![[personal profile]](https://www.dreamwidth.org/img/silk/identity/user.png){kind=small}
Що таке ген
Якщо мене запитати, що таке ген, то я трохи невиразно помичу, закочуючи очі, почухаю потилицю, а потім видам щось на кшталт, що ген - це "комплекс причинно-наслідкових молекулярних подій, де певна ділянка дезоксирибонуклеїнової кислоти відіграє ключову роль". Але це моя особиста інтерпретація.
Трохи історії.
Освіжимо те, що ми вже знаємо. У класичній генетиці ген - абстрактне поняття, одиниця успадкування, яка передає якусь якість від батьків до дитини. Біохімія додала до цієї картини першу конкретику: ця якість пов'язана з ферментами або білками, по одному на кожен ген. А з приходом молекулярної біології гени остаточно втілилися в матеріальну субстанцію - послідовність ДНК, яка при конвертації в інформаційну РНК може бути використана як матриця для створення білків.
Довгі спіральні молекули ДНК уявлялись як довгі нитки, на які "нанизані" послідовності генів, немов намистини. Ця струнка картина все ще існує в умах багатьох молекулярщиків, хоча і з цілим рядом поправок до центральної догми молекулярної біології. Не те, щоб ніхто не цікавився, що таке ген насправді. Просто часто чисто технічно такого уявлення цілком достатньо, аби виділити дискретну ділянку ДНК, яка кодує якийсь ген, який можна розшифрувати, переписати в РНК, а потім в білок. Тримаєм в голові найпростішу схему (це і є центральна догма): ДНК - РНК - білок - ознака. Насправді це одна з можливих схем, але поки і її досить, щоб зрозуміти, що з геном все не так просто. Звідси ми зараз почнемо танцювати.
Ген-кодуюча ділянка ДНК?
Якщо в геномі (вся ДНК одного організму) зовсім немає ділянки ДНК, що кодує якийсь продукт (кодуюча послідовність), то тут ми з упевненістю можемо стверджувати, що гена теж немає. Це, мабуть, єдине, в чому ми можемо бути впевненими на сто відсотків.
Якщо є ділянка ДНК, яка зчитується у вигляді РНК, на якій може синтезуватися білок, це вже ген чи ні? Питання починаються вже з моменту зчитування РНК. Перед кодуючою послідовністю, як правило, завжди є послідовність, яку називають промотором. На ній розташований цілий ряд регуляторних послідовностей, на які сідає молекулярна машина зчитування РНК (не хвилюйтесь, це буде пізніше розжовано).
Перевіряємо гіпотезу. Берем послідовність ДНК, в якій "записаний" кінцевий продукт і переносим її в інший геном. Якщо промотора у неї немає, то вона "не включиться", не буде зчитування РНК, відповідно, кінцевого продукту також не буде. Получається ситуація - ділянка, що кодує білок у нас є, а продукту немає. Для клітини і цілого організму ця ситуація розглядається як відсутність ознаки. Отже, ген це не тільки кодуюча послідовність, але і промотор - кнопка, що її "включає". Ось так.
Ген - кодуюча ділянка ДНК плюс промотор?
Припустим, тепер у нас є ДНК, що складається як мінімум з двох частин - одна, яка власне кодує продукт і друга - промотор, що її включає. Це вже ГЕН? Щоб перевірити гіпотезу, промутуємо в промоторі ряд важливих регуляторних послідовностей так, щоб їх НЕ розпізнавала транскрипційна машина. В результаті синтезу РНК знову не відбувається, білка немає. Для організму це знову ситуація "відсутності ознаки". Таким чином, важливо не тільки, щоб кодуюча послідовність і промотор фізично були присутні, важливо також, щоб в промоторі регуляторні елементи були цілі і здорові. Транскрипційна машина, яка "сідає" на регуляторні елементи - це фактори транскрипції, про які буде трошки нижче.
Ось як звучить остаточне формулювання гену–«A locatable region of genomic sequence, corresponding to a unit of inheritance, which is associated with regulatory regions, transcribed regions and/or other functional sequence regions.»
Ген плюс фактори транскрипції.
Фактори транскрипції "сідають" на регуляторні елементи і визначають коли і де саме включити або заблокувати синтез РНК з тієї чи іншої ділянки ДНК, який ми вважаємо геном. Нема факторів транскрипції, немає роботи гена, немає ознаки, яку він кодує. І ось як це виглядає на картинці. Зараз з цим всім ми спробуємо злетіти.
Для прикладу наступна ситуація.
Берем ділянку ДНК з кодуючою частиною і промотором-кнопкою з усіма регуляторними елементами (ми думаєм, що це вже нарешті ген, який кодує білок і, відповідно, якусь ознаку) і переносим в геном якоїсь клітини. Для кращого розуміння трохи спростимо ситуацію. Припустимо, що ген ми вирізали з рослин, а переносимо його в геном клітин тваринної шкіри, які ростуть на поживному середовищі. Ви не дуже здивуєтеся, якщо дізнаєтеся, що може трапитися так, що ген не «включиться"? Найбільш вірогідне пояснення таке, що в тваринних клітинах транскрипційна машина з факторами транскрипції не розпізнає рослинні регуляторні послідовності. Для тваринних клітин це ситуація відсутності гена, відсутність його продукту, отже, відсутність ознаки.
Я вже руки розкинула так далеко, що виходить, що аби ген (ділянка ДНК) здійснив те, що в класичній генетиці вважається реалізація якоїсь успадкованої ознаки, то до цієї картини просто необхідно додати ще й умови його роботи.
Фактори транскрипції (кулі на картинці) - це білки. Оскільки це білки, значить вони теж кодуються генами. І точно так само зчитуються у вигляді РНК і теж за допомогою інших факторів транскрипції, які теж гени і так далі. Для кожного гена свій індивідуальний набір транскрипційної машини, яка збирається в залежності від зовнішніх сигналів.
Таким чином, щоб один ген запрацював в конкретний момент часу, в конкретному місці в організмі треба, щоб перед цим там включилися інші гени і підготували все до його включення. Від чого це залежить? Саме в цьому місці в цьому епічної картині ми додаємо ключових гравців - зовнішнє і внутрішнє середовище.
Синтез, локалізація і робота факторів транскрипції часто регулюється сприйняттям молекулярних сигналів ззовні. Наприклад, в клітину надійшов сигнал - атака патогена або гормон. Він сприймається якимось рецепторами на поверхні клітини (які теж кодуються генами). Далі, на кшалт падаючих доміно-фішок, сигнал передається молекулярним каскадом (які теж закодований в генах) до ядра і включає синтез потрібних факторів транскрипції (нагадує: вони теж кодуються генами), які потім включають ген Х, продукт якого може безпосередньо впливати на патоген.
Получається, що "включенню" (роботі) гена завжди передують події, які відбулися в минулому бодай на мить раніше і підготували ґрунт для його роботи.
Для тих, хто дочитав до кінця. Про все це ви можете спокійно забути. Тому що промотори бувають не тільки попереду гену, але і в його хвості. Регуляторні елементи натикані і всередині кодуючої частини, і взагалі де-попало. Не всі зчитані РНК кодують якийсь білок, а є регуляторами роботи інших генів. Але і в цьому випадку вони можуть вважатися генами. Одна кодуюча ділянка ДНК може розшифровуватись в різні продукти. І доки молекулярщики з горем навпіл зійшлись на загальному знаменнику, що, з купою застережень, ознакою працюючого гена можна вважати функціональний транскрипт (РНК), кодує він білок, чи ні, деякі бактерії можуть синтезувати білок прямо на ДНК. При цьому ми ще не торкалися епігенетичної регуляції, яка теж причому.
І на завершення, навіщо нам це все знати? Розгортання генетичної програми відбувається в часі в вигляді комплексної взаємодії генів між собою і при тісній взаємодії з навколишнім середовищем. Факторів, що впливають на це, велика кількість. Наприклад, широко відомий приклад незакриття нервової трубки під час внутрішньоутробного розвитку при дефіциті фолієвої кислоти: у мишей цей феномен кодується більш ніж 200 генами. У людини досі з відносною точністю визначили лише декілька ключових генів, задіяних в метаболізмі фолієвої кислоти. Але їх напевно більше.
no subject
Я, звичайно, падлюка, але вже несила мовчати :)
Експресія генокоду у фенотип - це щось типу експресії тексту залізничного квитка у пейзаж за вікном вагону. Звичайно, що є дуже міцна кореляція між буковками на квитку і станціями, які ми побачимо. Навіть можна виявити кореляцію між буковками, що кодують дату-час відправлення та номер потягу, та погодою на станціях, що ми їх минатимемо. Маючи певний досвід, можна досить надійно передбачити, що з отакими літерами у квитку ми неодмінно побачимо нічний Бердичів у снігу.
Але марно шукати в надрукованих літерах способу кодування оцього самого нічного засніженого Бердичева. Тому що квиток - це лише частина великого цілого з населених пунктів та прокладених рейок. Квиток - сам по собі, Бердичів - сам по собі. Між ними є певний, але непрямий і неоднозначний зв'язок. Зрештою, до Бердичева можна дістатись і машиною, чи навіть пішки. І навколишній пейзаж від того може сильно змінитись, хоча це буде той самий Бердичів.
Ну, якось так, сподіваюсь що аналогія зрозуміла.
no subject
no subject
это в связи с вот http://labdish.cshl.edu/press/fine-tuning-mutant-genes-unleashes-long-trapped-potential-in-tomato/
Очень интересна Ваша точка зрения.