Kontroll av genuttrycket på transkriptionsnivå
7.1-7.6
Vägen från gen till funktionellt protein består av många steg, fig 1-11.
Det finns exempel på kontrollmekanismer för alla dessa steg.
Transkriptionsstart
Alternativ
splicing
Nedbrytning av
mRNA
Translationsstart
Proteinets stabilitet,
aktivitet och
lokalisering
Synteshastigheten för ett protein avgörs av hur ofta ………………………. av
genen och ……………………………. av mRNA´t sker.
Hur ofta en gen transkriberas beror på hur bra ………………………………
binder till promotorn.
Det sker ingen (eller väldigt sällan) bindning om DNA´t är i
………………………..-kromatinstruktur .
Olika promotorsekvenser har olika hög affinitet för RNA-polymeraset.
Mha ……………………………………….. kan affiniteten både ökas och
minskas.
Mha en …………………….får RNA-polymeraset ytterligare en
bindningsmöjlighet till DNA´t (förutom promotorn), därmed ökas
affiniteten.
En ………………………… stör bindningen mellan RNA-polymeras och DNA.
Reglering av Lac-operonet är ett bra exempel på hur en repressor och
en aktivator kan fungera i en bakterie.
Lac-operonet kodar för proteiner som behövs för att cellen ska kunna ta
upp och klyva disackariden laktos. Laktos glukos + galaktos. Detta
måste ske för att cellen ska kunna använda laktos som energikälla.
Om cellen inte har tillgång till laktos är lac-operonet avstängt.
Transkription sker väldigt sällan.
Om cellen har tillgång till laktos men också glukos sker transkription, men
med ganska låg frekvens. Cellen sparar energi genom att använda glukos
isf laktos som energikälla.
Om cellen bara har tillgång till laktos och inte glukos uttrycks lacoperonet med hög frekvens.
Till lac-operonet hör de reglerande
sekvenserna:
promotor,………………………...och
…………………..., fig 7-2.
Utan laktos binder lac repressorn
till operatorn och hindrar då
polymeraset från att binda till
promotorn (7-2a).
Med laktos lossnar repressorn och
………………………. kan binda
promotorn, men bindningsaffiniteten är låg (7-2b).
Med laktos utan glukos binder
cAMP till CAP-site och till
polymeraset som då får en högre
affiniteten till DNA´t (7-2c).
Transkription hos eukaryoter skiljer sig på några punkter från
prokaryoter:
• Eukaryoter har tre olika RNA-polymeraser (I, II och III), tabell 7-2.
• Det finns inga eukaryota sigmafaktorer, i stället behövs sk ……………………….
transkriptions-faktorer för att binda polymeraset till promotorn.
• Det krävs många steg innan transkriptionen kan börja, DNA´t skall vara i
form av eukromatin och ett antal specifika och allmänna
transkriptionsfaktorer skall binda DNA och polymeras.
RNA-polymeras II´s promotor-sekvens kan innehålla sk TATA-box (fig 7-12),
initiator-sekvens eller områden med mycket CG-baspar.
För att RNA-polymeraset
ska kunna bindas till
promotorn och
transkriptionen starta
måste allmänna
transkriptionsfaktorer
medverka.
RNA-polymeras II har
hjälp av TFIIA, B osv., fig
7-31. (TF=transcription
factor)
Eukaryota gener har förutom promotorsekvenser ett flertal andra
reglerande sekvenser, fig 7-16.
En del finns nära genen,
inom några hundra bp.
Andra kan finns mycket långt bort,
10.000-tals bp. Dessa kallas
……………….-sekvenser eftersom det
ofta är aktivatorer som binds dit.
Till dessa reglerande sekvenser binds
……………………………………………………………
Specifika transkriptionsfaktorer har en DNA-bindande domän och en
eller flera aktiverande/inhiberande domäner, fig 7-22.
I kapitel 16 kommer exempel på en
massa olika transkriptionsfaktorer,
se t ex fig 16-1.
I transkriptionsfaktorns DNA-bindande domän finns något DNAbindande motiv. Ofta är det en ............ som binds till major groove i
DNA´t. Exempelvis i helix-turn-helix, leucin zipper och zink-fingrar, fig 724 --- 7-26.
Helix-turn-helix
Leucin-zipper
Ofta består de reglerande sekvenserna i DNA´t av två proteinbindande
sekvenser bredvid varandra. Det ger möjlighet att kombinera olika
specifika transkriptionsfaktorer med varandra till ett större antal
”signaler”.
Tre olika proteiner kan t ex kombineras på sex olika sätt, fig 7-28.
De ………………..transkriptionsfaktorerna är desamma för olika gener
medan kombinationen av de …………..……………. är unik för varje gen.
En gen kan fås att uttryckas i en viss vävnad genom att ha reglerande
sekvenser som binder aktivatorer som bara finns i den vävnaden. Ex:
genen för proteinet transtyretin, fig 7-44.
Transkriptionsfaktorer och RNA-polymeras binder lättare till DNA´t om
detta är i eukromatin-form.
Gener kan tystas genom att DNA´t övergår till heterokromatin.
Heterokromatin kan bildas genom att histonsvansar……………………………..
Vid replikation kan histonernas modifieringsmönster ”ärvas” till båda
dotterkromosomerna. Detta kallas epigenetik.
Fig 7-36 visar ett exempel på epigenetik. Hox-gener tystas tidigt under
embryogenesen av en och förblir avstängda livet ut.
Vid replikationen bildas nya histonproteiner som aggregerar till sk
nukleosomkärnor, dvs 2x(H2A, H2B, H3, H4).
De gamla nukleosomkärnorna fördelar sig på båda de nya
kromosomerna.
Om de är metylerade sprids metylering från dem till de nygjorda
histonerna.
Me
Me
Me
Me
“Gammal”
nukleosomkärna
Ny nukleosomkärna
Aktivering av en eukaryot gen skulle kunna gå till så här:
1) Till en reglerande sekvens
binds en transkriptionsfaktor
som i sin tur binder ett enzym
som acetylerar histonsvansar i
närliggande nukleosomer, fig 738b.
Det leder till att fler reglerande
sekvenser exponeras.
2) Då kan specifika
transkriptionsfaktorer, mediatorer,
allmänna transkriptionsfaktorer
och RNA-polymeras bindas
samman så att transkriptionen
kan starta, fig. 7-42
RNAi, sid 347-351
Det finns RNA´n som har till uppgift att reglera genuttrycket, sk
interferensRNAn eller RNAi.
Många viktiga processer verkar regleras av RNAi, bl a fosterutvecklingen, fig
8-27.
RNA-interferens är ett mycket aktivt forskningsfält. Man skulle t ex kunna
skräddarsy gener för mi/siRNA som är riktade mot ett specifikt mRNA man
önskar slå ut.
Det finns två typer av RNAi: miRNA (microRN) och siRNA (short
interferenceRNA). Ex på hur ett miRNA fungerar (ungefär samma sak
sker med siRNA), fig 8-26:
Människan har
minst 1000 gener
för olika miRNAn.
Det primära
transkriptet kan
var flera 100 nt
långt.
I kärnan viker det
ihop sig, binds till
proteiner (bl. a
Drosha) och
trimmas till en
kortare sekvens.
miRNA´t transporteras ut
ur kärnan.
Proteinkomplexet med
Drosha blir kvar i kärnan.
I cytosolen binds
miRNA´t till ett nytt
proteinkomplex (bl.a
Dicer).
miRNA´t klyvs så att två
korta, 21-23 nt, strängar
bildas.
Den ena av de två
korta strängarna
binds till ett nytt
proteinkomplex.
Då bildas ett sk RISCkomplex (RNAinduced silencing
complex). Det är det
reglerande
komplexet.
Ett RISC-komplex med miRNA binder
till ett mRNA som har en nästan
komplementär sekvens till miRNA´t,
fig 8-25. Resultatet blir att
translationen av mRNA´t förhindras.
Ett RISC-komplex med siRNA
binder till ett mRNA som har en
exakt komplementär sekvens till
siRNA´t. Resultatet blir att mRNA´t
bryts ner. RISC-komplexet
fungerar då som ett nukleas.
