Hoofdstuk 10: Transcriptieregulatie bij Prokaryoten
DNA Polymerase
Verantwoordelijk voor DNA-replicatie (DNA
\rightarrow
DNA)Elke cel heeft ongeveer
10.000
DNA-moleculen.
Contact monitoring
Contact voor vragen: Carolien.VanSoom@kuleuven.be
Transcriptieproces
Omzetting van DNA naar RNA (DNA
\rightarrow
RNA)Betrokken enzym: RNA Polymerase
Translatieproces
Omzetting van RNA naar Eiwit (RNA
\rightarrow
Eiwit)Plaats van dit proces: Ribosoom
Factoren die de Transcriptie (TXN) Intensiteit Beïnvloeden
Promotorsterkte
Gedefinieerd door de nucleotidevolgorde.
Sigmafactoren
Eiwitten die helpen bij de initiatie van transcriptie.
Transcriptiemechanisme
RNA-synthese gebaseerd op de DNA-template.
Omvat genexpressiemechanismen.
Besproken voorbeeld: Rood fluorescerend eiwit.
Prokaryotische Transcriptie en Sigmafactoren
Verschillende Sigmafactoren in Bacteriën
Algemene sigmafactor (sigma70)
-35
consensussequentie: TTGACA-10
consensussequentie: TATAAT
Gespecialiseerde Sigmafactoren:
Hittestress sigmafactor (sigma32): CTTGAA
Flagellaire sigmafactor: CTAAA
Dominantie van Bacteriofaag Sigmafactoren
RNA Polymerase Interacties
Interageert met bacteriële sigmafactor en virale sigma-achtige factor.
Belangrijk bij het reguleren van vroege en late genexpressie tijdens infectie.
Bepaalde virale sigmafactoren hebben een hogere affiniteit voor RNA-polymerase dan sigma70.
Het Lactose Operon (Lac Operon)
Doel: Mechanisme dat bacteriën in staat stelt te reageren op omgevingsveranderingen via operatorsequenties.
Repressie door Lactose via de Lacl Inhibitor
Afwezigheid van Lactose
Belangrijke Componenten:
Regulatorgen (lacI)
Operonstructuren: lacO, lacZ, lacY, lacA, lacP.
Actief regulatorproteïne (repressor) bindt aan operator, waardoor transcriptie wordt geremd.
Aanwezigheid van Lactose
Leidt tot inactivatie van de lactate-repressor, waardoor transcriptie kan plaatsvinden.
Activatie door cAMP via CRP
Rol van cAMP
Bindt aan CRP (Catabolite Repressor Protein) om RNA-polymerase binding te vergemakkelijken en transcriptie te initiëren.
Scenario met Hoge Lactose en Lage Glucose:
cAMP-niveaus zijn hoog, waardoor cAMP-CRP transcriptie vergemakkelijkt.
RNA-polymerase activiteit neemt toe, wat leidt tot lac mRNA-synthese.
Verschillende Omgevingscondities
Wanneer lactose aanwezig is en glucose niveaus laag zijn, wordt lac mRNA-synthese waargenomen, terwijl beide stoffen aanwezig leiden tot lage synthese.
Tryptofaan Operon (Trp Operon)
Structuur:
Componenten omvatten promotor, operator, en genen voor tryptofaanbiosynthese (trpA, trpB, trpC, trpD, trpE, en trpG).
Repressie van het Trp Operon
Tryptofaan Repressor
Het trp-repressorproteïne bindt als dimeer aan DNA alleen wanneer tryptofaan aanwezig is, waardoor transcriptie wordt geblokkeerd.
Attenuatie van het Tryptofaan Operon
Mechanisme:
Omvat de vorming van secundaire structuren in de mRNA-leidersequentie.
Transcriptie wordt beïnvloed door het niveau van tryptofaan dat aanwezig is tijdens de codering, wat resulteert in vormverandering tussen terminator- en antiterminatorstructuren.
Vier Regulerende Mechanismen bij Prokaryoten
De-repressie (door lactose)
Activatie (door cAMP)
Repressie (door Trp)
Attenuatie (koppeling van TXN-TLN mechanismen)
Transcriptieregulatie bij Eukaryoten
Eukaryotische Processen:
Vereist coördinatie tussen meerdere weefseltypen.
Voorbeeld: Verschillende celtypen (spier-, vet-, immuun-, stamcellen, enz.) uiten verschillende niveaus van genproducten op basis van chromatineconfiguratie (bijv. euchromatine vs heterochromatine).
Overzicht van Eukaryotische Transcriptiefactoren (TFs) en Binding
Promotorregio's:
TATA-bindingseiwit (TBP) bindt aan eukaryotische promotors en is cruciaal voor activatie.
Transcriptie Inductie Complex:
Omvat meerdere TFs, waaronder TFIID, TFIIB, en RNA-polymerase II.
TFs helpen bij het herkennen van gemeenschappelijke consensussequenties die de initiatie bevorderen.
Chromosoomstructuur en Translocatie Inzichten
Menselijke Chromosoomkaart
Zichtbare banden gekenmerkt door Giemsa-kleuring.
Elk menselijk chromosoom heeft een uniek bandenpatroon dat helpt bij identificaties (bijv. het identificeren van translocaties bij specifieke kankers).
Voorbeeld: Burkitt-lymfoom geval met het c-myc-gen getransloceerd van chromosoom 8 naar 14.
Concepten van Epigenetica en X-Inactivatie
Barr Lichaampjes:
Vrouwelijke cellen vertonen een gecondenseerd X-chromosoom, bekend als een Barr-lichaampje, als gevolg van X-inactivatie.
X Inactivatie Proces:
Omvat DNA-methylatie en insertie van niet-coderend RNA (XIST) in het X-inactivatiecentrum.
De Rol van Lange Niet-Coderende RNA's (lncRNA's)
Beschrijvingen:
Niet-eiwitcoderende transcripten van meer dan
200
nucleotiden.
Functionaliteit:
Betrokken bij diverse cellulaire processen, waardoor chromatine structuur en signaalroutes worden beïnvloed.
MicroRNA's (miRNA's)
Beschrijving:
Kleine,
\sim21-22
nucleotide lange RNA's betrokken bij post-transcriptionele regulatie van genexpressie.
Functies:
Reguleren de expressie van vele eiwitcoderende genen en zijn betrokken bij diverse ziekten.
Werkingsplek voor Transcripties (campsite for Transcriptions):
Vele cellulaire processen worden gemoduleerd door miRNA-interacties met messenger-ribonucleoproteïnen (mRNP's).
Samenvatting van Transcriptieregulatie Gebeurtenissen
Meerdere enhancers kunnen ver van de kernpromotor gelegen zijn en worden gereguleerd door specifieke transcriptiefactoren (TFs).
De activiteit van TFs kan worden beïnvloed door hormoonbinding (bijv. steroïde hormoonreceptoren).
Recente vorderingen in het begrip van retrotranscriptie en de rol van niet-coderende RNA's hebben de klassieke concepten van genexpressieregulatie uitgebreid.
Conclusie
Het begrijpen van transcriptieregulatiesystemen bij zowel prokaryoten als eukaryoten biedt inzicht in genexpressie en kan medisch onderzoek, therapeutische benaderingen en biotechnologische ontwikkelingen informeren.