Структура гена и процессинг продуктов транскрипции (мРНК)
Известно, что между транскрипцией РНК на матрице ДНК и появлением транслируемой мРНК в цитоплазме существует несколько стадий. До недавнего времени полагали, что транскрипция приводит к образованию высокомолекулярной РНК, процессинг которой сводится к простому нарезанию специфических молекул мРНК, которые затем и проходят в цитоплазму, где транслируются с образованием соответствующих белков. Однако в настоящее время выяснилось, что стадии процессинга, участвующие в образовании мРНК, более сложны и включают такие модификации, как полиаденилирование 3 -конца и присоединение метилированного гуанозина и к 5 -концу молекулы мРНК. Последовательности-ДНК, определяющие первичную структуру мРНК, также оказались не смежными, как полагали раньше, а, как правило, разъединенными «вставками» (или интронами), которые отсутствуют в комплементарной структуре соответствующих мРНК. Таким образом, мРНК не прямо копируется с генной последовательности, а-транскрибируется вначале в виде гораздо более крупного продукта, из которого в ходе процессинга вырезаются промежуточные последовательности с образованием зрелой мРНК, непосредственно транслирующейся на рибосомном уровне [104].
Присутствие промежуточных последовательностей ДНК в эукариотических генах впервые было обнаружено в генах b-глобулина, легких цепей иммуноглобулинов и альбумина. Позднее такие вставки были найдены также в генах овальбумина, кональбумина и овомукоида, равно как и в других генах специфических белков [1, 104]. Современная точка зрения на организацию овальбуминового гена, отраженная на рис. 4—28, заключается в том, что структурный ген разъединяется по меньшей мере 7 промежуточными последовательностями. Стимуляция эстрогеном вызывает координированное повышение транскрипции структурных и промежуточных последовательностей овальбуминового гена с накоплением как высокомолекулярной РНК, содержащей ов альбуминовую последовательность, так и цитоплазматической овальбуминовой мРНК [105]. Молекулы крупного предшественника мРНК, содержащего промежуточные последовательности, подвергаются воздействию ферментов с вырезанием вставок и последующим сшиванием, что приводит к образованию зрелой мРНК (см. рис. 4—28). Функция промежуточных последовательностей (или интронов) в эукариотических структурных генах не выяснена. Одно из предположений заключается в том, что они ограничивают участки гена, кодирующие домены белка, ответственные за отдельные части его общей функции, и что структурные участки ДНК (или экзоны) сближались в процессе эволюции при участии интронов [106]. Применимы ли эти объяснения к овальбумину, не ясно, поскольку специфические функции этого белка яйцеводов не известны. Однако данные о том, что ген кональбумина (овотрансферрина) содержит 17 экзонов, позволяют проверить эту концепцию путем анализа функциональных доменов, принимающих участие в секреции (сигнальная последовательность) белка и связывании железа [107].
Рис. 4—28. Структурная организация и транскрипция гена овальбумина. Эстроген стимулирует экспрессию всего гена, а промежуточные последовательности затем вырезаются со сшиванием отрезков и образованием зрелой мРНК овальбумина цыплят (Chan и соавт. [1] в модификации). ов — овальбумин; светлый участок — структурный ген темный участок — вставочные последовательности ДНК: линия — боковые последовательности ДНК.
Анализ генома клеток яйцеводов вблизи овальбуминового гена позволил недавно обнаружить два соседних гена с последовательностями, гомологичными овальбуминовому гену [108]. Эти два дополнительных гена имели и интроны, сходные с таковыми в гене овальбумина, и экспрессировались при стимуляции эстрогенами, хотя и в меньшей степени, чем овальбуминовый ген. Такой кластер родственных генов мог бы возникнуть в процессе эволюции-путем параллельной сборки из смеси родственных и неродственных участков или путем удвоения исходного гена, в котором сочетание нитронов и экзонов было зафиксировано с самого начала [109]. Отражает ли разная экспрессия трех генов при действии эстрогенов различия в эффективности транскрипции или различия в последующем процессинге и стабилизации мРНК, пока не установлено. Организация овальбуминовой области генома аналогична таковой генов глобина, и кластеризация структурно и функционально близких генов может быть общей чертой генома эукариотических клеток [108].