История развития генетики

   Те  гены, в состав которых входит гомеобокс, обладают способностью регулировать активность других генов. Последовательность аминокислот (полипептид), образованная при трансляции гомеобокса, связывается с двойной спиралью ДНК, благодаря чему соответствующие гены «включаются» или «выключаются». Гомеобокс выявлен у многих организмов, в том числе у человека.²⁵

   Участки ДНК, необходимые для транскрипции структурных генов, к которым  присоединяются либо РНК-полимераза, либо специальные белки, регулирующие, включающие или выключающие, транскрипцию, были названы регуляторными генами. В этих генах расположены особые последовательности нуклеотидов, с которыми связываются регуляторные белки, которые, в свою очередь, имеют для этого в составе своей молекулы специфические последовательности аминокислот, „узнающие особые последовательности“ нуклеотидов. Понимание молекулярных механизмов такого „белок-нуклеинового“ узнавания необходимо, в частности, для генной инженерии при конструировании организмов с заранее заданными механизмами регуляции генов. Наиболее распространённые типы регуляторных генов — это промоторы (к ним присоединяется РНК полимераза, чтобы начать транскрипцию), терминаторы (на таких участках РНК полимераза кончает транскрипцию), операторы (к ним присоединяются белки — репрессоры. выключающие работу РНК полимеразы), энхансеры и сайленсеры — участки ДНК, к которым присоединяются особые белки. изменяющие скорость транскрипции и тем самым, скорость синтеза соответствующих белков.²⁶

Опероны

   Если  несколько ферментов участвуют  в выполнении какой-то одной определённой задачи, например, последовательно  катализируют цепь биохимических реакций, расщепляющих, например, лактозу или  синтезирующих, например, лейцин или  триптофан, то очевидно, что синтез каждого из этих ферментов должен быть скоординирован с синтезом других ферментов этого метаболического, иначе единый метаболический путь не будет работать нормально. У прокариот  такая координация достигается  тем, что гены таких ферментов  расположены рядом (без „пробелов“, останавливающих транскрипцию) и  транскрибируются они с единой регуляторной зоны (в которой расположены промотор и оператор) в виде полицистронной мРНК. Такая организация регуляторных и структурных генов названа  опероном.

   Чтобы оперон заработал РНК-полимераза должна присоединиться к промотору, а репрессор, под действием определённого  регуляторного сигнала, отсоединиться  от оператора и, тем самым, открыть  РНК полимеразе путь для транскрипции структурных генов. В геноме бактерий расположены тысячи оперонов, в которых, в свою очередь содержатся структурные  гены, кодирующих белки (или стабильные РНК), участвующие в выполнении какой  либо единой функции. Например, в геноме кишечной палочки содержится 2584 оперона, среди них 73% оперонов содержат только один цистрон, 16% — 2 цистрона, 4,6%  —  три цистрона, 6% — 4 и более цистронов. В 1965 г Ф. Жакоб, Ж. Моно и А. Львов  за открытие оперонов были удостоены  Нобелевской премии.

   Наверное, предполагали генетики, гены и геномы эукариот устроены так же, как и  гены прокариот. Но то что, обнаружилось — было ошеломляющим.

Альтернативный  сплайсинг

   Оказалось, что внутри генов эукариот всегда есть участки, которые информационного  смысла не имеют и не кодируют ни полипептидов, ни стабильных РНК. Эти  участки назвали интронами. Термин интрон образован из английских слов — intervening zone — зона, „перемежающая, смысловую последовательность гена“. А те участки, которые смысл имеют, т. е кодируют, были названы экзонами. Экзон — от англ. expressing zone — экспрессируемая  зона гена. Экзоны, как оказалось, кодируют так называемые части белковых молекул  — модули или домены (компактные структуры), играющие важную роль в  функционировании белковых молекул. Белковые молекулы состоят из нескольких модулей. Как правило, экзон кодирует участок  полипептидной цепи длиной 30–40 аминокислот. А большинство интронов имеет  длину от 40 до 125 нуклеотидных пар. Открытие мозаичной структуры эукариотных  генов было сделано в 1977 г группами учёных, возглавляемых американскими  исследователями Ричардом Робертсом  и Филиппом Шарпом.

   Но  как работает такой ген? Состоящий  из мозаики экзонов и интронов? А вот как:

   Спеолдрласитьцйсиитбцнгорлю

   Бессмысленное слово, не так ли? Но если из него удалить  все интроны? Тогда получится сплайсинг. Именно этот процесс и необходим для реализации функции эукариотного гена — все не смысловые (не кодирующие) участки должны быть удалены. Но не из гена, а из комплементарной ему РНК, которая должна быть синтезирована РНК полимеразой. Термин „сплайсинг“ в буквальном переводе с английского означает „соединение“. После вырезания интронов экзоны должны быть соединены.

   Итак, чтобы эукариотный ген заработал  необходимо создать (путём транскрипции) комплементарную РНК — копию  мозаичного гена, состоящую из экзонов  и интронов, из РНК интроны удалить, а экзоны объединить. Полученный окончательный  транскрипт (теперь приобретший смысл) уже может быть использован для  реализации его функции, для трансляции, например. Что важно, интроны из первичного транскрипта удаляются по очереди, а не все сразу. Вот так:

   Спеолдрласитьцйсиитбцнгорлю

   Спласитьцйсиитбцнгорлю + еолдр

   Сплайсиитбцнгорлю + еолдр + ситьц

   Сплайсингорлю + еолдр + ситьц + итбц

   Сплайсинг + еолдр + ситьц + итбц + орлю

   Таким образом, если в гене есть N интронов, то для сплайсинга необходимо N стадий вырезания интронов и сшивания экзонов. И если в какой-нибудь стадии произойдёт ошибка, например, при вырезании  интронов будет вырезан один нуклеотид  из экзона — это приведёт к тому, что ген свою функцию не выполнит и „наказанием“ за такую неточность будет или смерть, или тяжёлое  нарушение жизнеспособности, что  в ряду поколений кончится тем  же летальным исходом.

   Для чего же такая умопомрачительная, весьма дорогостоящая и опасная, в случае ошибок, сложность? А для

   Аищалцуюофеьолтжиуекеруюнабюутхаипровбюуньцфыйооопс

   В этом „гене“ 12 экзонов и 12 интронов. Если в 12 стадий удалить поочерёдно все интроны, то получится название особого типа сплайсинга:

   Альтернативный + ища + цуюофе + ол + жиу + ке + ую + бюу + ха + про + бюу + ьцф + ооопс

   И вот в чём смысл альтернативного  сплайсинга: некоторые, чётко определённые экзоны вырезаются вместе с интронами. И тогда из

   Аищалцуюофеьолтжиуекеруюнабюутхаипровбюуньцфыйооопс

   Получится:

   Альтернативный + ища + цуюофе + ол + жиу + ке + ую + бюу + ха + про + бюу + ьцф + ооопс

   Альт + ища + цуюофе + ол + жиуекеруюнабюутхаипровбюуньцфыйооопс

   нативный + Аищалцуюофеьолтжиуекерую + бюу + ха + про + бюу + ьцф + ооопс

   наивный + Аищалцуюофеьолтжиуекерую + бюутха + про + бюу + ьцф + ооопс

   левый + Аища + цуюофеьолтжиу + керуюнабюутхаипро + бюуньцф + ооопс