Control of gene expression II

Question 1

Hvorfor er det sånn av metylering av C hos virveldyr kan arves videre til datterceller uten noen komplikasjoner?

Answer 1

5-metyl C (metylert c) har samme forhold til C som tymin har til uracil, så modifikasjonen har ikke noen påvirkning på baseparingen.

Question 2

Hvordan foregår demetylering av av DNA etter fertilisering?

Answer 2

Demetyleringen forekommer enten ved undertrykkelse av “maintenance DNA methyl transferase”-aktivitet, noe som resulterer i passivt tap av metylgrupper under hver runde av DNA-replikasjon. Eller ved DNA-metylaser som aktivt fjerner metylgrupper fra DNA.

Question 3

Hva er en viktig rolle ved tett metylering i celler hos virveldyr?

Answer 3

Å jobbe sammen med andre genekspresjonskontrollmekanismer for å etablere en spesielt effektiv form for genundertrykkelse. Denne kombinasjonen av mekanismer gjør at unødvendige eukaryote gener blir undertrykt til en veldig høy grad.

Question 4

Hvordan bidrar tett metylering til å undertrykke transkripsjon?

Answer 4

Metylgruppen på metylerte cytosiner ligger i major groove av DNAet og forstyrrer direkte bindingen av noen proteiner som kreves for initiering av transkripsjon.
Cellen inneholder et repertoire av proteiner som binder spesifikt til metylert DNA. Den best karakteriserte av disse er også assosiert med histonmodifiserende enzymer, som fører til en undertrykkende heterokromatintilstand hvor kromatinstrukturen og DNA-metylering handler synenergistisk.

Question 5

Hvorfor er umetylert CG-øyer særlig passende for promotorer?

Answer 5

Noen av de samme proteinene som beskytter dem mot metylering, rekrutterer ytterligere histonmodifiserende enzymer som dekomprimerer kromatinet, noe som gjør øyene særlig “promotor-vennlig”. Som et resultat blir RNA-polymerase ofte funnet bundet til promotorer i CG-øyer, selv når det assosierte genet ikke blir aktivt transkribert.

Question 6

Hva er resultatet av deaminering av en umetylert C?

Answer 6

Desaminering av en umetylert C, gir opphav til en U, som vanligvis ikke er tilstede i DNA og derfor lett blir gjenkjent av av DNA repair enzymet “uracil DNA glycolase”. Det deaminerte produktet blir skåret ut og erstattet med en C.

Question 7

Hva er “genomic imprinting”?

Answer 7

Det er når det arvede genet fra far er aktivt, så vil det arvede genet fra mor være undertrykt, og vice versa.

Question 7

Hvordan oppnår pattedyr doseringskopensasjon?

Answer 7

De undertrykker et av de to X-kromosomene i kvinnelige somatiske celler, en prosess som er kjent som X-inaktivering.

Question 8

Hva er resultatet av X-inaktivering?

Answer 8

To X-kromosomer kan eksistere sammen inne i samme kjerne, bli eksponert for de samme diffuserbare transkripsjonsregulatorene, og likevel være fullstendig ulike i ekspresjon.

Question 9

Hvordan blir et helt kromosom transkripsjonelt inaktivert?

Answer 9

Hos mennesker begynner inaktiveringsprosessen med syntese av et langt ikke-kodende RNA, kalt Xist, hvor genet ligger på X-kromosomet. Dette transkriptet blir syntetisert av kun et av de to X-kromosomene hos kvinner. Når et Xist RNA-molekyl er syntetisert, forlater det ikke X-kromosomet hvor det ble laget; istedenfor diffunderer det kun langs det kromosomet. Omtrent 2000 slike Xist-molekyler blir produsert, og de belegger kromosomet. Spredningen av Xist langs kromosomet skaper ikke i seg selv silencing, men RNAet inneholder bindingsseter for mange ulike proteiner som driver den faktiste genundertrykkelsen. Disse inkluderer DNA-metylaser, histonmodifiserende enzymer, og strukturelle komponenter spesifikt for å inaktivere X-kromatinet. Som et resultat forekommer det omfattende metylering av det inaktive X, og kromosomet blir brettet til kompakte strukturer som generelt er resistente mot transkripsjon.

Question 10

Hvordan unngår visse gener X-inaktivering?

Answer 10

Transkripsjonelt aktive gener forekommer vanligvis i DNA-loops som blir holdt på plass av insulator-proteiner slik som CTCF, og dette er årsaken til at noen gener slipper unna inaktiveringen. Man tenker seg at løkkene slipper unna den tette pakkingen av kromosomet, mens de inaktiverte genene blir pakket inn.

Question 11

Hvordan foregår doseringskompensasjon hos andre arter?

Answer 11

(1) Hos noen arter, slik som hos “marsupials”, er ikke valget av hvilket X-kromosom som skal inaktiveres tilfeldig; det er X-kromosomet som blir arvet fra far som automatisk blir inaktivert.
(2) Hos fluer foregår doseringskompensasjonen hos hannen. Her blir X-kromosomet oppregulert omtrent til det dobbelte for å matche den kvinnelige dosen.
(3) Hos “nematode worms” reduserer hermafrodittene genekspresjonen til omtrent halvparten hos begge X-kromosomene for å matche det ene X-kromosomet hos mannen.

Question 12

Hvorfor danner celler i samme vev i samme organisme ofte mosaikker?

Answer 12

Det tilfeldige valget for hvilket gen som skal undertrykkes, tas sent i utviklingen. Derfor kan celler i samme vev hos samme individ uttrykke ulike kopier av et gitt gen.

Question 13

Hva er epigenetisk arv?

Answer 13

En arvelig endring i en celles eller organismes fenotype som ikke resulterer fra endringer i nukleotidsekvensen til DNAet.

Question 14

Hvilke fire ulike mekanismer kan produsere en epigenetisk form for arv i en organisme?

Answer 14

(1) DNA-metylering (in cis)
(2) Histon-modifikasjon (in cis)
(3) Aktivert positiv feedback-loop (in trans)
(4) Konformasjonsendring til aggregert tilstand (in trans)

Question 15

Når forekommer post-transkripsjonelle kontroller?

Answer 15

Etter RNA-polymerase har bundet seg til genets promotor og begynt sin RNA-syntese.

Question 16

Hva er “transcription attencation”?

Answer 16

Når ekspresjon av noen gener blir inhibert av prematur terminering av transkripsjon.

Question 17

Hva er en “riboswitch”?

Answer 17

En kort sekvens av RNA som endrer sin konformasjon når de binder seg til et spesifikt lite molekyl, slik som en metabolitt. Riboswitcher er ofte lokalisert nær den 5`enden av mRNA, og de bretter seg mens mRNAet blir syntetisert, blokkert eller RNA-polymerasen blir tillatt fremgang, i henhold til om det regulatoriske lille molekylet er bundet eller ikke.

Question 18

Hvilke metoder finnes for post-transkripsjonell kontroll?

Answer 18

(1) Possible attenuation
(2) Capping
(3) Splicing and 3´-end cleveage
(4) Possible RNA covalent modification and editing
(5) Nuclear export
(6) Spatial localization in cytoplasm
(7) Start translation
(8) Possible translational recoding
(9) Possible RNA stabilization

Question 19

Hvilke måter finnes for alternativ RNA splicing?

Answer 19

(1) Normal splicing
(2) Exon skipping
(3) Intron retention
(4) Alternative 5´splice site
(5) Alternative 3´splice site
(6) Mutually exclusive exons
(7) Back splicing

Question 20

Hva er konsekvenser av N6-metyladenosinmodifikasjoner?

Answer 20

(1) Destabilisering av hårnålheliksene som dannes av intramolekylær baseparing. Denne modifikasjonen kan dermed endre den sekundære strukturen av mRNA, som i noen tilfeller påvirker sammensettingsmønsteret av transkripter.

(2) Modifikasjonen promoterer destruksjon av mRNA gjennom “reader” proteiner som tiltrekker seg RNA degraderingsmaskineriet.

(3) Fremme translasjon av modifisert mRNA.

Question 21

Hva er RNA editing?

Answer 21

En prosess hvor kovalent modifikasjon av mRNA endrer nukleotidsekvensen, og dermed endrer den kodede beskjeden den bærer.

Question 22

Hvilke to typer av RNA-redigering forekommer hos dyr?

Answer 22

(1) Deaminering av adenin for å produsere inosine (A-to-I editing)

(2) Deaminering av cytosin for å produsere uracil (C-to-U editing)

Fordi disse kjemiske modifikasjonene endrer paringsegenskapene til basene, kan de ha dyptgående effekter på betydningen av RNAet.

Question 23

Hvilke effekter kan RNA-redigering ha?

Answer 23

I den kodende regionen: endre aminosyresekvensen til proteinet eller produsere et forkortet protein ved å danne et prematurt stoppkodon.

Utenfor den kodende regionen: endre mønsteret for pre-mRNA splicing, transport av mRNA fra kjernen og til cytosol, effektiviteten av translasjon av RNA, eller baseparingen mellom microRNA og deres mRNA-mål.

Question 24

Hvordan overvinner HIV cellens blokkade for transport av unspliced RNA til kjernen?

Answer 24

Et viralt kodet protein (Rev) som binder seg til en spesifikk RNA-sekvens (Rev-response element; RRE) lokalisert inne i et viralt intron, overkommer denne blokkaden. Rev-proteinet interagerer med en nukleær eksportreseptor (Crm1), som styrer forflyttelsen av virale RNA gjennom nukleære porer inn i cytosol, til tross for tilstedeværelsen av intronsekvenser.

Question 25

Hvilke konsekvensene har Rev´s regulering av nukleær eksport på HIV´s vekst og patogenese?

Answer 25

(1) Forsikre nukleær eksport av spesifikke unspliced RNA
(2) Deler den viral infeksjonen inn i en tidlig fase (hvor Rev blir translatert fra et komplett spliced RNA, og alle de intron-inneholdende virale RNAene beholdes i kjernen og degradert), og en sen fase (hvor unspliced RNA blir eksportert på grunn av Rev-funksjonen). Denne timingen hjelper viruset å replikere ved å gi genproduktene i mer eller mindre den rekkefølgen de trengs.

Question 26

Hva er “latency”?

Answer 26

En viral tilstand hvor HIV-genomet har blitt integrert i vertscellegenomet, men produksjonen av virale proteiner har midlertidig opphørt.
Hvis, etter virusets initielle inngang i vertscellen, forholdene er ugunstige for viral replikasjon, blir Rev og Tat produsert ved for lave nivåer til å fremme transkripsjon og eksport av unspliced RNA.

Question 27

Hvilken del av mRNAet kan bli sett på som en “zip-kode” som styrer mRNAet til ulike lokasjoner i cellen?

Answer 27

3´UTR

Question 28

Hva er “Shine-Dalgarno” sekvensen?

Answer 28

Det er en sekvens som alltid finnes noen få nukleotider oppstrøms for det initierende AUG kodonet i bakterier, og som er påkrevd for å starte proteinsyntese. Kontroll av bakteriell translasjon involverer vanligvis å enten blokkere eller eksponere denne kritiske sekvensen.

Question 29

Hvordan er kontroll av translasjon regulert i eukaryoter?

Answer 29

Seleksjon av et AUG-kodon som et translasjonsstartsted er i stor grad bestemt av dens nærhet til “the cap” på den 5´enden av mRNA-molekylet, som er stedet hvor den lille ribosomale subenheten binder seg til mRNA og begynner å scanne etter et initierende AUG-kodon. Translasjonelle repressorer kan binde seg til den 5´enden av mRNA og dermed inhibere translasjonsinitiering.

Question 30

Hva er den normale funksjonen til eIF2?

Answer 30

Den danner et kompleks med GTP og styrer binding av metyonylinitiator-tRNAet til den lille ribosomale subenheten, som deretter binder seg til den 5´enden av mRNAet og begynner å scanne. Når et AUG-kodon blir gjenkjent, hydrolyserer eIF3 GTP til GDP, og forårsaker en konformasjonell endring i proteinet og frigjør det fra den lille ribosomale subenheten. Den store ribosomale subenheten går sammen med den lille, og danner et komplett ribosom som begynner proteinsyntese.

Question 30

Hva skyldes mye av nedgangen i translasjon hos eukaryoter?

Answer 30

Det skyldes forforylering av translasjonsinitieringsfaktoren eIF2 av spesifikke proteinkinaser som responderer til endringer i forholdene.

Question 31

Hva er “leaky scanning”?

Answer 31

Når den scannende ribosomale subenheten ignorerer det første AUG-kodonet - ofte fordi gjenkjenningssetet er dårlig - og hopper videre til det andre eller tredje AUG-kodonet, kalles det “leaky scanning”. Det er en strategi som anvendes for å produsere to eller flere nært beslektede proteiner, som kun skiller seg fra hverandre ved N-termini, fra samme mRNA.
En viktig anvendelse av prosedyren er produksjonen av samme protein med og uten en signalsekvens festet til N-termini.

Question 31

Hva er funksjonen til eIF2B?

Answer 31

eIF2B er en “exchange factor” som kreves for å frigjøre GDP fra eIF2 slik at nye GTP kan binde seg, ettersom eIF2 binder seg så tett med GDP. Når eIF2 er fosforylert, binder den seg til eIF2B svært tett, og inaktiverer dermed denne exchange faktoren. Fordi det er mer eIF2 enn eIF2B i cellene, kan selv en liten andel av forforylert eIF2 fange nesten alle eIF2B.

Question 32

Hvordan kan en uORF (upstream open reading frame) senke translasjon?

Answer 32

uORF ligger mellom 5´enden og selve genet, så en uORF vil senke translasjon av det nedstrøms genet ved å fange det scannende ribosominitieringskomplekset og få ribosomet til å translatere uORF og dissosiere fra mRNAet før det når fram til den proteinkodende sekvensen.

Question 32

Hva er en IRES?

Answer 32

IRES (internal ribosomal entry site) er en spesialisert RNA-sekvens som bretter seg til en spesifikk struktur som gjør at man ikke trenger 5´cap og eIF4E (translasjonsfaktor) for å initiere translasjon.

Question 33

Forklar de to mekanismene for degradering av et “normalt” eukaryot mRNA-molekyl

Answer 33

Begge mekanismene begynner med gradvis forkorting av poly-A-halen av en eksonuklease, en prosess som starter med en gang mRNAet når cytosol. Man kan tenke seg at denne forkortingen av poly_A er en timer som teller ned livstiden til hvert mRNA. Når poly-A-halen er redusert til en kritisk lengde, skiller de to mekanismene seg.
I en av mekanismene vil 5´cap bli fjernet (decapping) og det eksponerte mRNAet blir raskt degradert fra den 5´enden.
I den andre mekanismen fortsetter mRNAet å bli degradert fra den 3´enden, gjennom poly-A-halen og inn i kodingssekvensen.
En annen metode kutter molekylet på midten, slik at begge blir degradert samtidig.

Question 34

Hva kan skje med mRNA som er blitt flyttet til p-bodies?

Answer 34

mRNA som allerede har gjennomgått significant poly-A-forkorting kan fortsette å bli degradert, mens intakte mRNA kan lagres i p-bodies i en translasjonelt undertrykt tilstand helt frem til cellen trenger mRNAet igjen.

Question 35

Hva er en stress-granule?

Answer 35

Det er dynamiske membranløse organeller som dannes når cellen undergår en plutselig blokkering til translasjon, enten ved sult, inhibitorer, eller genetisk manipulasjon. Disse behandlingene tillater pågående translasjon og fullføres, men blokkerer ny initiering av translasjon. De resulterende ribosom-frie mRNAene akkumulerer i stress-granuler som vokser etterhvert som flere mRNA kommer inn i dem. Når stressforholdene er over, vil stress-granulene krympe sammen samtidig med frigjøringen av de lagrede mRNAene til cytosol hvor de fortsetter å bli translatert.

Question 36

Hva er RNAi?

Answer 36

RNAi = RNA interference.
Korte enkelttrådede RNA fungerer som guide-RNA som selektivt binder seg - gjennom komplementær baseparing - til andre RNA i cellen. Når målet er et modent mRNA, kan det lille ikke-kodende RNAet inhibere translasjon eller katalysere dens raske destruksjon. Hvis mål-RNAet er i prosessen med å bli transkribert, kan det lille ikke-kodende RNAet binde seg til det og styre dannelsen av undertrykkende kromatin på sitt bundede DNA-templat for å blokkere videre transkripsjon.
RNAi fungerer også som en forsvarsmekanisme, og kan styre dannelse av heterokromatin.

Question 37

Hva gjør et miRNA?

Answer 37

miRNA (microRNA) baseparer med spesifikke mRNA og fin-tuner deres translasjon og stabilitet. miRNA-forløperne blir syntetisert av RNA-polymerase II og blir capped og polyadenylated. De undergår deretter en spesiell type prosessering, hvor miRNA etterpå blir satt sammen med et sett av proteiner for å danne et RNA-induced silencing complex (RISC). RISC finner målet sitt ved å søke etter komplementære sekvenser til miRNA.
Når et mRNA har blitt bundet til miRNA er det flere utfall som er mulig. Hvis baseparingen er omfattende, blir mRNAet kløyvd og poly-A-halen fjernet, slik at mRNAet er eksponert for eksonukleaser.
Hvis baseparingen er mindre omfattende vil translasjon av mRNAet bli undertrykt av rekrutteringen av deadenylase enzymer - som korter poly-A-halen - og andre proteiner som direkte blokkerer tilgangen til mRNAet.

Question 38

Hvilke egenskaper gjør miRNA særlig passende som regulatorer for genekspresjon?

Answer 38

(1) Et enkelt miRNA kan regulere et helt sett av ulike mRNA
(2) Regulering av miRNA kan være kombinatorisk
(3) Et miRNA okkuperer svært lite plass i genomet

Question 39

Hvilke funksjoner har lncRNAs?

Answer 39

Kontrollere enzymaktivitet, inaktivere transkripsjonsregulatorer, påvirke splicing patterns, og blokkere translasjon.

(1) De kan fungere som scaffold RNA molecules
(2) Evne til å fungere som guide-sekvenser
(3) Evne til å organisere biomolekylære kondensater