Thursday, November 18, 2010

Ген, генийн бүтэц, үйл ажиллагааны зохицуулга

Генийн бүтэц.
•ХХ зууны эхэн үед нэг ген - нэг шинж (нэг фенотип) гэсэн сонгодог ойлголттой байсан бол ХХ зууны дунд үед нэг ген-нэг фермент гэж авч үздэг болсон. Дараа нь энэ ойлголт нэг ген - нэг уураг, нэг ген - нэг полипептид гэж нарийсч өөрчлөгдсөн.
•Ген бол хромосом дээр тодорхой байрлалтай, тодорхой үүрэгтэй удмын мэдээлэл хадгалсан ДНХ молекулын нэгж хэсэг юм.
Бүтэц талаас нь генийг авч үзвэл нарийн зохион байгуулалттай.
•Генийг зохицуулагч ген, бүтцийн ген гэж ангилдаг. Зохицуулагч генээс өөр зохицуулагч дарааллууд байдаг. Бүтцийн генд рибосомын болон зөөврийн РНХ-ийн генүүд ордог.
Прокариот эсийн генийн бүтэц Прокариот эсийн генийн бүтцэнд зохицуулагч ген (зохицуулагч хэсэг), промотор, оператор, оперон ордог. Опероныг өөрөөр цистрон гэж нэрлэнэ. Оперон нь дотроо хэд хэдэн бүтцийн гентэй, өөрөөр хэлбэл полицистрон бүтэцтэй.
•Транскрипцийн эхний болон сүүлийн экзонд трансляцид ордоггүй 5’ UTR (untranslated region) лидэр хэсэг, мөн
3’ UTR трайлер хэсэг байдаг.

Генийн +1 цэгээс 20, 80, 100-аад нуклеотидын өмнө, зарим тохиолдолд бүр алслагдсан хэдэн 100 000 нуклеотидын өмнө транскрипцийг идэвхжүүлдэг эсвэл дарангуйлдаг энхансэр, транскрипцийг сулруулдаг сайленсер элемент байрласан байна.
Генийн үйл ажиллагаа, идэвхийг зохицуулсан олон үе шат байдаг. Тэдгээрийг дараах хэлбэрээр ангилна.
•1. Генийн ба хромосомын түвшин дэх хөгжлийн зохицуулга
•2. Транскрипцийн түвшин дэх зохицуулга.
•3. Транскрипцийн дараах шатны зохицуулга
•4. Трансляцийн түвшин дэх зохицуулга
•5. Трансляцийн дараах шатны зохицуулга.
Генийн ба хромосомын түвшин дэх хөгжлийн зохицуулга
•Олон эст эукариот эсийн геном нь хэдэн мянган генийг агуулна. Жишээ нь C. elegans хорхой ойролцоогоор 19 000 ген (1998 оны C. elegans Sequencing Consortium.-ын мэдээ ), жимсгэний ялаа 13 600 ген (Adams et.al., 2000), хүн 30 000 ген (International Human Genome Sequencing Consortium 2004) .
Энэ олон генийн үйл ажиллагааны үр дүнд тухайн бие махбодь хөгжин дэвшиж анхны хөврөлийн эсээс ялгаран хөгжих хөгжлийн үр дүнд төрөл бүрийн эс болоод эд эрхтэн хүртэл үүсч хөгждөг. Ихэнх сүүн тэжээлтэн тэр дундаа хүнд 200 гаруй төрлийн эс байдаг. Үүнийг цааш нь морфологи болоод гүйцэтгэх үүргээр нь олон хэсэгт ангилж хувааж болдог байна.(Volpert et. al.1998, Surani, 2001). Сүүн тэжээлтэн амьтад хэдийгээр хоорондоо ялгаатай ч геномын бүтэц бүрэлдэхүүн нь зарим талаараа төстэй.
Ялгарах хөгжлийн явцад гол үүрэг гүйцэтгэдэг “хөгжлийн генүүд” (үүнд транскрипцийн факторууд, гомеобокс агуулсан генүүд, эс хоорондын мэдээ дамжуулагч мембраны уургийн генүүд) эволюцийн явцад өөрчлөгдөөгүй,
консерватив шинжтэй тул зарим бүл генийн бүтэц үйл ажиллагаа, жишээ нь сүүн тэжээлтний онтогенезийн хөгжил тэр дундаа хөврөлийн хөгжилд ижил төстэй зүйл олон бий.
Зүйлийн онтогенезийг генийн экпресси, шат дараалсан зохицуулгын үйл ажиллагаагаар тайлбарладаг. Эволюцийн явцад шинэ зүйл үүсч бий болох нь хөгжлийн тодорхой үе шатанд зохицуулагч генийн бүтцэнд орсон өөрчлөлт кодлох хэсэг юм уу эсвэл зохицуулагч дарааллыг хөндсөний улмаас эхлээд генийн экспресси дараа нь морфогенезийн өөрчлөлтийг үүсгэдэг гэж судлаачид үздэг байна.
Нэгэн биеийн хөгжлийг генийн экспресстэй нь холбож үзвэл үе шат бүрт генийн экспресс нь алгуурхан өөрчлөгдсөн динамик процесс юм. Хөврөлийн хөгжлийн эд эрхтэн ялгаран хөгжих үе нэг хромосомын өөр өөр хэсэгт байрласан эсвэл өөр өөр хромосомд байрласан олон генийн үйл ажиллагааны дараалалсан зохицуулгаас хамаарна.
“Хөгжлийн программ” гэж нэрлэх дэс дараалалсан нарийн үйл ажиллагааны явцад өмнөх үе шатанд ажиллаж байсан ген, түүний бүтээгдэхүүн бол дараагийн үе шатанд өөр өөр генийн үйл ажиллагааг идэвхжүүлж нийлэгжилтийг хариуцах юм уу аль эсвэл дарангуйлах үйлчилгээ үзүүлдэг байна. Генийн зохицуулгын ийм хэлбэрийг “каскад”- дараалсан зохицуулга гэнэ.
Транскрипцийн факторын үүрэгтэй генийн тоо эукариот биеийн геномд цөөн байдаг ба бага хувийг эзэлдэг. Жишээ нь жимсгэний ялаанд 700 ген (нийт генийн 5% эзэлж байна) -ийн 279 нь нь (2,5%) хөгжлийн зохицуулганд оролцдог байна (Adams et.al.2000), цагираг хорхой C. elegans –д 500 ген байдаг нь нийт генийн 2,5% эзлэдэг байна. Эдгээр тоог үзэхэд нэг зохицуулагч генд 40-50 генийн үйл ажиллагаа ноогддог байна.
Цөөн зохицуулагч ген яаж олон генийн үйл ажиллагааг зохицуулдаг вэ? Судлаачдын үзэж байгаагаар дээрх зохицуулгыг хариуцсан транскрипцийн факторыг нийлэгжүүлдэг тусгай өвөрмөц генийн анги байдаг байна. “Селектор ген” гэж нэрлэгдэх зохицуулах үүрэгтэй уургууд нэгдсэн “генийн зохицуулгын сүлжээ” (genetic regulatory network) бүрдүүлж тухайн үе шатанд хэрэгцээтэй генийн экспресси явуулж тэр нь зохих морфологи шинжийг бүрдүүлж өгнө.
Жишээ нь жимсгэний ялааны гомеобоксын Antennapedia мутацийг хариуцсан нэг гол ген антенн үүсгэх хэсгийн эсийн үйл ажиллагааг үндсээр нь өөрчилж жимсгэний ялааны толгойнд антенны оронд хөл ургуулдаг байна. Хүн дээр жишээ нь ХҮ генотиптэй хөврөлд тестостероны рецептор ген ямар нэгэн шалтгаанаар ажиллахгүй, рецептор уураг нийлэгжихгүй байсан тохиолдолд эм хүйсийн шинж төрх үүсэн хөгждөг байна.
Хромосомын түвшин дэх зохицуулга
Генийн түвшин дэх зохицуулга хромосомын түвшинтэй шууд холбоотой. Зарим зохицуулагч хэсгүүд транскрипцийн инициаци болдог эхлэлийн хэсгээс олон мянган нуклеотидын өмнө алслагдсан зайнд байрласан байдаг. Энэ зохицуулга шууд хийгдэх боломжгүй учир ДНХ молекулын эрчлэлтийн хоёр, гурав дах түвшинтэй холбоотой гэж судлаачид үздэг.
Жишээ нь β-глобины бүл генийн LCR (locus control region) локус зохицуулагч хэсэг нь инициацийн кодоноос 20 мянган х.н. зайнд байрласан байдаг.
Бөөм дотор хромосом тус бүрийн байршил генийн экспрессид багагүй нөлөө үзүүлдэг байна (Cockell, Gasser 1999, Misteli 2001, Gasser 2002, Parada, Misteli 2002). Нэр дурьдсан судлаачид хромосом бүр өөрийн гэсэн орон зайтай, түүнийг нь 1 Мб хэмжээ бүхий доменд хувааж болох бөгөөд бөөмийн зарим хэсэг эрт зарим нь хожуу репликацинд ордогийг дурьджээ.
Жишээ нь β-глобины бүл генийн LCR (locus control region) локус зохицуулагч хэсэг нь инициацийн кодоноос 20 мянган х.н. зайнд байрласан байдаг.
Бөөм дотор хромосом тус бүрийн байршил генийн экспрессид багагүй нөлөө үзүүлдэг байна (Cockell, Gasser 1999, Misteli 2001, Gasser 2002, Parada, Misteli 2002). Нэр дурьдсан судлаачид хромосом бүр өөрийн гэсэн орон зайтай, түүнийг нь 1 Мб хэмжээ бүхий доменд хувааж болох бөгөөд бөөмийн зарим хэсэг эрт зарим нь хожуу репликацинд ордогийг дурьджээ.
Өөр судалгаагаар цөөн гентэй 18-р хромосом ихэвчлэн бөөмийн зах хавиар байрлаж байхад ген ихтэй 19-р хромосом бөөмийн төвд байрласан байгааг харуулжээ (Boyle et.al.,2001). Ингэхлээр эсийн интерфаз шатын олон хроматидууд бөөмөнд байрлахдаа өөрийн орон зайгаа эзэлсэн маш нарийн эмх замбраатай байрласан байдаг байна.
Транскрипцийн түвшин дэх зохицуулга
Зохицуулагч генийн үйл ажиллагаа
Зохицуулагч генийн үйл ажиллагааг бактерийн эсийн лактоз, триптофаны опероны жишээн дээр авч үзье. Зохицуулагч lacI генийн бүтээгдэхүүн репрессор нь лактоз байхгүй глюкозтой орчинд оператортой холбогдсон байх учир РНХ полимераза суух боломжгүй байна. Иймд тухайн генийн үйл ажиллагаа дарангуйлагдана.
Глюкозыг лактозоор орлож орчинд нэмж өгвөл репрессор идэвхгүй болно. Иймээс РНХ полимераза фермент бүтцийн ген lacZ, lacy, lacA –ийг бүрэн уншиж β-галактозидаза, пермеаза, трансацетилаза ферментүүд нийлэгждэг байна. Өөрөөр хэлбэл дарангуйлсан холбоо салж генийн нийлэгжилт идэвхтэй явагдана.
Транскрипцийн түвшингийн зохицуулга инициацийн үе, терминацийн үед хийгддэг. Жишээ нь инициацийн эхэн үед эхлүүлэх эсэх нь шийдэгдэнэ. Эхэллээ гэхэд хаанаас эхлэх нь зохицуулагддаг. Төгсгөлийн зохицуулга нь олон экзон интроны аль хэсэгт дуусгавар болох вэ гэдгийг шийдэж өгнө. Генийн идэвхийг зохицуулдаг алслагдсан байрлалтай энхансер элемент транскрипцийг идэвхжүүлдэг. Энхансер хоёр чиглэлийн идэвхтэй.
Эукариот эсэд энхансер нэг бус хоёр, гурав, дөрөв ч байдаг байна. Энхансер ДНХ гинжид тусгай уургуудын тусламжтай холбогддог. Зохицуулагч уургуудийн төрөл, хэлбэр нь ихэнх эд эрхтэн бүрийн эсэд ижил байна.
Зохицуулагч элементийн тухай хийх дүгнэлт:
•1. Зохицуулагч элементүүд модуль бүтэцтэй, өвөрмөц хэд хэдэн нуклеотидын дарааллаас тогтдог. Нэг дарааллын урт нь 8-15 нуклеотид байх ба үүссэн орон зайн бүтцэнд тохирч уургууд нэгдэн холбогддог.
•2. Зарим зохицуулагч уургууд транскрипцийг идэвхжүүлдэг, зарим нэг нь дарангуйлдаг. Энханцер транскрипцийн идэвхийг эрчимжүүлж мөн дарангуйлж ч чаддаг.
•3. Промотор, промоторын өмнө байрласан зохицуулгын хэсэг ижил төрлийн олон уургийг өөртөө холбох чадвартай. Индукци репрессийн систем нь транскрипцийг эхлүүлэх, хаах үйл ажиллагаатай төстэй механизм хэрэглэнэ.
•4. Эукариот эсэд транскрипцийн үйл ажиллагааг цөөн тооны зохицуулагч уургууд зохицуулдаг.
Транскрипцийн дараах үеийн зохицуулга.
Үүнд
•Процессингийн зохицуулга
•Бөөмийн сүвийн зохицуулга
•мРНХ-ийн задралын зохицуулга орно.
•Процессингийн үеийн зохицуулганд альтернатив сплайсинг хамаарагдана. Мэдээлэл агуулсан хэдэн болоод ямар экзон хэсэг хоорондоо нийлж ямар үүрэгтэй уураг бий болох нь альтернатив сплайсингийн үр дүнд шийдэгддэг.
Бөөмөөс цитоплазм руу зөөвөрлөх шатны зохицуулга.
•мРНХ –ийн анхдагч транскриптын зөвхөн 1/21 нь бөөмийн сүвээр гадагшилж цитоплазмд ордог.Энэ шатны зохицуулгийг бөөмийн сүвийн мембраны уургууд хариуцан гүйцэтгэдэг. Олон мРНХ дотроос боловсорсон мРНХ таньж, сонгож аваад бөөмийн сүвээр цитоплазм руу гаргаж өгнө. Үлдсэн мРНХ нь бүгд бөөм дотроо задралд ордог байна.
Трансляцийн түвшин дэх
зохицуулга
•инициацийн шатны зохицуулга
•элонгацийн шатны зохицуулга
•терминацийн шатны зохицуулга
Трансляцийн дараах шатны
зохицуулга

- уургийн идэвхжилтийн үеийн
зохицуулга

- уургийн задралын үеийн зохицуулга.
Трансляцийн түвшин дэх
зохицуулга
•инициацийн шатны зохицуулга
•элонгацийн шатны зохицуулга
•терминацийн шатны зохицуулга
Трансляцийн дараах шатны
зохицуулга
•- уургийн идэвхжилтийн үеийн
зохицуулга
•- уургийн задралын үеийн зохицуулга.

No comments:

Post a Comment

Post a Comment