Transcript MUTAGENEZIS
Génexpresszió szabályozása szintetikus oligonukleotidokkal fehérjék mRNS sejtmag sejtmembrán Kromoszómális DNS citolplazma oligonukleotid Cél molekula: fehérje mRNS DNS oligonukleotid iránya a leolvasással megegyezõ v. kettõsszálú a leolvasással ellentétes a leolvasással megegyezõ RNS DNS duplex triplex köcsönhatás fehérje-DNS RNS-DNS hibrid/ RNáz H Hoogsteen féle triplex Gátlás transzkripciós szabályozás transzláció transzkripció Triplex képződésének kölcsönhatásai homopurin homopirimidin szekvenciáknál Antiszensz oligonukleotidok lehetséges célszekvenciái a mRNS-en 1) 2) 3) 4) exon-intron határhoz, slicing gátlás Az 5’ sapka régióhoz Transzlációs iniciációs régióhoz Génen belüli régióhoz Kapcsolódó oligonukleotidok Elsődleges hatásmechanizmus: Az endogén RNázH leemészti a DNS:RNS hibrid RNS szálát Oligonukleotid szintézis:foszforamidit módszer B1 O di-MeO Tr O O 2% DCA/DCM O B1 B1 O O O AcO HO O O O di-MeO Tr hordozó hordozó hordozó <1% Ac2O B1 O HO B2 O di-MeO Tr újabb ciklus O O tetrazol O hordozó N O NC P N O > 99 % B2 B2 O di-MeO Tr di-MeO Tr O I2 / H2O O O P O O O O O O B1 O B1 O NC O NC O P O O O O hordozó hordozó O O Oligonukleotid szintézis:foszforamidit módszer B1 O di-MeO Tr O O 2% DCA/DCM O B1 B1 O O O AcO HO O O O di-MeO Tr hordozó hordozó hordozó <1% Ac2O B1 O HO B2 O di-MeO Tr újabb ciklus O O tetrazol O hordozó N O NC P N O > 99 % B2 B2 O di-MeO Tr di-MeO Tr O I2 / CS2 O S P O O O O O O B1 O B1 O NC O NC O P O O O O hordozó hordozó O O Oligonukleotid szintézis: H-FOSZFONÁT MÓDSZER B2 O di-MeO Tr B2 O O O di-MeO Tr O OSi O P H O B1 O O HO O B2 O O O di-MeO Tr O OSi O P H B1 O H lehet Me is O O O O O O OSi O P O B1 O O OSi O OSi hordozó hordozó O hordozó Előny: az oxidációt elég a végén elvégezni, vagy – igény szerint – el sem kell töltés nélküli molekula Könnyebben átmegy a sejtfalon/membránon OSi PEPTID NUKLEINSAVAK (PNA) Nincs cukorfoszfát gerinc, ehelyett peptid kötéssel összekapcsolt lánc van Specifikus Stabil PNA T10-Lys PNA SV40-Lys TTTTTTTTTT-Lys ATTTTCTTCATTTTTTCTTC-Lys Ma már külön könyv van a PNA- alkalmazásairól MUTAGENEZIS - in vivo gének elrontására,vagy módosítására Random mutagenezis találomra létrehozott mutációk mutagén anyagok: UV, kemikáliák, radioaktív sugárzás PCR: a hőstabil polimerázok átírási hűsége rosszabb mutagén törzsek transzpozon mutagenezis Irányított mutagenezis Adott helyen - deléciók inszerciók léterhozása - pont mutációk létrehozása Gének irányított szétroncsolása interpozon mutagenezis Ar1 oriV oriT oriV: szűk gazdaspecificitás Ar2 Ar: antibiotikum rezisztencia Ar2 oriT ori Ar1 Ar2 vad típus mutáns poláris hatás Deléciós mutagenezis a leolvasási keret sértése nélül Ar1 oriV oriT oriV: szűk gazdaspecificitás Ar: antibiotikum rezisztencia oriT vad típus ori Ar1 mutáns poláris hatás ? Gének irányított mutagenezise a dut/ung rendszer alapján pontmutációk! Dut: dUTPase Ung: uracil-N-glikoziláz Ne épüljön be dezoxiuracil A DNS-be in vitro szintézis, Klenow QUICK CHANGE MUTAGENEZIS (STRATAGENE) FEHÉRJE TERMELTETÉS VAN GÉNÜNK: Legyen az prokarióta vagy eukarióta természetes vagy szintetikus vad típusú vagy mutáns FEHÉRJE TERMELTETŐ RENDSZEREK PROKARIÓTÁK E. coli ismert, Bármilyen fehérje, feltéve, ha - nem túl nagy - nem túl kicsi - nem túl hidrofób - nincs túl sok cisztein benne szekréciós rendszere minimális Bacillus subtilis jól ismert, ha nem is annyira, mint az E. coli van szekréciós rendszere EUKARIÓTÁK élesztő gyorsan szaporodó eukarióta sejtvonal, sok ismeretanyag viszonylag könnyű kezelhetőség poszttranszlációs modifikációk lehetősége emlős sejtvonalak minden fajta fehérje termeltethető bennük tranziens expressziós rendszerek viszonylag gyors, de korlátozott lehetôségek, stabil expressziós rendszerek hosszú, fáradságos optimalizálást igényel Escherichia coli ELŐNYÖK óriási mennyiségű ismeretanyag könnyű kezelhetőség, gyors növekedési sebesség, viszonylag olcsó médium nagy mennyiségű biomassza gazdaságos előállítása ismert szelekciós rendszerek legtöbb expressziós rendszer HÁTRÁNYOK általában nem szekretál a sejten belül redukáló atmoszféra diszulfid hidak kialakulása gátolt az eukariota poszttranszlációs módosítások általában nem megvalósíthatóak nem alakul ki a megfelelő aktiv szerkezet, rossz folding STRATÉGIÁK TÚLTERMELTETÉSRE KONSTITUTÍV PROMÓTER INDUKÁLT TERMELTETÉS a fehérje a teljes növekedési fázis alatt expresszálódik a promoter represszált állapotban van a növekedés egy bizonyos fázisáig nagy sejttömeg elérése után a fehérje visszanyerése nem igazán használatos, toxicitási problémák miatt valamilyen indukcióval derepresszió további növesztés fehérje visszanyerése legáltalánosabban használt stratégia toxicitás sok esetben megoldható PROKARIÓTA EXPRESSZIÓS VEKTOR ELEMEI SZF GS TSZE Pr -35 -10 SD kódoló szekvencia STOP kodon UAAU UGA UAG -10 -35 TTGACAN17TATAAT 5’ UAAGGAGGN(3-11) AR Pr: promóter TT: transzkripciós terminációs szignál, SZF: szabályozó fehérje,, TSZE: transzlációt szabályozó elemek, SD: Shine-Dalgarno szekvencia, TT START kodon AUG GUG UUG ORI AR: antibiotikum rezisztencia, ORI: replikációs origo GS: gazdasejt A génexpresszió szabályozása transzkripció DNS transzripciós szinten transzláció RNS FEHÉRJE poszt-transzkcripciós szinten (mRNS degradáció, protein stabilitás, stb.) Különböző faktorok relatív hatása a fehérje termeltetésre E. coli-ban Promóter indukálhatóság kb. 1000 x Gazdasejt kb. 1000 x A mRNS 5’ struktúrája kb. 100 x Transzláció kb. 100 x növekedési sebesség (mRNS stabilitás) kb. 50 x PÉLDÁK PLAZMID REPLIKONOKRA PLAZMID INKOMPATIBILTÁSI CSOPORT KÓPIASZÁM GAZDASPECIFICITÁS pBR322 ColE1 20 E. coli és még néhány pUC19 ColE1 300 E. coli és még néhány F plazmid FI 1-2 E. coli és még néhány pRK356 (R1, R6) FII 2 E. coli és még néhány pRK2501 (RK2) P 1-4 Gram-negatív baktériumokban széles RSF1010 Q 10 Gram-negatív baktériumokban széles pRK353 (R6K) X 13-40 Gram-negatív baktériumokban széles P1 Y 1-2 Gram-negatív baktériumokban széles túltermeltetésnél: ne legyen nagyon magas a kópiaszám toxikus fehérjék alapexpressziójának visszaszorítása “Runaway” plazmidok: indukálható kópiaszámú plazmidok NÉHÁNY HASZNÁLATOS ANTIBIOTIKUM koncentráció (µg/ml) antibiotikum működési mód a rezisztencia módja ampicillin bakteriocid, sejt fal szintézis inhibitor a laktamáz elhidrolizálja az ampicillin laktám gyűrűjét 50 -100 klóramfenikol bakteriosztikus, fehérje szintézis inhibitor, kölcsönhat az 50S riboszoma alegységgel klóramfenikol acetiltranszferáz (cat) acetilálja a klóramfenikolt 20 kanamicin bakteriocid, fehérje szintézis inhibitor aminoglikozid foszfotranszferáz illetve nukleotidtranszferáz foszforilálja vangy adenilálja a kanamicint 30 - 500 tetraciklin bakteriosztatikus, proteinszintézis inhibitor, gátolja az aminoacil-tRNS kötődését a riboszómához a sejt permeabilitásának csökkentésével a tetraciklin nem tud bejutni a sejtbe 15 TRANSZKRIPCIÓ Iniciáció fehérje termeltetés során a legfontosabb Elongáció mivel a gén belsejében van, nem manipulálható Termináció a transzkripció befejezése, a transzkripciós apparátus túlterhelésének elkerülésére A transzkripció iniciációja prokariótákban sigma faktor holoenzim NTD CTD CTD /` ? RNS polimeráz 5’ promóter 3’ 3’ 5’ k1 , `, , , k-1 5’ 3’ 3’ 5’ k2 RNS polimeráz alegységek: k-2 5’ 3’ 3’ 5’ Ha k1 >> k-1, akkor a polimeráz holoenzim nagyon erősen kötődik a promóter szekvenciához, a polimeráz nehezen tudja elindítani a polimerizációs reakciót. Tehát a transzkript mennyisége csökken, habár in vitro a promóter és a holoenzim közötti kapcsolat erős. 70 promoter szekvencia: -10 and -35 régiók A tökéletes 70-függő promóter UP elem -35 Ext. -10 D +1 AAATAAAATTTTTAAn..nTTGACAnnn…nnnTGnTATAATnnattA 14nt 4-6nt 17nt Az alegység kötődik A 70 ismeri fel 4-6nt Bakteriális faktorok konszenzus szekvencia Típus NÉV elsődleges faktorok Nem esszenciális faktorok Alternatív faktorok Flagella faktorok ECF faktorok hősokk faktorok 70, RpoD, SigA sporulációs faktorok -35 távolság -10 TTGACA 16 - 18 TATAAT 38, RpoS, CTATACT 28, FliA, SigD E, SigE 32, RpoH B, SigB TAAA GAACTT CTTGAAA GTTTAAA 15 16 - 17 11 - 16 12 - 14 GCCGATAA TCTRA CCCATNT RGAAT H, SphOH AGGAWWT 12 - 14 RGAAT F, SpoIIAC E, SpoIIGB G, SpoIIIG WGCATA GKCATATT TGAATA -24 TGGCAC 14 - 15 13 - 15 17 - 18 GGNRAYAMTW CATACAMT CATACTA -12 TTGCW 54 család N, RpoN, SigL 5 Különböző gének expresszióját különböző szigma faktorok befolyásolják tápelvonás, Stressz, Vasra éheztetés, sejtsűrűség, Felületi adházió Transzkripciós faktorok (Szigma) gén expresszió változás Morfológiai & fiziológiás változások Adaptáció / Védekezés Két faktor felépítése A génexpresszió tanulmányozása különböző módszerekkel különböző szinteken Enzim aktivitás mérés Western blot fehérje detektálása fehérje érése transzláció transzkripció promóter Riportergén riporter fehérje aktivitás promóter aktivitás mRNS detektálása A vizsgált operon ELECTRO MOBILITY SHIFT ASSAY (EMSA) I. más néven gél retardációs assay a DNS-t, amely feltételezhetően fehérjét köt, megjelöljük jelölés lehet végen, szálon belül, egyszálon, kétszálon, kötési kísérletben a DNS kétszálú! a DNS ne legyen től hosszú 20-200 bp, minél hosszabb a DNS, annál több nem specifikus reackió történik lehet tiszta fehérje vagy fehérje populáció Natív poliakrilamid gél -: fehérje nélkül, +: fehérjével összekeverve DNS - + - + jelölés DNS kötő fehérje összekeverés nem kötődik kötődik nem kötődik - + kötődik nem specifikusan kötődik ELECTRO MOBILITY SHIFT ASSAY (EMSA) II. a mobilitás eltolódás inkább a komplex méretét jellemzi, a kölcsönhatás errősségét nem a kölcsönhatás erősségét a nem kötöt DNS, és a kötésben levő DNS jelének intenzitása jellemzi minél kevesebb fehérje okoz erős jelet az eltolódott sávban annál erősebb a kölcsönhatás titrálás fehérje mennyiségre SUPERSHIFT ASSAY - ha van tippünk, hogy milyen fehérje kötődik - és van rá specifikus ellenanyagunk hozzáadott fehérje mennyiség nő - + nem kötődik kötődik - a DNS - fehérje kölcsönhatás erősségéről ad felvilágosítást, nem a képződött mRNS mennyiségéről + ellenanyag is kötődik ++ -: fehérje nélkül, +: csak fehérje hozzáadása, ++: fehérje és ellenanyag hozzáadása DNázI FOOT PRINT I. DNS hossz 100 – 200 bp DNS jelölés szigorúan a végén, szálspecifikusan denaturáló poliakrilamid gélelektroforézis mind a két jelölt szállal meg kell csinálni a kötési kísérletben a DNS kétszálú ******************** Maxam-Gilbert létra G A+G C+T C DNázI hasítás D DNázI ******************** DNázI FOOT PRINT II. ******** ******** DNázI hasítás Maxam-Gilbert -: fehérje nélkül +: fehérje jelenlétében létra G A+G C+T C D- D+ hiperszenzitív hely (HSH) DNázI HSH ******** ******** METILÁCIÓS INTERFERENCIA DNS jelölés szigorúan a végén, szálspecifikusan a DNS-t Maxam-Gilbert szerint dimetilszulfáttal (DMS) metiláljuk mind a két jelölt szállal meg kell csinálni denaturáló poliakrilamid gélelektroforézis a kötési kísérletben a DNS kétszálú G G piperidin hasítás MeG-nél Maxam-Gilbert létra ******** Me G A+G C+T C G Me Me G G G G G G csak a jelölt szálon szemléltetve piperidin Me ******** DMS METILÁCIÓS INTERFERENCIA II. modell: PM és NK mintázat DMS piperidin hasítás MeG-nél Maxam-Gilbert létra G A+G C+T C PM K NK K mintázat tegyük fel, hogy ezek a G-k esszenciálisak a kötéshez EMSA ******** NK: nem kötött PM: protein mentes * K: kötött + kivágás, izolálás piperidin hasítás denaturáló PAGE ** - UV KERESZTKÖTÉS (CROSS LINKING) Ismeretlen DNS kötő fehérjék molekulatömegének becslésére 1. A DNS szálat szálon belül jelöljük, és Br-dUMP-t építünk be (a Br-dUMP nem zavarja a kötődést) minta marker : Br MS? SDS-PAGE jelölt fehérje DNázI kezelés EMSA UV fény kivágás, izolálás a fehérje DNS komplex kötés kovalens lesz A mRNS mennyiségének meghatározása - Northern-blot és hibridizáció - reverz-transzkripció kapcsolt kvantitatív PCR - korrekt, de belső összehasonlító standardokat igényel In vitro transzkripció Regulátor régió G mentes kazetta (3-400 bp) Promóter transzkripcionálisan aktív sejt vagy sejtmagi extraktum + ATP, CTP, 32P-UTP, a képződött radioaktív RNS analizise denaturáló PAGE-n. csak a fenti 3-400 bp-os fragmentum fog látszani, a többi tartalmaz G-t ezek transzkirpciója leáll mennyiségi becslés: denzitometriásan, vagy PhosphorImager-rel elsősorban transz szabályozó elemek hatásának vizsgálatára alkalmas Riporter gének alkalmazása Regulátor régió riporter gén (pl. lacZ) Promóter SEJT -galaktozidáz (LacZ) -galaktozidáz aktivitás mérés feltételezi, hogy nincs poszt-transzkripciós szabályozás, és az enzim specifikus aktivitása is minden mintára egyforma aktivitás mérés kiküszöbölése GFP: Green Fluorescent Protein, gerjesztve floureszkál a kapott aktivitást illetve szignált normálni kell a sejt vagy protein mennyiségére