Однажды знаменитого альпиниста Джорджа Маллори спросили, почему ему хотелось взобраться на Эверест. Он ответил: «Потому что Эверест существует». По-видимому, по такому же принципу в природе происходит выбор точек, которые контролируют биологические процессы. Поскольку регуляция генной экспрессии на уровне сплайсинга наблюдается так часто, возникает соблазн предположить, что у эукариот вся регуляция осуществляется на уровне сращивания ядерных транскриптов. Однако экспрессия многих генов, в частности тех, которые кодируют белки, характерные для клеток с терминальной дифференцировкой, регулируется на уровне транскрипции. Прекрасной иллюстрацией этого служит синтез овальбумина, индуцируемый в яичниках эстрогеном. Руп и др. (Roop et al.), используя меченную изотопами клонированную овальбуминовую ДНК в качестве пробы на транскрипты овальбуминовых генов в ядрах клеток яичников, обнаружили в ткани, стимулированной эстрогеном, примерно по 3000 транскриптов на ядро, а в тканях цыплят, не получивших гормона, - менее 2 на ядро. В подобных легко поддающихся изучению случаях участвуют гены, продуцирующие в ответ на индуцирующий сигнал очень большие количества какого-либо специализированного продукта. Вполне возможно, однако, что экспрессия генов, ответственных за важнейшие решения в процессе развития, также регулируется на уровне транскрипции. На такую мысль наводит поведение при транскрипции пуф - областей в политенных хромосомах, в которых дифференцировка явно связана с дифференциальным характером транскрипции. На это указывают также сроки проявления активности генов, играющих важную роль в развитии. Цитоплазма неоплодотворенных яиц содержит очень разнообразные мРНК, а между тем преобладающее большинство мутаций, наблюдаемых в экспериментах, подобных описанным в гл. 10, проявляются у зародыша, а не передаются по материнскому типу. Очевидно, что активность соответствующих генов приходится на эмбриональный период.
В регуляции генной экспрессии, по-видимому, участвуют локальные регуляторные элементы, либо примыкающие к отдельным генам, либо находящиеся в них самих. Транскрипционные единицы содержат не только кодирующие последовательности и интроны, но также некодирующие последовательности, примыкающие к генам на 5'- и 3'-концах. Существование регуляции на уровне и транскрипции, и процессинга свидетельствует о том, что локальные регуляторные элементы включены в транскрипционные единицы. Некоторые из первичных локальных регуляторных элементов представлены сайтами, которые должны распознавать поступающие извне регуляторные сигналы, специфически индуцирующие или репрессирующие транскрипцию данного гена. В их число входят также: сайт для связывания РНК-полимеразы, сайт, инициирующий транскрипцию; сайт, определяющий окончание транскрипции; сайты, определяющие процессинг; сайты, в которых происходит разрезание и сращивание при процессинге, и сайты внутри самой мРНК, обеспечивающие ее присоединение к рибосоме и начало трансляции.
Существование функционального локального контролирующего элемента, примыкающего к гену, показали генетическими методами Човник (Chovnick) и его сотрудники для локуса rosy у дрозофилы. Локус rosy был первоначально определен как локус, в котором возникает рецессивная мутация, обусловливающая коричневатый цвет глаз. Эта мутантная окраска вызвана недостатком дрозоптерина - пигмента, обусловливающего красный цвет глаз; недостаток пигмента создается отсутствием фермента ксантиндегидрогеназы. Мутации в локусе rosy вызывают структурные изменения белка ксантиндегидрогеназы. Човник и его сотрудники определили протяженность гена ксантиндегидрогеназы, составив карту внутригенных рекомбинаций очень большого числа мутаций в локусе rosy. Существуют также генные изменения, оказывающие влияние на уровень экспрессии этого гена. Одно из них было нанесено на карту как предположительный прилегающий регуляторный элемент, активный в цис-положении. Было установлено, что этот мутантный вариант продуцирует большее количество ксантиндегидрогеназы, чем обычно, и что продуцируемый белок отличается по электрофоретической подвижности. Как показал анализ внутригенных рекомбинантов, регуляторный сайт отделен от «электрофоретического» сайта, находящегося в самом структурном гене ксантиндегидрогеназы. На генетической карте регуляторный сайт лежит на расстоянии, соответствующем 3000 пар нуклеотидов, от одной из границ структурного гена, установленной генетическими методами. Хотя этот мутантный сайт, казалось бы, расположен очень далеко от структурного гена ксантиндегидрогеназы, возможно, что на самом деле сайт инициации транскрипции находится не так уже далеко от мутантного регуляторного сайта. Вполне возможно, что сайт инициации транскрипции по аналогии с ситуацией для генов белков хориона, схематически представленной на рис. 10-7, находится вблизи от регуляторного сайта и отделен от структурного гена, определенного генетическими методами, большим нитроном.
