Regulace genové exprese Flashcards
Regulace genové exprese - co to je
- = Odpověď na vnější vlivy
- výsledek diferenciace buňky
- na všech úrovních toku informace
- NK-NK, NK-protein, protein-protein
- Eukaryota
- Bakterie, Archea - jiné typy regulace, chybí transport z jádra, posttranskripční úpravy, mohou přibýt úpravy ve spojení transkripce s translací
- Výhodnější je regulace na začátku dějů
- Regulovaná je hlavně iniciace transkripce
Regulace genové exprese na úrovni transkripce
- většina TFs se váže do velkého žlábku
- Helix-turn helix
- Zinc finger motiv (E)
- Leucine-zipper (E)
- Helix-loop-helix (E)
- Lac operon (B)
- Syntéza flagellinu (B)
- Trp represor (B)
- Aktivátory a represory (E)
- Alternativní splicing (E)
- Determinace pohlaví u Drosophily
- Regulace Fe v buňce
Helix-turn-helix motiv
- Hl. prokaryota, ale i eukaryota
- 2 α-helixy spojené krátkým řetězcem AMK
- držovány ve fixním úhlu (není flexibilní)
- Velmi často represory
- Trp represor, λ represor, antennapedia, ultrabithorax
N-KONCOVÝ α-HELIX: - další interakce
C-KONCOVÝ α-HELIX: - rozpoznávací helix -> vazba do velkého žlábku -> rozeznání specifických DNA sekvencí
- často kontakt s DNA
- často vazba na palindromy ve formě dimeru
Zinc finger motiv
- Typicky eukaryotní TFs
- Různů počet atomů Zn mezi 2 Cys a 2 His
1)α-helix, β-struktura: - Spojené Zn
- často v komplexu s jinými Zinc fingers
- často vazba na repetice
- TFIIIA
2)2 stejné α-helixy: - spojené 2 Zn, tvoří dimery
Leucine-zipper motiv
- Typicky eukaryotní faktor
- Vazba na DNA i dimerizace
- 2 α-helixy - bohaté na hydrofóbní AMK (často Leu), spojení s hydrofobními interakcemi
- vazba do velkého žlábku
- faktory jun a fas
Helix-loop-helix
- Typicky eukaryotní faktor
- 2 α-helixy spojené smyčkou -> FLEXIBILNÍ
- dimerizace
- homodimer - aktivní, vazba na DNA
- heterodimer - neaktivní, nemá DNA vazebnou doménu
Lac operon
- Bakterie, hl. E. Coli
- Jacob, Monod, 60. léta
- Operon = transkripční jednotka, regulace jedním operátorem (= část genu, kde se váže represor)
- 3 geny metabolismu laktózy:
1)Permeáza β-galaktosidů = Lac Y
2)β-galaktosidáza = Lac Z - účastní se využití laktózy, když buňka nemá glukózu -> snaží se využít laktózu pro zdroj uhlíku
3)Acetyltransferáza = Lac A -❓neznámá fce
NEGATIVNÍ REGULACE 🤬 - Buňka má Glu -> netřeba transkripce Lac operonu
- Inhibice β-alolaktózou (metabolit laktózy)
- vazba na operon Glu
POZITIVNÍ REGULACE 😇 - Není Glu -> potřeba translace Lac operonu
- aktivátor CAP = Catabolite Activator Protein
- ↓ Glu -> ↑ cAMP -> vazba CAP -> aktivace exprese, vazba RNA pol. na promotor -> transkripce Lac operonu
Syntéza flagellinu
- Bakterie Salmonella
- únik bakterií imunitnímu systému
. systém ,,on’’ a ,,off’’ - Flagellin = hl. antigenní determinant (IS ho rozpoznává)
- H1, H2 - geny pro 2 typy flagellinu
- Operon - gen pro H2 + gen pro represor H1
- H2 se produkuje, H1 se blokuje
- Rekombinace v genomu - pravděpodobnost 10^-4
-> segment se otočí -> promotor H2 se blokován a nefunguje -> odblokuje se transkripce H1
Trp represor
- Bakteriální regulace
- Atenuace = zeslabení exprese
- využívá spojení transkripce s translací
- typicky geny syntetizující AMK, které se moc často nevyskytují
ČTECÍ RÁMEC: - = 2 Trp a STOP kodon
- 4 úseky, které spolu můžou párovat
- 1.a 2. pár - ne moc často, transkripce běží, ale translace ne
- 3.a 4. pár - hodně Trp, ukončení translace a transkripce
- 2.a 3. pár - málo Trp, v místě 1 ribosom zastaví a čeká –> úsek 2 a 3 párují -> vlásenka (vyvlastňovací) -> vyvlastnění terminátoru -> celý operon přepsán, transkripce pokračuje
Aktivátory a represory u eukaryota
- spousta
- acetylace, methylace, fosforylace histonů
- proteiny s bromodoménou - poznají acetylované histony
- proteiny a chromodoménou - poznají methylované histony
- Aktivátory - ✅ často aspoň 2 domény (DNA vazebná a aktivační)
- Represory - ❌kompetice s aktivátorem, vazba aktivátoru, vazba GTFs
- Methylace chromatinu
- Epigenetické změny v embryu
- Poruchy imprintingu
Aktivátory a represory u eukaryota - methylace chromatinu
- udržovaní methyláza methyluje lagging strand podle leading strand
- pojistka vypnutého stavu genu
- genomic imprinting (vypnutí alely)
- methylace C na 5’mC v CpG ostrovech (často v promotorech)
Aktivátory a represory u eukaryota - Epigenetické změny v embryu
- tvorba primordiálních buněk -> vymazání epigenetických značek na DNA a jejich znovu vytvoření
- vypnutí/zapnutí genu
Aktivátory a represory u eukaryota - poruchy imprintingu
- Maternální imprinting = utlumení modifikací na genech matky
ANGELMANNŮV SYNDROM: - maternální imprinting
- mateřská část nahrazená otcovskou
- 2 chromosomy 15 od otce
- málo rozvinutá řeč, těžká mentální retardace, motorické problémy, záchvaty smíchu, porucha pozornosti, hypotonie, mikrocephalie, abnormální EEG, šilhání, epilepsie, poruchy polykacího reflexu, hypopigmentace, hyperaktivita
- Paternální imprinting = utlumení modifikací na genech otce
PRADER-WILLI SYNDROM: - paternální imprinting
- 2 chromosomy 15 od matky
- otcovská část nahrazená mateřskou
- hypotonie, malý vzrůst, chronické přejídání, obezita, nevyvinutý sací reflex, zpomalený vzrůst a vývoj, poruchy učení
Determinace pohlaví u Drosophily
- ♀ = xx, ♂ = x0 (1 chromosom)
sxl: - = sex lethal gen
- transkripce hned na začátku vývoje, pak celý život v tkáních
- v exonu 3 je STOP kodon
- pokud JE protein pro sxl -> inhibuje sestřih na exonu 3 -> sestřih mezi exony 2 a 4 -> protein s exony 2 a 4 -> ♀ (inhibice sestřihu)
- sxl protein NENÍ -> produkce mRNA, sestřih mezi exony 2 a 3, 3 a 4 -> nedochází k tvorbě funkčního proteinu
- ovlivňuje expresi genu transformer
transformer: - sestřihový aktivátor
- aktivace sestřihu mezi exony 3 a 4
Jak se buňka rozhodne o syntéze sxl?
- systém přímo počítá počet X chromosomů -> numerátory (TFs)
- vznik zygoty -> produkce sxl proteinu, pokud převáží signál z X chromosomu
- Numerátory soutěží s maternální inhibitorem Gro
- hodně inhibitoru Gro -> sxl se nepřepíše -> ♂
- více numerátorů -> přepis sxl -> sxl protein -> ♀
Gradienty maternální mRNA u Drosophily
- v oocytu
- bicoid a nanos - translační inhibitory
- bicoid = inhibitor pro caudal
- nanos = inhibitor pro hunchback
- gradient proteinů
- v každém místě embrya dochází k zapínaní/vypínání různých genů
Regulace Fe v buňce
CYTOSOLICKÁ AKONITÁZA:
- ❌ Fe -> vazba na mRNA
- ✅ Fe -> neváže se
FERRITIN:
- slouží jako sklad železa
- ↑ Fe -> potřeba hodně feritinu -> Fe se neváže na cytosolickou akonitázu -> uvolnění z mRNA pro ferritin -> translace
- ↓ Fe -> cytosolická akonitáza se váže na 5’ UTR -> není možná translace
TRANSFERIN:
- krade Fe mimo buňku
- ↓ Fe -> potřeba dostat Fe do buňky -> vazba cytosolické akonitázy na 3’UTR -> stabilizace mRNA, translace
IRE:
- Iron Response Element
- úsek na mRNA, kde se váže cytosolická akonitáza
Regulace na úrovni RNA-RNA: miRNA
miRNA:
- u všech organismů
- = RNA regulující RNA za účasti proteinů
- regulují až 60 % lildských genů - zastavení translace, degradace mRNA
- vazba do specifických 3’ UTR
- kódované v intronech kódujících genů
- některé mají ne úplně komplementární párování, ijné rozpoznají cíl kompletně (siRNA)
- DICER = rozpozná dsRNA a štěpí ji
- RISC = odštěpí jedno vlákno z dsRNA, vznikne ssRNA
- regulace gen. exprese + obrana proti RNA patogenů
- vlásenky -> zpracování komplexem DROSHA -> ven z jádra -> zpracování komplexem DICER -> malé dsRNA -> komplex RISC -> ssRNA + RISC umlčí danou RNA
- přčepisuje je RNA pol. II
- některé jsou produktem virů
- obrana proti transpozonům, vliv na transkripci, translaci, degradaci RNA
- spojení často s patologickými jevy (leukemie, rakovina, obezita)
Regulace na úrovni RNA-RNA: siRNA
- evolučně starý mechanismus
- Eukaryota
- perfektně párují s cílovou mRNA
- dsRNA, krátké řetězce (20-25 nukleotidů)
- v procesu RNAi (siRNA ovlivňuje můru translace genu), obrana před viry
DEGRADACE mRNA:🔪 - Gw182 protein váže PABP a CCR4-NOT komplex -> aktivuje se CCR4-NOT -> degradace polyA konce mRNA -> degradace mRNA
UMLČENÍ mRNA: - Argonaut protein porovná ssRNA s mRNA -> pokud párují, následuje degradace
