Regulacja transkrypcji genów eukariotycznych · (de!nicja niedoskonała, trudno jednoznacznie...
Transcript of Regulacja transkrypcji genów eukariotycznych · (de!nicja niedoskonała, trudno jednoznacznie...
![Page 1: Regulacja transkrypcji genów eukariotycznych · (de!nicja niedoskonała, trudno jednoznacznie zde!niować gen) Molecular Biology of the Cell Forth Edition . Współczesne de!nicje](https://reader031.fdocument.pub/reader031/viewer/2022022807/5cde9ae188c993de448d1e65/html5/thumbnails/1.jpg)
Regulacja transkrypcji genów eukariotycznych
![Page 2: Regulacja transkrypcji genów eukariotycznych · (de!nicja niedoskonała, trudno jednoznacznie zde!niować gen) Molecular Biology of the Cell Forth Edition . Współczesne de!nicje](https://reader031.fdocument.pub/reader031/viewer/2022022807/5cde9ae188c993de448d1e65/html5/thumbnails/2.jpg)
De!nicja genu
Region DNA, który określa dziedziczoną cechę organizmu; zwykle koduje pojedyncze białko lub RNA. Zawiera całą funkcjonalną podjednostkę wraz z sekwencją kodującą, niekodującymi sekwencjami regulatorowymi DNA oraz z intronami. (de!nicja niedoskonała, trudno jednoznacznie zde!niować gen)
Molecular Biology of the Cell Forth Edition
![Page 3: Regulacja transkrypcji genów eukariotycznych · (de!nicja niedoskonała, trudno jednoznacznie zde!niować gen) Molecular Biology of the Cell Forth Edition . Współczesne de!nicje](https://reader031.fdocument.pub/reader031/viewer/2022022807/5cde9ae188c993de448d1e65/html5/thumbnails/3.jpg)
Współczesne de!nicje odnoszą się do produktu, jakim jest transkrypt, i nie biorą pod uwagę białka
• Jak zawsze w biologii, istnieją wyjątki. Oto lista genów, które nie pasują do ‘de!nicji odnoszącej się do transkryptu’.
Geny kodujący rybosomowe RNA ( 18S; 5,8 S, 28S ) jest transkrybowany w postaci pre-rRNA 45S, następnie zachodzi rozcinanie cząsteczki RNA na fragmenty odpowiadające poszczególnym rodzajom rRNA. Czy jest więc sens w tej sytuacji odnosić się do ko-transkrybowanych genów, jako do ‘pojedynczego genu’? Zamiast tego, ‘genami’ możemy nazwać odcinki DNA odpowiadające pojedynczym jednostkom funkcjonalnym
• Trans-splicing: Istnieją geny ‘ w kawałkach’. Transkrypt pochodzący z jednego fragmentu jest łączony z transkryptem z innego fragmentu, aby mógł powstać funkcjonalny RNA.
• Geny nakładające się: Niektóre ‘geny’ nakładają się. Oznacza to, że pojedynczy fragment DNA może być częścią dwóch lub nawet trzech genów.
• Redagowanie RNA: Niekiedy pierwotny transkrypt ulega intensywnemu redagowaniu zanim stanie się transkryptem funkcjonalnym. W najbardziej skrajnych przypadkach dochodzi do wstawiania lub usuwania nukleotydów. Oznacza to, że zawartość informacyjna ‘genu’ jest niepełna dla zapewnienia jego funkcjonalności i musi być uzupełniona z udziałem innych ‘genów’
![Page 4: Regulacja transkrypcji genów eukariotycznych · (de!nicja niedoskonała, trudno jednoznacznie zde!niować gen) Molecular Biology of the Cell Forth Edition . Współczesne de!nicje](https://reader031.fdocument.pub/reader031/viewer/2022022807/5cde9ae188c993de448d1e65/html5/thumbnails/4.jpg)
Klasyczne wyobrażenie genu – fragment DNA, który koduje funkcjonalny mRNA
Wszystkie transkrypty mRNA mają niekodujące fragmenty 5’ i 3’ końcowe
![Page 5: Regulacja transkrypcji genów eukariotycznych · (de!nicja niedoskonała, trudno jednoznacznie zde!niować gen) Molecular Biology of the Cell Forth Edition . Współczesne de!nicje](https://reader031.fdocument.pub/reader031/viewer/2022022807/5cde9ae188c993de448d1e65/html5/thumbnails/5.jpg)
Etapy ekspresji/poziomy regulacji
• struktura chromatyny
• transkrypcja
• obróbka i kontrola jakości RNA
• transport RNA
• degradacja RNA
• translacja
• mody!kacje post-translacyjne
• degradacja białka
![Page 6: Regulacja transkrypcji genów eukariotycznych · (de!nicja niedoskonała, trudno jednoznacznie zde!niować gen) Molecular Biology of the Cell Forth Edition . Współczesne de!nicje](https://reader031.fdocument.pub/reader031/viewer/2022022807/5cde9ae188c993de448d1e65/html5/thumbnails/6.jpg)
Transkrypcja
• Przetwarzanie informacji z zapisanej w DNA na zapisaną w RNA
• Katalizowana przez zależne od DNA RNA-polimerazy
• Podlega ścisłej regulacji
![Page 7: Regulacja transkrypcji genów eukariotycznych · (de!nicja niedoskonała, trudno jednoznacznie zde!niować gen) Molecular Biology of the Cell Forth Edition . Współczesne de!nicje](https://reader031.fdocument.pub/reader031/viewer/2022022807/5cde9ae188c993de448d1e65/html5/thumbnails/7.jpg)
Regulacja transkrypcji
• Regulacja z reguły na poziomie inicjacji transkrypcji
• Czynniki cis – sekwencje regulatorowe w obrębie promotorów i enhancerów (wzmacniaczy)
• Czynniki trans – białka wiążące się z sekwencjami regulatorowymi (elementami cis)
![Page 8: Regulacja transkrypcji genów eukariotycznych · (de!nicja niedoskonała, trudno jednoznacznie zde!niować gen) Molecular Biology of the Cell Forth Edition . Współczesne de!nicje](https://reader031.fdocument.pub/reader031/viewer/2022022807/5cde9ae188c993de448d1e65/html5/thumbnails/8.jpg)
Czynniki cis
Hartwell, Hood, Goldberg, Reynolds, Silver, Veres. Genetics. From Genes to Genomes. Copyright © e McGraw-Hill Companies, Inc.
• Enhancery stymulują transkrypcję, silencery hamują transkrypcję . • Jedne i drugie działają niezależnie od orientacji, tj odwrócenie ich sekwencji nie wpływa na efekt. • Jedne i drugie działają niezależnie od miejsca położenia w genomie.
– Mogą działać na odległość w stosunku do promotora – Enhancery wykrywa się nieomal wszędzie
• Jedne i drugie stanowią miejsce wiązania dla specy!cznych czynników transkrypcyjnych.
![Page 9: Regulacja transkrypcji genów eukariotycznych · (de!nicja niedoskonała, trudno jednoznacznie zde!niować gen) Molecular Biology of the Cell Forth Edition . Współczesne de!nicje](https://reader031.fdocument.pub/reader031/viewer/2022022807/5cde9ae188c993de448d1e65/html5/thumbnails/9.jpg)
Czynniki trans
Hartwell, Hood, Goldberg, Reynolds, Silver, Veres. Genetics. From Genes to Genomes. Copyright © e McGraw-Hill Companies, Inc.
![Page 10: Regulacja transkrypcji genów eukariotycznych · (de!nicja niedoskonała, trudno jednoznacznie zde!niować gen) Molecular Biology of the Cell Forth Edition . Współczesne de!nicje](https://reader031.fdocument.pub/reader031/viewer/2022022807/5cde9ae188c993de448d1e65/html5/thumbnails/10.jpg)
3 (+1) główne polimerazy RNA Eukaryota
• Polimeraza mitochondrialna
polimeraza produkty wrażliwość na α-amanitynę
Polimeraza I geny rRNA (18S; 28S; 5,8S)
nie wrażliwa
Polimeraza II hn/mRNA, większość snRNA (U1, U2, U4, U5), miRNA
bardzo wrażliwa
Polimeraza III małe RNA: tRNA, snoRNA, 5S rRNA, U6 snRNA
umiarkowanie wrażliwa
![Page 11: Regulacja transkrypcji genów eukariotycznych · (de!nicja niedoskonała, trudno jednoznacznie zde!niować gen) Molecular Biology of the Cell Forth Edition . Współczesne de!nicje](https://reader031.fdocument.pub/reader031/viewer/2022022807/5cde9ae188c993de448d1e65/html5/thumbnails/11.jpg)
CTD- C końcowa domena Pol II, o krytycznym znaczeniu dla transkrypcji
Skład podjednostkowy 3 głównych polimeraz RNA Eukaryota
Polimeraza RNA E.coli Eukariotyczne polimerazy RNA
Podjednostki typu β i β’
Podjednostki typu α
Podjednostki wspólne
Podjednostki specy!czne dla danej polimerazy
![Page 12: Regulacja transkrypcji genów eukariotycznych · (de!nicja niedoskonała, trudno jednoznacznie zde!niować gen) Molecular Biology of the Cell Forth Edition . Współczesne de!nicje](https://reader031.fdocument.pub/reader031/viewer/2022022807/5cde9ae188c993de448d1e65/html5/thumbnails/12.jpg)
Polimeraza II
Hartwell, Hood, Goldberg, Reynolds, Silver, Veres. Genetics. From Genes to Genomes. Copyright © e McGraw-Hill Companies, Inc.
Polimeraza II RNA rozplata nici DNA, syntetyzuje RNA i łączy ponownie obie nici DNA.
Samodzielnie nie jest w stanie rozpoznać promotora genu i zainicjować transkrypcji.
Do tego celu niezbędna jest obecność OGÓLNYCH CZYNNIKÓW TRANSKRYPCYJNYCH
• U prokariontów geny są ciągłe, tj. kolinearne z ich mRNA. • U wyższych eukariontów geny są nieciągłe, tj. niekolinearne z ich mRNA. • Części genu ulegające ekspresji noszą nazwę eksonów, zaś sekwencje przedzielające
eksony – intronów.
![Page 13: Regulacja transkrypcji genów eukariotycznych · (de!nicja niedoskonała, trudno jednoznacznie zde!niować gen) Molecular Biology of the Cell Forth Edition . Współczesne de!nicje](https://reader031.fdocument.pub/reader031/viewer/2022022807/5cde9ae188c993de448d1e65/html5/thumbnails/13.jpg)
Inicjacja transkrypcji
![Page 14: Regulacja transkrypcji genów eukariotycznych · (de!nicja niedoskonała, trudno jednoznacznie zde!niować gen) Molecular Biology of the Cell Forth Edition . Współczesne de!nicje](https://reader031.fdocument.pub/reader031/viewer/2022022807/5cde9ae188c993de448d1e65/html5/thumbnails/14.jpg)
Podstawowe elementy cis
• Promotor rdzeniowy – wiąże czynniki ogólne (podstawowe) kompleksu polimerazy II – element TATA (wiązanie TBP) – miejsce inicjacji
• Elementy promotora podstawowego – wiążą czynniki wspólne dla wielu różnych promotorów i zapewniające podstawowy poziom transkrypcji
– element CAAT –czynniki NF-1 i NF-Y – element GC – czynnik Sp1 – oktamer – czynnik Oct1
Inicjacja transkrypcji (czynniki cis DNA)
![Page 15: Regulacja transkrypcji genów eukariotycznych · (de!nicja niedoskonała, trudno jednoznacznie zde!niować gen) Molecular Biology of the Cell Forth Edition . Współczesne de!nicje](https://reader031.fdocument.pub/reader031/viewer/2022022807/5cde9ae188c993de448d1e65/html5/thumbnails/15.jpg)
Inicjacja transkrypcji (czynniki trans - białka)
• Ogólne czynniki transkrypcyjne (podstawowe) – wspólne dla wielu promotorów, wiązanie w proksymalnej części promotora
![Page 16: Regulacja transkrypcji genów eukariotycznych · (de!nicja niedoskonała, trudno jednoznacznie zde!niować gen) Molecular Biology of the Cell Forth Edition . Współczesne de!nicje](https://reader031.fdocument.pub/reader031/viewer/2022022807/5cde9ae188c993de448d1e65/html5/thumbnails/16.jpg)
TATA binding protein (TBP) w kompleksie z DNA w rejonie ‘TATA-box’ TBP- składnik ogólnego czynnika transkrypcyjnego TFIID
Molecular Biology of the Cell Forth Edition
Pierwszy etap inicjacji transkrypcji przyłączenie ogólnego czynnika transkrypcyjnego TFIID
![Page 17: Regulacja transkrypcji genów eukariotycznych · (de!nicja niedoskonała, trudno jednoznacznie zde!niować gen) Molecular Biology of the Cell Forth Edition . Współczesne de!nicje](https://reader031.fdocument.pub/reader031/viewer/2022022807/5cde9ae188c993de448d1e65/html5/thumbnails/17.jpg)
Sekwencyjny model składania Kompleksu Preinicjacyjnego (PIC – preinitiation complex)
Aktywność transkrypcyjna na poziomie podstawowym, jeszcze nie regulatorowym
-30" +1"TATA" Inr"
IIB"
RNA "polimeraza II"
TFIID"}"TBP" TAFs"
IIB"
IIE"Pol IIa"
or TBP"IIA"
IIF"
helicase"protein kinase"IIH"
TATA" Inr"IIA" Pol IIa"IIF"IIE"Kompleks preinicjacyjny"
TATA" Inr"IIA"IIB" Pol IIa"IIF"IIE"ATP - hydroliza"
Kompleks inicjacyjny, DNA na I nukl. stopiony"
IIH"
IIH" PIC
Aktywowany PIC
TFIIA, B, D,E, H, F – Ogólne Czynniki Transkrypcyjne (GTF)
Czynniki TAF – składowe TFIID (ang. TBP Associated Factors)
TATA – TATA box – sekwencja TATAAA rozpoznawana przez białko TBP
Inr – sekwencja inicjatorowa rozpoznawana przez białka TAF
CTD
Polimeryzacja pierwszych kilku nukleozydotrifosforanów i fosforylacja CTD prowadzą do uwolnienia promotora.
![Page 18: Regulacja transkrypcji genów eukariotycznych · (de!nicja niedoskonała, trudno jednoznacznie zde!niować gen) Molecular Biology of the Cell Forth Edition . Współczesne de!nicje](https://reader031.fdocument.pub/reader031/viewer/2022022807/5cde9ae188c993de448d1e65/html5/thumbnails/18.jpg)
Regulacja inicjacji transkrypcji
![Page 19: Regulacja transkrypcji genów eukariotycznych · (de!nicja niedoskonała, trudno jednoznacznie zde!niować gen) Molecular Biology of the Cell Forth Edition . Współczesne de!nicje](https://reader031.fdocument.pub/reader031/viewer/2022022807/5cde9ae188c993de448d1e65/html5/thumbnails/19.jpg)
Regulacja inicjacji transkrypcji Czynniki transkrypcyjne i koaktywatory
• Ogólne czynniki transkrypcyjne (podstawowe) – wspólne dla wielu promotorów, wiązanie w proksymalnej części promotora
• Specy!czne (tkankowo, w odpowiedzi na sygnały regulacyjne, w rozwoju), wiązanie w dystalnej części promotora i w enhancerach
![Page 20: Regulacja transkrypcji genów eukariotycznych · (de!nicja niedoskonała, trudno jednoznacznie zde!niować gen) Molecular Biology of the Cell Forth Edition . Współczesne de!nicje](https://reader031.fdocument.pub/reader031/viewer/2022022807/5cde9ae188c993de448d1e65/html5/thumbnails/20.jpg)
Specy!czne elementy cis promotorów i enhancerów
• Moduły odpowiedzi na sygnał – np. moduł CRE – odpowiedź na cAMP (czynnik transkrypcyjny CREB)
• Moduły specy!czne dla komórek i tkanek – np. moduł mioblastowy rozpoznawany przez czynnik MyoD; moduł
limfoblastoidalny – czynnik NF-κB • Moduły rozwojowe
– np. moduły Bicoid i Antennapedia D. melanogaster
![Page 21: Regulacja transkrypcji genów eukariotycznych · (de!nicja niedoskonała, trudno jednoznacznie zde!niować gen) Molecular Biology of the Cell Forth Edition . Współczesne de!nicje](https://reader031.fdocument.pub/reader031/viewer/2022022807/5cde9ae188c993de448d1e65/html5/thumbnails/21.jpg)
Regulacja kombinatoryczna • W sekwencjach regulatorowych występują różne kombinacje elementów
cis wiążących różne czynniki trans, co daje bardzo wiele możliwości regulacji przy udziale stosunkowo niewielkiej liczby regulatorów – kombinatoryka
Promotor ludzkiego genu insuliny
![Page 22: Regulacja transkrypcji genów eukariotycznych · (de!nicja niedoskonała, trudno jednoznacznie zde!niować gen) Molecular Biology of the Cell Forth Edition . Współczesne de!nicje](https://reader031.fdocument.pub/reader031/viewer/2022022807/5cde9ae188c993de448d1e65/html5/thumbnails/22.jpg)
Alternatywny start transkrypcji
• Wiele genów wyższych eukariontów posiada wiele alternatywnych miejsc startu transkrypcji (promotorów), specy!cznych tkankowo
• Dzięki temu z jednego powstają różne transkrypty i białka w różnych komórkach i tkankach
Gen dystrofiny człowieka
móżdżek mięśnie siatkówka kom. Schwanna pozostałe tkanki
kora
![Page 23: Regulacja transkrypcji genów eukariotycznych · (de!nicja niedoskonała, trudno jednoznacznie zde!niować gen) Molecular Biology of the Cell Forth Edition . Współczesne de!nicje](https://reader031.fdocument.pub/reader031/viewer/2022022807/5cde9ae188c993de448d1e65/html5/thumbnails/23.jpg)
Specy!czne czynniki transkrypcyjne
![Page 24: Regulacja transkrypcji genów eukariotycznych · (de!nicja niedoskonała, trudno jednoznacznie zde!niować gen) Molecular Biology of the Cell Forth Edition . Współczesne de!nicje](https://reader031.fdocument.pub/reader031/viewer/2022022807/5cde9ae188c993de448d1e65/html5/thumbnails/24.jpg)
Struktura domenowa aktywatorów transkrypcji
domena wiążąca DNA
domena odpowiedzialna za dimeryzację
domena aktywująca
domena regulatorowa
Hartwell, Hood, Goldberg, Reynolds, Silver, Veres. Genetics. From Genes to Genomes. Copyright © e McGraw-Hill Companies, Inc.
![Page 25: Regulacja transkrypcji genów eukariotycznych · (de!nicja niedoskonała, trudno jednoznacznie zde!niować gen) Molecular Biology of the Cell Forth Edition . Współczesne de!nicje](https://reader031.fdocument.pub/reader031/viewer/2022022807/5cde9ae188c993de448d1e65/html5/thumbnails/25.jpg)
Domeny wiążące DNA
• Palce cynkowe • Helisa-skręt-helisa (H-T-H) – np. homeodomena, domena
HMG, domena PAU • Helisa-pętla-helisa (H-L-H) • i wiele innych
![Page 26: Regulacja transkrypcji genów eukariotycznych · (de!nicja niedoskonała, trudno jednoznacznie zde!niować gen) Molecular Biology of the Cell Forth Edition . Współczesne de!nicje](https://reader031.fdocument.pub/reader031/viewer/2022022807/5cde9ae188c993de448d1e65/html5/thumbnails/26.jpg)
Domeny wiążące DNA
Homeodomena zawiera domenę HTH (helisa-skręt-helisa)
Palec cynkowy
atlasgeneticsoncology.org/Deep/Images/TFfig2.jpg
Czynnik transkrypcyjny SP1
![Page 27: Regulacja transkrypcji genów eukariotycznych · (de!nicja niedoskonała, trudno jednoznacznie zde!niować gen) Molecular Biology of the Cell Forth Edition . Współczesne de!nicje](https://reader031.fdocument.pub/reader031/viewer/2022022807/5cde9ae188c993de448d1e65/html5/thumbnails/27.jpg)
Dimeryzacja czynników transkrypcyjnych
Suwak leucynowy • protoonkogeny rodziny c-Fos i c-Jun • rodzina CREB – (cAMP response element binding protein)
![Page 28: Regulacja transkrypcji genów eukariotycznych · (de!nicja niedoskonała, trudno jednoznacznie zde!niować gen) Molecular Biology of the Cell Forth Edition . Współczesne de!nicje](https://reader031.fdocument.pub/reader031/viewer/2022022807/5cde9ae188c993de448d1e65/html5/thumbnails/28.jpg)
Represory
Hartwell, Hood, Goldberg, Reynolds, Silver, Veres. Genetics. From Genes to Genomes. Copyright © e McGraw-Hill Companies, Inc.
![Page 29: Regulacja transkrypcji genów eukariotycznych · (de!nicja niedoskonała, trudno jednoznacznie zde!niować gen) Molecular Biology of the Cell Forth Edition . Współczesne de!nicje](https://reader031.fdocument.pub/reader031/viewer/2022022807/5cde9ae188c993de448d1e65/html5/thumbnails/29.jpg)
Regulacja inicjacji transkrypcji Czynniki transkrypcyjne i koaktywatory
• Ogólne czynniki transkrypcyjne (podstawowe) – wspólne dla wielu promotorów, wiązanie w proksymalnej części promotora
• Specy!czne (tkankowo, w odpowiedzi na sygnały regulacyjne, w rozwoju), wiązanie w dystalnej części promotora i w enhancerach
• Koaktywatory –uczestniczą w aktywacji transkrypcji, ale nie wiążą się z DNA. Działają przez oddziaływania z białkami kompleksu transkrypcyjnego – Kompleks mediatora jest ogólnym koaktywatorem polimerazy II
![Page 30: Regulacja transkrypcji genów eukariotycznych · (de!nicja niedoskonała, trudno jednoznacznie zde!niować gen) Molecular Biology of the Cell Forth Edition . Współczesne de!nicje](https://reader031.fdocument.pub/reader031/viewer/2022022807/5cde9ae188c993de448d1e65/html5/thumbnails/30.jpg)
Mediator – kompleks białkowy
Kornberg R D PNAS 2007;104:12955-12961
©2007 by National Academy of Sciences
![Page 31: Regulacja transkrypcji genów eukariotycznych · (de!nicja niedoskonała, trudno jednoznacznie zde!niować gen) Molecular Biology of the Cell Forth Edition . Współczesne de!nicje](https://reader031.fdocument.pub/reader031/viewer/2022022807/5cde9ae188c993de448d1e65/html5/thumbnails/31.jpg)
Polimeraza II RNA wraz z Mediatorem
Kornberg R D PNAS 2007;104:12955-12961
©2007 by National Academy of Sciences
• niezbędny do regulowanej transkrypcji
• absolutnie wymagany do transkrypcji większości genów eukariotycznych
• oddziałuje bezpośrednio z aktywatorami transkrypcji i polimerazą II RNA
• ważny zarówno dla pozytywnej jak i negatywnej regulacji transkrypcji
![Page 32: Regulacja transkrypcji genów eukariotycznych · (de!nicja niedoskonała, trudno jednoznacznie zde!niować gen) Molecular Biology of the Cell Forth Edition . Współczesne de!nicje](https://reader031.fdocument.pub/reader031/viewer/2022022807/5cde9ae188c993de448d1e65/html5/thumbnails/32.jpg)
Molecular Biology of the Cell Forth Edition
Elongacja transkrypcji genów eukariotycznych jest ściśle związana z obróbką RNA
![Page 33: Regulacja transkrypcji genów eukariotycznych · (de!nicja niedoskonała, trudno jednoznacznie zde!niować gen) Molecular Biology of the Cell Forth Edition . Współczesne de!nicje](https://reader031.fdocument.pub/reader031/viewer/2022022807/5cde9ae188c993de448d1e65/html5/thumbnails/33.jpg)
Saunders et al. Nature Reviews Molecular Cell Biology 7, 557–567 (August 2006) | doi:10.1038/nrm1981
Domena CTD polimerazy II RNA koordynuje wydarzenia transkrypcyjne
Domena CTD zawiera powtarzającą się sekwencję aminokwasową (YSPTSPS)
Hyperfosforylacja domeny CTD determinuje nowy zestaw regulatorów przyłączających się do pol II i zaznacza przejście od inicjacji do elongacji transkrypcji.
Zatrzymanie w pobliżu promotora i uwolnienie promotora; przejście do fazy produktywnej transkrypcji – jest zależne od fosforylacji CTD
![Page 34: Regulacja transkrypcji genów eukariotycznych · (de!nicja niedoskonała, trudno jednoznacznie zde!niować gen) Molecular Biology of the Cell Forth Edition . Współczesne de!nicje](https://reader031.fdocument.pub/reader031/viewer/2022022807/5cde9ae188c993de448d1e65/html5/thumbnails/34.jpg)
Terminacja i poliadenylacja
CPSF- kompleks białkowy, czynnik specy!czności cięcia i poliadenylacji
![Page 35: Regulacja transkrypcji genów eukariotycznych · (de!nicja niedoskonała, trudno jednoznacznie zde!niować gen) Molecular Biology of the Cell Forth Edition . Współczesne de!nicje](https://reader031.fdocument.pub/reader031/viewer/2022022807/5cde9ae188c993de448d1e65/html5/thumbnails/35.jpg)
Terminacja i poliadenylacja
CstF – czynniki stymulacji cięcia
![Page 36: Regulacja transkrypcji genów eukariotycznych · (de!nicja niedoskonała, trudno jednoznacznie zde!niować gen) Molecular Biology of the Cell Forth Edition . Współczesne de!nicje](https://reader031.fdocument.pub/reader031/viewer/2022022807/5cde9ae188c993de448d1e65/html5/thumbnails/36.jpg)
Poliadenylacja
• Kontroluje (zwiększa) stabilność mRNA • Dotyczy większości mRNA, wyjątkiem są mRNA kodujące histony
![Page 37: Regulacja transkrypcji genów eukariotycznych · (de!nicja niedoskonała, trudno jednoznacznie zde!niować gen) Molecular Biology of the Cell Forth Edition . Współczesne de!nicje](https://reader031.fdocument.pub/reader031/viewer/2022022807/5cde9ae188c993de448d1e65/html5/thumbnails/37.jpg)
Chromatyna - podstawowy element regulacji
transkrypcji genów eukariotycznych
http://www.accessexcellence.org/AB/GG/nucleosome.html
![Page 38: Regulacja transkrypcji genów eukariotycznych · (de!nicja niedoskonała, trudno jednoznacznie zde!niować gen) Molecular Biology of the Cell Forth Edition . Współczesne de!nicje](https://reader031.fdocument.pub/reader031/viewer/2022022807/5cde9ae188c993de448d1e65/html5/thumbnails/38.jpg)
http://www.us.elsevierhealth.com/SIMON/Pollard/favorite!gs/W_Earnshaw_favorite_!gures.html
Kolejne stopnie kondensacji chromatyny
![Page 39: Regulacja transkrypcji genów eukariotycznych · (de!nicja niedoskonała, trudno jednoznacznie zde!niować gen) Molecular Biology of the Cell Forth Edition . Współczesne de!nicje](https://reader031.fdocument.pub/reader031/viewer/2022022807/5cde9ae188c993de448d1e65/html5/thumbnails/39.jpg)
Heterochromatyna
konstytutywna – jest obecna stale w komórce, DNA wchodzący w jej skład nie zawiera genów, dzięki czemu zachowuje zwartą strukturę (obszary centromerów i telomerów)
fakultatywna – ta forma chromatyny pojawia się w jądrze okresowo i tylko w niektórych komórkach, prawdopodobnie zawiera geny nieaktywne w czasie niektórych faz cyklu komórkowego,
W mitozie cały DNA występuje jako heterochromatyna
Euchromatyna – to luźno upakowana forma chromatyny, zawierająca geny aktywne transkrypcyjnie
Dwa podstawowe stany chromatyny
![Page 40: Regulacja transkrypcji genów eukariotycznych · (de!nicja niedoskonała, trudno jednoznacznie zde!niować gen) Molecular Biology of the Cell Forth Edition . Współczesne de!nicje](https://reader031.fdocument.pub/reader031/viewer/2022022807/5cde9ae188c993de448d1e65/html5/thumbnails/40.jpg)
Domeny funkcjonalne i izolatory
• Izolatory oddzielają domeny funkcjonalne w chromatynie
• Białka wiążące się z izolatorami uniemożliwiają interferencję regulatorów z sąsiedniej domeny (innych genów)
Izolator
Izolator
![Page 41: Regulacja transkrypcji genów eukariotycznych · (de!nicja niedoskonała, trudno jednoznacznie zde!niować gen) Molecular Biology of the Cell Forth Edition . Współczesne de!nicje](https://reader031.fdocument.pub/reader031/viewer/2022022807/5cde9ae188c993de448d1e65/html5/thumbnails/41.jpg)
Obszary kontrolujące loci
• LCR (locus control regions) – utrzymują domeny funkcjonalne otwarte, czyli aktywne transkrypcyjnie
![Page 42: Regulacja transkrypcji genów eukariotycznych · (de!nicja niedoskonała, trudno jednoznacznie zde!niować gen) Molecular Biology of the Cell Forth Edition . Współczesne de!nicje](https://reader031.fdocument.pub/reader031/viewer/2022022807/5cde9ae188c993de448d1e65/html5/thumbnails/42.jpg)
Chromatyna – preparaty mikroskopowe
• http://cellbio.utmb.edu/cellbio/nucleus2.htm
![Page 43: Regulacja transkrypcji genów eukariotycznych · (de!nicja niedoskonała, trudno jednoznacznie zde!niować gen) Molecular Biology of the Cell Forth Edition . Współczesne de!nicje](https://reader031.fdocument.pub/reader031/viewer/2022022807/5cde9ae188c993de448d1e65/html5/thumbnails/43.jpg)
Struktura chromatyny
DNA + związane białka 1. Histony (małe, zasadowe) 2. Niehistonowe białka regulatorowe
We wszystkich stanach chromatyny białka są związane z DNA, a różnice strukturalne wynikają z różnego stopnia upakowania
![Page 44: Regulacja transkrypcji genów eukariotycznych · (de!nicja niedoskonała, trudno jednoznacznie zde!niować gen) Molecular Biology of the Cell Forth Edition . Współczesne de!nicje](https://reader031.fdocument.pub/reader031/viewer/2022022807/5cde9ae188c993de448d1e65/html5/thumbnails/44.jpg)
PODSTAWOWE BIAŁKA BUDUJĄCE CHROMATYNĘ TO HISTONY najbardziej konserwowane ewolucyjnie białka u Eucariota
Histony H3 i H4 : bogate w argininy, najbardziej konserwowane ewolucyjnie sekwencje białkowe
Histony H2A i H2B : wzbogacone w lizyny, sekwencje konserwowane ewolucyjnie
Histon H1 : bardzo bogaty w lizyny, sekwencja białkowa słabo konserwowana ewolucyjnie, związany z nukleosomem poza jego rdzeniem
![Page 45: Regulacja transkrypcji genów eukariotycznych · (de!nicja niedoskonała, trudno jednoznacznie zde!niować gen) Molecular Biology of the Cell Forth Edition . Współczesne de!nicje](https://reader031.fdocument.pub/reader031/viewer/2022022807/5cde9ae188c993de448d1e65/html5/thumbnails/45.jpg)
Struktura Krystaliczna Nukleosomu
Luger K, Mader AW, Richmond RK, Sargent DF, Richmond TJ. Nature 1997 Sep18;389(6648):251-60
![Page 46: Regulacja transkrypcji genów eukariotycznych · (de!nicja niedoskonała, trudno jednoznacznie zde!niować gen) Molecular Biology of the Cell Forth Edition . Współczesne de!nicje](https://reader031.fdocument.pub/reader031/viewer/2022022807/5cde9ae188c993de448d1e65/html5/thumbnails/46.jpg)
Nukleosom zbudowany jest z rdzenia białkowego, z około 147 bp DNA owiniętego wokół rdzenia oraz z 50 bp DNA łącznikowego
Rdzeń składa się z dwóch kopii każdego z histonów H2A, H2B, H3 i H4
Poza rdzeniem nukleosomu dołączony jest histon H1
DNA
histon H1
histon H2A
histon H2B
histon H3
histon H4
http://fermat-2.cer.jhu.edu/~as410610/lecture_pdf/What_is_the_organization_of_a_eukaryote_.PDF
![Page 47: Regulacja transkrypcji genów eukariotycznych · (de!nicja niedoskonała, trudno jednoznacznie zde!niować gen) Molecular Biology of the Cell Forth Edition . Współczesne de!nicje](https://reader031.fdocument.pub/reader031/viewer/2022022807/5cde9ae188c993de448d1e65/html5/thumbnails/47.jpg)
Kornberg R D PNAS 2007;104:12955-12961
©2007 by National Academy of Sciences
Proces transkrypcji genów eukariotycznych zachodzi w chromatynie.
![Page 48: Regulacja transkrypcji genów eukariotycznych · (de!nicja niedoskonała, trudno jednoznacznie zde!niować gen) Molecular Biology of the Cell Forth Edition . Współczesne de!nicje](https://reader031.fdocument.pub/reader031/viewer/2022022807/5cde9ae188c993de448d1e65/html5/thumbnails/48.jpg)
Regulacja dostępności chromatyny
Hartwell, Hood, Goldberg, Reynolds, Silver, Veres. Genetics. From Genes to Genomes. Copyright © e McGraw-Hill Companies, Inc.
![Page 49: Regulacja transkrypcji genów eukariotycznych · (de!nicja niedoskonała, trudno jednoznacznie zde!niować gen) Molecular Biology of the Cell Forth Edition . Współczesne de!nicje](https://reader031.fdocument.pub/reader031/viewer/2022022807/5cde9ae188c993de448d1e65/html5/thumbnails/49.jpg)
Mody!kacje struktury chromatyny wpływające na regulację procesu transkrypcji
Kowalencyjne mody!kacje histonów rdzeniowych
![Page 50: Regulacja transkrypcji genów eukariotycznych · (de!nicja niedoskonała, trudno jednoznacznie zde!niować gen) Molecular Biology of the Cell Forth Edition . Współczesne de!nicje](https://reader031.fdocument.pub/reader031/viewer/2022022807/5cde9ae188c993de448d1e65/html5/thumbnails/50.jpg)
Nukleosom
Zasadowe N- i C-końce histonowe wystają na zewnątrz nukleosomu, ponad DNA owinięty na oktamerze białkowym. Są miejscem wielu potranslacyjnych mody!kacji
Nature Reviews Molecular Cell Biology 4, 809-814 (October 2003) Timeline: Chromatin history: our view from the bridge Donald E. Olins1 & Ada L. Olins
![Page 51: Regulacja transkrypcji genów eukariotycznych · (de!nicja niedoskonała, trudno jednoznacznie zde!niować gen) Molecular Biology of the Cell Forth Edition . Współczesne de!nicje](https://reader031.fdocument.pub/reader031/viewer/2022022807/5cde9ae188c993de448d1e65/html5/thumbnails/51.jpg)
• Fosforylacja • Acetylacja • Metylacja • ADP-rybozylacja • Ubikwitynylacja • Sumoylacja
Mody!kacje histonów rdzeniowych
Nature Cell Biology Vol, 5 May, 2003
Current Opinion in Cell Biology 2003, 15:172–183
![Page 52: Regulacja transkrypcji genów eukariotycznych · (de!nicja niedoskonała, trudno jednoznacznie zde!niować gen) Molecular Biology of the Cell Forth Edition . Współczesne de!nicje](https://reader031.fdocument.pub/reader031/viewer/2022022807/5cde9ae188c993de448d1e65/html5/thumbnails/52.jpg)
S/T
P
S/T kinazy
fosfatazy
fosforylacja
K
Ac K acetylacja
Acetylotransferazy histonowe (HAT)
Deacetylazy histonowe (HDAC)
K/R K/R
Me
metylacja metylazy
demetylazy
Enzymy mody!kujące histony rdzeniowe zależnie od ich aktywności mogą być aktywatorami bądź represorami transkrypcji
![Page 53: Regulacja transkrypcji genów eukariotycznych · (de!nicja niedoskonała, trudno jednoznacznie zde!niować gen) Molecular Biology of the Cell Forth Edition . Współczesne de!nicje](https://reader031.fdocument.pub/reader031/viewer/2022022807/5cde9ae188c993de448d1e65/html5/thumbnails/53.jpg)
Po-translacyjne mody!kacje histonów
wg. B.Turner, Cell 2002
![Page 54: Regulacja transkrypcji genów eukariotycznych · (de!nicja niedoskonała, trudno jednoznacznie zde!niować gen) Molecular Biology of the Cell Forth Edition . Współczesne de!nicje](https://reader031.fdocument.pub/reader031/viewer/2022022807/5cde9ae188c993de448d1e65/html5/thumbnails/54.jpg)
Mechanizm działania mody!kacji potranslacyjnych białek histonowych
![Page 55: Regulacja transkrypcji genów eukariotycznych · (de!nicja niedoskonała, trudno jednoznacznie zde!niować gen) Molecular Biology of the Cell Forth Edition . Współczesne de!nicje](https://reader031.fdocument.pub/reader031/viewer/2022022807/5cde9ae188c993de448d1e65/html5/thumbnails/55.jpg)
Acetylacja histonów rdzeniowych rozluźnia strukturę chromatyny
acetylacja
deacetylacja
Chromatyna staje się dostępna dla czynników transkrypcyjnych i polimeraz
![Page 56: Regulacja transkrypcji genów eukariotycznych · (de!nicja niedoskonała, trudno jednoznacznie zde!niować gen) Molecular Biology of the Cell Forth Edition . Współczesne de!nicje](https://reader031.fdocument.pub/reader031/viewer/2022022807/5cde9ae188c993de448d1e65/html5/thumbnails/56.jpg)
Mody!kowane histony rekrutują specy!czne białka rozpoznających określone mody!kacje
Tony Kozaurides, Cell 128 (2007) 693-705
Mody!kowane histony hamują wiązanie białek z danym rejonem chromatyny
![Page 57: Regulacja transkrypcji genów eukariotycznych · (de!nicja niedoskonała, trudno jednoznacznie zde!niować gen) Molecular Biology of the Cell Forth Edition . Współczesne de!nicje](https://reader031.fdocument.pub/reader031/viewer/2022022807/5cde9ae188c993de448d1e65/html5/thumbnails/57.jpg)
Saunders et al. Nature Reviews Molecular Cell Biology 7, 557–567 (August 2006) | doi:10.1038/nrm1981
Typowy wzór modyfikacji histonowych na aktywnym transkrypcyjnie genie
![Page 58: Regulacja transkrypcji genów eukariotycznych · (de!nicja niedoskonała, trudno jednoznacznie zde!niować gen) Molecular Biology of the Cell Forth Edition . Współczesne de!nicje](https://reader031.fdocument.pub/reader031/viewer/2022022807/5cde9ae188c993de448d1e65/html5/thumbnails/58.jpg)
Mody!kacje struktury chromatyny wpływające na regulację procesu transkrypcji
Remodeling (przebudowywanie) struktury chromatyny
![Page 59: Regulacja transkrypcji genów eukariotycznych · (de!nicja niedoskonała, trudno jednoznacznie zde!niować gen) Molecular Biology of the Cell Forth Edition . Współczesne de!nicje](https://reader031.fdocument.pub/reader031/viewer/2022022807/5cde9ae188c993de448d1e65/html5/thumbnails/59.jpg)
Regulacja struktury nukleosomowej chromatyny przesuwanie nukleosomów - zwalnianie dostępu do miejsc wiązania czynników transkrypcyjnych
![Page 60: Regulacja transkrypcji genów eukariotycznych · (de!nicja niedoskonała, trudno jednoznacznie zde!niować gen) Molecular Biology of the Cell Forth Edition . Współczesne de!nicje](https://reader031.fdocument.pub/reader031/viewer/2022022807/5cde9ae188c993de448d1e65/html5/thumbnails/60.jpg)
Aktywność kompleksów przebudowujących chromatynę zależy od ATP, w wyniku ich działania zmienia się sposób oddziaływania pomiędzy histonami, a DNA.
Kompleksy remodelujące zaangażowane są zarówno w aktywację jak i represję transkrypcji (koaktywatory i korepresory transkrypcji)
![Page 61: Regulacja transkrypcji genów eukariotycznych · (de!nicja niedoskonała, trudno jednoznacznie zde!niować gen) Molecular Biology of the Cell Forth Edition . Współczesne de!nicje](https://reader031.fdocument.pub/reader031/viewer/2022022807/5cde9ae188c993de448d1e65/html5/thumbnails/61.jpg)
Kompleksy przebudowujące chromatynę zależne od ATP składają się z wielu białkowych podjednostek
Drożdżowy SWI/SNF
11 białek
potrzebny do ekspresji genów decydujących o typie koniugacyjnym drożdży (switching), oraz ekspresji genów regulujących metabolizm
sacharozy (sucrose non-fermenting) niektóre supresory mutacji swi/snf są mutacjami w genach kodujących histony aby aktywować transkrypcję regulowanych przez siebie genów kompleks SWI/SNF oddziałuje z chromatyną
kompleks jest ATPazą
![Page 62: Regulacja transkrypcji genów eukariotycznych · (de!nicja niedoskonała, trudno jednoznacznie zde!niować gen) Molecular Biology of the Cell Forth Edition . Współczesne de!nicje](https://reader031.fdocument.pub/reader031/viewer/2022022807/5cde9ae188c993de448d1e65/html5/thumbnails/62.jpg)
SWI/SNF – wielo-podjednostkowy kompleks remodelujący chromatynę
![Page 63: Regulacja transkrypcji genów eukariotycznych · (de!nicja niedoskonała, trudno jednoznacznie zde!niować gen) Molecular Biology of the Cell Forth Edition . Współczesne de!nicje](https://reader031.fdocument.pub/reader031/viewer/2022022807/5cde9ae188c993de448d1e65/html5/thumbnails/63.jpg)
ATP - zależna przebudowa chromatyny
Chromatin remodeling: insights and intrigue from single-molecule studies Bradley R Cairns Nature Structural and Molecular Biology 14: 989-996, 2007
Ślizganie lub przesunięcie oktameru histonowego w nowe miejsce, odsłonięcie DNA
Usunięcie oktameru histonowego z obszaru DNA
![Page 64: Regulacja transkrypcji genów eukariotycznych · (de!nicja niedoskonała, trudno jednoznacznie zde!niować gen) Molecular Biology of the Cell Forth Edition . Współczesne de!nicje](https://reader031.fdocument.pub/reader031/viewer/2022022807/5cde9ae188c993de448d1e65/html5/thumbnails/64.jpg)
Chromatin remodeling: insights and intrigue from single-molecule studies Bradley R Cairns Nature Structural and Molecular Biology 14: 989-996, 2007
Usunięcie dimerów H2A-H2B, pozostawienie jedynie centralnej części oktameru – tetrameru l H3-H4, odsłonięcie DNA i destabilizacja nukleosomu
ATP - zależna przebudowa chromatyny
Zastąpienie dimerów– wymiana dimeru H2A-H2B na dimer zawierający histon H2B i wariant H2A.Z (Htz1 in S. cerevisiae)
![Page 65: Regulacja transkrypcji genów eukariotycznych · (de!nicja niedoskonała, trudno jednoznacznie zde!niować gen) Molecular Biology of the Cell Forth Edition . Współczesne de!nicje](https://reader031.fdocument.pub/reader031/viewer/2022022807/5cde9ae188c993de448d1e65/html5/thumbnails/65.jpg)
Metylacja DNA wpływa na strukturę chromatyny i reguluje proces transkrypcji genów eukariotycznych
![Page 66: Regulacja transkrypcji genów eukariotycznych · (de!nicja niedoskonała, trudno jednoznacznie zde!niować gen) Molecular Biology of the Cell Forth Edition . Współczesne de!nicje](https://reader031.fdocument.pub/reader031/viewer/2022022807/5cde9ae188c993de448d1e65/html5/thumbnails/66.jpg)
Mechanizm metylacji DNA
![Page 67: Regulacja transkrypcji genów eukariotycznych · (de!nicja niedoskonała, trudno jednoznacznie zde!niować gen) Molecular Biology of the Cell Forth Edition . Współczesne de!nicje](https://reader031.fdocument.pub/reader031/viewer/2022022807/5cde9ae188c993de448d1e65/html5/thumbnails/67.jpg)
Metylacja DNA przyłączenie grupy metylowej do cytozyny (u ssaków metylacji podlegają sekwencje CpG, do 10% cytozyn jest metylowanych u ssaków ) • powoduje zamknięcie danego obszaru chromatyny • może być podtrzymywana podczas podziałów komórkowych • może powstawać de novo
metylacja DNA a struktura chromatyny podtrzymywanie metylacji DNA
![Page 68: Regulacja transkrypcji genów eukariotycznych · (de!nicja niedoskonała, trudno jednoznacznie zde!niować gen) Molecular Biology of the Cell Forth Edition . Współczesne de!nicje](https://reader031.fdocument.pub/reader031/viewer/2022022807/5cde9ae188c993de448d1e65/html5/thumbnails/68.jpg)
Przykład ewolucyjnego efektu epimutacji (zmiany we wzorze metylacji DNA)
From Cubas et al 1999, Nature 401: 157-161
Lcyc kontroluje symetrię góra-dół kwiatu; u mutanta nieaktywny z powodu silnej, dziedziczonej metylacji
![Page 69: Regulacja transkrypcji genów eukariotycznych · (de!nicja niedoskonała, trudno jednoznacznie zde!niować gen) Molecular Biology of the Cell Forth Edition . Współczesne de!nicje](https://reader031.fdocument.pub/reader031/viewer/2022022807/5cde9ae188c993de448d1e65/html5/thumbnails/69.jpg)
Metylacja DNA odgrywa ważną rolę w regulacji ekspresji genów oraz w dziedziczeniu epigenetycznym
Epigenetyczna regulacja genów to zjawisko polegajace na dziedziczeniu zmian w ekspresji genów, które są niezależne od zmian w sekwencji DNA
Metylacja DNA jest znacznikiem epigenetycznym decydującym o prawidłowym zachodzeniu piętna genomowego (ang. genetic imprinting), znacznik ten powstaje w rozwijającym się oocycie i jest niezbędny do utrzymania mono-allelicznej ekspresji piętnowanego genu (np. gen Igf2 – koduje czynnik wzrostowy, wyłącznie allel od ojca jest aktywny) Proces ten jest niezbędny do właściwego rozwoju.
Metylacja DNA odgrywa podstawową rolę w inaktywacji chromosomu X. Dzięki inaktywacji jednego z chromosomów X, u samic tak jak i u samców aktywna jest tylko jedna kopia genów sprzężonych z płcią.
Metylacja DNA utrzymuje się podczas mitozy, u zwierząt w procesie mejozy jest usuwana
![Page 70: Regulacja transkrypcji genów eukariotycznych · (de!nicja niedoskonała, trudno jednoznacznie zde!niować gen) Molecular Biology of the Cell Forth Edition . Współczesne de!nicje](https://reader031.fdocument.pub/reader031/viewer/2022022807/5cde9ae188c993de448d1e65/html5/thumbnails/70.jpg)
http://www.epigenome.org/
![Page 71: Regulacja transkrypcji genów eukariotycznych · (de!nicja niedoskonała, trudno jednoznacznie zde!niować gen) Molecular Biology of the Cell Forth Edition . Współczesne de!nicje](https://reader031.fdocument.pub/reader031/viewer/2022022807/5cde9ae188c993de448d1e65/html5/thumbnails/71.jpg)
http://www.mecp2.org.uk/
![Page 72: Regulacja transkrypcji genów eukariotycznych · (de!nicja niedoskonała, trudno jednoznacznie zde!niować gen) Molecular Biology of the Cell Forth Edition . Współczesne de!nicje](https://reader031.fdocument.pub/reader031/viewer/2022022807/5cde9ae188c993de448d1e65/html5/thumbnails/72.jpg)
Podstawowe mody!kacje zmieniające strukturę chromatyny
• kowalencyjne mody!kacje histonów, np. acetylacja lub metylacja
• ATP-zależna przebudowa (remodeling) chromatyny- zmiana konformacji nukleosomów lub ich pozycji względem DNA, np. poprzez przesunięcie oktameru histonów wzdłuż nici DNA
• Metylacja DNA