REGULACIJA EKSPRESIJE GENA KOD EUKARIOTA TRANSKRIPCIONI FAKTORI. Doc. dr Snežana Marković

Transcript

1 REGULACIJA EKSPRESIJE GENA KOD EUKARIOTA TRANSKRIPCIONI FAKTORI Doc. dr Snežana Marković Institut za biologiju i ekologiju Prirodno-matematički fakultet Univerzitet u Kragujevcu

2

3

4 REGULACIJA EKSPRESIJE GENA KOD EUKARIOTA Sve ćelije višećelijskog organizma sadrže iste gene Različite ćelije sintetišu različite setove proteina Konstitutivni i specijalizovani proteini Ekspresija gena transkripcija, obrada transkripata i translacija Različite ćelije eksprimiraju različite gene; regulacija ekspresije gena: 1. Transkripciona kontrola 2. Kontrola obrade transkripta 3. Kontrola transporta irnk 4. Translaciona kontrola 5. Posttranslaciona kontrola Hromatin i hipersenzitivna mesta Heterohromatin (konstitutivni i fakultativni) i euhromatin; efekat DNKaze I; HMG proteini (HMG14 i HMG17 izmeštaju H1). Hipersenzitivna mesta. Jezgro histona (H2A, H2B,H3 i H4) ima dva domena: (i) domen za interakcije sa drugim histonima (obmotava DNK) i (ii) amino-terminalni rep koji se pruža izvan nukleozoma; rep je bogat lizinom - može biti modifikovan acetilacijom (redukcija pozitivnog naelektrisanja histona - transkripcija), metilacijom (kondenzacija hromatina), ili fosforilacijom na serinu i treoninu Hipoteza histonskog koda jezik posttranslacionih modifikacija N-krajeva histona DNK u promotorskom regionu je oslobođena histona posredstvom enzima HATs (histon acetilaze), ATP-zavisan kompleks za remodelovanje hromozoma; histon dezacetilaza

5

6

7 Genom i epigenom Genetička informacija redosled nukleotida, konstantna, genetski kod Epigenetička informacija u hromatinu, dinamička, histonski kod Remodeliranje histona Metilacija DNK u okviru CpG dinukleotida (na 5 ' C atomu citozina dodaje se metil grupa); DNK metilacija isključuje gensku ekspresiju i favorizuje stvaranje heterohromatina. Genetičko utišavanje (silencing) / utiskivanje (imprinting) Regulacija pomoću malih RNK Epigenetička regulacija nasleđivanje obrasca ekspresije gena sa ćelije na potomke, ali omogućava i promenu obrasca ekspresije gena u toku diferencijacije ćelija i pod uticajem spoljašnjih signala

8

9 TRANSKRIPCIONI FAKTORI (TF) Omogućavaju povezivanje RNK polimeraze II za promotore kod eukariota i/ili regulišu transkripciju gena (aktivatori ili represori) 1. Opšti (osnovni) TF vezuju se za promotore i postavljaju RNK polimerazu na mesto početka transkripcije 2. Regulatorni TF (Inducibilni TF) vezuju se za regulatorne sekvence u DNK i modulišu transkripciju Funkcionalni domeni: 1) domen za vezivanje DNK 2) domen za aktivaciju transkripcije DNK-vezujući domen: Proteini sa homeodomenom (heliks-okret-heliks) Proteini sa motivom zavojnica-petlja-zavojnica Proteini sa motivom Zn-prstiju Proteini sa motivom leucinskog rajfešlusa

10 HOMEODOMEN (HELIX OKRET HELIX) - bakterijski laktozni represor, triptofanski represor, represor λ faga - HOMEODOMEN - Proteini koji imaju osnovnu ulogu u regulaciji genske ekspresije za vreme embrionalnog razvića. Drozofila sadrži 9 homeotičkih gena od kojih svaki specifično utiče na razvoj različitih delova tela. Ovi geni sadrže konzervativne sekvence od 180 baznih parova (homeo boks) koje predstavljaju DNK vezujuće domene (homeodomene) transkripcionih faktora.

11 HELIX-LOOP-HELIX Dimerizuju međusobno

12 Zn-PRSTI TFIIIA za ekspresiju gena za 5S rrnk Sp1 za ekspresiju gena za rrnk

13 LEUCINSKI RAJFEŠLUS C/EBP - jedarni proteini jetre pacova

14 Promotori, pojačivači, prigušivači, elementi odgovora, izolatori (insulatori ). Cis-trans regulacija Promotori RNK pol II sa GC i TATA blokom Pojačivači (stimulatori enhancers), ciselementi. Medijatori - kompleksi većeg broja subjedinica koji imaju modularnu strukturu; medijatorski kompleksi su mostovi (reaguju sa aktivatorima i sa repom RNK polimeraze); za remodeliranje hromatina i modifikaciju nukleozoma; Medijatori se razlikuju između različitih promotora, ali i kod jednog promotora u različitim fiziološkim uslovima Regulacija inicijacije transkripcije OPŠTIM transkripcionim faktorima -TFIIA (B, D, E, F, H, J) preinicijacioni kompleks bazalni nivo transkripcije TFIID (TBP) se vezuje za TATA blok. Za kompleks TBP se vezuje TFIIB i A. RNK polimeraza se vezuje za TFIIF. Vezivanje TFIIE Vezivanje TFIIH koji vrši topljenje promotora uz hidrolizu ATP (dve subjedinice TFIIH su helikazne; subjedinica TFIIH je protein kinaza koja fosforiliše CTD subjedinice RNK polimeraze II). Fosforilacija CTD sekvence Pol II Pol II se oslobađa iz inicijatorskog kompleksa, ostaje vezana za templet i započinje elongaciju rastućeg RNK lanca.

15

16 Regulacija inicijacije transkripcije na tkivno specifičan način Geni se eksprimiraju tkivno- i vremenski-specifično Regulatorni i inducibilni TF vezuju se za pojačivače Ubrzavanje ili usporavanje transkripcije Hormoni preko svojih receptora deluju kao TF preko elemenata odgovora (RES) Komunikacija TF preko aktivacionih domena Insulatori - segmenti u DNK koji funkcionalno izdvajaju pojedine gene ili grupe gena; ograničavaju delovanje pojačivača ili utišivača i sprečavaju da se njihov uticaj proširi van željenih regiona. Membranski receptori - tirozinske kinaze EGF Dimerizacija Autofosforilacija P P P P P P Signalni put kroz ćeliju Jedro Aktivacija transkripcionih faktora

17

18

19

20

21 MALE NEKODIRAJUĆE RNK snrnk male nuklearne RNK (za splajsovanje primarnog transkripta, formiranje ribozoma) Pol III Procesi RNK interferencije (RNAi) koriste nekodirajuće male RNK da bi se regulisali procesi transkripcije (modifikacija histona), splajsovanja i translacije; represija gena. ncrnk - male nekodirajuće RNK: dsrnk - dvolančane RNK seku ih dajser enzimi sirnk - male interferentne RNK u okviru utišavajućih kompleksa (RISC) utišavaju ili zaključavaju virusne i ostale gene mirnk mikro RNK (kodirane posebnim genima, intronima, nekodirajućim nizovima); regulišu (utišavaju, zaključavaju) ekspresiju onkogena, transpozona pirnk (Piwi-associated), male nukleotida, nastaju iz jednolančanih prekursora, važne za razvoj germinativnihćelija...

22

23