Transkriptionsinitiering / genreglering (FH)
Skillnad mellan pro- och eukaryot bildning av av mRNAt:
Prokaryot genreglering:
I många fall regleras gener tillsammans i sk Operon (ex. Lac- eller trp-operonet)
Lac operonet: Exempel på reglerat genuttryck med hjälp av en sk. repressor.
Lac-repressorn är trans-verkande dvs det är inte nödvändigt att genen för Lacrepressorn sitter på samma DNA sträng som den gen eller regleringselement som
repressor proteinet verkar på.
Motsatsen till trans- är cis-verkande. För cis-verkande element är det nödvändigt att
genen/elementet sitter på samma DNAsträng.
Promotorn: Styr transkriptions initiering - RNA polymeraset binder till promotorn
Prokaryota promotorner har två konserverade delar (-10 (TATAAT) samt -35
(GACAT) regionerna, sk. boxar. +1 definieras av den nukleotid som motsvarar den
första nukleotiden i RNAt.
RNA polymeraset är ett komplex av flera proteinsubenheter med grundstrukturen
(2α2βσ) 2α enheter samt 2β enheter. Dessutom finns det en σ enhet (faktor).
σ - faktorn har betydelse vid initieringen och den binder till TATAA boxen i
promotorn.
Eukaryot genreglering:
Man pratar ofta om genexpression eller genuttryck, med detta menas vilka gener som
är ”påslagna” eller ”aktiva” och som producerar en produkt i en individ eller en
specifik cell och bidrar till fenotypen.
Expressionen/uttrycket av en proteinkodande gen kan delas upp i mRNA-uttryck och
proteinuttryck och kan mätas genom att mäta hur mycket mRNA resp. protein det
finns i tex celltypen ("nivån" av tex ett specifikt mRNA).
mRNA expressionen är en produkt av hur aktiv en gen är (hur många mRNA som
produceras per tidsenhet) och dels hur stabilt ett mRNA är.
mRNA nivå = resultatet av syntesen (hur aktiv en gen är) och nedbrytning (hur
stabilt ett mRNA är)
1
Reglering av mRNA expressionen sker på olika sätt:
Den större genetiska komplexiteten hos eukaryoter (fler gener som dessutom är
enskilt reglerade) än hos prokaryoter, kräver en mer omfattande kontrollapparat.
Reglering av transkriptionsinitieringen är det enskilt viktigaste regleringssättet men
det finns andra:
1. Kromatinstrukturen påverkar hur tillgänglig en gen är för transkription:
Reglerad acetylering av histoner eller metylering av DNA
2. Transkriptionsinitiering
Genaktivitet. Hur ofta det görs ett mRNA
3. mRNA stabilitet
Man pratar om att ett mRNA har en viss livsläng eller halveringstid (poly Asvansens längd samt förekomst av de-/stabiliserand sekvenser i mRNAt 5’ och
3’ UTR påverkar stabiliteten).
4. Komplexa transkriptionsenheter
Alternativ splitsning, resp. alternativ polyadenylering
Transkriptionsreglering:
Det finns oftast flera olika regulatoriska element som styr en gens aktivitet.
Promotorn
Andra element (cis-acting) som aktiverar eller inhiberar genaktivitet.
Promotor proximala element, enhancers, silencers
Det finns 3 (4) olika eukaryota RNA polymeras med olika uppgifter:
RNA polymeras-I: syntetiserar rRNA (pre-rRNA =>28S, 5.8S, 18S rRNA)
-II: syntetiserar mRNA samt 4 st snRNA (sk. URNA)
-III: syntetiserar tRNA, 5S rRNA samt div. sn- och snoRNA
samt
(mitokondrie/kloroplast RNA polymeraser)
De 3 eukaryota RNA polymerasen har en liknande grundstruktur som det prokaryota
RNA polymeraset; 2αββ', men saknar σ-faktorn. mitokondrie/kloroplast RNA
polymeraser skiljer sig.
Promotorns struktur/sekvens: Varierar mycket mer mellan olika gener hos eukaryoter
än hos prokaryoter.
Core-promotor En del eukaryota promotorer har en sk. TATA-box vid position –34,
andra en sk initiator-sekvens direkt vid +1.
Promotorns styrka: bestämmer hur ofta ett RNA pol initierar transkription från
promotorn. En ”stark” promotor framför en gen leder till hög genaktivitet.
2
Transkriptionsinitiering proteinkodande gener: (gäller RNA pol II):
RNA pol II bildar tillsammans med andra proteiner ett sk. transkriptionspreinitieringskomplex (preinitieringskomplex). Dessa andra proteiner kallas generella
transkriptionsfaktorer (TF).
Transkriptionsfaktorerna (TFs) i initieringskomplexet behövs för att aktivera RNA pol
II samt att binda till proteinkodande geners promotorer. De finns i alla typer av celler,
därav namnet generella transkriptionsfaktorer. Bland de generella
transkriptionsfaktorerna finns TATA-box binding factor (TBP), faktorer med
kinasaktivitet och som kinaserar CTD på RNA pol II (TFIIH)
Bildandet av initieringskomplexet är nödvändigt för att transkription ska ske men det
är ofta inte tillräckligt.
Aktivatorer / Specifika TFs
För att transkriptionen skall ske krävs fler transkriptionsfaktorer. Dessa mer specifika
TF finns i olika uppsättning tex. i nervceller eller muskelceller och kallas; specifika
TFs, eller vävnadsspecifika TFs. Det är dessa faktorer som bestämmer vilka gener
som kommer att vara aktiva i olika vävnader.
Specifika TFs binder till regulativa element
Specifika TFs är oftast aktiverande men kan också inhibera transkription, och kallas
då repressorer. Specifika TFs kan binda till DNA med specifik sekvens.
Specifika TF binder DNA antingen till reglerings-element i eller strax uppströms om
promotorn eller till element som kan sitta långt från promotorn.
Reglerings-element som ej sitter i direkt anslutning till promotorn och medierar
aktivering kallas "enhancers" och element som medierar inhibering kallas "silencers".
Co-aktivatorer och mediatorer vid direkt interaktion mellan initiering komplex och TF
Både bildandet av preinitieringskomplexet och bindningen till promotorn underlättas
av sk. co-aktivatorer (TranskriptionsAktiverande Faktorer, TAFs eller sk.
”mediatorer”). Co-aktivatorer sitter ofta ihop i ett komplex. Co-aktivatorerna
förmedlar i dessa fall en direkt kontakt mellan specifika TFs och
preinitieringkomplexet så att transkription kan starta vid promotorn.
Det finns också co-repressorer och komplex av dessa som verkar på liknande sätt men
motsattverkan.
Indirekt interaktion via Kromtinstruktur
Vissa specifika TFs och co-faktorer kan påverka kromatinstrukturen så att den packas
upp (dekondenseras) eller tätpackas (kondenserat kromatin) och kan på detta indirekta
sätt påverka genaktiviteten hos gener som ligger i regionen.
Kromatin kan dekondenseras bl.a. genom att histoner acetyleras och detta kan ske
genom att specifika TFs binder till ”enhancer” element och ”tar med sig” histonacetylaser till området. Promotorn görs tillgänglig för transkriptionsinitiering och hela
genen kan transkriberas.
Betydelsen av histonacetylering och methylering samt hur TFs binder till ex
enhancers och drar till sig acetyl transferas, samt motsatsen då de-acetylaser samt
methylaser lockas till regionen med TFs.
3
Betydelsen vid methylaser och mer långsigtig inhibering av regioner – betydelsen av
methyl histon bindande proteiner samt proteiner som i sin tur lockas till regionen och
kondenserar kromatinet.
Lodish – bra.
TFs har DNAbindande domän
Karakteristiskt för många specifika TF är att de är aktiva som dimerer och kan binda
till DNA med hjälp av en sk. DNA-bindande domän. De har ofta ytterligare domäner
som kan vara tex. protein-bindande.
Den DNA bindande domänen kan ha olika protein domänmotiv (finns ett 10-tal olika)
Ex.:
Zink-fingermotiv (ett av de vanligaste motiven)
Homeodomän ("Helix turn Helix "motiv)
"basic Helix-loop-Helix" motiv
"Leucine-zipper" motiv
OBS kan tas på genexpressionsanalys föreläsningen!
De specifika TF medierar vävnadsspecifikt genuttryck.
Beroende på vilken sekvens promotorn har och vilka reglerings-element som är
kopplade till genen så aktiveras olika gener av olika specifika TF. Uppsättningen av
specifika TF bestämmer alltså vilka gener som kan vara aktiva i en specifik celltyp
eller vävnad. Detta kallas vävnadsspecificitet.
Reglering/Inducering av genaktivitet
För att genen skall vara aktiv krävs att alla komponenter som aktiverar initieringen
finns på plats! Reglering av genaktivitet kan därför ske genom att avlägsna eller lägga
till nödvändiga specifika TF. Detta sker genom att tex flytta dem ut och in i kärnan
eller att påverka deras förmåga att binda DNA eller protein
Två exempel på hur detta kan ske:
Ex. 1. Nuklära receptorer är både receptorer och specifika TF. De kan först efter det
att de bundit en specifik ligand fungera som en TF. På detta sätt fungerar många av
våra steroid hormon (tex. östrogen). Efter ligandbindning så aktiverar de
transkriptionen av de specifika gener till vars regleringselement de kan binda.
Ex. 2. Aktivering av TF Stat1α: Om Stat1 fosforyleras av ett proteinkinas (JAK) så
kan det bilda dimerer och förs därmed in i kärnan och kan aktivera transkription av de
specifika gener där Stat1 kan binda.
Fosforylering -> transport till kärnan från cytoplasman.
4
