Wiele genów zawiera dodatkowe sekwencje
o są one położone w różnych odległościach od genów, ale mimo nawet znacznej odległości gen pozostaje zawsze pod ich kontrolą i są to:
§ sekwencje wzmacniające ehnacerowe, które znacznie stymulują transkrypcję i znajdują się poza miejscem promotorowym
§ wyciszające silencerowe, które hamują transkrypcję
§ sekwencje terminacji – takie znaczenie mają sekwencje palindromowi
Prokarionty
1. U E. coli, na przykład, promotor składa się z dwóch krótkich ciągów nukleotydów DNA znajdujących się o 10 i 35 par zasad przed miejscem rozpoczęcia transkrypcji.
2. …
3. które są rozpoznawane przez specyficzne białka regulatorowe – represory i aktywatory wpływające na przebieg transkrypcji.
Eukarionty
U eukariotów występuje kilka rodzajów polimeraz RNA. Różne jądrowe polimerazy RNA biorą udział w transkrypcji różnych klas RNA. Polimeraza RNA II (Pol II) syntetyzuje pre-mRNA i większość snRNA, polimeraza RNA I (Pol I) transkrybuje część rRNA, a polimeraza RNA III (Pol III) odpowiada za syntezę tRNA, 5S rRNA i innych małych jądrowych RNA.
Struktura genu prokariotycznego
o promotor –
o Do przyłączania się do polimerazy w miejscu promotorowym jest niezbędny kompleks utworzony przez tzw. Białkowy katabolitowy aktywator genu (CAP) z cyklicznym AMP. Kompleks ten działa jako regulator dodatni.
Promotor – miejsce operonu do którego przyłącza się polimeraza RNA w celu transkrybowania trzech genów struktury na jednej nici mRNA.
o Promotor (przed miejscem inicjacji transkrypcji) zawiera 2 ramki:
§ +10 (AT)
§ +35 (TTGACA)
o obie ramki są miejscami wiązania polimerazy RNA zależnej od DNA.
CAP:
Nazwa tego białka wynika z jego udziału w stymulacji ekspersji wielu operonów zaangażowanych w katabolizm różnych sacharydów, m.in. operonu laktozowego.
W formie aktywnej białko to tworzy kompleks z cyklicznym AMP (cAMP).
Tego typu oddziaływanie aktywatora z polimerazą RNA stymuluje wiązanie się tego enzymu z sekwencją promotora (KB).
Stymulacja promotorów, w których miejsce wiązania się białka CAP zachodzi na rejon -35, następuje to dzięki oddziaływaniu aktywatora zarówno z domeną C-terminalną jak i N-terminalną podjednostki a polimerazy RNA. Domena C-terminalna działa jako inhibitor i oddziaływanie aktywatora z tą domeną ma na celu niwelowanie jej negatywnego wpływu na inicjację transkrypcji.
Właściwa aktywacja transkrypcji następuje podczas oddziaływania aktywatora z domeną N-terminalną podjednostki a, przy czym stymulowany jest proces izomeryzacji (kf) bez wpływu na proces wiązania się polimerazy RNA do sekwencji promotora.
Represor
Regulacja procesu transkrypcji poprzez uniemożliwienie jego rozpoczęcia.Proc
es ten odbywa się zazwyczaj poprzez przyłączenie się białka represorowego (represora) do rejonu DNA bezpośrednio sąsiadującego lub pokrywającego się z promotorem. Regulacja transkrypcji poprzez jej represję występuje znacznie częściej w komórkach prokariotycznych niż eukariotycznych.Prokariotyczne represory zwykle łączą się z DNA w pobliżu sekwencji promotora i bezpośrednio oddziaływują z polimerazą RNA hamując inicjację transkrypcji. Hamowany może być zarówno proces specyficznego przyłączania się polimerazy RNA do sekwencji promotora, proces przejścia kompleksu polimerazy RNA z fragmentem DNA z formy kompleksu zamkniętego w kompleks otwarty czyli izomeryzacja, jak też proces opuszczania rejonu promotora przez rozpoczynającą transkrypcję polimerazę RNA.
Enhancery
o enhancery tkankowo-specyficzne wzmagające transkrypcję tylko tam, gdzie obecne są białka wiążące się w ich obrębie
o tylko w niektórych komórkach wykazują aktywność wzmacniającą
o możliwość oddziaływań enhancer: promotor mimo odległości pomiędzy nimi wynoszącej niekiedy kilka tys. pz istnieje dzięki dużej elastyczności nici DNA. Ta elastyczność objawia się zdolnością DNA do dowolnego wyginania się
o sekwencje służące wyciszeniu aktywności promotora
o podobnie jak enhancery mogą być w różnym stopniu oddalone od genu w obu kierunkach
o a także występować w jego wnętrzu
o np. w genach kodujących immunoglobuliny (białka syntetyzowane jedynie w limfocytach B) silencer wbudowany jest w obrębie enhancera
o jego znaczenie uwidocznia się w komórkach innych niż limfocyty B
jest to swoiste zabezpieczenie przed ekspresją genów immunoglobulin związane z inaktywacją enhancera
Sygnały:
Transdukcja sygnału – systemy Dwuskładnikowe
Systemy umożliwiające regulację genów w odpowiedzi na czynniki zewnętrzne (transdukcja sygnału)
Sensor– domena wiążąca ligand + domena kinazy histydynowej (HK) – autofosforylacja w odpowiedzi na sygnał
Efektor (RR – response regulator) – fosforylowany przez aktywny sensor (w asparaginie) reguluje transkrypcję
Globalne:
W obrębie RR znajdują się szczególnie zmienne i specyficzne dla danych genów miejsca wiązania czynników transkrypcyjnych
Transkrypcja
W procesie transkrypcji wyróżnia się trzy etapy: inicjację, elongację i terminacjeZapoczštkowanie procesu polega na zwišzaniu się polimerazy RNA z promotorem. W miejscu, w którym polimeraza natknie się na promotor z dużym powinowactwem zwišzuje się z tym rejonem i rozsuwa nici DNA na odcinku kilkunastu nukleoidów umożliwia to ich ustawienie i łšczenie ze sobš.
Cis:
Elementy cis Znajdują się w obrębie tej samej cząsteczki, co element podlegający regulacji
Elementy cisw obrębie DNA np. promotory, operatory, enhancery
Elementy cisw obrębie RNA sekwencje wiążące białka regulujące translację, splicing, degradacjęitp.
Trans:
Odrębne cząsteczki oddziałujące z elementami cis i modulujące ekspresję
Białka regulujące transkrypcję(czynniki transkrypcyjne),aktywatory, represory itp.
Białka regulujące inne etapy ekspresji (aktywatory/represory translacji, splicingu itp.)
RNA regulatorowe (siRNA, miRNA itp.)
Operon
Zespół dwu lub więcej genów znajdujących się pod kontrolą jednego promotora i stanowiący jednostkę transkrypcyjną.Wszystkie geny struktury położone w jednym operonie są transkrybowane razem, dzięki czemu tworzy się mRNA policistronowy, na którego matrycy odbywa się synteza poszczególnych białek. Umożliwia to jednoczesną kontrolę transkrypcji wszystkich genów należących do jednego operonu. Ze względu na różne mechanizmy inicjacji translacji, operony występuję głównie w komórkach prokariotycznych.
-terminator (odcinek genu, na którym kończy się transkrypcja operonu)
-atenuator - sekwencja położona między promotorem a genami struktury.
Laktozowy:
W warunkach nieobecności laktozy, system utrzymuje niski poziom enzymów, natomiast w przypadku obecności laktozy warunkuje szybki wzrost stężenia tych enzymów.
· lacZ, kodujący enzym β-galaktozydazę (Numer EC 3.2.1.23 w bazie Enzyme nomenclature database), hydrolizującą laktozę do glukozy i galaktozy;
· lacY, kodujący permeazę laktozową, odpowiedzialną za transport laktozy do komórki;
· lacA, kodujący transacetylazę β-galaktozydazową (Numer EC 2.3.1.18 w bazie Enzyme nomenclature database), zaangażowaną w transport laktozy wewnątrz komórki.
Sekwencja operatora „nachodzi” kilkoma nukleotydami na sekwencję promotora. Zatem jeżeli do operatora przyłączy się represor, uniemożliwia on transkrypcję genów.
W przypadku połączenia się laktozy do białka regulatorowego (represora) nastąpi obniżenie zdolności represora do wiązania się z operatorem. Zatem represor nie będzie w stanie blokować sekwencji operatora i w rezultacie umożliwia przyłączenie się polimerazy RNA do promotora
Operator
Operator może być położony przed promotorem, zachodzić na sekwencję promotora lub znajdować się za promotorem, w zależności od mechanizmu regulacji aktywności danego promotora.
Operon tryptofanowy
posiadają jeden wspólny promotor i ulegają transkrypcji w postaci jednej cząsteczki RNA.
3- tryptofanu, która jest produktem szlaku biochemicznego katalizowanego przez enzymy kodowane przez ten operon. Gdy tryptofan jest dostępny w otoczeniu komórki, operon jest wyłączony, ponieważ kompleks represor-tryptofan wiąże się do sekwencji operatora trp, uniemożliwiając w ten sposób związanie się polimerazy RNA z promotorem trp. W momencie braku tryptofanu, który działa jak korepresor, wspólnie z represorem blokując swoją syntezę. Represor nie może związać się z operatorem i zachodzi ekspresja operonu.
Rainhardt