Informace

16: Genová exprese - biologie


16: Genový výraz

Kapitola 16 - Genový výraz

Pondělí 25. listopadu 2019 19:19

○ Histonová acetylace přidává acetylové skupiny k histonovým proteinům, což vede k relaxaci DNA obvykle spojené s genovou aktivací. ○ Methylace přidává methylové skupiny k DNA - korelováno s aktivací nebo inaktivací

○ Když jsou nukleosomy umístěny blízko sebe, transkripční faktory se nemohou vázat a genová exprese je vypnuta

Cle Nukleosomy kontrolují přístup k DNA

▪ Fosfátové, methylové a acetylové skupiny slouží jako značky. ▪ Štítky nejsou trvalé

○ K histonům a DNA se přidávají chemické značky

HemChemické modifikace histonů a DNA ovlivňují genovou expresi

Interakce s promotorem a nejsou omezeny na konkrétní typy buněk. Jsou nutné pro transkripci, ale neregulují rychlost genové exprese

▪ Bazální transkripční faktory:

Vázat se na zesilovače, tlumiče a promotor-proximální prvky pro kontrolu exprese specifických genů v konkrétních typech buněk a v určitých fázích vývoje

▪ Regulační transkripční faktory:

○ Dvě široké třídy proteinů se vážou na regulační sekvence na začátku transkripce:

Regulace eukaryotického přepisu

○ Eukaryotické promotory - obsahují konzervovanou sekvenci TATA a všechny eukaryotické promotory jsou vázány proteinem vázajícím TATA (TBP TFIIP)

ForPromotory jsou nutné pro genovou expresi, ale neurčují rychlost

Promotor -proximální prvky - jsou umístěny těsně před (5 ') promotoru a počátečního místa transkripce a jsou specifické pro typ genu, který je exprimován

RomPromoter-proximální kontrolní prvky poblíž promotoru určují genově expresi specifickou pro buňku


K translaci může dojít buď v cytoplazmě, nebo v hrubém endoplazmatickém retikule. Dva molekulární faktory, které hrají klíčovou roli v translaci, jsou přenosové RNA.

Vysvětlete, jak mohou změny v následujících třech typech genů způsobit rakovinu ○ Vysvětlete roli genů potlačujících nádor, když fungují normálně. Tumo.

Smad proteiny v klidovém stavu realizují pasivní nukleo -cytoplazmatické pendlování, které je řízeno dvěma protichůdnými signály: signálem nukleární lokalizace.

Volné ribozomy a vázané ribozomy jsou zaměnitelné. Buňka ca mění čísla v závislosti na svých metabolických potřebách. Ribozomy čtou a překládají tresku.

Tento článek popíše replikaci DNA a RNA a procesy transkripce a translace syntézy proteinů. Co je DNA? DNA je a.

Rameno D obsahuje dihydrouridin a antikodonová smyčka obsahuje antikodon, který odpovídá kodonové sekvenci mRNA. Interakce Codon-Anticodon.

Nukleová kyselina je polymer, který se skládá z menších jednotek nazývaných nukleotidy. Tyto nukleotidy hrají významnou roli při vytváření důležitých struktur f.

Tato konkrétní kopie se nazývá molekula mRNA (messenger RNA). Tato poselská RNA by udělala to, že by opustilo jádro, protože DNA jí nedovolila uniknout.

Retro transpozony se nejprve transkribují v RNA a poté se RNA znovu zkopíruje do DNA reverzní transkriptázou, která je obecně kódována mobilními elemeny.

dsRNA je endogenně nalezena jako genetický materiál některých virů. Hraje také důležitou roli v genové funkci a expresi v eukaryotech. Předchozí.


Shrnutí kapitoly

Zatímco všechny somatické buňky v organismu obsahují stejnou DNA, ne všechny buňky v tomto organismu exprimují stejné proteiny. Prokaryotické organismy exprimují celou DNA, kterou kódují, v každé buňce, ale ne nutně všechny současně. Proteiny jsou exprimovány pouze tehdy, když jsou potřeba. Eukaryotické organismy exprimují podskupinu DNA, která je kódována v jakékoli dané buňce. V každém buněčném typu je typ a množství proteinu regulováno kontrolou genové exprese. Pro expresi proteinu je DNA nejprve transkribována do RNA, která je poté translatována do proteinů. V prokaryotických buňkách k těmto procesům dochází téměř současně. V eukaryotických buňkách dochází k transkripci v jádře a je oddělené od translace, ke které dochází v cytoplazmě. Genová exprese v prokaryotech je většinou regulována na transkripční úrovni (je přítomna i určitá epigenetická a posttranslační regulace), zatímco v eukaryotických buňkách je genová exprese regulována na epigenetické, transkripční, posttranskripční, translační a posttranslační úrovni .

16.2 Regulace prokaryotického genu

Regulace genové exprese v prokaryotických buňkách probíhá na transkripční úrovni. Existují tři způsoby, jak řídit přepis operonu: represivní kontrola, aktivační kontrola a indukovatelná kontrola. Represivní kontrola, kterou charakterizuje trp operon, používá proteiny navázané na sekvenci operátora, aby fyzicky zabránil navázání RNA polymerázy a aktivaci transkripce. Pokud tedy tryptofan není potřeba, represor je vázán na operátora a přepis zůstává vypnutý. Řízení aktivátoru, typické působením CAP, zvyšuje vazebnou schopnost RNA polymerázy k promotoru, když je CAP vázán. V tomto případě nízké hladiny glukózy vedou k vazbě cAMP na CAP. CAP pak váže promotor, což umožňuje RNA polymerase lépe se vázat na promotor. V posledním příkladu - lac operon - k zahájení transkripce musí být splněny dvě podmínky. Glukóza nesmí být přítomna a laktóza musí být k dispozici lac operon k přepisu. Pokud glukóza chybí, CAP se váže na operátora. Pokud je přítomna laktóza, represorový protein se neváže na svého operátora. Pouze když jsou splněny obě podmínky, RNA polymeráza se naváže na promotor za účelem indukce transkripce.

16.3 Regulace eukaryotického epigenetického genu

V eukaryotických buňkách probíhá první stupeň kontroly genové exprese na epigenetické úrovni. Epigenetické mechanismy řídí přístup do chromozomální oblasti, aby umožnily zapnutí nebo vypnutí genů. Tyto mechanismy řídí, jak je DNA zabalena do jádra tím, že reguluje, jak těsně je DNA navinuta kolem histonových proteinů. Přidání nebo odstranění chemických modifikací (nebo vlajek) k histonovým proteinům nebo signálům DNA do buňky za účelem otevření nebo uzavření chromozomální oblasti. Eukaryotické buňky proto mohou kontrolovat, zda je gen exprimován kontrolou dostupnosti transkripčních faktorů a navázáním RNA polymerázy k zahájení transkripce.

16.4 Regulace eukaryotického transkripčního genu

Chcete -li zahájit transkripci, obecné transkripční faktory, jako je TFIID, TFIIH a další, se musí nejprve vázat na box TATA a rekrutovat RNA polymerázu do tohoto umístění. Vazba dalších regulačních transkripčních faktorů na cis-činné prvky buď zvýší transkripci, nebo jí zabrání. Kromě promotorových sekvencí pomáhají oblasti zesilovače zesílit transkripci. Enhancery mohou být proti proudu, po proudu, uvnitř samotného genu nebo na jiných chromozomech. Transkripční faktory se vážou na oblasti zesilovačů, aby zvýšily nebo zabránily transkripci.

16.5 Eukaryotická regulace posttranskripčního genu

Posttranskripční kontrola může nastat v jakémkoli stádiu po transkripci, včetně sestřihu RNA, jaderného raketoplánu a stability RNA. Jakmile je RNA přepsána, musí být zpracována, aby se vytvořila zralá RNA, která je připravena k překladu. To zahrnuje odstranění intronů, které nekódují bílkoviny. Spliceosomy se vážou na signály, které označují hranici exon/intron, aby odstranily introny a spojily exony dohromady. Jakmile k tomu dojde, RNA je zralá a lze ji přeložit. RNA je vytvořena a spojena v jádru, ale musí být transportována do cytoplazmy, aby mohla být přeložena. RNA je transportována do cytoplazmy komplexem jaderných pórů. Jakmile je RNA v cytoplazmě, dobu, po kterou se zde nachází, než se degraduje, nazývanou stabilita RNA, lze také změnit tak, aby kontrolovala celkové množství syntetizovaného proteinu. Stabilitu RNA lze zvýšit, což vede k delší době pobytu v cytoplazmě, nebo může být snížena, což vede ke zkrácení času a menší syntéze bílkovin. Stabilita RNA je řízena proteiny vázajícími RNA (RPB) a mikroRNA (miRNA). Tyto RPB a miRNA se vážou na 5 'UTR nebo 3' UTR RNA za účelem zvýšení nebo snížení stability RNA. V závislosti na RBP lze stabilitu výrazně zvýšit nebo snížit, miRNA však vždy snižují stabilitu a podporují rozpad.

16.6 Regulace eukaryotických translačních a posttranslačních genů

Změna stavu RNA nebo samotného proteinu může ovlivnit množství proteinu, funkci proteinu nebo dobu, po kterou se v buňce nachází. K translaci proteinu se na RNA musí shromáždit komplex iniciátoru proteinu. Modifikace (jako je fosforylace) proteinů v tomto komplexu může zabránit správné translaci. Jakmile je protein syntetizován, může být modifikován (fosforylován, acetylován, methylován nebo ubikvitinován). Tyto posttranslační modifikace mohou výrazně ovlivnit stabilitu, degradaci nebo funkci proteinu.

16.7 Regulace rakoviny a genů

Rakovinu lze popsat jako onemocnění se změněnou genovou expresí. Změny na každé úrovni exprese eukaryotického genu mohou být v určitém časovém okamžiku detekovány u určité formy rakoviny. Abychom pochopili, jak mohou změny genové exprese způsobit rakovinu, je důležité pochopit, jak každá fáze genové regulace funguje v normálních buňkách. Pochopením mechanismů kontroly v normálních, nemocných buňkách bude pro vědce snazší pochopit, co se děje v chorobných stavech, včetně komplexních, jako je rakovina.


Obsah

  • p16 INK4A
  • p16 inkoust4
  • Cyklin dependentní inhibitor kinázy 2A (CDKN2A)
  • CDKN2
  • Inhibitor CDK 4
  • Vícenásobný nádorový supresor 1 (MTS1)
  • TP16
  • ARF
  • MLM
  • P14

U lidí je p16 kódován genem CDKN2A umístěným na chromozomu 9 (9p21.3). Tento gen generuje několik variant transkriptu, které se liší svými prvními exony. Byly hlášeny alespoň tři alternativně sestřihané varianty kódující odlišné proteiny, z nichž dvě kódují strukturně příbuzné izoformy, o nichž je známo, že fungují jako inhibitory CDK4. Zbývající transkript obsahuje alternativní exon 1 umístěný 20 kb proti směru od zbytku genu, tento transkript obsahuje alternativní otevřený čtecí rámec (ARF), který specifikuje protein, který strukturálně nesouvisí s produkty jiných variant. [9] Produkt ARF funguje jako stabilizátor nádorového supresorového proteinu p53, protože může interagovat s a izolovat MDM2, protein zodpovědný za degradaci p53. [10] [11] Navzdory strukturálním a funkčním rozdílům mají izoformy inhibitoru CDK a produkt ARF kódovaný tímto genem prostřednictvím regulačních rolí CDK4 a p53 v progresi G1 buněčného cyklu společnou funkci při kontrole G1 fáze buněčného cyklu. Tento gen je často mutován nebo deletován v celé řadě nádorů a je známo, že je důležitým tumor supresorovým genem. [5]

Když organismy stárnou, exprese p16 se zvyšuje, aby se omezila proliferace kmenových buněk. [12] Toto snížení dělení a produkce kmenových buněk chrání před rakovinou a současně zvyšuje rizika spojená s buněčným stárnutím.

p16 je inhibitor cyklin-dependentních kináz (CDK). Zpomaluje buněčný cyklus tím, že zakazuje postup z fáze G1 do fáze S. Jinak CDK4/6 váže cyklin D a tvoří aktivní proteinový komplex, který fosforyluje protein retinoblastomu (pRB). Jakmile je fosforylován, pRB se disociuje z transkripčního faktoru E2F1. To uvolňuje E2F1 z jeho vázaného stavu v cytoplazmě a umožňuje mu vstoupit do jádra. Jakmile je E2F1 v jádru, podporuje transkripci cílových genů, které jsou nezbytné pro přechod z fáze G1 do S. [13] [14]

Tato cesta spojuje procesy nádorové onkogeneze a stárnutí a fixuje je na opačných koncích spektra. Na jednom konci vede hypermethylace, mutace nebo delece p16 ke snížení regulace genu a může vést k rakovině prostřednictvím dysregulace progrese buněčného cyklu. Naopak aktivace p16 prostřednictvím reaktivních forem kyslíku, poškození DNA nebo stárnutí vede k hromadění p16 v tkáních a podílí se na stárnutí buněk. [13]

Regulace p16 je komplexní a zahrnuje interakci několika transkripčních faktorů, stejně jako několika proteinů zapojených do epigenetické modifikace prostřednictvím methylace a represe promotorové oblasti. [13]

PRC1 a PRC2 jsou dva proteinové komplexy, které modifikují expresi p16 prostřednictvím interakce různých transkripčních faktorů, které provádějí methylační vzorce, které mohou potlačit transkripci p16. Tyto dráhy se aktivují v buněčné odpovědi, aby se snížilo stárnutí. [15] [16]

Role v karcinogenezi Upravit

Mutace vedoucí k deleci nebo snížení funkce genu CDKN2A jsou spojeny se zvýšeným rizikem celé řady rakovin a alterace genu jsou často pozorovány v buněčných liniích rakoviny. [17] [18] Mezi příklady patří:

Adenokarcinom pankreatu je často spojen s mutacemi v genu CDKN2A. [19] [20] [21]

Nositelé zárodečných mutací v CDKN2A mají kromě vysokého rizika melanomu také zvýšené riziko rakoviny slinivky, plic, hrtanu a orofaryngu. Kouření tabáku zvyšuje náchylnost nositelů k takovým nemelanomovým rakovinám. [22]

Homozygotní delece p16 se často nacházejí v buněčných liniích rakoviny jícnu a rakoviny žaludku. [23]

Zárodečné mutace v CDKN2A jsou spojeny se zvýšenou náchylností k rozvoji rakoviny kůže. [24]

Hypermethylace nádorových supresorových genů se podílí na různých rakovinách. V roce 2013 odhalila metaanalýza zvýšenou frekvenci methylace DNA genu p16 u rakoviny jícnu. Jak rostl stupeň diferenciace nádoru, rostla i frekvence methylace DNA p16.

Tkáňové vzorky primárního orálního spinocelulárního karcinomu (OSCC) často vykazují hypermethylaci v promotorových oblastech p16. Rakovinové buňky vykazují významný nárůst akumulace methylace na ostrovech CpG v promotorové oblasti p16. Tato epigenetická změna vede ke ztrátě funkce nádorového supresorového genu dvěma možnými mechanismy: za prvé, methylace může fyzicky inhibovat transkripci genu a za druhé, methylace může vést k náboru transkripčních faktorů, které transkripci potlačují. Oba mechanismy způsobují stejný konečný výsledek: downregulace genové exprese, která vede ke snížení hladin proteinu p16. Bylo navrženo, že tento proces je zodpovědný za vývoj různých forem rakoviny, které slouží jako alternativní proces k deleci nebo mutaci genu. [25] [26] [27] [28] [29] [30]

Ukázalo se, že pozitivita p16 je příznivě prognostická u orofaryngeálního spinocelulárního karcinomu. [31] V retrospektivní analýze pacientů s rakovinou orofaryngeálního stádia III a IV byl hodnocen stav HPV a bylo zjištěno, že 3leté míry celkového přežití byly u HPV 82,4% (95% CI, 77,2 až 87,6). -pozitivní podskupina a 57,1% (95% CI, 48,1 až 66,1) v podskupině negativní na HPV a 3letá míra přežití bez progrese byla 73,7% (95% CI, 67,7 až 79,8) a 43,4% (95 % CI, 34,4 až 52,4). Stav p16 je tak prognostický, že systém stagingu AJCC byl revidován tak, aby zahrnoval stav p16 ve stagingu skupiny orofaryngeálních skvamózních buněk. [32]

Biomarker pro typy rakoviny Upravit

Exprese p16 se používá jako prognostický biomarker pro určité typy rakoviny. Důvodem je to, že různé typy rakoviny mohou mít různé účinky na expresi p16: rakoviny, které nadměrně exprimují p16, jsou obvykle způsobeny lidským papilomavirem (HPV), zatímco rakoviny, u nichž je p16 downregulován, budou mít obvykle jiné příčiny. U pacientů s orofaryngeálním spinocelulárním karcinomem se pomocí imunohistochemie k detekci přítomnosti biomarkeru p16 ukázalo jako nejsilnější indikátor průběhu onemocnění. Přítomnost biomarkeru je spojena s příznivější prognózou měřenou přežitím specifickým pro rakovinu (CSS), přežitím bez recidivy (RFS), lokoregionální kontrolou (LRC) a dalšími měřeními. Vzhled hypermethylace p16 je také hodnocen jako potenciální prognostický biomarker rakoviny prostaty. [33] [34] [35]

P16 ÚPRAVA RYBY

Delece p16 detekovaná FISH v povrchových epiteliálních mezoteliálních proliferacích předpovídá podkladový invazivní mezoteliom. [36]

P16 imunochemie Upravit

Jak roste konsensus ohledně síly p16 jako biomarkeru pro detekci a určování prognóz rakoviny, roste význam imunohistochemie p16. [13] [33] [37]

Gynekologické rakoviny Upravit

p16 je široce používaný imunohistochemický marker v gynekologické patologii. Silná a difúzní cytoplazmatická a jaderná exprese p16 v spinocelulárních karcinomech (SCC) ženského genitálního traktu je silně spojena s vysoce rizikovou infekcí lidským papilomavirem (HPV) a novotvary cervikálního původu. Většina SCC děložního děložního čípku exprimuje p16. P16 však může být exprimován v jiných novotvarech a v několika normálních lidských tkáních. [38]

Úpravy SCC močového měchýře

Více než třetina SCC močového měchýře exprimuje p16. SCC močového měchýře exprimují p16 nezávisle na pohlaví. Samotnou imunohistochemickou expresi p16 nelze použít k rozlišení mezi SCC vznikajícími z děložního čípku a močového měchýře. [38]

Role v buněčné senescenci Upravit

Koncentrace p16INK4a se dramaticky zvyšují, jak tkáň stárne. p16INK4a, spolu s beta-galaktosidázou spojenou se stárnutím, je považován za biomarker buněčné senescence. [39] P16INK4a by proto mohl být potenciálně použit jako krevní test, který měří, jak rychle tkáně těla stárnou na molekulární úrovni. [40] Nedávný průzkum buněčné senescence indukované vícenásobným ošetřením několika buněčných linií neidentifikoval p16 jako patřící do „jádrového podpisu“ markerů stárnutí. [41]

Byl použit jako cíl ke zpomalení některých změn stárnutí u myší. [42]

Role v neurogenezi Upravit

Bylo ukázáno, že p16INK4a brání vyčerpání během stárnutí nervových kmenových a progenitorových buněk v jednom z neurogenních výklenků dospělého mozku, tj. v subventrikulární zóně, která generuje po celý život nové neurony migrující do čichového bulbu. [43] Delece p16INK4a neovlivňuje neurogenezi v dalším dospělém neurogenním výklenku, zubatém gyru hippocampu. [43] Nedávno však bylo prokázáno, že p16INK4a chrání před vyčerpáním po silném proneurogenním stimulu - tj. Při běhu - také kmenové a progenitorové buňky starého zubatého gyru. [44] Ve skutečnosti jsou po deleci p16INK4a kmenové buňky zubatého gyru velmi aktivovány běháním, zatímco u divokého typu p16INK4a nejsou kmenové buňky zubatého gyru ovlivněny běháním. [44] P16Ink4a proto hraje roli při udržování kmenových buněk dentate gyrus po stimulu tím, že si během stárnutí ponechává rezervu své vlastní schopnosti obnovy. Vzhledem k tomu, že zubatý zub hraje klíčovou roli při vytváření prostorové a kontextové paměti, p16INK4a se podílí na udržování kognitivních funkcí během stárnutí.

Výzkumníci Manuel Serrano, Gregory J. Hannon a David Beach objevili p16 v roce 1993 a správně charakterizovali protein jako inhibitor kinázy závislý na cyklinu.

Od svého objevu se p16 stal významným v oblasti výzkumu rakoviny. Protein byl podezřelý z účasti na karcinogenezi díky pozorování, že mutace nebo delece v genu byla zapojena do lidských rakovinných buněčných linií. Další důkaz poskytla detekce inaktivace p16 u familiárního melanomu. Delece, mutace, hypermethylace nebo nadměrná exprese p16 je nyní spojena s různými druhy rakoviny. Zda lze mutace v p16 považovat za mutace řidiče, vyžaduje další vyšetřování. [17]


16,4 | Regulace eukaryotického transkripčního genu

Na konci této části budete moci:

  • Diskutujte o roli transkripčních faktorů v genové regulaci
  • Vysvětlete, jak zesilovače a represory regulují genovou expresi

Stejně jako prokaryotické buňky, transkripce genů v eukaryotech vyžaduje působení RNA polymerázy k navázání na sekvenci před genem k zahájení transkripce. Na rozdíl od prokaryotických buněk však eukaryotická RNA polymeráza vyžaduje jiné proteiny nebo transkripční faktory, které usnadní zahájení transkripce. Transkripční faktory jsou proteiny, které se vážou k promotorové sekvenci a dalším regulačním sekvencím pro řízení transkripce cílového genu. RNA polymeráza sama o sobě nemůže iniciovat transkripci v eukaryotických buňkách. Transkripční faktory se musí nejprve vázat na promotorovou oblast a rekrutovat RNA polymerázu do místa, aby byla stanovena transkripce.

Podívejte se na proces transkripce - vytváření RNA z templátu DNA - na tento web (http://openstaxcollege.org/l/transcript_RNA).

Promotér a přepisovací stroje

Geny jsou organizovány tak, aby bylo ovládání genové exprese snazší. Oblast promotoru je bezprostředně před kódující sekvencí. Tato oblast může být krátká (pouze několik nukleotidů na délku) nebo docela dlouhá (stovky nukleotidů dlouhá). Čím delší je promotor, tím dostupnější prostor pro vazbu proteinů. To také přidává větší kontrolu procesu přepisu. Délka promotoru je genově specifická a mezi geny se může dramaticky lišit. V důsledku toho se může úroveň kontroly genové exprese mezi geny také velmi dramaticky lišit. Účelem promotoru je vázat transkripční faktory, které řídí zahájení transkripce.

V oblasti promotoru, právě proti proudu od místa startu transkripce, se nachází pole TATA. Tento box je jednoduše opakováním thyminu a adenin dinukleotidů (doslova se opakuje TATA). RNA polymeráza se váže na komplex iniciace transkripce, což umožňuje transkripci. Chcete -li zahájit transkripci, transkripční faktor (TFIID) je první, který se váže na pole TATA. Vazba TFIID rekrutuje další transkripční faktory, včetně TFIIB, TFIIE, TFIIF a TFIIH do pole TATA. Jakmile je tento komplex sestaven, RNA polymeráza se může vázat na svoji upstream sekvenci. Při navázání na transkripční faktory je RNA polymeráza fosforylována. Tím se uvolní část proteinu z DNA, aby se aktivoval komplex iniciace transkripce, a umístí RNA polymerázu do správné orientace, aby zahájila transkripci Protein ohýbající DNA přináší do kontaktu s transkripčními faktory zesilovač, který může být od genu docela daleko mediátorové proteiny (Obrázek 16.9).

Obrázek 16.9 Enhancer je sekvence DNA, která podporuje transkripci. Každý zesilovač se skládá z krátkých sekvencí DNA nazývaných distální kontrolní prvky. Aktivátory navázané na distální kontrolní prvky interagují s mediátorovými proteiny a transkripčními faktory. Dva různé geny mohou mít stejný promotor, ale různé distální kontrolní prvky, což umožňuje diferenciální genovou expresi.

Kromě obecných transkripčních faktorů se k promotoru mohou vázat další transkripční faktory, které regulují genovou transkripci. Tyto transkripční faktory se vážou k promotorům specifické sady genů. Nejsou to obecné transkripční faktory, které se vážou na každý komplex promotorů, ale jsou rekrutovány do specifické sekvence na promotoru specifického genu. V buňce jsou stovky transkripčních faktorů, z nichž se každý váže specificky na konkrétní motiv sekvence DNA. Když se transkripční faktory vážou na promotor těsně před kódovaným genem, je označován jako a cis-činný prvek, protože je na stejném chromozomu hned vedle genu. Oblast, na kterou se váže konkrétní transkripční faktor, se nazývá vazebné místo transkripčního faktoru. Transkripční faktory reagují na podněty prostředí, které způsobují, že proteiny najdou svá vazebná místa a zahájí transkripci potřebného genu.

Vylepšení a přepis

V některých eukaryotických genech existují oblasti, které pomáhají zvýšit nebo zlepšit transkripci. Tyto regiony, tzv zesilovače, nejsou nutně blízké genům, které posilují. Mohou být umístěny před genem, v kódující oblasti genu, za genem, nebo mohou být vzdáleny tisíce nukleotidů.

Oblasti zesilovače jsou vazebné sekvence nebo místa pro transkripční faktory. Když se váže protein ohýbající DNA, změní se tvar DNA (Obrázek 16.9). Tato změna tvaru umožňuje interakci aktivátorů navázaných na zesilovače s transkripčními faktory navázanými na oblast promotoru a RNA polymerázu. Zatímco DNA je obecně zobrazována jako přímka ve dvou rozměrech, ve skutečnosti je to trojrozměrný objekt. Nukleotidová sekvence vzdálená tisíce nukleotidů se proto může složit a interagovat se specifickým promotorem.

Vypnutí genů: transkripční represory

Stejně jako prokaryotické buňky mají i eukaryotické buňky mechanismy, které zabraňují transkripci. Transkripční represory se mohou vázat na oblasti promotoru nebo zesilovače a blokovat transkripci. Stejně jako transkripční aktivátory reagují represory na vnější podněty, aby zabránily vazbě aktivačních transkripčních faktorů.


Úvod

Genetický obsah každé somatické buňky v organismu je stejný, ale ne všechny geny jsou exprimovány v každé buňce. Řízení, které geny jsou exprimovány, určuje, zda je buňka (a) oční buňkou nebo (b) jaterní buňkou. Jsou to různé vzorce genové exprese, které vznikají v různých buňkách a které vedou (c) k úplnému organismu.

Každá somatická buňka v těle obecně obsahuje stejnou DNA. Mezi několik výjimek patří červené krvinky, které ve svém zralém stavu neobsahují žádnou DNA, a některé buňky imunitního systému, které přeskupují svoji DNA a produkují protilátky. Obecně však geny, které určují, zda máte zelené oči, hnědé vlasy a jak rychle metabolizujete potravu, jsou v buňkách ve vašich očích a játrech stejné, přestože tyto orgány fungují zcela odlišně. Pokud má každá buňka stejnou DNA, v čem jsou buňky nebo orgány odlišné? Proč se buňky v oku tak dramaticky liší od buněk v játrech?

Zatímco každá buňka sdílí stejný genom a sekvenci DNA, každá buňka nezapíná ani neexprimuje stejnou sadu genů. Každý typ buňky potřebuje ke své funkci jinou sadu proteinů. V buňce je proto exprimována pouze malá podskupina proteinů. Aby byly proteiny exprimovány, musí být DNA přepsána do RNA a RNA musí být převedena do proteinu. V daném buněčném typu nejsou všechny geny kódované v DNA přepsány do RNA nebo přeloženy do proteinu, protože specifické buňky v našem těle mají specifické funkce. Specializované proteiny, které tvoří oko (duhovka, čočka a rohovka), jsou exprimovány pouze v oku, zatímco speciální proteiny v srdci (kardiostimulátorové buňky, srdeční sval a chlopně) jsou exprimovány pouze v srdci. V daném okamžiku je exprimována a přeložena do proteinů pouze podskupina všech genů kódovaných naší DNA. Exprese specifických genů je vysoce regulovaný proces s mnoha úrovněmi a fázemi kontroly. Tato složitost zajišťuje správné vyjádření ve správné buňce ve správný čas.


Lidský papilomavirus 16 E2 reguluje genovou expresi keratinocytů relevantní pro rakovinu a virový životní cyklus

Lidské papilomaviry (HPV) jsou původci v ano-genitálních a orofaryngeálních rakovinách. Virus musí přeprogramovat expresi hostitelského genu, aby podpořil infekci, a E6 a E7 k tomu přispívají zacílením buněčných transkripčních faktorů, včetně p53, respektive pRb. Protein HPV16 E2 reguluje expresi hostitelského genu v buňkách U2OS a v této studii tato pozorování rozšiřujeme na telomerázovou reverzní transkriptázu (TERT) imortalizované orální keratinocyty (NOK), které jsou schopné podporovat pozdní fáze životního cyklu HPV16. Pozorovali jsme represi vrozených imunitních genů E2, které jsou také potlačeny intaktním genomem HPV16 v NOK. Data sekvenování transkriptomu (RNA-seq) identifikovala 167 up- a 395 downregulovaných genů pomocí E2, došlo k vysoce významnému překrývání genů regulovaných E2 s geny regulovanými intaktním genomem HPV16 ve stejném buněčném typu. Cílení malé interferující RNA (siRNA) na E2 zvrátilo represi genů cílených na E2. Schopnost E2 potlačovat vrozené imunitní geny byla potvrzena v ano-genitální imortalizované buněčné linii keratinocytů, N/Tert-1. Prezentujeme analýzu dat z The Cancer Genome Atlas (TCGA) pro HPV16 -pozitivní a -negativní rakoviny hlavy a krku (HNC), což naznačuje, že E2 hraje roli v regulaci hostitelského genomu u rakoviny. Pacienti s HPV16-pozitivním HNC se ztrátou exprese E2 vykazovali horší klinický výsledek a diskutujeme o tom, jak by to alespoň částečně mohlo souviset se ztrátou regulace genů hostitele E2.DŮLEŽITOST Pozitivní nádory na lidský papilomavirus 16 (HPV16), které si zachovávají expresi E2, mají lepší klinický výsledek než ty, které ztratily expresi E2. Bylo navrženo, že je to kvůli ztrátě E2 represe exprese E6 a E7, ale toto není podporováno údaji z nádorů, kde není exprese E6 a E7 v nepřítomnosti E2. Zde uvádíme, že E2 reguluje expresi hostitelského genu a zařazuje tuto regulaci do kontextu životního cyklu HPV16 a rakoviny hlavy a krku pozitivních na HPV16 (většina z nich si zachovává expresi E2). Navrhujeme, aby tato funkce E2 mohla hrát důležitou roli ve zvýšené reakci rakovin pozitivních na HPV16 na radiační terapii. Proto může být regulace hostitelského genu pomocí E2 důležitá pro podporu životního cyklu HPV16 a také pro reakci nádorů pozitivních na HPV16 na radiační terapii.

Klíčová slova: E2 TCGA transkripce orálních keratinocytů hostitele genomu rakoviny hlavy a krku, papillomavirový přepis.

Copyright © 2019 Americká společnost pro mikrobiologii.

Obrázky

E2 regulace hostitelského genu…

E2 regulace exprese hostitelského genu v NOK ​​buňkách. (A) Klonální buněčné linie…

E2 potlačuje expresi genu U-IGF3…

E2 potlačuje expresi genu U-IGF3 ve více klonálních buněčných liniích NOK+E2. (A) Západní…

HPV16 E2, E6 a E7 potlačují expresi přirozeného imunitního genu v NOK. (A)…

siRNA cílení na E2 částečně…

siRNA cílení na E2 částečně obrací represi E2 hostitelských genů. (A) Výraz…

Transkripční represe E2 a…

Transkripční represe E2 a celého genomu HPV16 je zmírněna léčbou ...

E2 se také zaměřuje na vrozené imunitní…

E2 se také zaměřuje na vrozenou represi imunitního genu v buňkách N/Tert-1, předkožce imortalizované TERT…


Shrnutí sekce

Zatímco všechny somatické buňky v organismu obsahují stejnou DNA, ne všechny buňky v tomto organismu exprimují stejné proteiny. Prokaryotické organismy exprimují celou DNA, kterou kódují, v každé buňce, ale ne nutně všechny současně. Proteiny jsou exprimovány pouze tehdy, když jsou potřeba. Eukaryotické organismy exprimují podskupinu DNA, která je kódována v jakékoli dané buňce. V každém buněčném typu je typ a množství proteinu regulováno kontrolou genové exprese. Pro expresi proteinu je DNA nejprve transkribována do RNA, která je poté translatována do proteinů. V prokaryotických buňkách k těmto procesům dochází téměř současně. V eukaryotických buňkách dochází k transkripci v jádře a je oddělené od translace, ke které dochází v cytoplazmě. Genová exprese v prokaryotech je většinou regulována na transkripční úrovni (je přítomna i určitá epigenetická a posttranslační regulace), zatímco v eukaryotických buňkách je genová exprese regulována na epigenetické, transkripční, posttranskripční, translační a posttranslační úrovni .


Podívejte se na video: THORNE Bio-Gest Digestive Enzyme Review. Research Based (Leden 2022).