1 / 71

Regulace transkripce u eukaryot ( kapitola 17)

Molekulární biologie. 5 . Regulace transkripce u eukaryot ( kapitola 17). Složitější regulace než u prokaryot kvůli velkému genomu , jaderné membráně a posttranskripčním úpravám . Regulace genů transkribovaných PolII …. Specifické transkripční faktory :

bess
Download Presentation

Regulace transkripce u eukaryot ( kapitola 17)

An Image/Link below is provided (as is) to download presentation Download Policy: Content on the Website is provided to you AS IS for your information and personal use and may not be sold / licensed / shared on other websites without getting consent from its author. Content is provided to you AS IS for your information and personal use only. Download presentation by click this link. While downloading, if for some reason you are not able to download a presentation, the publisher may have deleted the file from their server. During download, if you can't get a presentation, the file might be deleted by the publisher.

E N D

Presentation Transcript

  1. Molekulárníbiologie 5. Regulacetranskripce ueukaryot (kapitola 17)

  2. Složitějšíregulacenež u prokaryotkvůlivelkémugenomu, jadernémembráně a posttranskripčnímúpravám. RegulacegenůtranskribovanýchPolII…

  3. Specifickétranskripčnífaktory: • Vážou se naspecifickýúsek DNA v genomu (enhanceryněkolik kb upstream nebo downstream od promotoru) • Kontaktujítranskripčníaparát (přímočinepřímo) a dovolujípolymerázeopustitpromotor a elongovat. • Častopřísnětkáňově a časověregulovanáexprese TF – nazávislá DNA vazebná a aktivačnídoména

  4. Enhanceryvýtvářejísmyčkyna DNA • Mediátor • komplex 26 proteinů (u člověka) sedícínapolymeráze, místokontaktuvětšinyspecifickýchtranskripčníchfaktorů • integrujesignál z různýchaktivátorů a represorů a tlumočí ho polymeráze • zprostředkovávávazbuspecifických TF a PolII • držípolymerázupřipravenounapromotoru (poised state), dokuďnedostanesignál z cytoplasmy k uvolnění a elongaci • CDK8 – složkamediátoru, fosforyluje CTD jakoodpověďnavnějšísignál

  5. Jakzabránitaktivátorůmnaenhanceru, abyregulovalyivedlejšígeny? Insulátory • sekvence DNA bohaténa GC, kterérozdělujíchromozomnasamostatnéregulačníoblasti • vážouněkolikkopií IBP proteinů (insulator binding proteins), například CTCF (CCCTC-binding factor) • tvořísmyčkyna DNA: pouzeenhanceryuvnitřsmyčkymohouovlivňovatgenyuvnitř, aktivitavnějšíchenhancerů je blokovaná • zároveňpůsobíjakoobranaprotišířeníheterochromatinu Jeden enhancer můžeregulovativícenežjeden gen, ale paksigenynavzájemkompetují.

  6. Insulátorylzeinaktivovatmetylacíjejich GC vazebnýchmíst Paternálnězděděnýlokus Imprinting H19/Igf2 lokusu • metylacecytosinů v DMR1, DMR2 a ICR u otcebránívazbě CTCF nainsulátor • Enhancer se vážena • promotor Igf2 genu Maternálnězděděnýlokus • u matkyse díky CTCF vytvoříregulačnísmyčkaznemožňujícíenahnceruaktivovat Igf2 gen, místotohozapne H19 gen

  7. jaderná matrix (nuclear matrix) síťfilamentárníchproteinůtěsně pod jadernoumembránou • DNA nachromozomu je organizovaná do smyček, podobnějako u bakterií (300nm struktura) • bakterie 40kpb nasmyčku, eukaryota 60-100kbp • oblast uchyceni k matrixu • (matrix attachment regions, MAR • neboli scaffold attachment regions, SAR) • sekvence DNA bohaténa A/T, 200-1000bp, rozeznávajíohyb DNA způsobený v oblastech DNA s mnoha A • asociuje s topoisomerázou II, kontrolujekondenzacismyčky • asociaceenhancerů, chromatin remodelujícíchfaktorů MAR protein (matrix attachment regions protein)

  8. Negativníregulacetranskripce Narozdíl od prokaryotneblokujírepresorynasednutípolymerázy, ale spíšebránínasednutíaktivátorůneboiniciacitranskripce, nebomodifikujístrukturuchromatinu gen pro testes specifickýhiston H2B u ježovky váže CTF aktivátorna CAAT box, umožní Oct1 proteinukontaktovatmediátor a spustittranskipci CDP CAAT displacement protein Exprimovován pod tkáňověspecifickýmpromotorempouze v embryu, bránípřílišbrzkéexpresi H2B genu

  9. Mechanismusfunkcerepresorů u eukaryot

  10. (G) myoD transkripčníaktivátorgenůnutných pro specifikacisvalovýchbuněk. bHLH protein vázající se na DNA jako heterodimer s E12 partnerem, obamají DNA vazeboudoménu ID protein můžedimerizovat, ale nemá DNA vazeboudoménu, myoD se nemůževázatna DNA (v buňkách, které se nemajístátsvaly) ID protein negativněovlivňujetranskripci, aniž by se vázalna DNA!

  11. Heterochromatin x euchromatin heterochromatin hustěkondenzovaná DNA s histony, nepřístupnápolymeráze a proto netranskribovaná konstitutivní– vevšechbuňkáchdanéhoorganizmu fakultativní– přitkáňověspecifickémumlčovánígenů euchromatin málokondenzovaná DNA s histony, přístupnápolymeráze a transkripčnímregulacím Přístupnostchromatinutranskripčnímfaktorům a polymerázehrajeklíčovourolipřiregulacitranskripce

  12. Epigenetickémodifikacehistonovýchkonců Koncehistonů H2A,H2B,H3 and H4 vyčnívajíven z nukleosomua jsourozeznáványrůznýmienzymy, které je kovalentněmodifikují. Histonovýkód Kovalentnímodifikacesloužíjakoznačkyrozeznávanéspecifickýmivazebnýmiproteiny, kterémajívlivnakompaktaci DNA, transkripci, replikaci, rekombinaci, opravy DNA...

  13. metylace – postupná mono, di, tri metylace sumoylation http://www.abcam.com/index.html?pageconfig=resource&rid=11652

  14. http://docs.abcam.com/pdf/chromatin/epigenetic-modifications.pdfhttp://docs.abcam.com/pdf/chromatin/epigenetic-modifications.pdf

  15. lysin– acetylace, metylace (mono, di, tri), monoubiquitinace, ADP ribosylace arginin– metylace(mono, di, tri), deiminace (citrulin) serin, threonin, tyrosin– fosforylace serin- palmitoylace prolin- isomerizace http://docs.abcam.com/pdf/chromatin/histone_marks.pdf

  16. Kdomodifikujehistony? acetylázy deacetylázy methylázy demethylázy kinázy ubiquitin ligázy isomerázy Histonmodifikujícíenzymyjsoupřinášenytranskripčnímifaktory neborozeznávájíužexistujícímodifikace

  17. Acetylacehistonůrozvolňuje chromatin histon acetyl transferázy (HAT), například p300, CBP histondeacetylázy (HDAC) například HDAC1,2,3, Sir2 Chromatin kompaktovaný, méněpřístupný, histonovékonce se vážounasousedícíhiston. Acetylováskupinapřidánegativnínábojnahistonovýkonec, ten se odpoutá od sousedníhohistonu a tímrozvolníokolní chromatin

  18. Trends in Pharmacological Sciences Volume 31, Issue 12 2010 605 - 617

  19. Specifickémodifikacehistonůjsourozeznáványproteiny se specifickýmihistonvazebnýmidoménami Histonovýkód adalší… http://docs.abcam.com/pdf/chromatin/histone_marks.pdf

  20. Způsobyvazbyproteinůnamodifikovanéhistony

  21. Histonovýkód je čtenýhistonvazebnýmiproteiny

  22. aktivačnímodifikace H3, H4 acetylace H3K4tri-metylace represnímodifikace H3K9 tri-metylace H3K27 tri-metylace H4K20 tri-metylace bivalentnídomény H3K4tri-metylace + H3K27tri-metylace

  23. Represivní metylace (H3K9/ K27) histondeacetylázy(HDAC) Aktivační acetylace a metylace (H3K4/ K36/ K79) histon acetyltransferázy (HAT) Transkripčněutlumený ‘hetrochromatin’ Transkripčněaktivní ‘euchromatin’ Post-translačnímodifikacehistonůsloužíjakosignály k regulacistrukturychromatinu a přístupnosti DNA Specifikémodifiace slouží jako značka pro vazbu dalších proteinů, které remodelují histony a strukturu celého chormatinu, což má vliv na přístupnost DNA pro transkripci a další děje. Tento‘kód’ se dědíipoděleníbuňky a informace o kontroleexpresejsoutedypředávány‘epigeneticky’

  24. DNA = hardware Epigenetickémechanizmy = software EPIGENETIKA= změny genové exprese zachované i po dělení buňky, které ale nejsou primárně kódovány sekvencí DNA • posttranslační modifikace • remodelace chromatinu • imprinting • inaktivace X-chromosomu

  25. Šířenízměnchromatinupodélchromozomu pomocí ‘čtečky’ a ‘zapisovačky’ kódu

  26. Bivalentnídomény v embryonálníchkmenovýchbuňkách Aktivační (K4trimetylace) irepresní (K27trimetylace) modifikacenastejnémchromozomu, s polymerázoupřipravenou k transkripci (poised polymerase). U důležitýchvývojovýchgenů, které je třebarychlezapnout. Christophersen N S , and Helin K J Exp Med 2010;207:2287-2295

  27. Kdydochází k modifikacímchromatinu? běhemaktivacegenů a transkripce přiumlčenígenů přiimprintingu přiinaktivaci X chromozomu přiopravě DNA přirekombinaci přireplikaci DNA

  28. Chromatinovémodifikaceběhemtranskripčníhocyklu Vazbaaktivátorůnajejichrozpoznávacísekvence v enhancerechgenůurčených pro aktivaci Aktivátoryrekrutujíko-aktivátoryjako je mediátorovýkomplex, acetyltransferázovýkomplex (např.SAGA), kterýacetylujehistonyokolopočátkutranskripce. Také chromatin remodelujícíkomplex (např.SWI/SNF), kterýposunenebovytěsníhistonykolempočátkutranskripce. .

  29. Rekrutováníbazálních TF a polymerázy, sestaveníiniciačníhokomplexu TFIIH fosforyluje Ser5 v CTD doméněPolII. Helikázarozvine 11-15 bazí DNA sloužícíjakotemplát pro polymerázu. Monoubiquitinace H2B (Bre1) a následná H3K4 trimetylacehistonůokolomístapočátkutranskripce (Set1). Uvolněnípolymerázy a elongace.

  30. NELF a DSIF se vážounapolymerázuněkterýchgenůkrátcepozačátkuelongace(promoter proximal pause site), pauzujícípolymeráza (paused polymerase). Fosforylace Ser2 v CTD, DSIF a NELF díky P-TEF2 (positive transcription elongation factor 2)

  31. CTD doménavážeběhemelongaceproteinymodifikující chromatin, například SETD2 trimetylujícíH3K36 a acetylázy. Histonypředpolymerázoumusejíbýtodstraněny a zapolymerázouopětnavázány do nuklesomů–díky chromatin remodelujícímkomplexům a histonovýmchaperonům(např. FACT komplex) Specifickémodifikacechromatinuvespecifickýchmístech genu zajišťují, abytranskripcezačalanadefinovanémmístěpromotoru (a ne třebauvnitř genu). Modifikacetakéovlivňují (alternativní) splicing. http://docs.abcam.com/pdf/chromatin/Chromatin-remodelling-and-the-transcription-cycle.pdf

  32. oblast beznukleosomů nukleosomy s H2A.Z variantami nukleosomy s H3.3 variantami M. Smolle, J.L. Workman / Biochimica et BiophysicaActa 1829 (2013) 84–97

  33. Histonovévarianty Role přitranskripčníchregulacích, ale ipřisegregacichromozomů, opravách DNA, kompaktaci DNA vespermiích…

  34. Histonovévarianty Role přitranskripčníchregulacích, ale ipřisegregacichromozomů, opravách DNA, kompaktaci DNA vespermiích… H2A.Z - v nukleosomechobklopujícíchpočátektranskripcevětšinygenů (-1 a +1 nukleosom) a enhancery - +1 nukleosom je přesněumístěnévzhledem k počátkutranskripce, díky chromatin remodelujícímenzymům - stabilníasociace H2A.Z s DNA, pomáhajíudržet ‘nukleosome free region’ v místěnasedánípolymerázy - nevážehistonH1 - acetylovanýpozitivněovlivňujetranskripci, usnadňujenasedánípolymerázy - H2A.Z bezacetylace, nebomonoubiquitinovaný, je složkouheterochromatinu - někdyjako heterodimer H2A-H2B/H2A.Z-H2B nastejnémnukleosomu

  35. H2A.Z nukleozomyjsouaktivněumisťovány POUZE kolempočátkutranskripce

  36. H2A.X – serinovézbytkyna C-konci, kterémohoubýtfosforylovány = gH2A.X - fosforylacejakoodpověďnadvojvláknovézlomyv DNA, pomáhávazbě reparačních a remodelačníchenzymů - remodeling a inaktivace sex chromozomů CenH3 – specifickávariantanacentromerách, k sestaveníkinetochoru - druhově se liší (CENP-A lidská forma cenH3) CENP-A nukleozom

  37. H2A.X – serinovézbytkyna C-konci, kterémohoubýtfosforylovány = gH2A.X - fosforylacejakoodpověďnadvojvláknovézlomyv DNA, pomáhávazbě reparačních a remodelačníchenzymů - remodeling a inaktivace sex chromozomů CenH3 – specifickávariantanacentromerách, k sestaveníkinetochoru - druhově se liší (CENP-A lidská forma cenH3) H3.3 - složkouaktivnětranskribovanýchgenů, enhancerů a promotorů, kdejsou histonyaktivněodstraňovány a opětinkorporovány MacroH2A – nehistonová‘makrodoména’na C-konci - makrodoménamůžebýtpoly-ADP-ribosylovánapomocí PARP1 enyzmu (poly-ADP-rinosyltransferáza), snižujetranskripci a vede k represigenů H2A.Bbd – ‘H2A Barr body deficient’ (chybínainaktivním X-chromozomu) - chybí C-konecpostranslačněmodifikovaný u klasického H2A - v transkripčněaktivníchgenech hlavně v mozku a varlatech Histonovévariantyjsoupřidávanéna DNA ažporeplikaciDNA, běhemreplikacejsouvždyinkorporoványnormální H3.

  38. Protaminy- analogy histonůvespermiích, spolu s histonovýmivariantamispecifickýmipouze pro spermienahrazujívětšinunormálníchnukleosomů a kompaktujígenom. Je důležitévymazatepigenetickémodifikaceotcepředoplozenímvajíčka. Většinaeukryotmápouzejednuformu H4 a H2B (trypanozomadvěformy od každéhohistonu)

  39. ATP dependentníchromatin remodelujícíkomplexy Nukleosomymohoubránitpřístupu TF a tímbránittranskripci. ‘Pionýrské’ transkripčnífaktorymohouvázat DNA inanukleosomecha pomocí chromatin remodelujícíhkomplexůodstranitneboposunouthistonykolempočátkutranskripcea umožnittaksestaveníiniciačníhokomplexu.

  40. Mechanismusremodelacechromatinu 1. nucleosome sliding

  41. 1. 2. (remodelling) 3. 4. Vzájemně se nevylučujícímechanismy. Biochimica et BiophysicaActa (BBA) - Gene Structure and Expression Volume 1681, Issues 2–3 2005 59 - 73

  42. Nukleozomyexistují v dynamickérovnováze, chromatin remodelujícíenzymypouzeposunujírovnováhuurčitýmsměrem

  43. Chromatin remodelujícíkomplexy 4 rodiny: SWI/SNF, ISWI, Mi-2, INO80

  44. Pořadínasedání TF, HAT a remodelujícíchkomplexůse liší od typupromotoru Nejčastějšíscénář: Transkripčnífaktorváže DNA Histon acetyl transferáza (HAT) se vážena TF HAT acetylujeokolníhistony a rozvolní chromatin Chromatin remodelujícíkomplexy se vážouna TF nebopřímonahistony a přesouvají je, abyzpřístupnily DNA Vážou se dalšítranskripčnífaktory Vazbapolymerázy K iniciace je potřebapozitivnísignál od specifickýchtranskripčníchfaktorůpřesmediátorovýkomplex

  45. UMLČOVÁNÍ TRANSKRIPCE (gene silencing) Cílenézastavenítranskripcespecifickýchúseků DNA: HP1 andPolycomb silencing specifickéhistonovémodifikacevedoucíkekompaktacichromatinu a jehoznepřístupnění pro TF a polymerázu BLACK chromatin Polycomb a HP1 fakultativní heterochromatin role DNA modifikujícíchproteinů+metylace DNA BLACK chromatin – zatímprokázánjen v Drosophile, asociovaný s jadernoulaminou, 48% genomu, bez HP1 a Polycomb, hodně H1, umlčenégenyaktivníběhemvývojeorganizmu Nature review genetics (12) 2011

  46. Vznik a šířenífakultativníhoheterochromatinupřes HP1 protein IniciaceheterochromatinuvazbouKruppel associated box domain zinc finger proteins (KRAB-ZFP) Velkárodinatranskripčníchfaktorů (asi 350 u člověka), vážounassebeKAP1 (KRAB-associated protein1), který je místem k navázáníheterochromatin proteinu1 (HP1)a H3K9 trimetyláz (H3K9 trimetyláza) histon 3 K9 trimetylace KAP1 KRAB Šířeníheterochromatinuoběmasměry!

  47. ŠířeníheterochromatinupřesPolycomb group proteiny PRE – polycomb response element na DNA, vážePRC1, PRC2 neboPhoRCkomplexy 1. Specifickétranskripčnífaktorynebo ncRNArekrutují PRC2 komplex H3 K27 trimetylace 2. sámPRC2 se váženaH3K27 tri, (šířeníheterochromatinu) 3. H3 K27 trimetylaceumožnívazbu PRC1 komplexu a ubiquitinace H2A K119 Sauvageau M, SauvageauG: Polycombgroup genes: Keeping stem cell activity in balance. PLoSBiol 6(4): e113, 2008

More Related