Regulacja ekspresji genów u

prokariota

Co

pozwala

komórkom

na

pełnienie

przez

nie

specyficznych funkcji?

Co powoduje, że komórki różnią się między sobą?

Funkcje, jakie pełnią komórki i właściwości jakie
posiadają, są zdeterminowane

białkami

jakie je tworzą.

Od czego zależy jakie białka oraz jakie ich ilości
występują w różnych komórkach?

Odpowiedzialne są za to:

- rodzaje i ilości poszczególnych mRNA powstające

w wyniku transkrypcji określonej puli genów,

- częstość z jaką różne mRNA podlegają translacji,

- „czas życia” powstałych w czasie translacji

białek.

Innymi słowy, za właściwości i funkcje

różnych komórek odpowiedzialna jest

zróżnicowana „aktywność”/ekspresja

genów.

W komórkach prokariotycznych (bakteriach) ekspresja
genów

kontrolowana

jest

głównie

na

poziomie

transkrypcji, a więc syntezy mRNA.

Dotyczy ona:

- inicjacji transkrypcji,

- terminacji transkrypcji.

W komórkach bakteryjnych występuje wiele białek, których poziom
ekspresji zależy od środowiska zewnętrznego. Przykładem są enzymy
biorące udział w metabolizmie cukrów i aminokwasów, których
obecność/ilość w komórce zależna jest od dostępności substratu.

U bakterii, enzymy związane z określonym szlakiem metabolicznym
kodowane są przez zespoły genów pozostające pod kontrolą jednego
promotora. Taka jednostka strukturalno-czynnościowa nosi nazwę
operonu.

Większość operonów obejmuje: (i) geny struktury oraz (ii) rejon
regulatorowy (

promotor

,

operator

,

gen regulatorowy

).

Geny struktury ulegają transkrypcji w formie pojedynczego
mRNA.

. Natomiast translacja poszczególnych łańcuchów polipeptydowych
przebiega niezależnie. Każdy gen struktury ma swój własny kodon
inicjujący i kodon stop, oraz miejsce wiązania rybosomu.

Regulacja ekspresji genów, których produkty (enzymy) biorą udział w

metabolizmie cukrów i aminokwasów oparta jest na następujących
ogólnych zasadach:

1. W przypadku metabolizmu cukrowców wzrost ilości substratu w

środowisku najczęściej aktywuje/indukuje transkrypcję danego
enzymu/enzymów, natomiast w metabolizmie aminokwasów
indukcję transkrypcji powoduje z kolei brak określonego
metabolitu (aminokwasu).

2. Niekiedy, obecność czynnika odżywczego może jednak hamować

transkrypcję

mRNA,

prowadząc

do

represji

syntezy

określonych białek enzymatycznych.

Operon laktozowy (operon lac) E. coli

W skład operonu lac wchodzą trzy geny struktury:

- -galaktozydaza,
- permeaza galaktozydowa,

- acetylotransferaza tiogalaktozydowa

-Galaktozydaza odpowiada za rozkład laktozy do

monosacharydów.

Permeaza galaktozydowa bierze udział w transporcie
laktozy.

Acetylotransferaza tiogalaktozydowa - neutralizacja związków
dostających się do komórki podczas transportu laktozy.

Produktem genu regulatorowego lacI jest białko represor laktozowy
(represor lac). Jest to homotetramer zbudowany z podjednostek o m.
cz. 37 kDa, który wiąże się do odcinka DNA obejmującego operator
oraz kilka nukleotydów wspólnych dla operatora i promotora. W ten
sposób obecność

represora

uniemożliwia rozpoczęcie transkrypcji przez

polimerazę RNA. Operon laktozowy jest przykładem zespołu genów
podlegających

negatywnej kontroli.

W obecności laktozy dochodzi do transkrypcji genów struktury
(zwolnienia represji) poprzez inaktywację represora w wyniku związania

induktora

. Rolę induktora pełni allolaktoza, powstająca z laktozy

przez transglikozylację katalizowaną przez -galaktozydazę.
Generalnie

induktorami

nazywamy

drobnocząsteczkowe

związki, które po związaniu z represorem hamują jego wiązanie
do operatora.

Losy laktozy po wniknięciu do wnętrza E. coli

W obecności glukozy lub produktów jej rozpadu transkrypcja mRNA
dla wielu enzymów biorących udział w metabolizmie cukrów odbywa
się na niskim poziomie (

represja kataboliczna

). Dotyczy to również

operonu laktozowego.

Efekt ten może być zniesiony przez

wysokie stężenia cAMP

i

obecność

białka CAP

.

Rola białka CAP (ang. catabolite activator protein), czyli

białko aktywujące transkrypcję/białko aktywujące geny

kataboliczne i cAMP w regulacji aktywności operonu lac

Obecność glukozy Brak glukozy

W skład operonu ara wchodzą trzy geny struktury: ara B (kodujący

kinazę L-rybulozy

), araA (kodujący

izomerazę L-arabinozy

) i araD

(kodujący

epimerazę rybulozo-5-P

).

L-Arabinoza L-rybuloza L-rybulozo-5-P D-ksylulozo-5-P

Operon arabinozowy (operon ara) E. coli

Produktem genu regulatorowego araC jest białko represorowe
AraC. Białko to wiąże się do operatora araO

2

i miejsca

wiązania induktora

araI

(araI

1

i araI

2

). Przed miejscem

wiązania induktora araI leży miejsce wiązania białka CAP.

Operon arabinozowy (operon ara)

W nieobecności lub przy niskich
stężeniach arabinozy w środowisku dimery
białka AraC wiążą się do operatora araO

2

i

miejsca wiązania induktora araI (araI1)
hamując transkrypcję. W tym przypadku
białko

AraC

jest

represorem

transkrypcji

.

Przy wysokich stężeniach arabinozy, wiąże
się ona z białkiem AraC, a powstały
kompleks AraC-arabinoza odłącza się od
operatora O

2

i wiąże się do miejsca

wiązania

induktora

araI2,

co

w

konsekwencji

powoduje

rozpoczęcie

transkrypcji genów struktury.

W tym przypadku białko AraC działa jako

aktywator transkrypcji.

W nieobecności glukozy

W regulacji ekspresji operonu ara
ważną rolę odgrywa białko CAP. W
obecności arabinozy, dla pełnej
aktywności

transkrypcyjnej

tego

operonu konieczne jest związanie z
miejscem CAP, kompleksów białko
CAP-cAMP.

W obecności glukozy

Kiedy w środowisku, obok
arabinozy, występują
równocześnie duże ilości glukozy,
transkrypcja operonu ara
pozostaje na poziomie
podstawowym pozostaje
nieczynny transkrypcyjnie
(znajduje się on w stanie represji
katabolicznej).

W regulacji ekspresji operonu ara ważną rolę odgrywa białko
CAP. W obecności arabinozy, dla pełnej aktywności
transkrypcyjnej tego operonu konieczne jest związanie z
miejscem CAP, kompleksów białko CAP-cAMP.

Warunek

: nieobecność w pożywce glukozy

Kiedy w środowisku, obok arabinozy, występują równocześnie duże ilości
glukozy, transkrypcja operonu ara pozostaje na poziomie podstawowym
pozostaje nieczynny transkrypcyjnie (znajduje się on w stanie represji
katabolicznej).

Operon tryptofanowy (operon trp)

E. coli

W nieobecności tryptofanu w pożywce, białko represorowe Trp nie
wiąże się do operatora, co umożliwia transkrypcję genów struktury.

Obecność tryptofanu w środowisku hamuje transkrypcję mRNA
dla enzymów kodowanych przez operon trp.

Tryptofan pełni rolę

korepresora

, ponieważ po związaniu się z białkiem

represorowym Trp zwiększa jego powinowactwo do operatora i tym samym
umożliwia jego związanie z tym odcinkiem DNA.

Generalnie, drobnocząsteczkowe związki, które po związaniu z
represorem zwiększają jego powinowactwo do operatora, noszą nazwę

korepresorów

.

Regulacja transkrypcji na drodze atenuacji, mechanizmu

wykorzystującego ścisłą zależność pomiędzy transkrypcją i translacją

u prokariota.

Większość

operonów

kodujących

enzymy

biosyntezy

aminokwasów posiada odcinek około 160 nukleotydów
podlegających transkrypcji i translacji, leżących za odcinkiem
promotorowo-operatorowym, który nosi nazwę sekwencji
liderowej/odcinka liderowego.

Sekwencja liderowa zakończona jest miejscem kontrolowanej
terminacji transkrypcji tzw.

atenuatorem

, tworzącym

strukturę „spinki do włosów”. W miejscu atenuatorowym
dochodzi do odłączania cząsteczek polimerazy RNA
jeszcze przed przed transkrypcją genów struktury.

Liczba cząsteczek polimerazy RNA odłączająca się od operonu
trp w miejscu atenuatorowym zależy od stężenia tryptofanu w
środowisku. Im niższe jest stężenie tego aminokwasu, tym
większa jest liczba cząsteczek polimerazy kontynuujących
transkrypcję.

Wysokie stężenie tryptofanu
Przy wysokim stężeniu tryptofanu i tym samym wystarczających ilościach Trp-
tRNAtrp translacja odcinka liderowego przebiega w sposób niezakłócony. Pozwala
to na wytworzenie w mRNA terminacyjnej struktury „spinki do włosów”
będącej sygnałem dla zakończenia transkrypcji.

Niskie stężenie tryptofanu

Przy niskich stężeniach tryptofanu i braku wystarczających ilości Trp-tRNAtrp
dochodzi do zatrzymania translacji sekwencji liderowej w miejscu gdzie
występują obok siebie dwa kodony tryptofanowe. Zatrzymanie rybosomu
powoduje zmianę w strukturze drugorzędowej mRNA polegającą na
wytworzeniu struktury antyterminacyjnej, co pozwala na kontynuację
transkrypcji.

Regulacja ekspresji genów u Eukariota

W komórkach eukariotycznych DNA zlokalizowany w jądrze
rozmieszczony jest w specjalnych strukturach zwanych
chromosomami.

Każdy chromosom utworzony jest z cząsteczki DNA, z którą
zasocjowane są białka biorące udział w jego zwijaniu w bardziej
upakowane struktury wyższego rzędu.

Nukleoproteinowy kompleks utworzony z DNA i białek nosi
nazwę chromatyny. Obok białek biorących udział w
„upakowaniu” DNA (głównie histony), w skład chromatyny
wchodzą białka zaangażowane w procesy replikacji i naprawy
DNA, transkrypcji RNA i regulację ekspresji genów.

Organizacja chromatyny

Chromatyna zbudowana jest z powtarzających się
jednostek noszących nazwę nukleosomów, utworzonych z
kompleksów białkowych, wokół których prawie dwukrotnie
owinięta jest cząsteczka DNA.

Każdy z nukleosomów obejmuje kompleks białkowy, tzw.
rdzeń nukleosomu, w skład którego wchodzi 8 białek
histonowych:

- dwie cząsteczki histonu H2A,

- dwie cząsteczki histonu H2B,

- dwie cząsteczki histonu H3,

- dwie cząsteczki histonu H4,

- odcinek podwójnej helisy DNA o długości 165 - 240

nukleotydów.

Oktamer histonów tworzy strukturę podobną do dysku.

Fragment DNA łączący dwa nukleosomy nosi nazwę DNA
łącznikowego, z którym częściowo oddziałuje histon H1.

Chromatyna podlega kolejnemu poziomowi upakowania
tworząc nić chromatynową o średnicy 30 nm. Ta forma
przestrzennej organizacji DNA nosi nazwę solenoidu.

W powstaniu struktury solenoidu
udział biorą cząsteczki histonu H1,
które powodują, że nukleosomy
zostają

gęsto

upakowane

w

regularnie powtarzające się struktury
wyższego rzędu.

Nić chromatynowa o średnicy 30 nm ulega dalszemu
upakowaniu tworząc pętle (domeny) wiążące się z macierzą
jądrową. Biegną one na boki od osi głównej cząsteczki DNA.

Kolejne etapy kondensacji (supersolenoid, superhelisa)
prowadzą do powstania chromosomu mitotycznego.

W chromosomie mitotycznym, z powodu ścisłego
upakowania cząsteczek DNA nie dochodzi do
transkrypcji RNA, ponieważ polimerazy RNA i inne
białka nie mają dostępu do nici DNA.

Najbardziej upakowana forma chromatyny nosi
nazwę heterochromatyny. Stanowi ona około 10%
całej chromatyny i w komórkach ssaków znajdowana
jest głównie wokół centromeru i przy końcach
chromosomów. Jest ona transkrypcyjnie całkowicie
nieaktywna.

Przykładem chromosomu, który „permanentnie”
charakteryzuje

się

wysoką

zawartością

heterochromatyny jest jeden z pary chromosomów X
w komórkach osobników żeńskich u ssaków.

Ta

część

chromatyny

w

chromosomach

interfazowych, która pozostaje w mniej lub bardziej
rozwiniętym stanie nosi nazwę euchromatyny. W
typowej komórce eukariotycznej około 10% tej
chromatyny podlega aktualnie transkrypcji lub jest
gotowa

do

jej

rozpoczęcia,

tzw.

aktywna

chromatyna.

Aktywna chromatyna ma stopień organizacji
odpowiadający nukleosomom, podobnie jak DNA
podlegający replikacji.

Powtarzające się sekwencje DNA

Sekwencje DNA występujące w genomach
organizmów

prokariotycznych

jak

i

eukariotycznych dzielą się na:

- sekwencje unikatowe odpowiadające

genom kodującym białka, rybosomalne RNA, tRNA
i drobnocząsteczkowe RNA, wraz z sekwencjami
regulatorowymi,

- sekwencje powtórzone występujące w

liczbie 2 – 10

7

/komórkę,

o bliżej nieokreślonej

funkcji.

Sekwencje powtórzone występują w specjalnie
dużej liczbie w genomach człowieka i małp
naczelnych.

Sekwencje o długościach 100 – 500 pz określa się nazwą
krótkie rozproszone powtórzenia, w skrócie SINES (ang.
short interspersed repeats).

Przykładem sekwencji SINES są bardzo krótkie, kilku- do
kilkunasto-nukleotydowe sekwencje, występujące jedna za
drugą, tworzące tzw. satelitarny DNA, którego obecność
stwierdza się w centromerach i zakończeniach chromosomów.

Sekwencje liczące do kilku tysięcy nukleotydów noszą nazwę
długich rozproszonych powtórzeń, w skrócie LINES (ang.
long interspersed repeats).

W genomie człowieka typowym przykładem sekwencji typu
LINES są występujące w liczbie około 10

6

kopii sekwencje Alu o

długości 300 nukleotydów.

Głównym poziomem regulacji ekspresji genów w

komórkach eukariotycznych jest transkrypcja

Regulacja transkrypcyjna dotyczy:

1. wielu genów równocześnie,

2. indywidualnych genów.

Pierwszy typ regulacji związany jest ze stopniem
upakowania

chromatyny

(heterochromatyna

v.

euchromatyna). W stabilizacji nieaktywnej chromatyny
ważną rolę odgrywa metylacja DNA przy udziale
swoistej metylotransferazy. Dotyczy ona cytozyny przy
węglu C-5, wchodzącej w skład sekwencji CG.

W regulacji ekspresji pojedynczych genów udział biorą dwie
klasy sekwencji regulatorowych:

- sekwencje typu trans kodujące białkowe czynniki

transkrypcyjne.

- sekwencje typu cis, do których należą: (i) sekwencje

wzmacniające i sekwencje wyciszające, (ii) elementy odpowiedzi
(ang. response elements).

Sekwencje wzmacniające lub wyciszające mają długość od
kilkudziesięciu do kilkuset nukleotydów. Mogą one działać z odległości
kilku do kilkudziesięciu tysięcy par zasad (50 kpz), niezależnie od ich
położenia (powyżej albo poniżej miejsca transkrypcji) i orientacji
względem promotora.

Elementy odpowiedzi w odróżnieniu od sekwencji
wzmacniających/wyciszających leżą w odległości kilkuset nukleotydów
powyżej promotora. Są odpowiedzialne za skoordynowaną regulację
ekspresji kilku genów. Przykład to geny regulowane przez hormony
sterydowe.

Sekwencje wzmacniające/wyciszające

Sekwencje

wzmacniające

i

wyciszające

wiążą

białka

regulatorowe - czynniki transkrypcyjne, które poprzez
zmianę struktury chromatyny, odpowiednio,

zwiększają

lub

zmniejszają

poziom transkrypcji określonych genów, czyniąc je

bardziej dostępnymi dla innych białek biorących udział w tym
procesie. To, pozwala działać sekwencjom wzmacniającym ze
znacznych odległości.

Działanie „na odległość” takich sekwencji regulatorowych
tłumaczy

się

tworzeniem

pętli

DNA

pomiędzy

wzmacniaczem i promotorem, co z kolei pozwala na wejście w
bezpośredni kontakt białka regulatorowego z polimerazą RNA
albo jednym z ogólnych czynników transkrypcyjnych.

Czynniki transkrypcyjne

Czynniki transkrypcyjne to białka oddziałujące ze swoistymi sekwencjami
regulatorowymi, odgrywające bezpośrednią rolę w regulacji ekspresji genów.

Są to białka wielodomenowe, w strukturze których wyróżniamy:

-

domenę wiążącą DNA

,

- domenę dimeryzacyjną, często stanowiącą część domeny

wiążącej DNA,

- domenę aktywującą transkrypcję odpowiedzialną za

oddziaływania z innymi białkami kompleksu transkrypcyjnego,

- domenę wiążącą ligand.

Motywy strukturalne występujące w domenach

wiążących DNA

Motyw helisa-skręt/zwrot-helisa (HTH) utworzony jest z
dwóch α-helis oraz zwrotu . Ten typ struktury występuje w

domenach

wiążących

DNA

czynników

transkrypcyjnych

zawierających tzw. homeodomeny obejmujące 60 reszt
aminokwasowych, tworzących trzy

α-helisy.

Występuje w czynnikach transkrypcyjnych biorących udział w
różnicowaniu komórek hematopoetycznych.

Motyw palca cynkowego tworzą albo pary histydyn i
cystein (C

2

H

2

) lub dwie pary cystein (C

4

) połączonych ze

sobą jonem cynku. To powoduje, że położony między tymi
parami aminokwasów fragment łańcucha polipeptydowego
ulega wypętleniu. Motyw palca cynkowego posiada np.
czynnik GATA-1 biorący udział w regulacji ekspresji globiny w
komórkach erytroidalnych, czy jądrowe receptory hormonów.

Motyw suwaka leucynowego reprezentuje rozciągniętą -

helisę, w której dokładnie co 7. pozycji występuje reszta leucyny.
Motyw

ten

odpowiada

za

dimeryzację

czynników

transkrypcyjnych

tworzących

homo-

lub

heterodimery.

Przedłużeniem „suwaka leucynowgo” jest zasadowa domena
wiążąca DNA, również o strukturze -helisy. Razem tworzą one

„zasadowy suwak leucynowy” (bZIP).

Te czynniki odgrywają bardzo ważną rolę w procesach wzrostu i
różnicowania komórek (protoonkogeny).

Motyw helisa-pętla-helisa (HLH) występuje np. w
takich czynnikach transkrypcyjnych jak MyoD czy
miogenina. Strukturą przypomina zasadowy suwak
leucynowy i w połączeniu z dodatkową pętlą tworzy
zasadowy motyw HLH.

Tak więc, różnica pomiędzy zasadowym suwakiem
leucynowym a zasadowym motywem HLH polega na
występowaniu dodatkowej pętli oddzielającej domenę
dimeryzacyjną od zasadowej domeny wiążącej DNA w
przypadku tej drugiej struktury.

Kombinatoryczna regulacja ekspresji genów

w komórkach eukariotycznych

Sekwencji regulatorowych, które odpowiedzialne są za poziom
ekspresji określonego genu/genów może być wiele, co
powoduje, że są one rozrzucone wzdłuż bardzo długich
odcinków DNA (nawet kilkadziesiąt tysięcy nukleotydów).
Należy pamiętać, że do każdej z tych sekwencji wiążę się
białkowy czynnik transkrypcyjny bezpośrednio odpowiedzialny
za transkrypcję.

Kombinatoryczna regulacja ekspresji genów

w komórkach eukariotycznych

Czynniki transkrypcyjne nie działają indywidualnie, ale w
zespole z innymi i dopiero współdziałanie tych wszystkich
białek regulatorowych decyduje ostatecznie o poziomie
transkrypcji danego genu.

Czynniki transkrypcyjne nie tylko oddziałują z DNA, ale równie ważne
są występujące pomiędzy nimi oddziaływania typu białko – białko.
Przyłączenie jednych białek powoduje przyłączanie innych, co
prowadzi

do

powstawania

dużych

wieloskładnikowych

kompleksów regulacyjnych.

Termin

kontrola kombinatoryczna

odnosi się do

sposobu w jaki grupa białek, działając wspólnie,
determinuje ekspresję określonego genu.

Czynniki transkrypcyjne regulowane przez hormony

sterydowe

Hormony sterydowe, hormony tyroidowe i retinoidy są ligandami dla
cytozolowych

czynników

transkrypcyjnych

noszących

nazwę

jądrowych receptorów hormonów (50).

Budowa receptorów jądrowych

1. Domeny transaktywacyjne (AF)

2. Domena wiążąca DNA (

DBD

)

3. Domena wiążąca hormon (domena wiążąca ligand) (

LBD

)

4. Sygnały importu jądrowego

Jądrowe receptory hormonów

charakteryzują się obecnością dwóch

wysoce konserwatywnych domen: domeny wiążącej DNA i
domeny wiążącej ligand (hormon). Białka te wiążą się do odcinków
DNA noszących nazwę elementów odpowiedzi na sterydy (SRE,
ang. steroid response elements).

Domena wiążąca ligand jest również odpowiedzialna za
dimeryzację receptorów.

Przyłączenie hormonu do domeny wiążącej ligand powoduje, że cała
cząsteczka jądrowego receptora hormonów podlega znacznym
zmianom konformacyjnym.

Zmiany konformacyjne jakim podlegają

jądrowe

receptory hormonów

powodują przyłączanie się do

nich cząsteczek

białek regulatorowych

pełniących

funkcje

ko-aktywatorów

i

zwiększenie

transkrypcji.

Przykłady

koaktywatorów

: białko SRC-1 (koaktywator receptora

sterydowego, ang. steroid receptor coactivator-1), białko GRIP-1
(białko oddziałujące z receptorem glukokortykoidów, ang.
glucocorticoid receptor interacting protein-1), białko NcoA-1
(koaktywator jądrowego receptora hormonu, ang. nuclear
hormone receptor coactivator-1).

Koaktywatory uczestniczą w kowalencyjnych modyfikacjach N-końców
białek histonowych, przyczyniając się do ich acetylacji. Natomiast, w
reakcjach przenoszenia grup acetylowych z acetylo-CoA na reszty
lizynowe bezpośredni udział biorą acetylotransferazy histonów (HAT,
ang. histone acetylotransferases).

Acetylacja histonów powoduje rozluźnienie struktury chromatyny w
wyniku neutralizacji ładunków ujemnych lizyn.

Acetyowane reszty histonów (acetylolizyny) oddziałują z wieloma
białkami biorącymi udział w regulacji transkrypcji.

A dokładniej, acetylowane reszty lizyny oddziałują z domenami
wiążącymi acetylolizynę, zwanymi bromodomenami, które są
obecne w wielu białkach regulujących transkrypcję.

Białka zawierające bromodomenę wchodzą w skład dwóch
kompleksów białkowych uczestniczących w transkrypcji.

Kompleksy białkowe zawierające białka TAF (

T

ATA-box binding

protein

a

ssociated

f

actors), które wiążą się z białkiem TBP. Przykładem

takiego białka jest białko TAFII 250.

Kompleksy białkowe zwane fabrykami remodelowania
chromatyny. Kompleksy remodelujące, wykorzystujące energię z
hydrolizy ATP, przesuwają nukleosomy wzdłuż cząsteczki DNA i
powodują różne zmiany w konformacji chromatyny.

W odróżnieniu od receptorów hormonów sterydowych, receptory
hormonów tyroidowych i receptora kwasu retinojowego nie
związane z ligandem, wiążą białka korepresorowe, które hamują
transkrypcję. Dopiero związanie liganda powoduje odłączenie korepresora
i umożliwia przyłączenie koaktywatora.

Przykładem białek korepresorowych są: białko SMRT
(cząsteczka wyciszająca receptory kwasu retinojowego i
hormonu tyroidowego, ang. silencing mediator for retinoid and
thyroid hormone receptor), białko N-Cor (korepresor jądrowego
receptora hormonalnego, ang. nuclear hormone receptor
corepressor).

Rola acetylacji histonów w aktywacji

transkrypcji

1. Redukcja powinowactwa histonów do DNA –

rozluźnienie struktury,

2. Rozpoczęcie zmian w strukturze chromatyny poprzez

ułatwienie

związania

białkowych

kompleksów

remodulujących chromatynę,

3. Rekrutacja białek tworzących kompleksy biorące udział w

transkrypcji.

Remodelowanie struktury chromatyny

Deacetylacja

histonów,

przy

udziale

specyficznych

deacetylaz histonowych (HDAC)

prowadzi

do

zahamowania

ekspresji

aktywnych genów.

Czynniki transkrypcyjne regulowane poprzez fosforylacje

Fosforylacje czynników transkrypcyjnych mogą prowadzić do:

1. Ich translokacji z cytoplazmy do jądra komórkowego

2. Zmianie powinowactwa do sekwencji DNA

3. Ich aktywacji i funkcjonowania jako aktywatorów transkrypcji

4. Nabycia przez nie zdolności do tworzenia kompleksów

wielobiałkowych

Czynniki transkrypcyjne regulowane poprzez

fosforylacje

Przykładem takiego czynnika transkrypcyjnego jest białko CREB
(cyclic AMP-response element binding protein) aktywowane przez
kinazę białek A.

Ligand

Receptor

Białko G

Cyklaza adenylanowa

cAMP

Kinaza białek A (PKA)

Podjednostka

katalityczna

Kinazy A

Białko CREB

Fosforylowane białko CREB

(białko wiążące się z elementem

odpowiedzi na cAMP) wiąże się z elementem odpowiedzi na
cAMP w genach docelowych.

Fosforylacja białka CREB powoduje również, że jest ono wiązane
przez białko CBP (CREB-binding protein), który z kolei posiada
aktywność acetylotransferazy histonowej.

Czynniki transkrypcyjne regulowane poprzez fosforylacje

Interferon 

Receptor dla interferonu



Kinazy Jak1 i Jak2

Czynniki transkrypcyjne

STAT1-α i STAT1-β

(signal transducers and activators

of transcription)

Regulacja ekspresji genów na poziomie

translacji

Przykładem takiej regulacji są geny zaangażowane w metabolizm
żelaza, kodujące takie białka jak receptor

transferynowy i

ferrytynę.

Ekspresja obu białek zależy od
poziomu żelaza, przy czym zmiany
w jego ilości nie wpływają na
transkrypcję ich genów.

Regulacja ekspresji ferrytyny

mRNA dla ferrytyny zawiera w końcu 5’ cząsteczki sekwencję o
nazwie element odpowiedzi na żelazo (IRE, ang. iron-response
element), który tworzy strukturę spinki do włosów.

Sekwencja IRE

wiąże specyficzne białko o nazwie IRE-BP,

tzn.

białko wiążące się do IRE

(ang. IRE-binding protein).

Przyłączenie tego białka hamuje translację ferrytyny.

Białko IRE-BP, przy wzroście poziomu żelaza w organizmie,
wiąże centra żelazo-siarkowe (4Fe-4S), co powoduje jego
odłączenie od mRNA dla ferrytyny, umożliwiając tym
samym translację.