wykład V - biologia molekularna, 1.Lekarski, I rok, Biologia molekularna, Wykłady
[ Pobierz całość w formacie PDF ]
//-->Wykład V – biologia molekularnaRegulacja ekspresji genów1) Wszystkie komórki mają taką samą informacje genetycznąRóżnice w wyglądzie oraz pełnionych funkcjach wynikają z niejednakowej aktywności różnychgenów2) Znaczenie regulacji ekspresji genów:•Rozwój i różnicowanie•Odpowiedź na warunki środowiska•Procesy chorobowe3) Genom – to nieprosta sekwencja liter, jest to bardziej skomplikowana struktura chemicznapowiązana z białkami, wykonanie „programu genetycznego”4) Poziomy regulacji ekspresji genów:•Matryca DNA – aktywacja struktury chromatyny•Czas i częstość transkrypcji (zasadnicza regulacja odbywa się na tym poziomie)•Proces obróbki posttranskrypcyjnej transkryptów pierwotnych•Selekcja mRNA: wychodzenie tran skryptu z jądra do cytoplazmy oraz jego stabilność•Translacja•Modyfikacja potranslacyjna łańcówchów polipeptydowych•Selektywna aktywacja i nieaktywacja białek po ich syntezie5) Poziom matrycy DNA – struktura DNA-białka histonowe H2A, H2B, H3, H4- nukleosom- solenoid- struktury wyższego rzędu6) Euchromatyna i heterochromatyna:••Współczynnik upakowania – stopien skondensowania chromatynyW rejonach zawierających geny aktywne transkrypcyjnie upakowanie DNA jest zredukowane,rejony te są bardziej wrażliwe na trawienie nukleazami niż pozostałą część chromatyny•Stan aktywności chromatyny przenosi się na komórki potomne i jest jednym z elementówpamieci komórkowej6) Podstawowy warunek transkrypcjiaktywny stan chromatyny•Dopiero w takiej sytuacji mogą przyłączyć się czynniki transkrypcyjne, polimerazyRNA itd.Ciągle aktywna chromatyna zawierająca geny warunkujące podstawowe funkcje komórki(housekeeping gene) np. enzymy metabolizmu podstawowego7) Chromatyna aktywna transkrypcyjnie:•Rozluźnienie nie jest bezwzględnie skorelowane w czasie z transkrypcją, lecz jąpoprzedza, a często pozostaje także po zakończeniu transkrypcji•Rejon rozluźnienia rozciąga się zwykle poza obszar genu8) Modyfikacja białek i DNA w chromatynie aktywnej transkrypcyjnie•Zmiany w oddziaływaniu białek z DNA (słabsze oddziaływanie histonu H1 lub jego brak)•Swoiste lub swoiście zmodyfikowane białka (acetylacja histonów H3 i H4, duże ilościbiałek HMG 14 i 17, ubikwitynowanie formy histonów H2A i H2B)Zmiany związane z rozluźnieniem włókna chromatynowego.•••Metylacja cytozyny – wyspy CpG (mniejszy stopien metyzacji DNA w rejonach aktywnychtranskrypcjnie)Metyzacja może zmieniac: powinowactwo DNA do czynników transkrypcyjnych, ułożenienukleosomów w danym rejonie, oddziaływanie histonu H1 z DNA)Wzór metyzacji zmienia się podczas różnicowania komórekMetyzacja sekwencji CpG w rejonie promotorów tych genów – unieczynnienie tych genówRozluźnienie struktury chromatyny nie jest warunkiem wystarczającym do rozpoczęciatranskrypcji; umożliwia ono drugi etap aktywacji – rozpoznanie przez czynniki transkrypcyjnemiejsc wiązania9) Miejsca nadwrażliwe na nukleazy„otwarte okna chromatyny”•Część genomu bardziej wrażliwa na nukleazy niż chromatyna aktywnatranskrypcyjnie (x10)•Miejsca rozmieszczone swoiście w stosunku do sekwencji nukleotydów•Nie występują w nich nukleosomy•Swobodnie dostępne dla czynników białkowych10) Miejsca nadwrażliwe na nukleazy:W miejscach tych zlokalizowane są:•Sekwencje promotorowe•Enhancery•Silencery•Miejsca inicjacji replikacji•Miejsca germinacji transkrypcji•Miejsca swoistego wiązania topoizomeraz•Centromery11) Miejsca nadwrażliwe na nukleazy:•Wielkośc od ok. 200 do 1000 pz•Trwały element chromatyny (miejsca konstytutywne) lub indukowane, np. podwpływem hormonu12) Nietypowa konformacja DNA w chromatynie aktywnej transkrypcyjnie•Z-DNA•Trójniciowy DNA•Forma krzyżowa DNAFormy te utrudniają, albo wykluczają umieszczenie nukleosomu w tym miejscu, w którymzostały wytworzone.13) Transkrypcja•Wiązanie polimerazy RNA z DNA czynniki białkowe, czynniki transkrypcyjne, któreumożliwiają polimerazie wiązanie z DNA i rozpoczęcie transkrypcji•Regulacja działania genu: obecność i i interakcje czynników transkrypcyjnych(c.t)•Obecność i aktywność c.t zależna od: stanu fizjologicznego komórki, od jejprzeszłości, otoczenia itd.!!!!!!14) Geny kodujące białka są transkrybowane przez polimeraze IICzynniki TFII (A,B,D,E,F) – wiele z tych czynników współdziała jeszcze z dodatkowymi białkami15) PROMOTOR – przylegający do miejsca startu transkrypcji obszar regulatorowy, wiązący różneczynniki transkrypcyjneNa transkrypcje wpływają również inne obszary – sekwencje wzmacniające (enhancery)16) Regulacja działania genu: przyłączenie się do jej obszarów regulatorowych odpowiednichbiałek(to czy dane białko się przyłączy zależy od:- ich obecności w danej tkance- obecności aktywatorów i inhibitorów, które wpływają na działanie tych czynników)17) sekwencje wzmacniające transkrypcje (enhancer) wiążą czynniki transkrypcyjne, wpływają naekspresje niezależnie od swojego położenia i orientacji względem genu (enhancer może leżeć paretysięcy pz za genem lub w obrębie genu – w jego intronie)•Sekwencje osłabiające transkrypcje – silencer18) Czynniki transkrypcyjne:•Są to białka o roznej budowie•Białka te zawierają 2 odrebne domeny:I.Wiążąca się z DNAII.Obszar lub domena aktywująca, służy do interakcji z innymi elementami aparatutranskrypcyjnego (np. polimerazą)Czynniki transkrypcyjne klasyfikuje się na podstawie budowy domeny wiążącej19) Poziom transkrypcjiBiałka regulatorowe•Czynniki transkrypcyjne•Białka o strukturze: heliks-skręt-heliks, heliks-pętla-heliks, białka zawierające tzw.Palce cynkowe, białka zawierające tzw. Suwaki leucytowe20) Regulacja post transkrypcyjna:•Wycinanie intronów i składanie egzonów – splicing•Redagowanie RNA•Modyfikacja stabilności mRNA•Magazynowanie mRNA21) Alternatywny splicing - ?22) Usuwanie intronów – dla niektórych transkryptów istnieje możliwość wytworzenia kilkurodzajów mRNA23) Alternatywne składanie:•Z tego samego Horna powstają różne mRNA24) Introny występują:25)26)27)28)29)30)31)32)•W genach kodujących białka, genach kodujących tRNA oraz rRNA•W genach jądrowych oraz organellachZapis w mRNA może się różnic od zapisu w DNA:•Pre-mRNA ulega obróbkom potranskrypcyjnych: cięcie, składanie genowe,modyfikacje końców 5’ i 3’•Sekwencje kodujące mogą również ulegać zmianom zmieniającym senstranskryptów!!!•Proces redagowania mRNA, „editing” (dodatkowe ramki odczytu powstałe w wynikuinsercji lub modyfikacji zasad w DNA – geny milczące)Przykład redagowania transkryptów genów jądrowych:•Gen kodujący apolipoproteine B u ssaków, gen koduje 2 polipetydyDłuższy 512 kDa występuje w wątrobieKrótszy wielkości 242kDa w jelicieBardzo rozbudowany system redagowania transkryptów genów mitochondrialnych upierwotniaków Trypanosoma i LeishmaniaRegulacja przez wybór miejsca terminacji transkrypcji:•Przed rozpoczęciem składania dodawana jest „czapeczka” (7-metyloguanozyna) nakońcu 5’ oraz ogon poliA na końcu 3’•Niektóre geny mające wiecej niż jedno miejsce poliadenylacji, wybór miejsca możedeterminować rodzaj powstającego tran skryptu (np. geny kodujące cieżki łańcuchimmunoglobuliny:Przeciwciało rozpuszalnePrzeciwciało związane z błoną)Regulacja eksportu RNA do cytoplazmy:•Dla niektórych genów nieposiadających intronów warunkiem prawidłowe eksportu zjądra jest interakcja z kompleksem przeprowadzającym poliadenylacje 3’ końca lubsarna i odpowiednimi enzymamiRegulacja stabilności mRNA:•W zależności jak długo dany mRNA może być matrycą dla syntezy białek tak długoutrzyma się efekt „włączenia danego genu.•Okres połtrwania mRNA od kilku minut do kilmku dni•Na stabilność mRNA ma wpływ”Duża ilość sekwencji AU na końcu 3’Obecnośc białek będących produktami translacji mRNA (np. mRNAbeta-tubuliny ulega degradacji obecności beta-tubuliny)Oddziaływanie z cytoszkieletamDNA p16 Homo sapiens – bardzo długiemRNA p16 Homo sapiens – srednio długiebiałko p16 Homo sapiens - krótkieTranslacja – biosynteza białek•Informacja zaszyfrowana w łańcuchu mRNA jet tłumaczona na sekwencjeaminokwasów w białku•AUG (metionina) – sygnał rozpoczęcia syntezy•UAG, UUA, UGA (amber, ochre, opal) – sygnały germinacji•Nie wszystkie białka zawierają na początku metionine !!!!33) Regulacja translacji:•U Eukariota regulacja odbywa się poprzez działanie białek wpływających na translacjęCzynnik elf – 2Czynnik elf – 4EDegradacja białek – białko ubikwityna34) Modyfikacje potranslacyjne:•Prowadzą do zmiany aktywności wielu białek•Hydroksylacja; glikacja białek; fosforylacja grup -OH SER, TREO, TYR; usuniecie N-końca formylo-metioniny35) Białka towarzyszące – cha perony:Białka opiekuńczeKomórkowe przyzwoitkiWiążąc się z innymi białkami kierują je do odpowiedniej przemiany, jak:Pofaldowanie łańczuchaOligomeryzacjaTransport do innego przedziału komórkowegoDegradacja36)chaperony:•••37)ATP-azamiKompleks ATP-chaperon – powinowactwo do peptydów niefałdowanychPrzeciwdziałają agregacji białek charakterystycznej dla takich schorzeń jak chorobaAlzheimera, Creutzfeida-JacobaUnc-45:•Prawidowe składanie białek towarzyszących ; miesnie szkieletowe a także miesiensercowyWiele z białek towarzyszących należy do tzw. Grupy białek szoku cieplnego (NSP)Białka szoku cieplnego:•Produkowane w wyniku odpowiedzi na:Nieznacznie podwyższoną temperatureInfekcję wirusowąStres oksydacyjnyZatrucie metalami ciężkimiZatrucie alkoholamiInhibitory przemian energetycznych•Zwiększają szanse przeżycia komórki w warunkach szoku•W warunkach niestresowych biora udział w regulacji podstawowych funkcjiżyciowych komórki (housekeeping)•Uczestniczą w odpowiedzi układu odpornościowego wymierzonej naprzeciwnowotworom i patogenomHSP60 – struktura otwartej klatkiHSP100:•Tworzy wielopodjednostkową obręcz38)39)40)41)
[ Pobierz całość w formacie PDF ]