Форматирование генома при делении и репликации

Для эффективного выполнения функции наследования в делящихся клетках молекулы ДНК должны своевременно и с высокой точностью переходить в дочерние клетки. Мы уже обсуждали ранее точки контроля клеточного цикла. Однако, как и в случае с транскрипционной регуляцией, ДНК молекулы также должны быть форматированы определенными сигналами для осуществления полноценной репликации, локализации в каждой отдельной фазе клеточного цикла и точной передачи в дочерние клетки. Существует несколько отдельных типов сигналов форматирования.

---

Упаковка хроматина

В прошлый раз мы узнали о двух направлениях мысли, повлиявших на наше понимание не-генетического наследования. Первое из них составляли умозрительные ("ландшафт Уодингтона") и экспериментальные (генетический импринтинг, парамутации) попытки в области клеточной дифференциации и наследственности. Вторая линия мысли, приведшая к нынешнему пониманию эпигенетики, находилась в обширной области исследований упаковки ДНК и ее связи с репликацией и транскрипцией.

---

Эпигенетическая регуляция

В конце 20го века еще представлялось возможным полагать, что
регуляторные сети достаточно сложны, чтобы управлять доступом к
кодирующим последовательностям генома [1]. Однако, вскоре два
независимых пути размышления и эксперимента обнаружили дополнительные уровни более высокого порядка для контроля генной экспрессии. Эти два пути, хотя и независимые вначале, слились воедино и начертали удивительно стройную картину. Такой многоуровневый подход обогащает наше понимание функционирования генома, а также позволил нам учитывать временную шкалу эволюционного изменения непредвиденным образом [2].

---

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].

Почему и как избегать использования термина "ген"

Термин "ген" не имеет строгого и непротиворечивого определения. Данный

термин использовали, чтобы указать на бесчисленное количество

различных характеристик геномной организации. Иначе говоря, "ген"

придает впечатление определенности, тогда как определяет множество

различных компонент генома.

Когда "ген" употребляется для обозначения протяженного участка ДНК,

кодирующего белковую последовательность, он указывает, на самом деле,

на то, чего не существует. Так как обычно кодирующие сегменты ДНК

содержат несколько экзонов, которые соединяются на уровне

мРНК. Вместо "гена", таким образом, необходимо использовать термин

"кодирующая последовательность", который обозначает ДНК

последовательность, определяющую первичную структуру белка.

Более того, термин "генетический локус" еще более предпочтительнее,

так как указывает на определенный дискретный сегмент генома, включая

сигналы, форматирующие транскрипцию и посттранскрипционный процесс,

результатом которого являются одна или несколько молекул мРНК,

которые, в свою очередь, кодируют один или несколько белковых

молекул [1]. Генетический локус может быть определен генетически и с

помощью молекулярного анализа, а также такая фраза не несет в себе

столь теоретический и сбивающих с толку последствий, как многообразное

слово "ген" [2].

Литература

[1] Ast G. The Alternative Genome. Sci Am 292, 58-65 (2005).

[2] Portin P. The elusive concept of the gene. Hereditas 146, 112-7 (2009).

Часть II: геном как устройство чтения-записи

Молекулярная биология сегодняшнего дня достигла детального понимания
регуляции клеточного цикла, распределения генетической информации во
время деления, транскрипционной и эпигенетической регуляции
проявления/экспрессии генетической информации, а также естественной
генетической инженерии. На данном этапе область более совместима с
понятиями информационной когнитивной науки, которые были изложены в
первой части книги, нежели с традиционной механистической точкой
зрения, которой придерживались с начала 20 века классические генетики,
те, кто формулировал современный эволюционный синтез дарвинизма и
менделизма, а также родоначальники молекулярной биологии [1].

Ревизия центральной догмы молекулярной биологии

Те несколько примеров, приведенные нами до сих пор, являются лишь незначительной частью множества точно описанных молекулярных механизмов клеточной перцепции, передачи информации и принятия решений — механизмов клеточного восприятия, которое распространяется на все области от бактериального питания до клеточной биологии и эмбриологии млекопитающих. Познавательная, информационная картина того, как живые клетки функционируют и используют свой геном, значительно отличается от видения генетического детерминизма, выраженного наиболее лаконично, в прошлом веке, известной формулировкой Фрэнсиса Крика "Центральная Догма Молекулярной Биологии". Итак, наступило время обратить наше внимание на законность формулировки Крика в свете знания, доступного в 21-м веке.

---