním stavu snižuje expresi genu. Mutace v místě represoru pak způsobují nežádoucí upregulaci genové exprese.
jak fungují zesilovače a represory na tak velké vzdálenosti-a možná zajímavěji, jak je to, že jsou specifické? To znamená, že zesilovač nebo represor obvykle působí na konkrétní distální gen, ale jiné geny v blízkosti ovlivněného nemusí být ovlivněny., Odpověď na to je možná poněkud zklamáním, protože není nic úžasného; odpověď je, protože zesilovač nebo represor není prostorově daleko od genu, který reguluje. Jinými slovy, zesilovače a represory jsou díky organizaci chromatinu schopny pracovat na sekvenčně distálních cílech. Tím, balicí a pěchovací chromozomů, aby se vešly uvnitř buněčného jádra, vzdálené sekvence prvků může být umístěn fyzicky vedle sebe tak, že protein vázající sekvenci prvek je přímo dotýká a ovlivňuje další., Bystrý čtenář si však všimne, že k tomu, aby to fungovalo spolehlivě, musí genové balení a organizace probíhat reprodukovatelně tak, aby se na obě chromozomové sekce mohlo spoléhat, že jsou v blízkosti. Ještě více bystrý čtenář by se tak mohl ještě hádat, že pokud chromozomu organizace a obalová změny spolehlivým způsobem během kroky buněčného cyklu, jeden by mohl představit, zesilovače, nebo repressors, které lze pouze uplatnit svůj vliv v konkrétních časech.,
závěr
zpráva take home ze všech výše uvedených je, že ne, není to jen kódovací sekvence daného genu, který může mutovat a ovlivňovat biologickou funkci genu. To má možné důsledky pro relativní informace nesené sekvenováním celého genomu vs celé sekvenační projekty exome-ale to je téma na další měsíc.
Napsat komentář