REGULACIJA EKSPRESIJE GENA KOD EUKARIOTA

TRANSKRIPCIONI FAKTORI

Doc. dr Snežana MarkovićDoc. dr Snežana MarkovićDoc. dr Snežana MarkovićDoc. dr Snežana MarkovićIInstitut za biologiju i ekologijunstitut za biologiju i ekologijuPPrirodnorirodno--matematički fakultetmatematički fakultet

UUniverzitet u Kragujevcuniverzitet u Kragujevcu

REGULACIJA EKSPRESIJE GENA KOD EUKARIOTA� Sve ćelije višećelijskog organizma sadrže iste gene� Različite ćelije sintetišu različite setove proteina

• Konstitutivni i specijalizovani proteini� Ekspresija gena – transkripcija, obrada transkripata i translacija� Različite ćelije eksprimiraju razli čite gene; regulacija ekspresije gena:

• 1. Transkripciona kontrola• 2. Kontrola obrade transkripta• 3. Kontrola transporta iRNK• 4. Translaciona kontrola• 5. Posttranslaciona kontrola• 5. Posttranslaciona kontrola

� Hromatin i hipersenzitivna mesta• Heterohromatin (konstitutivni i fakultativni) i euhromatin; e fekat DNKaze I; HMG

proteini (HMG14 i HMG17 izmeštaju H1).• Hipersenzitivna mesta.• Jezgro histona (H2A, H2B,H3 i H4) ima dva domena: (i) domen za interakcije sa

drugim histonima (obmotava DNK) i (ii) amino-terminalni rep koji se pr uža izvannukleozoma; rep je bogat lizinom - može biti modifikovan acetilacijom (redukcijapozitivnog naelektrisanja histona - transkripcija), metilacijom (kondenzacija hromatina), ili fosforilacijom na serinu i treoninu

• Hipoteza histonskog koda – “jezik” posttranslacionih modifikacija N-krajeva histona• DNK u promotorskom regionu je oslobođena histona posredstvom enzima HATs

(histon acetilaze), ATP-zavisan kompleks za remodelovanje hromozoma; histon dezacetilaza

� Genom i epigenom � Genetička informacija – redosled

nukleotida, konstantna, genetski kod� Epigenetička informacija – u

hromatinu, dinamička, histonski kod� Remodeliranje histona� Metilacija DNK u okviru CpG

dinukleotida (na 5 ' C atomu citozina dodaje se metil grupa);DNK metilacija isklju čuje gensku ekspresiju i favorizuje stvaranje heterohromatina. heterohromatina.

� Genetičko utišavanje (silencing) / utiskivanje (imprinting)

� Regulacija pomoću malih RNK� Epigenetička regulacija – nasleđivanje

obrasca ekspresije gena sa ćelije na potomke, ali omogućava i promenu obrasca ekspresije gena u toku diferencijacije ćelija i pod uticajem spoljašnjih signala

TRANSKRIPCIONI FAKTORI (TF)� Omogućavaju povezivanje RNK polimeraze II za promotore

kod eukariota i/ili regulišu transkripciju gena (aktivatori ili represori)

� 1. Opšti (osnovni) TF – vezuju se za promotore i postavljaju RNK polimerazu na mesto početka transkripcije

� 2. Regulatorni TF (Inducibilni TF) – vezuju se za regulatorne sekvence u DNK i modulišu transkripcijusekvence u DNK i modulišu transkripciju

� Funkcionalni domeni:• 1) domen za vezivanje DNK• 2) domen za aktivaciju transkripcije

� DNK-vezujući domen:• Proteini sa homeodomenom (heliks-okret-heliks)• Proteini sa motivom zavojnica-petlja-zavojnica• Proteini sa motivom Zn-prstiju• Proteini sa motivom leucinskog rajfešlusa

HOMEODOMEN (HELIX O KRET HELIX)HOMEODOMEN (HELIX O KRET HELIX)

- bakterijski laktozni represor, triptofanski represor, re presor λλλλ faga -

HOMEODOMEN - Proteini koji imaju osnovnu ulogu u regulaciji genske ekspresije za vreme embrionalnog razvića.

Drozofila sadrži 9 homeotičkih gena od kojih svaki specifično utiče na razvoj različitih delova tela.

Ovi geni sadrže konzervativne sekvence od 180 baznih parova (homeo boks) koje predstavljaju DNK vezujuće domene

(homeodomene) transkripcionih faktora.

HELIX -LOOP-HELIXHELIX -LOOP-HELIX

Dimerizuju međusobno

Zn-PRSTITFIIIA za ekspresiju gena za 5S rRNK

Sp1 za ekspresiju gena za rRNK

LEUCINSKI RAJFEŠLUS

C/EBP - jedarni proteini jetre pacova

� Promotori, pojačivači, prigušivači, elementiodgovora, izolatori (insulatori ).

� Cis-trans regulacija• Promotori RNK pol II sa GC i TATA blokom• Pojačivači (stimulatori – enhancers), cis-

elementi.Medijatori - kompleksi većeg broja subjedinica koji

imaju modularnu strukturu; medijatorski kompleksi su mostovi (reaguju sa aktivatorima i sa “repom” RNK polimeraze); za remodeliranje hromatina i modifikaciju nukleozoma;

• Medijatori se razlikuju između različitih promotora, ali i kod jednog promotora u različitim fiziološkim uslovima

Regulacija inicijacije transkripcije OPŠTIM� Regulacija inicijacije transkripcije OPŠTIMtranskripcionim faktorima -TFIIA (B, D, E, F, H, J) – preinicijacioni kompleks – bazalni nivo transkripcije

• TFIID (TBP) se vezuje za TATA blok.• Za kompleks TBP se vezuje TFIIB i A.• RNK polimeraza se vezuje za TFIIF. • Vezivanje TFIIE • Vezivanje TFIIH koji vrši topljenje promotora uz

hidrolizu ATP (dve subjedinice TFIIH su helikazne; subjedinica TFIIH je protein kinaza koja fosforiliš e CTD subjedinice RNK polimeraze II).

• Fosforilacija CTD sekvence Pol II – Pol II se oslobađa iz inicijatorskog kompleksa, ostaje vezana za templet i započinje elongaciju rastućeg RNK lanca.

� Regulacija inicijacije transkripcije na tkivno specifičan način• Geni se eksprimiraju tkivno- i

vremenski-specifično• Regulatorni i inducibilni TF

vezuju se za pojačivače• Ubrzavanje ili usporavanje

transkripcije• Hormoni preko svojih receptora

deluju kao TF preko elemenata odgovora (RES)odgovora (RES)

• Komunikacija TF preko aktivacionih domena

• Insulatori - segmenti u DNK kojifunkcionalno izdvajaju pojedine gene ili grupe gena;ograničavaju delovanje pojačivača ili utišivača i sprečavaju da se njihov uticaj proširi van željenih regiona.

Membranski receptori - tirozinske kinaze

DimerizacijaAutofosforilacija

EGF

P

PP P

P

P

Jedro

Aktivacijatranskripcionih faktora

Signalni put kroz ćeliju

Membranski receptori - tirozinske kinaze

DimerizacijaAutofosforilacija

EGF

P

PP P

P

P

Jedro

Aktivacijatranskripcionih faktora

Signalni put kroz ćeliju

MALE NEKODIRAJU ĆE RNK

� snRNK – male nuklearne RNK (za splajsovanje primarnog transkripta, formiranje ribozoma)• Pol III

� Procesi RNK interferencije (RNAi) koriste nekodirajuće male RNK da bi se regulisali procesi transkripcije (modifikacija histona), splajsovanja i translacije; represija gena.

� ncRNK - male nekodirajuće RNK: � dsRNK - dvolančane RNK → seku ih dajser enzimi → siRNK - male

interferentne RNK – u okviru utišavajućih kompleksa (RISC) interferentne RNK – u okviru utišavajućih kompleksa (RISC) utišavaju ili zaklju čavaju virusne i ostale gene

� miRNK – mikro RNK (kodirane posebnim genima, intronima, nekodirajućim nizovima); regulišu (utišavaju, zaključavaju) ekspresiju onkogena, transpozona

� piRNK (Piwi-associated), male 25–30 nukleotida, nastaju izjednolančanih prekursora, važne za razvoj germinativnihćelija .....