12.11.2014
1
Controlul
expresiei
genice
REGLAREA
EXPRESIEI GENICE
!!! Alegerea genei pentru transcripţie
!!! Activarea secvenţei de ADN
!!! Controlul activităţii ARN-polimerazei II
!!! Controlul cantităţii şi calităţii ARNm şi proteinei sintetizate
Organism pluricelular:
Peste 200 de tipuri de celule
diferite ţesuturi organe
Toate celulele somatice ale
unui organism sunt genetic
identice (au aceeaşi
cantitate de ADN, aceleaşi
gene), provenind de la
celula zigot prin mitoze
succesive)
12.11.2014
2
Particularităţile genomului uman
Genomul nuclear (n)
3,2 Gb
~ 35000 gene
Genomul mitocondrial
16,6 kb
37 de gene
ADN genic
25%
ADN extragenic
75%
ADN
codant
10%
ADN
necodant
90%
Secvenţe unice
sau în număr
mic de copii
60%
Secvenţe
moderat sau
înalt repititive
40%
Clasificarea genelor nucleare
1. În dependenţă de produsul genic:
• gene de cl.I pentru ARNr
• gene de cl. II pentru ARNm şi proteine
• gene de cl.III pentru ARNt, ARNr, ARNsn
2. În dependenţă de locul activităţii:
• gene active în toate celulele
• gene active în anumite celule, ţesuturi
3. În dependenţă de perioada ontogenetică
• gene active pe tot parcursul vieţii
• gene active numai prenatal
• gene active numai la pubertate
• gene active numai la adult
4. În dependenţă de interacţiunea cu factorii de mediu;
• gene stabile
• gene plastice
5. În dependenţă de gradul de expresie:
• gene normomorfe
• gene hipomorfe
• gene hipermorfe
• gene amorfe
6. În dependenţă de numărul de copii în genom:
• gene unice
• gene repetate în tandem sau dispersate
12.11.2014
3
7. În dependenţă de funcţia produşilor genici:
• enzime - 31,2%;
• modulatori ai proteinelor sintetizate - 13, 6 %
• receptori;
• factori de transcripţie;
• proteinele matricei intracelulare şi matricei extracelulare;
• transportatori membranari şi proteine – canal;
• molecule semnalizare celulară;
• hormoni;
• Ig.
50%
Fiecare celulă a organismului conţine setul complet de
gene (30-40000 perechi gene pentru 46 mol. ADNnuclear)
Expresia genică numai 10% din toate genele
Expresie continuă
• Gene ARNr
• Gene ARNt
• Gene house keeping
Expresie temporală dependentă:
• de ţesut;
• de perioada
• ontogenetică;
• de perioada ciclului
• celular;
• de factorii de mediu
Non-expresie
• pseudogene
!!! Există mecanisme de reglare a expresiei genelor
12.11.2014
4
La procariote
!!! DAR, la eucariote:
genomul nuclear este enorm şi este puternic compactizat (ADN+ proteine histone, proteine nehistone);
recunoaşterea şi activarea unei secvenţe scurte de nucleotide (unei gene) este dificilă;
există mecanisme de reglare multiple, la diferite nivele de expresie a genelor (pretranscripţional, transcripţional, processing ARNm, translaţie, etc.):
• ! etapa principală – la nivelul iniţierii transcripţiei;
• ! mecanismul principal – interacţiunea unor factori proteici la
• secvenţele reglatoare ale acizilor nucleici;
• ! factorii proteici reglatori sunt produşii unor gene situate la
• distanţă, pe alte molecule de ADN (factori trans-reglatori)
12.11.2014
5
FACTORII REGLATORI AI EXPRESIEI GENICE
CIS-genici
• Boxe pentru iniţiereatranscripţiei
• Boxe specifice de ţesut
• Boxe RE induseprin hormoni, ioni, AMPc
• Enhancers, silencers
TRANS-genici
• Factori proteici de transcripţiegenerali
• Factori proteici de transcripţiespecifici de ţesut
• Factori proteici de transcripţieinuctibili
• Enh, sil.
EPI-genici, (negenetici)
• Modificarea histonelor(metilare, acetilare, fosforilare, ubiquitinare
• Metilarea ADN
• Variaţii în configuraţiaADN
Nivele de reglare a EG
Pretranscripţional – decondensarea cromatinei, eliberarea
ADN de histone (epigenetic, reversibil, potenţial ereditar)
Transcripţional – identificarea promotorului, formarea
complexului de iniţiere, rata de transcripţie
Posttranscripţional – procesarea ARNm, alegerea variantei de
splicing, controlul transferului ARNm în citoplasmă
Translaţional – selectarea matriţei, formarea complexuluide
iniţiere, controlul calităţii polipeptidului, stabilitatea ARNm
Posttranslaţional – modificarea posttranslaţională a
polipeptidului, direcţionarea proteinelor
Reglarea la nivel pretranscripţional
1. Modificarea histonelor:
• metilarea H3 (Lys4) – expresie activă a genei
• metilarea H3 (Lys9) – atenuarea transcripţiei
• acetilarea histonelor – relaxarea cromatinei, facilitarea transcripţiei
• dezacetilarea histonelor – condensarea cromatinei, inactivarea transcripţiei
• fosforilarea H1 – supracondensarea cromatinei
• defosforilarea H1 – decondensarea cromatinei
2. Metilarea ADN (insulele 5MeCpG, frecvent în promotor) – inactivarea transcripţiei.
• !!! Metilarea ADN dezacetilarea histonelor represia transcripţiei
3. Modificări în configuraţia ADN:
• helixul B helix Z represie genică (excepţie – promotor)
12.11.2014
6
Control pretranscripţional
Controlul la distanţă a expresiei genice:
!!! Organizarea funcţională a cromozomilor în
domenii cromatidiene cu expresiei genică
diferite, evitând efectul activator sau inhibitor
a Enhancer-ilor sau Silencer-ilor unei gene
asupra altor gene.
1) Efectul de poziţie a genelor pe cromozom
2) Reglarea coordonată a expresiei genelor
(LCR- locus control region)
Sac vitelin FicatMăduva roşie
a oaselor şi
splină
Control expresiei temporale şi spaţiale
ale genelor globinelor
crs.16
crs.11
Exemplu metilare - demetilare
12.11.2014
7
Reglarea la nivel transcripţional
!!! Formarea complexului de iniţiere a
transcripţiei:
!!! Interacţiunea factorilor proteici trans-
reglatori cu secvenţele cis-reglatoare ale
promotorului (selectarea promotorului la
genele cu mai mulţi promotori)
!!! Reglarea activităţii ARN-polimerazei:
- direcţionarea;
- alegerea +1
- alegerea catenei transcrise
!!! Controlul ratei de transcripţie
!!! Activarea genei prin inducţie hormonală şi
transducţie
12.11.2014
8
12.11.2014
9
12.11.2014
10
Factorii de translaţie şi mecanismul lor de acţiune
Iniţierea
eIF-2 - Activează complexul Met-ARNtmet
eIF-3 - Asigură unirea subunităţii 40S la CAP-ul ARNm
eIF-4A - Recunoaşte CAP-ul şi asigură denaturarea
palindroamelor din secvenţa lider a ARNm
eIF-4B - Asigură stabilitatea moleculei ARNm şi previne
formarea buclelor
eIF-5 - Este o GTP-ază ce asigură unirea subunităţii 60S la
complexul de iniţiere
eIF-6 - Previne legarea prematură a subunităţii 60S la
subunitatea 40S
12.11.2014
11
Elongarea
eEF-1α - Asigură unirea aminoacil-ARNt la ribozom;
eEF-1βγ - Asigură hidroliza GTP;
eEF-2 - Asigură translocarea ribozomului;
Terminarea
Factorii de terminare sunt încă puţin studiaţi la
eucariote, dar mecanismul general este asemănător
procariotelor
RF-1 - Recunoaşte codonii STOP UAA şi UAG
RF-2 - Recunoaşte codonii STOP UGA şi UAA
RF-3 - Asigură specificitatea RF-1 şi RF-2.
12.11.2014
12
Top Related