Základy molekulární biologie KBC/MBIOZ

Transkript

1 Základy molekulární biologie KBC/MBIOZ Mária Čudejková 2. Transkripce genu a její regulace

2 Transkripce genetické informace z DNA na RNA

3 Transkripce dvou genů zachycená na snímku z elektronového mikroskopu.

4 Formy RNA mrna, rrna a trna Všechny tři formy se účastní syntézy proteinů Všechny produkovány RNA polymerasami na základě sekvence DNA - transkripce Ne všechny geny kódují proteiny. Další kódují např. rrna a trna. Transkripce je přísně regulovaná. Pouze asi 0.01% genů v typické eukaryotní buňce prochází transkripcí současně.

5 Buněčná diferenciace = rozdíly v expresi proteinů

6 Geny mohou být exprimovány různě silně

7 Transkripce u prokaryot RNA polymerasa (E. coli) Escherichia coli: RNA polymerasa (465 kda) - podjednotky 2 α, 1 β, 1 β', 1 = jádro enzymu - sigma faktor - spolu s jádrem enzymu tvoří holoenzym - rozpoznává sekvenci promoteru po iniciaci transkcipce oddisociuje od jádra enzymu

8 RNA polymerasa (E. coli) - jádro enzymu je zodpovědné za samotnou polymeraci - β' se váže na DNA - β váže NTPs a interaguje s - rozpoznává sekvenci promoteru na DNA - α je důležitá pro stabilitu struktury a interakci s regulačními proteiny

9 Promoter u prokaryot

10 Transkripční cyklus RNA polymerasy

11 Transkripční reakce RNA polymerasy

12 E. coli RNA polymerasa

13 Terminace transkripce u prokaryot Rho - independent Rho dependent -Vyžaduje aktivitu tzv. Rho faktoru -Rho helikáza schopná oddělovat helixy RNA-DNA -Rho je zodpovědný za terminaci transkriptů bez terminační vlásenky -Rho rozpoznává speciální sekvence před terminačním místem ( nukleotidů, vysoký obsah C, nízky G)

14 Transkripce u eukaryot RNA Pol I transkripce rrna genů RNA Pol II transkripce mrna RNA Pol III transkripce převážně trna genů Velké multimerní proteiny ( kda) Obsahují 2 velké podjednotky podobné a ' u E. coli RNA Pol podobné katalytické místo Interagují s promoterem prostřednictvím transkripčních faktorů Transcripční faktory rozpoznávají a iniciují transkripci na specifických promoterech Některé transkripční faktory (TFIIIA a TFIIIC) se vážou do sekvencí uvnitř kódující oblasti genu

15 Porovnání struktur prokaryotní a eukaryotní RNA polymerasy RNA Pol II Mg Zn

16 Iniciační komplex Promotor obsahuje TATA box, který se nachází cca 25 nukleotidových párů před místem transkripce Sekvenci TATA boxu rozpoznává transkripční faktor TFIID, jeho vazba na TATA box umožní nasednutí TFIIB faktoru RNA polymeráza II a ostatní TF nasedají na promotor THIIH fosforyluje RNA polymerázu II a tak dochází je jejímu uvolnění z iniciačního komplexu začíná samotná transkripce

17 TATA box

18 Tvorba iniciačního komplexu musí být aktivována tzv. aktivátory (enhancers)

19 Cesta od genu k proteinu u eukaryot a prokaryot

20 Struktury prokaryotní a eukaryotní mrna Primární transkript u eukaryotů je v jádře upravován: - přidání čepičky (RNA capping) - polyadenylace - sestřih RNA (RNA splicing)

21 Introny a exony Struktura dvou lidských genů:

22 Introny a exony Introny jsou odstraňované enzymy složenými z proteinů a RNA, tzv. malé jaderné ribonukleoproteinové částice (snrnp) Jednou z úloh RNA v snrnp je na základě párování báz rozpoznat začátek a konec intronu

23 Sestřih genů Sestřih genů zabezpečuje komplex snrnps a dalších proteínů = sestřihový komplex (spliceosome)

24 Reakce spliceosomu

25 _ html

26 Alternativní sestřih genů

27 Regulace genové exprese Transkripce je regulována regulačními proteiny, které se vážou na regulační sekvence DNA

28 Velký zářez = regulační místo

29 Regulace transkripce Pro mnoho regulačních proteinů je charakteristický stabilní konformační motiv (DNA vazební motiv): - helix-loop-helix - helix-turn-helix - homeodoména - zinkový prst - leucinový zip

30 homeodoména motiv zinkového prstu motiv leucinového zipu

31 Regulace transkripce housekeeping geny provozní geny (např. polymerázy, RNA geny atď) konstitutivní exprese regulovaná exprese obecné transkripční faktory (iniciace transkripce u eukaryot) regulační transkripční faktory aktivátory, represory cis-elements (DNA) trans-elements (protein)

32 Regulace transkripce u prokaryot Geny kódující enzymy stejné metabolické dráhy jsou seřazeny blízko za sebou, tvoří operony Tento způsob uložení umožňuje koordinovanou expresi Regulační sekvence sousedí s operonem, nazývá se operátor Regulační proteiny interagují s operátory a kontrolují tak transkripci genů operonu

33 Lac operon u E. coli

34 Regulace transkripce Lac operonu Negativní kontrola Positivní kontrola

35 Vazba CAP a RNA Pol do oblasti lac promoteru

36 Vazba CAP-(cAMP) 2 na DNA

37 Komplexní kontrola exprese genů u eukaryot

38 Regulace transkripce u eukaryot - Signalizace ze vzdálené sekvence - Komplexní regulační sekvence - Mnoho transkripčních faktorů - Chromatin remodeling

39 Regulace transkripce u eukaryot - Chromatin remodeling Složení chromosomu

40 Regulace transkripce u eukaryot - Chromatin remodeling

41 Regulace transkripce u eukaryot - Chromatin remodeling

42

43 Regulace transkripce u eukaryot - methylace umlčování genů euchromatin heterochromatin

44 Regulace transkripce u eukaryot