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