У каждого человека, и не только у человека, во всех клетках тела одинаковые гены, поскольку все они — потомки одной-единственной оплодотворённой яйцеклетки. Разумеется, в ДНК со временем появляются мутации, но если говорить о нормальном, здоровом состоянии, то эти мутации на облике генов особо не сказываются. И если взять, к примеру, нервную клетку из головного мозга и инсулиновую клетку из поджелудочной железы, в них присутствует один и тот же инсулиновый ген, точнее, два его варианта-аллеля, один от матери, другой от отца. Но клетка поджелудочной железы этот инсулин синтезирует и выделяет наружу, а нейрон — нет. То есть, будучи одинаковы по генам, клетки очень сильно отличаются по функциям. Легко понять, что в разных клетках в разное время работают разные гены. Но вот выяснить конкретный механизм генетической регуляции уже намного сложнее.
Управление генами
Как вообще можно регулировать генетическую активность? Для простоты будем под генами иметь в виду те участки ДНК, которые кодируют белки. Нужно немного вспомнить, как информация с ДНК становится белком. На самой ДНК белок синтезировать нельзя, поэтому информация о белке копируется с гена в матричную РНК (мРНК). Синтез РНК на ДНК называется транскрипцией, его выполняют специальные белковые машины. Эти машины могут работать более активно или менее активно, могут вообще игнорировать какой-то ген. Тут очень многое зависит от особых белков, которые называются транскрипционными факторами и которые связываются со специальными регуляторными ДНК-последовательностями. Транскрипционные факторы могут стимулировать или подавлять синтез РНК. Белки, садящиеся на ДНК и управляющие началом (инициацией) транскрипции, стали первым описанным механизмом регуляции активности генов. Транскрипционных факторов к настоящему времени открыто уже очень много, хотя нельзя сказать, что все они досконально изучены; некоторые из них управляют сразу целой пачкой генов, а некоторые более специализированны.
Другой вариант регуляции — закрыть ДНК от белков, занимающихся транскрипцией. Тут можно добавить химических меток на саму ДНК или плотно упаковать её с помощью специальных белков-упаковщиков — оба механизма относятся к так называемой эпигенетической регуляции активности генов (см. статью «Эпигенетика: стресс (не) по наследству», «Наука и жизнь» № 9, 2024 г.).
У эукариотических организмов матричная РНК (как и любая другая РНК) синтезируется в ядре и тут же в ядре подвергается дополнительным превращениям, без которых она не сможет выполнять свою функцию. Например, у неё определённым образом модифицируются оба конца молекулы, и, что самое главное, в ней перетасовываются блоки генетического текста — некоторые куски вырезаются, а оставшиеся сшиваются друг с другом в том или ином порядке. Такое переформатирование называется сплайсингом; говорить о нём подробно мы не будем, отметим только, что все эти процессы могут регулироваться и, следовательно, влиять на итоговую активность гена...
