Κολίσης Φραγκίσκος. Γονιδιακή ρφθμιση. Καθηγητής ΕΜΠ. χολή Χημικών Μηχανικών, ΕΜΠ

Transcript

1 Γονιδιακή ρφθμιση Κολίσης Φραγκίσκος Καθηγητής ΕΜΠ χολή Χημικών Μηχανικών, ΕΜΠ

2 Άδεια Χρήσης Σο παρόν εκπαιδευτικό υλικό υπόκειται ςε άδειεσ χριςθσ Creative Commons. Για εκπαιδευτικό υλικό, όπωσ εικόνεσ, που υπόκειται ςε άδεια χριςθσ άλλου τφπου, αυτι πρζπει να αναφζρεται ρθτϊσ.

3 Εικ. 1. Γονιδιακι ρφκμιςθ ςτα ευκαρυωτικά κφτταρα, S. Freeman, Biological Science, 2 nd edition, Pearson Prentice Hall, Inc. 2005, Upper Saddle River, NJ. 3

4 ΒΗΜΑΣΑ ΓΟΝΙΔΙΑΚΗ ΡΤΘΜΙΗ ΑΠΟ ΣΟ DNA ΜΕΧΡΙ ΣΗΝ ΠΡΩΣΕΪΝΗ ΜΕΩ RNA Εικ. 2. Βιματα γονιδιακισ ρφκμιςθσ από το DNA μζχρι τθν πρωτεΐνθ μζςω RNA. 4

5 ΓΟΝΙΔΙΑΚΗ ΡΤΘΜΙΗ Ε ΜΙΚΡΟΟΡΓΑΝΙΜΟΤ ΘΕΣΙΚΗ ΡΤΘΜΙΗ (ΟΠΕΡΟΝΙΟ ΛΑΚΣΟΖΗ) ΑΡΝΗΣΙΚΗ ΡΤΘΜΙΗ (ΟΠΕΡΟΝΙΟ ΣΡΤΠΣΟΦΑΝΗ) Οπερόνιο: α. Τποκινθτισ, β. Χειριςτισ, γ. Καταςτολζασ (ςυν καταςτολζασ, επαγωγικόσ καταςτολζασ), δ. Γονίδια 1,2,3. Ενηφμων ι/και πρωτεϊνϊν που ςυνδζονται με ςυγκεκριμζνα μεταβολικά γεγονότα (π.χ μεταβολιςμόσ λακτόηθσ ι βιοςφνκεςθ τρυπτοφάνθσ) 5

6 ΔΟΜΗ ΟΠΕΡΟΝΙΟΤ ΒΙΟΤΝΘΕΗ α. Τποκινθτισ, β. Χειριςτισ, ΣΡΤΠΣΟΦΑΝΗ γ. Καταςτολζασ ανενεργόσ (μέςω τρυπτοφάνησ ενεργοποιείται), Γονίδια ζκφραςθσ ενηφμων : a. PRA Ιςομεράςθ, b. IGP ςυνκάςθ, c. Tryptophan ςυνκάςθ 6

7 ΡΤΘΜΙΗ ΟΠΕΡΟΝΙΟΤ ΣΡΤΠΣΟΦΑΝΗ Εικ. 3. Ρφκμιςθ υπερονίου τρυπτοφάνθσ. 7

8 ΔΟΜΗ ΟΠΕΡΟΝΙΟΤ ΛΑΚΣΟΖΗ Lac οperon : αποτελείται από 3 δομικά γονίδια, και τουσ υποκινθτι, χειριςτι, καταςτολζα (ςυν-επ) και τα γονίδια lacz, lacy, and laca. lacz εκφράηει το ζνηυμο β-galactosidase(lacz) που διαςπά τθ λακτόηθ ςε γλυκόηθ και γαλακτόηθ. lacy εκφράηει το ζνηυμο β-galactoside permease(lacy)- ζνα μεμβρανικό ζνηυμο που μεταφζρει τθ λακτόηθ ςτο κφτταρο. laca εκφράηει το ζηυμο β-galactosidetransacetylase (LacA)- μεταφζρει ζνα acetylgroup από acetyl-coa ςτθ to β-galactosides.. 8

9 ΜΗΧΑΝΙΜΟ ΡΤΘΜΙΗ (ΕΛΕΓΧΕΣΑΙ ΑΠΟ ΣΗ ΤΓΚΕΝΣΡΩΗ ΓΛΤΚΟΖΗ Η/& ΛΑΚΣΟΖΗ) Γονίδιο πρωτεϊνθσ CAP που ςυνδζεται ςτο DNA μζςω Camp CAP: Κυκλικό ΑΜΠ ενεργοποιοφμενθ πρωτεϊνθ Ενεργοποίθςθ του ςυςτιματοσ γονιδίων Η γλυκόηθ ελαττϊνει τθ ςυγκζντρωςθ του camp Η CAP αποςυνδζεται Απενεργοποίθςθ ςυςτιματοσ γονιδίων 9

10 ΣΑ ΕΠΙΠΕΔΑ ΣΟΤ camp ΑΤΞΑΝΟΝΣΑΙ ΟΣΑΝ ΜΕΙΩΝΕΣΑΙ Η ΔΙΑΘΕΙΜΗ ΕΝΕΡΓΕΙΑ ΣΟΤ ΚΤΣΣΑΡΟΤ Εικ. 4. Μετατροπι του ΑΣΡ ςε ςυνκικεσ υψθλισ και χαμθλισ ςυγκζντρωςθσ γλυκόηθσ (accessed by 10

11 ΧΕΗ ΤΓΚΕΝΣΡΩΗ ΣΗ ΓΛΤΚΟΖΗ ΜΕ ΣΗ ΡΤΘΜΙΗ ΣΟΤ ΟΠΕΡΟΝΙΟΤ ΣΗ ΛΑΚΣΟΖΗ Εικ. 5. χζςθ ςυγκζντρωςθσ γλυκόηθσ με τθ ρφκμιςθ του υπερονίου τθσ λακτόηθσ, Pearson Prentice Hall, 2011 (accessed by 11

12 ΡΤΘΜΙΗ ΟΠΕΡΟΝΙΟΤ ΛΑΚΣΟΖΗ Εικ.6. Ρφκμιςθ υπερονίου λακτόηθσ. 12

13 Δ Εικ. 7. Καμπφλθ διαφξιμθσ ανάπτυξθσ του e-coli ςε γλυκόηθ και λακτόηθ. 13

14 ΓΟΝΙΔΙΑΚΗ ΡΤΘΜΙΗ Ε ΕΤΚΑΡΤΩΣΙΚΑ ΜΗΧΑΝΙΜΟ ΕΝΕΡΓΟΠΟΙΗΗ ΓΟΝΙΔΙΩΝ Εικ. 8. Γονιδιακι ρφκμιςθ ςε ευκαρυωτικά κφτταρα - Μθχανιςμόσ ενεργοποίθςθσ γονιδίων 14

15 ΕΛΕΓΧΟ ΣΗ ΜΕΣΑΓΡΑΦΗ ΑΠΟ ΠΡΩΣΕΪΝΕ ΠΟΤ ΤΝΔΕΟΝΣΑΙ Ε ΡΤΘΜΙΣΙΚΕ ΑΛΛΗΛΟΤΧΙΕ DNA Εικ. 9. Ζλεγχοσ τθσ μεταγραφισ από πρωτεΐνεσ που ςυνδζονται ςε ρυκμιςτικζσ αλλθλουχίεσ DNA. 15

16 ΠΡΩΣΕΪΝΙΚΑ ΜΟΣΙΒΑ ΠΡΟΔΕΗ ΣΟ DNA Εικ. 10. Πρωτεϊνικά μοτίβα πρόςδεςθσ ςτο DNA. 16

17 ΕΙΑΓΩΓΗ ΣΗ ΜΟΝΣΕΛΟΠΟΙΗΗ ΣΟΤ ΓΟΝΙΔΙΑΚΟΤ ΔΙΚΣΤΟΤ Εικ. 11. Μοντελοποίθςθ του γονιδιακοφ δικτφου.τλικό με μθ προςδιοριςμζνθ προζλευςθ. ε περίπτωςθ που είςτε ο κάτοχου του κφριου δικαιϊματοσ επικοινωνιςτε μαηί μασ. 17

18 VIDEOS Gene regulation Signal transduction pathways 18

19 ΓΟΝΙΔΙΑΚΟ ΔΙΚΣΤΟ 1) Λίςτα των διαφόρων μερϊν γονίδια, μεταγραφικοί παράγοντεσ, υποκινθτισ, χειριςτισ, περιοχζσ υποδοχζων, 2) Αρχιτεκτονικι γράφθμα που παριςτά τθ ςφνδεςθ των μερϊν. 3) Λογικι πωσ ςυνδζονται τα διάφορα ρυκμιςτικά μθνφματα (π.χ λογικι μθχανιςμοφ ρυκμιςτϊν) 4) Δυναμικι πωσ λειτουργοφν όλα ςε πραγματικό χρόνο. 19

20 Η λίςτα των μερϊν (γονίδια, μεταφραςτικοί παράγοντεσ, χειριςτζσ, υποδοχείσ κλπ) είναι το αποτζλεςμα τθσ γονιδιωματικισ μελζτθσ, etc.) Οργανισμός Αριθμός γονιδίων Αριθμός μεταφραστικών ρυθμιστών yeast (4.7%) fly (3.6%) human (4.6%) 20

21 ΑΡΙΘΜΟ ΤΝΔΕΔΕΜΕΝΩΝ ΤΣΑΣΙΚΩΝ ΣΟΤ ΓΟΝΙΔΙΑΚΟΤ ΔΙΚΣΤΟΤ Εικ. 12α. Άποψθ ενόσ γονιδιακοφ δικτφου. 21

22 Εικ. 12β. Άποψθ ενόσ γονιδιακοφ δικτφου. 22

23 ΓΕΝΩΜΙΚΗ ΓΟΝΙΔΙΑΚΗ ΕΚΦΡΑΗ Η διαφορά ςε κάκε κυτταρικό τφπο οφείλεται ςε γονίδια που είναι ON ι OFF. Εικ. 13. Γονιδιακι ζκφραςθ. Τλικό με μθ προςδιοριςμζνθ προζλευςθ. ε περίπτωςθ που είςτε ο κάτοχου του κφριου δικαιϊματοσ επικοινωνιςτε μαηί μασ. 23

24 ΓΕΝΕΣΙΚΗ ΓΕΝΩΜΙΚΗ Πριν από μερικά χρόνια οι γενετιςτζσ επιςτιμονεσ χρθςιμοποιοφςαν ςτισ μελζτεσ τουσ ςτοιχεία όπωσ χαρτογράφθςθ, μετάλλαξθ, κλωνοποίθςθ, αλλθλοφχθςθ, ενόσ ι πολφ λίγων γονιδίων κάκε φορά. τισ μζρεσ μασ υπάρχει πλζον θ ανάγκθ να μελετοφμε τθ ςυμπεριφορά όλων των γονιδίων ςε ΕΝΑ ΜΟΝΟ ΠΕΙΡΑΜΑ!! THE PAST THE FUTURE Εικ. 14. Γενετικι και Γενωμικι. 24

25 Εικ. 15. Gene expression signature as a predictor of survival in breast cancer. G. Clark, Topological Data Analysis, 2014 (accessed by gclark/images/view-nki-data.html). Τπόδειγμα τθσ ζκφραςθσ των γονιδίων που χρθςιμοποιικθκαν για τον προςδιοριςμό τθσ δυνατότθτασ τθσ Πρόγνωςθσ ςε ςχζςθ με τα κλινικά χαρακτθριςτικά 295 αςκενϊν με καρκίνο του ςτικουσ. A. Εμφανίηεται ο βακμόσ ζκφραςθσ 70 γονιδίων (άξονασ ψ) που χρθςιμοποιοφνται ωσ δείκτεσ ςε 295 αςκενείσ (άξονασ χ). Σο κόκκινο χρϊμα δείχνει τα γονίδια που ζχουν υπερ-εκφραςκεί και το πράςινο τα γονίδια που ζχουν υπο-εκφραςκεί. Η ςτικτι γραμμι δείχνει το επίπεδο κάτω από το οποίο ζχουμε καλι ςυςχζτιςθ γονιδιακισ υπερ-ζκφραςθσ με μετάςταςθ και πάνω από το οποίο ζχουμε καλι ςυςχζτιςθ μεταςτάςεων με γονιδιακι υποζκφραςθ. 25

26 B. Αρικμόσ μεταςτάςεων με τθ πάροδο του χρόνου ςε ζτθ. τα πρϊτα 5 ζτθ ζχουμε αφξθςθ των μεταςτάςεων που ςχετίηονται με τα υπερ-εκφραςμζνα γονίδια. C. υςχζτιςθ των μεταςτάςεων με τθν εμφάνιςθ του καρκίνου των λεμφαδζνων και τουσ κανάτουσ που παρουςιάηονται αυξθμζνοι τα πρϊτα 5 ζτθ. Van De Vijver et al.,n Engl J Med, Vol. 347, No. 25, Είναι προφανζσ ότι ςε καμία περίπτωςθ δεν μποροφμε να ςυςχετίςουμε τθν παρουςία και μόνο κάποιου (ι ακόμθ και κάποιων) γονιδίου με τθν εμφάνιςθ του καρκίνου αφοφ και τα 70 υπάρχουν ςε όλεσ τισ περιπτϊςεισ, αυτϊν δθλαδι που κα εμφανίςουν μετάςταςθ και κάνατο αλλά και αυτϊν που δεν κα παρουςιάςουν μετάςταςθ. Αντίκετα για τθν πρόγνωςθ κα πρζπει να λθφκεί υπόψιν ο βακμόσ ζκφραςθσ και θ ςυςχζτιςθ και των 70 γονιδίων. 26

27 Χρηματοδότηση Το παρόν εκπαιδεσηικό σλικό έτει αναπηστθεί ζηα πλαίζια ηοσ εκπαιδεσηικού έργοσ ηοσ διδάζκονηα. Το έργο «Ανοικτά Ακαδημαϊκά Μαθήματα Ε.Μ.Π.» έτει τρημαηοδοηήζει μόνο ηη αναδιαμόρθωζη ηοσ εκπαιδεσηικού σλικού. Το έργο σλοποιείηαι ζηο πλαίζιο ηοσ Επιτειρηζιακού Προγράμμαηος «Εκπαίδεσζη και Δια Βίοσ Μάθηζη» και ζσγτρημαηοδοηείηαι από ηην Εσρωπαϊκή Ένωζη (Εσρωπαϊκό Κοινωνικό Ταμείο) και από εθνικούς πόροσς.