Regulatoriska kretsar och nätverk Flashcards
Vad innebär aktivering?
En krets kan också påverkas av andra input-variabler som triggar och aktiverar uttrycket av Y.
Här är X en aktivator som binder till DNA vilket ökar affiniteten till polymeraset –> ökad initiering –> mer mRNA transkriberas
Vad innebär repression?
En krets kan också påverkas av en repressor som hämmar uttrycket av Y.
Repressorn X binder till DNA och blockar RNAP från att binda in –> ingen transkription
Vad är steady state?
Steady state är när Y når maximal nivå, produktionen av Y fortsätter tills att man når steady state, en jämvikt!
Detta läge beror av
- Produktionshastigheten, både transkription och translation
- Degraderingshastighet (av både proteinet och mRNA)
- Koncentrationen av protein Y späds vid celldelning –> halveras
Vad är negativ autoreglering?
Negativ autoreglering innebär att produkten av en gen reglerar uttrycket av genen! På så sätt ‘hämmar’ den sig själv!!
Det innebär att denna komponent når sitt steady state tidigare/snabbare
Negativ autoreglering
- ger snabb respons
- Reducerar variabiliteten mellan celler –> i vissa fall är det viktigt att vara samma/olika fenotyp
Exempel: Rosenfeld
- Jämförde transkriptionsenhet från simpel enhet och negativt autoreglerad krets.
- Kontrollerar uttryck av gfp med repressor och inducer
- Såg en snabbare respons för den autoreglerade varianten!
Negativ autoreglering på post-transkriptionell nivå: Från ett operon kan ett litet regulatoriskt RNA klyvas, denna produkt kan baspara till sitt ursprungliga mRNA och repressa translation
- Detta leder till terminering av transkription
- Produkt av genen påverkar uttrycket av genen
Vad är positiv autoreglering?
Positiv autoreglering innebär att produkten aktiverar fortsatt uttryck av sig själv!
Vägen mot steady state
- Långsammare respons
- Heterogenitet mellan celler (inte alltid)
○ Bet hedging: aktiverar bara några celler, stokastiskt –> vissa når tröskelvärde!
[aktivator] = låg i början –> ackumuleras allt eftersom –> högre aktivitet
Exempel: Khlebnikov Arabinos operon
AraE - transporterar in arabinos, om [arabinos]=låg –> alla celler svarar inte på samma sätt
AraC - binder endast när arabinos finns och är bundet = aktivator –> binder till promotor,
PBAD - när promotor och AraC är bundet
- Produkt nedströms Pbad är gfp –> fluorescerande om arabinos finns!
Flödescytometri: mäter enskilda celler mha fluorescens
Vid [arabinos]=0%
- Ingen fluorescens
[Arabinos] = 0.02 %
- Hälften uttrycker ej gfp
- Hälften är fullt aktiverade
Reglering igång
- Heterogenitet hos populationen
[Arabinos] = 2%
- Alla celler aktiverade
Fördel med heterogenitet
- Vet ej hur mycket det finns
- Kanske kommer något bättre –> kan vara smart att vänta att glukos ska öka igen –> kan vara onödigt att ställa om sin metabolism
Vad är sekventiell reglering?
Vissa regleringsmekansimer är sker i kaskader
- Viktigt att saker aktiveras/repressas vid olika tidpunkter
Ex. utvecklingsprogram: fördröj aktivering av z genom att ha en intermediär Y mellan!
När X når ett tröskelvärde hämmas Y,
När Y når ett tröskelvärde påverkas Z
Vad är negativ feedback?
Uttrycket av den ena dämpar det andra
- Om det går långsamt att aktivera och snabbt att repressa fås oscillationer över tid
- Om det går snabbt att aktivera och långsamt att repressa fås brus-drivna pulser
Vad är positiv feedback?
Finns två olika varianter som ger upphov till ökat uttryck:
Exklusiv bistabilitet; dubbel negativ - komponenterna repressar varandra. Det innebär att antingen uttrycks X eller Y. Repression av Y ger mer X
Den andra varianten är Joint bistabilitet: dubbel positiv. Uttryck av den ena aktiverar uttrycket av den andra (åt båda hållen). Det innebär att antingen är båda uttryckta, eller ingen.
Hur kan vissa motiv skapa ett minne?
Vissa motiv kan skapa ett minne
Exempel: Z aktiverar X och Y
- X och Y aktiverar varandra, är joint bistabilia.
- När Z försvinner fortsätter X och Y
○ De aktiverar varandra
○ Ett ‘minne’ av vad som hänt
Vad är feedforward loops?
- Innehåller 3 komponenter
- Finns 8 olika teoretiska möjligheter hur dessa kan kombineras
○ En av dem är mest känd i naturen - Möjligheterna delas in i coherent och incoherent (map Z)
○ Coherent: båda armana gör samma sak/har samma ‘mål’
○ Incoherent: armarna har motsatt effekt på Z
Exempel: uttryck av flagell-gener
- Flagellgenerna är 50-60 st som ofta sitter i operon och styrs av en gemensam transkriptionsfaktor
- flhDC är TF och binder till DNA
- Detta aktiverar sigma faktor, en subenhet i RNAP. Sigmafaktorer har affitnitet för olika gener, denna aktiverar fliA som endast binder till promotor i flagelloperonet. Detta aktiverar och stimulerar uttryck för fliL, ett strukturellt protein nödvändigt för flagell. Det är alltså indirekt aktivering av proteinet
- TF aktiverar också direkt proteinet
Detta är alltså exempel på en coherent feedforward loop
- båda aktiveringsvägarna pekar mot samma sak - uppreglering!
- Båda aktiveringsvägarna aktiveras med samma kinetik
- Men av-aktiveringskinetiken ser annorlunda med eller utan fliA
○ Fördröjning när FliA finns närvarande. Det finns ett extra steg, tar längre tid att få bort - mer stabilt
Mellansteget i en sådan loop kan vara ett litet RNA, behöver inte vara ett protein- sRNA är ofta med i nätverk!
Hur kan sRNA styra porstorleken hos cellen?
In-signal: osmotisk stress via EnvZ (His-kinase)
EnvZ fosforylerar OmpR, en transkriptionsfaktor
○ Denna TF har olika affinitet för DNA med och utan p (men kan binda oavsett) Med p –> ökad affinitet
○ OmpR aktiverar uttryck av sRNA MicF
○ MicF repressar ompF och förhindrar uttryck för stor porstorlek
In-signal: osmotisk stress via EnvZ (His-kinase)
EnvZ fosforylerar OmpR, en transkriptionsfaktor
○ Denna TF har olika affinitet för DNA med och utan p (men kan binda oavsett). Med p –> ökad affinitet
○ OmpR repressar uttryck av sRNA MicC (–> mindre MicC)
○ MicC repressar ompC genen (som kodar för liten porstorlek) Eftersom MicC repressas så äger de-repression rum: dvs aktivering av ompC
Hög stress –> vill stänga igen de stora porerna, ha små porer!
Reglering sker på både post-translationell och transkriptionell nivå
- Att reglera på båda nivåerne –> snabbare reaktion/effekt:
De mRNA som finns kvar kan fortfarande uttryckas!
Repressa på båda nivåerna –> snabbare omställning
Varför används sRNA och inte bara TFs?
TFs är proteiner - de måste produceras
Finns olika +/- med båda alternativen, de har olika egenskaper och är bra vid olika tillfällen. De kan kombineras!
Olika magnitud
- Olika target
DNA –> en kopia
RNA –> finns mke mer mRNA som mål
Det är alltså skillnad på det dynamiska omfånget
Tar längre tid att få bort aktiveringen - olika kinetik
Repression: tar lång tid att aktivera igen –> ser inget uttryck
- Varför?
Olika typer av molekyler - rna och protein
Stänger av transkription, mRNA kan fortsätta translateras
Protein mer stabila: stabila, [protein] påverkas ej av nedbrytning i samma uträckning som nedbrytning av mRNA, påverkas mer av spädning
RNA degraderas snabbare, har en half-life på 1-10 minuter
Tar längre tid att påverka/minska repressionen
Vad innebär det att responsen hos sRNA ofta är tröskelvärdes-linjär?
Innebär:
○ Väldigt effektiv bindning
○ Andra RNA kan konkurrera ut varandra –> snabb removal
Fördelar
- Inherently bursty: Många under tid, få under övrig tid
- I repressat stadie påvisar TF ofta brus –> inte helt vattentät, får lite uttryck av mRNA. I sådant fall kan sRNA repressa det som slipper igenom
Ex. toxin gener: om mRNA translateras –> död, måste finnas ett andra lager som kontrollerar uttrycket
- Om mRNA är överflödigt har sRNA ingen effekt –> det måste binda och repressa
- Vid gränsvärde kan små förändringar i mRNA/sRNA ha stor effekt –> väldigt känslig
Bistabilitet –> heterogenitet –> olika fenotyp
Vilka livsstilar hos den enskilda cellen är motsägande och varför?
Hos enskilda celler finns två alternativ: att vara motil eller stationär
- Dessa är motsatta fenotyper, ska ej uttryckas samtidigt hos en enskild cell
- På populationsnivå är det bra med lite olika
Om motil- Uttryck av flageller
Om stationär- Inga flageller, Proteinfilament som ska polymeriseras –> fastnar
Här finns flera olika regulatorer/komponenter som hänger ihop –> de kan inte existera samtidigt –> styr valet av fenotyp
De olika fenotyperna har motsatt reglering - Direkt och indirekt reglering som alla går i samma riktning - de är koherenta!
