Informacije

15: Pozitivna i negativna kontrola ekspresije gena - Biologija

15: Pozitivna i negativna kontrola ekspresije gena - Biologija


We are searching data for your request:

Forums and discussions:
Manuals and reference books:
Data from registers:
Wait the end of the search in all databases.
Upon completion, a link will appear to access the found materials.

Operaoni

An operon je skup koordinirano reguliranih gena. To uključuje strukturnih gena (generalno kodiranje enzima), regulatorni geni (kodiranje, npr. aktivatori ili represori) i regulatorne stranice (kao što su promoteri i operateri). Tip kontrole je definiran odgovorom operona kada nije prisutan regulatorni protein. U slucaju da negativnu kontrolu, geni u operonu se eksprimiraju osim ako ih isključi protein represor. Tako će se operon konstitutivno uključiti (geni će biti eksprimirani) kada je represor inaktiviran. U slucaju da pozitivna kontrola, geni se eksprimiraju samo kada aktivni regulatorni protein, npr. prisutan je aktivator. Tako će se operon isključiti kada pozitivni regulatorni protein izostane ili je inaktiviran.

Tabela 4.1.1. Pozitivna naspram negativne kontrole

Katabolički naspram biosintetičkih otvora

Katabolički putevi katalizuju razgradnju nutrijenata ( supstrat za put) za stvaranje energije, tačnije ATP, energetske valute ćelije. U odsustvo supstrat,nema razloga da katabolički enzimi budu prisutni, a operon koji ih kodira jeste potisnuti. U prisustvo supstrata, kada su potrebni enzimi, operon je inducirano ili de-represirani.

Tabela 4.1.2. Usporedba kataboličkih i biosintetskih operona
Operan kodiraOdsustvoEfekatPrisustvoEfekat
kataboličkih enzimasupstratpotisnutsupstratderepresivan (induciran)
biosintetički enzimiproizvodinduciranoproizvodpotisnuti

Na primjer, lac operon kodira enzime potrebne za preuzimanje (laktozna permeaza) i početno razlaganje laktoze (disaharid b-D-galaktozil-1->4-D-glukoza) u galaktozu i glukozu (koju katalizira b-galaktozidaza). Ovi monosaharidi se razgrađuju do laktata (uglavnom putem glikolize, proizvodeći ATP), i od laktata do CO2 (putem ciklusa limunske kiseline), stvarajući NADH, koji se unosi u lanac transporta elektrona kako bi proizveo više ATP-a (oksidativna fosforilacija). To može dati energiju za život bakterijske ćelije. Međutim, početni enzimi (laktoza permeaza i b-galaktozidaza) su potrebni samo i samo se izražavaju u prisutnosti laktoze i u nedostatku glukoze. U prisustvu supstrata laktoze, operon se uključuje, a u njegovom odsustvu, operon se isključuje.

Anabolički ili biosintetički putevi koriste energiju u obliku ATP-a i redukcionih ekvivalenata u obliku NAD(P)H da kataliziraju sintezu ćelijskih komponenti ( proizvod) od jednostavnijih materijala, npr. sinteza aminokiselina iz malih dikarboksilnih kiselina (komponente ciklusa limunske kiseline). Ako ćelija već ima dosta proizvoda (u prisustvo proizvod), enzimi koji kataliziraju njegovu sintezu nisu potrebni, a operon koji ih kodira je potisnut. U odsustvo proizvoda, kada ćelija treba da napravi više, inducira se biosintetski operon. Na primjer, trpoperon kodira enzime koji katalizuju konverziju horizmičke kiseline u triptofan. Kada je ćelijska koncentracija Trp (ili Trp-tRNAtrp) visoka, operon se ne eksprimira, ali kada su nivoi niski, eksprimira se operon.

Inducibilni protiv represivnih operona

Inducibilno operoni se uključuju kao odgovor na metabolit (mali molekul koji prolazi kroz metabolizam) koji reguliše operon. Npr. lac operon se inducira u prisutnosti laktoze (djelovanjem metaboličkog nusproizvoda alolaktoze). Repressible operoni se isključuju kao odgovor na mali regulatorni molekul. Na primjer, trpoperon je potisnut u prisustvu triptofana. Imajte na umu da su u ovoj upotrebi termini definisani odgovorom na mali molekul. Iako je lac inducibilan operon, vidjet ćemo uvjete pod kojima je potisnut ili induciran (putem derepresije).

Tabela 4.1.3.

Mapa operona E. colilac

Slika 4.1.1.

  1. Promoteri = str= vezna mjesta za RNA polimerazu sa kojih ona inicira transkripciju. Postoje zasebni promoteri za lacIgen i lacZYAgeni.
  2. Operater = o = mesto vezivanja za represor; preklapa se s promotorom za lacZYA.
  3. Repressor kodiran od strane lacIgen
  4. Strukturni geni: lacZYA

lacZ kodira b-galaktozidazu, koja cijepa disharid laktozu na galaktozu i glukozu.

lacYkodira laktoznu permeazu, membranski protein koji olakšava unos laktoze.

lacAkodira b-galaktozid transacetilazu; funkcija ovih enzima u katabolizmu laktoze nije razumljiva (barem ja)

C. Negativna kontrola

The lac operon je ispod oboje negativna i pozitivna kontrola. Mehanizmi za to će se posebno razmotriti.

1. U negativnoj kontroli, lacZYAgeni se isključuju represorom kada je induktor odsutan (što signalizira odsustvo laktoze). Kada je represivni tetramer vezan za o, lacZYAje nije transkribovano i stoga nije izraženo.

Slika 4.1.2. Potisnuto lac operon

2. Kada je induktor prisutan (signalizira prisustvo laktoze), on veže protein represora, mijenjajući tako njegovu konformaciju, smanjujući njegov afinitet za o, operater. Disocijacija kompleksa represor-induktor dozvoljava lacZYAbiti transkribovani i stoga izraženi.

Slika 4.1.3. Indukcija lac operona derepresijom.

Induktori

The prirodni induktor (ili antirepresor), jeste alolaktoza, analog laktoze. Nastaje kao metabolički nusprodukt reakcije koju katalizira b-galaktozidaza. Obično ovaj enzim katalizira cijepanje laktoze na galaktozu + glukozu, ali povremeno će katalizirati izomerizaciju u formiranje alolaktoze, u kojoj je galakoza povezana sa C6 glukoze umjesto C4.

A besplatni induktor će inducirati operon, ali neće biti metaboliziran kodiranim enzimima; stoga se indukcija održava duže vrijeme. Jedan od najčešće korištenih u laboratoriji je sintetički analog laktoze nazvan izopropiltiogalaktozid (IPTG). U ovom jedinjenju b-galaktozidna veza je za tiol, koji nije efikasan supstrat za b-galaktozidazu.

E. Regulatorni mutanti

Regulatorne mutacije utiču na količinu svih enzima koje kodira operon, dok mutacije u strukturnom genu utiču samo na aktivnost kodiranog (jednog) polipeptida.

Represorski mutanti

  • a. Sojevi divljeg tipa (lacI+) su inducibilno.
  • b. Većina sojeva s defektnim represorom (čipka-) su konstitutivnitvore enzime kodirane lac operonom čak i u odsustvu induktora.
  • c. Sojevi s potiskivačem koji nisu u mogućnosti stupiti u interakciju s induktorom (lacIS) su neinducibilan. Budući da se induktor ne može vezati, represor ostaje na operatoru i sprječava ekspresiju operona čak i u prisutnosti induktora.
  • d. Dedukcije zasnovane na fenotipovima mutanata
Tabela 4.1.4. Fenotipovi represorskih mutanata
b-galaktozidazatransacetilaze
Genotip-IPTG+IPTG-IPTG+IPTGZaključak
I+Z+A+<0.1>100<1>100Inducibilno
I+Z-A+<0.1><0.1><1>100lacZkodira b-galaktozidazu
I-Z+A+1001009090Konstitutivni
I+Z-A+ /F' I-Z+A+<0.1>100<1>200I+ >ja- in trans
IsZ+A+<0.1><1><1><1>Neinducibilan
IsZ+A+ /F' I+Z+A+<0.1>1<1>1Is>.I+ in trans
  1. Operon divljeg tipa inducira IPTG.
  2. Mutacija u lacZutiče samo na b-galaktozidazu, ne i na transacetilazu (ili druge produkte operona), pokazujući da lacZje strukturni gen.
  3. Mutacija u lacIutiče na oba enzima, dakle lacIje regulatorni gen. Oboje se izražava u odsustvu induktora, pa je operon konstitutivno izražen (soj pokazuje konstitutivni fenotip).
  4. U merodiploidnom soju, u kojem je jedna kopija lac operona na hromozomu, a druga kopija na F' faktoru, može se testirati dominacija jednog alela nad drugim. Divlji tip lacI+je dominantan nad čipka-intrans. U situaciji kada je jedini funkcionalan lacZgen je na istom hromozomu kao čipka-, funkcionalni lacI i dalje izaziva represiju u odsustvu induktora.
  5. The lacISalel je neinducibilan.
  6. U merodiploidu, the lacISalel dominira nad divljim tipom u trans.

e. Činjenica da je proizvod lacIgen je trans-djelovanje znači da je to difuzibilna molekula koja se može kodirati na jednom kromosomu, ali djelovati na drugi, poput F 'kromosoma u primjeru (d) gore. Zapravo proizvod lacIgen je represorski protein.

2. Operatorski mutanti

a. Defekti u operatoru dovode do konstitutivne ekspresije operona, pa se može izolovati operator konstitutivne mutacije, skraćeno oc. Divlji tip o+je inducibilna.

b. Mutacije u operatoru su cis-gluma; oni utiču samo na ekspresiju strukturnih gena na istom hromozomu.

(1) Merodiploid I+ocZ+/I+o+Z- [ovo je skraćenica za lacI+oclacZ+/lacI+o+lacZ-] konstitutivno izražava b-galaktozidazu. Dakle oc je dominantan za o+ kada oc je u cisto lacZ+.

(2) Merodiploid I+ocZ-/I+o+Z+ je inducibilan za ekspresiju b-galaktozidaze. Dakle o+ je dominantan za oc kada o+ je u cisto lacZ+.

(3)Alel od oto je u cisna aktivni reporter gen (tj. na istom hromozomu kao lacZ+ u ovom slučaju) je onaj čiji se fenotip vidi. Dakle, operator je cis-vršilac dužnosti, a ova imovina se naziva cis-dominacija. Kao i u većini slučajeva cis-regulatorne sekvence, ovo su mjesta na DNK koja su potrebna za regulaciju. U ovom slučaju operater je obvezujuća lokacija za trans- djelujući represorski protein.

Interakcije između Operatera i Represora

Redoslijed operatora

Operater preklapanja početak stranice transkripcije i promoter. Ima a dijadnu simetriju sa centrom na +11. Takva dijadna simetrija se obično nalazi na mjestima vezivanja za simetrične proteine ​​(represor je homotetramer). Sekvenca DNK koja čini operator je definisana pozicijom oC mutacije, kao i nukleotidi zaštićeni od reakcije sa, npr. DMS, nakon vezivanja represora.

Slika 4.1.4.

2. Repressor

a. Pročišćavanje

(1) Povećajte količinu represora u početnom materijalu za prekomjerno izražavanje.

Ćelija divljeg tipa ima samo oko 10 molekula represorskog tetramera. Izolacija i pročišćavanje proteina je uvelike potpomognuto upotrebom mutiranog soja s mutacijama up-promotora za lacI, tako da je mnogo više kopija proteina bilo prisutno u svakoj ćeliji. Ova opšta strategija prekomerne proizvodnje proteina se široko koristi u šemama prečišćavanja. Sada se gen za protein klonira u ekspresijski vektor, tako da domaćin (u ovom slučaju bakterija) stvara veliku količinu proteina - često značajan dio ukupnog bakterijskog proteina.

(2) Testovi za represor

[1]Vezivanje radioaktivno označenog IPTG (besplatni induktor) za represor

[2] Vezivanje radioaktivno obilježene DNK sekvence operatora za represor. To se može pratiti sposobnošću proteinsko-DNK kompleksa da se veže za nitrocelulozu (dok se radioaktivno obilježen mutantni DNK operatora fragmentira, oc, plus represor se neće vezati). Sada bi se u mnogim slučajevima koristili elektroforetski testovi pomaka mobilnosti.

[3]Ova sposobnost određenih sekvenci da se vežu sa visokim afinitetom za željeni protein često se koristi za brzu izolaciju proteina. Mjesto vezivanja može se sintetizirati kao dupleks oligonukleotidi. Oni su povezani zajedno kako bi se formirali multimeri, koji su zatim pričvršćeni na čvrsti supstrat u koloni. Željeni protein koji se vezuje za DNK se zatim može izolovati pomoću afinitetna hromatografija, koristeći mjesto vezivanja u DNK kao afinitetni ligand.

b. Izolovani, funkcionalni represor je a tetramer; svaki od četiri monomera je proizvod lacI gen (tj. radi se o homotetrameru).

c. The DNK-vezivanje domenaof the lac represor se sklapa u a helix-turn-helixdomena. Ovu strukturnu domenu ćemo detaljnije ispitati u Poglavlju III. To je jedan od najčešćih domena za vezanje DNK kod prokariota, a sličan strukturni domen (homeodomen) nalazi se u nekim eukariotskim transkripcijskim regulatorima.

3. Kontakt tačke između represora i operatera

a. Istraživanje kontaktnih tačaka između represora i operatera koristilo je iste tehnike o kojima smo prethodno raspravljali za mapiranje mjesta vezivanja RNA polimeraze na promotoru, npr. testovi elektroforetskog pomaka mobilnosti (da li se fragment DNK veže?), otisci DNAze (gdje se protein vezuje?) i testovi interferencije metilacije (metilacija kojih purina će spriječiti vezivanje?). Alternativne šeme će omogućiti da se identifikuju mesta na kojima je metilacija ili sprečena ili pojačana vezivanjem represora. Ove tehnike daju biohemijsku definiciju operator = mesto vezivanja za represor.

b. Ključne kontaktne tačke (vidi sliku 4.1.4.):

(1) su unutar dijade simetrije.

(2) podudaraju (u mnogim slučajevima) sa nukleotidima koji kada mutiraju dovode do konstitutivne ekspresije. Imajte na umu da je ovo potonje genetska definicija operatora i poklapa se s biohemijski definiranim operatorom.

(3) imaju tendenciju da budu raspoređeni simetrično oko ose dijade (+11).

(4) su uglavnom na jednoj strani dvostruke spirale DNK.

c. Djelomično preklapanje između operatera i promotora u početku je sugeriralo model steričke smetnje za objašnjenje mehanizma potiskivanja. Sve dok je represor bio vezan za operatora, polimeraza se nije mogla vezati za promotor. Ali, kao što će biti istraženo u sledećem poglavlju, ovo jeste neslučaj. RNA polimeraza moguvezati za lacpromoter čak i kada je represor uključen lac operater. Međutim, polimeraza ne mogu iniciratitranskripcija kada se stavi pored repsosora.

4. Konformacijski pomak u represoru kada se induktor veže

a. Represor ima dva različita domena, jedan koji se vezuje za DNK ("glavni deo" koji sadrži domen heliks-zavoj-heliks) i drugi koji se vezuje za induktor (i druge podjedinice) (koji se naziva "jezgro"). šarka" region.

b. Ove strukturne domene mogu se razlikovati po fenotipovima mutacija koje se u njima javljaju.

lacI-dsprečava vezivanje za DNK, dovodi do konstitutivne ekspresije.

lacISsprečava vezivanje induktora, dovodi do neinducibilnog fenotipa.

c. Vezivanje induktora za "jezgro" uzrokuje alosterički pomak u represoru tako da "glavni dio" više nije u stanju da formira kompleks visokog afiniteta s DNK, a represor se može disociirati (idite na jedno od mnogih konkurentskih nespecifičnih mjesta ).

Pozitivna kontrola: "katabolitna represija"

1. Katabolitska represija

a. Čak i bakterije mogu biti izbirljive u pogledu onoga što jedu. Glukoza je preferirani izvor ugljika za E. coli; bakterija će potrošiti dostupnu glukozu prije nego što iskoristi alternativne izvore ugljika, kao što su laktoza ili aminokiseline.

b. Glukoza dovodi do potiskivanja ekspresije laci neki drugi katabolički operoni. Ova pojava se naziva represija katabolita.

2. Dvije komponente potrebni su za ovaj oblik regulacije

a. cAMP

[1] U prisustvu glukoze, [cAMP] unutar ćelije se smanjuje sa 10-4 M na 10-7 M. Visoki [cAMP] će ublažiti potiskivanje katabolita.

[2]CAMP sintezu katalizira adenilat ciklaza (proizvod cyagen)

ATP ® cAMP + PPi

b. Protein aktivatora katabolita = CAP

[1] Proizvod kapagen, takođe zvan crp(cAMP receptor protein).

[2]Je dimer

[3]Veže cAMP, a zatim se cAMP-CAP kompleks veže za DNK na određenim mjestima

3. Vezivno mjesto za cAMP-CAP

a. U lac operonu, mjesto vezivanja je područje od oko 20 bp koje se nalazi uzvodno od promotora, od -52 do -72.

b. Pentamer TGTGA je bitan element u prepoznavanju. Za lac operon, mjesto vezivanja je dijada s tom sekvencom na obje strane dijade.

c. Kontaktne tačke između cAMP-CAP i DNK su blizu ili se podudaraju sa mutacijama koje uzrokuju lacpromoter više ne reaguje na cAMP-CAP.

d. cAMP-CAP se vezuje za jednu stranu spirale.

Slika 4.1.5. Vezivno mjesto za cAMP-CAP

4. Vezivanje cAMP-CAP-a za njegovo mjesto će poboljšati efikasnost inicijacije transkripcije na promotoru

a. The lacpromoter nije posebno jak promoter. Slijed na -10, TATGTT, ne odgovara konsenzusu (TATAAT) na dvije pozicije.

b. U prisustvu cAMP-CAP, RNA polimeraza će efikasnije inicirati transkripciju.

c. The lacUV5 promotor je mutacija up-promotora u kojoj regija -10 odgovara konsenzusu. Lac operon pogonjen UV5 promotorom postići će visoku razinu indukcije bez cAMP-CAP, ali promotoru divljeg tipa je potreban cAMP-CAP za indukciju na visokom nivou.

Slika 4.1.6. Regulatorna regija lac operona, uključujući CAP vezno mjesto

5. Način djelovanja cAMP-CAP

a. Izravna pozitivna interakcija s RNA polimerazom. C-kraj podjedinice je potreban da bi se RNA polimeraza aktivirala pomoću cAMP-CAP. Ovo će biti detaljnije istraženo u Poglavlju 16.

b. cAMP-CAP savija DNK okolo 90o.

Slika 4.1.7. DNK (gornja spiralna struktura) je savijena CAP dimerom.

Neke uopštenosti

  • Represori, aktivatori i polimeraze su u interakciji prvenstveno sa jednom stranom dvostruke spirale DNK.
  • Regulatorni proteini, kao što su aktivatori i represori, često su simetrični i vezuju simetrične sekvence u DNK.
  • RNA polimeraze nisu simetrične, a promotori na koje se vežu takođe su asimetrični. Ovo daje usmjerenost transkripciji.

Regulacija ekspresije gena kod prokariota i eukariota

Napravimo dubinsko proučavanje regulacije ekspresije gena. Nakon čitanja ovog članka naučit ćete o 1. Regulacija ekspresije gena kod prokariota i 2. Regulacija ekspresije gena kod eukariota.

Gen je dio DNK koji određuje protein/RNA. Ćeliji nisu potrebni svi proteini/RNK cijelo vrijeme. Neki proteini su potrebni u neko vrijeme, a drugi proteini su potrebni u neko drugo vrijeme. Štaviše, ovi proteini su potrebni u manjim količinama u jednom trenutku, ali u drugim slučajevima mogu biti potrebni u većim količinama. Postoji još jedna klasa proteina koji su stalno (uvijek) prisutni u stanici, poput enzima iz TCA ciklusa.

Stoga se geni mogu prikladno grupisati u dvije klase:

1. Konstitutivni geni:

Oni geni čiji su proizvodi stalno prisutni u ćeliji nazivaju se konstitutivni geni ili kućni geni.

2. Inducibilni geni:

Oni geni čiji proizvodi variraju s vremenom i potrebama, kako u njihovoj prisutnosti tako i u koncentraciji, nazivaju se inducibilni geni ili oni geni čije proizvode (proteini/RNA) indukuje neka molekula induktora. Aktivnost konstitutivnih gena nije regulirana jer njihovi proizvodi ne variraju mnogo s vremenom, dok je aktivnost inducibilnih gena uvijek regulirana. Regulacija je prvenstveno na nivou transkripcije. Gen ili skup srodnih gena se uključuje ili isključuje prema potrebi ćelije. Ove promjene dovode neki proteini ili modulatori.

Ako određeni protein/spoj pusti gen u rad, tada se taj protein naziva stimulativni protein/spoj, a proces se naziva pozitivna regulacija. Ako protein/spoj zaustavi rad gena onda se to naziva represorskim proteinom/jedinjenjem i ovaj proces se naziva negativna regulacija, npr. steroidni hormon djeluje kao pozitivan modulator, pri čemu njegovo prisustvo povećava brzinu ekspresije gena.

Čim se hormon uništi, ekspresija gena se smanjuje. Mehanizam regulacije, iako sličan kod prokariota i eukariota, razlikuje se u nekim aspektima. Stoga će se regulacija ekspresije gena kod prokariota i eukariota uzeti odvojeno.

Regulacija ekspresije gena kod prokariota:

Mnogi prokariotski geni su regulirani u jedinicama koje se nazivaju operoni. Operon je jedinica genetske ekspresije koja se sastoji od jednog ili više srodnih gena i sekvenci (gena) koje ih kontroliraju, što uključuje sekvence operatora i promotora koje reguliraju njihovu transkripciju.

To je operon za korištenje i metabolizam laktoze u bakterijama.

Sastoji se od sljedećeg skupa gena:

PI = Promotorski gen za regulatorne gene

I = gen za regulatorni protein (represorski protein)

P = Promotorska sekvenca za srodne gene

O = Operatorska sekvenca za ove gene

Z = Prvi gen za iskorištavanje laktoze, koja formira enzim beta-galaktozidazu

Y = Drugi gen za membranski protein galaktozid permeazu

A = Treći gen za enzim tiogalaktozid trans-acetilazu

Ovaj kompletan set sekvenci (tj. operon) pomaže u uključivanju/isključivanju mašinerije za iskorištavanje ugljikohidrata-laktoze od strane bakterije E. coli. Kada je glukoza prisutna u mediju gdje stanica raste, tada se lac operon isključuje i kada je medij bez glukoze, a umjesto toga je laktoza prisutna kao jedini izvor ugljika, tada Lac operon postaje operativan.

Transkripcija pomoću RNA polimeraze započinje na mjestu promotora, tj. Enzim se veže za promotor i kreće se duž DNK prema strukturnim genima operona kako bi transkribovao mRNA za te gene i u tom procesu prolazi kroz operacijsko područje operona.

U svim okolnostima, odnosno hoće li ćelija koristiti glukozu ili laktozu, gen I lac operona sintetizira protein zvan represor protein. Ovaj protein se veže za mjesto operatora u DNK i na taj način sprječava kretanje RNA polimeraze izvan ove tačke (mjesta), što rezultira inhibicijom sinteze strukturnih gena Z, Y i A.

Dakle, kada ćelija koristi glukozu kao jedini izvor ugljika, lac operon se isključuje. Zatim, ako se stanica prebaci na korištenje laktoze kao izvora ugljika, onda se laktoza prvo pretvara u alolaktozu pomoću enzima beta-galaktozidaze (koja je uvijek prisutna u ćeliji u nekoliko kopija, bez obzira na glukozu ili laktozu se koristi ), a ova alolaktoza djeluje kao pozitivni modulator ili induktor za lac operon.

Ovdje se alolaktoza veže za protein represor prisutan na mjestu operatera što rezultira oslobađanjem proteina represora s mjesta operatera čime se omogućuje enzimskoj RNA polimerazi da slobodno prolazi kroz ovo mjesto operatera sa mjesta promotora i tako transkribira sva tri strukturna gena Z , Y, & amp A.

Aktivnost lac operona ne zavisi samo od vezivanja i oslobađanja molekula represora (sa modulatorom), već je takođe ovisna o cAMP. Kada je glukoza niska u mediju/ćeliji, tada se povećava ćelijska koncentracija cAMP-a. Ova povećana količina cAMP-a rezultira njegovim vezivanjem na određenom mjestu (sekvenciji) na promotoru.

Sajt promotera može se podijeliti u dva dijela:

(1) Mjesto za vezivanje RNA polimeraze

(2) Mjesto za protein koji se zove protein aktivator gena katabolita (CAP).

RNA polimeraza se može vezati za promotorsko mjesto samo ako je CAP vezan za promotorsku sekvencu, a CAP se može vezati za promotor samo ako je cAMP vezan za njega, a cAMP se veže za CAP samo kada se njegova ćelijska koncentracija poveća, što se događa kada stanica je lišen glukoze i stoga to olakšava korištenje ovih šećera, a prisustvo laktoze ga pretvara u alolaktozu.

Ovo djeluje kao pozitivni modulator za uključivanje gena lac operona oslobađanjem proteina represora sa mjesta operatera i proizvodnjom proizvoda tri strukturna gena koji proizvode:

(1) Membranski protein β-galaktozidna permeaza, koja pojačava unos laktoze u ćelije

(2) β-galaktozidaza koja hidrolizuje laktozu do alolaktoze, a zatim do glukoze i galaktoze

(3) Enzim tiogalatatozidaza-transacetilaza, čija je funkcija nepoznata.

Kada je glukoza ponovo dostupna ćeliji, koncentracija cAMP-a se smanjuje u citosolu, što rezultira njegovim oslobađanjem iz CAP-a, što zauzvrat rezultira oslobađanjem CAP-a sa promotorskog mjesta, što zauzvrat rezultira oslobađanjem enzima RNA polimeraze iz promotorsko mjesto i dalje sprječava njegovo vezivanje za promotor.

Ovo opet dovodi do smanjene sinteze strukturnih gena, od kojih je jedan beta-galaktozidaza, što rezultira niskom proizvodnjom alolaktoze (ili ne sintezom alolaktoze), što za posljedicu ima represorski protein (nastao od I gena) lišen modulatora i stoga je slobodan da se veže na mjestu operatera čime se sprječava kretanje RNA polimeraze i na taj način rezultira inhibicijom lac operona.

Svaki metabolit ima svoj operon, sa različitim brojem strukturnih gena i kad god su potrebni geni za taj metabolit, on se uključuje sličnim mehanizmom kao i lac operon i isključuje kad god nije potreban.

Ostali operoni i njihovi detalji su sljedeći:

Svi operoni koji se nalaze u bakterijama ne funkcioniraju samo potpunim uključivanjem ili isključivanjem svojih gena. Neki operoni funkcionišu različitim brzinama u zavisnosti od potrebe ćelije putem mehanizma koji se naziva atenuacija transkripcije, odnosno usporavanje brzine sinteze enzima, npr. oni enzimi uključeni u sintezu aminokiselina (His).

Slabljenje transkripcije je proces u kojem se transkripcija započinje normalno, ali se naglo zaustavlja prije transkripcije kompletnih gena operona. Učestalost kojom je transkripcija atenuirana ovisi o ćelijskoj koncentraciji te određene aminokiseline za koju je operon namijenjen.

Slabljenje njegovog operona:

Kod bakterija su transkripcija i translacija usko povezani. Brzina transkripcije RNK i brzina translacije tog proteina je skoro ista. Većina transkribovanih RNK ​​za metabolizam aminokiselina u ćeliji sadrži različite komplementarne sekvence za uparivanje baza. Na primjer, slijedi dio RNK koji se transkribira za njegov operon, koji se također simultano prevodi.

Sekvence 2 i 3 su komplementarne i mogu se upariti jedna s drugom. Slično tome, sekvence 3 i 4 su također komplementarne i mogu se upariti jedna s drugom. Ako se upare 2 i 3 baze, onda transkripcija može teći normalno, a ako se 3 i 4 baze upare transkripcija se prekida, baš kao i završetak transkripcije zbog pojave strukture ukosnice u DNK. Uparivanje baza između sekvenci 2 & 3 ili 3 & 4 ovisi o brzini translacije mRNA, koja zauzvrat ovisi o koncentraciji His-tRNA His koja odražava koncentraciju histidina u ćeliji.

Ako je koncentracija i usklađenost His-tRNA His veća i brzina prevođenja je vrlo velika tako da prolazi kroz drugo mjesto prije transkripcije mjesta 3, to rezultira uparivanjem baze mjesta 3 s mjestom 4 čim se prepiše što rezultira prekidom transkripcije.

S druge strane, kada je njegova koncentracija His-tRNK niska, brzina translacije je vrlo spora i samim tim proces translacije ne prođe 2. mjesto na mRNK do trenutka kada je mjesto (sekvencije) 3. transkribirano, tada ovaj rezultat u nastavku transkripcije jer će to rezultirati baznim uparivanjem 2 i 3 mjesta i tako mjesto 3 nije slobodno za bazno uparivanje sa mjestom 4. Tako ovo rezultira kontinuiranim radom His operona.

Regulacija ekspresije gena kod eukariota:

Geni kod eukariota su također regulirani manje-više na isti način kao i kod prokariota, ali je regulacija uglavnom pozitivna i vrlo rijetko se vidi negativna regulacija. Kod viših eukariota regulacija ekspresije gena je isključivo pozitivnom modulacijom, a negativna inhibicija gena/operona je potpuno odsutna.

Međutim, kod kvasca neki geni su regulirani negativnom modulacijom. Dalje, postoji fizičko razdvajanje između procesa transkripcije i translacije kod eukariota jer se transkripcija odvija u jezgru, a translacija se dešava u citosolu.

Regulacija gena je samo pozitivnom regulacijom. Većina gena je normalno neaktivna kod eukariota, odnosno RNA polimeraze se ne mogu vezati za promotore. Ćelije sintetiziraju samo odabranu grupu proteina aktivatora potrebnih za aktiviranje transkripcije male podskupine gena potrebnih u toj ćeliji.

Postoji najmanje pet regulatornih mjesta za mjesta promotora RNA polimeraze kod viših eukariota označenih kao (a) TATA kutija (b) GC kutija i (c) CAT kutija. U kvascu postoje dvije vrste promotorskih sekvenci, tj. TATA kutija i UAS, odnosno uzvodna aktivatorska sekvenca.

Ove sekvence su mjesta vezivanja za faktore transkripcije zvane TF-II-D koji su potrebni za vezivanje RNA polimeraze. Svaka od ovih sekvenci je prepoznata i vezana specifično za jedan ili više regulatornih proteina koji se nazivaju faktori transkripcije. Ove regulatorne sekvence su udaljene oko 1000 baza od glavnog gena, tako da je za aktiviranje glavnog gena potrebna interakcija protein-protein koja može doći do glavne sekvence gena.


Komponente Lac-Operona

Operaon se prvenstveno sastoji od dva elementa ili gena:

Regulatorni elementi

Uključuje sljedeće regije:

  • Promotor Region: Kodira Lac-P gen. Nalazi se između regulatora i operatera. RNA-polimeraza se vezuje za ovo mjesto, jer promotorska regija inicira transkripciju. Dugačak je 100 pari baza. Sastoji se od palindromskih sekvenci. Ova stranica promovira i kontrolira transkripciju strukturnih gena ili m-RNA. Regulatorni geni represora reguliraju funkcioniranje promotorske regije.
  • Operater Region: Kodira Lac-O gen. Leži između promotora i strukturnog gena (Lac-Z). Sadrži prekidač operatera, koji odlučuje da li će se transkripcija izvršiti ili ne. Regulatorni gen se veže za operatora.
  • Regulator Region: Kodira za regulatorni gen (Lac-I) koji kontroliše aktivnost promotorskog i operatorskog gena. Ovaj regulatorni gen proizvodi regulatorne proteine ​​poznate kao "Represorski proteini” koji se može vezati za promotera i operatera.

Strukturni elementi

Ovo su regioni DNK, koji sadrže gene za sintezu proteina, a oni su tri vrste:

  • Lac-Z: Kodira enzim beta-galaktozidaza.
    Funkcija: Beta-galaktozidaza dovodi do hidrolize laktoze u podjedinice galaktoze i glukoze.
  • Lac-Y: Kodira enzim laktozna permeaza.
    Funkcija: Permeaza laktoze dovodi laktozu u ćeliju.
  • Lac-A: Kodira enzim tiogalaktozid transacetilaze.
    Funkcija: Funkcija tiogalaktozid transacetilaze nije vrlo jasna, ali pomaže aktivnosti enzima beta-galaktozidaze.

Ova tri gena, odnosno Lac Z, Y i A geni, prisutni su jedan pored drugog. Stoga, svi elementi poput promotora, operatora, represora i strukturnih gena zajedno čine jedinicu tzv Operaon.

Kontrola ekspresije gena kod prokariota

Kod prokariota, Lac-operonski sistem se kontroliše na dva načina:

Pozitivna kontrola Lac-Operona

Takođe se zove Pozitivni inducibilni sistem i uključuje sljedeće korake:

  1. Prvo, regulatorni gen eksprimira protein represor.
  2. Nakon toga, ekspresijom regulatornog gena nastaju represorski proteini.
  3. Represorski protein ima mjesta vezivanja za operatera i induktora (laktozu).
  4. Kada je laktoza prisutna kao induktor, ona se vezuje za protein represora i formira kompleks R+I.
  5. Nakon vezivanja induktora za represor, kompleks blokira vezivanje represora za operatera.
  6. Kako protein represor ne blokira operatera, RNA polimeraza se vezuje za promotor i kreće dalje da transkribira mRNA.

Ovaj koncept je poznat kao upali Lac-operona (prisustvom induktora).

Negativna kontrola Lac-Operona

Takođe se zove Negativna kontrola sistema represora. Uključuje sljedeće korake:

  1. Prvo, regulatorni gen se eksprimira pomoću represora.
  2. Represorski protein se proizvodi nakon ekspresije regulatornog gena.
  3. U nedostatku induktora ili laktoze, protein represor se direktno vezuje za operatera.
  4. Ovo blokira kretanje RNA polimeraze i njeno vezivanje za promotor.
  5. At last, mRNA transcription will not occur.

This concept is known as switch off of Lac-operon (by the absence of an inducer).


Metode

Algal strains, growth conditions and cell treatment

The following Chlamydomonas reinhardtii strains were used: wild-type cw15–325 (mt+, cw15, arg7), which was kindly provided by Dr. M. Schroda (University of Kaiserslautern, Germany) and transformants with reduced THB1 obtained from cw15–325 amiTHB1–11 (mt+, cw15), amiTHB1–14 (mt+, cw15) i amiTHB1–23 (mt+, cw15) [29]. The 305 mutant (mt nit1) affected in NAD(P) H-NR activity and without diaphorase-NR activity was originally obtained from the wild type 6145c (mt ) [30]. The 305 and 6145 strains were kindly provided by Dr. E. Fernández (University of Cόrdoba, Spain).

Cells were grown mixotrophically in tris-acetate-phosphate (TAP) medium (https://www.chlamycollection.org/methods/media-recipes/tap-and-tris-minimal/) containing 7.5 mM NH4Cl instead of NH4NO3 under continuous illumination with white light (fluence rate of 45 μmol m − 2 s − 1 ) at 22 °C with constant orbital agitation at 90 rpm. The TAP medium was supplemented with 100 mg L − 1 of arginine when required. Cells were collected at the midexponential phase of growth by centrifugation (4000 g, 5 min), washed twice with 10 mM potassium phosphate, pH 7, before being transferred to the induction media containing the different sources of nitrogen and chemicals. At each harvesting times the number of viable cells were counted microscopically with use of 0.05% (v/v) Evans blue (DIA-M, Russia) as described [31]. Non-viable (stained) and viable (unstained) cells were counted. Four-hundred cells from each sample were scored for three biological replicates.

Determination and calculations of total chlorophyll (μg/ml) were performed as previously described [29, 32].

The compounds DEA-NONOate [2-(N, Ndiethylamino)-diazenolate 2-oxide sodium salt] and ODQ [1H-(1,2,4])oxadiazolo(4,3-a) quinoxalin-1-one] are from Sigma-Aldrich.

Gene expression analysis

The total RNA was isolated with Trizol according to the manufacturer’s instructions (Invitrogen, USA). To remove genomic DNA, the RNA samples were treated with RNase-Free DNase I (Fermentas). Subsequently, RNA concentration and purity (260/280 nm ratio) was determined using spectrophotometer (SmartSpec Plus, Bio-Rad).

Revert Aid HMinus First Strand cDNA Synthesis Kit (Thermo Scientific) was used for reverse transcription reaction. The primer pairs for RTqPCR are given in Additional file 1: Table S1. RT qPCR was performed with a CFX96 Real-Time PCR Detection System (Bio Rad) using SYBR Green I according to [33]. Gene expression ratios were calculated with the ΔΔCt method [34]. The RACK1 (receptor of activated protein kinase C Cre13.g599400) gene was chosen as the control housekeeping gene. All reactions were performed in triplicate with at least three biological replicates. Significant differences between experiments were evaluated statistically by standard deviation and Student’s t-test methods.

Protein gel blot analysis

The protein content was determined with amido black staining and protein gel blot analysis was performed as described [33, 35]. After separation by SDS-PAGE on a 12% polyacrylamide gel (w/v), the proteins were transferred to nitrocellulose membranes (Carl Roth, Karlsruhe) with use of semidry blotting (Trans-blot SD BioRad). The dilutions of the primary antibodies used were as follows: 1:5,000 anti-CrPII and 1:2000 anti-HSP70B. As a secondary antibody, the horseradish peroxidase-conjugated anti-rabbit serum (Sigma) was used at a dilution of 1:10,000. The peroxidase activity was detected via an enhanced chemiluminescence assay (Roche). For quantification, films were scanned using Bio-Rad ChemiDocTMMP Imaging System, and signals were quantified using the Image LabTM software (version 5.1).

Nitrate determination

After eliminating the cells by centrifugation at 3000 g, nitrate concentrations in the medium were determined by dual-wavelength ultraviolet spectrophotometry as A220 - 2A275 using standard curve [36]. For the measurements, media with 4 mM nitrate were diluted 50-fold. Values were obtained from at least three biological replicates each replicate was analyzed three times. Student’s t-tests were used for statistical comparisons. P-values of< 0.05 were considered as significant.

Measurement of NO

Cells were treated with DEA-NONOate or nitrite, then they were incubated with in the presence of 1 μM (4-amino-5-methylamino-2′7’-difluorofluorescein diacetate) dye (DAF-FM DA, Sigma-Aldrich), at concentration of 45 μg/ml chlorophyll. After 15 min the cells were washed, resuspended in indicated medium and used for the fluorometric detection of NO. The supernatant was collected in a test tube and then used to detect NO in the medium. The measurement of NO was carried out with a microplate reader CLARIOstar (BMG) as described [29]. The excitation and emission wavelengths for the NO indicator were 483 ± 14 and 530 ± 30 nm, respectively. Fluorescence intensity was calculated as arbitrary units per chlorophyll or protein as described previously [29].

NO detection by confocal microscopy

Cells were treated as described above. Images were acquired with a Leica TCS-SP5 confocal microscope (Leica-Microsystems, Germany) as described [29]. All experiments were performed in triplicate.


Regulation of Gene Expression in Prokaryotes (With Diagram)

(ii) Those that are synthesized only after a specific stimulation. The first type was named constitutively synthesized and the latter the inducible enzymes.

Analyzing a variety of E. coli that were defective for the induction of the lactose utilizing enzymes, Jacob and Monod hit upon the possible molecular mechanism that controls the repression and de-repression of a set of genes. The E. coli requires a set of three genes to be able to metabolize lactose. When a little lactose is added to a glucose-free growth medium, it is seen that these three lactose utilizing genes (lac genes) named lac z, lac y and lac a are synthesized simultaneously.

The product of lac z is the enzyme β-gaIactosidase that catalyzes the conversion of lactose into galactose and glucose. These genes are note expressed in the absence of lactose. Jacob and Monod (1961) proposed the operon model to explain the genetic basis of induction and repression of lac genes in prokaryotes. They were awarded Nobel Prize for this work in 1965.

The Operon:

1. Operons are segments of genetic material (DNA) that function as regulated unit that can be switched on or off.

2. An operon consists of minimum four types of genes: regulator, operator, promoter and structural (Fig. 8.4.A).

3. Regulator gene is a gene which forms a biochemical for suppressing the activity of operator gene.

4. Operator gene is a gene which receives the product of regulator gene. It allows the functioning of the operon when it is not covered by the biochemical produced by regulator gene.

5. The functioning of operon is stopped when operator gene is covered.

6. Promoter gene is the gene which provides point of attachment to RNA polymerase required for transcription of structural genes.

7. Structural genes are genes which transcribe mRNA for polypeptide synthesis.

8. An operon may have one or more structural genes, e.g., 3 in lac operon, 5 in tryptophan operon, 9 in histidine operon.

9. The polypeptides may become component of structural proteins, enzymes, transport proteins, hormones, antibodies, etc. Some structural genes also form non-coding RNAs.

10. The mechanism of regulation of protein synthesis utilizing operon model can be illustrated using two examples (lac & tryptophan) in bacteria.”

Inducible Operon System (Induction of Operon):

1. Inducible operon system is (a) regulated operon system in which the structural genes remain switched off unless and until an inducer is present in the medium. (Fig. 8.4B)

2. It occurs in catabolic pathways.

3. Lac operon of Escherichia coli is an inducible operon system which was discovered by Jacob and Monod (1961).

4. Lac operon of Escherichia coli has three structural genes, z, y, and a.

5. In the induced operon the structural genes transcribe a polycistronic mRNA which produces three enzymes. These are β-galactosidase, galactoside permease and galactoside acetylase.

6. β-galactoside brings about hydrolysis of lactose or galactoside to form glucose and galactose.

7. Galactoside permease is required for entry of lactose or galactoside into the bacterium.

8. Galactoside acetylase is a transacetylase which can transfer acetyle group to β-galactoside.

9. The initiation codon of structural gene z is TAG (corresponding to AUG of mRNA) and is located 10 base pairs away from the end of the operator gene.

10. The substance whose addition induces the synthesis of enzyme is called inducer.

11. Inducer is a chemical which attaches to repressor and changes the shape of operator binding site so that repressor no more remains attached to operator.

12. In the lac operon allolactose is the actual inducer while lactose is the apparent (visible) inducer.

13. Inducers which induce enzyme synthesis without getting metabolized are called gratuitous inducers, e.g. IPTG (Isopropyl thiogalactoside).

14. Regulator gene (gene) produces mRNA that synthesises a biochemical repressor.

15. Repressor is a small protein formed by regulator gene which binds to operator gene and blocks structural enzyme thus checking mRNA synthesis.

16. The represseor of lac operon is a tetrameric protein having a molecular weight of 1, 60,000. It is made up of 4 subunits each having molecular weight of 40,000.

17. The repressor protein has two sites, a head for attaching to operator gene and a groove for attachment of inducer.

18. Promoter gene functions as a recognition point for RNA polymerase. RNA polymerase initially binds to this gene. It becomes functional only when it is able to pass over the operator gene and reach structural genes.

19. Operator gene controls the expressibility of the operon. It is normally switched off due to binding of repressor over it.

20. However, if the repressor is withdrawn by the inducer, the gene allows RNA polymerase to pass from promoter gene to structural gene.

21. In lac operon the operator gene is small, 27 base pairs long. The gene is made of palindromic or self-complementary sequences.

22. If lactose is added, the repressor is rendered inactive so that it cannot attach on operator gene and synthesis of mRNA takes place.

23. Transcription is under negative control when lac repressor is inactivated by inducer.

24. Transcription in lac operon is under positive control through cyclic AMP receptor protein (CAP).

25. The catabolite gene activator protein (Cga protein) or cyclic AMP receptor protein (CAP) binds to the Cga site.

26. When CAP is attached to the binding site the promoter becomes a stronger one.

27. CAP only attaches to the binding site when bound with cAMP.

28. When glucose level is high cAMP does not occur and so CAP does not bind and hence RNA polymerase do not bind, resulting in low transcription.

29. Lac operon will not however remain operative indefinitely despite presence of lactose in the external environment.

30. It will stop its activity with the accumulation of glucose & galactose in the cell beyond the capacity of the bacterium for their metabolism.

Repressible Operon System (Repression of Operon npr. Tryptophan Operon of E.coli):

1. A repressible operon system is a regulated segment of genetic material which normally remains operational but can be switched off when its product is either not required or crosses a threshold value.

2. This system is commonly found in anabolic pathways.

3. Tryptophan operon of Escherichia coli is one such repressible operon system. (Fig. 8.5).

4. Tryptophan operon has 5 structural gene – E, D, C, and B A.

5. The gene E and D encodes for enzyme anthranilate synthetase, gene C for glycerol phosphate synthetase, gene B for β subunit of tryptophan synthetize and A for α subunit of tryptophan synthetize.

6. Regulator gene (trp-R) produces a biochemical, generally a proteinaceous substance, called aporepressor.

7. Aporepressor alone is unable to block the operator gene because of the absence of the binding head. Therefore, the operon system remains switched on.

8. A complete repressor is formed only when a non-proteinaceous corepressor joins the aporepressor,

9. Corepressor is a non-proteinaceous component or repressor which is also an end product of reaction catalysed by enzymes produced through the activity of structural genes.

10. It (corepressor) combines with aporepressor and forms repressor which then blocks the operator gene to switch off the operon.

11. The structural genes stop transcription and the phenomenon is known as feed-back repression.

12. Corepressor of tryptophan operon is amino acid tryptophan.

13. In tryptophan the repressor gene is not adjacent to promoter but located in another part of E. coli genome.

16. Promoter gene (trp-P) is the recognition as well as initiation point for RNA polymerase. RNA polymerase attaches to promoter gene. It can pass to structural genes provided the operator gene is in the functional state.

17. Operator gene (trp-O) lies in the passage-way between promoter and structural genes. Normally it remains switched on so that RNA polymerase can pass over from promoter gene to structural gene and bring about transcription.

18. The operator gene can be switched off when both aporepressor and corepressor join together to form repressor. The repressor binds to operator gene to interrupt movement of RNA polymerase.

19. In absence of tryptophan, the RNA polymerase binds to the operator site and thus structural genes are transcribed.

20. The transcription of structural gene leads to the production of enzyme (tryptophan synthetize) that synthesizes tryptophan.

21. When tryptophan becomes available, the enzymes for synthesizing tryptophan are not needed, co-repressor (tryptophan) – repressor complex blocks transcription.

22. One element of tryptophan operon is the leader sequence ‘L’ that is immediately 5′ end of trp. E gene.

23. This ‘L’ sequence controls expression of the operon through a process called attenuation.

24. Attenuation is the termination of the transcription prematurity at the leader region.

25. The tryptophan operon is a negative control.

The two operon models described above can be summarized as given below:

Active Repressor + Operator → System OFF

Active Repressor + Inducer = Inactive Repressor → System ON

(ii) Repressible System:

Apo-repressor and co-repressor complex = Active repressor → System OFF

Apo-repressor = Inactive Repressor → System ON

Importance of Gene Regulation:

1. There are two types of gene action – constitutive and regulated.

2. The constitutive gene action occurs in those systems which operate all the time and the cell cannot live without them, e.g., glycolysis. It does not require repression. Therefore, regulator and operator genes are not associated with it.

3. In regulated gene action all the genes required for a multistep reaction can be switched on or off simultaneously.

4. The genes are switched on or off in response to particular chemicals whether required for metabolism or are formed at the end of a metabolic pathway.

5. Gene regulation is required for growth, division and differentiation of cells. It brings about morphogenesis.


The Yin and Yang of P-TEFb regulation: implications for human immunodeficiency virus gene expression and global control of cell growth and differentiation

The positive transcription elongation factor b (P-TEFb) stimulates transcriptional elongation by phosphorylating the carboxy-terminal domain of RNA polymerase II and antagonizing the effects of negative elongation factors. Not only is P-TEFb essential for transcription of the vast majority of cellular genes, but it is also a critical host cellular cofactor for the expression of the human immunodeficiency virus (HIV) type 1 genome. Given its important role in globally affecting transcription, P-TEFb's activity is dynamically controlled by both positive and negative regulators in order to achieve a functional equilibrium in sync with the overall transcriptional demand as well as the proliferative state of cells. Notably, this equilibrium can be shifted toward either the active or inactive state in response to diverse physiological stimuli that can ultimately affect the cellular decision between growth and differentiation. In this review, we examine the mechanisms by which the recently identified positive (the bromodomain protein Brd4) and negative (the noncoding 7SK small nuclear RNA and the HEXIM1 protein) regulators of P-TEFb affect the P-TEFb-dependent transcriptional elongation. We also discuss the consequences of perturbations of the dynamic associations of these regulators with P-TEFb in relation to the pathogenesis and progression of several major human diseases, such as cardiac hypertrophy, breast cancer, and HIV infection.

Figure

P-TEFb phosphorylates the Pol II…

P-TEFb phosphorylates the Pol II CTD and negative elongation factors to stimulate processive…

P-TEFb is essential for Tat…

P-TEFb is essential for Tat transactivation of HIV-1 transcription. Shortly after transcription is…

Domain structure of HEXIM1. The…

Domain structure of HEXIM1. The N-terminal domain of HEXIM1 functions as a self-inhibiting…

Architectural resemblance between the Tat-TAR-P-TEFb…

Architectural resemblance between the Tat-TAR-P-TEFb and HEXIM1-7SK-P-TEFb ribonucleoprotein complexes. (A) Comparison of nucleotide…

P-TEFb is maintained in a functional equilibrium by dynamic associations with its positive…


Activator

One example of an activator is the protein CAP. In the presence of cAMP, CAP binds to the promoter and increases RNA polymerase activity. In the absence of cAMP, CAP does not bind to the promoter. Transcription occurs at a low rate.

Pitanje za praksu

What is the role of an activator?

Repressor

When an amino acid is present, it associates with the met repressor, and the repressor is activated. RNA synthesis is blocked by the presence of the repressor on the DNA strand. When the amino acid is not present, the repressor dissociates from the operator and RNA synthesis proceeds.

When tryptophan is not present in the cell, the repressor by itself does not bind to the operator therefore, the operon is active and tryptophan is synthesized. But when a cell has plenty of tryptophan, it doesn’t need to synthesize more. So the repressor is triggered (by the presence of plenty of tryptophan), thus turning off further synthesis of tryptophan.


Uloga hromatina

Iako transkripcijski represivi često sudjeluju u regulaciji gena, treba imati na umu da sama priroda DNK u eukariotskim stanicama nastoji zadržati gene u potisnutom stanju. Eukariotska DNK je omotana oko proteinskih kompleksa zvanih histonski oktameri, što ima efekat pakovanja DNK u kompaktan oblik tako da stane unutar jezgra. Međutim, ovo također ograničava pristup regulatornih faktora njihovim ciljnim lokacijama. Kako se otkrivaju mehanizmi transkripcijskih aktivatora, sve više se otkriva koji djeluju ublažavanjem potiskivanja izazvane hromatinom. Primjer je kompleks proteina Swi/Snf, prvi put identificiran u kvascu. Mutacije u komponentama kompleksa dovele su do smanjene aktivnosti određenih ciljnih gena. Kasnije je otkriveno da su mutacije u histonskim genima vratile normalnu aktivnost tim ciljnim genima, drugim riječima, mutacije u histonskim genima su na neki način kompenzirale mutacije u Swi/Snf. Ovo je bila indikacija da histoni i Swi/Snf na neki način međusobno djeluju i sugerira da bi Swi/Snf mogao funkcionisati ometanjem vezivanja histona za DNK. Kasnije sprovedeni biohemijski eksperimenti pokazali su da je to zaista bio slučaj. Iako Swi/Snf ne radi u potpunosti razdvojiti histona iz DNK, on ​​ih olabavi, što je dovoljno da se vežu mnogi aktivatori. Swi/Snf je uključen samo u aktiviranje podskupa gena, a pitanje zašto funkcionira na nekim promotorima, a ne na drugima je tema intenzivnog istraživanja.

Drugi mehanizam kojim se ublažava represija izazvana hromatinom je histon acetilacija . Histoni su pozitivno nabijeni proteini i stoga su u čvrstoj interakciji s DNK, koja je negativno nabijena. Acetilacija histona smanjuje njihov neto pozitivni naboj, što labavi njihovu interakciju sa DNK i povećava vezivanje faktora transkripcije. Utvrđeno je da su nekoliko transkripcijskih faktora u različitim organizmima na snazi ​​acetiltransferaze, oni mogu acetilirati histone.

Osim toga, otkriveno je da su neki represori transkripcije kod kvasca i sisara histonske deacetilaze. U stvari, otkriveno je da protein MeCP2, koji se veže za metiliranu DNK, funkcionira u kompleksu s histon deacetilazom. dakle, metilacija dovelo bi do vezanja ovog kompleksa, uzrokujući deacetilaciju histona i kondenziraniju strukturu kromatina. Odavno je poznato da je metilirana DNK povezana sa transkripcijski neaktivnim genima, a prodori u proučavanje acetilacije histona konačno su dali objašnjenje za ovo.


Podaci o autoru

These authors contributed equally: Tatsuaki Kurosaki, Maximilian W. Popp

Pripadnosti

Department of Biochemistry and Biophysics, School of Medicine and Dentistry, University of Rochester, Rochester, NY, USA

Tatsuaki Kurosaki, Maximilian W. Popp & Lynne E. Maquat

Center for RNA Biology, University of Rochester, Rochester, NY, USA

Tatsuaki Kurosaki, Maximilian W. Popp & Lynne E. Maquat

Ovog autora možete potražiti i u PubMed Google naučniku

Ovog autora možete potražiti i u PubMed Google naučniku

Ovog autora možete potražiti i u PubMed Google naučniku

Doprinosi

All authors contributed equally to the discussion of the content and to the writing and editing of the manuscript before submission.

Autor za dopisivanje


Pripadnosti

Department of Molecular and Cellular Biology, University of California, Davis, CA, 95616, USA

Marissa K Simon, Luis A Williams, Kristina Brady-Passerini, Ryan H Brown & Charles S Gasser

HHMI, Harvard University, Cambridge, MA, 02138, USA

General Mills, Kannapolis, NC, 28081, USA

Ovog autora možete potražiti i u PubMed Google naučniku

Ovog autora možete potražiti i u PubMed Google naučniku

Ovog autora možete potražiti i u PubMed Google naučniku

Ovog autora možete potražiti i u PubMed Google naučniku

Ovog autora možete potražiti i u PubMed Google naučniku

Autor za dopisivanje


Pogledajte video: Regulacija ekspresije gena, Molekularna biologija Biologija (Oktobar 2022).