Глобальная регуляция экспрессии генов

Июль 29, 2022

Главная
Медицина
Глобальная регуляция экспрессии генов

Содержание

2. GR1.1 Локализация эу-(светлые части хромосом) и гетерохроматина (интенсивно окрашенные участки) в кариотипе дрозофилы по результатам С-окрашивания.
3. 15 УПАКОВКА ДНК В ХРОМОСОМАХ. ГИСТОНЫ Типичные характеристики гистонов млекопитающих ТИП Число Мм, кДа Число Lys/Arg
4. 16 УПАКОВКА ДНК В ХРОМОСОМАХ «бусы на нитке» хроматиновые фиблиллы вытянутые петли компактные петли
5. 16.1 УПАКОВКА ДНК В ХРОМОСОМАХ Электронная микрофотография одиночной хроматиды митотитеской хромосомы насекомого. Специальная обработка позволяет визуализировать
6. GR1.2 Метилирование ДНК Активность транскрипции зависит от степени метилирования цитозина в динуклеотидных парах оснований: 5’-CG-3’ 3’-GC-3’
7. GR2 В тканях эмбриона до его имплантации обе хромосомы активны и не метилированы. После имплантации экспрессия
8. СУДЬБА СИНТЕЗИРОВАННЫХ БЕЛКОВ 105 Посттрансляционная модификация Превращение препроинсулина в инсулин сигнальный пептид A B C препроинсулин
9. 106 Доставка эукариотических белков к клеточным мембранам и проникновение через них Эндоплазматический ретикулум (ЭР) - непрерывная
10. 107 Котрансляционный транспорт полипептидных цепей сигнальная последовательность
11. 108 Направление синтезируемых полипептидных цепей в просвет ЭР Транспорт мембранных и секретируемых белков в просвет ЭР
12. Scheme of the eubacterial complex Structure of the E. coli signal recognition particle bound to a
13. 109 Характерные N-концевые сигнальные последовательности эукариотических и прокариотических белков Длина сигнальной последовательности составляет от 15 до
14. 110 Транспорт белков от ЭР к аппарату Голъджи и из него Белки направляются к лизосомам, плазматическим
15. 111 Транспорт белков от ЭР к аппарату Гольджи и из него модификация транспорт
16. 112 Транспорт белков в эукариотические клеточные органеллы
17. Mechanisms of Nuclear Import and Export Gene Expression in Prokaryotes: DNA ? RNA ? Protein Gene
18. 112.5 Транспорт белков в ядро (nuclear import) Proteins to be imported into the nucleus have Nuclear
19. 112.6 Транспорт из ядра (nuclear export)
20. The classical nuclear import cycle. Allison Lange et al. J. Biol. Chem. 2007;282:5101-5105 ©2007 by American
21. 113 Клеточная стенка грамположительных (А) и грамотрицательных (Б) эубактерий: 1 — цитоплазматическая мембрана; 2 — пептидогликан;
22. 113.1 Строение клеточных стенок
23. 113.2 Строение клеточной стенки грам-отрицательных бактерий
24. 113.3 Строение клеточной стенки грам-положительных бактерий
25. 114 Характерные N-концевые сигнальные последовательности эукариотических и прокариотических белков Длина сигнальной последовательности составляет от 15 до
26. СТРУКТУРА ГЕНОМОВ
27. Геном - суммарная ДНК одного набора хромосом и внехромосомных генетических элементов организма. 114.5
28. 115 СТРУКТУРНЫЕ ОСОБЕННОСТИ ПРОКАРИОТИЧЕСКИХ И ЭУКАРИОТИЧЕСКИХ ГЕНОВ Сегменты ДНК, которые транскрибируются с образованием одной молекулы РНК
29. 116 ЭУКАРИОТИЧЕСКИЕ ГЕНЫ Гены класса I кодируют 5,8S-, 18S- и 28S-pPHK, транскрибируются РНК-полимеразой I (Pol I).
30. 117 Регуляторные участки гена транскрибируемого Pol II Фактор транскрипции - любой белок необходимый для инициации транскрипции,
31. 118 Расположение белков в типичном промоторе эукариот Общие факторы транскрипции PolII к настоящему времени выделены и
32. 119 Специфические факторы транскрипции Специфические факторы транскрипции должны обладать двумя важнейшими свойствами: 1) опознавать специфические последовательности-мишени,
33. 120 Специфические мотивы связывания с ДНК «Цинковые пальцы» - zinc finger domain (a) Организация домена эстрогенового
34. 121 Специфические мотивы связывания с ДНК Спираль-поворот-спираль - helix-turn-helix Взаимодействие димера репрессора λ с ДНК. Каждый
35. 122 Специфические мотивы связывания с ДНК Структура AP-1/DNA комплекса. AP-1 – димер, сформированный транскрипционным фактором Jun
36. 122.1 Специфические мотивы связывания с ДНК Фактор транскрипции MyoD. Структура мотива «helix-loop-helix». PDB ID: 1MDY Спираль-петля-спираль
37. 123 Энхансеры Энхансерные последовательности служат в качестве специфических участков связывания особых регуляторных белков, активирующих процесс транскрипции
38. Инсуляторы Только в пределах участка между двумя инсуляторами энхансерные последовательности, связавшись с белками-активаторами, могут образовать петлю
39. 125 Терминация транскрипции Механизмы, которые определяют 3'-конец соответствующих функциональных РНК-продуктов, уникальны для каждой полимеразной системы Сигналом
40. 126 Транскрипция Pol II многих генов белков эукариот осуществляется во множественных сайтах последовательности ДНК протяженностью в
41. 127 Экзоны и интроны Экзон-интронное строение некоторых генов человека Распределение частот встречаемости генов с различным числом
43. Скачать презентацию

Слайд 2

GR1.1
Локализация эу-(светлые части хромосом) и гетерохроматина (интенсивно окрашенные участки) в кариотипе

дрозофилы по результатам С-окрашивания. а - самец, б - самка. Цифры - номера хромосом. X и Y - половые хромосомы. Шкала 10 мкм.

Изменение хромомерного рисунка в ядрышко- образующей хромосоме Allilum cepa (лук обыкновенный) в прометафазе-метофазе мейоза

а – ранняя профаза;
б - укорочение профазных хромосом;
в - дальнейшее укорочение межхромомерных участков;
г – метафазная хромосома.

Изменение состояния хроматина

Слайд 3

15
УПАКОВКА ДНК В ХРОМОСОМАХ. ГИСТОНЫ
Типичные характеристики гистонов млекопитающих
ТИП Число Мм, кДа Число

Lys/Arg Число
АК основных кислых
АК АК
Н1 (кролик) 213 23,0 65 21 12
H2А(корова) 129 14,0 26 1,2 20
Н2В(корова) 125 13,8 28 2,5 16
HЗ (корова) 135 15,3 32 0,7 18
Н4 (корова) 102 11,3 26 0,8 10

нуклеосома

В такой структуре с одним гистоновым октамером и молекулой гистона Н1 ассоциированы 168 пар оснований спиральной ДНК

Слайд 4

16
УПАКОВКА ДНК В ХРОМОСОМАХ
«бусы на
нитке»
хроматиновые фиблиллы
вытянутые петли
компактные петли

Слайд 5

16.1
УПАКОВКА ДНК В ХРОМОСОМАХ
Электронная микрофотография одиночной хроматиды митотитеской хромосомы насекомого. Специальная

обработка позволяет визуализировать петли хроматина, отходящин от центральной хроматиды.

Петлевые участки (домены)

Слайд 6

GR1.2
Метилирование ДНК
Активность транскрипции зависит от степени метилирования цитозина в динуклеотидных парах

оснований:

5’-CG-3’
3’-GC-3’

За исключением нескольких случаев, при наличии метилированных групп остатков цитозина внутри регуляторных областей гена и вокруг них (гиперметилирование) эффективность генной экспрессии уменьшается, часто полностью подавляется. И наоборот активное состояние генов обычно сочетается с отсутствием метилирования или понижением степени метилирования (гипометилирование).

Метилирование как правило происходит по положению 5 остатков цитозина (5-meC).

Слайд 7

GR2
В тканях эмбриона до его имплантации обе хромосомы активны и не

метилированы. После имплантации экспрессия генов одной из двух хромосом прекращается, в то время как другая хромосома остается транскрипционно активной. По-видимому, инактивация предшествует интенсивному метилированию, которое происходит несколько позже. Обработка клеток, содержащих активную и неактивную хромосомы, азацитидином (5-azaC) приводит к интенсивной элиминации остатков 5-meС из неактивной хромосомы и к активации экспрессии ее генов.

Инактивация одной из двух Х-хромосом у млекопитающих

Слайд 8

СУДЬБА СИНТЕЗИРОВАННЫХ БЕЛКОВ
105
Посттрансляционная модификация
Превращение препроинсулина в инсулин
сигнальный пептид
A
B
C
препроинсулин
проинсулин
инсулин
C
A
B
Примеры: гликозилирование; фосфорилирование,

присоединение липидов, ограниченный протеолиз, процессинг N-концевого района ...

Слайд 9

106
Доставка эукариотических белков к клеточным мембранам и проникновение через них
Эндоплазматический ретикулум

(ЭР) - непрерывная сеть внутриклеточных мембран, окружающих пространство, называемое просветом ЭР

Слайд 10

107
Котрансляционный транспорт полипептидных цепей
сигнальная
последовательность

Слайд 11

108
Направление синтезируемых полипептидных цепей в просвет ЭР
Транспорт мембранных и секретируемых белков

в
просвет ЭР опосредуется взаимодействием
полипептидной сигнальной последовательности
с сигнал-распознающей частицей
и рецептором этой частицы

СРЧ представляет собой комплекс из шести белков с мол. массами от 10000 до 75000 Да и единственной молекулы РНК длиной 300 нуклеотидов - 7SL-PHK

Слайд 12

Scheme of the eubacterial complex
Structure of the E. coli signal recognition

particle bound to a translating ribosome

108.5

Cryo-EM structure of the eubacteria ribosome-SRP complex

Слайд 13

109
Характерные N-концевые сигнальные последовательности эукариотических и прокариотических белков
Длина сигнальной последовательности составляет

от 15 до 35 аминокислотных остатков.
В начале сигнальных последовательностей обычно распологаются короткий участок, включающий одну или несколько заряженных аминокислотных остатков, а за ним следует гидрофобный сегмент

Слайд 14

110
Транспорт белков от ЭР к аппарату Голъджи и из него
Белки направляются

к лизосомам, плазматическим мембранам или секретируются с помощью аппарата Гольджи - набора тесно упакованных, взаимопроникающих, окруженных мембранами цистерн.
Перенос белков к аппарату Гольджи осуществляется с помощью так называемых окаймленных пузырьков (везикул), отпочковывающихся от ЭР и сливающихся с цистернами Гольджи.

Белки, предназначенные для секреции, сначала попадают в секреторные везикулы, которые в конце концов сливаются с плазматическими мембранами и высвобождают свое содержимое наружу

Слайд 15

111
Транспорт белков от ЭР к аппарату Гольджи и из него
модификация
транспорт

Слайд 16

112
Транспорт белков в эукариотические клеточные органеллы

Слайд 17

Mechanisms of Nuclear Import and Export
Gene Expression in Prokaryotes:
DNA ? RNA

? Protein
Gene Expression in Eukaryotes:
DNA ? RNAN -----? RNAC ? Protein
export
CYTOPLASM
?--------- Nuclear Proteins
Shuttling Proteins
NUCLEAR IMPORT/EXPORT ARE ESSENTIAL PROCESSES FOR GENE REGULATION IN EUKARYOTES AND ARE HIGHLY REGULATED PROCESSES

NUCLEUS

N E

Import

Export

?---------?

Слайд 18

112.5
Транспорт белков в ядро (nuclear import)
Proteins to be imported into the

nucleus have Nuclear Localization Signals (NLS’s) that enable nuclear import.
NLS’s bind to importin α subunit of an importin α-β complex.
Transport through the NPC is mediated by interaction of degenerative sequences in the NPC proteins with the importin β subunit.
Key to function and regulation are Ran-GTP [high in nucleus by RCC1 (Ran nucleotide exchange factor)] & Ran-GDP [high in cytoplasm by RAN GAP (RAN GTP activating protein)]. Ran - GTFase.
The asymmetric distribution of RCC1 in the nucleus and Ran GAP in the cytoplasm drives the nuclear import process.

Слайд 19

112.6
Транспорт из ядра (nuclear export)

Слайд 20

The classical nuclear import cycle.
Allison Lange et al. J. Biol.

Chem. 2007;282:5101-5105

Слайд 21

113
Клеточная стенка грамположительных (А) и грамотрицательных (Б) эубактерий:
1 — цитоплазматическая мембрана;

2 — пептидогликан;
3 — периплазматическое пространство;
4 — наружная мембрана:
5 — цитоплазма

Транспорт белков в клетках прокариот

Строение клеточных стенок

Слайд 22

113.1
Строение клеточных стенок

Слайд 23

113.2
Строение клеточной стенки грам-отрицательных бактерий

Слайд 24

113.3
Строение клеточной стенки грам-положительных бактерий

Слайд 25

114
Характерные N-концевые сигнальные последовательности эукариотических и прокариотических белков
Длина сигнальной последовательности составляет

Слайд 26

СТРУКТУРА ГЕНОМОВ

Слайд 27

Геном - суммарная ДНК одного набора хромосом и внехромосомных генетических элементов

организма.

114.5

Слайд 28

115
СТРУКТУРНЫЕ ОСОБЕННОСТИ ПРОКАРИОТИЧЕСКИХ И ЭУКАРИОТИЧЕСКИХ ГЕНОВ
Сегменты ДНК, которые транскрибируются с образованием

одной молекулы
РНК называются единицами транскрипции

Прокариотические гены

Слайд 29

116
ЭУКАРИОТИЧЕСКИЕ ГЕНЫ
Гены класса I кодируют 5,8S-, 18S- и 28S-pPHK, транскрибируются РНК-полимеразой

I (Pol I).
Гены класса II кодируют все мРНК и ряд мяРНК транскрибируются РНК-полимеразой II (Pol II).
Гены класса III кодируют тРНК, 5S-pPHK и некоторые мцРНК транскрибируются РНК-полимеразой III (Pol III).

Структурные особенности типичного эукариотического гена, кодирующего белок

Единица транскрипции сегмент от точки инициации транскрипции до области ее окончания

upstream

downstream

Слайд 30

117
Регуляторные участки гена транскрибируемого Pol II
Фактор транскрипции - любой белок необходимый

для инициации транскрипции, но не являющийся собственно РНК-полимеразой

домен Голдберга-Хогнесса

Слайд 31

118
Расположение белков в типичном промоторе эукариот
Общие факторы транскрипции PolII к настоящему

времени выделены и очищены. Их шесть: TFIIA, TFIIB, TFIID, TFIIE, TFIIF и TFIIH (или, по другим данным, семь: +TFIIJ).

Одна из субъединиц TFIIH обладает протеинкиназной активностью

Слайд 32

119
Специфические факторы транскрипции
Специфические факторы транскрипции должны обладать двумя важнейшими свойствами:
1) опознавать

специфические последовательности-мишени, расположенные в энхансерах, промоторах и других регуляторных элементах данного гена;
2) связываться с другими компонентами транскрипционного аппарата после присоединения к ДНК.
Очень часто молекула фактора транскрипции имеет разобщенные домены связывания с ДНК и активаторами транскрипции. Иногда возникает третий домен, связующий два предыдущих (соединяющий домен).

Слайд 33

120
Специфические мотивы связывания с ДНК
«Цинковые пальцы» - zinc finger domain

(a) Организация домена эстрогенового рецептора (ER).
(b) Комплекс доменов цинковых пальцев ER и ДНК. Две молекулы ER формируют димер. (Большинство рецепторов стероидных гормонов содержат такой мотив.) PDB ID: 1HCQ

Слайд 34

121
Специфические мотивы связывания с ДНК
Спираль-поворот-спираль - helix-turn-helix
Взаимодействие димера репрессора λ с ДНК. Каждый

λ репрессор включает мотив «helix-turn-helix». Одна из спиралей расположено в большой бороздке ДНК-спирали. PDB ID: 1LMB

Слайд 35

122
Специфические мотивы связывания с ДНК
Структура AP-1/DNA комплекса. AP-1 – димер, сформированный

транскрипционным фактором Jun и гомологичным ему белком Fos. Этот комплекс содержит мотив «лейциновая молния», который сформирован двумя альфа-спиралями. PDB ID: 1FOS

Лейциновая молния - leucine zipper

Leu
(в каждой
7 позиции)

Гидрофобные а.о.

Слайд 36

122.1
Специфические мотивы связывания с ДНК
Фактор транскрипции MyoD.
Структура мотива «helix-loop-helix».
PDB ID:

1MDY

Спираль-петля-спираль - helix-loop-helix

Слайд 37

123
Энхансеры
Энхансерные последовательности служат в качестве специфических участков связывания особых регуляторных белков,

активирующих процесс транскрипции

Существуют также зоны ДНК, ответственные за репрессию активности генов — сайленсеры. Они связываются с белками-репрессорами.

Слайд 38

Инсуляторы
Только в пределах участка между двумя инсуляторами энхансерные последовательности, связавшись с

белками-активаторами, могут образовать петлю и осуществить взаимодействие с промотором

124

Строение домена активирования гена между двумя инсуляторами

Слайд 39

125
Терминация транскрипции
Механизмы, которые определяют 3'-конец соответствующих функциональных РНК-продуктов, уникальны для каждой

полимеразной системы

Сигналом к терминации транскрипции с участием Pol I служат высококонсервативные последовательности значащей цепи (у мышей длиной 18 п.н. 5'-AGGTCGACCAG(TA/AT)NTCCG-3', так называемый SalI-бокс), которой обычно предшествует один или несколько пиримидиновых кластеров. Tерминация в этих сайтах происходит при связывании специфических белков с последовательностями ДНК

3'-концы РНК, синтезированных при помощи РНК-полимеразы III, как правило, соответствуют сайтам, в которых заканчивается транскрипция. Для терминации транскрипции нужен только сам фермент и кластер дезоксиаденилатных остатков на матричной цепи и определенные фланкирующие его последовательности.

Слайд 40

126
Транскрипция Pol II многих генов белков эукариот осуществляется во множественных сайтах

последовательности ДНК протяженностью в сотни, а иногда и тысячи пар нуклеотидов.

Терминация транскрипции

Все неполиаденилированные гистоновые мРНК любых организмов имеют зрелый 3'-конец с характерной структурой, служащей терминатором транскрипции

Некоторые гены белков, напротив, имеют четко определенные сигналы терминации транскрипции. Транскрипция заканчивается перед сигнальной последовательностью, в каком бы месте ДНК она ни находилась. Этот сигнал напоминают ρ-зависимые сигналы терминации у Е. coli.

Терминация транскрипции связана с полиаденилированием. Последовательность ААТААА - обязательный элемент сигнала полиаденелирования, участвует также в терминации транскрипции

Слайд 41

127
Экзоны и интроны
Экзон-интронное строение некоторых генов человека
Распределение частот встречаемости генов с

различным числом экзонов

Количество экзонов в гене

ИНТРОН – часть гена, которая «переписывается» в пре-мРНК, но при образовании зрелой мРНК из нее удаляется

Глобальная регуляция экспрессии генов

Содержание

GR1.1Локализация эу-(светлые части хромосом) и гетерохроматина (интенсивно окрашенные участки) в кариотипе

15УПАКОВКА ДНК В ХРОМОСОМАХ. ГИСТОНЫТипичные характеристики гистонов млекопитающихТИП Число Мм, кДа Число

16УПАКОВКА ДНК В ХРОМОСОМАХ«бусы на нитке»хроматиновые фиблиллывытянутые петликомпактные петли

16.1УПАКОВКА ДНК В ХРОМОСОМАХЭлектронная микрофотография одиночной хроматиды митотитеской хромосомы насекомого. Специальная

GR1.2Метилирование ДНКАктивность транскрипции зависит от степени метилирования цитозина в динуклеотидных парах

GR2В тканях эмбриона до его имплантации обе хромосомы активны и не

106Доставка эукариотических белков к клеточным мембранам и проникновение через нихЭндоплазматический ретикулум

107Котрансляционный транспорт полипептидных цепейсигнальная последовательность

108Направление синтезируемых полипептидных цепей в просвет ЭРТранспорт мембранных и секретируемых белков

Scheme of the eubacterial complexStructure of the E. coli signal recognition

109Характерные N-концевые сигнальные последовательности эукариотических и прокариотических белковДлина сигнальной последовательности составляет

110Транспорт белков от ЭР к аппарату Голъджи и из негоБелки направляются

111Транспорт белков от ЭР к аппарату Гольджи и из негомодификациятранспорт

112Транспорт белков в эукариотические клеточные органеллы

Mechanisms of Nuclear Import and ExportGene Expression in Prokaryotes:DNA ? RNA

112.5Транспорт белков в ядро (nuclear import)Proteins to be imported into the

112.6Транспорт из ядра (nuclear export)

The classical nuclear import cycle. Allison Lange et al. J. Biol.

113Клеточная стенка грамположительных (А) и грамотрицательных (Б) эубактерий: 1 — цитоплазматическая мембрана;

113.1Строение клеточных стенок

113.2Строение клеточной стенки грам-отрицательных бактерий

113.3Строение клеточной стенки грам-положительных бактерий

114Характерные N-концевые сигнальные последовательности эукариотических и прокариотических белковДлина сигнальной последовательности составляет