Форматирование генома для правильного доступа к данным памяти

В части I книги мы узнали о белковых молекулах, контролирующих
транскрипцию lac оперона и других кодирующих последовательностей в
бактериальном и эукариотическом геномах. Понимание сигналов
форматирования генома выросло значительно в 20 веке и продолжает
стремительно расти по сей день [1].


Главное -- геном содержит элементарные форматирующие составляющие,
необходимые для создания сложных сетей, которые контролируют
экспрессию кодирующих последовательностей замысловатым образом. Эти
сети содержат маленькие повторяющиеся последовательности -- мотивы, --
разбросанные по всему геному и служащие распознавательными сайтами для
белков-регуляторов. Повторность таких мотивов выражает два основных
принципа биохимической регуляции:

1. Био-макромолекулы, как правило, имеют слабые взаимодействия,
   вследствие этого им необходимо иметь несколько сайтов связывания
   для образования стабильных функциональных комплексов [2].
2. Обычно необходимо интегрировать экспрессию с различных участков
   генома скоординированно, чтобы достичь появления определенной
   фенотипической черты. Такое интегрирование достигается
   переиспользованием тех же самых сайтов связывания в нескольких
   местах [3].

Каким образом возникают транскрипционные регуляторные сети? Каким
образом одинаковые сайты связывания размножаются и распределяются по
геному? Как высокоуровневые элементы контроля, энхансеры и более
сложные cis-регуляторные последовательности, формируются и
разносятся по всему геному? Эти вопросы отличаются от тех, что задают
себе эволюционисты, рассматривая происхождение и эволюцию кодирующих
последовательностей. Следует помнить, что геном содержит различного
рода информацию, и вся клеточная ДНК должна эволюционировать таким
образом, чтобы произвести функциональные и адаптивные системы
экспрессии. Немного нужно, чтобы понять, что тяжело придерживаться
традиционного способа объяснения, согласно которому каждый отдельный
агент этой сложной сети развивается посредством малых независимых
случайных блужданий в огромном пространстве возможных состояний. Мы
увидим далее, что существуют альтернативные пути объяснения,
основанные на установленных молекулярных механизмах, для эффективного
эволюционного преобразования генных сетей посредством быстрого
распределения регуляторных мотивов.

Литература

[1]:

• Tjian R. Molecular Machines that Control Genes. Sci Am 272,
  54-61 (1995). -- популярная статья.
• Davidson E.H. The Regulatory Genome (Academic, San Diego, 2006).
• Erwin D.H. and Davidson E.H. The evolution of hierarchical gene
  regulatory networks. Nat Rev Genet 10, 141-8 (2009).

[2]:

• Ray P.S., Arif A. and Fox P.L. Macromolecular complexes as depots for releasable regulatory proteins. Trends Biochem Sci 32, 158-64 (2007).

[3]:

• Britten R.J. and Davidson E.H. Repetitive and non-repetitive DNA
  sequences and a speculation on the origins of evolutionary
  novelty. Q Rev Biol 46, 111-38 (1971).
• Shapiro J. Retrotransposons and regulatory suites. Bioessays 27, 122-5.
• McClintock B. Intranuclear systems controlling gene action and
  mutation. Brookhaven Symp Biol 58-74 (1956).