4.5. Гены эукариотических организмов

Гены эукариотических организмов устроены сложнее, чем гены прокариот (рис.97). Регуляторная часть эукариотических генов состоит из промотора, терминатора, энхансера и сайленсера. Промоторы генов эукариот кодирующих белки, расположены левее точки начала транскрипции (+1) и включают нескольких последовательностей (мотивов):

Рис.166. Структура эукариотического гена, кодирующего белок: 1+-точка инициации; 5′- НТП и 3′-НТП - 5′- и 3′-нетранслируемые последовательности.

1 – на расстоянии 27-30 п.н. левее точки начала транскрипции (+1) расположен ТАТА – мотив (ТАТА-бокс или Голдберга-Хогнесса-бокс). ТАТА-бокс включает последовательность, состоящую из 7 нуклеотидов:

5' – Т – А – Т – А – А – А – А – 3'

│ │ │ │ │ │ │

3' – А – Т – А – Т – Т – Т – Т - 5'

Он встречается у всех эукариотических генов (85%), поэтому его относят к неспецифическому сайту транскрипции. ТАТА – последовательность необходимо для точного выбора кодирующей цепи ДНК и точки начала транскрипции м-РНК, в синтезе которых, принимает участие РНК-полмераза II. В области расположения ТАТА-бокса происходит присоединение РНК-полимеразы  к промотору, при участии комплекса белков – общих факторов транскрипции.

2 – на расстоянии 80-50 н.п. от точки начала транскрипции расположена последовательность ЦААТ (ЦААТ-бокс) характерная для тканеспецифи- ческих генов (глобинов, актина и др.) и регулирующий частоту инициации.

3 – на расстоянии 90 н.п. расположена последовательность ГЦ (5'-Г-Г-Г-Ц-Г-Г-3'), которая может встречаться в промоторе несколько раз, и характерна для конституционных генов, обеспечивающих общеклеточные функции и влияние на скорость транскрипции.

Промоторы генов, адаптивных белков, образование которых усиливается под влиянием факторов среды включают дополнительные короткие последовательности, которые определяют транскрипцию этих генов только при наличии этих факторов: у белков теплового шока это последовательность – ЦТЦТ - , для генов металлсодержащих белков – ТГЦГЦТТГГ – и т.д. С этими сайтами связывается специфические белки, регулирующие функции этих генов.

Терминаторами транскрипции генов эукариот является ГЦ – богатые участки в конце генов. Сила взаимодействия внутри ГЦ – пар настолько сильна, что расплетание ДНК на этом участке становится затруднительным. Это замедляет движение РНК-полимеразы и служит сигналом окончания транскрипции.

К регуляторной части эукариотического гена относятся особые последовательности – энхансеры (усилители). Они могут находится как на 5'-конце так и на 3'-конце фрагмента ДНК, включающего ген, а также в составе интронов и действовать на больших расстояниях (более 1000 н.п.) через регуляторные белки, усиливая транскрипцию. Противоположную регуляцию осуществляют сайленсеры – последовательности нуклеотидов, имеющие такое же расположение на молекуле ДНК, но обеспечивающие ослабление транскрипции.

Кодирующая часть гена эукариот в составе транскриптона содержит:

1 – кодирующие последовательности экзоны, некодирующие последо-

вательности интроны (для мРНК);

2 – кодирующую последовательность и спейсеры (для рРНК), кодирующую последовательность и один интрон (для тРНК). Интроны и спейсеры удаляются в ходе процессинга РНК;

3 - 5'–3' – нетранслируемые последовательности (5'-НТП и 3'-НТП).

Экзон-интронную организацию имеют все гены, кодирующие белки позвоночных, за исключением генов гистонов, интерферонов. Экзоны имеют, как правило, небольшую длину. Длина интрона может быть разной – от несколько десятков пар нуклеотидов до многих тысяч. Общая длина интронов значительно превышает суммарную длину экзонов. В геноме человека только 1-2 % ДНК приходится на экзоны и 24 % - на интроны. Располагаются интроны в гене между сегментами, которые кодирует структурные или функциональные домены белка и характерна для каждого гена. В процессе транскрипции интроны считываются вместе с экзонами, а затем вырезаются в ходе процессинга (созревания) м-РНК.

Для эукариот характерны моноцистронные единицы транскрипции и образуется м-РНК, кодирующая только один белок.

Для эукариот не характерен оперонный тип расположения генов, т.е., объединение генов в блоки под общим контролем регуляции. Гены эукариот, контролирующие одну цепь биохимических реакции могут располагаться в разных районах хромосомы и даже в разных хромосомах. У эукариот гены могут быть уникальными, т.е. представленным единственным числе, но могут быть и многократно повторяющимися в геноме. Для некоторых генов известны кластерная организация генов. В кластер объединены гены, которые являются членами мультигенных семейств, которые содержат гомологичные последовательности одного гена-пердшественника и их генные продукты часто имеют сходные функции. Белки, которые кодируется такими генами, называются паралогами.