Regulierte Transkription Flashcards
Wodurch wird das co-transkriptionale Capping und das Spleißen der mRNA aktiviert ?
Durch die Phosphorylierung des CTDs
Repressoren und Aktivatoren können das basale Level der Transkription beeinflussen.
Welche Rolle spielen dabei die TAFs und wonach entscheidet sich, ob der Promotor aktiv oder inaktiv ist ?
-> Die TAFs sind an einer Seite an das TBP gebunden und stehen damit mit dem Promotor in Kontakt. Auf der anderen Seite bieten sie Bindungsmöglichkeiten für Repressoren und Aktivatoren
-> Die Summe der Regelelemente und gebundenen Faktoren entscheidet über die Aktivität des Promotors
Wie nennt man die Proteine, die an Regelelemente der DNA binden ?
-> Repressoren, die reprimierende Domänen (RD) enthalten
-> Aktivatoren, die aktivierende Domänen (AD) enthalten
Wie ist der Mediatorkomplex aufgebaut ?
- Komplex ist aus fünf Modulen aufgebaut
- Es gibt positive und negative Module
- Die Module heißen:
-> Head
-> Middle
-> Tail
-> Kinase-Modul
-> MEDI-Modul - Der Komplex ist 1-2 Mill kDa groß
Welche Funktion hat der Mediatorkomplex ?
Vermittlung zwischen RNAP II, Transkriptionsfaktoren und Regulatoren
Welche wichtige Kinase enthält das Kinase-Modul des Mediatorkomplexes und welche Funktion kann diese erfüllen ?
-> CDK8
-> Kann Ser-5 und Ser-2 des CTDs phosphorylieren
Warum ist die Konvertierung des geschossenen PICs in den offenen Komplex ATP-abhängig ?
-> Aktivierung des PICs ist von der Phosphorylierung des CTDs abhängig
-> ATP ist der Donor der Phosphatgruppen für diese Phosphorylierung
Was passiert mit den Bestandteilen des offenen Initiationskomplexes sobald die Elongation startet ?
-> RNAP II, TFIIB und TFIIF werden vom Initiationskomplex abgespalten
-> Mediatorkomplex, TFIIA, TFIID, TFIIE und TFIIH bleiben als Scaffold-Komplex am Promotor für die nächste Initiation bestehen
Was ist ein Insulator und welche Funktion hat er ?
-> Abschnitt der DNA, der für die Regulation der Transkription bedeutsam ist
-> Wird von CTCF und Cohesin gebunden
-> Bedeutsam für die Stabilisierung des Chromatins und die Zugänglichkeit der Regelelemente
Was sind eRNAs ?
-> enhancer RNAs (von Enhancer-Regionen kodiert)
-> kodieren für kein Protein, haben aber strukturelle Aufgaben
Welche Funktionen haben eRNAs ?
-> Regulation des Zusammenwirkens von Kern-Promotor und Enhancer durch Assoziation mit Cohesin/CTCF-Komplex
-> Aktivierung von pTEFb
-> Vermittlung der Dissoziation von NELF
Unter welchem Begriff werden Enhancer, Silencer und bifunktionale Regelelement der DNA zusammengefasst ?
Responsive Elements (RE)
Wie binden die Transkriptionsfaktoren an die Responsive Elements ?
-> Durch spezifische Protein-DNA-Interaktion
-> Häufig in Form von Homo- oder Heterodimeren
-> Bindung in die kleine und/oder große Furche der DNA-Helix
Nenne für die folgenden beiden responsive elements die bindenden Rezeptoren.
1. ERE
2. RARE
- Östrogenrezeptor (ER)
- Retinsäurerezeptor (RAR)
Nenne zwei DNA-bindende Strukturen.
- Zinc finger
- Basic Helix-loop-Helix (bHLH)
Nenne ein Aktivator, der keine direkte Bindung zur DNA hat und vier Aktivatoren, die direkt an die DNA binden.
- Keine direkte DNA-Bindung:
-> Notch-ICD - Direkte DNA-Bindung:
-> CREB
-> NFkB
-> Tp53
-> cMyc
Nenne einen Repressor, der direkt an die DNA bindet.
Mad
Nenne zwei bi-funktionale regulierende Faktoren, die direkt an die DNA binden.
-> CSL
-> Max
Was sind Co-Aktivatorkomplexe (CoA) ?
Nenne ein Beispiel.
-> Komplexe aus mehreren Proteinen, einige davon sind Enzyme
-> Beinhalten Histonacetyltransferasen, Lysin-Demethylasen und ATP-abhängige Remodeller
-> Können außerdem ubiquitinieren und phosphorylieren
-> Beispiel: p160-Familie
Was sind Co-Repressorkomplexe (CoR) ?
Nenne zwei Beispiele.
-> Komplexe aus mehreren Proteinen, einige davon sind Enzyme
-> Beinhalten Histon-deacetylasen, Methylasen und ATP-abhängige Remodeller
-> Beispiele: NCoR-1, SMRT-1
Wie steht die Phosphorylierung des CTDs mit dem Chromatin in Zusammenhang ?
-> Muster und Grad der Phosphorylierung haben Einfluss auf die Chromatinstruktur
-> Hyperphosphoryliertes CTD erlaubt die Interaktion mit Histon-modifizierenden Proteinkomplexen
Wie ist ein Kernhiston aufgebaut ?
-> Besteht aus 2x [H2A, H2B, H3, H4]
-> Dabei bilden jeweils H3 mit H4 und H2A mit H2B ein Paar
Welche Rolle spielen Nukleosomen bei der Regulation der Transkription ?
-> Nukleosome sind generelle Repressoren
-> Es werden primär die Histontails modifiziert
-> Die Gesamtheit der kovalenten Modifizierungen der vier Kernhistone ergibt den Histon-Code
Welche vier Enzyme sind hauptverantwortlich für die Modifizierung der Histone ?
- Histonacetyltransferasen (HATs)
- Histondeacetylasen (HDACs)
- Histonmethyltransferasen (HMTs)
- Histondemethylasen (HDMTs)
Nenne Bespiele des Histon-Codes für aktive und für inaktive Gene.
- Aktive Gene:
-> Acetylierung in H3K4 - Inaktive Gene:
-> Methylierungen in Lysinresten von H3
Welches Histon des Nukleosoms wird am häufigsten modifiziert ?
H3 ( H4 wird am zweithäufigsten modifiziert)
Nenne drei Protein-Domänen, die für die Dekodierung des Histon-Codes verantwortlich sind.
- PhD-Finger
- Bromodomäne
- Chromodomäne
Nenne ein Protein, das eine Bromodomäne enthält.
TAF250
Welche Modifizierung binden Bromodomänen ?
Acetylierte Lysylreste des Histon-Codes
Nenne ein Protein, das eine Chromodomäne enthält.
Heterochromatin-Protein HP1
Welche Modifizierung binden Chromodomänen ?
Methylierte Lysylreste des Histon-Codes
Welche Histon-Code lesenden Domänen enthält das Protein BPTF ?
-> Eine Bromodomäne
-> Einen PhD-Finger
Nenne sechs Beispiele von Kernrezeptoren.
- Östrogenrezeptor (ER)
- Progesteronrezeptor (PR)
- Glukokortikoidrezeptor (GR)
- Thyroidhormonrezeptor (TR)
- Retinosäurerezeptor (RAR)
- Retinoid-X-Rezeptor (RXR)
Welcher Zusammenhang besteht zwischen dem CTD und der Einleitung der Polyadenylierung ?
Das phosphorylierte Ser-2 rekrutiert die nötigen Faktoren für die Polyadenylierung.
Zu den Faktoren gehören RNA-freisetzende Proteine und Poly(A)Polymerase.
Bifunktionale REs können vom Repressor zum Aktivator werden. Durch welche Prozesse kann dieses Umschalten bewirkt werden ?
-> Durch kovalente Modifizierungen
-> Durch Bindung eines Liganden
-> Durch Heterodimerisierung mit einem anderen Partner
Was sind die primären Zielproteine von CoR- und CoA-Komplexen ?
Die vier Kernhistone: H2A, H2B, H3 und H4
Welche Modifizierungen des Histon-Codes sind mit aktiven bzw. inaktiven Genen assoziiert ?
- Acetylierungen werden mit aktiven Genen assoziiert
- Methylierungen sind ein bivalentes Signal
-> Di- und Tri-Methylierungen werden mit inaktiven Genen assoziiert
Die meisten Kernrezeptoren (NRs) sind Liganden-reguliert. Nenne einen Rezeptor, der sich ligandenfrei im Cytoplasma befindet und beschreibe kurz seine Regulierung.
-> Östrogenrezeptor
-> Befindet sich im Cytoplasma und bindet dort an Hitzeschock-Proteine (HSPs)
-> Bindender Ligand bewirkt das Ablösen des HSPs und die Dimerisierung mit einem zweiten Östrogenrezeptor
-> Es folgt die Translokation des Rezeptordimers durch eine Kernpore in den Zellkern
Die meisten Kernrezeptoren (NRs) sind Liganden-reguliert. Nenne einen Rezeptor, der sich ligandenfrei im Zellkern befindet und beschreibe kurz seine Regulierung.
-> Retinsäurerezeptor
-> Bindet im Zellkern an die DNA
-> Wird durch die Liganden-Bindung vom Repressor zum Aktivator umgewandelt
Wie werden aktivierte Liganden noch genannt ?
Agonisten
Kern-Rezeptoren (NRs) liegen liganden-frei und liganden-gebunden in unterschiedlichen Konformationen vor. Wie nennt man diese Konformationen ?
- Ohne Liganden: Apo-Konformation
- Mit Liganden: Holo-Konformation
Nenne zwei Histon-Modifizierungen, die an inaktiven Genen zu finden sind.
H3K27me3
H3K9me3
Nenne drei “Writer” des Histon-Codes.
- Acetylasen
- Methylasen
- Phosphorylasen
Nenne drei “Eraser” des Histon-Codes.
- Deacetylasen
- Demethylasen
- Phosphatasen
Nenne vier “Reader” des Histon-Codes.
- Bromodomänen
- Chromodomänen
- PhD-Finger
- WD40
Wie viele Chromosomen besitzt der Mensch ?
-> 22 Paare homologer Chromosomen
-> Zusätzlich 2 Geschlechtschromosomen
Verschiedene Regionen des Chromosoms weisen verschiedene Histone auf. Durch welches besondere Histon ist die Centromer-Region markiert ?
CENP-A
-> Variante von H3
Was unterscheidet Euchromatin von Heterochromatin ?
- Euchromatin:
-> “offen”
-> hohe Transkriptions- und Replikationsrate - Heterochromatin:
-> “geschlossen”
-> genomische DNA ist weitgehend inaktiv
-> sehr geringe Transkriptions- und Replikationsrate
Welche zwei Typen von Heterochromatin gibt es ?
- Konstitutives Heterochromatin:
-> Weist primär H3K9me3 auf
-> wird epigenetisch in allen Zellen des Organismus an den selben Loci im Genom aufrecht erhalten
-> Wird durch das Protein HP1 vermittelt, das das Chromatin beschichtet - Fakultatives Heterochromatin:
-> Weist primär H3K27me3 auf
-> enthält Gene in einem transkriptionell inaktiven Status
-> Inaktivierung kann aufgehoben werden
Was versteht man unter Imprinting ?
Imprinting ist ein epigenetisches Phänomen, das bei bestimmten Genen das Allel eines Elternteils inaktiviert.
Nenne zwei Erkrankungen, die auf fehlerhaftem Imprinting beruhen.
- Silver-Russell Syndrom
- Temple Syndrom
Nenne drei Histon-Modifizierungen, die an aktiven Genen zu finden sind.
H3K4me2/3
H3K36me2/3
H3K27ac
Wie sind die Nukleosomen im Chromatin verteilt ?
- Im Heterochromatin:
-> dichte Aneinanderreihung von Nukleosomen
-> Stabilisierung durch weitere Proteine wie HP1 - Im Euchromatin:
-> Regionen mit und ohne Nukleosomen
-> Abstände zwischen Nukleosomen sind flexibel
-> Nukleosom-Verteilung wird z.T. durch ATP-abhängige Remodeller bestimmt
Was sind CpG-Inseln ?
-> C-G-reiche Sequenzen der DNA
-> Regulatorische Funktion durch Methylierung des Cytosins
Inwiefern hat die Methylierung der CpG-Inseln mit dem Histon-Code zu tun ?
-> Hypomethylierte Promotoren sind in Regionen mit Aktivator-Markern zu finden
-> Hypermethylierte Promotoren sind in Regionen mit Inaktivator-Markern zu finden
Was passiert bei der Methylierung einer CpG-Insel ?
-> Cytosin wird zu 5´-Methyl-Cytosin
-> Reaktion wird durch DNA-Mehtyltransferasen (DNMTs) katalysiert
-> Donor der Methylgruppe ist S-Adenosinmethionin (SAM)
Welche beiden Arten der CpG-Insel-Methylierung gibt es ?
- Erhaltungsmethylierung
-> findet während der Replikation statt - De novo Methylierung
-> Wird durch Signale ausgelöst
Welche Folgen hat die Methylierung der CpG-Inseln für das Chromatin ?
-> Protein MeCP2 bindet das Methylcytosin
-> MeCP2 rekrutiert Co-Repressor-Komplexe mit HDACs oder Remodeling-Faktoren
-> Euchromatin wird in Heterochromatin umgewandelt
MeCP2 bindet methylierte CpG-Inseln. Wie läuft das darauf folgende “Spreading” ab ?
-> Gebundenes MeCP2 initiert die Bindung weiterer MeCP2s auch ohne weitere Methylierungen
-> Umwandlung von Euchromatin zu Heterochromatin breitet sich aus
Wie wird das “Spreading” von Heterochromatin begrenzt ?
- Das Spreading läuft bis zu einer der folgenden Barrieren:
-> Von Proteinen gebundener Insulator
-> Von Regulatoren gebundenes Boundary-Element - Euchromatin und Heterochromatin werden voneinander getrennt
Nenne zwei Enzyme, die für die transiente und die stabile Repression der Transkription bzgl. der Chromatinstruktur nötig sind.
- Histondeacetylasen (HDACs)
- ATP-abhängige Chromatin-Remodeller
Zu welcher Krankheit kann eine Mutation von MeCP2 führen ?
Rett-Syndrom:
-> Trifft fast ausschließlich Mädchen
-> neurologische und autistische Symptome
-> In >80% handelt es sich um eine de novo Mutation im MeCP2-Gen
Was ist das Barr-Körperchen ?
In Zellen, die zwei X-Chromosomen enthalten, wird eines davon inaktiviert und damit zum Barr-Körperchen.
Wozu führt ein XXY-Chromosomensatz ?
Klinefelter-Syndrom:
-> Schmale Schultern
-> Kurzer Rumpf
-> Lange Beine
-> Kleine Hoden
-> Wenig Gesichtshaar
-> Ausgeprägte Brust
Wozu führt ein X0-Chromosomensatz ?
Turner-Syndrom:
-> Niedrig sitzende Ohren
-> Schmaler Kiefer
-> Breiter Brustkorb
-> Herzerkrankungen
-> Schilddrüsenunterfunktion
-> Unfruchtbarkeit
-> Probleme im Lymphsystem
Wozu führt ein XXX-Chromosomensatz ?
Triple-X-Syndrom:
-> Häufig ohne physische Auffälligkeiten
-> evtl. geringe motorische oder kognitive Störung
-> evtl. eingeschränkte Fruchtbarkeit
Was sind Polycomb-Proteine ?
-> z.B. PcG, PRC
-> Lagern sich zu Komplexen zusammen
-> In Säugern sind PcG/PRC-Komplexe entscheidend für die Inaktivierung des X-Chromosoms
-> PcG/PRC-Proteine wirken als Remodeler, die Euchromatin zu Heterochromatin umwandeln
-> PcG/PRC-Komplexe erkennen ihre Bindestellen im Chromatin an der repressiven Histon-Kodierung
Welche Folgen hat die Bindung von PcG/PRC-Komplexen an das Chromatin ?
-> Bindung schaltet das Chromatin komplett ab (silencing)
-> Es können Chromatin-Loops entstehen, die vom silencing nicht betroffen sind
Was ist die die Xist-RNA ?
-> Eine “long non-coding RNA”
-> Ist auf dem langen Arm des X-Chromosoms kodiert
-> Seine Expression wird während der Embryonalentwicklung auf einem der beiden X-Chromosomen aktiviert
Welche Funktion hat die Xist-RNA ?
-> Bindung an das Chromatin über einen scaffold Faktor (SAFA)
-> Bindung beginnt an definierter Stelle, dem X-inactivation center (XIC)
-> Rekrutierung von Chromatin-regulierenden Komplexen durch direkten Kontakt mit SHARP-Komplex
-> SHARP-Komplex inhibiert die Aktivität der RNAP II
-> Xist-RNA rekrutiert Polycomb-Komplexe, die Histon-Modifizierungen bewirken
Bei der Inaktivierung eines der X-Chromosome kommt es zum Austausch eines Histons. Wie sieht dieser Austausch aus ?
Statt H2A wird die Variante macroH2A eingebaut.
Welche beiden Polycomb-Komplexe werden von der Xist-RNA rekrutiert und für welche Histon-Modifikation sind diese zuständig ?
-> PRC1 und PRC2
-> Bewirken die Modifikationen H2AK119-UbQ und H3K27me3
Die Xist-RNA rekrutiert neben zwei Polycomb-Komplexen auch einen Ribonuklein-Komplex. Wie heißt dieser ?
hnRNPK
Was passiert mit einem Teil der Cytosine der DNA während der Inaktivierung des X-Chromosoms ?
Sie werden durch DNMTs methyliert.
Nenne fünf Beispiele für RNAs, die nicht für Proteine kodieren, sondern strukturelle oder regulatorische Funktionen haben.
- tRNA
- rRNA
- microRNA
- small-non-coding ncRNAs
- long-non-coding ncRNAs
Entscheidet die Struktur des Chromatins (Euchromatin oder Heterochromatin) absolut über die Aktivität der darin liegenden Gene ?
Nein
-> In euchromatischen Bereichen gibt es aktive und inaktive Gene
-> Heterochromatin ist nicht komplett inaktiv
Welche beiden Mechanismen sind für das Silencing der Gene zuständig ?
- Methylierung der DNA
- Modifizierung von Histonen und Histonvarianten
In welchem Zustand liegen die CpG-Inseln im Heterochromatin vor ?
Sie sind hypermethyliert.
Schildere kurz die Aktivierung von RXR-Heterodimeren.
-> RXR liegt mit TR als Heterodimer im Zellkern ligandenfrei vor
-> Heterodimer wirkt als Transkriptionsrepressor
-> Ligand wird durch eine Kernpore in den Zellkern importiert
-> Ligandenbindung an TR wandelt den Heterodimer vom Repressor zum Aktivator um
Schildere kurz die Aktivierung von Retinsäure-Rezeptoren (RAR).
-> RAR liegt mit RXR als Heterodimer ligandenfrei im Zellkern vor
-> Heterodimer bindet an ein RARE und wirkt als Transkriptionsrepressor
-> Ligandenbindung löst eine Konformationsänderung aus
-> Als Folge können Co-Aktivatoren assoziieren
-> Heterodimer wirkt jetzt als Transkriptionsaktivator
Erkläre kurz den Zusammenhang zwischen RAR und dem CoA LxxLL-Motiv.
-> In ligandenfreier Form kann der RAR-RXR-Heterodimer nur mit der extended Helix (LxxxlxxxL) des CoR interagieren
-> Nach der Ligandenbindung entsteht eine H3-H12-Furche
-> In die neue Furche passt nur das LxxLL-Motiv des CoA
Welche Funktion hat der SHARP-Komplex, der von der Xist-RNA rekrutiert wird ?
-> De-Acetylierung von H3K4 über HDAC3
-> Daraus resultiert die Ablösung der RNAP II vom Chromatin
