1 / 40

Genová exprese

Regulace genové exprese. Genová exprese. 6 000 - 12 000 genů. 28 000 genů. „Svět RNA“. Ústřední dogma molekulární biologie. Prokaryotická a eukaryotická mRNA. Úrovně regulace genové exprese eukaryot. Chemická struktura RNA. Důsledky:

freira
Download Presentation

Genová exprese

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. Regulace genové exprese Genová exprese 6 000 - 12 000 genů 28 000 genů

  2. „Svět RNA“ Ústřední dogma molekulární biologie

  3. Prokaryotická a eukaryotická mRNA

  4. Úrovně regulace genové exprese eukaryot

  5. Chemická struktura RNA • Důsledky: • Většinou jednořetězcová šroubovice s kratšími dvouřetězcovými úseky • Variabilita prostorové organizace druhého a dalších řádů • Komplexní trojrozměrná struktura • RNA může mít i strukturní a katalytickou funkci Rozdíly mezi RNA a DNA: Ribosa (2’-OH skupina) Uracil místo thyminu (absence methylu v poloze 5)

  6. Funkční domény 23S rRNA

  7. Katalytická RNA - ribozymy • Katalyzované reakce – substrátemvětšinouRNA • nejčastěji místně specifická hydrolýza fosfodiesterových vazeb • endonukleasa • obrácený směr – syntéza fosfodiesterových vazeb • RNA ligasa, RNA polymerasa • transesterifikace • sestřih • Substrátem není RNA ! • hydrolýza aminoacylesterových vazeb • syntéza peptidové vazby • 28S rRNA

  8. Typy RNA v buňce

  9. Transkripce Dvě základní regulační úrovně: 1. Struktura chromatinu 2. Aktivita RNA polymerasy a s ní kooperujících bílkovin Dvě základní regulační úrovně: 1. Struktura chromatinu 2. Aktivita RNA polymerasy a s ní kooperujících bílkovin

  10. m7G m7G m7G AAAAA Zrání pre-mRNA - posttranskripční modifikace exon intron heterogenní jaderná RNA = primární transkript = pre-mRNA = hnRNA Syntéza čepičky čepička Sestřih Polyadenylace poly(A) řetězec mediátorová RNA = mRNA

  11. C-terminální doména RNA polymerasy II Regulace aktivity RNAP II • Platforma pro asociaci RNP komplexů posttranskripčních modifikací primárního transkriptu • Vytvoření čepičky, sestřih, rozštěpení, polyadenylace CTD platforma

  12. RNA a RNP RNP – ribonukleoproteinová částice hnRNP/mRNP – komplexní a dynamická struktura • velká množina bílkovin vážících se k transkriptu po celou dobu jeho existence • obecné a specifické bílkoviny • bílkovinné složení se průběžně mění

  13. Čepička 1974: mRNA několika eukaryotických virů • na 5’-konci není trifosfát, ale čepička Dnes: • Čepička u téměř všech eukaryotických mRNA Základní struktura čepičky: m7GpppN(m)pN(m)p

  14. Úprava 3’-konce pre-mRNA - polyadenylace • Význam čepičky a poly(A) řetězce • Účast při sestřihu • Export mRNA z jádra • Stabilizace mRNA v cytoplasmě • Regulace degradace mRNA • Komunikace obou konců mRNA • Translace Výjimka – histonové mRNA

  15. S-fáze • 35 x nárůst abundance H mRNA • aktivace transkripce • zvýšení stability (T1/2 = 45-60 min) konec S-fáze • úbytek H mRNA • represe transkripce • destabilizace mRNA (T1/2 = 10 min) Metabolismus histonové mRNA Replikace DNA • S-fáze buněčného cyklu: syntéza DNA • koordinovaná syntéza množství histonů Histonová mRNA –– 70 typů H mRNA (savci) • neobsahuje introny, není polyadenylovaná • synchronizovaná regulace exprese všech H genů

  16. Sestřih (splicing) Vystřižení intervenujících sekvencí (intronů) následované spojením odpovídajících částí kódující oblasti (exonů) M E C H A N I S M U S snRNP, spliceosom Kvasinky Introny v 235 z 6000 genů Obratlovci a rostliny Introny v 80 - 85 % všech genů Lidský gen pro dystrofin 78 intronů: 99.4 % délky genu Pre-mRNA: 2 500 000 nt / 79 exonů mRNA: 14 000 nt

  17. Místo 2’,3’,5’-fosfotriesterové vazby s A v místě větvení Párování k 5’-SS Párování k místu větvení Formování terciálních interakcí mezi U6 a U2 snRNA (pseudoknot) Katalytické jádro spliceosomu velice pravděpodobně ribozym Fosfát vážící Mg++

  18. Drosophila • gen pro Down syndrome cell adhesion molecule (DSCAM): • teoreticky až 38 016 isoforem Alternativní sestřih Sestřih pre-mRNA • Nezbytná součást genové exprese • Významný regulační krok Variabilní užití potenciálních míst setřihu Komplexní transkripční jednotka • Jedna pre-mRNA může dát vzniknout mnoha zralým mRNA • Mnoho bílkovin může být kódovanáno jedním genem Člověk - 40 % genů ( podle 5 000 000 EST / 33 000 genů ) Arabidopsis - zatím asi 5 % genů ( podle 179 000 EST / 27 000 genů )

  19. Samosestřih – introny II. typu Samosestřih - ribozymy Mechanismus sestřihu stejný jako u spliceosomů • snad jejich evoluční předchůdci • teorie vzniku snRNA rozpadem intronů II. typu Mobilní genetické elementy Součást katalytickéha jádra ORF ribozym nukleofil

  20. Úrovně regulace genové exprese eukaryot

  21. Komplex jaderného póru 1 000 – 10 000 jaderných pórů na jednom jádře Obratlovci (Xenopus) – 125 MDa (30 x velikost ribosomu); odhad: původně 50-100 bílkovin, dnes cca 30-40

  22. Komplex jaderného póru Hustota pórů na povrchu jádra oocytuXenopus laevis Celý komplex • průměr 120 nm Průměr kanálu • 9 nm v klidu • 26 nm v aktivním stavu

  23. Export mRNP z jádra Slinné žlázy larev Chironomus tentans Obrovská mRNA ~ 75 kb > 10 MDa Ø 50 nm

  24. Úrovně regulace genové exprese eukaryot

  25. Stabilita, lokalizace a translatovatelnost mRNA Cis-elementy Primární sekvence mRNA Strukturní elementy Čepička (5’-5’ trifosfátová vazba) Poly(A) řetězec Trans-faktory Ribosomy RNA-vazebné bílkoviny Ribonukleasy Antisense RNA Komplexní soubor vztahů – dynamické složení mRNP lokalizacex stabilita x translační aktivace/inhibice

  26. Stabilita, lokalizace a translatovatelnost mRNA Abundance mRNA – aktuální poměr rychlosti syntézy a degradace Transkripty Extrémně stabilní - skladované mRNA Stabilní - konstitutivní geny Nestabilní – regulační bílkoviny • transkripční faktory, geny buněčného cyklu, geny stresové odpovědi • regulace stability mRNA – změna poločasu života dané mRNA až 10x • fyziologická – vývojové stadium, rychlost růstu, diferenciace • podněty okolí – stres, výživa, hormony

  27. Iron-responsive element Vztah stability a translatability mRNA Transferrin receptor exprese při nedostatku Fe Naprosto opačný efekt stejného elementu v závislosti na jeho poloze v mRNA Ferritin exprese při nadbytku Fe IRE (iron-responsive element) • vlásenka (23-27 nt) • smyčka (6 nt) IRP(IRE-binding protein) • volný – enzym akonitasa • vazba k IRE stabilizuje TR mRNA • regulace železem

  28. Lokalizační cis-elementy ash1 mRNA

  29. Drosophila melanogaster Embryo Lokalizace některých mRNA

  30. Petunia (1990): změny barev květů po transformaci genem pro chalcon synthasu za 35S promotorem Obranná strategie – kontrola virové infekce umlčování cizorodých genů Umlčování genů / gene silencing Protismyslná RNA • RNA komplementární k cílové RNA, reguluje její funkci • ovlivnění stability cílové RNA • inhibice nebo zesíleníexprese • chemická modifikace cílové RNA/DNA Délka 22 nt až >10 kb Umělé protismyslné molekuly –antisense DNA oligonukleotidy terapeutické užití štěpeny RNasou H (štěpí DNA/RNA hybrid)

  31. Úrovně regulace genové exprese eukaryot

  32. Translace Syntéza bílkovin na základě matrice mRNA

  33. Ribosom a translace Peptidyl transferasa - ribozym Ribosom – největší RNP částice 4,2 MDa = 2,8 + 1,4 MDa

  34. Translace video

  35. Zrání ribosomální RNA • Rozštěpení polycistronického 45S transkriptu • endonukleasy, exonukleasy • Samosestřih pre-rRNA • ribozym • Modifikace nukleotidů pre-rRNA • účast snoRNP

  36. Posttranskripční modifikace tRNA • Úprava 5’-konce tRNA • RNasa P, RNPribozym • RNA + 1 či více bílkovin • 3’-terminální sekvence CCA • ATP(CTP):tRNA nukleotidyltransferasa • enzymatická syntéza bez templátu • Sestřih (introny IV. typu) • introny v antikodonové smyčce • enzymatický – endonukleasa, ligasa Modifikace nukleotidů

  37. Modifikace nukleotidů v tRNA 80 popsaných (2001) nukleotidových derivátů Význam: Specificita aminoacylace Rozpoznání kodónu 3D struktura molekuly Zvýšení povrchu tRNA (dostupnost pro bílkoviny)

  38. Úrovně regulace genové exprese eukaryot

  39. Závěry Množství úrovníregulace genové exprese Komplikovanost a vzájemné propojení regulačních mechanismů Obrovská variabilita „světa RNA“ v současné eukaryotické buňce Řada reakcí katalyzovaných ribozymy Dynamika formování a přeskupování ribonukleoproteinových komplexů Kontinuum světa RNA a bílkovin v eukaryotické buňce

  40. Kontakt: David Honys ÚEB AV ČR http://www.ueb.cas.cz/laboratory_of_pollen_biology/default.htm

More Related