Регуляторные области ДНК

Энхансеры. Энхансерами называют определенный класс регуляторных последовательностей нуклеотидов, которые обладают рядом существенных особенностей, резко отличающих их от других регуляторных последовательностей эукариот, регулирующих транскрипцию. Энхансеры представляют собой протяженные последовательности нуклеотидов, которые содержат сайты связывания нескольких факторов транскрипции. Характерными свойствами энхансера являются

- способность осуществлять регуляторное действие на промотор на больших расстояниях от него, достигающих 60 т.п.о. и более,

- независимость его активности от ориентации по отношению к промоторам,

- а также от расположения относительно регулируемого гена.

На рис. 9.2 приведены схемы строения нескольких эукариотических генов, которые отражают взаимное расположение их структурных и регуляторных частей. Если у гена альбумина (рис. 9.2,а) энхансер находится перед промотором, а вся регуляторная часть предшествует его структурной части, то в случае генов иммуноглобулинов регуляторные элементы локализованы в интронах самого гена (рис. 9.2,б). Энхансер может быть расположен и ниже гена на значительном от него расстоянии, как это имеет место у β-глобинового гена (рис. 9.2,в).

Анализируя компоненты энхансеров непосредственно-ранних генов ВПГ (вируса простого герпеса), можно сделать вывод, что в их активации принимают участие не менее пяти белков (VP16, Oct-1, HCF, GABPa и GABPp), которые участвуют, как минимум, в пяти белок-белковых контактах и шести специфических контактах белок-ДНК (рис. 9.3). Прежде всего, обращает на себя внимание кооперативность взаимодействия компонентов, активирующих энхансеры. Ключевые белки этого комплекса - Oct-1, VP-16 и GABPa, сами по себе слабо взаимодействуют со специфическими последовательностями ДНК, но обладают способностью собираться в стабильный функционально активный комплекс, по крайней мере, двумя путями: во-первых, объединяясь с кофакторами, которые самостоятельно не способны взаимодействовать с ДНК (например, VP16 с HCF и GABPacGABPp); во-вторых, контактируя с последовательностью нуклеотидов энхансера, содержащей функциональные участки "tat" и "garal", а также повтор "cigar" и образующей матрицу для геометрически правильной сборки всего активирующего комплекса.

При исследовании механизмов действия многочисленных факторов транскрипции удивляет то, что специфичность взаимодействия с ДНК многих белков этих подсемейств, по крайней мере, определенная in vitro, невысока. В очищенном состоянии факторы часто узнают одни и те же последовательности нуклеотидов. Каким же образом данные белки осуществляют специфические регуляторные воздействия на регулируемые гены? Как уже было видно при обсуждении функционирования энхансеров непосредственно-ранних генов ВПГ, такую специфичность обеспечивают другие, вспомогательные белки, взаимодействующие с основными регуляторными белками. В частности, несмотря на сходство и специфичности распознавания последовательностей нуклеотидов, истинные регулиторные белки обладают большим сродством к последовательностям-мишеням, еще более усиливающимся под влиянием белок-белковых взаимодействий.

Рассмотренный нами пример регуляции экспрессии непосредственно-ранних генов ВПГ хорошо иллюстрирует те многочисленные белок-белковые и белково-нуклеиновые взаимодействия, которые требуются для функционирования сложной системы дифференциально экспрессирующихся генов высших организмов. Несмотря на то, что с развитием молекулярной генетики число известных регуляторных механизмов будет увеличиваться, именно этот принцип, основанный на возможности специфических взаимодействий макромолекул друг с другом, по-видимому, останется доминирующим в регуляторных механизмах эукариот.

Сайленсеры. Ингибирование транскрипции с использованием особых регуляторных элементов, называемых сайленсерами, является активным процессом. В этом случае происходит прямое подавление инициации транскрипции путем разрушения транскрипционного комплекса на промоторе или посредством его инактивации иным способом.

Первый из описанных в 1986 г. сайленсеров обладал классическими энхансероподобными свойствами, действуя на промоторы, расположенные в цис-положении (на той же молекуле ДНК) на большом расстоянии. При этом активность сайленсера, подобно знхансеру, не зависела от его ориентации по отношению к регулируемому промотору. Активность других сайленсеров в разной степени зависит от положения их по отношению к регулируемому промотору и ориентации относительно него, а также прямо пропорциональна числу их копий. Кроме того, регуляторные белки, связывающиеся с сайленсерами, по аналогии с белками энхансеров, помимо ДНК-связывающих доменов содержат аминокислотные последовательности, обеспечивающие белок-белковые взаимодействия, которые необходимы для осуществления негативной регуляции транскрипции. Исследование структуры этих доменов выявило их большое разнообразие, что позволяет думать о высокой функциональной значимости негативной регуляции транскрипции, обеспечиваемой сайленсерами.