REGLERING AV EUKARYOT GENEXPRESSION

Molekylärbiologi T3, Ht-10Biomedicinska analytikerprogrammet, Karolinska Institutet

Annica Nordvall Bodell

TBP binder TATA-box

Kunskapsmål för detta avsnitt

Från kursplan:• beskriva och jämföra uppbyggnad, struktur och innehåll i eukaryota och

prokaryota genom samt utförligt förklara principerna för genexpression och dess reglering.

Lite mer utförligt:

•De olika stegen i genexpression i eukaryota celler (från DNA till protein)

•Varför genexpressionen måste regleras i eukaryota celler

•Olika nivåer som reglering kan ske på

•Olika regleringsmekanismer som kan reglera mängden protein

•Olika regleringsmekanismer som kan reglera formen på protein

•Hur en signal utifrån kan påverka expressionen av en gen

•Terminologi (t ex promotor, enhancer, epigenetik etc)

Vad kan vara anledningen till att våra celler behöver

reglera sin genexpression?

Varför uttrycks olika proteiner i olika celler?

http://www.mplnet.com/photos/IHC/index.html

Uttryck av CD8 i vävnad

Uttryck av p53 i vävnad

Nästan alla celler i en människa innehåller en fullständig uppsättning av genomet

I en vuxen människa finns ca 200 olika celltyper

Anledningen är att olika gener är påslagna i olika celler

Humana genomet innehåller 20.000 - 25 000 gener

• Vissa uttrycks hela tiden i alla celler; ”Housekeeping genes”

• Vissa uttrycks i celler som ska differentieras

• Vissa uttrycks hela tiden i celler som har differentierats på visst sätt

• Vissa uttrycks bara som svar på yttre påverkan t.ex. vid hormonpåverkan, infektion mm

• Det finns möjlighet att reglera både mängd och form av ett protein i en cell

På vilka nivåer kan genexpression regleras?

Proteinkinaset NEK2, som har en viktig funktion vid celldelning, förekommer i två olika former (NEK2A och NEK2B).

NEK2A förekommer framförallt i kärnan. NEK2B saknar 30 aminosyrar i den C-terminala delen av proteinet, och förekommer i cytoplasman.

a)Förklara de tänkbara mekanismer som kan ligga bakom denna skillnad i form.

b) Skulle samma mekanismer kunna vara förklaringen om skillnaden istället skulle ligga i den N-terminala delen av proteinet? Motivera.

Ex. tentafråga

Kromatin strukturenKan ändras av Chromatine remodeling factors

Epigenetiska mekanismer kan påverka kromatinstrukturen

• ärftliga men reversibla förändringar i DNA som är oberoende av förändringar i DNAt’s nukleotidsekvens

DN 28/10-08

Svält ger avtryck i fosters generMödrar som var gravida under den holländska svältvintern 1944-1945 fick barn som än i dag har märken av den hårda tiden i sina gener. Det visar en ny studie från Nederländerna och USA.

Ett paradigmskifte har ägt rum inom biologin (Karin Bojs)

Förvärvade egenskaper kan faktiskt ärvas! Lamarcks och Lysenkos förhånade påståenden verkar trots allt innehålla ett litet korn av sanning.

Epigenetiska mekanismer påverkar kromatinets struktur

Videolänk

Acetylering av histoner ökar genexpressionen

The Cell 7.34

Transkriptionsaktivering av steroid hormon

Steroidhormoner kan aktivera transkription genom att gå in i cellen och binda steroidhormon receptor. Den aktiverade receptorn (dimer) fungerar som en transkriptionsfaktor

The Cell 15.3

Nedärvning av histonmodifiering

Metylering av DNA kan tysta genexpression

The Cell 7.39, 7.41

Metyleringsmönstret nedärvs till dottercellerna

Reglering vid transkriptionsinitiering

Transkriptionsfaktorer som binder regulatoriska sekvenser i eller i anslutning till genen

Transkriptionsfaktorer; • Aktivator; underlättar/ möjliggör transkription

• Repressor; förhindrar transkription

Regulatoriska sekvenser ;(cis-sekvenser /upstream regulatory element)

• Promotor;– DNA sekvens uppströms (el inom genen) på ca 200

bp.– Binder transkriptions faktorer (TF) och RNA

polymeras.– Kan delas in i Core promotor (-45 - +40) och Proximal

promotor (-50 - -200).

• Enhancer; – Ökar transkription av närliggande gen vid bindning

av TF. Orienterings och positionsoberoende

• Responselement;– Modulerar transkription som svar på externa

stimuli vid bindning av TF

En basal eukaryot promotor är normalt 100-200 bp lång och binder det basala transkriptionskomplexet samt andra generella transkriptionsfaktorer

Eukaryota cis-sekvenser kan se väldigt olika ut

Förutom den basala promotorn så ingår mer genspecifika sekvenser som tex enhancers, responselement etc.

Enhancersekvenser kan kan ligga långt ifrån transkriptionsstart och innehålla cissekvenser för flera olika transkriptionsfaktorer

The Cell kap 7

Uppbyggnad av det basala transkriptions transkriptionskomplexet

C-terminalen av RNA-polymeraset fosforyleras när transkriptionen sätter igång

Transkriptionsfaktorer

Exempel på DNA bindande domäner

IN: N1

Transkriptionsfaktorer binder till olika cissekvenser och påverkar det basala

transkriptionskomplexet

Repressorer

Transkriptionselongering

Posttranskriptionell reglering

• Alternativ splicing

• Alternativa polyA signaler

• RNA editing

• mRNA stabilitet och åtkomlighet

• Posttranslationella modifieringar

Alternativ splicing

Alternativ splicing ex

The Cell 7.53

RNA editing

The Cell 7.55

mRNA stabiliteten och åtkomlighet kan påverkas

• Proteiner kan binda till mRNA och öka stabiliteten

• Proteiner kan binda till mRNA och förhindra translation

• Antisense RNA (eller andra typer av små RNA molekyler) kan leda till blockering, nedbrytning av mRNA (seminarium) eller metylering av DNA

Degradering av mRNA

The Cell 7.55

Blockering av translationen

Reglering via mikro RNA

kromatinstruktur

Transkriptionsinitiering

Alternativa promotorer

Alternativ splicing

Alternativ polyadenylering

Stabilitet/åtkomlighet av mRNA

Modifiering av mRNA

Posttranslationell modifiering

http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/0/01/Gene_Expression.gif

Postranskriptionell reglering

Reglering vid translation

Proteinkinaset NEK2, som har en viktig funktion vid celldelning, förekommer i två olika former (NEK2A och NEK2B).

NEK2A förekommer framförallt i kärnan. NEK2B saknar 30 aminosyrar i den C-terminala delen av proteinet, och förekommer i cytoplasman.

a)Förklara de tänkbara mekanismer som kan ligga bakom denna skillnad i form.

b) Skulle samma mekanismer kunna vara förklaringen om skillnaden istället skulle ligga i den N-terminala delen av proteinet? Motivera.

Ex. tentafråga