Структурный ген
 | Эта статья требует дополнительных цитат для проверки . ( февраль 2017 г. ) |
Структурный ген - это ген , который кодирует для любого РНК или белкового продукта, отличного от регуляторного фактора (т.е. регуляторный белок ). Термин, полученный из лакового оперона , структурные гены обычно рассматриваются как те, которые содержат последовательности ДНК, соответствующие аминокислотам белка, которые будут продуцироваться, если указанный белок не функционирует для регуляции экспрессии генов. Структурные генные продукты включают ферменты и структурные белки. Также кодируемыми структурными генами являются некодирующие РНК, такие как РРНК и ТРНК (но исключая любые регуляторные микроРНК и миРНК ).
Размещение в геноме
[ редактировать ]У прокариот структурные гены родственной функции обычно рядом друг с другом на одной цепи ДНК, образуя оперон . Это позволяет более простой регуляции экспрессии генов, поскольку единый регуляторный фактор может влиять на транскрипцию всех связанных генов. Это лучше всего иллюстрируется хорошо изученным опероном LAC , в котором три структурных гена ( LACZ , Lacy и LACA ) регулируются одним промотором и одним оператором. Прокариотические структурные гены транскрибируются в полицистронную мРНК и впоследствии переводятся. [ 1 ]
У эукариот структурные гены не расположены последовательно. Вместо этого каждый ген состоит из кодирующих экзонов и вкрапления некодирующих интронов . Регуляторные последовательности обычно встречаются в некодирующих областях вверх по течению и ниже по течению от гена. Структурные мРНК генов должны быть сплайсированы перед переводом для удаления интронных последовательностей. Это, в свою очередь, поддается эукариотическому явлению альтернативного сплайсинга , в котором одна мРНК из одного структурного гена может продуцировать несколько различных белков, на основе которых включены экзоны. Несмотря на сложность этого процесса, подсчитано, что до 94% человеческих генов каким -то образом сплачиваются. [ 2 ] Кроме того, различные паттерны сплайсинга встречаются в различных типах тканей. [ 3 ]
Исключением из этой компоновки у эукариот являются гены для гистоновых белков, в которых совершенно не хватает интронов. [ 4 ] Также отличаются кластеры рДНК структурных генов, в которых 28 -е, 5,8S и 18S последовательности находятся при соседних, разделенных короткими внутренними транскрибированными проставками, а также 45S рДНК встречается в пять отдельных мест на геноме, но складывается в соседние повторения. В Eubacteria эти гены организованы в опероны. Однако в Archaebacteria эти гены не приспособлены и не демонстрируют связи. [ 5 ]
Роль в болезни человека
[ редактировать ]Идентификация генетической основы для причинного агента заболевания может быть важным компонентом понимания его воздействия и распространения. Местоположение и содержание структурных генов могут выяснить эволюцию вирулентности, [ 6 ] а также предоставлять необходимую информацию для лечения. Аналогично понимание специфических изменений в структурных последовательностях генов, лежащих в основе усиления или потери вирулентности, в понимании механизма, с помощью которого заболевания влияют на их хозяев. [ 7 ]
Например, было обнаружено, что иерсиния ( пубонная чума ) несет несколько структурных генов, связанных с вирулентностью и воспалением на плазмидах. [ 8 ] Аналогичным образом, структурный ген, ответственный за столбняка, также была определена как плазмида. [ 9 ] Дифтерия вызвана бактерией, но только после того, как эта бактерия была инфицирована бактериофагом, несущим структурные гены для токсина. [ 10 ]
У вируса простого герпеса структурная последовательность генов, ответственная за вирулентность, была обнаружена в двух местах в геноме, несмотря на то, что только одно место, фактически продуцирующее продукт вирусного гена. Это было предположительно, чтобы служить потенциальным механизмом для штаммов для восстановления вирулентности, если он потерян с помощью мутации. [ 11 ]
Понимание специфических изменений в структурных генах, лежащих в основе усиления или потери вирулентности, является необходимым шагом в формировании конкретных методов лечения, а также изучение возможного лекарственного использования токсинов. [ 10 ]
Филогенетика
[ редактировать ]Еще в 1974 году сходство последовательности ДНК было признано ценным инструментом для определения взаимосвязи между таксонами. [ 12 ] Структурные гены в целом более высоко консервативны из -за функциональных ограничений, и поэтому они могут оказаться полезными при осмотрах более разрозненных таксонов. Оригинальные анализы обогащены образцами для структурных генов посредством гибридизации до мРНК. [ 13 ]
Более поздние филогенетические подходы были сосредоточены на структурных генах известной функции, сохранившиеся в различной степени. Последовательности рРНК Частые мишеней, так как они сохраняются у всех видов. [ 14 ] Микробиология специально нацелена на ген 16S для определения различий на уровне видов. [ 15 ] В таксорах высшего порядка COI в настоящее время считается «штрих-кодом жизни» и применяется для большинства биологической идентификации. [ 16 ]
Дебаты
[ редактировать ]Несмотря на широко распространенную классификацию генов как структурных или регулирующих, эти категории не являются абсолютным разделением. Недавние генетические открытия ставят под сомнение различие между регуляторными и структурными генами. [ 17 ]
Различие между регуляторными и структурными генами можно объяснить первоначальной работой 1959 года по экспрессии белка оперона LAC. [ 18 ] В этом случае был обнаружен один регуляторный белок, который влиял на транскрипцию других белков, которые теперь известны, чтобы составить лак -оперон. С этого момента два типа кодирующих последовательностей были разделены. [ 18 ]
Тем не менее, увеличение открытия регуляции генов предполагает большую сложность. Экспрессия структурных генов регулируется многочисленными факторами, включая эпигенетику (например, метилирование), RNAi и многое другое. Регуляторные и структурные гены могут быть эпигенетически регулировать идентично, поэтому не все регуляция кодируется «регуляторными генами». [ 17 ]
Есть также примеры белков, которые не соответствуют ни одной категории, такие как белки шаперона . Эти белки помогают в складывании других белков, казалось бы, регуляторной роли. [ 19 ] [ 20 ] Тем не менее, эти же белки также помогают в движении их священных белков через мембраны, [ 21 ] и теперь участвуют в иммунных реакциях (см. Hsp60 ) [ 22 ] и в апоптотическом пути (см. Hsp70 ). [ 23 ]
Совсем недавно было обнаружено, что микроРНК продуцируется из внутренних транскрибируемых проставки генов рРНК. [ 24 ] Таким образом, внутренним компонентом структурного гена на самом деле является регулирующим. Сайты связывания для микроРНК также были обнаружены в кодирующих последовательностях генов. Обычно интерферирование RNA нацелен на 3'UTR, но включение сайтов связывания в последовательность самого белка позволяет транскриптам этих белков эффективно регулировать микроРНК в клетке. Было продемонстрировано, что это взаимодействие оказывает влияние на экспрессию, и, таким образом, структурный ген содержит регуляторный компонент. [ 25 ]
Ссылки
[ редактировать ]- ^ Мюллер-Хилл, Бенно (1996-01-01). LAC Operon: короткая история генетической парадигмы . Уолтер де Грютер. ISBN 9783110148305 .
- ^ Ван, Эрик Т.; Сандберг, Рикард; Ло, Шудзюн; Хреббукова, Ирина; Чжан, Лу; Майр, Кристина; Кингмор, Стивен Ф.; Шрот, Гари П.; Бердж, Кристофер Б. (2008). «Альтернативная регуляция изоформы в транскриптоме ткани человека» . Природа . 456 (7221): 470–476. Bibcode : 2008natur.456..470W . doi : 10.1038/nature07509 . PMC 2593745 . PMID 18978772 .
- ^ Yeo, Джин; Холсте, Дирк; Крейман, Габриэль; Бердж, Кристофер Б. (2004-01-01). «Изменение альтернативного сплайсинга в тканях человека» . Биология генома . 5 (10): R74. doi : 10.1186/gb-2004-5-10-r74 . ISSN 1474-760x . PMC 545594 . PMID 15461793 .
- ^ Makałowski, W. (2001-01-01). «Структура и организация генома человека» . Acta Biochimica Polonica . 48 (3): 587–598. doi : 10.18388/abp.2001_3893 . ISSN 0001-527X . PMID 11833767 .
- ^ TU, J; Zillig, W (1982-11-25). «Организация структурных генов рРНК в Archaebacterium thermoplasma acidophilum» . Исследование нуклеиновых кислот . 10 (22): 7231–7245. doi : 10.1093/nar/10.22.7231 . ISSN 0305-1048 . PMC 327000 . PMID 7155894 .
- ^ Сриватсан, Сринанд; Пан, XI; Stockbauer, Kathryn E.; Коннелл, Нэнси Д.; Крейсвирт, Барри Н.; Уиттам, Томас С.; Musser, James M. (1997-09-02). «Ограниченный полиморфизм структурного гена в комплексе Mycobacterium Tuberculosis указывает на эволюционно недавнее глобальное распространение» . Труды Национальной академии наук . 94 (18): 9869–9874. Bibcode : 1997pnas ... 94.9869S . doi : 10.1073/pnas.94.18.9869 . ISSN 0027-8424 . PMC 23284 . PMID 9275218 .
- ^ Махарадж, Пайал Д.; Анишченко, Майкл; Лангевин, Стэнли А.; Клык, ин,; Рейзен, Уильям К.; Broult, Aaron C. (2012-01-01). «Структурный ген (PRME) химеры вируса энцефалита Сент -Луис и вируса Западного Нила демонстрируют измененные цитопатические и фенотипы роста in vitro» . Журнал общей вирусологии . 93 (1): 39–49. doi : 10.1099/vir.0.033159-0 . PMC 3352334 . PMID 21940408 .
- ^ Брубейкер, Роберт Р. (2007-08-01). «Как структурные генные продукты Yersinia pestis связаны с вирулентностью». Будущая микробиология . 2 (4): 377–385. doi : 10.2217/17460913.2.4.377 . ISSN 1746-0921 . PMID 17683274 .
- ^ Финн, CW; Серебро, RP; Habig, WH; Hardegree, MC; Зон, Г.; Garon, CF (1984-05-25). «Структурный ген для нейротоксина из тетана находится на плазмиде». Наука . 224 (4651): 881–884. Bibcode : 1984sci ... 224..881f . doi : 10.1126/science.6326263 . ISSN 0036-8075 . PMID 6326263 .
- ^ Jump up to: а беременный Greenfield, L.; Бьорн, MJ; Рог, Г.; Фонг, Д.; Бак, GA; Кольер, RJ; Каплан Д.А. (1983-11-01). «Нуклеотидная последовательность структурного гена для дифтерийного токсина, переносимой бета -коринебактериофагом» . Труды Национальной академии наук Соединенных Штатов Америки . 80 (22): 6853–6857. Bibcode : 1983pnas ... 80.6853g . doi : 10.1073/pnas.80.22.6853 . ISSN 0027-8424 . PMC 390084 . PMID 6316330 .
- ^ Книпе, Дэвид; Руехан, Уильям; Достопочтенная, Роберт; Ройзман, Бернард (1979). «Молекулярная генетика вируса простого герпеса: терминальные последовательности компонентов L и S обязательно идентичны и составляют часть структурного картирования генов преимущественно в S -компоненте» (PDF) . Труды Национальной академии наук Соединенных Штатов Америки . 76 (9): 4534–4538. Bibcode : 1979pnas ... 76.4534K . doi : 10.1073/pnas.76.9.4534 . PMC 411612 . PMID 228300 .
- ^ Мур, Р.Л. (1974-01-01). «Резсоциация нуклеиновой кислоты как руководство к генетической родственности среди бактерий». Современные аспекты электрохимии . Текущие темы в области микробиологии и иммунологии. Тол. 64. С. 105–128. doi : 10.1007/978-3-642-65848-8_4 . ISBN 978-3-642-65850-1 Полем ISSN 0070-217X . PMID 4602647 .
- ^ Angerer, RC; Дэвидсон, эх; Бриттен, RJ (1976-07-08). «Одно копические ДНК и структурные отношения генов между четырьмя видами морских ежей». Хромосома . 56 (3): 213–226. doi : 10.1007/bf00293186 . ISSN 0009-5915 . PMID 964102 . S2CID 26007034 .
- ^ Pruesse, E.; Quast, C.; Knittel, K.; Fuchs, BM; Ludwig, W.; Peplies, J.; Glockner, FO (2007-12-01). «Silva: комплексный онлайн -ресурс для проверки качества и выровненных данных о последовательности рибосомной РНК, совместимых с ARB» . Исследование нуклеиновых кислот . 35 (21): 7188–7196. doi : 10.1093/nar/gkm864 . ISSN 0305-1048 . PMC 2175337 . PMID 17947321 .
- ^ Чун, Чонсик; Ли, Чже-Хак; Юнг, Юнюнг; Ким, Мюнгджин; Ким, Сейл; Ким, Байнг Квон; Лим, Янг-Вун (2007-01-01). «Eztaxon: веб-инструмент для идентификации прокариот на основе последовательностей генов рибосомальных РНК 16S» . Международный журнал систематической и эволюционной микробиологии . 57 (10): 2259–2261. doi : 10.1099/ijs.0.64915-0 . PMID 17911292 .
- ^ Хеберт, Пол Д.Н.; Cywinska, Alina; Ball, Shelley L.; Деваард, Джереми Р. (2003-02-07). «Биологическая идентификация через штрих -коды ДНК» . Труды Королевского общества Лондона B: Биологические науки . 270 (1512): 313–321. doi : 10.1098/rspb.2002.2218 . ISSN 0962-8452 . PMC 1691236 . PMID 12614582 .
- ^ Jump up to: а беременный Пиро, Росарио Майкл (2011-03-29). «Все гены регуляторных генов?». Биология и философия . 26 (4): 595–602. doi : 10.1007/s10539-011-9251-9 . ISSN 0169-3867 . S2CID 16289510 .
- ^ Jump up to: а беременный Парди, Артур Б.; Джейкоб, Франсуа; Монод, Жак (1959-06-01). «Генетическая контроль и цитоплазматическая экспрессия« индуцируемости »в синтезе β-галактозидазы с помощью E. coli». Журнал молекулярной биологии . 1 (2): 165–178. doi : 10.1016/s0022-2836 (59) 80045-0 .
- ^ Хендрик, JP; Хартл, Фу (1995-12-01). «Роль молекулярных шаперонов в складывании белка» . FASEB Journal . 9 (15): 1559–1569. doi : 10.1096/fasebj.9.15.8529835 . ISSN 0892-6638 . PMID 8529835 . S2CID 33498269 .
- ^ Сабиль, Хелен (2013-10-01). «Машины шаперона для складывания, разворачивания и дезагрегации белка» . Природа обзор молекулярной клеточной биологии . 14 (10): 630–642. doi : 10.1038/nrm3658 . ISSN 1471-0072 . PMC 4340576 . PMID 24026055 .
- ^ Koll, H.; Guiard, B.; Rassow, J.; Ostermann, J.; Хорвич, Ал; Neupert, W.; Хартл, Фу (1992-03-20). «Антипирующая активность HSP60 -пары импорта белка в митохондриальную матрицу с экспортом в межмембранное пространство» (PDF) . Клетка . 68 (6): 1163–1175. doi : 10.1016/0092-8674 (92) 90086-r . ISSN 0092-8674 . PMID 1347713 . S2CID 7430067 .
- ^ Хансен, Jens J .; Бросс, Питер; Вестергаард, Майкен; Нильсен, Marit Nyholm; Эйберг, Ганс; Børglum, Anders d .; Могенсен, Йенс; Кристиансен, Карстен; Болунд, Ларс (2003-01-01). «Геномная структура генов митохондриального шаперонина человека: Hsp60 и Hsp10 - это локализованная голова к головой на хромосоме 2, разделенные двунаправленным промотором». Человеческая генетика . 112 (1): 71–77. Doi : 10.1007/s00439-002-0837-9 . ISSN 0340-6717 . PMID 12483302 . S2CID 25856774 .
- ^ Шляпа, Франческо; Ди Стефано, Антонино; Дэвид, Сабрина; Рабпа, Франческо; Анзалоне, Рита; La Rocca, Giampiero; Д'Анна, Сильвестро Е.; Магно, Франческа; Доннер, Клаудио Ф. (2006-11-15). «HSP60 и HSP10-резолюция предсказывает бронхиальное эпителиальный канцерогенез у курильщиков с хронической обструктивной болезнью легких» . Рак . 107 (10): 2417–2424. Doi : 10,1002/cncr.22265 . ISSN 0008-543X . PMID 17048249 .
- ^ Сын Донг Джу; Кумар, Сандип; Такабе, Вакако; Ким, Чан Ву; Ni, chih-wen; Альбертс-Грилл, Ной; Джанг, в-Хван; Ким, Сангон; Ким, Ванкью (2013-12-18). «Атипичная механочувствительная микроРНК-712, полученная из пре-рибосомной РНК, индуцирует эндотелиальное воспаление и атеросклероз» . Природная связь . 4 : 3000. Bibcode : 2013natco ... 4,3000 . doi : 10.1038/ncomms4000 . ISSN 2041-1723 . PMC 3923891 . PMID 24346612 .
- ^ Форман, Джошуа Дж.; Coller, Hilary A. (2010-04-15). «Код в коде: области целевого кодирования микроРНК» . Клеточный цикл . 9 (8): 1533–1541. doi : 10.4161/cc.9.8.11202 . ISSN 1538-4101 . PMC 2936675 . PMID 20372064 .