gènų veiklõs reguliãcija yra labai sudėtinga ir daugiapakopė, reiškiasi prieš ir per transkripciją, bręstant pirminiam transkriptui ir jam išeinant iš branduolio, citoplazmoje kaip atsarginės informacinės ribonukleorūgštys (mRNR) prieš ir per baltymų biosintezę, po biosintezės bręstant baltymams. Genų veiklos reguliacija iki baltymų biosintezės pirmiausia susijusi su geno vieta chromosomoje ir chromatino sandara. Veiklūs genai yra dekondensuotame chromatine (euchromatine). Kondensuotame chromatine (heterochromatine) arba šalia jo genų veikla slopinama. Dalies chromatino kondensacija nepastovi, kartu kinta ir genų veikla. Heterochromatinu gali virsti ištisos chromosomos, pvz., vyro spermatozoido branduolio, viena iš dviejų X chromosomų moters somatinėse ląstelėse. Genų veiklą slopina ir histonai, kurie su DNR sudaro nukleosomas. Kuo stipresnis DNR ryšys su histonais (dėl jų metilinimo, deacetilinimo), tuo labiau slopinama genų veikla, ir atvirkščiai, silpnėjant DNR ryšiui su histonais genai aktyvuojami. Chromatino pokyčiai abiem kryptimis vadinami chromatino remodeliavimu. Chromatino sandara ir genų veikla priklauso ir nuo DNR modifikavimo ją metilinant. Reguliacinės geno dalies metilinimas dažniausiai slopina geno veiklą.
Genų transkripciją reguliuoja daug įvairių veiksnių, ji priklauso ir nuo geno sandaros. Pagal vietą chromosomose reguliacinės DNR sekos skiriamos į cis‑sekas ir trans‑sekas. Cis‑sekos, arba cis‑veiksniai, yra šalia (arba toje pačioje chromosomoje) geno arba genų grupės. Tokios sekos yra, pvz., geno promotoriuje arba net gerokai nutolusios nuo geno. Cis‑veiksniai dažniausiai nulemia genų veiklos reguliacijos pobūdį, ar genas veikia nepertraukiamai, ar tik kurį laiką, atsižvelgiant į aplinkos sąlygas, organizmo raidos etapus. Daugelis genų turi specialias sekas ar net kelis promotorius, todėl gali veikti dviem ir daugiau režimų: nuolat arba indukuotai. Cis‑veiksnių gali būti ir intronuose. Cis‑veiksnių mutacijos pakeičia geno veiklos pobūdį, pvz., dėl mutacijos, aplinkos poveikio lac operone laktozės genas gali veikti jam nebūdingai – nepertraukiamai. Trans‑veiksniai dažniausiai yra reguliaciniai genai, kurie koduoja transkripcijos veiksnius – baltymus, atpažįstančius geno reguliacinėje dalyje specifines nukleotidų sekas. Pagal sandarą ir sąveiką su DNR skiriamos transkripcijos veiksnių įvairios grupės. Transkripcijos veiksniai veikia savarankiškai arba sudaro kompleksus su kitais baltymais, hormonais. Jie dažniausiai reguliuoja dideles genų grupes, kurios skirstomos pagal vietą chromosomose. Yra sutelktų vienoje vietoje genų sankaupų, bet dažniausiai genai išsibarstę po visas chromosomas, juos vienija bendros reguliacinės sekos ir transkripcijos veiksniai. Tokios genų grupės vadinamos regulonais. Reguliaciniai genai labai įvairūs: vieni genus slopina, kiti – aktyvina, kai kurie yra dvigubo poveikio.
Aktyvios subrendusios mRNR ir kitų RNR molekulės skiriasi nuo pradinio transkripto, vadinamojo pre‑RNR. Kiekvienas pre‑RNR modifikavimo būdas yra ir genų veiklos reguliacijos būdas. Genų veiklos reguliacijai ypač svarbi yra pre‑RNR modifikacija – splaisingas (intronų iškarpymas), kuris gali vykti konstitutyviojo, alternatyviojo splaisingo ir trans‑splaisingo būdu. Dėl intronų iškarpymo iš tos pačios pre‑mRNR gali susidaryti daug įvairių mRNR, koduojančių skirtingos funkcijos baltymus, izofermentus. Kitos pirminio transkripto modifikacijos (iš jų ir pre‑RNR redagavimas) sukuria RNR įvairovę nesikeičiant pačiam genui. Iš pre‑RNR pašalinami arba įterpiami nukleotidai, ištisos jų sekos arba vienas nukleotidas keičiamas kitu. Nustatyti du drozofilos genai, kurie, susumavus įvairias pre‑RNR modifikacijas (splaisingą, redagavimą), gali koduoti iki 1 mln. baltymų, izofermentų. Žmogaus genome genų skaičius palyginti nedidelis, bet dėl alternatyviojo splaisingo susidaro daug įvairių baltymų. Genų veiklą veiksmingai reguliuoja ir branduolio apvalkalėlio poros. Subrendusios RNR gali būti iš branduolio neišleidžiamos, o transkripcijos veiksniai (kurių sintezė vyksta citoplazmoje) neįleidžiami. Nuo išorinio poveikio iki genų aktyvacijos yra daug tarpinių stadijų. Pvz., hormonai, kurie skirti genų veiklos reguliacijai, pirmiausia sąveikauja su paviršiniais ląstelės receptoriais, paskui signalas pernešamas į branduolį, kuriame transkripcijos veiksniai aktyvina reikiamus genus. Nuo jų transkribuojama pre‑RNR subręsta, išeina iš branduolio į citoplazmą, kur ant ribosomų vyksta baltymo sintezė. Baltymas bręsta, patenka į vietą ir tik tada pradeda veikti. Veikiant stresą sukeliantiems įvairiems veiksniams, ksenobiotikams (organizmui kenksmingoms medžiagoms) ląstelė ar organizmas išgyvena reaguodamas greito atsako genų veiklos reguliacijos būdais (citoplazmoje gali būti atsarginių neaktyvių mRNR arba dar greitesnių atsako priemonių – neaktyvių baltymų, kuriuos aktyvina vidiniai ir išoriniai veiksniai). Genų veiklą reguliuoja ir judrieji genomo elementai, kurių aktyvumas stresinėmis situacijomis ypač padidėja. Jie keičia geno veiklą įsiterpdami į geno reguliacines sekas arba intronus. Judrieji genomo elementai reguliuojami panašiai kaip genai, turi specialias reguliacines sekas, yra neaktyvūs heterochromatine, jų DNR labai metilinta.
3163
genų veikla; transkripcijos veiksniai