Kontroll av genuttrycket på transkriptionsnivå

Transkript

1 Kontroll av genuttrycket på transkriptionsnivå Vägen från gen till funktionellt protein består av många steg, fig1-11. Det finns exempel på kontrollmekanismer för alla dessa steg. Transkriptionsstart Alternativ splicing Nedbrytning av mrna Translationsstart Proteinets stabilitet, aktivitet och lokalisering Synteshastigheten för ett protein avgörs av hur ofta. av genen och. av mrna tsker.

2 Hur ofta en gen transkriberas beror på hur bra binder till promotorn. Det sker ingen (eller väldigt sällan) bindning om DNA tär i..-kromatinstruktur. Olika promotorsekvenser har olika hög affinitet för RNA-polymeraset. Mha.. kan affiniteten både ökas och minskas. Mhaen.får RNA-polymerasetytterligare en bindningsmöjlighet till DNA t(förutom promotorn), därmed ökas affiniteten. En stör bindningen mellan RNA-polymeras och DNA.

3 Reglering av Lac-operonetär ett bra exempel på hur en repressoroch en aktivator kan fungera i en bakterie. Lac-operonetkodar för proteiner som behövs för att cellen ska kunna ta upp och klyva disackaridenlaktos. Laktos glukos + galaktos. Detta måste ske för att cellen ska kunna använda laktos som energikälla. Om cellen inte har tillgång till laktos är lac-operonetavstängt. Transkription sker väldigt sällan. Om cellen har tillgång till laktos men också glukos sker transkription, men med ganska låg frekvens. Cellen sparar energi genom att använda glukos isf laktos som energikälla. Om cellen bara har tillgång till laktos och inte glukos uttrycks lacoperonet med hög frekvens.

4 Till lac-operonethör de reglerande sekvenserna: promotor,...och..., fig7-2. Utan laktos binder lac repressorn till operatorn och hindrar då polymerasetfrån att binda till promotorn (7-2a). Med laktos lossnar repressornoch. kan binda promotorn, men bindningsaffiniteten är låg (7-2b). Med laktos utan glukos binder camptill CAP-siteoch till polymerasetsom då får en högre affiniteten till DNA t(7-2c).

5 Transkription hos eukaryoter skiljer sig på några punkter från prokaryoter: Eukaryoter har tre olika RNA-polymeraser(I, II och III), tabell 7-2. Det finns inga eukaryotasigmafaktorer, i stället behövs sk. transkriptions-faktorer för att binda polymeraset till promotorn. Det krävs många steg innan transkriptionen kan börja, DNA tskall vara i form av eukromatinoch ett antal specifika och allmänna transkriptionsfaktorer skall binda DNA och polymeras.

6 RNA-polymeras II spromotor-sekvenskan innehålla sktata-box(fig7-12), initiator-sekvens eller områden med mycket CG-baspar.

7 För att RNA-polymeraset ska kunna bindas till promotorn och transkriptionen starta måste allmänna transkriptionsfaktorer medverka. RNA-polymeras II har hjälp av TFIIA, B osv., fig (TF=transcription factor)

8 Eukaryotagener har förutom promotorsekvenser ett flertal andra reglerande sekvenser, fig En del finns nära genen, inom några hundra bp. Andra kan finns mycket långt bort, tals bp. Dessa kallas.-sekvenser eftersom det ofta är aktivatorer som binds dit. Till dessa reglerande sekvenser binds

9 Specifika transkriptionsfaktorer har en DNA-bindande domän och en eller flera aktiverande/inhiberande domäner, fig I kapitel 16 kommer exempel på en massa olika transkriptionsfaktorer, se t ex fig16-1.

10 I transkriptionsfaktorns DNA-bindande domän finns något DNAbindande motiv. Ofta är det en...som binds till major groovei DNA t. Exempelvis i helix-turn-helix, leucin zipper och zink-fingrar, fig Helix-turn-helix Leucin-zipper

11 Ofta består de reglerande sekvenserna i DNA tav två proteinbindande sekvenser bredvid varandra. Det ger möjlighet att kombinera olika specifika transkriptionsfaktorer med varandra till ett större antal signaler. Tre olika proteiner kan t ex kombineras på sex olika sätt, fig7-28.

12 De..transkriptionsfaktorerna är desamma för olika gener medan kombinationen av de... är unik för varje gen. En gen kan fås att uttryckas i en viss vävnad genom att ha reglerande sekvenser som binder aktivatorersom bara finns i den vävnaden. Ex: genen för proteinet transtyretin, fig7-44.

13 Transkriptionsfaktorer och RNA-polymeras binder lättare till DNA tom detta är i eukromatin-form. Gener kan tystas genom att DNA t övergår till heterokromatin. Heterokromatinkan bildas genom att histonsvansar.. Vid replikation kan histonernasmodifieringsmönster ärvas till båda dotterkromosomerna. Detta kallas epigenetik. Fig7-36 visar ett exempel på epigenetik. Hox-genertystas tidigt under embryogenesen av en och förblir avstängda livet ut.

14 Vid replikationen bildas nya histonproteiner som aggregerar till sk nukleosomkärnor, dvs 2x(H2A, H2B, H3, H4). De gamla nukleosomkärnornafördelar sig på båda de nya kromosomerna. Om de är metylerade sprids metylering från dem till de nygjorda histonerna. Me Me Me Gammal nukleosomkärna Me Ny nukleosomkärna

15 Aktivering av en eukaryotgen skulle kunna gå till så här: 1)Till en reglerande sekvens binds en transkriptionsfaktor som i sin tur binder ett enzym som acetylerarhistonsvansari närliggande nukleosomer, fig 7-38b. Det leder till att fler reglerande sekvenser exponeras. 2) Då kan specifika transkriptionsfaktorer, mediatorer, allmänna transkriptionsfaktorer och RNA-polymeras bindas samman så att transkriptionen kan starta, fig. 7-42

16 RNAi, sid Det finns RNA n som har till uppgift att reglera genuttrycket, sk interferensrnan eller RNAi. Många viktiga processer verkar regleras av RNAi, bl a fosterutvecklingen, fig RNA-interferens är ett mycket aktivt forskningsfält. Man skulle t ex kunna skräddarsy gener för mi/sirnasom är riktade mot ett specifikt mrnaman önskar slå ut.

17 Det finns två typer av RNAi: mirna(microrn) och sirna(short interferencerna). Ex på hur ett mirnafungerar (ungefär samma sak sker med sirna), fig 8-26: Människan har minst 1000 gener för olika mirnan. Det primära transkriptetkan var flera 100 nt långt. I kärnan viker det ihop sig, binds till proteiner (bl. a Drosha) och trimmas till en kortare sekvens.

18 mirna ttransporteras ut ur kärnan. Proteinkomplexet med Drosha blir kvar i kärnan. I cytosolenbinds mirna ttill ett nytt proteinkomplex (bl.a Dicer). mirna tklyvs så att två korta, nt, strängar bildas.

19 Den ena av de två korta strängarna binds till ett nytt proteinkomplex. Då bildas ett skrisckomplex(rnainduced silencing complex). Det är det reglerande komplexet.

20 Ett RISC-komplexmed mirnabinder till ett mrnasom har en nästan komplementär sekvens till mirna t, fig8-25. Resultatet blir att translationenav mrna tförhindras. Ett RISC-komplex med sirna binder till ett mrnasom har en exakt komplementär sekvens till sirna t. Resultatet blir att mrna t bryts ner. RISC-komplexet fungerar då som ett nukleas.