REGULACIJA AKTIVNOSTIGENA KOD EUKARIOTA

Kod prokariota RAG se najee ostvaruje u okviru strukturnih gena i kontrolnih sekvenci (promotor i operator) koji se zajedno nazivaju operon.

Kod eukariota su takoe otkrivene sekvence za kodiranje proteina i kontrolna mesta na DNK u njihovoj blizini.

Kod eukariota geni nisu organizovani u operone kao funkcionalne jedinice.

PROKARIOTIEUKARIOTI

RGA eukariota moe biti dvojakabrza-u skladu sa trenutnim fiziolokim zahtevima ili promenama u sredininasuprot tome, postoji RGA tokom individualnog razvia i diferencijacijekod prokarijota regulacija transkripcije predstavlja osnovni nivo na kojem se modifikuje aktivnost genakod eukariota ostvaruje se na sledeim osnovnim nivoima : DNK, transkripcija, obrada primarnog transkripta, transport iRNK u citoplazmu , translacija i razlaganje iRNK, modifikacije i razlaganje proteina

REGULACIJA GENSKE AKTIVNOSTI KOD EUKARIOTA

Eksperimenti koji potvruju totipotentnost jedra(potencijal da se razviju svi tipovi elija adultnog organizma)

TRANSPLANTACIJA JEDRA

KLONIRANJE KRAVE

Postupak transplantacije jedra

U jajnu eliju sisara naslonjenu na tupu pipetu (levo) unosi se genetiki materijal (jedro) diploidne elije tankom pipetom (desno)jedro

Dolly, prva klonirana ovca

Osnovni nivoi kontrole ekspresije gena kod eukariota Regulacija ekspresije gena u eukariotskimelijama se deava na svim nivoima prenosagenetike informacije od DNK do funkcionalnog proteina.

Regulacija aktivnosti na nivou DNK se postie:

hemijskim modifikacijama DNK

poveavanjem ili smanjenjem koliine gena

preraspodelom genetikog materijala

promenama konformacje hromatina

METILACIJA CITOZINA UMANJUJE EKSPRESIJU GENA

Metilacija citozina uCG sekvencama molekula DNKovaj proces je esto reverzibilan-enzimski se uklanjaju metil grupe ime se poveava nivo aktivnosti gena (3%)Distribucija metilovanog citozina nije nasumina, ve se uglavnom javlja u CG dinukleotidima

Inaktivacija gena metilacijom citozinane vezuje se kompleks za remodelovanje nukleozomane moe da deluje histon-acetilaza ,

Regulacija aktivnosti na nivou DNK

poveavanjem ili smanjenjem koliine gena

-gubitak genetskog materijala kao mehanizam genske regulacije zapaen je kod Protozoa, valjkastih crva i insekata -amplifikacija gena je najdeteljnije prouena u ovocitima vodozemaca gde se stvara veliki broj kopija gena za rRNK ime se poveava stvaranje ribozoma koji e se koristiti u ranoj embriogenezi.

rearanmani genetikog materijala- mogu dovesti do pozicionog efekta odnosno do promene aktivnosti gena usled premetanja u deo sa drugaijom konformacijom hromatina (premetanjem gena iz eurhomatinskog u heterohromatinski region postie smanjenje ekspresije, i obratno)

promenama konformacje hromatina znatno se modifikuje ispoljavanje gena -transkripciono aktivniji regioni hromatina imaju raspreniju konformaciju koja omoguuje pristup enzimima transkripcije i drugim regulatornim molekulima. transkripciono aktivni geni i promotorski regionisu osetljiviji na DNazu I-senzitivni i hipersenzitivni regioni

U sastavu hromatina se pored DNK nalaze histonski i nehistonski proteini. Histoni su visoko konzervisani tokom evolucije (redosled AK je slian i kod udaljeni vrsta).Histoni su uniformno rasporeeni du molekula DNK i efikasno blokiraju transkripciju.

Posebno je veliki afinitet vezivanja histona za TATA blok u promotorskim sekvencama.

Do aktivacije gena verovatno dolazi vezivanjem proteina za enhensere i naknadne interakcije sa histonima u promotorkim regionima, dolazi do dezintegracije nukleozoma u TATA bloku to omoguava vezivanje regulatornih proteina za promotore.

Hemijska modifikacija histona utie na stepen aktivnosti hromatina. Primeena je poveana acetilacija histona u aktivnom hromatinu.

Acetilacija histona menja konformaciju nukleozoma i menja nivo organizacije hromatina, odnosno DNK postaje dostupna transkripcionim faktorima.

Lokalne promene strukture (konformacije) hromatinakompleks za remodelovanje nukleozomaenzim HISTON-ACETILAZA dovodi do ACETILACIJE HISTONA remodelovani nukleozomitranskripciona mainerijase vezuje za promotor

Stoga, konformacija hromatina nije ista u svim tipovima elija i na svim stadijumima razvia.

Regulacija konformacije hromatina predstavlja jedan od mehanizama tkivno-specifine i razvojno-specifine kontole ekpresije gena.

Kontrolni regioni tipinog eukariotskog genaEukariotski geni za kodiranje pored promotorskih elementa imaju posebnekontrolne sekvence nazvane stimulatorski nizovi nukelotida enhenseri.

promotorski elementi odreuju da li e uopte doi do transkripcijeenhenseri omoguavaju postizanje maksimalne birzine transkripcijeKontrola transkripcije kod eukariota podrazumeva kako kontrolu poetka, tako i kontrolu brzine odvijanja transkripcije

Stimulatorski nizovi nukleotida u DNK (enhenseri, engl. to enhance pojaati) predstavljaju DNK sekvence koje nakon vezivanja regulatornih proteina dovode do naglog porasta aktivnosti gena. Ovi nizovi nukleotida mogu se nalaziti na hiljade baznih parova (do 50 000) uzvodno ili nizvodno od gena iju aktivnost poveavaju.

Nizovi nukleotida koji umanjuju aktivnost gena oznaeni su kao sajlenseri (engl. scilence tiina).

Shematski prikaz pozitivne (a) i negativne (b) regulacije genske aktivnosti na nivou transkripcijeKONTROLA TRANSKRIPCIJEIzuzetna specifinost vezivanja regulatornih proteina za promotorske elementeomoguuje da se pojedini geni aktiviraju a drugi iskljue u skladu sa potrebama elije

Vezivanje dva proteina za razliita mesta na molekulu DNK moe u velikoj meri da povea verovatnou njihove interakcije

Aktivacija transkripcije kod eukariotaenhenserTF

Ispostavilo se da enhenseri i promotori mogu da vezuju iste regulatorne proteine, to znai da oba regulatorna elementa u stvari deluju na transkripciju slinim mehanizmima.

Relativno mali broj proteina je ukljuenih u neposrednu regulaciju transkripcije.

Kombinovanjem malog broja regulatornih proteina ostvaruje se regulacija transkripcije velikog broja gena i odreuje karakteristian izgled i funkcija elije.

Neki proteini deluju kao aktivatori (pozitivni regulatorni proteini) a drugi kao inhibitori tranksripcije, tako da konaan efekat zavisi od kombinacije vezanih faktora.

Ukoliko su za promotor i enhenser vezani pozitivni regulatorni proteini, rezultat je aktivacija transkripcije.

Meutim, ako se za promotor vee pozitivni, a za enhenser negativni regulator, rezultat e zavisiti od njihove meusobne interakcije.

Alternativna obrada primarnog transkripta humanog gena za kalcitonin rezultuje stvaranjem tkivno-specifinih produkata. U tkivu paratireoidnih lezda stvara se polipeptidini hormon kalcitonin,a u nervnim elijama CGRP protein (od engl. calcitonin gene-related peptide) Kontrolna obrada primarnih transkripta obuhvata regulaciju stvaranja zrelih iRNK-razliiti proteinski produkti kodirani su istim genom, ali nemajuisti raspored AK-izoforme proteinai one mogu biti tkivno specifine

-primeri primarnih transkripata sa alternativnim mestima za poliadenilaciju, kao i alternativnim mestima za isecanje introna -jednog primarnog transkripta moe se dobiti vei broj razliitih funkcionalnih molekula iRNK

Kontrola transporta iRNK predstavlja regulaciju prelaenja transkripata iz jedra u citoplazmu. Prema tome, nukleusni ovoj eukariota predstavlja jednu od kontrolnih taaka ekspresije gena.

Veoma heterogene grupe primarnih transkripata gena za kodiranje proteina (tzv. hnRNK,heterogena nuklearna RNK) najmanje 50% nikada ne napusti jedro ve se u njemu razgrauje.

Kontrola translacije ostvaruje tako to ribozomi odabiraju iRNK koja e se prevesti u protein. Mehanizmi uvanja iRNK nisu sasvim jasni, ali ima indicija da su iRNK najee u asocijaciji sa proteinima koji ih tite od razlaganja i istovremeno spreavaju da translacija otpone. Pored toga, zna se da poli-A rep promovie translaciju.

Kontrola razlaganja iRNK odnosi se na stepen degradacije iRNK u citoplazmi. Poznato je da su tRNK i rRNK veoma stabilne, to je sasvim logino kada se ima u vidu da mogu da uestvuju u translaciji bilo kog proteina. Nasuprot tome, molekuli iRNK imaju razliit opseg stabilnosti neke ostaju u citoplazmi mesecima, a druge se razloe posle svega nekoliko minuta.

Stabilnost iRNK moe da zavisi od specifinih regulatornih proteina. Na primer, dodavanjem regulatornog molekula moe da se povea ne samo stepen sinteze RNK (transkripcije) ve i stabilnost stvorenog iRNK molekula

Posttranslacioni mehanizmi kontrole genske aktivnosti obuhvataju modifikacije i kontrolu razlaganja proteina.

Degradacija proteina kod eukariota kontrolisana je iroko rasprostranjenim proteinskim faktorom (ubikvitin).

Vezivanje za ubikvitin predstavlja signal za enzimsko razlaganje proteina.

Fluorescentna in situ hibridizacija (FISH)

HIBRIDIZACIJA NUKLEINSKIH KISELINA

Embrion miau kome je pokazanaekspresija gena za noginu mozgu i skeletu

elija HeLa u deobi: mikrotubule su obojene ljubiasto, DNK belo, a zelenom bojom prestavljen je proteinski produkt GFP gena