Informatie

Lezing 15: Genexpressie reguleren - Biologie

Lezing 15: Genexpressie reguleren - Biologie


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.

Lezing 15: Genexpressie reguleren

Ik ben een gekwalificeerde biologieleraar en bijlesdocent (online en persoonlijk) die video's maakt over biologie-onderwerpen op A-niveau die duidelijk zijn in hun uitleg, duidelijk in hun formaat en punten verdienen in hun hints voor examenvragen.

Ik HOU van mijn onderwerp! Maar ik weet ook dat veel A-studenten willen 'weten wat ze moeten weten' en hulp nodig hebben om de cijfers voor de examens te halen, dus heb ik mijn video's zo opgemaakt dat ze eenvoudig, duidelijk en snel zijn. Ze zijn misschien niet 'mooi' (ik ben geen techneut!) maar de inhoud is van hoge kwaliteit.


DMCA-klacht

Als u van mening bent dat inhoud die beschikbaar is via de Website (zoals gedefinieerd in onze Servicevoorwaarden) een of meer van uw auteursrechten schendt, dient u ons hiervan op de hoogte te stellen door middel van een schriftelijke kennisgeving (“Inbreukmelding”) met de hieronder beschreven informatie aan de aangewezen onderstaande makelaar. Als Varsity Tutors actie onderneemt als reactie op een Kennisgeving van Inbreuk, zal het te goeder trouw proberen contact op te nemen met de partij die dergelijke inhoud beschikbaar heeft gesteld door middel van het meest recente e-mailadres, indien aanwezig, dat door een dergelijke partij aan Varsity Tutors is verstrekt.

Uw kennisgeving van inbreuk kan worden doorgestuurd naar de partij die de inhoud beschikbaar heeft gesteld of naar derden zoals ChillingEffects.org.

Houd er rekening mee dat u aansprakelijk bent voor schade (inclusief kosten en advocatenhonoraria) als u materieel een verkeerde voorstelling geeft van het feit dat een product of activiteit inbreuk maakt op uw auteursrechten. Als u er dus niet zeker van bent dat inhoud die zich op de Website bevindt of waarnaar wordt gelinkt door uw auteursrecht schendt, moet u overwegen eerst contact op te nemen met een advocaat.

Volg deze stappen om een ​​melding in te dienen:

U moet het volgende opnemen:

Een fysieke of elektronische handtekening van de eigenaar van het auteursrecht of een persoon die gemachtigd is om namens hen op te treden Een identificatie van het auteursrecht waarvan wordt beweerd dat het is geschonden Een beschrijving van de aard en exacte locatie van de inhoud waarvan u beweert dat het inbreuk maakt op uw auteursrecht, in voldoende detail om Varsity Tutors in staat te stellen die inhoud te vinden en positief te identificeren, we hebben bijvoorbeeld een link nodig naar de specifieke vraag (niet alleen de naam van de vraag) die de inhoud bevat en een beschrijving van welk specifiek deel van de vraag - een afbeelding, een link, de tekst, enz. - uw klacht verwijst naar uw naam, adres, telefoonnummer en e-mailadres en een verklaring van u: (a) dat u te goeder trouw gelooft dat het gebruik van de inhoud waarvan u beweert dat deze inbreuk maakt op uw auteursrecht, is niet door de wet is geautoriseerd, of door de eigenaar van het auteursrecht of diens vertegenwoordiger (b) dat alle informatie in uw Inbreukmelding juist is, en (c) op straffe van meineed, dat u ofwel de eigenaar van het auteursrecht of een persoon die gemachtigd is om namens hen op te treden.

Stuur uw klacht naar onze aangewezen agent op:

Charles Cohn Varsity Tutors LLC
101 S. Hanley Rd, Suite 300
St. Louis, MO 63105


Welkom!

Dit is een van de ruim 2.400 cursussen over OCW. Verken materialen voor deze cursus op de pagina's die aan de linkerkant zijn gelinkt.

MIT OpenCourseWare is een gratis en open publicatie van materiaal van duizenden MIT-cursussen, die het hele MIT-curriculum bestrijken.

Geen inschrijving of registratie. Blader en gebruik OCW-materialen in uw eigen tempo. Er is geen aanmelding en geen start- of einddatum.

Kennis is je beloning. Gebruik OCW om je eigen levenslang leren te begeleiden, of om anderen te onderwijzen. We bieden geen krediet of certificering voor het gebruik van OCW.

Gemaakt om te delen. Download bestanden voor later. Stuur naar vrienden en collega's. Aanpassen, remixen en hergebruiken (vergeet niet om OCW als bron te vermelden.)


Lezing 15: Genexpressie reguleren - Biologie

C2006/F2402 '11 OVERZICHT VAN LEZING #9

(c) 2011 Dr. Alice Heicklen & Dr. Deborah Mowshowitz, Columbia University, New York, NY. Laatste update 18-02-2011 09:34 .

Hand-outs: 9A Regelgevende elementen & Afbeelding van een typisch eukaryotisch gen (in Word, niet in pdf)
9B Transcriptie Complex & Modulaire Regelgeving -- deze hand-out is geplaatst in Courseworks

I. Hoe zet je een eukaryoot gen aan?

A. Het probleem: Noodzaak om chromatine te ontvouwen / los te maken voordat transcriptie mogelijk is. Kan niet zomaar RNA-polymerase (& basale TF's) aan DNA toevoegen en transcriptie starten. DNA zit in chromatine en moet toegankelijk worden gemaakt.

B. Dus hoe kan transcriptie plaatsvinden?

1. Meerdere stappen nodig die niet worden gevonden in prokaryoten

A. Moet euchromatine decondenseren (losmaken) tot een transcribeerbare toestand = relatief los (vergeleken met heterochromatine en vergeleken met inactief euchromatine). Trek 30nm vezel naar kralen-op-een-snaar podium?

B. Veel transcriptiefactoren (TF's) moeten eerst aan DNA binden -- voordat RNA-polymerase bindt.

C. Polymerase moet binden aan TF's (niet rechtstreeks naar het DNA) om daadwerkelijke transcriptie te krijgen.

2. Wat verandert de toestand van chromatine? (Om strakker of losser te maken.)

A. Remodellerende eiwitten: deze zijn verantwoordelijk voor het verplaatsen en/of losmaken van nucleosomen. Zie Sadava afb. 16.19 (14.17). Dit kan een aparte set eiwitten zijn of de TF's die de modificerende enzymen activeren.

B. Enzymen die histonstaarten wijzigen. Veranderingen in modificatie kunnen een direct effect hebben en/of de binding van regulerende eiwitten beïnvloeden. Een paar voorbeelden:

(1). Fosforylering van H1 komt voor in M ​​veranderingen in kinase- en fosfatase-activiteit beïnvloeden de toestand van histonen en vouwing van chromatine parallel met veranderingen in lamines, zoals de vorige keer besproken.

(2). Acetylering van lys-zijketens van histonen. Acetylering van histonen - actiever, losser chromatine. Acetylering van H3 & H4 is hoger in actief chromatine.

(3). methylering -- Effecten hangen af ​​van welke aminozuurzijketens in welke positie van het eiwit gemethyleerd zijn -- sommige modificaties verhogen de kans op transcriptie, en andere verminderen deze. (DNA kan ook worden gemethyleerd, zie hieronder.)

C. methylering van DNA -- In de meeste organismen zijn zowel DNA en histonen kunnen worden gemethyleerd. (Methylgroepen kunnen zowel aan C's in DNA als aan zijketens van AA worden toegevoegd.)

Gewoonlijk, maar niet altijd, is DNA-methylering hoger in meer inactief/gecondenseerd chromatine.

In sommige organismen is er geen methylering van DNA.

NS. Algemene histonmodificatie 'code' -- het is mogelijk dat elke combinatie van modificaties aan de histonstaarten een specifieke betekenis heeft. Voor een volledige uitleg (fyi) zie Alberts. (Of ga naar PubMed op http://www.ncbi.nlm.nih.gov/sites/entrez, klik rechtsboven op boeken en typ 'histone code' in het zoektermvak.)

3. Wat triggert het aanhaal- of losmaakproces? Komen TF's op de eerste plaats of hermodellerende/modificatie-enzymen? Huidige model

A. Regelgevende TF's (activators) binden eerst -- dat leidt tot hermodellering, modificatie, enz. Maakt het chromatine in het te transcriberen gebied los.

B. Basale TF's binden later -- Nadat chromatine is losgemaakt, kunnen basale TF's (en mogelijk meer regulerende TF's) aan het DNA binden, kan pol II aan de TF's binden en vindt transcriptie plaats.

4. Hoe past dit bij de DNase-gevoeligheidsresultaten?

A. meest losste -- Regio's waar transcriptiefactoren binden - - nucleosomen laten verwijderen &/of erg losmaken = overgevoelige plaatsen.

B. losser -- Regio's die worden getranscribeerd -- hebben nucleosomen op de een of andere manier "losgemaakt" of "opnieuw gemodelleerd", maar niet VERWIJDERD.

C. Loszittend -- Regio's die niet worden getranscribeerd -- hebben regelmatige nucleosomen ('los', relatief aan heterochromatine, maar 'strak' of 'niet zo los' in vergelijking met getranscribeerd euchromatine.) Regio's die niet worden getranscribeerd, bevinden zich vaak in euchromatine, niet in heterochromatine.


II. Details van transcriptie in eukaryoten (als vs. prokaryoten) Zie Becker Ch 21, pp 660-664 (665-670).

A. Meer van alles wat nodig is voor transcriptie in eukaryoten.

1. Meerdere RNA-polymerasen (zie laatste college). We zullen ons concentreren op pol II (maakt mRNA).

2. Meer eiwitten -- TF's nodig, niet alleen RNA-pol.

3. Meer regelgevende sequenties -- veel verschil. die binden div. TF's

4. Een overzicht en wat terminologie

  • Cis-werkend regulerend element = beïnvloedt alleen het nucleïnezuurmolecuul waarop het voorkomt. Gewoonlijk is een DNA-sequentie die een regulerend eiwit bindt.

  • Transacterend regulerend element = beïnvloedt doelwit-nucleïnesequenties overal in de cel. De regulerende sequentie codeert voor een regulerend molecuul - meestal een eiwit - dat bindt aan een doelwit - meestal een DNA-sequentie.

  • De term "transacterend" kan worden gebruikt om te verwijzen naar het regulerende molecuul (meestal een eiwit) of naar de DNA-sequentie die ervoor codeert.

  • Cis-werkende elementen = DNA zelf = hetzelfde in alle cellen van meercellige organismen = doelwit van trans-werkende regulerende moleculen.

  • Transacterende regulerende moleculen = product van DNA = TF's & andere moleculen = verschillend in verschillende celtypes en op verschillende tijdstippen.

  • In euk. het aantal verschillende soorten cis- en trans-werkende controle-elementen is veel groter dan bij prokaryoten. Hoe zijn ze? Zie onder.

  • Regulering kan "+" of "-" zijn, afhankelijk van de functie van het eiwit

  • Negatieve controle -- Als regulerend eiwit transcriptie blokkeert.

  • Positieve controle -- Als regulerend eiwit transcriptie verbetert.

  • Euk versus Prok. -- Negatieve controle (gebruik van onderdrukkers) lijkt vaker voor te komen bij prok. positieve controle (gebruik van activatoren) komt vaker voor in euk.

  • Hoe je positieve en negatieve controle uit elkaar houdt -- door de effecten van deleties.

B. Details van regulerende (cis-werkende) plaatsen in het DNA. Prokaryoten hebben promotors en operators. Welke sequenties hebben eukaryoten in het DNA die transcriptie beïnvloeden? (De volgende discussie heeft voornamelijk betrekking op regulatie van transcriptie door RNA pol II. Zie teksten in het bijzonder Becker voor details over promotors enz. voor pol I & III.) Zie Sadava Fig. 16.15 (14.14) of Becker fig.23-21 of hand-out 9A voor de structuur van regulerende plaatsen voor een typisch eiwitcoderend gen. Drie soorten regelgevende sites:

1. Kernpromotor

A. Nummering. De positie van basen wordt gewoonlijk geteld langs de sense-streng vanaf het begin van de transcriptie.

(1). "Begin" = Punt waar de transcriptie daadwerkelijk begint (meestal gemarkeerd met gebogen pijl) = nul.

(2). Stroomopwaarts en stroomafwaarts

(een). Stroomafwaarts = naar het 3'-uiteinde gaan op zintuiglijke streng = in de richting van transcriptie)

(B). Stroomopwaarts = gaan naar 5'-uiteinde op sense streng = in tegengestelde richting van transcriptie.

(3). Nummering -- enkele voorbeelden

(een). +10 = 10 basen stroomafwaarts van start = 10 basen na start van transcriptie.

(B). -25 = 25 basen stroomopwaarts vanaf de start = 25 basen voor het begin van de transcriptie.

(C). +1 = eerste base in transcript een die een dop krijgt (gemodificeerde base bevestigd aan 5'-uiteinde).

(4). Nummering -- diversen Kenmerken

(een). Er is geen 'nul'-basis, net zoals er geen 'nul'-jaar is tussen BC en AD en geen nul-uur tussen am en pm.

(B). In sommige gevallen wordt de positie van basen geteld langs de sense streng vanaf het begin van vertaling.Als het op deze manier wordt gedaan, is de A in de eerste AUG +1. Er wordt echter aangenomen dat de nummering vanaf het begin van transcriptietenzij anders gespecificeerd.

(C). TF's, RNA-pol, enz. binden aan groeven in dubbelstrengs DNA, niet aan één streng. Posities in het DNA worden echter meestal alleen gespecificeerd in termen van de sense-streng. Dit betekent NIET dat het eiwit alleen bindt aan de sense streng.

B. Kernpromotor zelf De kernpromotor wordt gedefinieerd door wat je nodig hebt om RNA-polymerase op de juiste plek te laten beginnen. Wat zit er in?

(1). Actueel punt voor het begin van de transcriptie (waar de gebogen pijl is) plus een paar bases aan weerszijden van 'start'. Bevat gewoonlijk een paar basen van de 5' UTR (niet-vertaalde regio).

(2). Bindende sites: Deel waar basale TF's en RNA-polymerasebinding begint - meestal sectie net stroomopwaarts (vóór) het startpunt. Bevat vaak een korte reeks die een TATA-box wordt genoemd (meestal ongeveer 25 basen voor het startpunt).

(3). Extra functies: Bevat vaak enkele aanvullende of andere sequenties naast de gespecificeerde. Niet alle promotors van Pol II zijn hetzelfde. (Als u geïnteresseerd bent in details, zie Becker 21-12b (13 b), of 23-21)

2. Proximale bedieningselementen. (Proximaal = Dichtbij).

A. Plaats: Nabij kernpromotor en start van transcriptie gewoonlijk "stroomopwaarts" (aan 5'-kant van begin van transcriptie.) Bevat gewoonlijk regulatorelementen tot -100 of -200 (basen).

B. Terminologie: Soms beschouwd als onderdeel van de kernpromotor.

C. Functie: Binding van geschikte eiwitten bevordert of remt transcriptie. Geïdentificeerd door de gevolgen van verwijderingen. Volgorde en werkingsmechanisme varieert.

3. Distale bedieningselementen (distaal = ver)

A. Twee soorten: versterkers en geluiddempers. Deze controle-elementen kunnen de transcriptie verlagen (geluiddempers) of verhogen (versterkers).

B. Deze kunnen behoorlijk ver verwijderd zijn van het gen dat ze controleren (in beide 5' of 3' richting = stroomopwaarts of stroomafwaarts). Kan in introns of in niet-getranscribeerde regio's zijn.

C. Deze kunnen in beide richtingen werken -- Omkeren heeft geen effect, in tegenstelling tot met promotors. Zie Becker afb. 23-22 (of hand-out 9B).

NS. Werkingsmechanisme -- bind TF's zie hieronder.

4. Terminologie & Misc. Details -- dit is ter referentie en mag niet klassikaal besproken worden.

A. dozen = korte reeksen die worden gevonden in regulerende regio's (bijv: TATA-box)

B. Consensusreeksen = sequentie die de meest voorkomende base bevat die op elke positie voor alle sequenties van dat type wordt gevonden. Elke individuele versie van de sequentie zal waarschijnlijk op een of meer posities verschillen van de consensus. (Bijvoorbeeld: TATAAAA = consensussequentie voor TATA-box. Betekent dat T de meest voorkomende basis is in de eerste positie, A komt het meest voor in de tweede positie, enz.)

C. Voor meercellige organismen wordt de term "operator" niet gebruikt voor plaats/DNA-sequentie waar een regulerend eiwit zit. Waarom? Omdat geen polycistronisch mRNA en geen operons in hogere eukaryoten. (Zijn sommige in eencellige euk.)

C. Hoe werken basale transcriptiefactoren?

1. Hetzelfde in alle cellen. Nodig om transcriptie in alle cellen te starten. Zie Sadava afb. 16.14 (14.13) (14.12) of Becker fig. 21-13 (21-14).

2. Eigenschappen

A. Veel basale TF's nodig.

B. Basale TF's voor RNA pol. II .

(1). Terminologie: Basale TF's voor pol II worden TFIIA, TFIIB, enz. genoemd.

(2). De belangrijkste is TFIID, het heeft zelf veel subeenheden. De meest bestudeerde subeenheid is TBP (tATA Bindingen Proteïne -- Zie Becker fig. 21-14 (21-15).) Herkent TATA-box als die er is.

(3). Andere polymerasen hebben ook TF's, maar TF's voor pol II zijn van groot belang, aangezien pol II '8594 mRNA

C. Basale TF's binden eerst aan de kernpromotor en vervolgens bindt RNA-pol eraan. Er zijn veel eiwitten nodig om op gang te komen. RNA-polymerase doet niet direct aan het DNA binden.

D. Hoe werken regelgevende of weefselspecifieke TF's?

1. Verschillende worden gebruikt in verschillende celtypen of op bepaalde tijden. Niet alle zijn nodig in alle cellen. Zie Becker afb. 23-24.

2. Eigenschappen

A. Binden aan gebieden buiten de kernpromotor -- meestal naar versterkers of geluiddempers (distale bedieningselementen), maar soms naar proximale bedieningselementen

B. Wanneer regulerende TF's binden, kan transcriptie afnemen of bevorderen.

(1). Activatoren. TF's worden activatoren genoemd als ze binden aan versterkers en/of transcriptie verhogen.

(2). Onderdrukkers.TF's worden repressors genoemd als ze binden aan geluiddempers en/of transcriptie verminderen.

C. Hoe regulerende TF's transcriptie beïnvloeden: Van DNA wordt gedacht dat het rondloopt, zodat de geluiddemper/versterker dicht bij de kernpromotor zit. TF's op enhancer helpen bij het stabiliseren (of blokkeren) van de binding van basale TF's direct of indirect aan de kernpromotor. (Zie Becker fig. 23-23 of Sadava fig. 16.15 (14.14) en het gedeelte over reglementaire TF's hieronder.)

NS. euk. tegen Prok. onderdrukkers -- beide 'repressors' interfereren met transcriptie, maar het werkingsmechanisme is anders.

e. Rol van co-activators -- Eiwitten die binden aan TF's op de enhancer en transcriptie beïnvloeden (maar niet direct binden aan het DNA) worden vaak co-activator (of co-repressor) eiwitten genoemd. Er zijn 2 manieren waarop co-activators transcriptie beïnvloeden:

(1). Fungeren als bemiddelaar -- Verbind twee delen van de transcriptiemachine. Een deel van de mediator bindt aan TF (dat is gebonden aan enhancer of silencer) en een ander deel van de mediator bindt aan basale transcriptiefactoren (of pol II) op kernpromotor en/of proximale controle-elementen. Mediator = gebruikelijke naam van complex van co-activators die zo handelen.

(2). Wijzig de staat van chromatine. Bind aan TF op enhancer en maak chromatine in het te transcriberen gen los. Remodellerende eiwitten en histonmodificerende enzymen vallen onder deze categorie.

Om de genstructuur & TF's te bekijken, probeer problemen 4R-2, 4R-5A & 4R6-A.

F. Coördineren van controle. Een groep genen kan allemaal tegelijk worden in- of uitgeschakeld als reactie op hetzelfde signaal (hitteschok, hormoon, enz.).

(1). Prokaryoten versus eukaryoten: Beiden prok. en euk. vertonen gecoördineerde controle, maar het mechanisme is anders. (Zie onderstaande tabel.)

(2). Locatie van gecoördineerd gecontroleerde genen

(een). In prokaryoten bevinden gecoördineerd gecontroleerde genen zich samen in operons.

(B). In eukaryoten hoeven gecoördineerd gecontroleerde genen niet dicht bij elkaar te zijn - ze moeten gewoon dezelfde (cis-werkende) controle-elementen hebben. Zie Sadava afb. 16.17 (14.16).

(3). Bedieningselementen:

(een). Alle genen die aangezet zijn in hetzelfde celtype en/of onder dezelfde omstandigheden delen dezelfde controle-elementen -- daarom reageren deze genen allemaal op dezelfde regulerende TF's. Resultaat is meerdere mRNA's, allemaal gemaakt in reactie op hetzelfde signaal(en).

(B). De meeste genen hebben meerdere (cis-werkende) controle-elementen. Daarom wordt de transcriptie van de meeste genen beïnvloed door meer dan één TF.

(C). Transcriptie van een bepaald gen hangt af van de combinaties van TF's, niet slechts één, die beschikbaar zijn in dat celtype.

(4). Verschillen in TF's. Verschillende celtypes maken verschillende regulerende TF's. Daarom worden verschillende groepen gecoördineerd gecontroleerde genen aan/uitgezet. Zie Becker afb. 23-24.

(5). Vergelijking van de situatie in prokaryoten versus meercellige eukaryoten:


16.5 Eukaryote post-transcriptionele genregulatie

Aan het einde van dit gedeelte kunt u het volgende doen:

  • RNA-splitsing begrijpen en de rol ervan bij het reguleren van genexpressie uitleggen
  • Beschrijf het belang van RNA-stabiliteit bij genregulatie

RNA wordt getranscribeerd, maar moet worden verwerkt tot een volwassen vorm voordat de vertaling kan beginnen. Deze verwerking die plaatsvindt nadat een RNA-molecuul is getranscribeerd, maar voordat het wordt vertaald in een eiwit, wordt genoemd post-transcriptionele modificatie. Net als bij de epigenetische en transcriptionele stadia van verwerking, kan deze post-transcriptionele stap ook worden gereguleerd om genexpressie in de cel te regelen. Als het RNA niet wordt verwerkt, vervoerd of getranslateerd, wordt er geen eiwit gesynthetiseerd.

RNA-splitsing, de eerste fase van post-transcriptionele controle

In eukaryote cellen bevat het RNA-transcript vaak regio's, introns genaamd, die voorafgaand aan translatie worden verwijderd. De gebieden van RNA die coderen voor eiwit worden exons genoemd. (Figuur 16.10). Nadat een RNA-molecuul is getranscribeerd, maar voordat het de kern verlaat om te worden getranslateerd, wordt het RNA verwerkt en worden de introns verwijderd door splitsing. Splicing wordt gedaan door spliceosomen, ribonucleoproteïnecomplexen die de twee uiteinden van het intron kunnen herkennen, het transcript op die twee punten kunnen knippen en de exons samen kunnen brengen voor ligatie.

Evolutie verbinding

Alternatieve RNA-splitsing

In de jaren zeventig werden voor het eerst genen waargenomen die alternatieve RNA-splitsing vertoonden. Alternatieve RNA-splitsing is een mechanisme waarmee verschillende eiwitproducten kunnen worden geproduceerd uit één gen wanneer verschillende combinaties van exons worden gecombineerd om het mRNA te vormen (Figuur 16.11). Deze alternatieve splitsing kan willekeurig zijn, maar vaker wordt het gecontroleerd en werkt het als een mechanisme van genregulatie, met de frequentie van verschillende splitsingsalternatieven die door de cel worden gecontroleerd als een manier om de productie van verschillende eiwitproducten in verschillende cellen of in verschillende ontwikkelingsstadia te beheersen. Alternatieve splitsing wordt nu beschouwd als een algemeen mechanisme van genregulatie in eukaryoten volgens één schatting, 70 procent van de genen bij mensen wordt uitgedrukt als meerdere eiwitten door alternatieve splitsing. Hoewel er meerdere manieren zijn om alternatief RNA-transcripten te splitsen, is de oorspronkelijke 5'-3'-volgorde van de exons altijd geconserveerd. Dat wil zeggen, een transcript met exons 1 2 3 4 5 6 7 kan worden gesplitst 1 2 4 5 6 7 of 1 2 3 6 7, maar nooit 1 2 5 4 3 6 7.

Hoe zou alternatieve splicing kunnen evolueren? Introns hebben een begin- en eindherkenningssequentie. Het is gemakkelijk voor te stellen dat het splitsingsmechanisme het einde van een intron niet kan identificeren en in plaats daarvan het einde van het volgende intron kan vinden, waardoor twee introns en het tussenliggende exon worden verwijderd. In feite zijn er mechanismen om dergelijke intron-skipping te voorkomen, maar mutaties zullen waarschijnlijk tot falen leiden. Dergelijke "fouten" zouden meer dan waarschijnlijk een niet-functioneel eiwit produceren. Inderdaad, de oorzaak van veel genetische ziekten is abnormale splitsing in plaats van mutaties in een coderende sequentie. Alternatieve splicing zou echter mogelijk een eiwitvariant kunnen creëren zonder verlies van het oorspronkelijke eiwit, waardoor mogelijkheden ontstaan ​​om de nieuwe variant aan nieuwe functies aan te passen. Genduplicatie heeft op een vergelijkbare manier een belangrijke rol gespeeld in de evolutie van nieuwe functies door genen te verschaffen die kunnen evolueren zonder het oorspronkelijke, functionele eiwit te elimineren.

Vraag: In de korenslang Pantherophis guttatus, zijn er verschillende kleurvarianten, waaronder amelanistische slangen waarvan de huidpatronen alleen rode en gele pigmenten vertonen. De oorzaak van amelanisme bij deze slangen werd onlangs geïdentificeerd als het inbrengen van een transponeerbaar element in een intron in het OCA2-gen (oculocutaan albinisme). Hoe kan het inbrengen van extra genetisch materiaal in een intron leiden tot een niet-functioneel eiwit?

Link naar leren

Visualiseer hoe mRNA-splitsing plaatsvindt door het proces in actie te bekijken in deze video.

Controle van RNA-stabiliteit

Voordat het mRNA de kern verlaat, krijgt het twee beschermende "caps" die voorkomen dat de uiteinden van de streng tijdens zijn reis degraderen. 5'- en 3'-exonucleasen kunnen onbeschermde RNA's afbreken. De 5'-cap, die op het 5'-uiteinde van het mRNA wordt geplaatst, bestaat meestal uit een gemethyleerd guanosinetrifosfaatmolecuul (GTP). De GTP wordt "achterwaarts" op het 5'-uiteinde van het mRNA geplaatst, zodat de 5'-koolstofatomen van de GTP en het terminale nucleotide via drie fosfaten zijn verbonden. De poly-A-staart, die aan het 3'-uiteinde is bevestigd, bestaat gewoonlijk uit een lange keten van adeninenucleotiden. Deze veranderingen beschermen de twee uiteinden van het RNA tegen exonuclease-aanvallen.

Zodra het RNA naar het cytoplasma is getransporteerd, kan de tijdsduur dat het RNA daar verblijft, worden gecontroleerd. Elk RNA-molecuul heeft een bepaalde levensduur en vervalt met een bepaalde snelheid. Deze mate van verval kan invloed hebben op de hoeveelheid eiwit in de cel. Als de vervalsnelheid wordt verhoogd, zal het RNA niet zo lang in het cytoplasma aanwezig zijn, waardoor de beschikbare tijd voor translatie van het mRNA wordt verkort. Omgekeerd, als de vervalsnelheid wordt verlaagd, zal het mRNA-molecuul langer in het cytoplasma blijven en kan er meer eiwit worden getranslateerd. Deze mate van verval wordt de RNA-stabiliteit genoemd. Als het RNA stabiel is, wordt het voor langere tijd in het cytoplasma gedetecteerd.

Binding van eiwitten aan het RNA kan ook de stabiliteit ervan beïnvloeden. Eiwitten die RNA-bindende eiwitten of RBP's worden genoemd, kunnen binden aan de regio's van het mRNA net stroomopwaarts of stroomafwaarts van het eiwitcoderende gebied. Deze regio's in het RNA die niet in eiwit worden vertaald, worden de niet-vertaalde regio's of UTR's genoemd. Het zijn geen introns (die zijn verwijderd in de kern). Dit zijn eerder regio's die mRNA-lokalisatie, stabiliteit en eiwittranslatie reguleren. Het gebied net voor het eiwitcoderende gebied wordt het 5'-UTR genoemd, terwijl het gebied na het coderende gebied het 3'-UTR wordt genoemd (Figuur 16.12). De binding van RBP's aan deze regio's kan de stabiliteit van een RNA-molecuul verhogen of verlagen, afhankelijk van het specifieke RBP dat bindt.

RNA-stabiliteit en microRNA's

Naast RBP's die binden aan RNA-stabiliteit en deze controleren (verhogen of verlagen), kunnen andere elementen, microRNA's genaamd, aan het RNA-molecuul binden. Deze microRNA's, of miRNA's, zijn korte RNA-moleculen die slechts 21 tot 24 nucleotiden lang zijn. De miRNA's worden in de kern gemaakt als langere pre-miRNA's. Deze pre-miRNA's worden in volwassen miRNA's gehakt door een eiwit genaamd Dicer . Net als transcriptiefactoren en RBP's herkennen volwassen miRNA's een specifieke sequentie en binden ze aan het RNA, maar miRNA's associëren ook met een ribonucleoproteïnecomplex dat het RNA-geïnduceerde silencing-complex (RISC) wordt genoemd. De RNA-component van de RISC-basenparen met complementaire sequenties op een mRNA en ofwel de vertaling van de boodschap belemmeren of leiden tot de afbraak van het mRNA.


Wat is genexpressie?

Het is het proces waarbij genomen worden gebruikt om de synthese van eiwitten te reguleren. Het aldus gesynthetiseerde eiwit wordt door het lichaam gebruikt om celstructuren te produceren. Het is ook een strikt gecoördineerd proces dat cellen in staat stelt te reageren op de veranderingen in hun omgeving.

Het is opmerkelijk dat de genen die informatie overdragen voor het gebruik van aminozuren structurele genen worden genoemd. Bovendien heeft dit hele proces twee verschillende stappen.

In deze specifieke stap wordt RNA geproduceerd met behulp van RNA-polymerase-enzymen. Bijgevolg worden de mRNA-moleculen verwerkt.

Deze stap houdt zich meer bezig met de synthese van eiwitten via mRNA. Door het verloop van de actie wordt de verwerking van eiwitmoleculen in gang gezet.

In eenvoudige bewoordingen kun je dus zeggen dat het het proces is waarbij instructies in het DNA worden omgezet in een bruikbaar product, in dit geval een eiwit.

[Afbeelding wordt binnenkort geüpload]


Ondersteunende informatie

S1 Afb

De gemiddelde genexpressiewaarde tijdens vroege pluimontwikkeling werd vergeleken met die gevonden in rijstwortels en -scheuten na behandeling gedurende 2 uur met 5 μM BA of een vehiculumcontrole.

S2 Afb

Een clusteranalyse werd uitgevoerd op basis van Euclidische afstand tussen genexpressie in stadia 0𠄵 van vroege pluimontwikkeling. Dit is uitgezet als een warmtekaart met een dendrogram voor elke familie van genen. # Significante verschillen op basis van een T-Test tussen de twee fasen met maximale en minimale expressie (P < 0,05). *Aanzienlijke verschillen bij het vergelijken van expressie in alle stadia op basis van ANOVA met Holm-posttest (P < 0,05).


Prokaryotische versus eukaryote genexpressie

Om te begrijpen hoe genexpressie wordt gereguleerd, moeten we eerst begrijpen hoe een gen codeert voor een functioneel eiwit in een cel. Het proces vindt plaats in zowel prokaryotische als eukaryote cellen, alleen op iets verschillende manieren.

Prokaryote organismen zijn eencellige organismen die geen celkern hebben, en hun DNA zweeft daarom vrij in het celcytoplasma. Om een ​​eiwit te synthetiseren, vinden de processen van transcriptie en translatie bijna gelijktijdig plaats. Wanneer het resulterende eiwit niet langer nodig is, stopt de transcriptie. Als gevolg hiervan is de regulatie van DNA-transcriptie de primaire methode om te bepalen welk type eiwit en hoeveel van elk eiwit in een prokaryotische cel tot expressie wordt gebracht. Alle volgende stappen gebeuren automatisch. Als er meer eiwit nodig is, vindt er meer transcriptie plaats. Daarom is in prokaryotische cellen de controle van genexpressie meestal op transcriptioneel niveau.

Eukaryote cellen daarentegen hebben intracellulaire organellen die hun complexiteit vergroten. In eukaryote cellen bevindt het DNA zich in de celkern en daar wordt het getranscribeerd in RNA. Het nieuw gesynthetiseerde RNA wordt vervolgens uit de kern naar het cytoplasma getransporteerd, waar ribosomen het RNA in eiwit vertalen. De processen van transcriptie en translatie worden fysiek gescheiden door het kernmembraan. transcriptie vindt alleen plaats binnen de kern en translatie vindt alleen plaats buiten de kern in het cytoplasma. De regulatie van genexpressie kan in alle stadia van het proces plaatsvinden ([link]). Regulatie kan optreden wanneer het DNA wordt afgewikkeld en losgemaakt van nucleosomen om transcriptiefactoren te binden (epigenetisch niveau), wanneer het RNA wordt getranscribeerd (transcriptioneel niveau), wanneer het RNA wordt verwerkt en geëxporteerd naar het cytoplasma nadat het is getranscribeerd (post-transcriptioneel niveau ), wanneer het RNA wordt vertaald in eiwit (translationeel niveau), of nadat het eiwit is gemaakt (post-translationeel niveau).


De verschillen in de regulatie van genexpressie tussen prokaryoten en eukaryoten zijn samengevat in [link]. De regulatie van genexpressie wordt in volgende modules in detail besproken.

Verschillen in de regulatie van genexpressie van prokaryotische en eukaryote organismen
Prokaryotische organismen eukaryote organismen
Gebrek aan kern bevatten kern
DNA wordt gevonden in het cytoplasma DNA is beperkt tot het nucleaire compartiment
RNA-transcriptie en eiwitvorming vinden bijna gelijktijdig plaats RNA-transcriptie vindt plaats voorafgaand aan eiwitvorming en vindt plaats in de kern. Translatie van RNA naar eiwit vindt plaats in het cytoplasma.
Genexpressie wordt voornamelijk op transcriptioneel niveau gereguleerd Genexpressie wordt op vele niveaus gereguleerd (epigenetisch, transcriptioneel, nucleair pendelen, post-transcriptioneel, translationeel en post-translationeel)

Evolutie van genregulatie Prokaryote cellen kunnen alleen genexpressie reguleren door de hoeveelheid transcriptie te regelen. Naarmate eukaryote cellen zich ontwikkelden, nam de complexiteit van de controle van genexpressie toe. Met de evolutie van eukaryote cellen kwam bijvoorbeeld de compartimentering van belangrijke cellulaire componenten en cellulaire processen. Er werd een nucleair gebied gevormd dat het DNA bevat. Transcriptie en translatie werden fysiek gescheiden in twee verschillende cellulaire compartimenten. Het werd daarom mogelijk om genexpressie te regelen door de transcriptie in de kern te reguleren, en ook door de RNA-niveaus en eiwittranslatie die buiten de kern aanwezig zijn te regelen.

Sommige cellulaire processen zijn ontstaan ​​uit de behoefte van het organisme om zichzelf te verdedigen. Cellulaire processen zoals gen-uitschakeling ontwikkelden zich om de cel te beschermen tegen virale of parasitaire infecties. Als de cel de genexpressie voor een korte tijd snel zou kunnen uitschakelen, zou hij een infectie kunnen overleven terwijl andere organismen dat niet kunnen. Daarom ontwikkelde het organisme een nieuw proces dat het hielp te overleven, en het was in staat om deze nieuwe ontwikkeling door te geven aan nakomelingen.


Leermiddelen en andere klasactiviteiten

Wij zijn van mening dat het begrijpen van de kernconcepten van epigenetische regulatie die hierboven zijn besproken een kritische leerdoelstelling is voor studenten, en hieronder bespreken we specifieke onderwijsstrategieën om dit te bereiken. De meeste concepten die in deze recensie worden behandeld, kunnen worden gebruikt om een ​​curriculum te ontwerpen dat specifiek is voor epigenetica, als een eenheid in een cursus biologie of menselijke genetica. Deze epigenetica-eenheid zal het meest nuttig zijn voor studenten die basiskennis hebben van de chromatinestructuur en de regulatie van genexpressie uit inleidende biologiecursussen. Pedagogische hulpmiddelen zoals activiteiten in de klas zijn uitstekend om studenten te helpen bij het uitpakken van enkele van de meer uitdagende concepten in epigenetica. Hier worden verschillende voorbeelden gegeven en deze kunnen worden verkleind in complexiteit voor lagere divisies of inleidende college-cursussen. Ten slotte zijn we van mening dat deze beoordeling ook leraren in het secundair biologie kan helpen bij het ontwerpen van een epigenetische eenheid en deze te integreren in hun huidige curriculum.


Bekijk de video: Biology in Focus Chapter 15: Regulation of Gene Expression (Februari 2023).