«Детекция регуляторных элементов в нуклеотидной последовательности: принцип, значение, свойства» - Курсовая работа

Установление физических основ реализации генетической информации на этапах образования регуляторных комплексов ДНК-белок и функционирования компонентов генома играет большую роль в настоящее время. Это включает в себя: установление физических характеристик участков последовательности ДНК, несущих регуляторную функцию, и получение распределения участков специфического связывания регуляторных белков в пределах этих регуляторных участках ДНК; также предполагается установление связи характеристик распределения участков связывания регуляторных белков, с физическими свойствами формирующихся иерархически организованных структур ДНК-белковых комплексов.

В работе показаны основные базы данных, а также методы для анализа и выявления регуляторных последовательностей. В частности, это методы сравнительного анализа последовательностей, грамматический анализ, т.е. анализ структурных закономерностей в последовательностях, распознавание характерных образов в последовательностях [1,2,7].

ГЛАВА 1. РЕГУЛЯТОРНЫЕ ЭЛЕМЕНТЫ ГЕНОМА

Нуклеотидная последовательность - порядок следования нуклеотидных остатков в нуклеиновых кислотах. В нуклеотидной последовательности существуют определенные регуляторные элементы, влияющих на транскрипцию гена и т.д.

Промотор — последовательность нуклеотидов ДНК, узнаваемая РНК-полимеразой для осуществления транскрипции. Один из самых известных примеров регуляторных последовательностей, находящихся в промоторе — это ТАТА-бокс. ТАТА-бокс находится рядом с точкой инициации транскрипции. На нем собирается комплекс РНК-полимеразы II. Это очень консервативная последовательность, которая встречается в так называемых генах «домашнего хозяйства».

Что касается генов, то по назначению в клетке их можно поделить на две группы:

• Гены домашнего хозяйства обеспечивают базовые процессы в клетке. Они экспрессируются стабильно хорошо и необходимы клетке для обеспечения собственных процессов.

• Остальные гены обеспечивают специальные функции клетки или необходимы в нестандартных условиях. Эти гены как правило имеют тонкую регуляцию, чтобы их можно было вовремя включать и выключать [7].

Кроме промотора к регуляторным элементам генома относятся:

• Энхансеры (enchancer) — последовательности ДНК, способные связываться с факторами транскрипции, при этом увеличивая уровень транскипции гена или группы генов.

• Сайленсеры (silencer) — последовательности ДНК, с которыми связываются факторы транскрипции (белки-репрессоры), что приводит к понижению или полному подавлению транскрипции гена.

• Инсуляторы (insulator) — последовательности ДНК, способные блокировать взаимодействие между энхансером и промотором, если находятся между ними.

Все вышеописанные регуляторные элементы взаимодействуют друг с другом и контролируют экспрессию гена. РНК-полимераза узнает ТАТА-бокс и садится на ДНК, ДНК сворачивается в петли в результате взаимодействия регуляторных элементов в геноме. Произойдет ли транскрипции и, если произойдет, то насколько интенсивно, зависит от совокупности взаимодействий всех регуляторных элементов гена. Эти взаимодействия уникальны для каждого типа клеток.

Следующий элемент генома, который широко представлен в любом организме — повторяющиеся последовательности. По рис.1. видно, как часто повторяющиеся последовательности могут встречаться у некоторых организмов.

Рис. 1. Повторяющиеся последовательности в ДНК некоторых организмов

К повторяющимся элементам относят тандемные повторы и диспергированные повторы. Тандемные повторы тоже можно разделить на:

• сателлиты — длина повторяющегося слова более 100 нуклеотидов.

• минисателлиты — повторы из слов длиной от 7 до 100 нуклеотидов.

• микросателлиты — самые маленькие повторы по 1 – 6 нуклеотидов [1,2].

Тандемные повторы возникают за счет ДНК-полимеразы, которая при репликации этих участков зависает и синтезирует еще несколько повторов. Или синтезирует меньшее количество повторов. Это происходит довольно часто.

Мобильные элементы – элементы генома, способные перемещаться из сайта в сайт, либо в процессе прямого вырезания вставки ДНК, либо путем транскрипции элемента.

Их тоже делят на два класса:

• транспозоны с помощью ферментов транспозаз вырезаются и целиком вставляются в другое место генома. Они составляют 2 – 3% генома человека.

• ретротранспозоны Их перемещения осуществляется с участием обратной транскрипции. Ретротранспозон транскрибируется, с его РНК синтезируется кДНК. Эта копия может встроиться в любое место генома. Ретротранспозоны составляют 42% генома. Самый известный ретротранспозон носит название Alu повтора [1,2,7].