Regulace genové exprese Flashcards
V jaké fázi je regulace genové exprese nejčastější?
- v iniciaci transkripce (není spotřeba ATP, dá se vypnout a znovu pustit od stejného místa)
- v každé buňce je jiná regulace, bo každá buňka vytváří jiné proteiny…
- na regulaci se podílejí extracelulární signály
Rozpoznání DNA double helixu regulačními proteiny
- regulační proteiny mohou mít DNA vazebné domény
- musí rozpoznat DNA a promotorové oblasti pro navázání
- Nerozpoznávají primární sekvenci, ale povrch double helixu (bez přerušení H vazeb = bez rozplétání) -> primární struktura se musí promítat na povrchu double helixu
- většinou se RP vážou do velkého žlábku (různé chemické vzorce bází)
- Dále se rozpoznává další geometrie double helixu - DNA má lokální nepravidelnosti -> úhel cca 36 stupňů
- RP rozpoznávají sekvence okolo 20 nukleotidů
- kontakt mezi nimi: H můstky, iontovými vazbami, hydrofóbními interakcemi
DNA-vazebné motivy na regulačních proteinech - druhy
1.HELIX-TURN-HELIX MOTIV
2.ZINC FINGER MOTIV
3.BETA-STRUKTURA
4.LEUCINE-ZIPPER MOTIV
5. HELIX-LOOP-HELIX MOTIV
DNA-vazebné motivy na regulačních proteinech - Helix-turn-helix motiv
HELIX-TURN-HELIX MOTIV
- Prokaryota i Eukaryota
- 2 alpha-helixy spojené krátkým řetězcem AMK, mezi nimi fixní úhel
- C-koncový alpha-helix:
-> váže se do velkého žlábku
-> rozpoznává specifickou nukleotidovou sekvenci
- N-koncový alpha-helix:
-> má na starost další interakce (např. s GTF)
- můžou být i další domény, můžou být součásti většího proteinu
- často se vážou jako dimery
- často se vážou na palindromy
- např. Tryptofan represor, lambda cro, lambda represor fragment
DNA-vazebné motivy na regulačních proteinech - Zinc finger motiv
- atomy Zn
1.ALPHA-HELIX a BETA-STRUKTURA: - spojené 1 zinkem
- alpha-helix se váže do velkého žlábku
- často vazba na repetitivní sekvence
2.DVA ALPHA-HELIXY - spojené 2 zinky
- tvoří dimery, jeden alpha-helix zase vázaný do big žlábku
DNA-vazebné motivy na regulačních proteinech - Beta-struktura
- tvoří dimery
- vazba do big žlábku
Bakteriální MET REPRESOR PROTEIN: - regulace syntézy methioninu
- využívá kofaktor = S-adenyl methionin
- kofaktor moduluje uspořádání struktury -> pevná vazba s DNA
DNA-vazebné motivy na regulačních proteinech - Leucine-zipper motiv
- 2 alpha-helixy spojené hydrofobními interakcemi (často hodně leucinu)
- Y struktura
- část se váže do big žlábku
- tvoří dimery - Heterodimery (jiný protein), homodimery
- Regulují 3 oblasti - 1. protein s 2. proteinem, 2. protein s 1. proteinem, pak 1. a 2. dohromady)
DNA-vazebné motivy na regulačních proteinech - Helix-loop-helix motiv
- 2 alpha-helixy spojené flexibilní smyčkou
- C-konec do DNA
- možné dimery - homo- i hetero-
- Heterodimer - když chybí/je neúplný C-konec -> INAKTIVAČNÍ PROTEIN (vyvazuje aktivní regulační protein)
- ,,Když ne já, tak se neváže nikdo’’
- Heterodimerizace může vést k inhibici jednoho z partnerů
Jaká je predikce DNA sekvence rozpoznávané regulačními motivy v rámci RP?
- neplatí, že daná AMK musí interagovat s daným párem v DNA
- predikce je velmi obtížná
- důležitý kontext DNA
Regulace iniciace transkripce
NEGATIVNÍ REGULACE:
- Regulační protein po nasednutí na promotor zabrání transkripci = funguje jako represor
- zabrání navázání polymerázy
- vazba ligandu -> RP se neváže
- najde represor -> naváže se na něj -> represor se odváže v promotoru -> start transkripce
POZITIVNÍ REGULACE:
- Regulační protein po nasednutí na promotor podporuje transkripci = funguje jako aktivátor
- pomáhá navázat další TFs a polymerázu
- může se navázat pouze s ligandem
Příklady regulace transkripce u prokaryot - E. Coli - Trp represor
- Regulační proteiny ovlivňují přímo navázání polymerázy (nejsou tam meziprodukty)
- Regulace tryptofanovým represorem
- polycistronní transkripce (kóduje víc proteinů)
- jedna regulační oblast reguluje vznik polycistronní mRNA
- Málo tryptofanu v buňce -> zapnutí biosyntézy Trp -> musí být aktivován operon
- Trp represor = Helix-turn-helix motiv
- Trp represor poznává operátor (oblast v promotoru) -> může se tam navázat pouze s 2 Trp! -> nasedne -> transkripce vypnutá
- Málo Trp -> Trp zmizí z Trp represoru -> transkripce zapnutá
- Trp = inhibiční ligand
Příklady regulace transkripce u prokaryot - E. Coli - regulace Lac operonu
- kombinovaná regulace exprese genu - aktivátor a represor
- Laktóza je -> nasedne na represor -> uvolní se z operátoru (na promotoru) -> exprese aktivovaná
- Málo laktózy -> laktóza se neváže na represor -> represor sedí na operátoru -> exprese vypnutá
- CAP protein = Catabolite activator protein
- glukóza je preferovaný zdroj živin
- CAP protein aktivuje geny pro využívání jiného zdroje uhlíku
- Málo glukózy -> zvýší se produkce cAMP -> váže se na CAP protein -> CAP se váže do vazebného místa -> aktivace exprese
- !!Pro aktivaci transkripce je potřeba nedostatek glukózy (represor se neváže) a dostatek laktóza (CAP se váže)!!
Iniciace transkripce u eukaryota, represorové proteiny - např. tipy
- RNA polymeráza potřebuje nejdřív navázané GTFs - ty regulují právě regulační proteiny
- regulační proteiny jsou daleko od promotoru
- Aktivátorové proteiny - DNA vazebná doména + Aktivační doména (interakce s GTFs)
- např. kyselý aktivátor
- Gen, TATA box, vzdálené RPs -> smyčka -> kontakt GTFs s RPs
- Řada proteinů může být represory i aktivátory najednou
REPRESOROVÉ PROTEINY: - negativně ovlivňují expresi
- Eukaryota i prokaryota
- Kompetice o vazebnou sekvenci DNA - vazebná místa blízko sebe, mohou se překrývat, aktivátor se tam kvůli navázanému represoru nevejde
- Represor váže aktivátor - kiss
- Přímá interakce represoru s GTF - eukaryota, represor tak blokuje navázání aktivátoru
- Tvorba heterodimeru - jeden z interagujících partnerů může fungovat jako represor
Regulace oblastí genomu - Regulační role methylace DNA
- = Methylace cytosinu -> 5-methylcytosin
- neovlivňuje párování bází, to je furt stejné
- Methylované místo = neaktivní pro transkripci
UDRŽOVACÍ METHYLÁZA: - methylace během replikace nového vlákna podle starého
METHYLACE DE NOVO: - Buňka se rozhodne, že chce nějaké geny vypnout
- vypnutí transkripce genů -> nejdřív se odstraní aktivační regulační proteiny -> vypne se transkripce, ale stále se prokluzuje -> de novo methylace
- eliminace regulačních proteinů -> de novo methylace -> vazba proteinů, které poznávají methyl cytosin -> vazba proteinů ovlivňujících strukturu chromatinu a vazbu histonů -> transkripce vypnutá úplně
- ## Různé modifikace histonů - Acetylace, methylace, fosforylace, deacetylace, ubiquitinace
Regulace oblastí genomu - Struktura chromatinu
- heterochromatin (telomery, nedostupný pro aktivátory), euchromatin
