Экспрессия гена - Gene expression

Для словарного запаса см. Глоссарий терминов экспрессии генов. Для нетехнического введения в тему см. Введение в генетику.
расширенная центральная догма
Расширенный центральная догма молекулярной биологии включает все клеточные процессы, участвующие в потоке генетической информации

Экспрессия гена это процесс, посредством которого информация из ген используется в синтезе функционального генный продукт. Эти продукты часто белки, но в генах, не кодирующих белок, таких как Переносная РНК (тРНК) или малая ядерная РНК (мяРНК) гены, продукт является функциональным РНК. Экспрессия генов представлена ​​в центральная догма молекулярной биологии впервые сформулировано Фрэнсис Крик в 1958 г.,[1] получил дальнейшее развитие в его статье 1970 г.,[2] и расширен последующими открытиями обратная транскрипция[3][4][5] и Репликация РНК.[6]

Процесс экспрессии генов используется всей известной жизнью -эукариоты (в том числе многоклеточные организмы ), прокариоты (бактерии и археи ) и используется вирусы - для создания макромолекулярный техника для жизни.

В генетика, экспрессия генов является наиболее фундаментальным уровнем, на котором генотип дает начало фенотип, т.е. наблюдаемая черта. Генетическая информация, хранящаяся в ДНК представляет генотип, тогда как фенотип является результатом «интерпретации» этой информации. Такие фенотипы часто выражаются синтезом белков, которые контролируют структуру и развитие организма или действуют как ферменты катализируя определенные метаболические пути.

Все этапы процесса экспрессии гена можно модулировать (регулировать), включая транскрипция, Сплайсинг РНК, перевод, и посттрансляционная модификация протеина. Регулирование экспрессии генов дает контроль над временем, местонахождением и количеством продукта данного гена (белка или нкРНК), присутствующего в клетке, и может оказывать сильное влияние на клеточную структуру и функцию. Регуляция экспрессии генов является основой для клеточная дифференциация, развитие, морфогенез и универсальность и приспособляемость любой организм. Следовательно, генная регуляция может служить субстратом для эволюционных изменений.

Механизм

Транскрипция

РНК-полимераза движется вдоль участка ДНК, оставляя после себя только что синтезированную цепь РНК.
Процесс транскрипции осуществляется РНК-полимеразой (РНКП), которая использует ДНК (черный цвет) в качестве матрицы и производит РНК (синий цвет).
Основная статья: Транскрипция (биология)

Производство копии РНК из цепи ДНК называется транскрипция, и выполняется РНК-полимеразы, которые добавляют одно рибонуклеотид одновременно с растущей нитью РНК в соответствии с взаимодополняемость закон нуклеотидных оснований. Эта РНК дополнительный к матрице 3 '→ 5' нити ДНК,[7] за исключением того, что тимин (T) заменяются на урацилы (U) в РНК.

У прокариот транскрипция осуществляется одним типом РНК-полимеразы, которая должна связывать последовательность ДНК, называемую Прибновый ящик с помощью фактор сигма белок (σ-фактор) для начала транскрипции. У эукариот транскрипция осуществляется в ядре тремя типами РНК-полимераз, каждая из которых требует особой последовательности ДНК, называемой промоутер и набор ДНК-связывающих белков -факторы транскрипции - инициировать процесс (см. Регуляцию транскрипции ниже). РНК-полимераза I отвечает за транскрипцию генов рибосомной РНК (рРНК). РНК-полимераза II (Pol II) транскрибирует все гены, кодирующие белок, но также некоторые некодирующие РНК (например, мяРНК, мяРНК или длинные некодирующие РНК). РНК-полимераза III транскрибирует 5S рРНК, гены транспортной РНК (тРНК) и некоторые небольшие некодирующие РНК (например, 7СК ). Транскрипция заканчивается, когда полимераза встречает последовательность, называемую терминатор.

обработка мРНК

Основная статья: Посттранскрипционная модификация

В то время как транскрипция генов, кодирующих прокариотические белки, создает информационная РНК (мРНК), которая готова к трансляции в белок, транскрипция эукариотических генов оставляет первичная стенограмма РНК (пре-РНК ), которая сначала должна пройти ряд модификаций, чтобы стать зрелой РНК. Типы и шаги, участвующие в процессах созревания, различаются между кодирующими и некодирующими преРНК; т.е. хотя молекулы преРНК как для мРНК, так и для тРНК сращивания, этапы и механизмы разные.[8] Процессинг некодирующей РНК описан ниже (созревание некодирующей РНК).

Процессинг премРНК включает 5 ' укупорка, который представляет собой набор ферментативных реакций, которые добавляют 7-метилгуанозин (м7G) к 5'-концу пре-мРНК и, таким образом, защищает РНК от деградации под действием экзонуклеазы. М7G cap тогда ограничивается комплекс связывания крышки гетеродимер (CBC20 / CBC80), который способствует экспорту мРНК в цитоплазму, а также защищает РНК от декапирования.

Другая модификация - 3 ′ расщепление и полиаденилирование. Они возникают, если сигнальная последовательность полиаденилирования (5'-AAUAAA-3 ') присутствует в пре-мРНК, которая обычно находится между последовательностью, кодирующей белок, и терминатором. Пре-мРНК сначала расщепляется, а затем добавляется серия из ~ 200 аденинов (A) для образования поли (A) хвоста, который защищает РНК от деградации. Хвост поли (А) ограничен несколькими поли (A) -связывающие белки (PABP) необходим для экспорта мРНК и повторной инициации трансляции. В обратном процессе деаденилирования поли (А) хвосты укорачиваются на CCR4-Нет 3'-5'-экзонуклеаза, которая часто приводит к полному распаду транскрипта.

Пре-мРНК сплайсируется с образованием зрелой мРНК.
Иллюстрация экзонов и интронов в пре-мРНК и формирование зрелой мРНК путем сплайсинга. UTR (отмечены зеленым) - это некодирующие части экзонов на концах мРНК.

Очень важной модификацией пре-мРНК эукариот является Сплайсинг РНК. Большинство эукариотических пре-мРНК состоят из чередующихся сегментов, называемых экзоны и интроны. В процессе сплайсинга каталитический комплекс РНК-белок, известный как сплайсосома катализирует две реакции переэтерификации, которые удаляют интрон и высвобождают его в форме лариатной структуры, а затем соединяют соседние экзоны вместе. В некоторых случаях некоторые интроны или экзоны могут быть либо удалены, либо сохранены в зрелой мРНК. Это так называемое альтернативное сращивание создает серию различных транскриптов, происходящих из одного гена. Поскольку эти транскрипты потенциально могут транслироваться в различные белки, сплайсинг увеличивает сложность экспрессии эукариотических генов и размер вида. протеом.

Обширный процессинг РНК может быть эволюционное преимущество стало возможным благодаря ядру эукариот. У прокариот транскрипция и трансляция происходят вместе, в то время как у эукариот ядерная мембрана разделяет два процесса, давая время для обработки РНК.

Созревание некодирующей РНК

Основные статьи: созревание тРНК, созревание рРНК, и созревание миРНК

У большинства организмов некодирующие гены (нкРНК) транскрибируются как предшественники, которые подвергаются дальнейшей обработке. В случае рибосомных РНК (рРНК) они часто транскрибируются как пре-рРНК, которая содержит одну или несколько рРНК. Пре-рРНК расщепляется и модифицируется (2'-O-метилирование и псевдоуридин формирование) в определенных сайтах примерно 150 различными видами РНК, ограниченными малым ядрышком, называемыми мяРНК. SnoRNA связываются с белками, образуя snoRNP. В то время как snoRNA часть пары оснований с целевой РНК и, таким образом, позиционирует модификацию в определенном месте, часть белка выполняет каталитическую реакцию. У эукариот, в частности snoRNP, называемой РНКазой, MRP расщепляет пре-рРНК 45S на 28S, 5.8S и 18S рРНК. Факторы процессинга рРНК и РНК образуют большие агрегаты, называемые ядрышко.[9]

В случае транспортной РНК (тРНК), например, 5'-последовательность удаляется посредством РНКаза P,[10] тогда как конец 3 'удаляется тРНКаза Z фермент[11] и нетрадиционный 3 'хвост CCA добавлен нуклеотидилтрансфераза.[12] На случай, если микро РНК (миРНК), miRNA сначала транскрибируются как первичные транскрипты или pri-miRNA с кэпом и поли-A-хвостом и обрабатываются ферментами до коротких 70-нуклеотидных структур стволовых петель, известных как пре-miRNA в ядре клетки. Дроша и Паша. После экспорта он затем обрабатывается до зрелых миРНК в цитоплазме путем взаимодействия с эндонуклеазой. Дайсер, что также инициирует формирование РНК-индуцированный комплекс сайленсинга (RISC), состоящий из Аргонавт белок.

Даже snRNAs и snoRNAs сами претерпевают серию модификаций, прежде чем они станут частью функционального комплекса RNP. Это делается либо в нуклеоплазме, либо в специализированных отделах, называемых Тела Кахала. Их основания метилированы или псевдоуридинилированы группой малые РНК, специфичные для тельца Кахаля (scaRNA), которые структурно сходны с мяРНК.

Экспорт РНК

Основная статья: Ядерный транспорт

У эукариот наиболее зрелая РНК должна экспортироваться в цитоплазму из ядро. Хотя некоторые РНК функционируют в ядре, многие РНК транспортируются через ядерные поры и в цитозоль.[13] Экспорт РНК требует ассоциации со специфическими белками, известными как экспортны. Специфические молекулы экспортина ответственны за экспорт данного типа РНК. Транспорт мРНК также требует правильной ассоциации с Комплекс экзоновых соединений (EJC), который гарантирует, что правильная обработка мРНК будет завершена перед экспортом. В некоторых случаях РНК дополнительно транспортируются в определенную часть цитоплазмы, такую ​​как синапс; затем их буксирует моторные белки которые связываются через линкерные белки с конкретными последовательностями (называемыми «почтовыми индексами») на РНК.[14]

Перевод

Основная статья: Перевод (генетика)

Для некоторых РНК (некодирующих РНК) зрелая РНК является конечным генным продуктом.[15] В случае информационной РНК (мРНК) РНК является носителем информации, кодирующим синтез одного или нескольких белков. мРНК, несущая единственную последовательность белка (часто встречается у эукариот), является моноцистронный в то время как мРНК, несущая несколько белковых последовательностей (распространенных у прокариот), известна как полицистронный.

Рибосома переводит информационную РНК в цепь аминокислот (белок).
Во время трансляции тРНК, заряженная аминокислотой, входит в рибосому и выравнивается с правильным триплетом мРНК. Затем рибосома добавляет аминокислоту в растущую белковую цепь.

Каждая мРНК состоит из трех частей: 5'-нетранслируемой области (5'UTR), кодирующей белок области или открытой рамки считывания (ORF) и 3'-нетранслируемой области (3'UTR). Кодирующая область несет информацию для синтеза белка, кодируемого генетический код образовывать тройни. Каждый триплет нуклеотидов кодирующая область называется кодон и соответствует сайту связывания, комплементарному триплету антикодона в транспортной РНК. Трансферные РНК с одинаковой антикодоновой последовательностью всегда несут идентичный тип аминокислота. Затем аминокислоты связываются вместе рибосома в соответствии с порядком троек в кодирующей области. Рибосома помогает переносить РНК для связывания с информационной РНК и берет аминокислоту из каждой переносящей РНК и делает из нее бесструктурный белок.[16][17] Каждая молекула мРНК транслируется во множество белковых молекул, в среднем ~ 2800 у млекопитающих.[18][19]

У прокариот трансляция обычно происходит в момент транскрипции (ко-транскрипции), часто с использованием информационной РНК, которая все еще находится в процессе создания. У эукариот трансляция может происходить в различных областях клетки в зависимости от того, где предположительно находится записываемый белок. Основными локациями являются цитоплазма растворимых цитоплазматических белков и мембраны эндоплазматический ретикулум для белков, которые предназначены для экспорта из клетки или вставки в клетку мембрана. Белки, которые, как предполагается, экспрессируются в эндоплазматическом ретикулуме, распознаются частично в процессе трансляции. Это регулируется частица распознавания сигнала - белок, который связывается с рибосомой и направляет ее в эндоплазматический ретикулум, когда обнаруживает сигнальный пептид на растущей (возникающей) аминокислотной цепи.[20]

Складной

Основная статья: Сворачивание белков
Процесс сворачивания белка.
Белок до (слева) и после (справа) сворачивания

Каждый белок существует как развернутый полипептид или случайная спираль при трансляции из последовательности мРНК в линейную цепочку аминокислоты. У этого полипептида отсутствует развитая трехмерная структура (левая часть соседнего рисунка). В полипептид затем складывается в его характерные и функциональные трехмерная структура из случайный катушки.[21] Аминокислоты взаимодействуют друг с другом, образуя четко определенную трехмерную структуру, свернутый белок (правая часть рисунка), известный как родное государство. Полученная трехмерная структура определяется аминокислотной последовательностью (Догма Анфинсена ).[22]

Правильная трехмерная структура необходима для функционирования, хотя некоторые части функциональных белков может оставаться развернутым.[23] Неспособность сложить в намеченную форму обычно производит неактивные белки с различными свойствами, включая токсичные. прионы. Несколько нейродегенеративный и другие болезни считается результатом накопления неправильно сложенный белки.[24] Много аллергия вызваны сворачиванием белков, поскольку иммунная система не вырабатывает антитела для определенных белковых структур.[25]

Ферменты под названием шапероны помочь новообразованному белку достичь (складывать в) трехмерную структуру, необходимую для функционирования.[26] Точно так же шапероны РНК помогают РНК достичь своей функциональной формы.[27] Содействие сворачиванию белков - одна из основных ролей эндоплазматического ретикулума у ​​эукариот.

Перемещение

Секреторные белки эукариот или прокариот должны быть перемещены, чтобы войти в секреторный путь. Недавно синтезированные белки направляются в эукариотический канал транслокации Sec61 или прокариотический SecYEG посредством сигнальные пептиды. Эффективность секреции белка у эукариот очень зависит от сигнальный пептид который был использован.[28]

Транспорт белка

Многие белки предназначены для других частей клетки, кроме цитозоля, и широкий диапазон сигнальных последовательностей или (сигнальные пептиды) используются для направления белков туда, где они должны быть. У прокариот это обычно простой процесс из-за ограниченной компартментализации клетки. Однако у эукариот существует множество различных процессов нацеливания, чтобы гарантировать, что белок попадает в правильную органеллу.

Не все белки остаются в клетке, и многие из них экспортируются, например, пищеварительные ферменты, гормоны и внеклеточный матрикс белки. У эукариот путь экспорта хорошо развит, и основным механизмом экспорта этих белков является транслокация в эндоплазматический ретикулум с последующим транспортом через аппарат Гольджи.[29][30]

Регулирование экспрессии генов

Основная статья: Регулирование экспрессии генов
Кот с вкраплениями оранжевого и черного меха.
Пестрые цвета черепаховый кот являются результатом разных уровней экспрессии пигментация гены в разных областях кожа.

Регулирование экспрессии гена относится к контролю количества и времени появления функционального продукта гена. Контроль экспрессии жизненно важен для того, чтобы позволить клетке производить нужные ей генные продукты, когда они ей нужны; в свою очередь, это дает клеткам гибкость для адаптации к изменчивой среде, внешним сигналам, повреждениям клетки и другим раздражителям. В более общем смысле, генная регуляция дает клетке контроль над всей структурой и функцией и является основой для клеточная дифференциация, морфогенез а также универсальность и адаптивность любого организма.

Для описания типов генов используются многочисленные термины в зависимости от того, как они регулируются; они включают:

  • А конститутивный ген это ген, который транскрибируется непрерывно, в отличие от факультативного гена, который транскрибируется только при необходимости.
  • А ген домашнего хозяйства представляет собой ген, который необходим для поддержания основной клеточной функции и поэтому обычно экспрессируется во всех типах клеток организма. Примеры включают актин, GAPDH и убиквитин. Некоторые гены домашнего хозяйства транскрибируются с относительно постоянной скоростью, и эти гены могут использоваться в качестве ориентира в экспериментах для измерения скорости экспрессии других генов.
  • А факультативный ген - это ген, который транскрибируется только при необходимости, в отличие от конститутивного гена.
  • An индуцибельный ген представляет собой ген, экспрессия которого либо реагирует на изменение окружающей среды, либо зависит от положения в клеточном цикле.

Можно модулировать любой этап экспрессии гена, от этапа транскрипции ДНК-РНК до посттрансляционная модификация протеина. Стабильность конечного генного продукта, будь то РНК или белок, также влияет на уровень экспрессии гена - нестабильный продукт приводит к низкому уровню экспрессии. В целом экспрессия генов регулируется через изменения[31] по количеству и типу взаимодействий между молекулами[32] которые в совокупности влияют на транскрипцию ДНК[33] и трансляция РНК.[34]

Вот несколько простых примеров того, где важна экспрессия генов:

Транскрипционная регуляция

Основная статья: Транскрипционная регуляция
Когда в прокариоте присутствует лактоза, она действует как индуктор и инактивирует репрессор, так что гены метаболизма лактозы могут быть расшифрованы.

Регуляцию транскрипции можно разделить на три основных пути воздействия; генетические (прямое взаимодействие фактора контроля с геном), модулирующее взаимодействие фактора контроля с аппаратом транскрипции и эпигенетические (изменения в структуре ДНК, не связанные с последовательностью, которые влияют на транскрипцию).

Ленточная диаграмма димера лямбда-репрессора, связанного с ДНК.
В лямбда репрессор фактор транскрипции (зеленый) связывается в виде димера с большая канавка ДНК-мишени (красный и синий) и отключает инициацию транскрипции. От PDB: 1LMB​.

Прямое взаимодействие с ДНК - самый простой и самый прямой метод, с помощью которого белок изменяет уровни транскрипции. Гены часто имеют несколько сайтов связывания белков вокруг кодирующей области со специфической функцией регуляции транскрипции. Существует много классов регуляторных сайтов связывания ДНК, известных как усилители, изоляторы и глушители. Механизмы регуляции транскрипции очень разнообразны, от блокировки ключевых сайтов связывания в ДНК до РНК-полимераза действовать как активатор и стимулирование транскрипции путем содействия связыванию РНК-полимеразы.

Активность факторов транскрипции дополнительно модулируется внутриклеточными сигналами, вызывающими посттрансляционную модификацию белка, включая фосфорилированный, ацетилированный, или гликозилированный. Эти изменения влияют на способность фактора транскрипции напрямую или косвенно связываться с промоторной ДНК, рекрутировать РНК-полимеразу или способствовать удлинению вновь синтезированной молекулы РНК.

Ядерная мембрана эукариот позволяет дополнительно регулировать факторы транскрипции за счет продолжительности их присутствия в ядре, которое регулируется обратимыми изменениями в их структуре и связыванием других белков.[35] Стимулы окружающей среды или эндокринные сигналы[36] может вызвать модификацию регуляторных белков[37] вызывая каскады внутриклеточных сигналов,[38] которые приводят к регуляции экспрессии генов.

Совсем недавно стало очевидно, что существует значительное влияние эффектов, не специфичных для ДНК-последовательности, на транскрипцию. Эти эффекты называются эпигенетический и включают структуру ДНК более высокого порядка, ДНК-связывающие белки, не связанные с последовательностью, и химическую модификацию ДНК. В целом эпигенетические эффекты изменяют доступность ДНК для белков и, таким образом, модулируют транскрипцию.

Мультяшное изображение структуры нуклеосомы.
У эукариот ДНК организована в виде нуклеосомы. Обратите внимание на то, как ДНК (синяя и зеленая) плотно обернута вокруг белкового ядра, состоящего из гистон октамер (ленточные спирали), ограничивающие доступ к ДНК. От PDB: 1KX5​.

У эукариот строение хроматин, контролируемый гистоновый код, регулирует доступ к ДНК со значительным влиянием на экспрессию генов в эухроматин и гетерохроматин области.

Метилирование и деметилирование ДНК в регуляции транскрипции

Метилирование ДНК - это добавление метил группа ДНК, которая происходит в цитозин. На изображении показано основание с одним кольцом цитозина и метильная группа, добавленные к 5-му углероду. У млекопитающих метилирование ДНК происходит почти исключительно в цитозине, за которым следует гуанин.

Метилирование ДНК является широко распространенным механизмом эпигенетического влияния на экспрессию генов и проявляется в бактерии и эукариоты и играет роль в наследуемом подавлении транскрипции и регуляции транскрипции. Чаще всего метилирование происходит по цитозину (см. Рисунок). Метилирование цитозина в основном происходит в динуклеотидных последовательностях, где за цитозином следует гуанин, CpG сайт. Номер CpG сайты в геноме человека около 28 миллионов.[39] В зависимости от типа клетки около 70% сайтов CpG имеют метилированный цитозин.[40]

Метилирование цитозина в ДНК играет важную роль в регуляции экспрессии генов. Метилирование CpG в промоторной области гена обычно подавляет транскрипцию гена.[41] в то время как метилирование CpG в теле гена увеличивает экспрессию.[42] Ферменты TET играют центральную роль в деметилировании метилированных цитозинов. Деметилирование CpG в промоторе гена путем Фермент TET активность увеличивает транскрипцию гена.[43]

Транскрипционная регуляция в обучении и памяти

Основная статья: Эпигенетика в обучении и памяти
Выявленные области человеческого мозга участвуют в формировании памяти.

У крысы контекстный условный страх (CFC) - болезненный опыт обучения. Всего один эпизод CFC может привести к воспоминаниям со страхом на всю жизнь.[44] После эпизода CFC метилирование цитозина изменяется в промоторных областях примерно 9,17% всех генов в гиппокамп нейронная ДНК крысы.[45] В гиппокамп здесь изначально хранятся новые воспоминания. После CFC примерно 500 генов увеличили транскрипцию (часто из-за деметилирования сайтов CpG в промоторной области) и примерно 1000 генов снизили транскрипцию (часто из-за вновь образованного 5-метилцитозина на сайтах CpG в промоторной области). Структура индуцированных и репрессированных генов в нейронах, по-видимому, обеспечивает молекулярную основу для формирования первой временной памяти об этом тренировочном событии в гиппокампе мозга крысы.[45]

В частности, нейротрофический фактор головного мозга ген (BDNF) известен как «ген обучения».[46] После CFC произошло усиление регулирования BDNF экспрессия гена, связанная со снижением метилирования CpG определенных внутренних промоторов гена, и это было связано с обучением.[46]

Регуляция транскрипции при раке

Основная статья: Регуляция транскрипции при раке

Большинство генов промоутеры содержать Остров CpG с многочисленными CpG сайты.[47] Когда многие из промоторных сайтов CpG гена метилированный ген заглушается.[48] Колоректальный рак обычно бывает от 3 до 6. Водитель мутации и от 33 до 66 автостопщик или пассажирские мутации.[49] Однако подавление транскрипции может иметь большее значение, чем мутации в развитии рака. Например, при колоректальном раке от 600 до 800 генов транскрипционно подавляются метилированием CpG-островков (см. регуляция транскрипции при раке ). Репрессия транскрипции при раке также может происходить другими эпигенетический механизмы, такие как измененное выражение микроРНК.[50] При раке груди подавление транскрипции BRCA1 может происходить чаще из-за сверхэкспрессии микроРНК-182, чем из-за гиперметилирования промотора BRCA1 (см. Низкая экспрессия BRCA1 при раке груди и яичников ).

Посттранскрипционная регуляция

Основная статья: Посттранскрипционная регуляция

Считается, что у эукариот экспорт РНК необходим для того, чтобы трансляция стала возможной, ядерный экспорт обеспечивает дополнительный контроль над экспрессией генов. Весь транспорт в ядро ​​и из него осуществляется через ядерная пора и транспорт контролируется широким спектром импортин и экспорт белки.

Экспрессия гена, кодирующего белок, возможна только в том случае, если информационная РНК, несущая код, выживает достаточно долго, чтобы быть транслированной. В типичной клетке молекула РНК стабильна только в том случае, если специально защищена от деградации. Деградация РНК имеет особое значение для регуляции экспрессии в эукариотических клетках, где мРНК должна преодолевать значительные расстояния, прежде чем будет транслироваться. У эукариот РНК стабилизируется с помощью определенных посттранскрипционных модификаций, особенно Крышка 5 футов и полиаденилированный хвост.

Преднамеренная деградация мРНК используется не только как защитный механизм от чужеродной РНК (обычно от вирусов), но и как путь передачи мРНК. дестабилизация. Если молекула мРНК имеет последовательность, комплементарную малая интерферирующая РНК затем он подвергается разрушению посредством пути интерференции РНК.

Три первичных нетранслируемых области и микроРНК

Основная статья: Три основных непереведенных региона
Основная статья: МикроРНК

Три основных непереведенных региона (3′UTRs) из информационные РНК (мРНК) часто содержат регуляторные последовательности, которые посттранскрипционно влияют на экспрессию генов. Такие 3'-UTR часто содержат оба сайта связывания для микроРНК (miRNA), а также для регуляторных белков. Связываясь со специфическими сайтами в 3'-UTR, miRNA могут снижать экспрессию генов различных мРНК, либо ингибируя трансляцию, либо напрямую вызывая деградацию транскрипта. 3'-UTR также может иметь сайленсерные области, которые связывают репрессорные белки, которые ингибируют экспрессию мРНК.

3'-UTR часто содержит элементы ответа микроРНК (MRE). MRE представляют собой последовательности, с которыми связываются miRNA. Это преобладающие мотивы в 3'-UTR. Среди всех регуляторных мотивов в 3'-UTR (например, включая области сайленсеров) MRE составляют примерно половину мотивов.

По состоянию на 2014 г. miRBase интернет сайт,[51] архив miRNA последовательности и аннотации, перечисляющие 28 645 записей о 233 биологических видах. Из них 1881 miRNA находились в аннотированных локусах miRNA человека. miRNAs предположительно имеют в среднем около четырехсот мишеней мРНК (влияя на экспрессию нескольких сотен генов).[52] Friedman et al.[52] подсчитали, что> 45000 сайтов-мишеней miRNA в пределах 3'UTR мРНК человека консервативны выше фоновых уровней, и более 60% генов, кодирующих белок человека, находились под давлением отбора для поддержания спаривания с miRNA.

Прямые эксперименты показывают, что одна миРНК может снизить стабильность сотен уникальных мРНК.[53] Другие эксперименты показывают, что одиночная miRNA может подавлять продукцию сотен белков, но эта репрессия часто бывает относительно мягкой (менее чем в 2 раза).[54][55]

Эффекты нарушения регуляции экспрессии генов miRNA, по-видимому, важны при раке.[56] Например, при раке желудочно-кишечного тракта девять миРНК были идентифицированы как эпигенетически изменен и эффективен в подавлении ферментов репарации ДНК.[57]

Эффекты дисрегуляции экспрессии генов miRNA также, по-видимому, важны при нейропсихиатрических расстройствах, таких как шизофрения, биполярное расстройство, большая депрессия, болезнь Паркинсона, болезнь Альцгеймера и расстройства аутистического спектра.[58][59]

Переводческое регулирование

Химическая структура молекулы неомицина.
Неомицин представляет собой пример небольшой молекулы, которая снижает экспрессию всех генов белка, что неизбежно приводит к гибели клеток; таким образом он действует как антибиотик.
Основная статья: Перевод (генетика)

Прямая регуляция трансляции менее распространена, чем контроль транскрипции или стабильности мРНК, но иногда используется. Ингибирование трансляции белков является основной мишенью для токсины и антибиотики, поэтому они могут убить клетку, переопределив ее нормальный контроль экспрессии генов. Ингибиторы синтеза белка включить антибиотик неомицин и токсин рицин.

Посттрансляционные модификации

Основная статья: Посттрансляционная модификация

Посттрансляционные модификации (ПТМ) ковалентный модификации белков. Как и сплайсинг РНК, они помогают значительно разнообразить протеом. Эти модификации обычно катализируются ферментами. Кроме того, такие процессы, как ковалентное присоединение к остаткам боковой цепи аминокислот, часто могут быть обращены другими ферментами. Однако некоторые, например протеолитическое расщепление белкового остова, необратимы.[60]

ПТМ играют в клетке много важных ролей.[61] Например, фосфорилирование в первую очередь участвует в активации и деактивации белков и в сигнальных путях.[62] PTMs участвуют в регуляции транскрипции: важной функцией ацетилирования и метилирования является модификация гистонового хвоста, которая изменяет доступность ДНК для транскрипции.[60] Их также можно увидеть в иммунной системе, где гликозилирование играет ключевую роль.[63] Один тип PTM может инициировать другой тип PTM, как можно увидеть в том, как убиквитинирование маркирует белки для деградации посредством протеолиза.[60] Протеолиз, помимо участия в расщеплении белков, также важен для их активации и деактивации, а также для регулирования биологических процессов, таких как транскрипция ДНК и гибель клеток.[64]

Измерение

Измерение экспрессии генов - важная часть многих Науки о жизни, поскольку способность количественно оценить уровень экспрессии конкретного гена в клетке, ткани или организме может предоставить много ценной информации. Например, измерение экспрессии генов может:

Точно так же анализ местоположения экспрессии белка является мощным инструментом, и это может быть сделано в масштабе организма или клетки. Исследование локализации особенно важно для изучения развитие в многоклеточных организмах и как индикатор функции белка в отдельных клетках. В идеале измерение экспрессии осуществляется путем обнаружения конечного генного продукта (для многих генов это белок); однако часто бывает легче обнаружить один из предшественников, обычно мРНК и сделать вывод об уровнях экспрессии генов из этих измерений.

количественное определение мРНК

Уровни мРНК можно количественно измерить с помощью северный блоттинг, который предоставляет информацию о размере и последовательности молекул мРНК. Образец РНК разделяют на агарозный гель и гибридизованный с радиоактивно меченным РНК-зондом, комплементарным целевой последовательности. Затем радиоактивно меченую РНК обнаруживают авторадиограф. Поскольку использование радиоактивных реагентов делает процедуру трудоемкой и потенциально опасной, были разработаны альтернативные методы маркировки и обнаружения, такие как химический состав дигоксигенина и биотина. Предполагаемые недостатки Нозерн-блоттинга заключаются в том, что требуются большие количества РНК и что количественная оценка может быть не совсем точной, так как она включает измерение силы полосы на изображении геля. С другой стороны, дополнительная информация о размере мРНК из Нозерн-блоттинга позволяет различать транскрипты с попеременным сплайсингом.

Другой подход к измерению количества мРНК - это RT-qPCR. В этой технике обратная транскрипция следует количественная ПЦР. Обратная транскрипция сначала генерирует матрицу ДНК из мРНК; этот одноцепочечный шаблон называется кДНК. Затем матрицу кДНК амплифицируют на количественном этапе, во время которого флуоресценция испускается помеченным зонды гибридизации или интеркалирующие красители меняется как Амплификация ДНК процесс прогрессирует. С помощью тщательно построенной стандартной кривой кПЦР может произвести абсолютное измерение количества копий исходной мРНК, обычно в единицах копий на нанолитр гомогенизированной ткани или копий на клетку. КПЦР очень чувствительна (теоретически возможно обнаружение одной молекулы мРНК), но может быть дорогостоящей в зависимости от типа используемого репортера; флуоресцентно меченые олигонуклеотидные зонды более дороги, чем неспецифические интеркалирующие флуоресцентные красители.

Для профилирование выражений, или высокопроизводительный анализ множества генов в образце, количественная ПЦР может выполняться для сотен генов одновременно в случае массивов с низкой плотностью. Второй подход - это гибридизационный микрочип. Один массив или «чип» может содержать зонды для определения уровней транскрипта для каждого известного гена в геноме одного или нескольких организмов. В качестве альтернативы технологии на основе тегов, такие как Серийный анализ экспрессии генов (МУДРЕЦ) и РНК-Seq, что может дать относительную меру клеточного концентрация различных мРНК, могут быть использованы. Преимущество методов на основе тегов - это «открытая архитектура», позволяющая точно измерить любой транскрипт с известной или неизвестной последовательностью. Секвенирование следующего поколения (NGS), такое как РНК-Seq - другой подход, позволяющий получить огромное количество данных о последовательностях, которые можно сопоставить с эталонным геномом. Хотя NGS является относительно трудоемким, дорогим и ресурсоемким процессом, он может определять однонуклеотидные полиморфизмы, варианты сплайсинга и новые гены, а также могут быть использованы для профилирования экспрессии в организмах, для которых имеется мало информации о последовательностях или она отсутствует.

Профили РНК в Википедии

Диаграмма экспрессии РНК.
Профиль экспрессии РНК транспортера GLUT4 (одного из основных транспортеров глюкозы в организме человека)

Подобные профили можно найти почти для всех белков, перечисленных в Википедии. Они создаются такими организациями, как Институт геномики исследовательского фонда Novartis и Европейский институт биоинформатики. Дополнительную информацию можно найти, выполнив поиск в их базах данных (для примера изображенного здесь транспортера GLUT4 см. Ссылку).[65] Эти профили показывают уровень экспрессии ДНК (и, следовательно, продуцируемой РНК) определенного белка в определенной ткани и имеют соответствующую цветовую кодировку на изображениях, расположенных в блоке для белков с правой стороны каждой страницы Википедии.

Количественное определение белка

Для генов, кодирующих белки, уровень экспрессии можно напрямую оценить с помощью ряда методов с некоторыми четкими аналогиями с методами количественной оценки мРНК.

Наиболее часто используемые[нужна цитата ] метод заключается в выполнении Вестерн-блоттинг против интересующего белка - это дает информацию о размере белка в дополнение к его идентичности. Образец (часто сотовый лизат ) разделяется на полиакриламидный гель, переносится на мембрану и затем исследуется антитело к интересующему белку. Антитело может быть конъюгировано с флуорофор или чтобы пероксидаза хрена для визуализации и / или количественной оценки. Гелевый характер этого анализа делает количественную оценку менее точной, но он имеет то преимущество, что позволяет идентифицировать более поздние модификации белка, например протеолиз или убиквитинирование, по изменению размера.

корреляция мРНК-белок

Количественное определение белка и мРНК позволяет корреляцию двух уровней. Вопрос о том, насколько хорошо уровни белка коррелируют с соответствующими уровнями транскриптов, очень обсуждается и зависит от множества факторов. Регулирование на каждом этапе экспрессии гена может влиять на корреляцию, как показано для регуляции трансляции.[19] или стабильность белка.[66] Посттрансляционные факторы, такие как транспорт белка в высокополярных клетках,[67] также может влиять на измеряемую корреляцию мРНК-белок.

Локализация

Основные статьи: Гибридизация in situ и Иммунофлуоресценция
Визуализация мРНК горбуна у эмбриона дрозофилы.
Гибридизация in situ Дрозофила эмбрионы на разных стадиях развития мРНК, ответственной за экспрессию горбун. Высокая интенсивность синего цвета отмечает места с высоким содержанием мРНК горбуна.

Анализ выражения не ограничивается количественной оценкой; локализация также может быть определена. мРНК может быть обнаружена с помощью соответствующим образом меченой комплементарной цепи мРНК, а белок может быть обнаружен с помощью меченых антител. Затем исследуемый образец исследуют под микроскопом, чтобы определить, где находится мРНК или белок.

Ленточная диаграмма зеленого флуоресцентного белка, напоминающая бочкообразную структуру.
Трехмерная структура зеленый флуоресцентный белок. Остатки в центре «бочки» ответственны за получение зеленого света после воздействия синего света с более высокой энергией. От PDB: 1EMA​.

Заменив ген новой версией, слитой с зеленый флуоресцентный белок (или аналогичный) маркер, экспрессия может быть непосредственно определена количественно в живых клетках. Это делается путем визуализации с помощью флуоресцентный микроскоп. Очень сложно клонировать слитый с GFP белок в его естественное место в геноме, не влияя на уровни экспрессии, поэтому этот метод часто нельзя использовать для измерения экспрессии эндогенного гена. Однако он широко используется для измерения экспрессии гена, искусственно введенного в клетку, например, через вектор выражения. Важно отметить, что путем слияния целевого белка с флуоресцентным репортером поведение белка, включая его клеточную локализацию и уровень экспрессии, может быть значительно изменено.

В иммуноферментный анализ работает с использованием антител, иммобилизованных на микротитровальный планшет для захвата интересующих белков из образцов, добавленных в лунку. Используя антитело для обнаружения, конъюгированное с ферментом или флуорофором, количество связанного белка можно точно измерить с помощью флуорометрический или колориметрический обнаружение. Процесс обнаружения очень похож на Вестерн-блоттинг, но, избегая стадий геля, можно достичь более точной количественной оценки.

Система выражения

Система индуцибельной shRNA Tet-ON
Основная статья: Производство белка (биотехнология)

Система экспрессии - это система, специально разработанная для производства выбранного генного продукта. Обычно это белок, хотя также может быть РНК, например тРНК или рибозим. Система экспрессии состоит из гена, обычно кодируемого ДНК, а молекулярная машина обязательно, чтобы расшифровывать ДНК в мРНК и перевести мРНК в белок используя предоставленные реагенты. В самом широком смысле это включает в себя каждую живую клетку, но этот термин обычно используется для обозначения экспрессии как лабораторного инструмента. Поэтому экспрессионная система часто в некотором роде искусственна. Однако системы экспрессии - это естественный процесс. Вирусы - отличный пример того, как они реплицируются с использованием клетки-хозяина в качестве системы экспрессии вирусных белков и генома.

Индуцируемое выражение

Доксициклин также используется в «Тет-он» и «Тет-офф». активация транскрипции, контролируемая тетрациклином регулировать трансген выражение в организмах и клеточные культуры.

В природе

В дополнение к этим биологическим инструментам, определенные естественно наблюдаемые конфигурации ДНК (гены, промоторы, энхансеры, репрессоры) и сам связанный с ними механизм называются системой экспрессии. Этот термин обычно используется в случае, когда ген или набор генов включается в четко определенных условиях, например, система экспрессии простого переключения репрессора в Лямбда-фаг и оператор lac система в бактериях. Несколько систем естественной экспрессии напрямую используются или модифицируются и используются для систем искусственной экспрессии, таких как Тет-он и Тет-офф система экспрессии.

Генные сети

Основная статья: Сеть регулирования генов

Гены иногда рассматриваются как узлы в сети, а входными данными являются такие белки, как факторы транскрипции, а выходы - уровень экспрессии гена. Сам узел выполняет функцию, и работа этих функций интерпретируется как выполнение своего рода обработка информации внутри клеток и определяет клеточное поведение.

Генные сети также могут быть построены без формулирования явной причинно-следственной модели. Это часто случается при сборке сетей из больших наборов данных выражений.[68] Ковариация и корреляция экспрессии вычисляются по большой выборке случаев и измерений (часто транскриптом или протеом данные). Источник вариации может быть экспериментальным или естественным (наблюдательным). Существует несколько способов построения сетей экспрессии генов, но один общий подход состоит в том, чтобы вычислить матрицу всех парных корреляций экспрессии по условиям, временным точкам или отдельным лицам и преобразовать матрицу (после определения порога при некотором пороговом значении) в графическое представление, в котором узлы представляют гены, транскрипты или белки, а ребра, соединяющие эти узлы, представляют силу ассоциации (см. [1] ).[69]

Техники и инструменты

Следующие экспериментальные методы используются для измерения экспрессии генов и перечислены примерно в хронологическом порядке, начиная с более старых, более устоявшихся технологий. Они делятся на две группы в зависимости от степени мультиплексность.

Базы данных экспрессии генов

Смотрите также

использованная литература

  1. ^ Крик Ф.Х. (1958). «О синтезе белка». Симпозиумы Общества экспериментальной биологии. 12: 138–63. PMID  13580867.
  2. ^ Крик Ф (август 1970). «Центральная догма молекулярной биологии». Природа. 227 (5258): 561–3. Bibcode:1970Натура.227..561C. Дои:10.1038 / 227561a0. PMID  4913914.
  3. ^ «Центральная догма перевернута». Природа. 226 (5252): 1198–9. Июнь 1970 г. Bibcode:1970Natur.226.1198.. Дои:10.1038 / 2261198a0. PMID  5422595.
  4. ^ Темин Х.М., Мизутани С. (июнь 1970 г.). «РНК-зависимая ДНК-полимераза в вирионах вируса саркомы Рауса». Природа. 226 (5252): 1211–3. Дои:10.1038 / 2261211a0. PMID  4316301.
  5. ^ Балтимор Д. (июнь 1970 г.). «РНК-зависимая ДНК-полимераза в вирионах РНК опухолевых вирусов». Природа. 226 (5252): 1209–11. Дои:10.1038 / 2261209a0. PMID  4316300.
  6. ^ Айер Л.М., Кунин Е.В., Аравинд Л. (январь 2003 г.). «Эволюционная связь между каталитическими субъединицами ДНК-зависимых РНК-полимераз и эукариотических РНК-зависимых РНК-полимераз и происхождение РНК-полимераз». BMC Структурная биология. 3: 1. Дои:10.1186/1472-6807-3-1. ЧВК  151600. PMID  12553882.
  7. ^ Брюкнер Ф., Армаш К.Дж., Чунг А., Дамсма Г.Э., Кеттенбергер Х., Леманн Э., Сюдов Дж., Крамер П. (февраль 2009 г.). «Структурно-функциональные исследования комплекса элонгации РНК-полимеразы II». Acta Crystallographica D. 65 (Pt 2): 112–20. Дои:10.1107 / S0907444908039875. ЧВК  2631633. PMID  19171965.
  8. ^ Кребс, Джоселин Э. (2017-03-02). Гены Левина XII. Голдштейн, Эллиотт С., Килпатрик, Стивен Т. Берлингтон, Массачусетс. ISBN  978-1-284-10449-3. OCLC  965781334.
  9. ^ Сирри В., Уркуки-Инчима С., Руссель П., Эрнандес-Верден Д. (январь 2008 г.). «Ядрышко: завораживающее ядерное тело». Гистохимия и клеточная биология. 129 (1): 13–31. Дои:10.1007 / s00418-007-0359-6. ЧВК  2137947. PMID  18046571.
  10. ^ Франк Д. Н., Пейс Н. Р. (1998). «Рибонуклеаза P: единство и разнообразие рибозима, обрабатывающего тРНК». Ежегодный обзор биохимии. 67: 153–80. Дои:10.1146 / annurev.biochem.67.1.153. PMID  9759486.
  11. ^ Себальос М., Виоке А (2007). «тРНКаза Z». Буквы о белках и пептидах. 14 (2): 137–45. Дои:10.2174/092986607779816050. PMID  17305600.
  12. ^ Вайнер AM (октябрь 2004 г.). «Созревание тРНК: полимеризация РНК без матрицы нуклеиновой кислоты». Текущая биология. 14 (20): R883–5. Дои:10.1016 / j.cub.2004.09.069. PMID  15498478.
  13. ^ Köhler A, Hurt E (октябрь 2007 г.). «Экспорт РНК из ядра в цитоплазму». Обзоры природы. Молекулярная клеточная биология. 8 (10): 761–73. Дои:10.1038 / nrm2255. PMID  17786152.
  14. ^ Джамбхекар А., Дериси Дж. Л. (май 2007 г.). «Цис-действующие детерминанты асимметричного цитоплазматического транспорта РНК». РНК. 13 (5): 625–42. Дои:10.1261 / rna.262607. ЧВК  1852811. PMID  17449729.
  15. ^ Амарал П.П., Дингер М.Э., Мерсер Т.Р., Мэттик Дж.С. (март 2008 г.). «Геном эукариот как машина РНК». Наука. 319 (5871): 1787–9. Bibcode:2008Научный ... 319.1787A. Дои:10.1126 / science.1155472. PMID  18369136.
  16. ^ Хансен TM, Баранов П.В., Иванов И.П., Гестеланд РФ, Аткинс Дж.Ф. (май 2003 г.). «Поддержание правильной открытой рамки считывания рибосомой». EMBO отчеты. 4 (5): 499–504. Дои:10.1038 / sj.embor.embor825. ЧВК  1319180. PMID  12717454.
  17. ^ Берк В., Кейт Дж. Х. (июнь 2007 г.). «Понимание биосинтеза белка из структур бактериальных рибосом». Текущее мнение в структурной биологии. 17 (3): 302–9. Дои:10.1016 / j.sbi.2007.05.009. PMID  17574829.
  18. ^ Шванхойссер Б., Буссе Д., Ли Н., Дитмар Дж., Шуххардт Дж., Вольф Дж., Чен В., Зельбах М. (май 2011 г.). «Глобальная количественная оценка контроля экспрессии генов млекопитающих» (PDF). Природа. 473 (7347): 337–42. Bibcode:2011Натура.473..337S. Дои:10.1038 / природа10098. PMID  21593866.
  19. ^ а б Шванхойссер Б., Буссе Д., Ли Н., Дитмар Дж., Шуххардт Дж., Вольф Дж., Чен В., Зельбах М. (март 2013 г.). «Исправление: Глобальная количественная оценка контроля экспрессии генов млекопитающих». Природа. 495 (7439): 126–7. Bibcode:2013Натура.495..126С. Дои:10.1038 / природа11848. PMID  23407496.
  20. ^ Hegde RS, Kang SW (июль 2008 г.). «Концепция транслокационной регуляции». Журнал клеточной биологии. 182 (2): 225–32. Дои:10.1083 / jcb.200804157. ЧВК  2483521. PMID  18644895.
  21. ^ Альбертс Б, Джонсон А., Льюис Дж, Рафф М., Робертс К., Уолтерс П. (2002). «Форма и структура белков». Молекулярная биология клетки; Четвертый выпуск. Нью-Йорк и Лондон: Наука о гирляндах. ISBN  978-0-8153-3218-3.
  22. ^ Анфинсен CB (Июль 1972 г.). «Формирование и стабилизация структуры белка». Биохимический журнал. 128 (4): 737–49. Дои:10.1042 / bj1280737. ЧВК  1173893. PMID  4565129.
  23. ^ Джереми М. Берг, Джон Л. Тимочко, Люберт Страйер; Веб-контент Нила Д. Кларка (2002). «3. Структура и функции белка». Биохимия. Сан-Франциско: В. Х. Фриман. ISBN  978-0-7167-4684-3.CS1 maint: несколько имен: список авторов (ссылка на сайт)
  24. ^ Selkoe DJ (декабрь 2003 г.). «Фатальное сворачивание белков». Природа. 426 (6968): 900–4. Bibcode:2003Натура 426..900С. Дои:10.1038 / природа02264. PMID  14685251.
  25. ^ Альбертс Б., Брей Д., Хопкин К., Джонсон А., Льюис Дж., Рафф М., Робертс К., Уолтер П. (2010). «Структура и функции белка». Эссенциальная клеточная биология (3-е изд.). Нью-Йорк: Garland Science, Taylor and Francis Group, LLC. С. 120–170.
  26. ^ Hebert DN, Molinari M (октябрь 2007 г.). «Внутри и вне ER: сворачивание белков, контроль качества, деградация и связанные с ними заболевания человека». Физиологические обзоры. 87 (4): 1377–408. Дои:10.1152 / Physrev.00050.2006. PMID  17928587.
  27. ^ Рассел Р. (январь 2008 г.). «Неправильная укладка РНК и действие шаперонов». Границы биологических наук. 13 (13): 1–20. Дои:10.2741/2557. ЧВК  2610265. PMID  17981525.
  28. ^ Кобер Л., Зехе С., Боде Дж. (Апрель 2013 г.). «Оптимизированные сигнальные пептиды для развития линий клеток СНО с высокой экспрессией». Биотехнологии и биоинженерия. 110 (4): 1164–73. Дои:10.1002 / бит 24776. PMID  23124363.
  29. ^ Моро П., Брандици Ф., Хантон С., Шатр Л., Мельсер С., Хоуз С., Сатья-Женеметр Б. (2007). «Интерфейс завода ER-Golgi: высокоструктурированный и динамичный мембранный комплекс». Журнал экспериментальной ботаники. 58 (1): 49–64. Дои:10.1093 / jxb / erl135. PMID  16990376.
  30. ^ Прудовский И., Тарантини Ф., Ландришина М., Нейвандт Д., Сольди Р., Киров А., Смолл Д., Катир К. М., Раджалингам Д., Кумар Т.К. (апрель 2008 г.). «Секрет без Гольджи». Журнал клеточной биохимии. 103 (5): 1327–43. Дои:10.1002 / jcb.21513. ЧВК  2613191. PMID  17786931.
  31. ^ Заиди С.К., Янг Д.У., Чой Дж.Й., Пратап Дж., Джавед А., Монтесино М., Стейн Дж. Л., Лиан Дж. Б., ван Вейнен А.Дж., Стейн Г.С. (октябрь 2004 г.). «Внутриядерный оборот: организация и сборка регулирующего механизма для комбинаторного биологического контроля». Журнал биологической химии. 279 (42): 43363–6. Дои:10.1074 / jbc.R400020200. PMID  15277516.
  32. ^ Маттик Дж. С., Амарал П. П., Дингер М. Е., Мерсер Т. Р., Мехлер М. Ф. (январь 2009 г.). «РНК-регуляция эпигенетических процессов». BioEssays. 31 (1): 51–9. Дои:10.1002 / bies.080099. PMID  19154003.
  33. ^ Мартинес, штат Нью-Джерси, Уолхаут, А.Дж. (апрель 2009 г.). «Взаимодействие между факторами транскрипции и микроРНК в регуляторных сетях на уровне генома». BioEssays. 31 (4): 435–45. Дои:10.1002 / bies.200800212. ЧВК  3118512. PMID  19274664.
  34. ^ Томилин Н.В. (апрель 2008 г.). «Регулирование экспрессии генов млекопитающих с помощью ретроэлементов и некодирующих тандемных повторов». BioEssays. 30 (4): 338–48. Дои:10.1002 / bies.20741. PMID  18348251.
  35. ^ Veitia RA (ноябрь 2008 г.). «Тысяча и один способ создания функционально подобных энхансеров транскрипции». BioEssays. 30 (11–12): 1052–7. Дои:10.1002 / bies.20849. PMID  18937349.
  36. ^ Нгуен Т., Ниои П., Пикетт CB (май 2009 г.). «Сигнальный путь Nrf2-антиоксидантного элемента ответа и его активация окислительным стрессом». Журнал биологической химии. 284 (20): 13291–5. Дои:10.1074 / jbc.R900010200. ЧВК  2679427. PMID  19182219.
  37. ^ Пол С. (ноябрь 2008 г.). «Дисфункция убиквитин-протеасомной системы при множественных заболеваниях: терапевтические подходы». BioEssays. 30 (11–12): 1172–84. Дои:10.1002 / bies.20852. PMID  18937370.
  38. ^ Лос М., Маддика С., Эрб Б., Шульце-Остхофф К. (май 2009 г.). «Переключение Akt: от сигнала выживания к смертельной реакции». BioEssays. 31 (5): 492–5. Дои:10.1002 / bies.200900005. ЧВК  2954189. PMID  19319914.
  39. ^ Левквист С., Додд И.Б., Снеппен К., Хертер Дж.О. (июнь 2016 г.). «Метилирование ДНК в эпигеномах человека зависит от локальной топологии сайтов CpG». Исследования нуклеиновых кислот. 44 (11): 5123–32. Дои:10.1093 / нар / gkw124. ЧВК  4914085. PMID  26932361.
  40. ^ Джаббари К., Бернарди Дж. (Май 2004 г.). «Метилирование цитозина и частоты CpG, TpG (CpA) и TpA». Ген. 333: 143–9. Дои:10.1016 / j.gene.2004.02.043. PMID  15177689.
  41. ^ Weber M, Hellmann I, Stadler MB, Ramos L, Pääbo S, Rebhan M, Schübeler D (апрель 2007 г.). «Распространение, заглушающий потенциал и эволюционное влияние метилирования промоторной ДНК в геноме человека». Nat. Genet. 39 (4): 457–66. Дои:10,1038 / нг1990. PMID  17334365.
  42. ^ Ян Х, Хан Х, Де Карвалью Д. Д., Лэй Ф. Д., Джонс ПА, Лян Г. (октябрь 2014 г.). «Метилирование тела гена может изменять экспрессию генов и является терапевтической мишенью при раке». Раковая клетка. 26 (4): 577–90. Дои:10.1016 / j.ccr.2014.07.028. ЧВК  4224113. PMID  25263941.
  43. ^ Maeder ML, Angstman JF, Richardson ME, Linder SJ, Cascio VM, Tsai SQ, Ho QH, Sander JD, Reyon D, Bernstein BE, Costello JF, Wilkinson MF, Joung JK (декабрь 2013 г.). «Целевое деметилирование ДНК и активация эндогенных генов с использованием программируемых слитых белков TALE-TET1». Nat. Биотехнология. 31 (12): 1137–42. Дои:10.1038 / nbt.2726. ЧВК  3858462. PMID  24108092.
  44. ^ Ким Дж.Дж., Юнг М.В. (2006). «Нейронные цепи и механизмы, участвующие в формировании условного рефлекса страха по Павлову: критический обзор». Неврология и биоповеденческие обзоры. 30 (2): 188–202. Дои:10.1016 / j.neubiorev.2005.06.005. ЧВК  4342048. PMID  16120461.
  45. ^ а б Duke CG, Kennedy AJ, Gavin CF, Day JJ, Sweatt JD (июль 2017 г.). «Зависящая от опыта эпигеномная реорганизация в гиппокампе». Обучение и память. 24 (7): 278–288. Дои:10.1101 / пог.м.045112.117. ЧВК  5473107. PMID  28620075.
  46. ^ а б Кейфер Дж. (Февраль 2017 г.). «Прайм-тайм для изучения генов». Гены (Базель). 8 (2). Дои:10.3390 / genes8020069. ЧВК  5333058. PMID  28208656.
  47. ^ Саксонов С., Берг П., Брутлаг Д.Л. (январь 2006 г.). «Полногеномный анализ динуклеотидов CpG в геноме человека позволяет выделить два различных класса промоторов». Труды Национальной академии наук Соединенных Штатов Америки. 103 (5): 1412–7. Bibcode:2006ПНАС..103.1412С. Дои:10.1073 / pnas.0510310103. ЧВК  1345710. PMID  16432200.
  48. ^ Птица А (январь 2002 г.). «Паттерны метилирования ДНК и эпигенетическая память». Гены и развитие. 16 (1): 6–21. Дои:10.1101 / gad.947102. PMID  11782440.
  49. ^ Фогельштейн Б., Пападопулос Н., Велкулеску В.Э., Чжоу С., Диас Л.А., Кинзлер К.В. (март 2013 г.). «Пейзажи генома рака». Наука. 339 (6127): 1546–58. Bibcode:2013Научный ... 339.1546V. Дои:10.1126 / наука.1235122. ЧВК  3749880. PMID  23539594.
  50. ^ Tessitore A, Cicciarelli G, Del Vecchio F, Gaggiano A, Verzella D, Fischietti M, Vecchiotti D, Capece D, Zazzeroni F, Alesse E (2014). «МикроРНК в сети повреждения / восстановления ДНК и рака». Международный журнал геномики. 2014: 1–10. Дои:10.1155/2014/820248. ЧВК  3926391. PMID  24616890.
  51. ^ miRBase.org
  52. ^ а б Friedman RC, Farh KK, Burge CB, Bartel DP (январь 2009 г.). «Большинство мРНК млекопитающих являются консервативными мишенями для микроРНК». Геномные исследования. 19 (1): 92–105. Дои:10.1101 / гр.082701.108. ЧВК  2612969. PMID  18955434.
  53. ^ Лим LP, Лау NC, Гарретт-Энгеле П., Гримсон А., Шелтер Дж. М., Касл Дж., Бартель Д. П., Линсли П. С., Джонсон Дж. М. (февраль 2005 г.). «Анализ микроматрицы показывает, что некоторые микроРНК подавляют большое количество целевых мРНК». Природа. 433 (7027): 769–73. Bibcode:2005Натура.433..769L. Дои:10.1038 / природа03315. PMID  15685193.
  54. ^ Зельбах М., Шванхойссер Б., Тирфельдер Н., Фанг З., Ханин Р., Раевский Н. (сентябрь 2008 г.). «Широко распространенные изменения в синтезе белков, вызванные микроРНК». Природа. 455 (7209): 58–63. Bibcode:2008Натура.455 ... 58С. Дои:10.1038 / природа07228. PMID  18668040.
  55. ^ Бэк Д., Виллен Дж., Шин С., Камарго Ф. Д., Гиги С. П., Бартель Д. П. (сентябрь 2008 г.). «Влияние микроРНК на выход белка». Природа. 455 (7209): 64–71. Bibcode:2008Натура.455 ... 64Б. Дои:10.1038 / природа07242. ЧВК  2745094. PMID  18668037.
  56. ^ Palmero EI, de Campos SG, Campos M, de Souza NC, Guerreiro ID, Carvalho AL, Marques MM (июль 2011 г.). «Механизмы и роль нарушения регуляции микроРНК в возникновении и прогрессировании рака». Генетика и молекулярная биология. 34 (3): 363–70. Дои:10.1590 / S1415-47572011000300001. ЧВК  3168173. PMID  21931505.
  57. ^ Бернштейн C, Бернштейн H (май 2015 г.). «Эпигенетическое снижение репарации ДНК при прогрессировании рака желудочно-кишечного тракта». Всемирный журнал онкологии желудочно-кишечного тракта. 7 (5): 30–46. Дои:10.4251 / wjgo.v7.i5.30. ЧВК  4434036. PMID  25987950.
  58. ^ Меллиос Н., Сур М. (2012). «Растущая роль микроРНК при шизофрении и расстройствах аутистического спектра». Границы в психиатрии. 3: 39. Дои:10.3389 / fpsyt.2012.00039. ЧВК  3336189. PMID  22539927.
  59. ^ Гиган М., Кэрнс MJ (август 2015 г.). «МикроРНК и посттранскрипционная дисрегуляция в психиатрии». Биологическая психиатрия. 78 (4): 231–9. Дои:10.1016 / j.biopsych.2014.12.009. PMID  25636176.
  60. ^ а б c Уолш CT, Гарно-Цодикова S, Гатто GJ (декабрь 2005 г.). «Посттрансляционные модификации белков: химия диверсификации протеома». Angewandte Chemie. 44 (45): 7342–72. Дои:10.1002 / anie.200501023. PMID  16267872. S2CID  32157563.
  61. ^ Хури Г.А., Балибан РК, Floudas CA (Сентябрь 2011 г.). «Статистика посттрансляционных модификаций в масштабе протеома: частотный анализ и курирование базы данных swiss-prot». Научные отчеты. 1 (90): 90. Bibcode:2011НатСР ... 1E..90K. Дои:10.1038 / srep00090. ЧВК  3201773. PMID  22034591.
  62. ^ Манн М., Дженсен О.Н. (март 2003 г.). «Протеомный анализ посттрансляционных модификаций». Природа Биотехнологии. 21 (3): 255–61. Дои:10.1038 / nbt0303-255. PMID  12610572.
  63. ^ Со Дж., Ли К. Дж. (Январь 2004 г.). «Посттрансляционные модификации и их биологические функции: протеомный анализ и систематические подходы». Журнал биохимии и молекулярной биологии. 37 (1): 35–44. Дои:10.5483 / bmbrep.2004.37.1.035. PMID  14761301.
  64. ^ Роджерс Л.Д., Общий менеджер по маркетингу (декабрь 2013 г.). «Протеолитическая посттрансляционная модификация белков: протеомные инструменты и методология». Молекулярная и клеточная протеомика. 12 (12): 3532–42. Дои:10.1074 / mcp.M113.031310. ЧВК  3861706. PMID  23887885.
  65. ^ «Профиль экспрессии РНК GLUT4».
  66. ^ Буркхарт Дж. М., Водель М., Гамбарян С., Радау С., Вальтер Ю., Мартенс Л., Гейгер Дж., Сикманн А., Захеди Р. П. (октябрь 2011 г.). «Первый всесторонний и количественный анализ белкового состава тромбоцитов человека позволяет провести сравнительный анализ структурных и функциональных путей». Кровь. 120 (15): e73–82. Дои:10.1182 / кровь-2012-04-416594. PMID  22869793.
  67. ^ Moritz CP, Mühlhaus T, Tenzer S, Schulenborg T, Friauf E (июнь 2019 г.). «Плохая корреляция транскрипт-белок в головном мозге: отрицательно коррелирующие генные продукты показывают полярность нейронов как потенциальную причину» (PDF). Журнал нейрохимии. 149 (5): 582–604. Дои:10.1111 / jnc.14664. PMID  30664243.
  68. ^ Банф М., Ри С.Ю. (январь 2017 г.). «Вычислительный вывод сетей регуляции генов: подходы, ограничения и возможности». Biochimica et Biophysica Acta (BBA) - механизмы регуляции генов. 1860 (1): 41–52. Дои:10.1016 / j.bbagrm.2016.09.003. PMID  27641093.
  69. ^ Чеслер Э.Дж., Лу Л., Ван Дж., Уильямс Р.В., Мэнли К.Ф. (май 2004 г.). «WebQTL: быстрый исследовательский анализ экспрессии генов и генетических сетей для мозга и поведения». Природа Неврология. 7 (5): 485–6. Дои:10.1038 / nn0504-485. PMID  15114364.
  70. ^ Песня Y, Ван W, Цюй X, Sun S (февраль 2009 г.). «Эффекты индуцируемого гипоксией фактора-1альфа (HIF-1альфа) на рост и адгезию в клетках плоскоклеточной карциномы языка». Индийский журнал медицинских исследований. 129 (2): 154–63. PMID  19293442.
  71. ^ Ханриот Л., Кейме С., Гей Н., Фор С., Доссат С., Винкер П., Скоте-Блахон С., Пейрон С., Гандриллон О. (сентябрь 2008 г.). «Комбинация LongSAGE с секвенированием Solexa хорошо подходит для изучения глубины и сложности транскриптома». BMC Genomics. 9: 418. Дои:10.1186/1471-2164-9-418. ЧВК  2562395. PMID  18796152.
  72. ^ Уиллан С.Дж., Мартинес Мурильо Ф., Боке Д.Д. (июль 2008 г.). «Невероятно сужающийся мир микрочипов ДНК». Молекулярные биосистемы. 4 (7): 726–32. Дои:10.1039 / b706237k. ЧВК  2535915. PMID  18563246.
  73. ^ Миякоши М., Нисида Х., Синтани М., Ямане Х., Нодзири Х. (январь 2009 г.). «Картирование плазмидных транскриптомов в различных бактериях-хозяевах с высоким разрешением». BMC Genomics. 10: 12. Дои:10.1186/1471-2164-10-12. ЧВК  2642839. PMID  19134166.
  74. ^ Деноуд Ф., Оури Дж. М., Да Силва С., Ноэль Б., Рожье О., Делледон М., Морганте М., Валле Дж., Винкер П., Скарпелли С., Джайон О., Артигенав Ф (2008). «Аннотирование геномов с помощью массового секвенирования РНК». Геномная биология. 9 (12): R175. Дои:10.1186 / gb-2008-9-12-r175. ЧВК  2646279. PMID  19087247.
  75. ^ Клаф Э., Барретт Т. (2016). «Омнибусная база данных экспрессии генов». Статистическая геномика. Методы молекулярной биологии. 1418. С. 93–110. Дои:10.1007/978-1-4939-3578-9_5. ISBN  978-1-4939-3576-5. ЧВК  4944384. PMID  27008011.
  76. ^ Килич С., Уайт Э.Р., Загитова Д.М., Корниш Дж. П., Эрилл I (январь 2014 г.). «CollecTF: база данных экспериментально подтвержденных сайтов связывания факторов транскрипции у бактерий». Исследования нуклеиновых кислот. 42 (Выпуск базы данных): D156–60. Дои:10.1093 / nar / gkt1123. ЧВК  3965012. PMID  24234444.
  77. ^ Моретто М., Сонего П., Дирксенс Н., Брилли М., Бьянко Л., Ледезма-Техейда Д. и др. (Январь 2016 г.). «COLOMBOS v3.0: использование сборников экспрессии генов для межвидового анализа». Исследования нуклеиновых кислот. 44 (D1): D620–3. Дои:10.1093 / нар / gkv1251. ЧВК  4702885. PMID  26586805.
  78. ^ Фейт Дж.Дж., Дрисколл М.Э., Фузаро В.А., Косгроув Э.Д., Хайете Б., Джун Ф.С. и др. (Январь 2008 г.). «База данных по множеству микробов: единообразно нормализованные сборники Affymetrix со структурированными экспериментальными метаданными». Исследования нуклеиновых кислот. 36 (Выпуск базы данных): D866–70. Дои:10.1093 / нар / гкм815. ЧВК  2238822. PMID  17932051.

внешние ссылки