Ако виждаш това съобщение, значи уебсайтът ни има проблем със зареждането на външни ресурси.

If you're behind a web filter, please make sure that the domains *.kastatic.org and *.kasandbox.org are unblocked.

Основно съдържание

Регулация след транскрипция

Алтернативно съединяване, миРНК и сиРНК, транслационни инициаторни фактори и протеинови модификации.

Ключови точки:

  • Дори след като един ген е бил транскрибиран, генната експресия пак може да бъде регулирана на различни етапи.
  • Някои транскрипти преминават през алтернативен сплайсинг, при което се получават различни иРНК-и и протеини от един и същ РНК транскрипт.
  • Някои иРНК представляват цел за микроРНК-и, малки регулаторни РНК-и, които могат да доведат до разрязване на иРНК да или да блокират транслацията.
  • Активността на един протеин може да бъде регулирана след транслацията, например чрез премахване на аминокиселини или добавяне на химични групи.

Въведение

Гените, които една еукариотна клетка "включва", до голяма степен определят нейната идентичност и характеристики. Например една фоторецепторна клетка в окото ти може да засече светлина, понеже експресира гени за чувствителни на светлина протеини, както и гените за невротрансмитерите, които позволяват сигналите да бъдат предадени към мозъка.
В еукариотните клетки, например като фоторецепторите, генната експресия често бива контролирана предимно на нивото на транскрипцията. Но това не означава, че транскрицията е последният шанс за регулация. По-късни етапи на генната експресия също могат да бъдат регулирани, включително:
  • РНК обработването като сплайсинг, поставяне на шапка и поли-А опашка
  • Транслация на информационна РНК (иРНК) и продължителността в живота в цитозола
  • Модификации на протеините като добавяне на химични групи
В разделите по-долу ще обсъдим някои често срещани видове генна регулация, които протичат след като е бил изработен РНК транскрипт.

Регулация на РНК обработка

Когато един еукариотен ген бъде транскрибиран в ядрото, първичният транскрипт (прясно създадената РНК молекула) все още не се счита за информационна РНК. Вместо това е "незряла" молекула, наречена пре-иРНК.
Пре-иРНК трябва да премине през някои модификации, за да стане зряла иРНК молекула, която може да напусне ядрото и да бъде транслирана. Те включват сплайсинг, добавяне на шапка и поли-А опашка, всички от които могат потенциално да бъдат регулирани – ускорени, забавени или променени така, че да доведат до получаване на различен продукт.

Алтернативен сплайсинг

Повечето пре-иРНК молекули имат участъци, които биват премахнати от молекулата – така наречените интрони, и участъци, които се съединяват, за да изградят крайната иРНК, наречени екзони. Този процес се нарича сплайсинг.
В процеса на алтернативния сплайсинг за използване като екзони могат да се използват различни части от иРНК. Това позволява две (или повече) различни иРНК молекули да бъдат получени от една и съща пре-иРНК.
Изображение, модифицирано от "Eukaryotic Post-transcriptional Gene Regulation: Figure 1," by OpenStax College, Biology (CC BY 3.0).
Алтернативният сплайсинг не е случаен процес. Той обикновено се контролира от регулаторни молекули. Протеините се прикрепят към специфични места на пре-иРНК и "казват" на сплайсинг факторите кои екзони трябва да бъдат използвани. Различните видове клетки могат да експресират различни регулаторни протеини, така че във всеки вид клетка да се използват различни екзонни комбинации, което води до производството на различни протеини.

Малки регулаторни РНК-и

След като иРНК напусне ядрото, тя може да бъде, или да не бъде, транслирана много пъти, за изграждането на протеини. Два ключови фактора, определящи колко протеин бива изграден от една иРНК, са нейният "живот" (колко дълго се носи наоколо в цитозола) и колко лесно транлационната апаратура, т. е. рибозомата, може да се прикрепи към нея.
Наскоро открит клас регулатори, наречени малки регулаторни РНК-и, може да контролира продължителността на живота и транслацията на иРНК. Да видим как работи това.

микроРНК-и

микроРНК-и (миРНК-и) са сред първите открити малки регулаторни РНК-и. миРНК първо се транскрибира като дълга РНК молекула, която образува двойки бази със самата себе си и се сгъва, за да образува форма на фиба.
След това фибата се изрязва от ензими, освобождавайки малък двойноверижен фрагмент от около 22 нуклеотида1. Една от веригите в този фрагмент е зрялата миРНК, която се прикрепя към специфичен протеин, за да създаде РНК-протеинов комплекс.
Изображение, модифицирано от "miRNA biogenesis," by Narayanese, CC BY-SA 3.0. Модифицираното изображение е лицензирано с лиценз CC BY-SA 3.0.
миРНК насочва протеиновия комплекс към "комплементарни" иРНК молекули (тези, които образуват двойки бази с миРНК). Когато РНК-протеиновият комплекс се свърже2:
  • Ако миРНК и нейната цел съвпадат перфектно, един ензим в РНК-протеиновия комплекс обикновено разрязва иРНК наполовина, водейки до нейното разпадане.
  • Ако миРНК и нейната цел имат някои несъвпадения, РНК-протеиновият комплекс може вместо това да се прикрепи към иРНК и да не позволи тя да бъде транслирана.
Това не са единствените начини, по които миРНК-и инхибират експресията на целите си и учените все още проучват техните разнообразни начини на действие3.
Какво правят миРНК-и в организмите? Тяхната директна роля е да редуцират експресията на целевите си гени, но изпълнявайки тази роля, те може да предизвикат най-различни резултати.
Например при мишките специфична миРНК играе ключова роля в развитието и функцията на сърдечно-съдовата (кръвоносната) система. Мишките, при които тази миРНК не функционира, показвали дефекти в развитието на сърцето и не можели да оцелеят. Промени в нивата на експресия на миРНК-и са свързани също и със заболявания при хората, включително различни видове рак и сърдечна хипертрофия4.

Регулация на транслацията

Вече видяхме как миРНК-и могат да инхибират транслацията, но има много други начини, по които може да се регулира транслацията на иРНК в една клетка. Друга ключова стъпка за регулация е инициацията на транслацията.
За да започне транслацията, рибозомата, представляваща комплекс от РНК и протеини, който "осъществява" транслацията, трябва да се "асемблира" (сглоби) върху иРНК. Този процес включва много "хелперни/помощни" протеини, които гарантират, че рибозомата е правилно позиционирана. Транслацията може да бъде регулирана глобално (за всяка иРНК в клетката) чрез промени на наличността или активността на "помощните" протеини.
Например, за да започне транслацията, протеин, наречен еукариотен инициационен фактор-2 (elF-2), трябва да се прикрепи към част от рибозомата, наречена малка субединица. Прикрепянето на eIF-2 се контролира чрез процес на фосфорилиране, т.е. добавянето на фосфатна група към протеина.
Когато eIF-2 е фосфорилиран, той се "изключва" – преминава през промяна на формата и вече не може да играе ролята си в инициацията, така че транслацията не може да започне. За разлика от това, когато eIF-2 не е фосфорилиран, той е "включен" и може да изпълни ролята си в инициацията, позволявайки на транслацията да продължи.
Изображение на: "Eukaryotic translational and post-translational gene regulation," by OpenStax College, Biology, CC BY 4.0
По този начин фосфорилирането на eIF-2 действа като превключвател, включващ и изключващ транслацията. Инактивацията на транслацията може да е добра стратегия в периоди, когато клетката не може "да си позволи" да произвежда нови протеини (например когато клетката има недостиг на хранителни вещества)5.

Протеините могат да бъдат регулирани след транслация

Има също регулаторни механизми, които действат върху протеините, които вече са били изградени. В тези случаи "редакция" на протеините – като премахване на аминокиселини или добавяне на химична модификация – могат да доведат до промяна в тяхната активност или поведение. Тези стъпки на обработване и модификация могат да бъдат цели за регулация.
Например някои протеини трябва да бъдат протеолитично разрязани, за да станат активни. Инсулинът, използван от диабетиците, е един пример. На други протеини могат да бъдат добавени химични групи, включително метилова, фосфатна, ацетилова и убихитинова група. Често тези групи могат да бъдат добавяни или премахвани динамично, за да се контролира активността.
Добавянето или премахването на химични групи може да регулира протеиновата активност или продължителността на времето, през което един протеин остава в клетката, преди да премине през "рециклиране". Понякога химичните модификации могат също да определят къде се среща един протеин в клетката – например в ядрото или в цитоплазмата, или прикрепен към плазмената мембрана.

Фосфорилиране

Една от най-честите след-транслационни модификации е фосфорилирането, при което фосфатна група бива добавена към протеин. Ефектът на фосфорилирането е различен при различните протеини: някои биват активирани от фосфорилирането, докато други биват деактивирани, а трети просто променят поведението си (взаимодействат с различен партньор или отиват до различна част на клетката).
Видяхме един пример за това по-горе, когато разгледахме как се инактивира eIF-2 чрез добавянето на фосфатна група (блокирайки транслацията). Голям брой различни протеини могат да бъдат избирателно фосфорилирани, което води до различни ефекти в зависимост от ролята на протеина в клетката.

/////Убихитиниране

Протеините могат да бъдат маркирани за разграждане чрез добяването на химичен маркер, наречен убихитин. Убихитин-маркираните протеини биват отведени до протеазомата, или "центърът за рециклиране" на клетката, и разградени на съставните си части. Убихитинирането е важен начин за контролиране на продължителността на престоя на един протеин в клетката.
Изображение на: "Eukaryotic translational and post-translational gene regulation: Figure 2," by OpenStax College, Biology CC BY 4.0

Искаш ли да се присъединиш към разговора?

Все още няма публикации.
Разбираш ли английски? Натисни тук, за да видиш още дискусии в английския сайт на Кан Академия.