מולקולרית פרק 7 - בקרת ביטוי גנים Flashcards
אילו שתיי דוגמאות הספר נותן להבדלים בביטוי רנא בין תאים שונים?
מראה את הגן לביתא אקטין שמבוטא בכל התאים,
לעומת הגן לטירוזין אמינו טרנספראז שמתבטא רק בכבד.
פקטורי שעתוק
transcription regulators.
חלבונים המזהים ונקשרים לרצפים ספציפיים, לרוב 5-10 בסיסים, בדנא הנקראים
cis-regulatory sequences
נקשרים לדנא דרך התעלה הגדולה
כ-10% מהגנים המקודדים לחלבון הם של פקטורי שעתוק
מה שעושה אותם לאחת ממשפחות החלבונים הגדולות ביותרץ
נקשרים כדימרים וזה מגביר את הספציפיות שלהם.
מזהים יותר לוגו מאשר רצף ספציפי מקובע
יכולים להיות הומו או הטרודימרים, מה שמגדיל את הקומבינציות האפשריות.
נקשרים באופן קואופרטיבי
cis-regulatory sequences
רצפים בני 5-10 בסיסים בדנא, הקושרים פקטורי שעתוק
נמצאים בציס, כלומר על אותו כרומוזום כמו הגן אותו הם מבקרים.
לכל גן יש רצפי בקרה משלו, ברוב המקרים יותר מאחד
הקושרים סט של פקטורי שעתוק.
אינטראקציות דנא פקטור שעתוק
דרך התעלה הגדולה
כל פקטור שעתוק מייצר מגע עם הדנא המערב קשרי מימן, קשרים יונים ואינטראקציות הידרופוביות.
למרות שכל אחד חלש בפני עצמו, ביחד הם מייצרים אינטראקציה חזקה וספציפית מאד.
Helix-Turn-Helix
נפוצים בחיידקים
מכיל 2 הליקסים, אחד אמיני ואחד קרבוקסילי.
המרחק בין שני ההליקסים הוא 3.4 נ”מ
חלבוני הומיאודומיין
3 הליקסים ארוזים בצפיפות עי אינטראקציה הידרופובית
רוכסן לאוצין
שני מונומריים אלפא הליקליים, מבנה דמוי
Y
שתופס את הדנא כמו אטב
SHEET DNA RECOGNITION PROTEINS
חלבוני זיהוי מסוג סדין ביתא
גדילי ביתא 2
בעל מולקולה אלוסטרית שמשפעלת/מדכאת את הפקטור.
איזה פקטור שעתוק בעל מולקולה אלוסטרית?
איזה פקטור שעתוק נפוץ בחיידקים?
חלבוני זיהוי מסוג סדין ביתא
HELIX TURN HELIX
אצבע אבץ
מכיל יון אבץ המשמש לאחיזה באלפא הליקס ובסדין הביתא בזכות קשרים קואורדינטיביים.
אינטראקציה חזקה וספציפית מאד
Loop-Helix-Loop
מקורבים לרוכסן לאוצין
מיהו
NANOG
פקטור שעתוק ממשפחת ההומיאודומיין.
מזהה רצף לוגו עם שני AA
קישור של פקטורי שעתוק
במקרה הפשוט, הקשרים הלא קוולנטיים שמחזיקים את הדימר חזקים ומחייבים. במקרה זה יחידת הקישור היא דימר והגרף אקספוננציאלי.
במקרה שהקשרים חלשים, הם מתקיימים בעיקר כמונומרים בתמיסה. כאן נאמר שהקישור קואופרטיבי והעקומה סיגמואידלית. משמעות הקואופורטיביות היא שמעל ריכוז מסוים, הקישור הוא יותר תופעה של הכל או כלום.
בנוסף, קישור של פקטור אחד מרופפת את הדנא מהנוקלאוזום ומאפשרת לעוד פקטור להיקשר קואופרטיבית.
לעיתים מעורב גם
CRC
מהם אופרונים
גנים המצויים תחת אותה בקרה, ויש להם אותו פרומוטור.
התוצר הוא מולקולות מרנא אחת ארוכה
אופרון הטריפטופן
מהי הבקרה עליו?
מקודד לחמשה אנזימים
ביוסינתזה של טריפטופן
יש לו אופרטור אליו נקשר רפרסור רק כאשר הוא עצמו קשור למס’ מולקולות טריפטופן.
שריכוז הטריפטופן יורד, הרפרסור מתנתק.
הרפרסור מיוצר כל הזמן, הגן שמקודד לרפרסור הוא קונסטיטוטיבי.
דומה ל
helix-loop-helix
הרפרסור הוא חלבון אלוסטרי, טריפטופן הוא האלוסטרנט שלו
מהו אופרטור
רצף שמשמש כאתר קישור לרפרסור.
אקטיבטור לא יכול להיקשר לאופרטור!!!
מהו אופרטור הטריפטופן?
רצף
cis-regulatory
המזוהה עי רפרסור הטריפטופן
אקטיבטור
נקשר לרצף הציס רגולטורי
ועושה אינטראקציה עם רנא פולימראז ועוזר לו להתחיל שעתוק.
בחיידקים, קישור של אקטיבטור לרוב נשלט עי מולקולה קטנה או מטבוליט. כמו באופרון הלקטוז.
מיהו CAP?
אקטיבטור חיידקי, פועל כאשר קשור אליו cAMP מניע ייצור של אנזימים שעוזרים לחיידק לעכל סוכרים אחרים קיים באופרון הלקטוז קושר את הדנא דרך helix turn helix
במקרים אחרים הוא חוסם קישור של רנא פולימראז לדנא ומשמש כרפרסור
אופרון הלקטוז
מה הבקרה עליו?
מקודד לשלושה אנזימים
LacY & LacZ
חשובים לפירוק לקטוז
בקרה שלילית - רפרסור פעיל תמיד, קישור של לקטוז מסיר אותו מהדנא.
בקרה חיובית - כאשר ריכוז הגלוקוז נמול החיידק מתחיל לייצר סאמפ.
זה נקשר לאקטיבטור וגורם לו לייעל את תרגום האופרון.
אקטביטור = CAP
בשורה התחתונה, עמ לתרגם את האופרון צריך רמה נוכחות לקטוז שתסיר את הרפרסור ורמה נמוכה של גלוקוז שתפעיל את האקטיבטור.
פקטור NtrC
פקטור שעתוק חיידקי
פועל במנגנון של לולאת דנא
עי אינטראקציה ישירה עם רנא פולימראז, מבקר שעתוק
אזור בקרת הגן
בגן יוקריוטי, כל החלק בדנא המעורב בבקרה ובאיניציאציה של השעתוק.
כולל פרומוטור אליו נקשר הפולימראז ופקטורי השעתוק הכלליים וכל רצפי בקרה בציס אליהם נקשרים פקטורי השעתוק (הרגולטוריים)
לפעמים החלק הזה מגיע ל-100,000 ז”ב.
חלק ממנו משועתק, אך לא מתורגם.
גן
מקטע בדנא המתורגם למולקולת רנא פונקציונלית, שמקודדת לחלבון או בעלת תפקיד אחר בתא.
ההשקפה הקלאסית כוללת תחת גן גם את רצפי הבקרה.
קו אקטיבטורים/רפרסורים
חלובנים שאינם מזהי רצף,
נקשרים לדנא בזכות קישור של פקטורי שעתוק.
לעיתים הקומפלקס שלהם עם פקטורי השעתוק מערב גם רנא.
קואקטיבטורים למשל:
HAT
CRC
Histone kinase
Enhancers
רצפי בקרת ציס הקושרים פקטורי שעתוק משפעלים - אקטיבטורים
מיהו חלבון המדיאטור
מדובר בקו אקטביטור של השעתוק
מכיל יותר משלושים תתי יחידות
בערך באותו גודל של הפולימראז
משמש כגשר בין האקבטיטור הקשור לדנא לבין רנא פולימראז ופקטורי השעתוק הכלליים, מקדם את ההתארגנות שלהם בפרומוטור
אקטיבטורים
מקדמים את הקישור של רנא פולימראז הם: מושכים וממקמים את רנא פולימראז, וגם עוזרים לו להשתחרר מקדמים שינויים למבנה הכרומטין
לרוב את כל זה הם עושים עי משיכה של חלבונים אחרים, ולאו דווקא פועלים בעצמם
אקטיבטורים יוקריוטיים משתמשים בארבעה מנגנונים לשינוי הכרומטין, מהם?
מודיפיקציה קוולנטית על היסטונים - למשל עי HAT
נוקלאוזום רמודלינג - nucleosome sliding
הסרה של נוקלאוזום - דורש צ’אפרונים
החלפה/וריאנטיים של היסטונים - דורש צ’פרונים
מודפיקציות על גבי היסטונים כחלק מבקרת שעתוק
הרבה פעמים נעשות תוך כדי השעתוק, באמצעות מנגנון זה אפשר למנוע שעתוק נוסף
רובן נעשות על הזנבות של
H3, H4
מהו Bromodomain?
דומיין מיוחד בחלבון שתפקידו לקרוא את הסימון הספציפי על היסטונים. מופיע כתת יחידה בקומפלקס.
מנגנונים שונים של אקטיבטורים של שעתוק:
גיוס פקטורי שעתוק נוספים
גיוס הפולימראז ופקטורי השעתוק הכלליים
האצת שחרור הפולימראז מקומפלקס האיניציאציה
שחרור הפולימראז ממעצורים בדרך
סינרגיסטיות בשעתוק
פקטורי השעתוק עובדים יחד ומעצימים אחד את השני.
משמעות הסינרגיות היא שסך כל ההשפעות היא לא סכום של כל פקטור בנפרד אלא מכפלה שלהם.
האפיניות של שניים גדולה מסכום האפיניות כשנמדדת לחוד.
מנגנוני פעילות של רפרסורים
יש 6
תחרות על אתר קישור עם אקטיבטור
מכסה את האתר הפעיל של האקטיבטור
אינטראקציה ישירה עם פקטורי השעתוק הכלליים שמפריעה לאקטיבטור
גיוס של CRC - למשל ידחוף את הטאטא בוקס פנימה
גיוס של היסטון דה אצטילאזות שמסירות אצטילציות
גיוס של היסטון מתיל טרנספראז, המתיל מגייס חלבונים מדכאים
ביוקריוטיים, ברירת המחדל לדיכוי גנים היא לרוב…
שימוש בהטרוכרומטין
מהם
Insulators?
רצפים אשר תפקידם לבודד את השפעת פקטורי השעתוק, ולמנוע מהם להפעיל את הפרומוטור
מייצרים לולאות בדנא, מה שיושעתק הוא מה שבתוך הלולאה
הגן Eve
בדרוזופילה, מי האקטיבטורים ומי הרפרסורים
Activators:
Hunchback, bicoid
Repressors:
Giant, kruppel
הבקרה נעשית בזכות רגישות של רצפי בקרה לריכוזים שונים שלהם.
הגן הוא בעל אזור רגולטורי רחב
שורה תחתונה, הסטריפים השונים נוצרים בעקבות קומבינציות שונות של פקטורים, הוא קושר מעל 20 פקטורי שעתוק.
כאשר EVE
עצמו מקודד לפקטור שעתוק.
מיהו MyoD?.
פקטור שעתוק המאפיין תאי שריר.
דוגמה בספר לביטוי שלו בפיברובלסטים הופך אותם לתאי שריר,
זאת נעשה בקלות משום שיש להם מוצא משותף משכבת המזודרם
מהם iPSC
induced pluripotent stem cells
אפשר להשרות את יצירת עי ביטוי של שלושה
Master genes: Oct4, Sox2, Klf4
Master regulator
גן שיכול לשעתק את עצמו, פועל במנגנון של פידבק חיובי.
לרוב מדובר בגנים שאחראים להתמיינות של התא לפנוטיפ הספציפי שלו
מהו משוב חיובי מסוג
feed-forward
א מפעיל את ב וג’
ב מפעיל את ג
ג צריך את א וב כדי לפעול.
מהי בקרה מסוג
flip-flop device?
א מעכב את ב ב מעכב ייצור של א indirect positive feedback loop ברגע ש-א נוצר זה מעכב את ב ואז העיכוב של ב מאפשר שוב לייצר את א
Maintenance methyl transferase
מייצר מתילציות על ציטוזין בגדיל החדש,
במידה ומזהה מתילציה מורשת על הגדיל ההורי.
ברצפי CG!!!
למה תגרום מתילציה על הדנא?
כיצד?
ברוב המקרים, דיכוי גנים
המתיל יושב על ציטוזין ישירות על התעלה הגדולה ומפריע לחלבונים קושרי דנא.
מהווה נק עיגון לחלבונים המשפיעים על מבנה הכרומטין וגורמים לו להפוך להטרוכרומטין
מהם אזורי
GpC islands?
אזורים עשירים ב-GC באופן חריג, התקיים לחץ אבולוציוני לשמר אותם. כך שה-C הממותל לא הפך ל-T נמצאים בדרכ באזורי פרומוטור כל הפרומוטורים המקודדים ל housekeeping genes רצפי ה-GC נמשרים לא ממותלים
ממה נגרמת תסמונת אנגלמן?
מחיקה של גן והחתמה גנטית הסוגרת את הביטוי של העותק התקין.
מתאפיינת בפיגור שכלי עמוק.
מהו המנגנון הנפוץ להחתמה גנטית?
מתילציה.
ששורדת את גל הדה מתילציה שמתרחש לאחר ההפריה.
Igf2 in mice
Insulin growth factor 2
העותק האבהי מתבטא.
מתרחשת מתילציה על רצף האינסולטור של הגן האבהי שקושר את חלבון
CTCF
בדרכ החלבון הזה גורם להשתקה של הגן.
המתילציה מונעת ממנו להיקשר וכך בעצם הגן האבהי מתבטא.
lncRNA - long non-coding RNA
מעל 200 בסיסים יותר מ-8000 גנים מקודדים משועתק עי פולימראז 2 ולכן כולל פולי A ו-CAP עובר שחבור משמשים לבקרת גנים למשל, כפיגום עבור חלבונים אחרים שמצבעים מודיפיקציות למשל באמצעות החתמה גנומית. אחראי על אינאקטיבציה של איקס - Xist רנא של הטלומראז
דוגמה: Kcnq1 גן המקודד לתעלת סידן תלוית מתח. מולקולת ה lncRNA שאמורה לדכא את הגן נוצרת מהאלל האבהי שאינו ממותל ומשתיקה את הגן האבהי
Dosage compensation
השתקה או הפחתת הביטוי של כרומוזום איקס בנקבות.
Barr-body
כינוי לכרומוזום איקס הדחוס שעבר אינאקטיבציה.
הגדרה להורשה אפיגנטית
היכולת של תאי בת לשמר את דפוס הביטוי הגנטי המורש בעזרת מבנה הכרומטידה.
בעצם, דפוס של מודיפיקציות המורש לצאצאים.
יכול לעבור בציס או בטרנס.
ציס: מתילציה, מודיפיקציות היסטונים
טרנס: פריונים, פידבק חיובי
CRISPR
מע’ רנא בלתי מקודד להגנה מפני וירוסים
החיידק חותך חלק מהווירוס ומחדיר אותו לגנום ב
CRISPR loci/array
הרצף הכי חדש נמצא בקצה 5’ ולכן ישועתק ראשון
החתיכה שהוחדרה משמשת ליצירת
crRNA
שמשמש כרנא מכווין להרס של הדנא הויראלי עי חלבון
CAS - פועל רק על דנא!!!
piRNA
מולקולות אשר עושות אינטראקציה עם חלבוני piwi תהליך יצירה שונה מ miRNA, siRNA מיוצר כמולקולת רנא ארוכה העוברת ביקוע ליחידות קצרות המשמשות כרנא מכווין אין מעורבות של Dicer אין מבנה של רנא דו גדילי מעט ארוכה יותר
חלבוני piwi
מתבטאים רק בתאי מין, שם הם חוסמים תנועה של טרנספוזונים.
siRNA
נחשב עתיק יותר
בצמחים, חרקים ותולעים - עיקר ההתגוננות מפני וירוסים.
במחקר: השתקה זמנית של גנים, ריפוי גני.
אטניואציה של שעתוק
מהי הדוגמה בספר
אטניואציה מוקדמת של שעתוק מולקולת הרנא היא דרך לדכא ביטוי גנים.
במקרים מסוימים, מולקולת הרנא החדשה מקבלת תצורה שמונעת המשך תרגום.
חלבונים מיוחדים יכולים לבטל את המבנה הזה
ולהמשיך שעתוק
הדוגמה היא וירוס HIV בדרכ סנתוז הרנא נפסק באמצע, כאשר התנאים אידיאליים לוירוס חלבון אליו הוירוס מקודד TAT נקשר למבנה stem and loop ומונע את האטיונאציה המוקדמת
ריבוסוויץ’
מולקולות רנא קטנות בעלות מבנה תלת ממדי אשר משתנה כתלות בקישור של מולקולה קטנה, למשל מטבוליט.
לרוב ממוקמים בקצה 5 ומתקפלים תוך כדי שעתוק וכך משפיעים על הפולימראז
ספציפיות גבוהה בין הרנא למטבוליט
מתקיים בעיקר בחיידקים, למשל קישור לגואניןת אדנוזין, פלאבין,גליצין
B12, S-Adenosyl methionine
שחבור חליפי
כ-90% מהגנים האנושיים עוברים שחבור
סוגים שונים של טרופומיוזין מתבטאים בעזרת שחבור חליפי ברקמות שונות
בקרה שלילית - חלבון חוסם הגעה של מע השחבור
חיובית - חלבון שמגביר את יכולת הזיהוי
הגן Dscam בדרוזופילה
גן בודד שיכול להניב כ-38,000 חלבונים שונים בעזרת שחבור חליפי.
אתרי פולי-אדנילציה
דוגמה
כ-50% מהמרנא מכילים אתרי פולי-אדנילציה שונים.
מעבר מנוגדן ממברנלי לנוגדן מסיס בתאי B
הבשלה של נוגנדנים משתמשת במנגנון של ביקוע מרנא כדי לייצר נוגדנים מסיסים במקום ממברנליים
החלבון שמסמן את אתר הביקוע CPSF
החלבון המבקע CstF
בתא בי שאינו מעורר, נוצרת מולקולת רנא ארוכה, והאינטרון מוסר עי שחבור. מתקבלת מולקולת מרנא שמקודדת לנוגדן ממברנלי.
אחרי גירוי של אנטיגן, תוצר הרנא עובר ביקוע ופולי אדנילציה במעלה הזרם מהאינטרון. כתוצאה חלק מהאינטרון נותר כרצף מקודד.
RNA editing
Deamination of A to I
Deamination of C to U
Apolipoprotein B gene
הגן עובר עריכה מסוג דה אמינציה של C ל- U וכך נוצר קודון סטופ חדש וחלבון קצר יותק במעי, לעמות החלבון הארוך והשלם בכבד.
מה התפקיד של עריכת רנא?
תיקון שגיאות
הגדלת כמות החלבונים
אמצעי הגנה מפני וירוסים וטרנספוזונים - מכניס שגיאות ברנא שלהם.
ADAR enzyme
Adenosine deamination acting on-RNA עושה דאמינציה של A ליצירת I בעזרת הידרוליזה ושימוש במולקולת מים, משתחרר NH3 ובמקום יש קרבוניל
טרנספורט של מרנא
איזה דוגמה הספר נותן?
אחת מתוך עשרים מולקולות עוזבת את הגרעין
יציאה של רנא החוצה מהגרעין מבוקרת מאד.
הדוגמה היא וירוס ה HIV בעייתי למולקולה לצאת מהגרעין כי היא לא עברה שחבור הוירוס מקודד לחלבון Rev המזהה רצף בגנום הויראלי RRE Rev response element המצוי בתוך אינטרון. החלבון רב יוצר אינטראקציית חלבון-חלבון עם אקספורטין בשם Crm1 שמכווין אותו החוצה מהגרעין. החלבון רב מצביע גם על שלב ההדבקה
לוקליזציית מרנא בציטוזול
באמצעות סיגנל המצוי במרנא עצמו, לרוב ב
UTR3
באמצעות חלבוני המנוע הנעים על שלד התא
חלבונים המחזיקים אותו במקום
רצפי UTR
נחשבים חלק מאקסונים משום שמצויים על מולקולת המרנא הבוגרת,
רצפי בקרה המשפיעים על זמן מחצית החיים של המולקולה ועל מיקומה בתא.
רצף
Shine Degrano
מצוי ב-UTR
חיוני לאיניציאציית תרגום מאחר ומבצע אינטראקצייה עם יחידה
16S של היחידה הקטנה
כאשר חיידק הליסטריה מצוי בטמפ של 37 מעלות הוא מתחיל לבטא גנים מסוימים, איזה מנגנון עומד מאחור?
הריסת המבנה השניוני של המרנא עקב חום חושפת רצפי
שין דלגרנו ומאפשרת תרגום לחלבון.
פקטור השעתוק eIF2
פקטור יוקריוטי, חלבון ג'י נקשר לקצה 5 של מרנא וסורק את המולקולה עד שמוצא קודון התחלה AUG הידרוליזה של ה GTP גורמת לשינוי מרחבי והוא עוזב תוך כדי שמשאיר את tRNAi-Met באתר P פקטור השחלוף שלו הוא eIF2B
למה גורם זרחון של הפקטור eIF2?
eIF2B קישור חזק מדי שלו עם
שעושה לו בעצם סיקווסטרינג.
uORF
upstream URF
מסגרת קריאה אלטרנטיבית במעלה הזרם
זה לא הכל ולא הבנתי, צריך לקרוא בספר
מערכת הIRES
רצפים בני כמה מאות נוקלאוטידים המתאגנים למבנים שניונים ומגייסים את פקטורי האיניציאציה.
לא יהיה שימוש ב eIF4E!!!
שנקשר ל-CAP
וירוסים מבטאים אנזים מסוג פרוטאז שמבקע את
eIF4E
וכך סוגרים את כל התרגום התאי פרט לזה
בקרה על זמן מחצית החיים של מרנא
ככמה דקות, בגלל נוקלאזות שמפרקות
רצף הפולי A מגן מפני נולקאזות
דוגמאות:
פקטורי שעתוק - זמן מחצית חיים קצר
בטא-גלובין - מגיע לעשר שעות!
שתי דרכים כלליות לבקרה:
הבקרה נעשית באמצעות קיצור הפוליA,
שמשמש מעין טיימר, תהליך שמתחיל עם ההגעה לציטוזול
ברגע שזנב הפולי איי מגיע לנק’ קריטית של 25 נוקל’, מתפצל לשני מסלולים:
באחד ה-5 קאפ מוסר והמרנא מפורק במהירות מקצה 5
בשני המרנא ממשיך להתפרק מקצה 3
איזה מנגנון חשוב שולט בבקרה על זמן מחצית החיים של מולקולות מרנא בציטוזול?
poly-A shortening
זנב הפולי A
משמש…
גם לאיניציאציה של תרגום
וגם לפירוק מולקולת המרנא.
מנגנון נוסף לשליטה בפירוק של מרנא
אינו תלוי בפולי איי
מאפשר פירוק מהיר של המולקולה משני הקצוות
באמצעות אתרי קישור לאנדונוקלאזות
אפשר לבקר על התהליך עי חשיפה/הטמנה של אתרי הקישור.
למשל, טרנספרין - מרנא שלו רגיש לברזל, זה חושף אתר לפירוק.
אקוניטאז יכול להיקשר ל
3UTR של רצפטור טרנספרין
ולהגביר את ייצור הרצפטור עי חסימת אתר הקישור לאנדונוקלאז.
כשהבזרל עולה אקוניטאז מתנתק והנוקלאז פועל שוב.
גופיפי P
P-bodies
אגרגטים של חומצות גרעין וחלבונים המצויים בציטוזול ותפקידם לאחסן ולפרק רנא.
לרוב מדובר בפירוק.
Stress granule
אגרגט נוסף, שמאחסנות רנא ומכינות אותו לתרגום.
לכן ימצאו שם: פקטורי איניציאציה, תת יחידות קטנות של ריבוזום, PAB
