Кіріспе

Құрылымдық ген – РНК немесе регуляторлық фактордан өзге кез келген ақуыз өнімін кодтайтын ген. Лак оперонынан туындаған термин, құрылымдық гендер әдетте ген экспрессиясын реттемейтін, өндірілетін ақуыздың аминқышқылдарына сәйкес ДНК тізбектерін қамтитын гендер ретінде қарастырылады. Құрылымдық гендердің өнімдеріне ферменттер мен құрылымдық ақуыздар жатады. Сондай-ақ, құрылымдық гендермен кодталмаған РНК-лар, мысалы, рРНК және тРНК (бірақ реттеуші миРНК және сиРНК-ларды қоспағанда) да кодталады.

Геномға орналасуы

Прокариоттарда бір-бірімен байланысты функцияларының құрылымдық гендері әдетте бір ДНК-ның бір тізбегінде бір-біріне іргелес орналасқан, оперонды құрайды. Бұл ген экспрессиясын қарапайым реттеуге мүмкіндік береді, себебі бір реттеуші фактор барлық байланысты гендердің транскрипциясына әсер ете алады. Бұл жақсы зерттелген лак оперонымен жақсы көрсетілген, онда үш құрылымдық ген (lacZ, lacY және lacA) бір промотор және бір оператормен реттеледі. Прокариоттық құрылымдық гендер полицистрондық мРНҚ-ға транскрипцияланады және кейіннен аударылады. Эукариоттарда құрылымдық гендер тізбектеп орналаспайды. Оның орнына, әрбір ген кодтаушы экзондардан және аралас кодтамайтын интрондардан тұрады. Реттеуші тізбектер әдетте геннің жоғары және төмен жағындағы кодталмайтын аймақтарда кездеседі. Құрылымдық гендік мРНҚ-ны трансляцияға дейін интрондық тізбектерді жою үшін тігілуі (сплайсинг) керек. Бұл өз кезегінде эукариоттық құбылысқа, яғни альтернативті тігілуге (сплайсингке) мүмкіндік береді, онда бір құрылымдық геннен алынған бір мРНҚ экзондардың құрамына байланысты бірнеше түрлі ақуыздарды өндіре алады. Бұл процесс күрделі болғанымен, шамамен адам гендерінің 94%-ға дейін қандай да бір жолмен тігіледі деп есептеледі. Сонымен қатар, әртүрлі тіндерде әртүрлі тігілу үлгілері кездеседі. Эукариоттардағы осы құрылымнан ерекшелігі – гистон ақуыздарына арналған гендер, оларда интрондар мүлдем жоқ. Сондай-ақ, құрылымдық гендердің rDNA кластерлері де ерекшеленеді, онда 28S, 5.8S және 18S тізбектері іргелес орналасқан, қысқа ішкі транскрипцияланған аралықтармен бөлінген. Сонымен қатар, 45S rDNA геномның бес түрлі жерінде кездеседі, бірақ іргелес қайталанатын тізбектерге топтасқан. Эубактерияларда бұл гендер оперонға ұйымдастырылған. Алайда, архебактерияларда бұл гендер іргелес емес және байланыссыз болып табылады.

Адам ауруларындағы рөлі

Аурудың генетикалық негізін анықтау, оның әсерін және таралуын түсінудің маңызды бөлігі болуы мүмкін. Құрылымдық гендердің орналасуы мен мазмұны вируленттіліктің эволюциясын анықтауға, сондай-ақ емдеу үшін қажетті ақпаратты ұсынуға мүмкіндік береді. Сондай-ақ, вируленттіліктің пайда болуы немесе жоғалуына жауапты құрылымдық ген тізбектеріндегі нақты өзгерістерді түсіну, аурулардың иелеріне қалай әсер ететінін түсінуге көмектеседі. Мысалы, Yersinia pestis (бубондық оба) плазмидаларда бірнеше вируленттілік және қабынумен байланысты құрылымдық гендерді тасымалдайды деп анықталды. Сол сияқты, тетанусқа себепші геннің де плазмидада бар екені анықталды. Дифтерия бактериядан туындайды, бірақ тек бактерия токсиннің құрылымдық гендерін тасымалдайтын бактериофагпен жұққаннан кейін. Герпес симплекс вирусында вируленттілікке жауапты ген тізбегі геномның екі орнында табылды, бірақ вирустық ген өнімін тек бір орны ғана шығарады. Бұл штамдардың мутация арқылы вируленттілігін жоғалтса, оны қайта қалпына келтіру механизмі ретінде қызмет етеді деп болжанды. Вируленттіліктің артуы немесе жоғалтуына жауапты құрылымдық гендердегі нақты өзгерістерді түсіну, нақты емдеуді жасаудың және токсиндердің мүмкін емдік қолданысын зерттеудің қажетті қадамы болып табылады. Жалпы алғанда, құрылымдық гендер функционалды шектеулерге байланысты жақсы сақталады, сондықтан олар бір-бірінен ерекшеленетін таксондарды зерттеуде пайдалы болуы мүмкін. Алғашқы талдаулар мРНҚ-ға гибридтеу арқылы құрылымдық гендерді байытты. Жақындағы филогенетикалық тәсілдер белгілі функциясы бар және әртүрлі деңгейде сақталған құрылымдық гендерге бағытталды. рРНҚ тізбектері жиі нысана болып табылады, өйткені олар барлық түрлерде сақталады. Микробиология түрлер деңгейіндегі айырмашылықтарды анықтау үшін 16S генін арнайы мақсат етіп қойды. Жоғары сатыдағы таксондарда COI қазір "өмірдің штрих-коды" деп есептеледі және көптеген биологиялық идентификациялар үшін қолданылады.

Талқылау

Гендерді құрылымдық немесе реттеуші деп кеңінен жіктеуге қарамастан, бұл санаттар абсолютті бөлініс емес. Жақындағы генетикалық жаңалықтар реттеуші және құрылымдық гендер арасындағы шекараны күмәндандырады. Реттеуші және құрылымдық гендер арасындағы айырмашылық 1959 жылғы Lac оперонының ақуыздық экспрессиясы жөніндегі алғашқы жұмыстарға байланысты туындады. Дегенмен, гендік реттеудің үнемі жаңарып отыруы күрделілікті арттырады. Құрылымдық гендердің экспрессиясы эпигенетика (мысалы, метилдену), РНКi және тағы да басқа факторлар арқылы реттеледі. Реттеуші және құрылымдық гендер эпигенетикалық тұрғыдан бірдей реттелуі мүмкін, сондықтан барлық реттеу «реттеуші гендер» арқылы кодталмайды. Алайда, осы ақуыздар өз шаперондарымен бірге ақуыздардың мембраналар арқылы қозғалысына көмектеседі және иммундық жауаптарға (Hsp60 қараңыз) және апоптоз жолына (Hsp70 қараңыз) қатысқандығы анықталды. Соңғы кезде микроРНК-лардың рибосомалық РНК (рРНК) гендерінің ішкі транскрипцияланған аралықтарынан түзілетіні анықталды. Осылайша, құрылымдық геннің ішкі компоненті, шындығында, реттеуші болып табылады. МикроРНК-лардың байланысу орындары гендердің кодтау тізбектерінде де табылды. Көбінесе интерференциялық РНК 3’UTR-ге бағытталған, бірақ белоктың өзінің тізбегінде байланысу орындарының болуы осы белоктардың транскрипттеріне жасуша ішіндегі микроРНК-ларды тиімді реттеуге мүмкіндік береді. Бұл өзара әрекеттесу экспрессияға әсер ететіні көрсетілді, демек құрылымдық генде реттеуші компонент бар.