Regulation der Genexpression Regulation der Transkription und nuclear receptors

Question 1

Was ist die Zusammenfassung von der Regulation der Translation?

Answer 1

◼ Die Translation wird bei der Initiierung der Translation kontrolliert Die Translationskontrolle erfolgt spezifisch für eine mRNA oder stellt eine globale Kontrolle dar
◼ Translationsregulatorische Proteine binden an der 5’ oder 3’ UTR oder phosporylieren Zielproteine
◼ Die Phosphorylierung von elF2a durch PKR ist ein starker Abwehrmechanismus gegen Virusinfektionen

Question 2

Was ist die Zusammenfassung von den Nuclear Receptors?

Answer 2

◼ Nukleäre Rezeptorenwirken i.d.R. als Transkriptionsfaktoren
◼ Modular aufgebaut, verschiedene Domänen (DBD, LBD, Dimerisierungs- und Aktivator-Domäne)
◼ Steroid-Hormon Rezeptoren
❑ zytoplasmatisch lokalisiert
❑ DNA-Bindung erfolgt erst nach Aktivierung durch Liganden
◼ Nicht-Steroid-Hormon Rezeptoren
❑ Nukleär lokalisiert
❑ Liegen in Abwesenheit des Liganden gebunden an die DNA vor
◼ Liganden modulieren die Aktivität
◼ Liganden-unabhängige Aktivierung von zellulären Pathways

Question 3

Welche 2 Kontrollen der Translation gibt es?

Answer 3

1. mRNA-spezifische Kontrolle
   ❑ Bestimmt durch Sequenzen/Strukturen in der 5‘ und 3‘ UTR
   ◼ werden durch spezifische Proteine oder microRNAs erkannt
2. Globale Kontrolle
   ❑ Alle mRNAs sind betroffen
   ❑ Formung des Translations-Initiations-
   Komplexes

Question 4

Was sind positive und negative Signale?

Answer 4

Positive Signale:
❑ Hormone, Mitogene und
Wachstumsfaktoren
steigern die Proteinsynthese

Negative Signale
❑ Fehlen von Nahrung und Stress
(UV-Stahlen, Infektionen)
inhibieren die Proteinsynthese

Question 5

Was ist der Hauptmechanismus der Globalen Kontrolle der Translation?

Answer 5

Beeinflussung der Translations-Initiation
◼ durch Bindung des CAP Binding Komplexes und Ringbildung der mRNA

CAP Binding Komplex
◼ geformt durch verschiedene Proteine (eIF-4E [eukaryontic initiation factor 4E], eIF-4G und PABP)
◼ Vermittelt die Bindung an die 40S Untereinheit der Ribosomen
◼ 40S Untereinheit heftet sich an die CAP-Struktur der mRNA und sucht das erste AUG

Question 6

Wie wirken Proteine bei der Regulation der Translation durch Protein-Binding in der 3’ UTR? Nenne ein Beispiel

Answer 6

als Repressionen
Beispiel:
❑ Bicoid Protein (Drosophila) bindet am 3‘Ende der caudal mRNA und an eIF-4E
❑ Verhindert die Bindung von eIF-4G an eIF-4E
❑ Keine Ausbildung eines funktional aktiven Initiationskomplexes

Question 7

Wie sieht die Induktion von Eisen-Speicherung via Ferritin Dependent translation Control in der 5’ UTR aus bei niedrigen und hohen Konzentrationen von Eisen?

Answer 7

Niedrige Fe3+-Konzentration:
❑ IRP1 bindet an die 5‘ terminale Region der Ferritin-mRNA und verhindert 40S Bindung
❑ mRNA-Degradation

Hohe Fe3+ Konzentration
❑ IRP1 ist inaktiv
❑ 40S Bindung und Translation
❑ Ferritin-Expression steigt und ermöglicht Eisenspeicherung (Depoteisen)

Ferritin – Protein, dass
Eisen - Speicherung
ermöglicht

Question 8

Wozu führt die Signalkaskade ausgelöst durch Insulin?

Answer 8

Insulin aktiviert Signalkaskaden, die zur Phosphorylierung von 4E-BP führt

Question 9

Inhibierung der Proteinbiosynthese durch Phosphorylierung von eIF-2 (Virus defend mechanism)…

Answer 9

◼ eIF-2: regulatorische GTPase
❑ Vermittelt die Bindung der Methionyl-Initator tRNA an die 40S Untereinheit der Ribosomen
◼ Proteinkinasen (PKR, EKP,GCN2 und HRI) kontrollieren die Phosphorylierung von eIF-2

Beispiel: PKR-Aktivierung erfolgt durch Interferon und virale dsRNA
❑ Translationsstopp
❑ Cellular antiviral defense

> > Viren wehren sich mit PKR Inhibitoren

Question 10

In welche zwei Nuclear Receptors wird Differenziert?

Answer 10

1. Zytosolische Rezeptoren (Steroidhormonrezeptoren (alle außer der Östrogenrezeptor)
❑ Gelangen in den Nucleus nach Ligandbindung (lipophile Hormone)
◼ Typ 1 Kernrezeptoren

2. Kernrezeptoren (Rezeptoren für VitA Säure-Derivate, Vit D3, T3-Hormon, Östrogenrezeptor)
❑ Permanent gebunden an HRE im Nucleus
❑ Aktivierung durch Ligandenbindung
◼ Typ 2,3, 4 Kernrezeptoren

Question 11

Was macht den Nuclear Receptor aus?

Answer 11

◼ Rezeptor permanent im Zellkern
◼ Bindung des Liganden
◼ Transkriptionsaktivierung

Question 12

Was macht den zytosolen (nuclear) Receptor aus?

Answer 12

◼ Rezeptor im Zytoplasma (gebunden an HSP)
◼ Bindung des Liganden
◼ Transfer des aktivierten Rezeptors in den Zellkern
◼ Rezeptor bindet an HRE der DNA&raquo_space; Transkriptionsaktivierung

Question 13

Was ist mit den Apo-Receptor Compley bei Abwesenheit von Steroidhormonen und was sind seine Interaktionsparnter?

Answer 13

Abwesenheit von Steroidhormonen
❑ Nukleäre Rezeptoren sind inaktiv
❑ Rezeptoren sind an Proteine gebunden, welche zu den Chaperonen gehören

Interaktionspartner
❑ Interagieren mit Hsp90, Hsp70 und Hsp40, Co-Chaperon Hop, mmunophiline, p23

Question 14

Welche Struktur haben Nukleare Rezeptoren und welche Domänen haben sie?

Answer 14

Modulare Struktur mit unterschiedlichen Domänen
5 Domänen
❑ A/B = variable Region
❑ C = hochkonserviert - DNA Bindung
❑ D = enthält NLS
❑ E = Ligand Bindungs- und Dimerisierungsdomäne
❑ F = variable Region, nicht in allen Rezeptoren

Transaktivierungsfunktionen sind in Domäne A/B, E und manchmal F

Question 15

Welche Unterschiede sind zwischen verschiedenen Familien von Nuclear Receptors?

Answer 15

Prinzipell gleicher Aufbau, da funktionelle Verwandtschaft besteht, Domänen haben unterschiedliche Größe

Question 16

Was sind die Hormone Response Elements (HREs) der Nuclear Receptors?

Answer 16

◼ Steroidhormone binden sequenzspezifisch an HREs
◼ HREs bestehen hauptsächlich aus 2 Kopien eines Hexamers
◼ Sequenz der HREs, Polarität und Abstand zw. den HREs entscheiden über die Bindung eines Steroidrezeptors
◼ Nur bei richtigem Abstand ! zw. den Sequenzen kommt es zur hochaffinen Bindung

Question 17

Was sind HRE Konfigurationen in verschiedenen Nuclear Receptors?

Answer 17

◼ Unterschiedliche Erkennungssequenzen
◼ Unterschiedliche Struktur
❑ IR = inverted repeat (palindromisch)
❑ DR =direct repeat (direkte Wiederholungen)
❑ ER =everted repeat (gegenläufige Anordnung)

Question 18

Was entscheidet über die Klassifizierung von Nuclear Receptors und wie viele Klassen gibt es?

Answer 18

Struktur des Rezeptors und des HRE entscheiden über die Klassifizierung

4 unterschiedliche Klassen
◼ Bindung erfolgt i.d.R. als Dimer
❑ Homodimer und Heterodimere sind möglich
❑ Monomere (nur ein HRE Motiv) sind selten

Question 19

Was sind die Merkmale des Steroid Hormone Receptors?

Answer 19

❑ HREs haben palindromische Struktur
❑ z.B. Glucocorticoidrezeptor bindet als Homodimer
❑ Jedes Homodimer bindet an eine Halbseite
❑ Rezeptor liegt bereits vor der Bindung als Dimer vor

Question 20

Was sind Merkmale von Heterodoxeren mit RXR?

Answer 20

> > Für: all-trans-VitA-Säure, 9-cis-VitA Säure (RXR), T3-Hormon, VitD3-Hormon

Merkmale
❑ Direkte Wiederholung der Erkennungssequenzen (head to tail = polare Ausrichtung des Rezeptordimers)
❑ Heterodimerbildung
◼ Ein Partner ist meistens: RXR, besetzt die 5‘ Seite
❑ Abstand zwischen den Hexamererkennungssequenzen kann variieren (1-5 nt) !!!!
◼ Dadurch können bis zu 5 verschiedene HREs gebildet werden und andere Partner lagern aneinander
◼ Bestimmt, ob ein dimerischer Rezeptor hochaffin bindet

Question 21

Was sind Merkmale von Homonymer Bindung to Direct Repeats on the HRE

Answer 21

> > z.B. RXR

Merkmale
❑ HRE besteht aus zwei direkten Wiederholungen der Erkennungssequenz
❑ Homodimere bilden sich

Question 22

Was sind Merkmale von Monomeric (Orphan-)Rezeptoren?

Answer 22

◼ Orphan Rezeptoren (z.B. nerve growth factor induced clone B, NGFIB)
◼ Merkmale
❑ Bindung als Monomer an eine asymmmetrische Erkennungssequenz

Question 23

Welche Infos gibt es zur DNA Binding Domäne (DBD) von Neuclear Rezeptoren?

Answer 23

◼ Am stärksten konserviert
◼ Beteiligt an der Dimerisierung
◼ Kern der Domäne
❑ Zn2Cys4-Motive
◼ Positionieren das Protein an die große Furche der DNA aber binden nicht
❑ vermittelt die Bindung an die Halbseitensequenz
❑ Erkennungshelix bildet Kontakte zum HRE

Question 24

Was sind die Funktionen von Ligand-binding Domänen?

Answer 24

❑ Bindung von Liganden – Antagonisten/Agonisten
❑ Transaktivierung/Transrepression (Bindung von Coaktivatoren, Co-Repressoren, Mediatoren RNA Pol II)

Question 25

Was führt zur Bindung des Ligandens?

Answer 25

◼ Ähnliche Struktur zw. verschiedenen LBD
❑ 12 a-Helices (H1-H12)
❑ Ligand-Bindungstasche („Pocket“)- Aufnahme des Liganden
◼ Pocket ist hydrophob
◼ Wasserstoffbrückenbindungen mit dem Liganden
◼ Rezeptorabhängig unterschiedliche Größe
❑ T3 Hormon Rezeptor Pocket, kleine Tasche – hochspezifsche Bindung von T3
❑ PPAR-Pocket, große Tasche– viele Liganden werden gebunden (z.B. Fettsäuren)

Question 26

Durch was ist die Aktivierung von LBD durch einen Liganden ausgelöst?

Answer 26

Ausgelöst durch die H12-Domäne
❑ Amphipatisch (hydrophob und hydrophile Bereiche)
❑ Bindung des Liganden
◼ H12 klappt um, wie der Bügel einer Mausefalle
◼ Hydophile Fläche von H12 kommt nach außen
❑ dadurch in Kontakt mit Co-Aktivatoren bzw. Co- Suppressorproteinen

Question 27

Was sind die zwei Activation Elements, ihre Unterschiede und die Funktion allgemein?

Answer 27

Funktion: Transaktivierung
❑ Zwei TAD in den nukleären Rezeptoren (AF-1 und AF-2)
◼ AF-1:
❑ Liganden unabhängige Transaktivierung
❑ Phosphorylierungsorte
❑ Interaktionsorte mit Co-Aktivatoren
◼ AF-2:
❑ Liganden abhängige Transaktivierung über Helix H12-Konformationsänderungen
❑ Konserviert zw. verschiedenen nukleären Rezeptoren

Question 28

Sind alle Regionen der nuklearen
Rezeptoren sind in multiple
Protein-Protein-
Interaktionen involviert?

Answer 28

Ja

Question 29

Was sind die Mechanisms of Regulation?

Answer 29

• Ligandenkonzentration
  ❑ Reguliert über Sekretion, Transport, Lagerung
  ❑ Reguliert über Modifikationen
  ❑ Feedback-Regulation
• Phosphorylierung
  ❑ Phosphorylierungsorte (Ser, Thr und Tyr)
  ❑ Targetorte: DBD, NLS, LBD
  ❑ Meist jedoch in der AF-1 Region
• Interaktion mit anderen Transkriptionsaktivatoren
  Zwei Wege
  ◼ 1. Interaktion nach Bindung an die DNA
  ❑ In Promotorbereichen, welche sowohl Bindungsorte für den nukleären Repressor als auch für einen Transaktivator haben
  ◼ 2. Interaktion unabhängig von der Bindung an die DNA
• Ubiquitin-abhängige Regulation
  ◼ 1. Repression durch Proteolyse des Rezeptors
  ◼ 2. Aktivierung der Transkription

Question 30

Was sind Key-Aussagen zur der Lokalisierung und Aktivierung von nuclear non-Steroid Hormone Rezeptoren?

Answer 30

◼ sind im Zellkern lokalisiert
◼ Suppression der Transkription in Abwesenheit des Liganden
◼ Aktivierung erfolgt durch Phosphorylierung (bes. in AF-1 Domäne)
◼ Reguliert werden: DNA-Bindung, Co-Aktivator/Suppressor-Bindung
◼ Beispiele: RXR, RAR, Rezeptoren für T3 Hormon und Vitamin D