REGLERING AV EUKARYOT GENEXPRESSION

1. REGLERING AV EUKARYOT GENEXPRESSION Molekylärbiologi T3, Ht-10 Biomedicinska analytikerprogrammet, Karolinska Institutet Annica Nordvall Bodell TBP binder TATA-box

2. Kunskapsmål för detta avsnitt Från kursplan: • beskriva och jämföra uppbyggnad, struktur och innehåll i eukaryota och prokaryota genomsamt utförligt förklara principerna för genexpression och dess reglering.

3. Lite mer utförligt: • De olika stegen i genexpression i eukaryota celler (från DNA till protein) • Varför genexpressionen måste regleras i eukaryota celler • Olika nivåer som reglering kan ske på • Olika regleringsmekanismer som kan reglera mängden protein • Olika regleringsmekanismer som kan reglera formen på protein • Hur en signal utifrån kan påverka expressionen av en gen • Terminologi (t ex promotor, enhancer, epigenetik etc)

4. Vad kan vara anledningen till att våra celler behöver reglera sin genexpression?

5. Varför uttrycks olika proteiner i olika celler? Uttryck av p53 i vävnad Uttryck av CD8 i vävnad http://www.mplnet.com/photos/IHC/index.html

6. Nästan alla celler i en människa innehåller en fullständig uppsättning av genomet I en vuxen människa finns ca 200 olika celltyper Anledningen är att olika gener är påslagna i olika celler

7. Humana genomet innehåller 20.000 - 25 000 gener • Vissa uttrycks hela tiden i alla celler; ”Housekeeping genes” • Vissa uttrycks i celler som ska differentieras • Vissa uttrycks hela tiden i celler som har differentierats på visst sätt • Vissa uttrycks bara som svar på yttre påverkan t.ex. vid hormonpåverkan, infektion mm • Det finns möjlighet att reglera både mängd och form av ett protein i en cell

8. På vilka nivåer kan genexpression regleras?

9. Ex. tentafråga • Proteinkinaset NEK2, som har en viktig funktion vid celldelning, • förekommer i två olikaformer (NEK2A och NEK2B). • NEK2A förekommer framförallt i kärnan. • NEK2B saknar 30 aminosyrar i den C-terminala delen av proteinet, • och förekommer i cytoplasman. • Förklara de tänkbara mekanismer som kan ligga bakom denna • skillnad i form. • b) Skulle samma mekanismer kunna vara förklaringen om • skillnaden istället skulle ligga i den N-terminala delen av proteinet? • Motivera.

10. Kromatinstrukturen Kan ändras av Chromatine remodeling factors

11. Epigenetiska mekanismer kan påverka kromatinstrukturen • ärftliga men reversibla förändringar i DNA som är oberoende av förändringar i DNAt’s nukleotidsekvens DN 28/10-08 Svält ger avtryck i fosters gener Mödrar som var gravida under den holländska svältvintern 1944-1945 fick barn som än i dag har märken av den hårda tiden i sina gener. Det visar en ny studie från Nederländerna och USA. Ett paradigmskifte har ägt rum inom biologin (Karin Bojs) Förvärvade egenskaper kan faktiskt ärvas! Lamarcks och Lysenkos förhånade påståenden verkar trots allt innehålla ett litet korn av sanning.

12. Epigenetiska mekanismer påverkar kromatinets struktur Acetylering av histoner ökar genexpressionen Videolänk The Cell 7.34

13. Transkriptionsaktivering av steroid hormon The Cell 15.3 Steroidhormoner kan aktivera transkription genom att gå in i cellen och binda steroidhormon receptor. Den aktiverade receptorn (dimer) fungerar som en transkriptionsfaktor

14. Nedärvning av histonmodifiering

15. Metylering av DNA kan tysta genexpression Metyleringsmönstret nedärvs till dottercellerna The Cell 7.39, 7.41

16. Reglering vid transkriptionsinitiering Transkriptionsfaktorer som binder regulatoriska sekvenser i eller i anslutning till genen Transkriptionsfaktorer; • Aktivator; underlättar/ möjliggör transkription • Repressor; förhindrar transkription

17. Regulatoriska sekvenser ;(cis-sekvenser /upstream regulatory element) • Promotor; • DNA sekvens uppströms (el inom genen) på ca 200 bp. • Binder transkriptions faktorer (TF) och RNA polymeras. • Kan delas in i Core promotor (-45 - +40) och Proximal promotor (-50 - -200). • Enhancer; • Ökar transkription av närliggande gen vid bindning av TF. Orienterings och positionsoberoende • Responselement; • Modulerar transkription som svar på externa stimuli vid bindning av TF

18. Eukaryota cis-sekvenser kan se väldigt olika ut En basal eukaryot promotor är normalt 100-200 bp lång och binder det basala transkriptionskomplexet samt andra generella transkriptionsfaktorer Förutom den basala promotorn så ingår mer genspecifika sekvenser som tex enhancers, responselement etc. Enhancersekvenser kan kan ligga långt ifrån transkriptionsstart och innehålla cissekvenser för flera olika transkriptionsfaktorer The Cell kap 7

19. Uppbyggnad av det basala transkriptions transkriptionskomplexet

20. C-terminalen av RNA-polymeraset fosforyleras när transkriptionen sätter igång

21. Transkriptionsfaktorer

22. Exempel på DNA bindande domäner IN: N1

23. Transkriptionsfaktorer binder till olika cissekvenser och påverkar det basala transkriptionskomplexet

24. Repressorer

25. Transkriptionselongering

26. Posttranskriptionell reglering • Alternativ splicing • Alternativa polyA signaler • RNA editing • mRNA stabilitet och åtkomlighet • Posttranslationella modifieringar

27. Alternativ splicing

28. Alternativ splicing ex The Cell 7.53

29. RNA editing The Cell 7.55

30. mRNA stabiliteten och åtkomlighet kan påverkas • Proteiner kan binda till mRNA och öka stabiliteten • Proteiner kan binda till mRNA och förhindra translation • Antisense RNA (eller andra typer av små RNA molekyler) kan leda till blockering, nedbrytning av mRNA (seminarium) eller metylering av DNA

31. Degradering av mRNA The Cell 7.55

32. Blockering av translationen

33. Reglering via mikro RNA

34. Transkriptionsinitiering kromatinstruktur Alternativa promotorer Alternativ polyadenylering Modifiering av mRNA Postranskriptionell reglering Stabilitet/åtkomlighet av mRNA Alternativ splicing Reglering vid translation Posttranslationell modifiering http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/0/01/Gene_Expression.gif

35. Ex. tentafråga • Proteinkinaset NEK2, som har en viktig funktion vid celldelning, • förekommer i två olikaformer (NEK2A och NEK2B). • NEK2A förekommer framförallt i kärnan. • NEK2B saknar 30 aminosyrar i den C-terminala delen av proteinet, • och förekommer i cytoplasman. • Förklara de tänkbara mekanismer som kan ligga bakom denna • skillnad i form. • b) Skulle samma mekanismer kunna vara förklaringen om • skillnaden istället skulle ligga i den N-terminala delen av proteinet? • Motivera.