Механизмы контроля активации и ингибирования генов, Химическая модификация ДНК - Эпигенетическая изменчивость
Выделяют два основных уровня контроля активации и ингибирования генов - химическую модификацию ДНК и конформационные изменения белков-гистонов.
Химическая модификация ДНК
С помощью модификации участков ДНК на ней пишется инструкция о том, какие гены должны молчать в данном типе клеток. Инструкция должна копироваться при удвоении ДНК, тогда и дочерние клетки будут "знать", что конкретные гены не должны работать.
Одним из наиболее хорошо изученных эпигенетических механизмов является метилирование ДНК, проходящее, чаще всего, по 5-му углероду цитозина. Эта модификация ДНК играет значительную роль в регуляции экспрессии генов эукариот. 5'-нетранслируемые области генов содержат последовательности, обогащенные CpG-парами, так называемые CpG-островки. Во многих случаях инактивация гена достигается за счет метилирования этих последовательностей, причем такое состояние может стабильно поддерживаться в течение многих поколений клеток. Метильные группы нарушают взаимодействия между ДНК и белками, препятствуя тем самым связыванию транскрипционных факторов. Кроме того, метилированные районы ДНК могут взаимодействовать с репрессорами транскрипции.
Рис. 1 - Метилирование молекулы ДНК по 5-му углероду цитозина
В результате транскрипция генов в этих локусах не происходит. Эта модификация наследуется. В результате репликации одна материнская нить содержит 5-метилцитозин, дочерняя нить не метилирована (полуметилированное состояние). Перед очередной репликацией поддерживающая метилаза проверяет есть ли на старой цепи метильные группы, если есть, то фермент метилирует цитозин в комплиментарном участке дочерней цепи и таким образом, гены локализованные в этом участке инактивируются. (молчащие гены).
Рис. 2 - Передача метилированной материнской нити к дочерней молекуле ДНК
Метилирование района интрона может наоборот обеспечить активность гена в результате препястсвия взаимодействию с белками репрессорами.
Рис. 3 - Ингибирование экспрессии гена метилированием CpG-островка
Известно, что инактивация одной из Х-хромосом в женских соматических клетках происходит за счет ее гетерохроматинизации. Метилирование цитозинов в гетерохроматинизированной Х-хромосоме закрепляет это состояние, которое затем устойчиво передается дочерним клеткам во всех последующих поколениях. В инактивированной Х-хромосоме подавляющее большинство генов находятся в состоянии метилирования. Различный характер метилирования аллелей некоторых генов в мужских и женских половых клетках объясняет феномен геномного импринтинга.
Геномный импринтинг - эпигенетический процесс, при котором экспрессия определенных генов осуществляется в зависимости от того, от какого родителя поступили аллели. Отдельным генам свойствен определенный рисунок распределения метилированных остатков.
В результате избирательного метилирования определенных районов хромосом в процессе сперматогенеза или оогенеза прекращается транскрипция расположенных в этих районах генов. Предполагается, что существует не менее 100 генов, подвергающихся импринтингу, причем эти гены сгруппированы в определенных районах хромосом. В настоящее время идентифицировано более 40 таких генов. Известно влияние некоторых отцовских и материнских генов на вес плода, степень развития плаценты и другие особенности внутриутробного развития. В медицинской генетике выделяют группу болезней геномного импринтинга.
К таким заболевания относят синдром Ангельмана и Прадера-Вилли. Синдром Ангельмана - это заболевание, при котором происходит делеция или не экспрессируются гены плеча 15 хромосомы, страдает материнская хромосома. Симптомы: задержка в развитии, нарушение сна, частый смех и улыбки. Синдром Прадера-Вилли - заболевание при котором не экспрессируется около 7 генов 15 хромосомы, унаследованной от отца. Симптомы: дисплазия тазобедренных суставов, ожирение, пониженный мышечный тонус (гипотонус), пониженная координация движений, маленькие кисти и стопы, низкий рост, повышенная сонливость.
Похожие статьи
-
Введение - Регуляция активности генов, обусловленная химической модификацией (метилированием) ДНК
Регуляция активности генов, обусловленная химической модификацией (метилированием) ДНК (ГВОЗДЕВ В. А., 1999), БИОЛОГИЯ Рассмотрена роль метилирования ДНК...
-
IS-последовательности включают в себя только гены транспозиции, в отличие от транспозонов не могут находиться в автономно состоянии. Механизмы фаговой...
-
Заключение - Регуляция активности генов, обусловленная химической модификацией (метилированием) ДНК
Последние годы ознаменовались заметными успехами молекулярно-биологических исследований механизмов эпигенеза - наследуемых в клеточных поколениях, но...
-
Мейоз - Химический состав клетки
Мейоз (от греч. meiosis - уменьшение), редукционное деление, деления созревания, способ деления клеток, в результате которого происходит уменьшение...
-
Итак, отдельным генам свойствен определенный рисунок распределения метилированных остатков цитозина, которые располагаются в основном в промоторной...
-
Механизмы генетической инактивации - Эффект положения гена
Почему при перенесении гена в окружение гетерохроматина происходит компактизация участка хромосомы и как следствие инактивация гена? Наиболее разумными...
-
Жизненный цикл клетки - Биологические механизмы жизненного цикла клетки
Биологический клетка деление До сих пор много тайн клетки остаются неразгаданными. Загадочным во многом остается и запрограммированный генетически...
-
Как уже упоминалось, метилирование цитозина в ДНК является потенциально опасным, поскольку спонтанное дезаминирование метилцитозина ведет к нуклеотидным...
-
Механизм модификационной изменчивости - Формы изменчивости живых организмов
Модификационная изменчивость -- это результат не изменений генотипа, а его реакции на условия окружающей среды. При модификационной изменчивости...
-
Метилирование ДНК играет существенную роль в интересном явлении, заключающемся в инактивации одной из двух половых X-хромосом в женских клетках у...
-
Случаи возникновения опухолевого роста могут быть вызваны мутациями, в том числе теми, которые возникают при спонтанном дезаминировании 5-метилцитозина....
-
Потенциально метилируемые остатки C в соседстве с G (CрG), встречающиеся по длине гена, обычно метилированы. В геномах млекопитающих последовательности...
-
Химическая структура, Механизм действия - Местные анестетики
Местные анестетики состоят из липофильной (часто ароматическое кольцо) и гидрофильной частей (обычно вторичный или третичный амин), соединенных эфирной...
-
Нервно-мышечная передача возбуждения состоит из нескольких этапов. ПД по аксону достигает области двигательного нервного окончания. Деполяризация...
-
Введение, Эпигенетика. Что такое эпигенетическая изменчивость - Эпигенетическая изменчивость
В геноме человека содержится около 25 тыс. генов, но одновременно в клетке любой живой ткани работает не более половины всех генов. Часть из них нужна...
-
Ядро осуществляет две группы общих функций: одну, связанную собственно с хранением генетической информации, другую - с ее реализацией, с обеспечением...
-
Особо актуальными в настоящее время являются такие инфекции наружных покровов, как вирусные гепатиты В. Д И С, а также ВИЧ-инфекция. Все эти заболевания...
-
Согласно одному из распостраненных определений, гестоз представляет собой синдром полиорганной недостаточности, возникающей при беременности, в основе...
-
Онтогенетическая изменчивость - Формы изменчивости живых организмов
Генные , или Точковые , Мутации -- результат изменения нуклеотидной последовательности в молекуле ДНК. Возникшее изменение последовательности нуклеотидов...
-
Медленные фазические волокна окислительного типа. Волокна этого типа характеризуются большим содержанием белка миоглобина, который способен связывать...
-
Изменчивость - Теория эволюции Чарльза Дарвина
Первым звеном эволюции выступает изменчивость (изменение и превращение организмов под действием внешней среды), которая является неотъемлемым свойством...
-
Виды клеточной смерти - Биологические механизмы жизненного цикла клетки
Гибель (смерть) отдельных клеток или целых их групп постоянно встречается у многоклеточных организмов, также как гибель одноклеточных организмов. Причины...
-
Особенности изучения. генетики человека - Основы генетики
Генетика человека (антропогенетика) 1. Методы изучения наследственности человека: генеалогические, близнецовые, цитогенетические, биохимические и...
-
- Оценить распространенность и интенсивность основных стоматологических заболеваний. - Выявить потребность в их профилактике и лечении. - Определить...
-
Классификация процессов деления клеток - Деление клеток
Митоз -- непрямое деление клетки, наиболее распространенный способ репродукции эукариотических клеток. Биологическое значение митоза состоит в строго...
-
Передача наследственной информации при половом размножении - Основы генетики
Наследственность - это присущее всем организмам свойство обеспечивать в ряду поколений преемственность признаков и особенностей развития, то есть...
-
Транскрипция и трансляция - Этические принципы научных исследований
ДНК - носитель генетической информации. Впервые понятие ген было сформулировано в 1941 году Д. Бидлом и Э. Татумом. В настоящее время геном называют...
-
Литература - Регуляция активности генов, обусловленная химической модификацией (метилированием) ДНК
1. Корочкин Л. И. Как гены контролируют развитие клеток // Соросовский Образовательный Журнал. 1996. № 1. С. 17-22. 2. Жимулев И. Ф. Действие генов в...
-
Кариоплазма, Хроматин - Клеточное ядро
Кариоплазма (ядерный сок, нуклеоплазма) - основная внутренняя среда ядра, она занимает все пространство между ядрышком, хроматином, мембранами,...
-
ДНК-метилтрансфераза поддерживает неизменным рисунок распределения 5-метилцитозина по ДНК в процессе циклов репликации. Однако рисунок метилирования...
-
Паровой метод стерилизации осуществляют насыщенным водяным паром при избыточном давлении 0,11 МПа (1,1 кгс/кв. см) и температуре 120 град. С; 0,20 МПа (2...
-
Некротическая, беспрограммная форма гибели наиболее характерна для сильных воздействий, например, для облучения клеток и организма в высоких, летальных...
-
Молекулярные механизмы регуляции клеточной смерти - Биологические механизмы жизненного цикла клетки
Апоптоз - многоэтапный процесс. Первый этап - прием сигнала, предвестника гибели в виде информации, поступающей к клетке извне или возникающей в недрах...
-
Химическая эволюция - Зарождение жизни в горячей воде
Химическая эволюция или пребиотическая эволюция - этап, предшествовавший появлению жизни, в ходе которого органические, пребиотические вещества возникли...
-
Терминация - Молекулярный механизм репликации ДНК
После завершения репликации хромосомы 5'-концы дочерних цепей ДНК недостроены, так как после удаления праймеров эти фрагменты оказываются...
-
Строение клетки - Химический состав клетки
1. Типы клеточной организации. Среди всего многообразия ныне существующих на Земле организмов выделяют две группы: вирусы и фаги, не имеющие клеточного...
-
Органические вещества. - Химический состав клетки
Клетки содержат множество разнообразных органических соединений: углеводы, липиды, белки, нуклеиновые кислоты и др. В зависимости от молекулярной массы и...
-
Механизм восстановления сульфатов - Роль основных соединений серы в жизни растении
Восстановление сульфата происходит в пластидах, преимущественно в хлоропластах. Сначала происходит активирование сульфата, затем восстановление серы и,...
-
Примеры модификационной изменчивости, Мутационная изменчивость - Формы изменчивости живых организмов
У человека:увеличение уровня эритроцитов при подъеме в горы; увеличение пигментации кожи при интенсивном воздействии ультрафиолетовых лучей; развитие...
-
Механизм экзоцитоза медиатора - Нервно-мышечная физиология
Для экзоцитоза необходимы ионы кальция, которые входят в терминаль через кальциевые каналы и белки экзоцитоза. Среди них синаптотагмин, синаптобревин,...
Механизмы контроля активации и ингибирования генов, Химическая модификация ДНК - Эпигенетическая изменчивость