Controlul expresiei genice REGLAREA EXPRESIEI GENICE!!! Alegerea genei pentru transcripţie!!! Activarea secvenţei de ADN!!! Controlul activităţii ARN-polimerazei II!!! Controlul cantităţii şi calităţii ARNm şi proteinei sintetizate Organism pluricelular: Peste 200 de tipuri de celule diferite ţesuturi organe Toate celulele somatice ale unui organism sunt genetic identice (au aceeaşi cantitate de ADN, aceleaşi gene), provenind de la celula zigot prin mitoze succesive) 1
Particularităţile genomului uman Genomul nuclear (n) Genomul mitocondrial 3,2 Gb 16,6 kb ~ 35000 gene 37 de gene ADN genic 25% ADN extragenic 75% ADN codant 10% ADN necodant 90% Secvenţe unice sau în număr mic de copii Secvenţe moderat sau înalt repititive 60% 40% Clasificarea genelor nucleare 1. În dependenţă de produsul genic: gene de cl.i pentru ARNr gene de cl. II pentru ARNm şi proteine gene de cl.iii pentru ARNt, ARNr, ARNsn 2. În dependenţă de locul activităţii: gene active în toate celulele gene active în anumite celule, ţesuturi 3. În dependenţă de perioada ontogenetică gene active pe tot parcursul vieţii gene active numai prenatal gene active numai la pubertate gene active numai la adult 4. În dependenţă de interacţiunea cu factorii de mediu; gene stabile gene plastice 5. În dependenţă de gradul de expresie: gene normomorfe gene hipomorfe gene hipermorfe gene amorfe 6. În dependenţă de numărul de copii în genom: gene unice gene repetate în tandem sau dispersate 2
7. În dependenţă de funcţia produşilor genici: enzime - 31,2%; modulatori ai proteinelor sintetizate - 13, 6 % receptori; factori de transcripţie; proteinele matricei intracelulare şi matricei extracelulare; transportatori membranari şi proteine canal; molecule semnalizare celulară; hormoni; Ig. 50% Fiecare celulă a organismului conţine setul complet de gene (30-40000 perechi gene pentru 46 mol. ADNnuclear) Expresia genică numai 10% din toate genele Expresie continuă Gene ARNr Gene ARNt Gene house keeping Expresie temporală dependentă: de ţesut; de perioada ontogenetică; de perioada ciclului celular; de factorii de mediu Non-expresie pseudogene!!! Există mecanisme de reglare a expresiei genelor 3
La procariote!!! DAR, la eucariote: genomul nuclear este enorm şi este puternic compactizat (ADN+ proteine histone, proteine nehistone); recunoaşterea şi activarea unei secvenţe scurte de nucleotide (unei gene) este dificilă; există mecanisme de reglare multiple, la diferite nivele de expresie a genelor (pretranscripţional, transcripţional, processing ARNm, translaţie, etc.):! etapa principală la nivelul iniţierii transcripţiei;! mecanismul principal interacţiunea unor factori proteici la secvenţele reglatoare ale acizilor nucleici;! factorii proteici reglatori sunt produşii unor gene situate la distanţă, pe alte molecule de ADN (factori trans-reglatori) 4
FACTORII REGLATORI AI EXPRESIEI GENICE CIS-genici Boxe pentru iniţierea transcripţiei Boxe specifice de ţesut Boxe RE induse prin hormoni, ioni, AMPc Enhancers, silencers TRANSgenici Factori proteici de transcripţie generali Factori proteici de transcripţie specifici de ţesut Factori proteici de transcripţie inuctibili Enh, sil. EPI-genici, (negenetici) Modificarea histonelor (metilare, acetilare, fosforilare, ubiquitinare Metilarea ADN Variaţii în configuraţia ADN Nivele de reglare a EG Pretranscripţional decondensarea cromatinei, eliberarea ADN de histone (epigenetic, reversibil, potenţial ereditar) Transcripţional identificarea promotorului, formarea complexului de iniţiere, rata de transcripţie Posttranscripţional procesarea ARNm, alegerea variantei de splicing, controlul transferului ARNm în citoplasmă Translaţional selectarea matriţei, formarea complexuluide iniţiere, controlul calităţii polipeptidului, stabilitatea ARNm Posttranslaţional modificarea posttranslaţională a polipeptidului, direcţionarea proteinelor Reglarea la nivel pretranscripţional 1. Modificarea histonelor: metilarea H 3 (Lys 4 ) expresie activă a genei metilarea H 3 (Lys 9 ) atenuarea transcripţiei acetilarea histonelor relaxarea cromatinei, facilitarea transcripţiei dezacetilarea histonelor condensarea cromatinei, inactivarea transcripţiei fosforilarea H 1 supracondensarea cromatinei defosforilarea H 1 decondensarea cromatinei 2. Metilarea ADN (insulele 5Me CpG, frecvent în promotor) inactivarea transcripţiei.!!! Metilarea ADN dezacetilarea histonelor represia transcripţiei 3. Modificări în configuraţia ADN: helixul B helix Z represie genică (excepţie promotor) 5
Control pretranscripţional Controlul la distanţă a expresiei genice:!!! Organizarea funcţională a cromozomilor în domenii cromatidiene cu expresiei genică diferite, evitând efectul activator sau inhibitor a Enhancer-ilor sau Silencer-ilor unei gene asupra altor gene. 1) Efectul de poziţie a genelor pe cromozom 2) Reglarea coordonată a expresiei genelor (LCR- locus control region) Control expresiei temporale şi spaţiale ale genelor globinelor crs.16 crs.11 Sac vitelin Ficat Măduva roşie a oaselor şi splină Exemplu metilare - demetilare 6
Reglarea la nivel transcripţional!!! Activarea genei prin inducţie hormonală şi transducţie!!! Interacţiunea factorilor proteici transreglatori cu secvenţele cis-reglatoare ale promotorului (selectarea promotorului la genele cu mai mulţi promotori)!!! Formarea complexului de iniţiere a transcripţiei:!!! Reglarea activităţii ARN-polimerazei: - direcţionarea; - alegerea +1 - alegerea catenei transcrise!!! Controlul ratei de transcripţie 7
8
9
Factorii de translaţie şi mecanismul lor de acţiune Iniţierea eif-2 - Activează complexul Met-ARNt met eif-3 - Asigură unirea subunităţii 40S la CAP-ul ARNm eif-4a - Recunoaşte CAP-ul şi asigură denaturarea palindroamelor din secvenţa lider a ARNm eif-4b - Asigură stabilitatea moleculei ARNm şi previne formarea buclelor eif-5 - Este o GTP-ază ce asigură unirea subunităţii 60S la complexul de iniţiere eif-6 - Previne legarea prematură a subunităţii 60S la subunitatea 40S 10
Elongarea eef-1α - Asigură unirea aminoacil-arnt la ribozom; eef-1βγ - Asigură hidroliza GTP; eef-2 - Asigură translocarea ribozomului; Terminarea Factorii de terminare sunt încă puţin studiaţi la eucariote, dar mecanismul general este asemănător procariotelor RF-1 - Recunoaşte codonii STOP UAA şi UAG RF-2 - Recunoaşte codonii STOP UGA şi UAA RF-3 - Asigură specificitatea RF-1 şi RF-2. 11
12