Регулацията на генната експресия може да бъде
моделирана при всяка стъпка в процеса,
от инициацията на транскрипцията чак
до следтранслационната модификация на един протеин
и всяка стъпка между тях.
И способността да се регулират всички тези различни стъпки
помага на клетките да имат
разнообразието и адаптивността
на ефикасна нинджа, така че да прахосва енергия,
за да експресира подходящите протеини, само когато е необходимо.
Или можеш да мислиш за клетката
като мързеливец, който иска да харчи
най-малкото възможно количество енергия.
Като започнем от началото на генната експресия,
нека говорим за генната регулация,
що се отнася до регулация на ДНК и хроматин.
Да говорим за структурата на ДНК.
ДНК е пакетирана в хромозомите под формата на хроматин,
също познат като свръхнавита ДНК.
И хроматинът е изграден от ДНК,
хистонови протеини и не-хистонови протеини.
И има повтарящи се единици в хроматина,
наречени нуклеозоми, които са изградени от
146 двойки бази двойноверижна ДНК,
която е увита около ядро от осем хистона.
И има четири различни вида хистони
в тази структура от осем, които трябва да познаваш.
И те се наричан Н2А, Н2В, Н3 и Н4,
това е просто номенклатурата, която е им била дадена.
Ацетилацията протича в амино терминалните опашки
на тези хистонови протеини от ензим,
наречен хистон ацетилтрансфераза,
която просто ще съкратя на НАТ.
И това е обратима модификация.
Ацетилацията на хистоните бива поддържана в баланс
от друг ензим, който премахва тези ацетилни групи,
които са наречени хистон деацителаза, или HDAC.
Ацетилацията на хистоните води до
развиване на тази хроматинова структура
и това им позволява да бъде достъпна за транскрипционната апаратура
за експресията на гените.
От обратната страна, хистоновата деацетилация води до
кондензирана, или затворена, структура на хроматина
и по-малко транскрипция на тези гени.
Когато тези модификации, които регулират
генната експресия, са унаследяеми,
те се наричат епигенетична регулация.
Когато става въпрос за генна експресия и ДНКы
може да мислиш за ДНК
като идваща в два вкуса,
плътно пакетирана и транскрипционно неактивна ДНК,
която се нарича хетерохроматин, а после
по-малко плътна, транскрипционно активна ДНК, която е еухроматин.
И предпочитам да мисля за хетерохроматина
като плътно пакетиран и хиберниращ,
тъй като хетерохроматин и хиберниращ са с Х,
един вид като плътно натъпкани мечки,
които са затворени в пещерата си за зимата,
докато еухроматинът стои там
с широко отворени ръце, приветстващ
транскрипционната апаратура, която да транскрибира на воля.
Често ще видиш, че хистоновата деацетилация
е комбинирана с друг вид
ДНК регулаторен механизъм
и това е ДНК метилация,
и това протича в процес, наречен генно заглушаване.
И това е по-постоянен метод за
даун регулиране (регулиране надолу) на транскрипцията на гените.
И ДНК метилацията включва добавянето на
метилова група, която е въглерод с три водорода,
към цитозина, ДНК нуклеотид,
от ензим, подходящо наречен метилтрансфераза.
И това обикновено протича в
богати на цитозин последователности, наречени CpG острови.
Не забравяй, че цитозинът се свързва с гуанин,
затова те са в CG острови.
ДНК метилацията стабилно променя
експресията на гените
и това се случва, докато клетките се делят и диференцират
от ембрионални стволови клетки в специфични тъкани.
И това е жизненоважно за нормалното развитие
и е свързано с други процеси,
като генен импринтинг и инактивация на Х-хромозомата,
теми за друга дискусия.
И анормална ДНК метилация е била
считана за причина за карциногенезата,
или развитието на рак, така че можеш да видиш как
нормалното функциониране на ДНК метилацията
е важен регулаторен механизъм за клетките ни.
ДНК метилацията може да засегне
транскрипцията на гените по два начина.
Първо, метилацията на ДНК сама по себе си
може физически да възпре свързването
на транскрипционни протеини към гена.
И, второ и вероятно по-важно,
метилираната ДНК може да е свързана от протеин,
познат като метил CPG-свързващи доменни протеини,
или MBD накратко.
MBD протеините после могат да повикат допълнителни протеини
към локуса, или определено местоположение в хромозома,
определени гени, като хистон деацетилази
и други хроматин-ремоделиращи протеини
и това модифицира хистоните, оформяйки кондензиран,
неактивен хроматин, който е
транскрипционно заглушен.