REGULACIJA AKTIVNOSTI GENA KOD EUKARIOTA

Kod prokariota RAG se naj e e ostvaruje u okviru strukturnih gena i kontrolnih sekvenci (promotor i operator) koji se zajedno nazivaju operon. Kod eukariota su tako e otkrivene sekvence za kodiranje proteina i kontrolna mesta na DNK u njihovoj blizini. Kod eukariota geni nisu organizovani u operone kao funkcionalne jedinice.

PROKARIOTI

EUKARIOTI

RGA eukariota mo e biti dvojaka

brza-u skladu sa trenutnim fiziolo kim zahtevima ili promenama u sredini nasuprot tome, postoji RGA tokom individualnog razvi a i diferencijacije kod prokarijota regulacija transkripcije predstavlja osnovni nivo na kojem se modifikuje aktivnost gena kod eukariota ostvaruje se na slede im 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 potvr uju totipotentnost jedra(potencijal da se razviju svi tipovi elija adultnog organizma)

TRANSPLANTACIJA JEDRA

KLONIRANJE KRAVE

Postupak transplantacije jedra

jedro

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

Dolly, prva klonirana ovca

Osnovni nivoi kontrole ekspresije gena kod eukariota

Regulacija ekspresije gena u eukariotskim elijama se de ava na svim nivoima prenosa geneti ke informacije od DNK do funkcionalnog proteina.

Regulacija aktivnosti na nivou DNK se posti e:

hemijskim modifikacijama DNK pove avanjem ili smanjenjem koli ine gena preraspodelom geneti kog materijala promenama konformacje hromatina

METILACIJA CITOZINA UMANJUJE EKSPRESIJU GENA

Metilacija citozina u CG sekvencama molekula DNK

ovaj proces je esto reverzibilan-enzimski se uklanjaju metil grupe ime se pove ava nivo aktivnosti gena (3%) Distribucija metilovanog citozina nije nasumi na, ve se uglavnom javlja u CG dinukleotidima

Inaktivacija gena metilacijom citozina

1. ne vezuje se kompleks za remodelovanje nukleozoma 2. ne mo e da deluje histon-acetilaza ,

Regulacija aktivnosti na nivou DNK pove avanjem ili smanjenjem koli ine gena -gubitak genetskog materijala kao mehanizam genske regulacije zapa en je kod Protozoa, valjkastih crva i insekata -amplifikacija gena je najdeteljnije prou ena u ovocitima vodozemaca gde se stvara veliki broj kopija gena za rRNK ime se pove ava stvaranje ribozoma koji e se koristiti u ranoj embriogenezi.

rearan mani geneti kog materijala- mogu dovesti do pozicionog efekta odnosno do promene aktivnosti gena usled preme tanja u deo sa druga ijom konformacijom hromatina (preme tanjem gena iz eurhomatinskog u heterohromatinski region posti e smanjenje ekspresije, i obratno) promenama konformacje hromatina znatno se modifikuje ispoljavanje gena transkripciono aktivniji regioni hromatina imaju raspr eniju konformaciju koja omogu uje 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 sli an i kod udaljeni vrsta). Histoni su uniformno raspore eni 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 omogu ava vezivanje regulatornih proteina za promotore. Hemijska modifikacija histona uti e na stepen aktivnosti hromatina. Prime ena je pove ana 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) hromatina

enzim HISTON-ACETILAZA dovodi do ACETILACIJE HISTONA

kompleks za remodelovanje nukleozoma

remodelovani nukleozomi transkripciona ma inerija se vezuje za promotor

Stoga, konformacija hromatina nije ista u svim tipovima elija i na svim stadijumima razvi a. Regulacija konformacije hromatina predstavlja jedan od mehanizama tkivno-specifi ne i razvojno-specifi ne kontole ekpresije gena.

Kontrolni regioni tipi nog eukariotskog genaKontrola transkripcije kod eukariota podrazumeva kako kontrolu po etka, tako i kontrolu brzine odvijanja transkripcije

Eukariotski geni za kodiranje pored promotorskih elementa imaju posebne kontrolne sekvence nazvane stimulatorski nizovi nukelotida enhenseri. promotorski elementi odre uju da li e uop te do i do transkripcije enhenseri omogu avaju postizanje maksimalne birzine transkripcije

Stimulatorski nizovi nukleotida u DNK (enhenseri, engl. to enhance poja ati) 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 pove avaju. Nizovi nukleotida koji umanjuju aktivnost gena ozna eni su kao sajlenseri (engl. scilence ti ina).

KONTROLA TRANSKRIPCIJE

Izuzetna specifi nost vezivanja regulatornih proteina za promotorske elemente omogu uje da se pojedini geni aktiviraju a drugi isklju e u skladu sa potrebama elije Shematski prikaz pozitivne (a) i negativne (b) regulacije genske aktivnosti na nivou transkripcije

Vezivanje dva proteina za razli ita mesta na molekulu DNK mo e u velikoj meri da pove a verovatno u njihove interakcije

TF

Aktivacija transkripcije kod eukariota

enhenser

Ispostavilo se da enhenseri i promotori mogu da vezuju iste regulatorne proteine, to zna i da oba regulatorna elementa u stvari deluju na transkripciju sli nim mehanizmima. Relativno mali broj proteina je uklju enih u neposrednu regulaciju transkripcije. Kombinovanjem malog broja regulatornih proteina ostvaruje se regulacija transkripcije velikog broja gena i odre uje karakteristi an izgled i funkcija elije.

Neki proteini deluju kao aktivatori (pozitivni regulatorni proteini) a drugi kao inhibitori tranksripcije, tako da kona an efekat zavisi od kombinacije vezanih faktora. Ukoliko su za promotor i enhenser vezani pozitivni regulatorni proteini, rezultat je aktivacija transkripcije. Me utim, ako se za promotor ve e pozitivni, a za enhenser negativni regulator, rezultat e zavisiti od njihove me usobne interakcije.

Kontrolna obrada primarnih transkripta obuhvata regulaciju stvaranja zrelih iRNK-razli iti proteinski produkti kodirani su istim genom, ali nemaju isti raspored AK-izoforme proteina i one mogu biti tkivno specifi ne

-primeri primarnih transkripata sa alternativnim mestima za poliadenilaciju, kao i alternativnim mestima za isecanje introna -jednog primarnog transkripta mo e se dobiti ve i broj razli itih funkcionalnih molekula iRNK

Alternativna obrada primarnog transkripta humanog gena za kalcitonin rezultuje stvaranjem tkivno-specifi nih produkata. U tkivu paratireoidnih lezda stvara se polipeptidini hormon kalcitonin, a u nervnim elijama CGRP protein (od engl. calcitonin gene-related peptide)

Kontrola transporta iRNK predstavlja regulaciju prela enja transkripata iz jedra u citoplazmu. Prema tome, nukleusni ovoj eukariota predstavlja jednu od kontrolnih ta aka 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 razgra uje.

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 naj e e u asocijaciji sa proteinima koji ih tite od razlaganja i istovremeno spre avaju da translacija otpo ne. Pored toga, zna se da poli-A rep promovi e translaciju.

Kontrola razlaganja iRNK odnosi se na stepen degradacije iRNK u citoplazmi. Poznato je da su tRNK i rRNK veoma stabilne, to je sasvim logi no kada se ima u vidu da mogu da u estvuju u translaciji bilo kog proteina. Nasuprot tome, molekuli iRNK imaju razli it opseg stabilnosti neke ostaju u citoplazmi mesecima, a druge se razlo e posle svega nekoliko minuta. Stabilnost iRNK mo e da zavisi od specifi nih regulatornih proteina. Na primer, dodavanjem regulatornog molekula mo e da se pove a 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 mi a u kome je pokazana ekspresija gena za nogin u mozgu i skeletu

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