Гилберт С. Биология развития. Т.2.doc ,БИР. Библиография Гилберт С. Биология развития в 3х т. Т. 2 Пер с англ. М. Мир, 1994. 235 с
 Скачать 19.05 Mb.
|
Глава 13. Контроль развития на уровне процессинга РНКВозможно, что новые концепции, возникшие при изучении микроорганизмов, будут весьма полезны при интерпретации и анализе дифференцировки,.. Однако в конечном итоге дифференцировку следует изучать на примере дифференцированных клеток. Ж. МОНО и Φ. ЖАКОБ (1961) Между идеей и творением... Между силой и жизнью Между парением и падением Опускается тень Т. ЭЛИОТ (1936) ВведениеСущность дифференцировки заключается в продукции различных наборов белков в клетках разных типов. У бактерий дифференциальная экспрессия генов может контролироваться на уровнях транскрипции, трансляции и деградации белков. У эукариот существует еще один возможный уровень регуляции, а именно контроль на уровне процессинга РНК. В настоящей главе будут представлены некоторые новые данные, указывающие на то, что этот тип регуляции имеет решающее значение для развития и что различные клетки могут осуществлять процессинг одних и тех же транскрибированных РНК различными способами, создавая таким образом разные популяции цитоплазматических мРНК из одинаковых наборов ядерных транскриптов. В шестидесятых годах биологи развития явно склонялись к объяснению дифференцировки на основе транскрипционной регуляции экспрессии генов. Во-первых, изучение политенных хромосом и их продуктов в ходе развития насекомых свидетельствовало о том, что и в самом деле регуляция на уровне транскрипции имеет место. Во-вторых, опыты по ДНК-РНК-гибридизации показали, что, несмотря на идентичность ДНК в клетках различных типов. РНК-продукты в этих клетках различаются (McCarthy, Hoyer, 1964). В-третьих, экспрессию генов было проще изучать на бактериях, чем на клетках эукариот, и это исследование продемонстрировало важность регуляции на уровне транскрипции в формировании различных физиологических состояний клеток Escherichia coli. Например, lac-оперон E. coli способен транскрибировать мРНК только в присутствии молекулы определенного индуктора (в данном случае лактозы). Это представлялось убедительной аналогией дифференциальной экспрессии генов в клетках эукариот. Гетерогенная ядерная РНКОднако вскоре стало ясно, что мРНК не является первичным продуктом транскрипции. Существует ядерная РНК (яРНК), которая по размерам намного больше, чем мРНК, и которая характеризуется существенно более коротким временем полужизни, чем цитоплазматические мРНК. Из-за большого разнообразия в размерах эти молекулы были названы гетерогенной ядерной РНК (гяРНК). Молекулы гяРНК имеют длину приблизительно 5–19·103 нуклеотидов, тогда как размеры мРНК составляют обычно 2·103 оснований, и распадаются с периодом полужизни, измеряемым минутами вместо часов, как для мРНК (см. обзор Lewin, 1980). У зародышей морского ежа период полужизни мРНК составляет около 5 ч, а период полужизни ядерной РНК около 20 мин. Взаимоотношение между гетерогенной ядерной РНК и цитоплазматической мРНК оставалось Гилберт С. Биология развития: В 3-х т. Т. 2: Пер. с англ. – М.: Мир, 1994. – 235 с.178_______________ ГЛАВА 13_____________________________________________________________________________
предметом споров до 1977 г., когда в нескольких лабораториях в составе больших молекул ядерной РНК 1 были обнаружены последовательности мРНК. Исследователи ( Bastos, Aviv, 1977) изолировали глобиновую мРНК мыши и получили к ней комплементарную ДНК (кДНК) с помощью обратной транскриптазы (рис. 13.1). Затем эту кДНК пришили к гранулам целлюлозы. В присутствии радиоактивного уридина были выращены гемоглобинсинтезирующие клетки. Из этих клеток экстрагировали радиоактивную РНК и пропустили ее через приготовленную колонку. Все РНК-последовательности, кодирующие глобины, должны были связаться на колонке. Никакие другие РНК-последовательности не могут быть «выловлены» подобным образом. Связавшуюся РНК экстрагировали, промывая колонку растворами с низкой ионной силой, которые разрывают связи, удерживающие комплементарные молекулы друг с другом. Если клетки метили в течение 5 мин, то большая часть радиоактивной РНК, связавшейся на колонке, характеризовалась коэффициентом седиментации 27 S, a размеры ее составляли около 5000 нуклеотидов (приблизительно в восемь раз длиннее, чем цитоплазматическая глобиновая мРНК). Однако если мечение останавливали, а РНК экстрагировали 5 минутами позже, то глобиновые последовательности обнаруживали в меньшей по размерам фракции 15 S. Окончательно кодирующие глобины РНК выявлялись как 10S-последовательности (600 нуклеотидов), характерные для цитоплазматической мРНК. Таким образом, гетерогенная ядерная РНК содержит предшественники цитоплазматической глобиновой мРНК. Другая группа исследователей (Haines, Perry, 1977) получила сходный результат, когда использовала кДНК ко всей популяции мРНК из культивируемых клеток мыши: кДНК-зонд связывался с гигантскими последовательностями гетерогенной ядерной РНК. Следовательно, эукариотическая ДНК транскрибирует большие ядерные РНК, которые служат предшественниками для меньших цитоплазматических мРНК. Сложность ядерной и цитоплазматической РНКСледующий вопрос касается числа различных типов последовательностей РНК, присутствующих в ядре и цитоплазме. Содержится ли в ядре большее разнообразие последовательностей, чем в цитоплазме, или и там, и там разнообразие последовательностей примерно одинаковое? Ответ на этот вопрос покажет нам, какая часть генома транскрибируется в яРНК и насколько адекватно можно судить об этой части по набору мРНК. Разнообразие нуклеотидных последовательностей называют сложностью. Для измерения сложности определенное количество радиоактивной РНК добавляют к избытку денатурированной ДНК и дают им возможность ренатурировать. Чем выше сложность РНК, 1 Термины ядерная РНК (яРНК) и гетерогенная ядерная РНК (гяРНК) часто используются как синонимы, однако на самом деле они несколько различаются по значению. Термин гяРНК относится обычно к предшественникам мРНК (называемым иногда пре-мРНК), тогда как яРНК относится к общей нефракционированной РНК, экстрагированной из ядра. Мы будем использовать обозначение яРНК, а не гяРНК. |
