Gen Duzenleyici Proteinler

11.10.2012
Prokaryotlarda durum
Gen düzenleyici proteinler ve gen
anlatımının düzenlenmesi
Doç.Dr. Erdal BALCAN
2
PROKARYOTLARDA GEN ANLATIMININ NEGATĐF
KONTROLÜ
Negatif Đndüklenebilen Operonlarda,
düzenleyici bir repressör normalde operatöre
bağlanarak transkripsiyonu önler.
Aktivatör
(Đnaktif)
(aktif)
Repressör
(inaktif)
Eğer bir indükleyici molekül varsa repressöre
bağlanarak yapısal değişikliğe neden olur. Bu
değişiklik repressörün operatöre
bağlanmasını engeller ve transkripsiyon
gerçekleşir.
Negatif Baskılanabilen Operonlarda,
operonun transkripsiyonu normal olarak
gerçekleşir. Repressör proteinler regülatör
bir gen tarafından üretilir ancak normal
konformasyonu ile operona bağlanamaz.
Aktivatör
(aktif)
Aktivatör
(Đnaktif)
(inaktif)
Doç.Dr. Erdal BALCAN
3
Ancak, korepressör (son ürün) repressör
proteine bağlanır ve konformasyonal bir
değişiklik yaparak repressörü aktif hale
getirir. Aktive repressör operatöre bağlanır ve
transkripsiyonu
engeller.
Doç.Dr. Erdal
BALCAN
4
Repressör
re
(aktif)
1
11.10.2012
LAC OPERONUN NEGATĐF KONTROLÜ
PROKARYOTLARDA GEN ANLATIMININ POZĐTĐF KONTROLÜ
ORTAMDA LAKTOZ YOK
Aktivatör
(aktif)
Aktivatör
aktivatör
(Đnaktif)
Aktivatör
(Đnaktif)
aktivatör
Aktivatör
Pozitif indüklenebilir operonlarda,
aktivatör proteinler normalde DNA’ya
bağlanamazlar. Bir indüktör, aktivatör
proteine bağlandığı zaman yapısal
değişiklik yaparak aktivatörün DNA’ya
bağlanmasını ve transkripsiyonun
gerçekleşmesini sağlar.
Pozitif Baskılanabilir operonlarda,
aktivatör protein normalde DNA
segmentine bağlanabilir. Ancak, bir
korepressör aktivatör ile birleştiğinde
aktivatörün DNA’ya bağlanması
gerçekleşmez ve transkripsiyon durur.
Bakteri enerjiden tasarruf yapar.
Baskılayıcı gen tarafından sentezlenen baskılayıcı protein operatöre bağlanır.
Bu bağlanma RNA polimerazın aktivitesine engel olur
enzim sentezi
gerçekleşmez.
P
lac I
O
lac Z
lac Y
lac A
ENZĐM SENTEZĐ YOK
RNA pol.
Baskılayıcı
protein
NEGATĐF ĐNDÜKLENEBĐLEN OPERON
(aktif)
Doç.Dr. Erdal BALCAN
5
Doç.Dr. Erdal BALCAN
6
LAC OPERONUN NEGATĐF KONTROLÜ
ORTAMDA LAKTOZ VAR
Laktoz baskılayıcıya bağlanır. Baskılayıcı yapısal değişikliğe uğrar.
Bu değişiklik baskılayıcının operratöre bağlanmasını engeller
RNA polimeraz yapısal genlerin transkripsiyonunu gerçekleştirir.
lac I
P
O
lac Z
lac Y
TRANSKRĐPSĐYON VAR
lac A
Lac -repressor
TRANSKRĐPSĐYON
ENZĐM SENTEZĐ
BAŞLAR
NEGATĐF ĐNDÜKLENEBĐLEN
OPERON
Doç.Dr. Erdal BALCAN
TRANSKRĐPSĐYON YOK
7
Doç.Dr. Erdal BALCAN
8
2
11.10.2012
LAC OPERONUN POZĐTĐF KONTROLÜ
LAC OPERONUN POZĐTĐF KONTROLÜ
ORTAMDA GLUKOZ VARSA
KATABOLİT AKTİVATÖR PROTEİN (CAP)
Transkripsiyonel
aktivatör protein
ORTAMDA GLUKOZ YOKSA
CAP-cAMP
RNA pol.
kompleksi
bağlama bölgesi bağlanma
bölgesi
CAP
P
O
cAMP
lac Z
lac Y
lac A
O
P
TRANSKRĐPSĐYON
lac Y
lac A
TRANSKRĐPSĐYON AZALIR
Adenilat siklaz Ortamda glukoz yokken CAP RNA polimerazın promotora bağlanmasını
lac Z
cAMP kolaylaştırarak POZĐTĐF KONTROL etkisi yaratır.
CAP ortamda glukoz varken LAC operonu baskılar.
Ancak CAP’ın promotor bölgeye bağlanabilmesi için cAMP ile kompleks
oluşturması gerekir.
KATABOLĐK REPRESYON denilen bu olayda ortamda laktoz
cAMP adenilat siklaz enzimi ile ATP’den sentezlenir.
olsa bile lac operon aktive olmaz
Glukoz adenilat siklazı baskılayarak cAMP düzeyini düşürür.
Doç.Dr. Erdal BALCAN
POZĐTĐF ĐNDÜKLENEBĐLEN OPERON
9
Hücre enerji kaynağı olarakDoç.Dr.
glukozu
Erdal BALCAN kullanır.
10
Ökaryotik genomik yapının özellikleri
ÖKARYOTLARDA
Gen düzenleyici proteinler ve gen
anlatımının düzenlenmesi
Doç.Dr. Erdal BALCAN
Çok büyük
Kompleks
Ökaryotik genomun bir transkripsiyonel ünitesinde
sadece bir gen bulunur.
11
Ökaryotik genomda çok sayıda tekrarlayan dizi bulunur.
Birçok ökaryotik gende çok sayıda non-koding dizi vardır.
Doç.Dr. Erdal BALCAN
12
3
11.10.2012
ÖKARYOTLARDA
Gen Anlatımının Düzenlenmesi
Promotor Gen (kırmızı) intron (yeşil)
1. DNA replikasyon
Plasmid
2. Transkripsiyon
Primer
transkript
3. Posttranskripsiyonal
süreç
mRNA yıkımı
olgun
mRNA
4. Translasyon
inaktif
protein
5. Posttransyonel
süreç
Protein harabiyeti
aktif
protein
Doç.Dr. Erdal BALCAN
13
Doç.Dr. Erdal BALCAN
14
Düzenlenme Biçimine Göre Genler
Gen anlatımının Hücre İçindeki Etkileri
•Gen artışı
(amplifikasyon)
•Gen Kaybı
•Yeniden düzenleme
Hücrenin ortama ayak
uydurması
Gelişim, çoğalma ve
farklılaşmanın kontrolü
Konstitutif Genler: sürekli anlatım yapan genler (Konstitutif
genler çevresel koşullardan etkilenmezler, anlatımları sadece
promotor ve RNA polimeraz arasındaki etkileşimle düzenlenir).
İndüklenebilen (ve baskılanabilen) Genler:
Anlatımları
çevresel değişikliklere yanıt olarak gerçekleşen ya da hücre
döngüsüne bağımlı olan genler (anlatımları promotor ile RNA
polimeraz arasındaki etkileşim dışında başka faktörlerle de
düzenlenir. Bu genlerin düzenleme bölgelerinde özel diziler yer
alır).
Fakültatif Genler: Gereksinim olduğunda
genler.
Doç.Dr. Erdal BALCAN
15
Doç.Dr. Erdal BALCAN
transkribe olan
16
4
11.10.2012
GENEL KAVRAMLAR
transkripsiyon regülasyon faktörleri
Transkripsiyon regülasyon faktörlerinin çoğu
trans-acting faktörlerdir,
Bir kaçı cis-acting proteinler olarak bulunur
•
•
trans-acting faktör- cis-acting protein (trans regülasyon-cis regülasyon)
protein A
trans-acting
protein
trans-acting faktör
trans-regülasyon
PA
Bakteri, maya ve insan genomunda düzenleyici kısımlar.
Doç.Dr. Erdal BALCAN
A
PB
protein B
cis-acting
protein 18
cis-regülasyon
17
GENEL KAVRAMLAR
Cis-acting elementler: Ökaryotik gen anlatımında düzenleyici
B
Doç.Dr. Erdal BALCAN
Ökaryotlarda
DNA kısımlarıdır. Promotor, enhancer ve silencerleri içerir.
Trans-acting faktörler: Gen ifadesini kontrol etmek için cis-acting
cis-acting elementlerin ve trans ya da cis -acting faktörlerin yapısı
cis-acting elementler
dizilere (elementlere)- bağlanan proteinler.
Poly A sitesi
başlangıç sitesi
AATAAA, 30bp
intron
Trans-acting faktör
upstream
silencer
ATG
TAA
downstream
enhancer
koding
5’
Gen
düzenleyici
proteinler
Transkripsiyon
Başlangıç kompleksi
Gen
düzenleyici
proteinler
3’ dizi
1
1
n-1
2
2
n
Kalıp
dizi
RNA pol II
5’
3’
enhancer
-10kb
to -50kb
gene
-200
Çeşitli
kontrol
dizileri
TATA
kutusu
Doç.Dr. Erdal BALCAN
silencer
+10kb
to +50kb
upstream promotor
enhancer
ekzon
GC kutusu CAAT kutusu
19
sonlandırıcı
downstream
silencer
TATA kutusu
trans ya da cis-acting
Doç.Dr. Erdal BALCAN
faktörler
20
5
11.10.2012
GENEL KAVRAMLAR
enhancer
Proteinlere (trans-acting faktörler ve transkripsiyon faktörlerine)
bağlanarak transkripsiyon düzeyini arttıran kısa DNA dizileri.
DNA’daki bazı düzenleyici kısımlar promotor bölgeye yakın olabilir
(proksimal). Bazıları ise oldukça (binlerce nukleotid) uzaktadırlar (distal)
enhancer
Enhancerin etkisinin transkripsiyon başlangıç bölgesinden uzaklığı ile
ilgilisi yoktur. Transkripsiyon başlangıç bölgesinden çok uzakta olabilir
ve upstream ve downstream bölgelere yerleşebilir, hatta intron içinde
de olabilir.
Gen
düzenleyici
proteinler
Gen
düzenleyici
proteinler
transkripsiyon
başlangıç kompleksi
RNA pol II
5’
3’
Enhancer-2
-10kb
to -50kb
Enhencer-1
-200
gen
TATA box
Doç.Dr. Erdal BALCAN
Enhancer-3
+10kb
to +50kb
21
Doç.Dr. Erdal BALCAN
22
GENOMĐK IMPRINTING
GENEL KAVRAMLAR
insulator
Diploid organizmalarda somatik hücrelerde genomun biri anneden
Promotorları enhancerin etkisinden “koruyan” DNA dizisi.
biri de babadan gelen iki kopyası bulunur.
Dolayısıyla her otozomal gen iki kopya ( ya da allel) ile ifade edilir.
IBP’lerin bağlandığı
insulator diziler
enhancerin loop dışında
etki göstermesine engel
olur
Otozomal genlerin büyük çoğunluğunda her iki allelin de
ekspresyonu söz konusudur.
Bazı durumlarda (%1’den daha az oranlarda) genler imprint
durumdadır.
Yani gen ekspresyonu sadece bir allelden gerçekleşir (gen
Omurgalılarda en iyi bilinen IBP,
CTCF’dir (CCCTC-bağlayan
Faktör)
kopyalarının bir tanesi eksprese edilirken diğeri sessiz kalır).
Genomik imprinting, bazı genlerin ebeveynlerden sadece bir
tanesinde eksprese olması fenomenidir.
Doç.Dr. Erdal BALCAN
23
Watson et al., 2008
Doç.Dr. Erdal BALCAN
24
6
11.10.2012
Teorik olarak enhancer, aktivatör tarafından bağlandığında her iki geni de aktive
etmelidir.
H19 Igf2
Bir hücrede H19 geninin sadece bir (anneden gelen)
kopyası eksprese edilir. Babadan gelen diğer kopya ise
Soru: enhancer neden sadece anneden gelen kromozomda H19’u (ya da
sadece babadan gelen kromozomda Igf2’yi) aktive ediyor?
kapalıdır.
Yanıt: Insulator’ün rolü ve bu bölgenin metilasyonu.
Igf2 geninde ise babadan gelen gen açıkken anneden
aktivatör
gelen gen kapalıdır.
Bu genlerin farklı ekspresyonlarında iki düzenleyici bölge
önemlidir:
ENHANCER (H19 geninin downstream bölgesinde)
INSULATOR (H19 ve Igf2 genleri arasında)
Doç.Dr. Erdal BALCAN
25
Watson et al., 2008
Doç.Dr. Erdal BALCAN
26
GENEL KAVRAMLAR
DNA’nın bükülmesi, transkripsiyon faktörlerinin enhancerlere
bağlanmasını ve transkripsiyonu başlatıcı kompleksinin
etkileşim halinde olmasını sağlar.
Enhancere bağlanarak bir genin transkripsiyonunu sağlayan
transkripsiyon faktörüne Aktivatör denir.
Enhancer anneden gelen kromozomda Igf2 genini aktive edemez, çünkü bu
kromozomda insulator ‘e bağlanan bir protein olan CTCF
CTCF, Igf2 genini aktive
edecek enhanceri bloke eder (a).
Babadan gelen kromozomda insulator ve H19 promotor metillenmiştir. Bu
durumda transkripsiyon faktörleri H19 promotoruna bağlanamaz. Sonuçta
enhancer Igf2 genini aktive eder (b). H19 geni daha sonra babadan gelen
kromozomda MeCP2’nin metillenmiş insulator’e bağlanması ve bu proteinin
Erdal BALCAN
27
histon deasetilazları çağırması ile Doç.Dr.
baskılanır.
Aktivatörler, enhancere
bağalanarak promotor
ile RNA polimeraz
arasındaki bağlantıyı ve
transkripsiyon başlangıç
kompleksinin
oluşumunu kolaylaştıran
proteinlerdir
Doç.Dr. Erdal BALCAN
28
7
11.10.2012
10/11/2012
Erdal Balcan
29
Tipik bir ökaryotik gen çok sayıda aktivatör protein içerir. Bu gen regülatör
proteinler RNA polimeraza, genel transkripsiyon faktörlerine ve mediatör adı
verilen tüm proteinleri promot bölgeye toplayan proteinlere yardımcı olurlar.
Ayrıca aktivatörler ATP bağımlı kromatin remodeling kompleksler ve Histon
deasetilazlara da etki ederler.
Doç.Dr. Erdal BALCAN
Figure 6-19 Molecular Biology of the Cell (© Garland Science 2008)
GENEL KAVRAMLAR
30
GENEL KAVRAMLAR
silencer
Transkripsiyon faktörlerine bağlanarak transkripsiyonu baskılayan
DNA dizileri.
Enhancerlerin tersine gen transkripsiyonunda negatif
elementlerdir.
Silencerler özel düzenleyici proteinlere bağlanarak gen
transkripsiyonunu baskılarlar.
Transkripsiyon Faktörleri Tipleri
Genel Transkripsiyon Faktörleri
Özel Transkripsiyon Faktörleri
Özel genlerin transkripsiyonu için
RNA polimerazin promotor ile
gereklidir.
bağlanması için gereklidir.
RNA polimerazın bir bileşeni olarak
Özel transkripsiyon faktörlerinin çoğu
transkripsiyon aktivatörüdür, çok
da değerlendirilebilir.
az bir kısmı transkripsiyon
Bazı transkripsiyon inhibitörleri
direkt olarak DNA ile etkileşmez,
genel transkripsiyon faktörü II-D’ye
ya
da
bazı
transkripsiyon
aktivatörlerine
bağlanır
ve
transkripsiyonu baskılar.
Doç.Dr. Erdal BALCAN
31
inhibitörü olarak hareket eder.
Transkripsiyon aktivatörü enhancer
Transkripsiyon inhibitörü silencer
Doç.Dr. Erdal BALCAN
32
8
11.10.2012
GENEL KAVRAMLAR
RNA PolI’nin Transkripsiyon Faktörleri
TF
Enhancer: proteinlere (trans-acting faktörler ve transkripsiyon faktörlerine) bağlanarak
transkripsiyon düzeyini arttıran kısa DNA dizileri.
Moleküler ağırlık, kD
Fonksiyon
TF II A
12, 19, 35
TF II D’nin stabilizasyonu
TF II B
33
TF II D
TBP/38, TAP/15-250
TATA kutusunu tanır
TF II E
57(α
α), 34(β
β)
ATPaz
TF II F
30, 74
helikaz
TF II H
35-89
RNA pol II’nin karboksi
terminal ucunun
fosforilasyonu
Insulator: Enhancerlerin uygun olmayan genleri aktive etmesine engel olan DNA
TF II I
elementleridir. Enhancer ile promotor arasındaki “iletişimi” bloke eder.
RNA pol II’nin DNA ile
bağlanmasını hızlandırır
TF II D’nin TATA
bağlanmasını güçlendirir
120
Doç.Dr. Erdal BALCAN
33
Figure 1-39 Molecular Biology of the Cell, Fifth Edition (© Garland Science 2008)
GEN DÜZENLEYİCİ PROTEİNLER NASIL ÇALIŞIR
Trans-acting faktörler – gen ifadesini kontrol
etmek için cis-acting dizilere (elementlere)bağlanan proteinler.
Cis-acting elementler – bir genin yakınında
bulunan ve gen ekspresyonu için gerekli DNA
dizileri (promotor, enhancer ve silencerleri
içerir).
Silencer: Transkripsiyon faktörlerine
Trans-regulatör elementler: transkripsiyon
bağlanarak transkripsiyonu baskılayan
faktörlerini
kodlayan DNA dizileri
Doç.Dr. Erdal
BALCAN
34
DNA dizileri
GENETİK ANAHTARLARIN İKİ
ÖNEMLİ BİLEŞENİ
Hücre zarındaki reseptör proteini
çevresel sinyali algılar
Gen düzenleyici protein
aktive olur….
KISA DNA DİZİLERİ
…ve düzenleyici DNA’ya bağlanır…
GEN DÜZENLEYİCİ
PROTEİNLER
…bir başka proteinin üretimini sağlayacak bir
genin aktivasyonunu sağlar…
Protein kodlama
bölgeleri
oluşan bu protein diğer
regülatör bölgelere bağlanır
düzenleyici
bölge
Gen düzenleyici proteinleri de içeren çok
sayıda protein üretilir
35
Maya aktivatör Gal4 dimer olarak DNA’da 17 bç’lik tanıma bölgesine
bağlanır. DNA bağlanma bölgesi
aktivasyon
Doç.Dr.
Erdal BALCAN domaininden ayrıdır.
36
9
11.10.2012
KISA DNA DİZİLERİ-GENETİK ANAHTARLARIN ANA
BİLEŞENLERİ
DNA sarmalı üzerinde bulunan 20 baz çiftinden
küçük bazı özel nukleotid dizileri moleküler
karakterleri belirleyen genetik anahtarlar olarak
görev yaparlar.
Bu özel diziler özel gen düzenleyici proteinlerin
bağlanmaları için tanıma bölgeleri oluştururlar.
Doç.Dr. Erdal BALCAN
37
Doç.Dr. Erdal BALCAN
Table 7-1 Molecular Biology of the Cell (© Garland Science 2008)
38
ÖKARYOTİK GEN AKTİVATÖR PROTEİNLER
ÖKARYOTİK GEN AKTİVATÖR PROTEİNLER
-Enhancerlere bağlanırlar
-Đki domainden oluşurlar
-Bir domain özel DNA dizisini tanır
- Diğer domain (aktivasyon domaini) transkripsiyonu
aktive eder.
Genel transkripsiyon faktörlerinin, mediatörün ve RNA pol II’nin transkripsiyon
başlangıç bölgesine gelmesi, pozisyon alması aktivatör proeininin görevidir.
Doç.Dr. Erdal BALCAN
Figure 7-45 Molecular Biology of the Cell (© Garland Science 2008)
39
Doç.Dr. Erdal BALCAN
40
10
11.10.2012
Spacer DNA,
transkribe
edilmeyen ve
DNA’nın bükülmesi
için gerekli
esnekliği sağlayan
DNA’dır. Tandem
olarak tekrarlayan
genler arasında
bulunur.
Doç.Dr. Erdal BALCAN
Figure 7-44 Molecular Biology of the Cell (© Garland Science 2008)
41
Doç.Dr. Erdal BALCAN
42
BÜYÜK OLUK-KÜÇÜK OLUK
GEN DÜZENLEYİCİ PROTEİNLERDE DNA BAĞLAMA
MOTİFLERİ
Gen düzenleyici proteinleri (transkripsiyon faktörleri gibi)
Trans-acting faktörler ya da cis acting proteinler ile cisacting elementlerin bağlanması.
Non-kovalent etkileşim
Sonuçta DNA-protein kompleksi oluşur
DNA yapısında spesifik nukleotid dizilerini tanımak
zorundadırlar.
Daha önceleri bu proteinlerin DNA sarmalının iç tarafında
baz çiftleri arasındaki hidrojen bağlarına ulaşması gerektiği
Düzenleyici proteinlerin bir çoğu cis-acting elementlere
düşünülmekteydi.
bağlanmadan önce homodimer, heterodimer, homopolimer ya da
heteropolimer yapı oluştururlar.
Günümüzde bu proteinlerin (bir DNA dizisini diğerinden
Bazı düzenleyici proteinlerin cis-acting elementlere bağlanma
ayırt edebilmek için) çift sarmalın açılmaya gerek kalmadan
yeteneği polimerizasyondan sonra artar ya da azalır.
sarmalın dış yapısındaki stereokimyasal kısımları tanıdığı
Doç.Dr. Erdal BALCAN
43
belirlenmiştir.
Doç.Dr. Erdal BALCAN
44
11
11.10.2012
BÜYÜK ve KÜÇÜK OLUKLAR NEDEN VAR?
Şekerler glikosidik bağlarla bazlara
asimetrik olarak bağlanırlar. Bu
durum, baz çiftlerinin karşılıklı
kenarlarında büyük ve küçük olukların
oluşumu ile sonuçlanır.
http://www.umass.edu/molvis/tutorials/dna/dna
53.htm
10/11/2012
Erdal Balcan
45
Doç.Dr. Erdal BALCAN
•Her bir baz çiftinin sınırı
Her bir baz çifti büyük ve küçük
(büyük ya da küçük oluk)
oluklarında baz çiftini
belirleyecek stereokimyasal
ortamlar (hidrojen bağı
•Bu yüzeyler proteinler
Metil grubu
etkileşim ortamları büyük
farklı şekillerde hidrojen
olukta (küçük oluğa göre) daha
bağı alıcıları, hidrojen bağı
komplekstir.
vericileri ve hidrofobik
Hidrojen atomu
kısımları içerir.
Doç.Dr. Erdal BALCAN
Figure 7-7 Molecular Biology of the Cell (© Garland Science 2008)
vericileri, alıcıları ve van der
Waals yüzeyleri) oluşturur. Bu
tarafından tanınacak
H-bağı vericisi
BÜYÜK OLUK-KÜÇÜK OLUK
çift sarmalın bir yüzeyini
oluşturur.
H-bağı alıcısı
46
47
Watson et al., 2008
A: hidrojen bağı alıcısı
D: Hidrojen bağı vericisi
H: non-polar hidrojenler
M: Metil grupları
Doç.Dr. Erdal BALCAN
48
12
11.10.2012
Sadece büyük oluk baz çifti
eşleşmesinin 4 kombinasyonunda
H-bağı alıcısı
tamamen farklıdır. Bu nedenle gen
H-bağı vericisi
düzenleyici proteinler genellikle
büyük oluğa bağlanırlar.
Doç.Dr. Erdal BALCAN
Figure 7-8 Molecular Biology of the Cell (© Garland Science 2008)
Hidrojen atomu
H bağ alıcılarındaki spesifik geometri nedeniyle argini guanini tam
olarak tanır.
Metil grubu
49
Doç.Dr. Erdal BALCAN
Figure 7-25 Molecular Biology of the Cell (© Garland Science 2008)
50
DNA BAĞLAYAN YAPISAL
MOTĐFLER
Replikasyon, tamir, depolama, kovalent modifikasyonlar
(DNA metilasyonu gibi).
1.Heliks Turn Heliks
2.Homeodomain
3.Zinc-Finger
4.Lösin Zipper Motif
5.Heliks Loop Heliks
Doç.Dr. Erdal BALCAN
51
Doç.Dr. Erdal BALCAN
52
13
11.10.2012
Prokaryotlarda Genetik Anahtarlar
Triptofan repressör
trp operonu
GENETĐK ANAHTARLAR NASIL ÇALIŞIR
Beş yapısal gen arka arkaya sıralanmıştır (trp E, D, C, B ve A).
Bu enzimler triptofan biyosentezinde rol alacak enzimlerin sentezini
düzenleyen tek bir polisistronik mRNA olarak transkribe olur.
Doç.Dr. Erdal BALCAN
53
Doç.Dr. Erdal BALCAN
54
Doç.Dr. Erdal BALCAN
56
Figure 7-34 Molecular Biology of the Cell (© Garland Science 2008)
TRİPTOFAN REPRESYONU
Negatif düzenleme
Doç.Dr. Erdal BALCAN
55
Figure 7-35 Molecular Biology of the Cell (© Garland Science 2008)
14
11.10.2012
Ökaryotlarda Genetik Anahtarlar
Ökaryotik Gen Kontrol Bölgesi-Anahtar Kompleksi
Ökaryotlarda bir genin anlatımını kontrol eden DNA dizileri genellikle
uzun DNA dizisi boyunca bir dağılım gösterir.
Gen Kontrol Bölgesi- Bir genin düzenlendiği ve transkripsiyonun
başlatıldığı, promotoru ve düzenleyici bölgeleri de içeren geniş DNA
bölgesine verilen isim.
Doç.Dr. Erdal BALCAN
57
Figure 7-36 Molecular Biology of the Cell (© Garland Science 2008)
Doç.Dr. Erdal BALCAN
58
ÖKARYOTİK GEN AKTİVATÖR PROTEİNLER
KROMATİN YAPISINI MODİFİYE EDER
Kromatin yapısında değişiklik yapmanın 4 ana
yolu:
Spacer DNA,
transkribe
edilmeyen ve
DNA’nın bükülmesi
için gerekli
esnekliği sağlayan
DNA’dır. Tandem
olarak tekrarlayan
genler arasında
bulunur.
Ökaryorik kromozomun diğer bölgeleri gibi gen kontrol
bölgelerinde bulunan DNA’lar da nukleozomlarda
Doç.Dr. Erdal BALCAN
paketlenmiştir.
Figure 7-44 Molecular Biology of the Cell (© Garland Science 2008)
59
1. Nukleozomun yeniden şekillenmesi
2. Histon modifikasyonları
3. Histonların (nukleozomun) uzaklaştırılması
4. Nukleozom yapısının yeniden oluşturulması
Gen aktivatör
proteinler
1. Kromatin remodeling
kompleksler
2. Histon modifikasyon
enzimleri
3. Histon şaperon proteinleri
Doç.Dr. Erdal BALCAN
60
15
11.10.2012
HĐSTON ASETĐLASYONU
1
Lizinlerin asetilesyonu kromatin yapısının gevşemesine neden olur. Çünkü asetil
gruplarının lizine eklenmesi bu amino asitlerin pozitif yükünü uzaklaştırır ve bunun
sonucunda kuyruğun nukleozoma afinitesi azalır. Böylece asetillenmiş nukleozomlar
3
transkripsiyonel olarak aktif kromozom bölgeleri ile ilişkilidir. Tersine, deasetillenmiş
nukleozomlar transkripsiyonel olarak baskılanmış kromatin ile ilişkilidir.
4
Kondanse Kromatin.
2
Doç.Dr. Erdal BALCAN
Pozitif yükte azalma,
Kromatin daha az
kondanse.
61
Figure 7-46 Molecular Biology of the Cell (© Garland Science 2008)
BİR GENİN TRANSKRİPSİYONUNUN BAŞLAMASI
SÜRECİNDEKİ OLAYLAR DİZİSİ
Gen Aktivatör
Proteinler
kromatine bağlanır
62
ÖKARYOTİK GEN BASKILAYICI PROTEİNLER
A) Gen aktivatör proteinler ve gen baskılayıcı proteinler aynı düzenleyici gen
TRANSKRİPSİYONUN
BAŞLAMASI
KRK
Doç.Dr. Erdal BALCAN
bölgesine bağlanmak için yarışırlar.
B) Her iki tip protein de DNA’ya bağlanabilir, ancak baskılayıcı aktivatör proteinin
Diğer aktivatör
Proteinler
aktivasyon domainine bağlanarak aktivasyon fonksiyonunun gerçekleşmesine
engel olur. Bu stratejinin bir varyasyonu olarak baskılayıcı DNA’ya direkt olarak
Promotor bölgede preinitiation kompleksin
kümelenmesi
Kromatin
remodeling
Histon modifikasyon
enzimleri
Histon
modifikasyonu
Diğer aktivatör
Proteinler
Doç.Dr. Erdal BALCAN
bağlanmaksızın aktivatöre bağlanabilir.
C) Baskılayıcı genel transkripsiyon faktörlerinin kümelenmesini bloke eder
D) Baskılayıcı promotor bölgenin nukleozomal durumunu pre-transkripsiyonal
Mediatör
GTF
RNA pol II
formda tutacak olan kromatin remodeling kompleksini çağırır.
Gen düzenleyici
bölgelere diğer aktivatör
proteinlerin bağlanması
63
E) Baskılayıcı, bir histon modifiye edici enzimi (örn. histon deasetilazı) promotora
çeker.
F) Baskılayıcı, histonların pozisyonlarının değişimine neden olacak histon metil
transferazları çağırır.
Doç.Dr. Erdal BALCAN
64
16
11.10.2012
Her iki tip protein de DNA’ya bağlanabilir, ancak baskılayıcı
aktivatör proteinin aktivasyon domainine bağlanarak
aktivasyon fonksiyonunun gerçekleşmesine engel olur.
Gen aktivatör proteinler ve gen baskılayıcı proteinler aynı
düzenleyici gen bölgesine bağlanmak için yarışırlar.
Doç.Dr. Erdal BALCAN
Figure 7-50a Molecular Biology of the Cell (© Garland Science 2008)
65
Baskılayıcı genel transkripsiyon faktörlerinin kümelenmesini
bloke eder.
Doç.Dr. Erdal BALCAN
Figure 7-50c Molecular Biology of the Cell (© Garland Science 2008)
67
Doç.Dr. Erdal BALCAN
Figure 7-50b Molecular Biology of the Cell (© Garland Science 2008)
66
Baskılayıcı promotor bölgenin nukleozomal durumunu pretranskripsiyonal formda tutacak olan kromatin remodeling
kompleksini çağırır.
Doç.Dr. Erdal BALCAN
Figure 7-50d Molecular Biology of the Cell (© Garland Science 2008)
68
17
11.10.2012
Baskılayıcı, histonların pozisyonlarının değişimine neden
olacak histon metil transferazları çağırır.
Baskılayıcı, bir histon modifiye edici enzimi (örn. histon
deasetilazı) promotora çeker.
Doç.Dr. Erdal BALCAN
69
Figure 7-50e Molecular Biology of the Cell (© Garland Science 2008)
Doç.Dr. Erdal BALCAN
70
Doç.Dr. Erdal BALCAN
72
Figure 7-50f Molecular Biology of the Cell (© Garland Science 2008)
HĐSTON ASETĐLASYONU
Lizinlerin asetilesyonu kromatin yapısının gevşemesine neden olur. Çünkü asetil
gruplarının lizine eklenmesi bu amino asitlerin pozitif yükünü uzaklaştırır ve bunun
sonucunda kuyruğun nukleozoma afinitesi azalır. Böylece asetillenmiş nukleozomlar
transkripsiyonel olarak aktif kromozom bölgeleri ile ilişkilidir. Tersine, deasetillenmiş
nukleozomlar transkripsiyonel olarak baskılanmış kromatin ile ilişkilidir.
Kondanse Kromatin.
Pozitif yükte azalma,
Kromatin daha az
kondanse.
Doç.Dr. Erdal BALCAN
71
18
11.10.2012
NUKLEAR RESEPTÖR SÜPER AİLESİ
Nüklear reseptörler-Liganda bağımlı gen düzenleyici proteinler
Çeşitli hidrofobik sinyal molekülleri plazma membranını
geçerek hücre içindeki reseptörlerine bağlanır. Bu reseptörler
aynı zamanda gen düzenleyici proteinlerdir.
Steroid hormanlar
Tiroid hormonları
Retinoidler
Vitamin D
Sinyal
molekülleri
Yapıları farklı, etki
mekanizmaları benzer
“Nuklear reseptörler (NR) embriyogenez,
farklılaşma ve homeostazisin devamı gibi birçok
biyolojik süreçte rol alan transkripsiyon
faktörleridir.
Bu nedenle, NR’ler kanser ve inflamatör
hastalıklar gibi birçok bozukluğun transkripsiyonel
kontrolünün belirlenmesinde kullanılır.”
•GELİŞİM
•HOMEOSTASİS
•METABOLİZMA
Shi, 2007
Lee et al., 2008
Ligand bağlı değil inaktif
lipofilik sinyalleme molekülleri → TF → transkripsiyonel yanıt
Ligand bağlı aktif
Endokrin hücrelerden salınan klasik steroid hormonlar → kanda
taşınma → hedef hücre→ hücre içine difüzyon→ reseptöre
bağlanma→ aktivasyon → hedef genlerin modülasyonu
Christopher KG & Sumito O (2006) Combinatorial roles of nuclear receptors in inflammation and immunity
Nat Rev Immu 6: 44–55 doi:10.1038/nri1748
Doç.Dr. Erdal BALCAN
76
Figure 15-14c Molecular Biology of the Cell (© Garland Science 2008)
19
11.10.2012
NUKLEAR RESEPTÖR AİLESİ
SINIF 1: STEROİD RESEPTÖRLER (adopted orphan receptors)
Androjen reseptörü (AR)
Östrojen reseptörü (ER)
Glukokortikoid reseptörü (GR)
SINIF 2: NON-STEROİD RESEPTÖRLER
Retinoik asit reseptörü (RAR)
Tiroid hormon reseptörü (TR)
SINIF 3: ORPHAN NUKLEAR RESEPTÖRLER
Östrojen reseptörle ilişkili reseptör alfa (ERRα
α)
Retinoik asit ile ilişkili reseptör (ROR)
Kısa heterodimerik partner (SHP)
Human nuklear faktör 4 (HNF4)
Liver reseptör homolog protein-1 (LHR-1)
Doç.Dr. Erdal BALCAN
Shi, 2007
Lee et al., 2008
scienceblogs.com/.../cellcell_interactions.php
77
Lee et al., 2008
NR’ler gen ekspresyonunu
liganda bağımlı olarak
düzenleyen transkripsiyon
faktörleridir.
NR’lerin görevi, pozitif (coaktivatör) ya da negatif (corepressor) düzenleyici
proteinlerin yardımı ile
hormonlara ve diğer
metabolik ligandlara karşı
transkripsiyonel yanıtları
düzenlemektir.
Monomer (steroidogenic
faktör, SF-1), homodimer (ER
ve AR) ya da heterodimer
(retinoik asit X reseptör, RXR)
formda diğer NR’lere
bağlanarak işlev gösterirler.
http://en.wikipedia.org/wiki/File:Nuclear_receptor_action.png
20
11.10.2012
NR’lar hedef genleri ile etkileştiklerinde co-regülatör (koregülatör)
Koaktivatörler:: gen ekspresyonunu arttıran
Koaktivatörler
kompleksleri çağırır
çağırır.
proteinler. RNA polimeraz holoenzimin oluşumunu
Bu koregülatörler NR’lerle etkileşen ve RNA polimeraz II
güçlendirerek transkripsiyonun başlamasını arttırırlar.
aktivitesini modüle edecek “histon asetiltransferaz” ya da
Koaktivatörler transkripsiyonun diğer bazı adımlarını da
“histon deasetilaz” aktivitesine sahip koaktivatör veya
korepressör kompleksleri içerirler.
(örn. uzama, RNA splicing, sonlanma ve koaktivatör-TF
Bu nedenle, nukleozomlarda histonların modifikasyonlarına neden
kompleksinin haraplanması gibi) kontrol ederler.
olurlar.
McKenna and O'Malley 2002
Glass and Rosenfeld, 2000
Doç.Dr. Erdal BALCAN
Rosenfeld and Glass, 2001
82
koaktivator matriks.
SWI/SNF (SWItch/Sucrose
NonFermentable, p300
Rosenfeld M G et al. Genes Dev. 2006;20:1405-1428
Doç.Dr. Erdal BALCAN
http://www.geneswitch.com/how/induction_of_transcription.html
83
©2006 by Cold Spring Harbor Laboratory Press
21
11.10.2012
Korepressörler::
Korepressörler
korepressor matriks.
Prokaryotlarda:: Baskılayıcı proteinin DNA’ya
Prokaryotlarda
bağlanmasını sağlayan küçük sinyal molekülleri.
Ökaryotlarda:: Histon deasetilaz aktivitesine sahip
Ökaryotlarda
gen ekspresyonunu baskılayan proteinlerdir.
Histon deasetilaz: lizin amino asitlerinden asetil
gruplarının uzaklaşmasını katalizleyen enzimler.
Deasetile lizin içeren histon proteinleri pozitif yüklü hale
gelir ve DNA ile daha sıkı etkileşir→ heterokromatin
Rosenfeld M G et al. Genes Dev. 2006;20:1405-1428
organizasyon.
Doç.Dr. Erdal BALCAN
Doç.Dr. Erdal BALCAN
Rosenfeld and Glass, 2001
85
87
©2006 by Cold Spring Harbor Laboratory Press
Doç.Dr. Erdal BALCAN
88
22
11.10.2012
Doç.Dr. Erdal BALCAN
89
Doç.Dr. Erdal BALCAN
Figure 7-51 Molecular Biology of the Cell (© Garland Science 2008)
90
KAYNAKLAR
1. Alberts B, Johnson A, Lewis J, Raff M, Roberts K, Walter P. Molecular Biology of the Cell
5th ed. 2008
2. Watson JD, Baker TA, Bell SP, Gann A, Levine M, Losick R Molecular Biology of the Gene
5th ed. 2004.
3. Watson JD, Baker TA, Bell SP, Gann A, Levine M, Losick R Molecular Biology of the Gene
6th ed. 2008
4. Christopher KG & Sumito O (2006) Combinatorial roles of nuclear receptors in
inflammation and immunity Nat Rev Immu 6: 44–55 doi:10.1038/nri1748
5. Kouzarides T. Chromatin-modifying enzymes in transcription and cancer Biochem. Soc.
Trans. 2003;31: 741-3.
6. Clark D. Molecular Biology Elsevier, 2005
7. Rosenfeld MG, Lunyak VV, Glass CK. Sensors and signals: a
coactivator/corepressor/epigenetic code for integrating signal-dependent
programs of transcriptional response. Genes Dev. 2006 Jun 1;20(11):1405-28.
8. http://www.geneswitch.com/how/induction_of_transcription.html
Doç.Dr. Erdal BALCAN
91
23