Genexpression

Question 1

Vad är en enhancer och vad sker vid denna?

Answer 1

En enhancer är en kort DNA sekvens. Hit binder aktivatorproteiner som kan stimulera uttryck av en närliggande gen.
Aktivatorer tillhör gruppen genspecifika transkriptionsfaktorer, dvs de är involverade i reglering av genuttryck, men finns inte vid alla gener.

Question 2

Hur kan enhancer påverka transkriptionen trots att de kan ligga på långa avstånd bort ifrån promotorn?

Answer 2

DNA-looping;

Det kan finnas flera enhancers och många aktivatorer som samverkar. De har ingen direkt-kontakt med initiatorkomplexet. Aktivatorer interagerar istället med ett stort proteinkomplex (mediatorn) som fungerar som brygga mellan aktivatorer (eller repressorer) och RNA-polymeras II.
Mediatorn stimulerar transkriptionsinitiering bla genom att öka på TFIIH´s kinasaktivitet (fosforylering av CTD svans).

Question 3

I bakterier finns det ibland aktivatorer som binder direkt till RNA-polymeraset. Detta kan dock inte ske i eukaryota celler, nämn en orsak till varför det inte kan ske.

Answer 3

Vi har många aktivatorer så de får inte plats på RNA-polymeraset.

Question 4

Vilka aktivatorer binder till mediatorn? (4 st)

Answer 4

1) Nukleära receptorer; TR (sköldkörtelhormonreceptor), VDR (vitamin D-receptor).
2) Glukokorticoid-receptor tex kortisol.
3) p53 proteinet (vid mutation–> cancer)
4) Signaleringsvägen; Ras-signalering. Wnt signalering.

Question 5

Ge ex på ett Zinkfingerprotein

Answer 5

östrogenreceptor

Question 6

Beskriv östrogenreceptorn

Answer 6

Östrogenreceptorn (nukleär hormonreceptor):
Zinkjoner hjälper proteinet att väckas rätt. I den delen som binder till DNA (DNA-bindande domänen) finns det flera zinkjoner.
- Det finns även en ligandbindande domän som binder till östrogen.
Östrogen + östrogenreceptorer = aktivator.

• Ligandbindning till nukleär hormonreceptor inducerar en strukturell förändring i receptorn.
  Den ytan som binder till mediatorn exponeras när helix 12 flyttar på sig.

Question 7

Vad är östrogenantagonister för något?

Answer 7

Östrogenliknande droger som blockerar östrogenberoende stimulering av gener. Används tex för behandling av östrogenberoende bröstcancer. Binder till östrogenreceptorn och inducerar en annan strukturell förändring –> receptorn kan inte binda in till mediatorn.

Ex på östrogenantagonister; Raloxifen, Tamoxifen.

Question 8

Vad är kromatin?

Answer 8

proteiner + DNA

Question 9

Beskriv hur aktivering av en gen går till. (6 steg)

Answer 9

1) Aktivator binder in till enhancer (linker DNA)
2) Aktivatorn lockar till sig histonacetyltransferaskomplex (co-activator) (enzym).
3) HAT-komplexet acetylerar histonsvansar, lysin neutraliseras och bindningen lossnar.
4) Svansarna fungerar som signal och lockar till sig bromodomänen i tex SWI/SNF som binder till acetylerade histonsvansar.
5) SWI/SNF-komplexet flyttar/tar bort histonsvansar och öppnar upp promotorn.
6) RNA-polymeras II maskineriet rekryteras via mediatorn till promotorn och transkription kan initieras.

Question 10

Beskriv hur nukleärt DNA är organiserat

Answer 10

-Nukleärt DNA är organiserat i kromosomer (mitos) som är uppbyggda av kromatin (proteiner + DNA).
-“Beads on a string” (pärlband) histoner.
En pärla består av 4 olika extremt högt konserverade proteiner.
H2A, H2B, H3, H4. DNA sitter runt proteinerna histonoktamer och proteiner, två kopior av H2A, H2B, H3 och H4.

DNA bildar ca 2 (1,7) varv runt histonet (145 bp).
- Nukleosom; Histon + 145 bp. Packade och skyddade.
Histon H1, sitter som ett rör och stabiliserar DNA.
Linker DNA 80 bp; Bead on a string virar sig och bildar en helix (30 nm fiber). Ännu mer kompakt DNA, veckas på flera sätt.
I varje kromosom finns det 2 DNA molekyler.
Den hårda packningen gör det svårare för alla processer att ske. Dock är histoner inblandade i regleringen.

Question 11

Hur är histoner inblandade i reglering av DNA?

Answer 11

Svansarna i histoner är positivt laddade för att de innehåller lysin och arginin. De svansarna går ut men lägger sig längs DNA för att socker-fosfatryggraden är negativt laddad.
Stabilitet–> avstängt genetiskt DNA.
För att lösa detta modifierar man svansen och blir av med de positiva laddningarna.
Lysinet neutraliseras genom acetylering–> svansarna släpper. Nukleosomer mindre stabila-acetylerade svansar.
Detta regleras av aktivatorer som hittar fram till enhancern i linker-DNA. Aktivatorn kan då locka till sig histon-acetyltransferaskomplex (co-faktor).
När svansarna släpper kan man komma åt gener och promotorn.

• Acetylerade svansar lockar till sig SWI/SNF komplexet som på ett ATP-beroende sätt kan flytta eller ta bort nukleosomer från DNA.
  SWI/SNF hittar till histoner mha sin bromodomän som binder till acetylerat lysin.

Question 12

Beskriv microRNA (miRNA)

Answer 12

19-22 nt. Bildas från en lång enkelsträngad RNA-molekyl. De reglerar genuttryck posttranskriptionellt genom att baspara till mål miRNA genom att binda till mRNA´s 3´UTR (untranslated region). De 2-7 nt på 5´ändan av mRNAt är seedregionen och de avgör specifikationen till målmolekylen. 3´änden är istället hetrogen.
Ett miRNA kan binda till 15 olika mRNA och reglera deras uttryck. Det är väldigt viktigt med balans mellan mRNA och miRNA för korrekt uttryck av gener.

Question 13

Vad är Dorsha?

Answer 13

Nukleärt RNAs III

Question 14

Vad är Dicer?

Answer 14

Cytoplasmatiskt RNAs III

Question 15

Beskriv syntesen av miRNA

Answer 15

miRNA kommer från långa transkript. miRNA-gener är ungefär 100 bp och kallas pri miRNA. miRNA-gener kan sitta mellan två proteinkodande gener (intergent) eller i introner (introniskt) och frigörs efter splicing.
pri-miRA bildar en hairpin-struktur på 80 bp. Denna interagerar med Dorsha (nukleärt RNAs III som frigör hairpin-loopen från transkriptet) Loopen kallas nu pre-miRNA.
Den har 2 nt överhäng på sin 3´ände. Pre-miRNA är en prekursor till miRNA (cellkärna).
Hairpin-loopen transporteras till cytoplasman och interagerar med Dicer, cytoplasmatiskt RNAs III. Dicer klyver loopen och producerar ett kort dupplex som utgörs av det funktionella miRNA “guide strand” och “passenger strand”. Moget miRNA är dubbelsträngat RNA på 22 nt.
miRNA-dupplexet binder till “argonaute loading complex” (Dicer, TRBP och AGO). Komplexet väljer en sträng och interagerar den i AGO. Det bildas RISC-komplex, som med laddat miRNA söker upp mRNA i cytoplasman. När RISC-komplexet med miRNA binder till 3´änden på mRNA hindrar det rekrytering av ribosomen. RNA-nukleas kan aktiveras och bryta ner mRNA.

RIIDa (3´), RIIDb (5´), Dicer (PAZ domän 3´).

Question 16

Beskriv small interfering RNA (siRNA).

Answer 16

Ofta 21 nt. De finns i människor bara i särskilda vävnader. Naturligt förekommande dubbelsträngade siRNA kommer från transposoner sense-antisense transkript och specialiserade stamloopar. siRNA binder till argononte proteiner. AGO-proteiner som laddats med siRNA kan bindas med andra för att bilda “siRNA-induced silencing complex” (tystar).
RISC?

Question 17

Beskriv syntesen av siRNA

Answer 17

Långa dubbelsträngade RNA-molekyler ligger till grund för produktionen av siRNA.
Det finns 3 sätt:
- När transposon transkriberas bildas en stamloop som klyvs av Dicer.
- När gener vars övre och undre strängar kan baspara gör det och bildar dubbelsträngat RNA efter transkription.
- När RNA från 2 lika kromosomer basparar och bildar dubbelsträngat RNA.

I vilket fall kommer det långa dubbelsträngade RNA att klyvas av Dicer och bli till siRNA. De laddas i RISC-komplex som dessutom innehåller AGO-proteiner och proteiner från RNAs III-familjen Dicer.

Question 18

Jämför siRNA och miRNA

Answer 18

Endo-siRNA är vanligt förekommande i lägre eukaryoter och växter medan de endast förekommer i vissa begränsade vävnader så som ovarierna.
Endo-siRNA är 21 nt och linkar miRNA i många aspekter.
siRNAs regleringsförmåga verkar posttranskriptionellt och siRNAär också beroende av Dicer för sin biogenes.
miRNA är däremot beroende av Dicer och Dorsha för sin biogenes.
siRNA kommer från dubbelsträngat RNA.
miRNA kommer från enkelsträngat RNA.

Question 19

Vad är RNA-induced silencing complex (RISC)?

Answer 19

Ett multiproteinkomplex som bara använder en sträng av siRNA eller miRNA. Strängen används som en guide och finner det komplementära mRNAt.
Innehåller 2 betydelsefulla proteinkomponenter.
RNAs III familjen (Dicer) och AGO-proteiner.

Question 20

Vad innebär epigenitik?

Answer 20

Syftar på mekanismer som påverkar fenotypen eller genuttryck utan att påverka själva DNA-sekvensen.
Epigenetiska förändringar är flexibla och kan bero på miljön.
EPIGENITIK= FÖRÄNDRINGAR AV KROMATINSTRUKTUR GENOM MODIFIKATIONER AV DNA OCH HISTONER.

Question 21

Epigenitik handlar om att modifikationer av DNA och histoner leder till förändringar i kromatidstrukturen. Ge ett ex på en sådan modifikation och hur det går till.

Answer 21

Tex kan DNA genomgå metylering på den 5:e kolatomen i Cytosin (C5). Detta sker i CPG-öar. Metylering kan hindra transkriptionsfaktorer och RNA-polymeraser från att binda in. Som ex har man nukleosomer som innehåller 4 typer av histoner. Histoner kan modifieras genom metylering, acetylering, fosforylering, svmcylering och ubiquitinering.
Metylering och acetylering är vanligast.
Inaktivt och tyst kromatin är när kromatinet är tätt förpackat och det inte finns mycket utrymme (metylering). Öppet eller aktivt kromatin bildas som följd av acetylering.
Histoner kan alltså påverkas på sätt som gör att genomet förändras.
Regulatoriska små RNA kan påverka genomet genom modifikationer.

Question 22

Vad har miRNA för huvudsaklig funktion?

Answer 22

miRNA handlar om att reglera RNA-nivåer.

Question 23

Vad har siRNA för biologiska funktioner?

Answer 23

Flera funktioner.
ex posttranskriptionell reglering. siRNA kan agera på posttranskriptionell nivå. Tex kan siRNA-RISC inducera formation av heterokromatin (inaktivt kromatin) genom att associera med RNA som håller på att transkriberas av RNA-polymeras II. Det rekryterar då DNA-metyltransferaser (DMT) eller histonmetyltransferaser (HMT) som då modifierar DNA:t respektive kromatinproteiner.

I vissa fall kan siRNA också tysta ner målmolekyler genom miRNA-liknande mekanismer som involverar translationell repression.
Detta sker om den ledande strängen har “delvis komplementaritet”. Translationen inhiberas.

Om siRNA istället har fullständig och perfekt komplementaritet kommer det leda till AGO-katalyserad klyvning och degradering av mRNA:t. Klyvningen sker på en enda plats i duplexet. siRNA regenereras medan mRNA fragmenten genomgår vidare nedbrytning.

Question 24

Långa icke-kodande RNA-molekyler (incRNA).

Vart är de lokaliserade och på vilka 4 sätt klassificeras dem?

Answer 24

Lokalisering: Kan finnas på olika platser i genomet.

Klassificeras på 4 olika sätt beroende på deras mRNA gen.

1) Sense: transkriberas från samma sträng som mRNA:t.
2) Antisense: Transkriberas från strängen motsatt mRNAt.
3) Intronisk: transkriberas inuti intronen för en annan gen.
4) Intergen: Transkriberas från en region utanför mRNA gen.

Question 25

hur skiljer sig antal aminosyror mellan icke-kodande RNA och kodande RNA?

Answer 25

Icke-kodande RNA har öppen läsram på mindre än 100 aminosyror medan proteinkodande mRNA har mer än 100 aminosyror.

Question 26

Vad har icke-kodande RNA (incRNA) för funktioner?

Answer 26

Många funktioner, organisera kromatinstrukturer . IncRNA fungerar som guide genom att rekrytera kromatinmodifierade enzymer till målgener, antingen Cis (nära platser för IncRNA produktion) eller Trans (avlägsna målgener).
IncRNA kan också föra samman flera protein för att bilda ribonukleoproteinkomplex (RNP).
IncRNA-RNP kan påverka histonmodifieringar.
IncRNA kan i andra fall fungera som en byggställning och stabilisera nukleära strukturer och signaleringskomplex. De tillåter proteiner att vara mer stabila och tillåter också modifikationer som fosforyleringar.
IncRNA kan fungera som lockbete. Då titrerar den transkriptionsfaktorer och andra proteiner bort från kromatinet eller titrerar faktorer in i nukleära underdomäner.
Ett ex är NORAD. NORAD tar bort alla proteiner som är involverade i mitosen.
De binder och tystar alla proteiner som ingår i anafasen. Proteinerna kan då inte binda till sina målmolekyler. IncRNA kan också vara lockbete för miRNAs mål.

Question 27

Vad är Imprinting control region (ICR)?

Answer 27

DNA-sekvenser som kontrollerar allele-specifika uttryck av granngener.
Agerar som promotor för IncRNA eller kromatin insulate elements.
Bär på CpG rika regioner. Bär germlin-driven DNA-metylering.
De kallas också (DMR) differantially methylated domain.
Kromatin insulation; isolerar enhancer och promotor (CTCF) protein chromatin insulator.

Question 28

Hur går inaktivering och aktivering av X-kromosomen till?

Answer 28

X-kromosomen har en region som kallas “X-inaktivator center”. Därifrån transkriberas långa icke-kodande RNA.
Man har långa Xist på sensesträngen och Tsix på antisense strängen.
Xist kommer att producera och sprida sig över hela kromosomen. Detta kommer att tysta genuttrycket genom epigenetiska modifieringar av histoner.
Xist gör att kromosomen organiseras i nukleosomer i stängda komplex–> ingen transkription.

På den AKTIVA X-kromosomen kommer istället Tsix att aktiveras och hindra Xist från att uttryckas och spridas. genmetylering–>kromosomen aktiv –> transkription.

Question 29

Vad menas med genomic imprinting?

Answer 29

(regleras av IncRNA)

1% av gener. Är gener man får antingen från mamma eller pappa. Den andra förälderns gener är tystade.

Question 30

Doskompensation; processen där genprodukterna från X-kromosomerna görs lika stora mellan däggdjurs honor och hanar.
Beskriv kort hur det går till?

Answer 30

En av kvinnans X-kromosomer inaktiveras. Spermier bär på heterokromatiniserad (inaktiverad) X-kromosom och fuserar med en oocyt som har aktiverad X-kromosom. När blastocyten bildas kommer den paternella X-kromosomen att aktiveras. En av X-kromosomerna kommer slumpmässigt inaktiveras. I blastocyststadiet kommer X-kromosomerna väldigt nära och har några sorts kommunikation.