Genregulation - Transkription (VL12)

Question 1

Regulation der Genaktivität bei Eukaryoten

Answer 1

Regulation der Genaktivität bei Eukaryoten

• Gene sind in unterschiedlichen Zellen unterschiedlich transkriptionsaktiv
• es gibt 2 Wege der Transkriptionskontrollen
• Eukaryoten regulieren in der Regel einzelne Gene und keine Operons und nutzen zur Regulation das Prinzip von DNA-bindenden Proteinen
• die Genregulation dient der Steuerung der Entwicklung der Zellen
• kurzfristig: Reaktion auf veränderte Bedingungen
• langfristig: Zelldifferenzierung
• kann sowohl positiv (aktivierend) als auch negativ (reprimierend) sein
• Regulation erfolgt an unterschiedl. Teilschritten der Genexpression
• Genregulation findet nur dann statt, wenn die Rate der Produktion eines Proteins limitiert wird

Etappen der Genregulation

Question 2

Was sind Transkriptionsfaktoren?
Wie funktionieren aktivierende Transkriptionsfaktoren?

Positive Transkriptionsregulation

Answer 2

Transkriptionsfaktoren

• spezielle Proteine, die Transkription bestimmter Abschnitte auf der DNA, bei Bedarf an- oder auszuschalten
• sind modular aufgebaut
• aktiv als Dimer (kombinatorisch)
• mit spezifischen DNA-Erkennungsstellen (binden in major-groove)

Positive Kontrolle:

• Transkription wird durch einen Aktivator ermöglicht oder sehr verstärkt
• besitzen eine aktivierende und eine DNA-bindende Domäne
• helfen der DNA-Polymerase an den Promotor zu binden
• Bsp: Galaktoseabbau in Hefe –> Gal4 wirkt als Aktivator und bindet als Dimer an die major groove der DNA an gegenüberliegenden Seiten

Positive Kontrolle

Question 3

Wie funktionieren reprimierende Transkriptionsfaktoren?
Was sind Repressoren und Aktivatoren?

Negative Transkriptionsregulation

Answer 3

Negative Transkriptionsregulation:

• Transkription wird durch Repressor verhindert oder stark eingeschränkt
• Repression der Transkription
  a) Konkurrenz von Aktivator und Repressor um Bindestelle
  b) Repressor bindet und inaktiviert so Aktivator = Inhibition
  c) Repressor inaktiviert generellen Transkriptionsfaktor

Repressoren und Aktivatoren sind:

• Proteine
• regulatorische RNAs
• Chromatinzustand (Methylierung von Histonen führt zu einer dichteren Verpackung der DNA, was sie unzugänglich für die Polymerase macht)

Negative Kontrolle

Question 4

Was ist die Aufgabe von Transkriptionsfaktoren?

Answer 4

• Sorgt für eine genaue Positionierung der RNA-Polymerase in Bezug auf das Initiationscodon, um dadurch einen auf das Nukleotid genauen Beginn der RNA-Synthese zu garantieren
• TFs gehören zu verschiedenen Gruppen von Proteinen, die jeweils durch ähnliche Strukturbereiche gekennzeichnet sind
• Einige dieser Proteine kommen immer als Dimere vor (Hetero- oder Homodimere)

Question 5

Wie ist ein ein Zinkfinger Transkriptionsfaktor aufgebaut?

Answer 5

Zinkfinger TF

• Zinkfinger bestehen aus etwa 30 Aminosäuren, von denen vier (vier Cys- oder zwei His- und zwei Cys-Reste) koordinativ ein einzelnes Zn2+-Ion binden und damit diese Struktur stabilisieren
• viele Zinkfinger-Transkriptionsfaktoren verfügen über mehrere dieser Motive
• Zinkfinger können DNA auf unterschiedlichste Weise binden
• Eine Möglichkeit: Finger formen a-helikale Strukturen, die alternierend in die major groove der DNA-Helix greifen, Multiple Finger können kooperativ Nukleinsäuren binden
• Typischerweise mit 3 Fingern
• In vielen basalen TFs (für Pol II und Pol III)
• Beispiel: TFIIIA an 5S rDNA

Question 6

Wie ist ein Leucine-zipper TF aufgebaut?

Answer 6

Leucin Zipper

• Die Leucin-Zipper-Proteine formen eine amphipathische α-Helix, bei der jede siebte Aminosäure ein Leucin ist
• Die α-Helices der interagierenden Proteine winden sich umeinander und bilden eine Superhelix; dabei kommen die Leucin-Reste der beiden Proteine nebeneinander zu liegen
• Diese Proteine enthalten außerdem in ihrer DNA-Binderegion noch einen hohen Anteil basischer Aminosäuren (Arg oder Lys); daher werden sie oft auch als basische Zipper bezeichnet
• Beispiele: ATF-2, c-jun, CREB

Question 7

Wie funktionieren Steroid-Hormonrezeptoren?

Answer 7

Hormonrezeptoren

• bewegen sich frei durch Gewebe/ über Membran
• können sowohl DNA als auch RNA binden
• versch. DNA-Bindungsmöglichkeiten
• Die DNA-Bindedomäne in Hormonrezeptoren ist ein Cys-Cys Zinkfinger-Paar;
  -> Der 1. Finger bindet DNA
  (Kurze Region in Finger 1 bestimmt DNA-Bindespezifität (P-box)
  -> Der 2. Finger führt zur Dimerisierung (D-Box)

Hormonabhängige Aktivierung von Hormonrezeptoren