Genes VIII (Lewin) Κεφάλαιο 12 Κεφάλαιο , Μοριακή Βιολογία του γονιδίου Σελίδες

Transcript

1 Genes VIII (Lewin) Κεφάλαιο 12 Κεφάλαιο , Μοριακή Βιολογία του γονιδίου Σελίδες

2 Genes VIII (Lewin) Κεφάλαιο 12 Κεφάλαιο , Μοριακή Βιολογία του γονιδίου Σελίδες

3 Στρατηγικές βακτηριοφάγων Αντιτερματισμός

4 Genes VIII - Ακαδημαϊκές Εκδόσεις 2004 Εικόνα 12.2

5 1) Πρώιμα γονίδια (αμέσως πρώιμα) 2) Ενδιάμεσα γονίδια (πρώιμα) 3) Όψιμα γονίδια Εικόνα 12.4 Ένζυμα ανασυνδυασμού Ενεργοποιητές Καταστολείς Συγκρότηση πρωτεϊνικού σωματίου Λύση του κυττάρου

6 Μηχανισμοί γονιδιακής ρύθμισης

7 Αντιτερματισμός

8 Ασθενείς τερματιστές Εικόνα 9.54 Ασθενής Τερματικοί

9 Αντιτερματισμός Εικόνα 9.5 ΝusA pν 5

10 Προφάγος Εικόνα 12.1

11 12 bp Λυτικός και λυσιγονικός kύκλος του λ -3-5

12 Γονίδια του λ Fig S R A (Ανασυνδυασμός) Λυτικός κύκλος Λυσιγονία

13 πρώιμα ενδιάμεσα CII Όψιμα

14 t L P L P R t R πρώιμα ενδιάμεσα sib att

15

16 Λυσιγονία ci sib tl2 int Pint PL PM PR PE PaQ P tl1 cii nut sib xis ciii N ci cro cii O P Q S nut qut tr1 tr3 N N cii ci/cro

17 Λυτικός κύκλος cro Q sib tl2 int Pint PL PM PR PE PaQ P tl1 cii X nut sib X xis ciii N ci cro cii O P Q S nut X X qut N N tr1 tr2 cii ci/cro

18 Λυσιγονία ci: O1>O2=O3 Fig N

19 Fig Επικράτειες του cl Εικόνα Σύμφωνα με το μοντέλο πρόσδεσης μέσω δύο ελίκων, οι έλικες 3 των δύο υπομονάδων του διμερούς βρίσκονται στη μεγάλη αύλακα προς την ίδια πλευρά του DNA, ενώ οι έλικες 2 τοποθετούνται εγκάρσια προς την αύλακα.

20 Λυτικός κύκλος Fig cro: O3>O2=O3 N

21

22 SOS γονίδια καταστολέας Επαγωγή Μονόκλωνο DNA Και ATP?

23 ci Cro Επαγωγή ci Cro Λυτικός κύκλος

24 Ενσωμάτωση-Επαγωγή Ενσωμάτωση int Επαγωγή Int, xis Cro Q att att

25 Ρύθμιση της γονιδιακής έκφρασης στο επίπεδο της χρωματίνης

26 Δομή χρωματίνης Ευχρωματίνη Διάφορες μορφές ετεροχρωματίνης

27 Νουκλεοσώματα Fig. 7-18, 21, bp 1.65 περιστροφές ~14 επαφές H1 165 bp

28 Ίνα 10 nm Fig. 7-29, 31

29 Mικροκοκκική νουκλεάση (~17 kda) Εικόνα 20.9, 10. Η μικροκοκκική νουκλεάση μειώνει το μήκος των μονομερών του νουκλεοσώματος σε διακριτά βήματα. Η φωτογραφία είναι ευγενική προσφορά του Roger Kornberg bp Genes VIII - Ακαδημαϊκές Εκδόσεις 2004

30 DNAάση Ι (~30 kda) Εικόνα 20.12, 13, 14,

31 Εικόνα Κατά τη νουκλεοσωμική διάταξη, οι θέσεις περιορισμού εντοπίζονται σε σταθερή απόσταση από το συνδετικό DNA, το οποίο κόβεται από τη μικροκοκκική νουκλεάση. Με κόκκινο χρώμα φαίνεται η περιοχή όπου υβριδίζεται ο σημασμένος ιχνηθέτης που χρησιμοποιείται για την ανάλυση κατά Southern, η οποία ακολουθεί την ηλεκτροφορητική ανάλυση των τμημάτων. Μόνο όσα τμήματα φέρουν την «κόκκινη» περιοχή μπορούν να παρατηρηθούν κατά την ανάλυση. Η εμφάνιση μόνο μίας ζώνης φανερώνει ότι σε όλα τα μόρια DNA τα νουκλεοσώματα διατάσσονται με τον ίδιο τρόπο (μη τυχαία διάταξη). Τοποθετημένο Τυχαίο Ενισχυτής bp Ανιχνευτής 130 bp

32 Fig (80 bp) Τοποθέτηση νουκλεοσωμάτων (100 bp) (110 bp) ~510 bp ~310 bp ~110 bp

33 Τοποθέτηση νουκλεοσωμάτων με εγγενή μηχανισμό Fig Μεγάλη αύλακα Μεγάλη αύλακα Μεγάλη αύλακα

34 Τοποθέτηση νουκλεοσωμάτων με εξωγενή μηχανισμό Fig Υποκινητές Ενισχυτές

35 Μοντέλο ισορροπίας (Προκαρυωτικά) Εικόνα 23.1 Σύμφωνα με το μοντέλο ισορροπίας, η κατάληψη ή όχι μιας θέσης πρόσδεσης στο DNA εξαρτάται από τη συγκέντρωση της πρωτεΐνης που προσδένεται σ αυτήν. Genes VIII - Ακαδημαϊκές Εκδόσεις 2004

36 TFIID Εικόνα 23.2 Εάν σε έναν υποκινητή σχηματιστούν νουκλεοσώματα, οι μεταγραφικοί παράγοντες και η RNA πολυμεράση δεν μπορούν να προσδεθούν σ αυτόν. Αντίθετα, εάν οι μεταγραφικοί παράγοντες και η RNA πολυμεράση προσδεθούν πρώτοι στον υποκινητή και καθιερώσουν ένα σταθερό σύμπλοκο έναρξης, τότε η πρόσδεση των ιστονών δεν είναι δυνατή. In vitro Ιστόνες Μεταγραφικοί παράγοντες X Ανενεργό Μεταγραφικοί παράγοντες Ιστόνες Ενεργό Υπερευαισθησία σε DNάση Ι

37 Εικόνα 23.3 Το δυναμικό μοντέλο για τη μεταγραφή της χρωματίνης προβλέπει τη δράση παραγόντων οι οποίοι χρησιμοποιούν την ενέργεια που παράγεται από την υδρόλυση του ATP για να εκτοπίσουν τα νουκλεοσώματα από συγκεκριμένες περιοχές του DNA. Ανενεργή χρωματίνη Δυνητικά ενεργή χρωματίνη Ενεργή χρωματίνη

38 Εικόνα 23.4 Τα σύμπλοκα αναδιαμόρφωσης μπορούν να προωθήσουν την ολίσθηση των νουκλεοσωμάτων κατά μήκος του DNA, να εκτοπίσουν ολοκληρωτικά τα νουκλεοσώματα από το DNA ή να αλλάξουν την απόσταση διαδοχικών νουκλεοσωμάτων. Genes VIII - Ακαδημαϊκές Εκδόσεις 2004

39 (~120) (~700) 8-15 υπομονάδες Εικόνα 23.5 Τα σύμπλοκα αναδιαμόρφωσης μπορούν να ταξινομηθούν σύμφωνα με την υπομονάδα ATPάσης που περιλαμβάνουν.

40 Ενεργοποιητής Εικόνα 23.6 Ένα σύμπλοκο αναδιαμόρφωσης προσδένεται στη χρωματίνη μέσω ενός ενεργοποιητή ή ενός καταστολέα. Συνενεργοποιητής/ ATP ADP Genes VIII - Ακαδημαϊκές Εκδόσεις 2004

41 GR Εικόνα 23.7 Ο ορμονικός υποδοχέας HR και ο παράγοντας NF1 δεν μπορούν να προσδεθούν ταυτόχρονα στον υποκινητή MMTV αν αυτός έχει μορφή γραμμικού DNA, αλλά μπορούν να προσδεθούν αν το DNA βρίσκεται στην επιφάνεια ενός νουκλεοσώματος. = Ορμόνη NF1 NF1 Σύμπλοκο αναδιαμόρφωσης OTF-1 Μεταγραφή Genes VIII - Ακαδημαϊκές Εκδόσεις 2004

42 NF1 NF1

43 Τροποποιήσεις των ιστονών Εικόνα 23.8 Οι Ν-τελικές ουρές των ιστονών H3 και H4 μπορούν να ακετυλιωθούν, να μεθυλιωθούν ή να φωσφορυλιωθούν σε αρκετές θέσεις. Genes VIII - Ακαδημαϊκές Εκδόσεις 2004

44 Εικόνα Η ακετυλίωση των ιστονών ενεργοποιεί τη χρωματίνη, ενώ η μεθυλίωση των ιστονών απενεργοποιεί τη χρωματίνη. Genes VIII - Ακαδημαϊκές Εκδόσεις 2004

45 Genes VIII - Ακαδημαϊκές Εκδόσεις 2004 Εικόνα Οι συνενεργοποιητές μπορεί να διαθέτουν ενεργότητες HAT, οι οποίες ακετυλιώνουν τις ουρές των νουκλεοσωμικών ιστονών. Σύμπλοκo ακετυλίωσης Αποσυσπείρωση της χρωματίνης

46 Καταστολέας Εικόνα Ένα σύμπλοκο καταστολής αποτελείται από τρία μέρη: μία υπομονάδα πρόσδεσης στο DNA, ένα συγκαταστολέα και μία απακετυλάση των ιστονών. Σύμπλοκo αποακετυλίωσης Συσπείρωση της χρωματίνης Genes VIII - Ακαδημαϊκές Εκδόσεις 2004

47 Fig Αποσυσπείρωμένη χρωματίνη Συσπειρωμένη χρωματίνη Σύμπλοκα ακετυλίωσης Σύμπλοκα Αναδιαμόρφωσης TFIID Σύμπλοκα καταστολής

48 Εικόνα Η ενεργοποίηση ενός υποκινητή περιλαμβάνει αρχικά την πρόσδεση ενός ειδικού ενεργοποιητή και στη συνέχεια τη στρατολόγηση και τη δράση ενός συμπλόκου αναδιαμόρφωσης και ενός συμπλόκου ακετυλίωσης της χρωματίνης.

49 Fig TFIID ενεργοποιητής

50 Fig. 17.9

51 Σύμπλοκα Αναδιαμόρφωσης Σύμπλοκα ακετυλίωσης Σύμπλοκα καταστολής TATA TFIID

52 Μεθυλίωση του DNA

53 2-7% των C είναι μεθυλιωμένες Εικόνα To Πρότυπο μεθυλίωσης αλλάζει Ημιμεθυλίωση

54 Υποκινητές Ενισχυτές Εικόνα Το πρότυπο μεθυλίωσης ελέγχεται από τρεις τύπους ενζύμων, από τους οποίους έχουν χαρακτηριστεί η de novo μεθυλοτρανσφεράση και η μεθυλοτρανσφεράση διατήρησης, ενώ οι απομεθυλάσες δεν έχουν ταυτοποιηθεί ακόμη. Δημιουργία μεθυλιωμένων θέσεων Genes VIII - Ακαδημαϊκές Εκδόσεις 2004

55 Διατήρηση και δημιουργία απομεθυλιωμένων θέσεων Απώλεια μεθυλιωμένων θέσεων Διατήρηση απομεθυλιωμένων θέσεων Ειδική πρωτεΐνη Ειδική πρωτεΐνη Μεθυλάση διατήρησης De novo μεθυλάση Αντιγραφή + Σε όλα τα θυγατρικά κύτταρα

56 Εικόνα Το DNA μπορεί να απομεθυλιωθεί αφαιρώντας τη μεθυλομάδα, τη μεθυλιωμένη βάση ή ολόκληρο το μεθυλιωμένο νουκλεοτίδιο. Η αφαίρεση της βάσης ή του νουκλεοτιδίου απαιτεί την αντικατάστασή τους από ένα σύστημα επιδιόρθωσης. Genes VIII - Ακαδημαϊκές Εκδόσεις 2004

57 Γονιδιακή καταστολή από μεθυλίωση του DNA Fig Σύμπλοκα καταστολής Σύμπλοκα καταστολής methyl-binding protein

58 Γενετική κληρονομικότητα +

59 Εικόνα Εντύπωμα (Imprinting) Διαφορετική μεθυλίωση στα δύο αλληλόμορφα) + Επιγενετική κληρονομικότητα: κληρονόμηση φαινοτύπου που δεν οφείλεται στο γονότυπο Το πατρικό αλληλόμορφο υφίσταται μεθυλίωση στο ωοκύτταρο ενώ τo μητρικό αλληλόμορφο υφίσταται απομεθυλίωση στο σπερματοκύτταρο Genes VIII - Ακαδημαϊκές Εκδόσεις 2004

60 Το εντύπωμα κληρονομείται Μ Π Ωάριο Σπερματοζωάριο Επαναμεθυλίωση

61 Καθιέρωση του εντυπώματος 17 εντυπωμένα γονίδια στον ποντικό Γαμετικά κύτταρα Σωματικά κύτταρα Ε19 2 μήνες

62 Μεταλλάξεις σε εντυπωμένα γονίδια Υπολειπόμενη θανατηφόρα μετάλλαξη Μητέρα Πρώιμα ωοκύτταρα Ωριμα ωοκύτταρα Απομεθυλίωσ η Επαναμεθυλίωσ η Πατέρας Πρώιμο σπερματοκύτταρα Πρώιμο Νεκροί σπερματοκύτταρα απόγονοι Ωάρια Σπερματοζωάρια Όλοι οι απόγονοι βιώσιμοι ή +

63 Μεταλλάξεις σε εντυπωμένα γονίδια Υπολειπόμενη θανατηφόρα μετάλλαξη Μητέρα Πρώιμο ωοκύτταρα Ώριμα ωοκύτταρα Απομεθυλίωση Επαναμεθυλίωση Πατέρας Πρώιμο σπερματοκύτταρα Πρώιμο σπερματοκύτταρα Νεκροί απόγονοι Ωάρια Σπερματοζωάρια Μη βιώσιμοι απόγονοι + ή Βιώσιμοι απόγονοι + ή

64 Γονίδια με εντύπωμα μπορεί να ελέγχονται από τι ίδιο κέντρο Imprinting control region Αυξητικός παράγοντας Ογκοκατασταλτικό γονίδιο Εικόνα Η περιοχή ICR είναι μεθυλιωμένη στο πατρικό αλληλόμορφο, όπου το Igf2 είναι ενεργό και το H19 ανενεργό. Η ICR είναι μη μεθυλιωμένη στο μητρικό αλληλόμορφο, όπου το Igf2 είναι ανενεργό και το H19 ενεργό.

65 Fig Γονίδια με αντίθετο εντύπωμα μπορεί να ελέγχονται από το ίδιο κέντρο CCCTC binding factor Imprinting control region

66 Σε όλα τα κύτταρα Ετεροχρωματίνη κεντρομερή Ιδιοστατική (constitutive) γονίδια τελομερή Ετεροχρωματίνη ~8% Κυτταροειδικότηταχρονοειδικότητα Εναλλακτική (fucultative) Ευχρωματίνη γονίδια

67 Εναλλακτική ετεροχρωματίνη

68 Εξάπλωση της ετεροχρωματίνης στα κεντρομερή 14Lys 9Lys Εικόνα Η SUV39H1 είναι μια μεθυλοτρανσφεράση των ιστονών που επιδρά στη 9 Lys της ιστόνης H3. Ακολούθως, η HP1 προσδένεται στη μεθυλιωμένη αυτή ιστόνη. HP1: Heterochromatin protein 1 Genes VIII - Ακαδημαϊκές Εκδόσεις 2004

69 Εικόνα Η πρόσδεση της HP1 στη μεθυλιωμένη ιστόνη H3 αποτελεί το έναυσμα για την αποσιώπηση της χρωματίνης, επειδή επιπλέον μόρια HP1 προσδένονται διαδοχικά το ένα δίπλα στο άλλο πάνω στη διάταξη των νουκλεοσωμάτων. Η εξάπλωση της ετεροχρωματίνης σταματά στους μονωτές Genes VIII - Ακαδημαϊκές Εκδόσεις 2004

70 Εξάπλωση της ετεροχρωματίνης στα τελομερή του ζυμομύκητα Fig (CAΑΑ) (Αποακετυλάση) Sir: silent information regulator)

71

72 Genes VIII - Ακαδημαϊκές Εκδόσεις 2004 Ποικιλότητα λόγω θέσης (Position effect variegation -PEV). Χ Εικόνα Η εξάπλωση της ετεροχρωματίνης απενεργοποιεί τα παρακείμενα γονίδια. Η πιθανότητα να απενεργοποιηθεί ένα γονίδιο εξαρτάται από την απόσταση που το χωρίζει από τον πυρήνα πολυμερισμού της ετεροχρωματίνης

73 Εικόνα Διαφορετικοί οργανισμοί χρησιμοποιούν διαφορετικούς μηχανισμούς αντιστάθμισης της γονιδιακής δόσης, προκειμένου να εξισωθεί η έκφραση του χρωμοσώματος X μεταξύ αρσενικών και θηλυκών ατόμων. Genes VIII - Ακαδημαϊκές Εκδόσεις 2004

74 Λευκό δέρμα Μητρικό Πατρικό Εικόνα Η φυλοσύνδετη ποικιλομορφία προκύπτει λόγω τυχαίας απενεργοποίησης διαφορετικού χρωμοσώματος Χ σε κάθε προγονικό κύτταρο. Κύτταρα στα οποία το ενεργό χρωμόσωμα Χ φέρει το αλληλόμορφο + έχουν φαινότυπο άγριου τύπου, ενώ κύτταρα στα οποία το ενεργό χρωμόσωμα Χ φέρει το αλληλόμορφο - εκδηλώνουν το μεταλλαγμένο φαινότυπο. Στα θηλαστικά η απενεργοποίηση του Χ γίνεται είτε στο πατρικό είτε στο μητρικό χρωμόσωμα.

75 Η απενεργοποίηση του Χ γίνεται είτε στο πατρικό είτε στο μητρικό χρωμόσωμα. Μ Π

76 Εικόνα Ο μηχανισμός απενεργοποίησης του Χ βασίζεται στη σταθεροποίηση του RNA του Xist, το οποίο καλύπτει το ανενεργό χρωμόσωμα. Xic Xist Xic: X-inactivation center Xist: X-inactive specific transcript Αυτοσώματα απενεργοποίηση Αποακετυλίωση ιστονών Μεθυλίωση ιστονών Μεθυλίωση DNA Genes VIII - Ακαδημαϊκές Εκδόσεις 2004

77 Επιγενετική κληρονομικότητα στο επίπεδο της πρωτεΐνης Εικόνα Η μορφή της πρωτεΐνης Sup35 καθορίζει τη δυνατότητα τερματισμού της μετάφρασης. Περίπου 10-7 αυθόρμητα Παράγοντας τερματισμού Πείνα κα άλλα είδη στρες Genes VIII - Ακαδημαϊκές Εκδόσεις 2004

78 Εικόνα Η νεοσυντιθέμενη πρωτεΐνη Sup35 μετατρέπεται στη μορφή [PSI + ], εφόσον υπάρχει μέσα στο κύτταρο η ανώμαλη αυτή μορφή της πρωτεΐνης. Genes VIII - Ακαδημαϊκές Εκδόσεις 2004

79 Τα πρωτεόνια κληρονομούνται

80 Επικρατές, κυτταροπλασματικά μεταδιδόμενο, γνώρισμα Εικόνα Psi - PSI + X PSI +

81 Επικράτεια πολυμερισμού Λειτουργική επικράτεια 123 GFP Psi - GFP-Psi - PSI + GFP-PSI +