Sejtmag II. Dr. habil. Kőhidai László SE, Genetikai, Sejt- és Immunbiológiai Intézet 2014. szeptember 25.

Nukleáris ‘dinamika’

Adatok a humán genomról 3,000,000,000 bázispár ~ 500,000,000 kodon Ha 1 kodon = 1 szó és 1 oldal 850 szó AKKOR A humán genom 590,000 oldalnak felel meg Ha a fenti könyvet 3 bázis/perc sebességgel olvasnánk 47.6 évig tartana az elolvasása

A DNS szerkezete 1 Watson és Crick 1953 többszálú konformációk B-DNS A-DNS Z-DNS többszálú konformációk hajtűszerű formák

A DNS szerkezete 2 „Photo-51” A – T 2 H híd G – C 3 H híd Konstans átmérő A DNS szerkezete 2 „Photo-51” A – T 2 H híd G – C 3 H híd Rosalind Franklin 1920-1958 5

A DNS megkettőződésének szemikonzervatív elve

DNS replikáció enzimeinek szerepe Kornberg, Arthur 1959 DNS replikáció enzimeinek szerepe Néhány fontosabb enzim Helikáz – DNS széttekerése Topoizomeráz – „supercoil”-ok letekerése Primáz – RNS-primer készítése DNS polimeráz III – új DNS szál szintézise DNS polimeráz I – az RNS primer 1. bázisának leválasztása DNS ligáz – DNS fragmentumok összeillesztése

Nukleoszómák kémiai módosítása és az ú.n. ‘remodeling’ „Sliding”

Új DNS szál szintézisének lépései RNS primer szintézise primáz enzimmel a DNS polimeráz kapcsolódik az RNS primerhez és megkezdődik az új DNS szál szintézise DNS polimeráz befejezi a DNS fragmentum szintézisét a kezdő RNS primer leválik és DNS pótolja DNS ligáz az újonnan szintetizált DNS fragmentumot az új szálhoz kapcsolja Új DNS szál szintézisének lépései

DNS duplikációja 1 Cohesin-ek DNS replikáció Replikáció iniciálása előrehaladása Összetartó szerkezet kialakulása Replikációs „buborékok” Testvér kromatídák

DNS replikációja 1 VEZETŐ SZÁL ELMARADÓ „vezető” templát szál újonnan szintetizált szál „vezető” templát szál DNS polimeráz DNS helikáz primáz RNS primer új Okazaki fragmentum elmaradó-szál templát DNS poplimeráz az elmaradó szálon (Okazaki fragmentum szintézise befejeződik) egyszálú DNS-t kötő proteinek csúszó-kapocs fehérje VEZETŐ SZÁL ELMARADÓ

DNS replikációja 2 „vezető” templát szál újonnan szintetizált szál DNS polimeráz a vezető szálon primáz egyszálú DNS-t kötő proteinek DNS helikáz elmaradó-szál templát RNS primer DNS polimeráz az elmaradó szálon (Okazaki fragmentum szintézise befejeződik) újonnan szintetizált DNS Okazaki fragmentum

Okazaki fragmentumok szintézise

Centrális dogma Transzkripció Transzláció polipeptid szintézise DNS Centrális dogma Transzkripció RNS Transzláció polipeptid szintézise mRNS minta alapján Fehérje

mRNS érés és „szerkesztés” hnRNS - (heterogeneous nuclear RNA) – elsődlegesen átíródó RNS - eukaryotákban 5’ sapka – 7-methylguanosine az mRNS 5’ végén 3’ jellegűvé teszi a molekulát védi az mRNS-t a lebomlástól Poli-adenin farok – 20-200 adenin tartalmú szekvencia a poli-A-polimeráz helyezi fel növeli az mRNS életidejét pre-mRNS - 100-400 nukleotidos RNS

RNS szintézis RNS polimeráz térszerkezete transzkripció elongáció Kötődés (zárt komplex) Promoter nyitása (nyílt Transzkripció kezdete Elongáció Polimeráz és az RNS leválása RNS polimeráz transzkripció elongáció termináció RNS szintézis RNS polimeráz térszerkezete

Termináció Poliadeniláció

Az érett mRNS sejtmag – citoplazma irányú transzportja

Roberts, Richard J. Sharp, Phillip A. 1993

RNS-t kódoló szekvenciák

Splicing

Alternatív splicing nem minden intron vágódik ki exonok is kivágódnak eredmény: fehérje-családok kialakulása

Citidin-deamináz jelentősége

Small nuclear ribonucleoprotein (snRNP) – splicing pre-rRNS - DFC Alternativ splicing factor/splicing factor 2 – pre mRNS splicing; RNS export, translation Cajal testek fő alkotó molekulája – rögzít a nucleolushoz, RNS posttranslatios modifikációja, NOR-hoz kapcsolódva meghatározza az egyedi nucleolusok összekapcsolódását Swedlow and Lamond Genome Biology 2001 2:reviews0002.1

A nem proteint kódoló szekvenciák aránya a filogenezis különböző fokain

alap-szintű transzkripció nincs spontán izomerizálódás hatására aktivált

François Jacob André Lwoff Jacques Monod Regulator - repressor                 François Jacob André Lwoff Jacques Monod "for their discoveries concerning genetic control of enzyme and virus synthesis" Regulator - repressor Promoter – RNS polym. Operator – repressort köt Structur g. – enzim

Gén-szintű szabályozás 1 – Prokaryoták Lactose jelenlétében – gátolt represszor – működő feh.szint.

Gén-szintű szabályozás 2 - Prokaryoták Lactose hiány – aktív represszor – gátolt feh.szint.

Gén-szintű szabályozás 3 - Prokaryoták Trp hiány – gátolt represszor – működő feh.szint. Trp jelenlétében – aktív represszor – gátolt feh.szint.

A génszintű szabályozás filogenezise

Transzkripció szabályozási mechanizmusok 1 - Eukaryoták - Kompetíció Gátlás

Transzkripció szabályozási mechanizmusok 2 - Eukaryoták - Direkt represszió Indirekt

Transzkripció szabályozási mechanizmusok 3 - Eukaryoták -

Transzkripció szabályozási mechanizmusok 4 - Eukaryoták - TBF = TATA binding protein TF = transzkripciós faktor

Transzkripció szabályozási mechanizmusok 5 - Eukaryoták -

Transzpozonok a genomban helyüket változtató DNS-szakaszok relatíve hosszú DNS szakaszok szintézise eukaryoták, prokaryoták

Transzkripciós faktorok Homeo-domain Struktúra 3 alfa-helikális struktúra ebből egy szabályoz másik kettő stabilizál kapcsolódás: promoter, enhancer

Transzkripciós faktorok 2 Zn-ujjas fehérjék Leucin-zippzár 2 béta lemez+ 1 alfa helix a Zn2+ 2 His-2 Cys 3-4 bázssal kapcs. Helix-loop-helix motívum 2 helikális domain dimerizáció consensus szekv.-hez kapcs

A biológiai információáramlás - „valóság” Replikáció Transzkripció Transzláció DNS RNS Fehérje RNS vírusok Retrovírus ribozim Prion

Ribozim Thomas Cech 1989

Prionok DNS RNS Fehérje ? Spongiform encephalopathia Stanley B. Prusiner 1997 Spongiform encephalopathia

Prion szerkezete AS szekvencia azonos A. normál (PrPc) fehérje főleg α-helix - szolubilis B. abnormál (PrPsc) fehérje 45% β-redő – nem oldható Hőstabil, UV-sugárzásra érzéketlen & proteáz rezisztens Sejtfelszínen aggregálódik

Hosszú filamentummá aggregálódnak => neuron károsodik PrPc PrPSc

Megjelenési formák - lokalizáció Fatalis familiáris insomnia (FFI) <-> Creutzfeldt-Jakob kór GSS= Gerstmann –Straussler-Scheinker betegség

Egyéb ellentmondások Metilációs mintázat öröklődése => Epigenetika Strukturális öröklődés Szenz – antiszenz szál?

Metilációs mintázat CpG szigeteken Eredménye géncsendesítés

Metilációs mintázat öröklődése

Strukturális öröklődés Sejtközpont megduplázódása Strukturális öröklődés Paramecium csilló bazális testje

„Szenz” az antiszenz szálban? Szenz – mRNS-sel megegyező szekvencia- erről íródik a fehérje Antiszenz - mRNS erről íródik ‘5 ‘3 Receptor Ligand