A génszabályozás prokariotákban és eukariótákban

Az előadások a következő témára: "A génszabályozás prokariotákban és eukariótákban"— Előadás másolata:

1 A génszabályozás prokariotákban és eukariótákban
2006. október 4.

2 A genetikai információ hordozója elsősorban a DNS
A genetikai információ hordozója elsősorban a DNS. Egyes vírusokban azonban RNS hordozza a genomot (RNS-vírusoknak nevezik őket) A DNS hosszú láncát nagyon szorosan össze kell csomagolni ahhoz, hogy beférjen egy sejtbe. Erre néhány fehérjemolekulából (hisztonoófehérjékből) álló gömbforma képződmények szolgálnak. A kromoszóma ilyen egymásra-következő spárgagombolyagok sorozata. Egy gén működéséhez az őt tároló gombolyagnak először le kell tekerednie. A néhány billió emberi sejt mindegyike tartalmazza a teljes genomot. 27-27

3

4 Human: + splice variants, postsynthetic modifications, ~

5

6

7 (pl. mikor, melyik szövetben kapcsoljon be, stb.)
Gének Fehérje-kódoló rész Promóter P DNS A felsőbbrendú szervezetek genetikai állománya kétszálú DNS-ből (dezoxiribonukleinsav) álló kromoszómákból áll. Az ilyen hosszú kromoszómák egyes szakaszai a gének, melyek önálló szabályozás alatt álló funkciót töltenek be. A legtöbb gén, mint itt a képen is, fehérjét kódol A fehérje-kódoló rész nukleinbázisainak sorrendje lefordítható aminosavakra . Ezt röviden úgy mondjuk, hogy a DNS-szekvencia (a DNS bázisainak sorrendje) leforítható fehérje-szekvenciára (a fehérjetermék aminosavainak sorrendjére). Ezt részletesen a következő ábra mutatja majd. Az, hogy a gén mikor kapcsoljon be és ki, azt a szabályzószakaszok biztosítják. A legfontosabb a gén előtt elhelyezkedő promoter azaz indítószakasz, amelyik bekapcsol egy gént. De vannak szabályzószakaszok a gén másik oldalán is. Megjegyzés: Az ábrákat mindíg úgy csináljuk, hogy gén átírása RNS-sé (ribonukleinsavvá) majd a fehérjeszintézis (RNS leolvasásával fehérjelánc képzése) balról jobbra folyik. Eszerint a gén előtt van a promóter. Nem mindegyik gén kódol fehérjét, vannak például nagyon fontos gének, melyek csak RNS termékeket képeznek, ilyenek például a riboszómákat kódoló és az transzfer-RNS-eket kódoló gének. Szabályzó rész (pl. mikor, melyik szövetben kapcsoljon be, stb.)

8 Genom-működés: A “gyár-metafora”
A genom = a tervraktár Egy tervcsomagot kivesznek Ebből egy tervet lemásolnak (transzkripció, mRNS) A tervet leküldik a műhelybe (riboszóma) Legyártják a terméket (transzláció=fehérjeszintézis) Ez a metafora a működés mechanizmusát ragadja meg...

9 Genom-működés: a “konyha-metafora”
•A DNS = a kamra, ahol az alapanyagok (gének) és a szakácskönyvek (aktiválási szabályok) állnak • A szakácskönyvek részletesek ugyan, de minden szakács (minden környezet) más ételt készít ugyanabból a receptből és alapanyagokból. • Ugyanazokból az alapanyagokból végtelenféle étel készíthető, és kétszer semmi sem lesz ugyanaz • Az egyes egyének alapanyagai (génjei) különböznek! Ez a metafora a genetikai meghatározottság és a sokféleség ellentétét magyarázza meg

10 Eukarióta gének minden gén saját szabályozó elemek
A prokarióta génműködés szabályozása Transzkripciós faktorok és a génreguláló fehérjék aktivátorok represszorok szabályozó szekvenciák (RE) (promoter, operátor) gének működési egységei--operonok struktúrgének -- közös szabályozó elemek képződött mRNS-ben mindegyik struktúrgén átiratát (policisztronos mRNS). Szetválás fehérjeszintézis során következik be közös mRNS-ről több fehérje Nincs intron, nincs kivágódás, nincs sapka és poli A farok Eukarióta gének minden gén saját szabályozó elemek RNS csak egy gén átirata (monocisztronos mRNS).

11

12

13

14

15

16

17 Negatív szabályozás

18 Pozitív szabályozás

19 nukleoszóma szintjén történő szabályozás
eukarióta A transzkripció szabályozásának néhány fontos eleme több szintű szabályozás (csak az átírás esetén is) kromatin szerkezet szintjén történő szabályozás nukleoszóma szintjén történő szabályozás gén szinten történő szabályozás

20 Kromatin szintje (eu- és heterokromatin)
kromatin átrendeződés (remodelling) Nukleoszóma szintje nukleoszóma szerkezetének megváltoztatása hisztonok acetilálása/deacetilálása Génszintű Az átírást végző komplex ( transzkriptoszóma) működésének szabályozása

21 átrendeződést végző (remodelling) komplex
Transzkripció szabályozása 1. Kromatin átrendeződés (remodelling) olyan fehérjékkel amelyek letekerik a hurkokat Pl. HMG proteinek (HMG= high motility group) olyan transzkripciós faktorokkal, amelyek ezeket a helyeket ismerik fel és bekötődnek átrendeződést végző (remodelling) komplex

22 Transzkripció szabályozása 1.
2. Nukleoszóma szerkezet átalakítása Histone acetyl transferase= HAT Lizin oldallánconacetilált hisztonok Átírást végző komplex bekötődik átírás indulhat

23 2. Nukleoszóma szerkezet átalakítása és helyreállítása
Hiszton acetiláció (HAT) - Hiszton deacetiláció (HDA = histone deacetylase) Lizin oldallánconacetilált hisztonok Lizin oldalláncon deacetilált hisztonok

24 gén Transzkripció szabályozása: Génszintű szabályozás Cisz elemek 5’
3’ gén Génszabályozó régióban elhelyezkedő motivumok amelyek 4 – 20 bp.szakaszok - promoter motivumok - enhancer (erősítő) m. - silencer (tompító) m. AATTAATT TTAATTAA Gyakran palindrom szekvenciák

25 neve: Chapleton promoter
cattgal/catgl.html

26 enhancer motivum átírást végz komplex
planeta.terra.com.br/ educacao/biolmol/Genetic...

27 Transzkripció szabályozása: génszintű szabályozás
Cisz elemek transz elemek - promoter motivumok - enhancer (erősítő) m. - silencer (tompító) m. Génreguláló fehérjék általános és specifikus transzkripciós faktorok aktivátorok (+hatás) represszorok (-hatás) Speciális fehérje domének a szerkezetükben

28 Génreguláló fehérjék 1. HTH (helix – turn – helix) motívum HOX génekben (embrionális fejlődés, differenciálódás) Az egyik hélix a DNS-hez kötődik (felismerő, bázikus) míg a másik (esetleg több) a stabilizáló

29 Génreguláló fehérjék 2. HLH (helix- loop – helix) motívum : A hélixeket hurkok kapcsolják össze (hasonló a HTH motívumhoz, de szabadabb a hélixek mozgása, mint a HTH motívumban) MyoD: izomsejt differenciálódásban fontos génreguláló fehérje gyakran képeznek dimert loop

30 penge-séma Génreguláló fehérjék 3. Leucin cippzár motívum
a leucin aminósavak közötti kölcsönhatás eredményeként dimerképzés Homo- ill. heterodimer b hélix: DNS-hez való kötődés (b=bázikus) Minden 7.-ik leu, tekeredes, egymás felett, Villas CH3, ketto egyutt zip penge-séma

31 tű-séma Génreguláló fehérjék 4. Zn ujj motívum
pl. szteroid hormon receptorok egy  hélix és egy  redő kapcsolódik össze Zn atom segítségével tű-séma

32 Transzkripció szabályozása : Kombinációs kontroll
Cisz elemek: a DNS szabályozó régió 4-20 nukleotidnyi szakaszai (motívumai), amelyekhez a génreguláló fehérjék kötődnek: enhancer, promoter, silencer régiók) Transz elemek: a génreguláló fehérjék, amelyek szerkeze-tileg és funkcionálisan is eltérők. Pl. lehetnek általános transzkripciós faktorok, aktiváto-rok, transzaktivátorok és represszorok

33 Példa a transzkripció kombinációs kontrolljára
CAAT : olyan promoter elem, amelyhez dimer formában a C/EBP transzkripciót serkentő faktor kötődik NF-1 és a APF: olyan represszor fehérjék, amelyek bekötődve a transzkripciót csökkentik TATA: általános promoter, amelyhez a transzkripciós komplex kötődik be

34