A génszabályozás prokariotákban és eukariótákban 2006. október 4.

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

Human: 27-28.000 + splice variants, postsynthetic modifications, ~150-200.000

(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.)

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...

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

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).

Negatív szabályozás

Pozitív szabályozás

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

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

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

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

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

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

neve: Chapleton promoter www.horrell-podehole.co.uk/ cattgal/catgl.html

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

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

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

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

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

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

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

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