§ 38. Регуляція активності генів

• До змісту відповідей

Як чинники середовища можуть впливати на активність генів і в такий спосіб регулювати ступінь прояву ознак?

Чинники середовища впливають на активність генів через регуляторні та епігенетичні механізми без зміни нуклеотидної послідовності ДНК. Зміни умов довкілля можуть стимулювати вироблення сигнальних молекул (наприклад, гормонів), які активують білкові фактори транскрипції та ініціюють або пригнічують зчитування спадкової інформації. Крім того, під дією факторів довкілля змінюється стан упакування хроматину (перехід між активним еухроматином і неактивним гетерохроматином), відбуваються хімічні модифікації ДНК (зокрема метилювання) та регуляція за участю генів-модифікаторів і малих некодувальних молекул РНК.

Як з однієї клітини – зиготи – утворюються різні типи клітин з різноманітними функціями, але однаковим геномом?

Різні типи клітин утворюються в процесі диференціації завдяки вибірковій (селективній) регуляції активності генів. Хоча всі клітини організму містять ідентичний повний набір спадкової інформації, у кожному типі тканин активною є лише невелика частина генів (близько 15 %), необхідна для виконання специфічних функцій саме цієї клітини, тоді як інші гени перебувають у неактивному заблокованому стані.

ПОМІРКУЙТЕ

1. Як саме середовище може впливати на активність генів?

Вплив чинників навколишнього середовища реалізується через запуск регуляторних та епігенетичних процесів у клітині. Зовнішні фактори (температура, рівень стресу, особливості живлення тощо) спричиняють утворення сигнальних молекул (гормонів), які зв’язуються з рецепторами й активують фактори транскрипції, що регулюють експресію генів через промотори. Також середовище зумовлює зміну щільності упакування хроматину (конденсацію чи деконденсацію), модифікацію ядерних білків, метилювання ДНК та синтез регуляторних РНК, які можуть пригнічувати трансляцію відповідних білків.

2. Чому в однояйцевих близнят ступінь прояву активності генів може відрізнятися залежно від чинників середовища, у якому вони живуть?

Однояйцеві близнята мають абсолютно однаковий генотип, проте за умови проживання в різному середовищі на їхні організми діють відмінні комплекси зовнішніх чинників (характер харчування, фізичні навантаження, психоемоційний стрес, екологічні умови). Це викликає індивідуальні епігенетичні зміни, неоднакове метилювання ДНК та різний вплив генів-модифікаторів, що веде до відмінностей у рівні експресії однакових генів і, як наслідок, до розбіжностей у фенотипі та схильності до захворювань.

3. У яких галузях науки та господарства людини можна використовувати явище РНК-інтерференції?

Явище РНК-інтерференції має широке практичне та наукове застосування:

• У медицині та фармакології — для створення препаратів генної терапії, які вибірково «вимикають» гени, відповідальні за розвиток пухлин, вірусних інфекцій (наприклад, ВІЛ, гепатиту) або спадкових захворювань.
• У сільському господарстві й біотехнології — для розроблення методів біологічного захисту рослин від комах-шкідників, нематод і патогенних мікроорганізмів шляхом пригнічення експресії їхніх життєво важливих генів.
• У фундаментальній генетиці та молекулярній біології — як інструмент функціонального аналізу геномів для з’ясування ролі окремих генів через їхнє вибіркове пригнічення.