regulacija ekspresije gena -...
TRANSCRIPT
13.4.2016
1
REGULACIJA EKSPRESIJE GENA
Figure 8-1 Essential Cell Biology (© Garland Science 2010)
Figure 8-2a Essential Cell Biology (© Garland Science 2010) Figure 8-2b Essential Cell Biology (© Garland Science 2010)
13.4.2016
2
Figure 8-2c Essential Cell Biology (© Garland Science 2010) Figure 8-3 Essential Cell Biology (© Garland Science 2010)
Nivoi regulacije ekspresije gena
7
Kontrola ekspresije gena
• Primarna kontrola ekspresije gena obavlja se na nivou inicijacije transkripcije.
• Regulatorni proteini koji se vezuju za regulatorne DNK sekvence modulirajući RNK pol što dovodi do blokade ili stimulacije transkripcije.
8
Kontrola ekspresije gena
• Prokarioti regulišu ekspresiju svojih gena kao odgovog na delovanje svoje okoline.
• Eukariotske ćelije regulacijom ekspresije gena održavaju homeostazu u organizmu.
13.4.2016
3
9
Regulacija kod prokariota
• Kontrola inicijacije transkripcije može biti:
– Pozitivna kontrola – povećana transkripcija kada se aktivator veže za DNK regulatorni region
– Negativna kontrola – redukovana transkripcija kada se represor veže za DNK regulatorni region
Prokariotska ćelija reaguje na promenu u okruženju promenom u ekspresiji svojih genaGeni koji su uključeni u isti metabolitički put oranizovani su u operone.Neki operoni su inducibilni , a neki represibilni.
10
Negativna regulacija lac operona
• lac operon sastoji se iz gena koji učestvuju u razgradnji laktoze, koja sluzi kao izvor energije.
• Regulatorni region operona uključuje: CAP (katabolitički aktivatorski protein) vezujući položaj, promotor i operator.
• Kodirajući region čini strukturne gene za tri enzima:– b-galaktozidazu, permeazu i transacetilazu
11 12
13.4.2016
4
13 14
Pozitivna regulacija lac operona
Niska koncentracija glukoze aktivira adenil ciklazu da prevede ATP u cAMP koji se veže za katabolitički aktivatorski protein (CAP). Vezivanje cAMP stimuliše vezivanje CAP-a za regulatornu sekvencu. CAP potom stupa u vezu sa αsubjedinicom RNK pol aktivirajući transkripciju.
15
Regulatorni proteini• Regulatorni proteini vezivanjem za specifične
DNK sekvence regulišu ekspresiju gena.
– Regulatorni proteini interaguju sa bazama u velikom žlebu DNK heliksa
– Poseduju DNK-vezujuće motive
16
Regulatorni proteini
• DNK vezujući motivi:
– Heliks-zavoj-heliks motiv
– Heliks-petlja-heliks motiv
– Cinkani prsti motiv
– Leucinski rajsflešus motiv
13.4.2016
5
Cinkani prsti
Leucinski rajsflešus
Heliks-petlja -heliks
Heliks-zavoj-heliks
18
Regulacija ekspresije kod eukariota
• Transkripcioni faktori su neophodni za kontrolu ekspresije gena.– opšti transkripcioni faktori su neophodni za
pokretanje transkripcije• su neophodni za povezivanje RNK pol za DNK
– specifični transkripcioni factori povećavaju nivio transkripcije u pojedinim tipovima ćelija ili pokreću transkripciju određenih gena kao odgovor na primljene signale
19
Opšti TF su deo bazične transkripcione mašinerije uz RNK pol II
Regulatorne sekvence
PromotorCCAAT; GGGCGG (GC kutija);TATAA kutijaPojačivači
13.4.2016
6
21
• Opšti TF se vezuju za promotor .
• RNK pol II se vezuje sa TF i otpočinje transkripciju od start tačke (+1).
• Pojačivači (enhancers)su DNK sekvence za koje s evezu specifični TF(activatori). Vezivanjem povećavaju nivo transkripcije.
22
Koaktivatori i mediajatori su neophodni za funkcionisanje TF.Povezuju TF sa drugim članovima transkripcionog aparata
23
Hromatinska struktura
• Eukariotska DNK je upakovana u hromatin.
• Hromatinska struktura je u direktnoj vezi sa kontrolom ekspresije gena.
• Nukleozomi mogu blokirati pristup promotoru RNK pol.
24
Hromatinska struktura
Dekondenzacija hromatinaAcetilacija histona
Acetil transferaza
13.4.2016
7
25
Hromatinska struktura
• Metilacija (dodavanje –CH3) na DNK ili histonske proteine je povezana sa kontrolom ekspresije gena.
• Klasteri metilisanih citozinskih nukleotida povezanih sa proteinima sprečavaju vezivanje aktivatora za DNK.
• Metilisani histonski proteini su grupisani u neaktivne regione hromatina.
Nukleozomski remodelirajući faktori
Hromatinska struktura
27
Posttranskripciona regulacija
• Kontrola ekspresije gena obično je na nivou inicijacije transkripcije.
• Ali ekspresija gena može biti regulisana i posle transkripcije sledećim mehanizmima:
– RNK inteferencijom
– Alternativnim splajsingom
– editovanjemRNK
– Degradacijom iRNA
28
Posttranscriptional Regulation
• RNA interference involves the use of small RNA molecules
• The enzyme Dicer chops double stranded RNA into small pieces of RNA
– micro-RNAs bind to complementary RNA to prevent translation
– small interfering RNAs degrade particular mRNAs before translation
13.4.2016
8
29 30
Posttranscriptional Regulation
• Introns are spliced out of pre-mRNAs to produce the mature mRNA that is translated.
• Alternative splicing recognizes different splice sites in different tissue types.
• The mature mRNAs in each tissue possess different exons, resulting in different polypeptide products from the same gene.
31 32
Posttranscriptional Regulation
• RNA editing creates mature mRNA that are not truly encoded by the genome.
• For example –
– apolipoprotein B exists in 2 isoforms
– one isoform is produced by editing the mRNA to create a stop codon
– this RNA editing is tissue-specific
13.4.2016
9
33
Posttranscriptional Regulation
• Mature mRNA molecules have various half-lives depending on the gene and the location (tissue) of expression.
• The amount of polypeptide produced from a particular gene can be influenced by the half-life of the mRNA molecules.
34
35
Protein Degradation
• Proteins are produced and degraded continually in the cell.
• Proteins to be degraded are tagged with ubiquitin.
• Degradation of proteins marked with ubiquitin occurs at the proteasome.
36
13.4.2016
10
37
13.4.2016
11