Transcriptional Regulation (Eukaryote) Flashcards
Hva er ORF?
- Transkribert område i genomet.
Hvordan er genomisk DNA forskjellig fra prokaryote og eukaryote?
- I prokaryote celler er genomisk DNA «nakent».
- I eukaryote celler er genomisk DNA snurret rundt oktamerer av histon proteiner (2xH2A, 2xH2B, 2xH3 og 2xH4) som sammen utgjør nukleosomer. Kromatin er kuler av nukleosomer på en streng av DNA.
Hvordan er kromatin en barriere for transkripsjon in vitro (i lab)?
- Nakent DNA templat -> RNA syntese
- Kromatinisert DNA templat -> Ingen RNA syntese, siden DNA har nukleosomer som gjør at DNA regulatoriske sekvenser ikke er tilgjengelig for basal transkripsjon maskineri.
På hvilken måte er kromatin en fordel for eukaryote?
- Det gir et ekstra lag med regulering (histon modifisering og kromatin remodeling enzymer).
- Lukket kromatin -> gen AV
- Åpent kromatin -> gen PÅ
Hva er regulatorer?
- Proteiner som binder til spesifikke DNA regulatoriske sekvenser utfenfor promoter for å regulere transkripsjon.
Hvor finner man regulatoriske sekvenser og hva er enhancers?
- De er generelt å finne upstream for kjærne promoteren.
- Unicellulære eukaryoter har få regulatoriske sekvenser mens multicellulære eukaryote har større og mer komplekse sett av regulatoriske sekvenser.
- Enhancers er regulatoriske sekvenser som er langt fra kjærne promoteren.
Hva skiller prokaryotisk og eukaryotisk regulering av transkripsjon?
- Det er samme prinsipp
- Aktivatorerer binder til regulatoriske sekvenser og rekrutterer RNAP -> transkripsjon.
- Repressorer binder til regulatoriske sekvenser og forhindrer rekruttering av RNAP -> ingen transkripsjon.
- Eukaryotisk regulering kan være ekstrem kompleks sammenlignet med prokaryote, regulatorer kan påvirke flere nivå (DNA, nukleosom osv…).
Hvilke to seperate funksjoner har eukaryotisk aktivator?
- DNA binding domene (DBD) -> DNA binding.
- aktiverings domene (AD) -> aktivering av transkripsjon.
Hvilket forsøk var det som avslørte funksjonell ulikhet mellom DBD og AD?
- reporter essay -> den enkleste måten å studere transkripsjonel regulering.
- DNA-binding sete av en aktivator er plassert upstream i et reporter gen -> binding av aktivator trigger transkripsjon av reporter gen -> kvantifisering av gen-produkt.
- Domene swap assay demonstrerte funksjonell separasjon mellom DBD og AD.
Hvordan binder DBD på regulatorer til DNA-bindings sete?
- Binder på samme måte som i prokaryote, altså transkripsjon regulatorerer binder til spesifikk DNA sekvens som en Homodimer via en helix-turn-helix domene, men:
- Eukaryotisk regulatorerer binder til DNA som Homodimere, Heterodimere og av og til Monodimere og det er varierende grad av DNA-binding sekvens spesifisitet.
Hva er homeotisk transformasjon?
- Bytte fra en kroppsdel med en annen, endrer gen ekspresjon og celle differensiering under tidlig embryogenese.
- Ved dette ved hjelp av å bytte homedomene protein (består av 3α helikser) vil man endre embryonal utviklingen.
- Homedomene protein er en form for DNA-binding domene (DBD) som er å finne på aktivator.
Hvilken struktur og hvordan binder sink-innholdene DNA-binding domener?
- Kommer i flere former:
- > I all hovedsak sink fingre (Gal4, CTCF).
- > Sink klustre.
- Strukturen til en klassisk sink finger består av: 2 Cys og 2 His (C2H2) stabilisert av et sink ion.
- 1α heliks: gjenkjennings heliks -> interagerer med major groove av DNA.
- 1 antiparallel β sheet (2 β strands).
Hvilken struktur og hvordan binder Leucin zipper DNA-binding domener?
- Struktur: to α heliks monomerer danner basic-region leucine zipper dimer.
- Binding:
• N-terminal basic region -> binder til major groove av DNA.
• C-terminal zipper region -> leucin rik -> dimerisering - Zipper regionen er amfipatisk = både hydrofob -> kontakt med dimerisering overflaten og hydrofil -> kontakt med nucleoplasma.
Hvilken struktur, funksjon og hvordan binder basic helix-loop-helix (bHLH) protein DNA-binding domener?
- Funksjon: transkripsjonsfaktor c-Myc (oncogene) og BMAL1 (cirkadiansk klokke).
- Struktur og binding likt som som Leucine zipper (bZIP):
• bH: basic helix -> binder til major groove
• L: linker loop
• H: Helix - Dimeriseringsoverflaten = delvis basic helix + andre helix.
Hvilken struktur og hvordan binder high-mobility group (HMG) protein DNA-binding domener?
- Struktur: 3 α helikser separert med loops.
- Binding: inneholder AT hooks -> binder til AT-rikt område i minor groove -> trigger DNA bøying.
Hva er oppgaven til aktiverings domene (AD) i aktivatorer?
- Det er en plattform som rekrutterer protein komplekser involvert i transkripsjon.
- Dissse protein kompleksene er:
• Koaktivatorer: mediatorer, kromatin/histon modifiers.
• GTF
Hvilke 4 klasser av AD har vi?
- De har ingen bestemt struktur, men:
- Klassene er definert etter aminosyre innhold:
1. Syre domener (mange sure aminosyrer): Gal4
2. Glutamin rike domener: SP1
3. Prolin rike domener: AP2
4. Isoleucin rike domener: NTF-1
In vivo (i cellen), hvordan klarer aktivitoren å åpne opp kromatin?
- PIC dannelse og initiering skjer ved hjelp av koaktivatorer -> åpner kromatin.
- Transkripsjonelle koaktivatorer er:
• Histon modifisering enzymer: acetylering (HAT), metylering, osv…
• Kromatin remodeling kompleks: endrer rekkefølge til nukleosomer.
• Mediator kompleks
Hvilke typer av histon modifiserings enzymer finnes det?
- Dette er enzymer som modifiserer spesifikke aminosyrer (i all hovedsak K) på histon halen.
- Writers: • Histon Acetyltransferase (HAT) • Histon Metyltransferase (HDM) - Erasers: • Histon Deacetylase (HDAC) • Histon Demetylase (HDM) - Readers: • Metylerte histon m/chromodomene • Acetylert histon m/bromodomene
På hvilken måte promoterer histon acetylering transkripsjon?
- HAT bruker Acetyl-CoA som en donor av acetylgruppe (CH3COO-) for å acetylere histoner.
- Skjer på to måter:
1. Nøytraliserer (+) ladningen på histon -> svekker DNA (-) - nukleosom (+) interaksjonen -> åpner kromatin -> PIC montering.
2. Rekruttering av bromodomen-innholdene proteiner, som TFIID -> PIC montering.
Hva er det som avgjør effekten av histon metylering på transkripsjon?
- Hvilken histon som er metylert (CH3)
- Hvilken lysin (K) som er metylert
- Hvor mange metylgrupper som er festet (1, 2 eller 3 metylgrupper)
På hvilken måte kan histon metyltransferase (HMT) både promotere og represse transkripsjon?
- H3K4me3 ved promoter rekrutterer chromodomen-innholdende TFIID -> PIC montering -> aktiv transkripsjon.
- H3K9me3 -> lukket kromatin -> repressed transkripsjon.
Hvorfor aktivatorer rekruttere ATP-avhenting kromatin remodeling komplekser?
- Siden de åpner kromatinet for å tilgjengeliggjøre DNA binding sekvenser.
- Dette kan gjøres på to måter:
• Sliding av nukleosomer
• Utkastelse av deler av eller hele nukleosomer. - Nukleosomer er ikke statiske
Hva gjør histon chaperoner?
- De passer på at histon forblir i «ikke-nukleosomal» konformasjon -> preventere re-montering av histon etter remodellering av histon (feks fra ATP-avhengig kromatin remodeling kompleks).
- Dette lar seg gjøre pga hydrolyse av ATP.
Hvordan stopper RNAP II downstream for TSS før produktiv elongering og hvordan kan pausen være stabil?
- fosforylering av Serin 5 på CTD på RNAP -> pause gir tid for capping
- Pause er enchanced av NELF og DSIF
- Pausen kan være stabil ved gener som transkriberer under utvikling eller i respons til signal.
- Pausing lar gener bli loaded med initiert PIC som er klar for elongering.
Hva er funksjonen til P-TEFb?
- P-TEFb stimulerer elongerings steget av transkripsjon.
- Funksjon:
• P-TEFb fosforylerer Serin 2 på CTD på den største subenheten på RNAP II.
• P-TEFb fosforylerer pause faktorene NELF og DSIF for å promotere RNAP II pause frigjøring.
Hvilken heat shock respons får man i Drosophila?
- før heat shock: GAGA aktivator rekrutterer RNAP II ved heat shock-respons gener -> initiering -> pause
- Under heat shock: rekruttering av aktivator HSF som rekrutterer P-TEFb -> P-TEFb fosforylerer CTD Serin 2 + P-TEFb fosforylerer NELF -> frigjør NELF -> elongering fortsetter -> rask ekspresjon av gener involvert i heat shock respons.
Hvordan kan aktivatoterer (enhancers) regulere henger som er flere hundre Kb unna?
- Via kromatin loop -> lar aktivatorer har kontakt med mål gen
- Loops dannes fra flere faktorer:
• Interaksjon mellom proteiner i transkripsjon komplekset.
• Mediator komplekser.
• Cohesin.
• CTCF.