17. Ekspresja genu to proces przepływu informacji genetycznej zawartej w genie na obraz fenotypu danej k-k/organizmu.
Eukariota, a szczególności ssaki są organizmami dużo bardziej złożonymi niż prokariota. Dla zachowania tej złożoności zachodzi potrzeba większych różnorodności sposobów regulacji ekspresji genu:
- budowa komórek eukariotycznych jest dużo bardziej złożona niż Prokariota, w szczególności ssaków które są zb. z wielu typów k-k różniących się funkcją i budową;
- Wzrastająca złożoność na poziomie k-kowym znajduje swoje odzwierciedlenie we wzrastającej pojemności genetycznej, Np. ludzie mają znacząco więcej DNA przypadającego na 1 haploidalną k-kę (3.3*10^9 par zasad) w porównaniu z E. coli (4.2*10^6 par zasad). Podwyższona złożoność procesów komórkowych oznacza więcej poziomów na których prowadzona będzie regulacja ekspresji genów.
Regulacja ekspresji genu u eukariota może odbywać się na każdym z etapów transmisji informacji genetycznej od transkrypcji do modyfikacji potranslacyjnej białek.
Transkrypcja to proces przepisywania informacji genetycznej z DNA na RNA. Matrycą do syntezy RNA jest chromatyna.
Istotną rolę odgrywa stan chromatyny (acetylacja histonów) oraz modyfikacje kowalencyjne DNA (metylacja)-Epigenom
Epigenom – pełen zestaw chemicznych modyfikacji DNA oraz białek histonów, który reguluje strukturę chromatyny oraz funkcje genomu
18. Ekspresja eukariotycznego genu wymaga rearanżacji chromatyny: nieaktywnej transkrypcyjnie heterochromatyny w transkrypcyjną aktywną euchromatynę. Jest to podstawowy warunek transkrypcji, dopiero wtedy mogą być przyłączone czynniki transkrypcyjne, polimerazy RNA katalizujące tę reakcję. 19. Regulacja ekspresji genów rozpoczyna się związaniem aktywnego czynnika transkrypcyjnego do specyficznej sekwencji DNA.
„Zwerbowanie koaktywatora” – ich funkcją jest przyłączenie grup acetylowych do reszt lizynowych ogonów histonów.
Acetylacja reszt lizynowych ogonów histonów. Acetylowane reszty lizynowe oddziałowują ze specyficznymi domenami wiążącymi acetylolizyną zwanymi bromodomenami. Domeny te są obecne w wielu białkach regulujących transkrypcję u eukariotów. Bromodomeny pozwalają rekrutować białka pełniące różne funkcje w procesie transkrypcji i remodelowania chromatyny.
Związanie kompleksu remodelującego do acetylowych reszt lizyny.
Remodelowanie chromatyny odsłania miejsca wiązania polimerazy RNA i innych białek.
Przyłączenie polimerazy RNA.
20. Metylacja wysp CpG to kolejny sposób zmieny aktywności transkrypcyjnej genu. Wyspy CpG to sekwencje di nukleotydowe znajdujące się w rejonie promotorów, gęstość CpG jest dużo większa niż w całym genomie. Wzrost metyzacji części regulatorowej genu może wywołać zahamowanie jego ekspresji. Duży odsetek zmetylowanych nukleotydów stanowi sygnał dla białek uczestniczących w regulacji struktury chromatyny nakazując inicjację procesów kondensacji chromatyny co jest równoznaczne z przemianą euchromatyny w niedostępną dla czynników transkrypcyjnych heterochromatynę. Jest to jeden z najważniejszych mechanizmów regulacji ekspresji genów.
21. Przykłady etapów ekspresji genów które mogą podlegać regulacji.
22. Przekazywanie sygnału poprzez wniknięcie do komórki związku sygnalizującego.
Po wniknięciu do komórki związek sygnalizujący może wpływać na aktywność genomu :
- działając jako czynnik transkrypcyjny;
- wpływając bezpośrednio na aktywność czynnika transkrypcyjnego
- wpływając pośrednio na aktywność czynnika transkrypcyjnego
23. Na rysunku jest przedstawione jak związek sygnalizujący wpływa na zdarzenia zachodzące w komórce. Aktywacja bezpośrednia – związek sygnalizujący wchodzi do komórki. Aktywacja pośrednia- przekazywanie sygnału za pośrednictwem k-go receptora powierzchniowego.
24. Hormony wpływają na inne komórki zmieniając ich właściwości i funkcje poprzez aktywację transkrypcji specyficznych genów. Hormony steroidowe tj estradiol są rozpuszczalne w tłuszczach i mogą przechodzić przez błonę komórkową do cytoplazmy, gdzie wiążą się z czynnikiem transkrypcyjnym zwanym receptorem hormonu steroidowego i kompleks wchodzi do jądra. Tam wiąże się 15-nukleotydową sekwencję odpowiedzi na estrogen, który jest umiejscowiony przed genami aktywowanymi przed estradiol i inne estrogeny. Następuje aktywacja transkrypcji tych genów.
25. Czynniki transkrypcyjne są to białka pobudzające transkrypcję genów, Działają one poprzez wiązanie się do licznych miejsc regulatorowych w DNA.
Podstawowe (konstytutywne)-wymagane do syntezy wszystkich mRNA (np. RNAPII)
Czynniki odpowiedzi wiążące się do specyficznych sekwencji w kierunku 5’-stymulują lub powodują represję inicjacji transkrypcji (np.Sp1 –aktywacja metalotionein w odpowiedzi na metale ciężkie). Czynniki komórkowo specyficzne
Regulatory rozwoju
26. W tabeli znajdują się elementy nazywane kasetami (ramkami) np. CAAT lub GC, a nazywają się tak, ponieważ występują w nich tego rodzaju sekwencje. Każda z tych kaset wiąże unikatowe białko (CAAT-> CTF; GC-> Sp1). Częstość inicjacji transkrypcji jest następstwem oddziaływań między białkami i DNA oraz między czynnikami i polimerazą.
27. W k-ce eukariotycznej wszystkie geny kodujące białka są transkrybowane przez polimerazę RNAII. Inicjacja transkrypcji wymaga utworzenia inicjującego kompleksu transkrypcyjnego. W skład tego kompleksu wchodzi polimeraza RNAII i kilka białek zwanych podstawowymi czynnikami transkrypcyjnymi. Kompleks ten wiąże się z DNA w rejonie promotora w obrębie charakterystycznej sekwencji zwanej kasetą TATA. Funkcją tego bloku jest takie zorientowanie polimerazy RNA, by poprawnie rozpoczęła inicjację transkrypcji.
28. Grupa czynników pod wspólną nazwą TFII nakierowuje polimerazę do miejsca startu transkrypcji. Wiązanie TFIID do rejonu TATA rozpoczyna inicjację. Potem przyłączają się TFIIA, TFIIB, następnie polimeraza RNAII i TFIIE.
29. NF-kB jest kompleksem białkowym działającym jako czynnik transkrypcyjny. NF-kB występuje niemal we wszystkich k-ch zwierzęcych w odpowiedzi k-ki na bodźce tj stres, cytokiny, wolne rodniki,ultrafiolet, czy antygeny. NF-kB odgrywa kluczową rolę w regulacji odpowiedzi immunologicznej na infekcję. W niepobudzonej k-ce NF-kB znajduje się w cytosolu w nieaktywnej formie, która pod wpływem kinaz może ulec aktywacji. W skutek fosforylacji białka IkBa pod wpływem kinaz co doprowadziło do jego ubikwutynacji i uwolnienia NF-kB, NF-kB przemieszcza się do jądra komórkowego i tam wiążąc się ze specyficzną sekwencją Dna inicjuje transkrypcję.
NOS- synteza tlenku azotu, reguluje napięcia naczyń krwionośnych i co za tym idzie ciśnienia tętniczego krwi, hamuje agregację płytek krwi i leukocytów, funkcja neuromodulatora
COX-2 -> prostaglandyny -> ból, gorączka, obrzęki
30. Pewne sekwencje DNA mogą zwiększać lub zmniejszać transkrypcję genów eukariotycznych. Tkankowo specyficzna ekspresja określonych genów może być wynikiem działania wzmacniaczy lub represorów transkrypcji
31. W wiązaniu białek regulatorowych do DNA pośredniczy wiele motywów. Swoistość kontroli transkrypcji wymaga aby białka regulatorowe wiązały się z dużym powinowactwem do odpowiednich regionów DNA. Za wiele z tych swoistych oddziaływań białko-DNA są odpowiedzialne 3-unikatowe motywy w strukturze białka: heliks-skręt-heliks, palec cynkowy i zamek leucynowy.
duże powinowactwo do swoistego miejsca w DNA a małe do innych regionów DNA;
Małe regiony białka wchodzą bezpośrednio w kontakt z DNA;
Oddziaływanie białko-DNA są utrzymywane przez wiązanie wodorowe i siły Van der Waalsa;
Motywy, które znajdują się w tych białkach są unikatowe;
Tworzą symetryczne dimery a odpowiadające im miejsca wiążące DNA są symetrycznymi palindromami.
32. Prokariotyczne białka represorowe wiążą się z DNA za pośrednictwem motywu heliks-skręt-heliks.
Heliks-skręt-heliks występuje u ssaków, fagów, E. coli
34. Analiza trójwymiarowej struktury białka cro (regulatora transkrypcji) wyjawiła że każdy z monomerów składa się z 3 przeciwrównoległych płaszczyzn beta i 3 skrętów alfa. Dimer powstaje przez związanie przeciwrównoległych płaszczyzn Beta3. Skręty alfa 3 tworzą powierzchnię rozpoznającą cząsteczki DNA. Motyw powstaje na skutek utrzymania helis α3 i α2 pod kątem 90st.