Transcript wykład – regulacja ekspresji genu

Genetyka
Regulacja
ekspresji genu
REGULACJA EKSPRESJI GENU
– to złożony wielopoziomowy i
wieloczynnikowy proces.
Na każdym z etapów ekspresja genu może
być regulowana za pomocą różnych
mechanizmów.
Ekspresja genu zależy od rodzaju komórki,
fazy rozwoju organizmu, metabolicznego i
fizjologicznego stanu komórki.
U eukariotów regulacja ekspresji genu odnosi się do
każdego o genu i różnych etapów jego ekspresji:
·
zainicjowanie transkrypcji genu przez czynniki
transkrypcyjne;
·
synteza pre-mRNA przez polimeraze RNA;
·
obróbka posttranskrypcyjna, dzięki której
powstaje dojrzały mRNA;
·
transport mRNA z jądra komórkowego do
cytoplazmy;
·
rozpoznanie mRNA przez rybosom i translacja;
·
degradacja mRNA;
·
fałdowanie białka (nabywanie struktury
trzeciorzędowej białka );
·
modyfikacje potranslacyjne, np. glikolizacja,
fosforylacja;
przemieszczenie białka do celu spełnienia funkcji
biologicznej;
· degradacja białka.
Procesy transkrypcji i translacji są
regulowane poprzez promotory,
charakterystyczne sekwencje położone
w okolicach startu transkrypcji danego genu.
Wydajność translacji może być regulowana na kilka
sposobów.
W komórkach eukariotycznych podczas biosyntezy
białka tworzenia mRNA jest sterowane przez
polimerazę RNA II (zależną od DNA).
Sama nie jest ona zdolna do inicjacji transkrypcji
i potrzebuje do tego czynników transkrypcyjnych.
Odpowiednie czynniki przyłączają się do
rozpoznawanych przez nie sekwencji DNA, które
znajdują się w proksymalnym regionie startu
transkrypcji.
Struktura genu
eukariotycznego
Promotor może wykazywać
odmienne umiejscowienie
w odniesieniu do miejsca
startu transkrypcji.
Wyróżniamy dwa
podstawowe typy
promotorów w zależności od
ich położenia: promotory
skupione i rozproszone.
Promotory skupione
charakteryzują się
wyraźnym miejscem startu transkrypcji.
Zazwyczaj jest to precyzyjnie określony
pojedynczy nukleotyd. Niektóre geny
posiadają miejsce startu transkrypcji
zlokalizowane w wyraźnych klastrach
obejmujących kilka nukleotydów. Większość
eukariotycznych promotorów to promotory
skupione ale u kręgowców stanowią jedynie
30%.
Są one starsze ewolucyjnie i występują
w większym zakresie różnego typu
organizmów
Promotory rozproszone
W tego typu promotorach
można znaleźć wiele miejsc
startu transkrypcji. Najczęściej
są one rozproszone w obszarze
obejmującym 50-100 par zasad.
Stąd nazwa tego typu
promotorów. Promotory
rozproszone są słabiej zbadane
niż skupione
Do inicjacji transkrypcji potrzebnych jest
5 głównych czynników transkrypcyjnych.
Część promotorów transkrybowanych przez polimerazę
RNA II zawiera kasetę TATA. Sekwencja ta jest
odpowiedzialna za inicjację transkrypcji, która zaczyna się
związaniem białka TATA-binding protein (TBP) z kasetą
TATA.
Jest ono częścią czynnika transkrypcyjnego TFIID (1). Dalej
przyłączają się kolejne podstawowe czynniki
transkrypcyjne – TBP przyłącza TFIIB (2), następnie
przyłącza się polimeraza RNAII wspólnie z TFIIF (3). Do
inicjacji są konieczne jeszcze dwa kolejne czynniki: TFIIE (4)
i TFIIH – helikaza (5).
Promotory eukariotyczne z
sekwencjami regulatorowymi
Downstream promoter element
(DPE)
Downstream promoter element został
zidentyfikowany jako region wiążący TFIID,
niezbędny do podstawowej aktywności
promotora.
Mutacja w jego obrębie może spowodować
nawet 50-krotny spadek poziomu
transkrypcji.
Występuje w wielu promotorach
Elementy strukturalne promotora
umożliwiające wiązanie się czynników
transkrypcyjnych inicjujących transkrypcję
↔TBP
TBP- TATA Binding Protein
- białko wiążące się do
kasety (boxu )TATA. Jest
ono częścią czynnika
transkrypcyjnego IID
Initiator element (Inr)
W przypadku braku kasety TATA , TFIID może
wiązać się do Inr, albo do innych sekwencji. Tutaj
również ważne jest białko TBP, ponieważ tworzy
ono kompleks z TFIIB, a kolejne kroki przebiegają
już jak wyżej.
Inr swoją sekwencją obejmuje miejsce startu
transkrypcji. Jest to najprawdopodobniej
najczęściej występujący motyw w promotorach
skupionych.
Inr najczęściej występuje wspólnie z TATA box.
Jednak jest w stanie samodzielnie inicjować
transkrypcję w przypadku, gdy w promotorze nie
występuje kaseta TATA.
Enhancery – wzmacniacze
transkrypcji leżą poza obszarem
genu z reguły upstream
Sekwencje regulatorowe ulokowane poza
obszarem genu
Regulacja ekspresji genu poprzez hormony
steroidowe, które aktywują całe grupy genów
Ulokowanie sekwencji regulatorowych
upstream od miejsca inicjacji transkrypcji
Regulacja ekspresji genów stwarza
możliwości szybkiego reagowania na
zmieniające się warunki środowiska, w
którym żyje komórka.
Np. nagłe zwiększenie temperatury
spowoduje uaktywnienie ekspresji genów
kodujących odpowiednie białka opiekuńcze
chroniące inne białka przed denaturacją
cieplną.
Jedną z metod kontrolowania ekspresji genu
jest także metylacja lub rzadziej acetylacja.
Zaburzenia metylacji i wynikające z nich
nieprawidłowości ekspresji genów są jedną z
przyczyn powstawania komórek
nowotworowych.
Przebieg procesu kontroli ekspresji
genu różni się pomiędzy pro- i
eukariontami.
U bakterii geny są zwykle
zorganizowane w grupy genów
(operony), których produkty
obsługują jeden szlak
metaboliczny.
Operony są regulowane przez jeden
wspólny promotor i przepisywane
na zawierający kilka genów jeden
mRNA.