PowerPoint-Präsentation - Uni

Di 22. 01.: 1
Zeitplan 2008
Teil Renkawitz-Pohl
Genregulation in Eukaryoten (Einführung)
Steroidhormone und Genregulation
Mi 23. 01.: 2
Chromatinreorganisation in der Spermatogenese
und Translationskontrolle
Eisenstoffwechsel und Translationslkontolle
Do 24. 01.:
fällt aus!
Fr 25. 01.: 3.
Sex determination Säugetiere (...der kleine Unterschied...)
(Transkription, Hormone, Signalketten)
4.
Sexdetermination Drosophila (Differentielles Splicing)
Fragebögen verteilen
Di 29. 01.: 5
Dosiskompensation Drosophila (Regulation auf Chromatin-Ebene)
Dosiskompensation Säugetiere (Regulation auf Chromatin-Ebene)
Mi 30. 01.: 6
Zelladhäsion und Kommunikation
Fragebögen verteilen
Do 31.01.: 7
Signalketten in Entwicklung und Tumorentstehung
Fr 01. 02.: 8
Fragen zur Woche/ Fragebögen besprechen
Klausurvorbereitung
Genregulation in Eukaryoten
1)
2)
•
•
•
Regulation der Transkription
Posttranskriptionelle Regulation
Differentielles Splicing(siehe Geschlechtbestimmung)
Kontrolle der Translation (siehe Spermatogenese als Beispiel)
Proteinmodifikationen (siehe Teil Prof. Lingelbach)
Eukaryoten:Kontrollmöglichkeiten
erst auf Chromatinebene, dann:
Capping
Polyadenylation
Splicing
aus Alberts: 9-2
Chromatinstruktur
Chromatin: wie passt das gesamte
Genom in die Zelle?
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benötigt.
Chromatin
Figure 9-35. Model for the packing of chromatin and the
chromosome scaffold in metaphase chromosomes. In
interphase chromosomes, long stretches of 30-nm chromatin
loop out from extended scaffolds. In metaphase
chromosomes, the scaffold is folded into a helix and further
packed into a highly compacted structure, whose precise
geometry has not been determined.
Aus: Molecular Cell Biology, 4. Edition, Lodish et. al.
Nucleosomen
Figure 9-30. Structure of the nucleosome. (a) Ribbon
diagram of the nucleosome shown face-on (left) and from
the side (right). One DNA strand is shown in green and
the other in brown. H2A is yellow; H2B, red; H3, blue;
H4, green. (b) Space-filling model shown from the side.
DNA is shown in white; histones are colored as in (a).
H2A, H2A', H2B, H2B', H3, and H4 indicate the
positions of the respective histone N-terminal tails visible
in this view. The H2A' N-terminal tail interacts with the
upper loop of DNA, while the H2A N-terminal tail (only
partially seen in this view) interacts with the bottom loop
of DNA. The N-terminal tail of one H4 extends from the
bottom of the nucleosome and interacts with the
neighboring histone octamer in the crystal lattice (not
shown). The N-terminal tails of histones H2B, H2B', H3,
and H3' pass between the two loops of DNA. The Nterminal tails of H2A, H4, H3, and H2B include an
additional 3, 15, 19, and 23 residues, respectively, that
are not visualized in the crystal structure because they
are not highly structured. They extend further from the
surface of the nucleosome where they may participate in
nucleosome-nucleosome interactions in the 30 nm fiber
(See Figure 9-31) or interact with other chromatinassociated proteins. [From K. Luger et al., 1997, Nature
389:251; courtesy of T. J. Richmond.]
Aus: Molecular Cell Biology, 4. Edition, Lodish et. al.
Solenoid
model
Figure 9-31. Solenoid model of the 30-nm condensed
chromatin fiber in a side view. The octameric histone core (see
Figure 9-30) is shown as an orange disk. Each nucleosome
associates with one H1 molecule, and the fiber coils into a
solenoid structure with a diameter of 30 nm. [Adapted from M.
Grunstein, 1992, Sci. Am. 267:68]
Aus: Molecular Cell Biology, 4. Edition, Lodish et. al.
Solenoid
MAR = Matrix attachment sites
Aus: Stein, G. et al. (2003). Trends in Cell Biol. 13, 584-593
SAR = scaffold attachment region
Gleiche Funktion wie MAR!
WARUM?
• Zell- und Entwicklungsspezifische
Genregulation
• Aufrechterhaltung eines
Differenzierungsprogramms während der
Zellteilung (Cellular Memory)
• Imprinting (d.h. nur väterliches oder
mütterliches Allel wird exprimiert)
• Dosiskompensation
Chromatin und Transkription
Wie kann das funktionieren?
Vor der Transkription muss das Chromatin geöffnet werden!
Solenoid und RNA-Polymerase
Proteine der inneren
Kernmembran, Kernlamina und
Chromatin
Mini-Review (Cell Science at a glance):
R. Foisner
J. Cell Science 114, 3791-3792 (2001)
erinnern:
Kernlamina aus Lamin A, B: Intermediärfilamente,
über Nup 153 mit Kernporen verbunden
über HP1: Kopplung an Heterochromatin
Euchromatin: chromatin remoddeling Complexes (s.u.)
Genregulation auf Einzel-Gen Ebene
(sehr vereinfachte Darstellung)
Einzeller:
Vielzeller:
Die Aktivierung der Transkription
Aber....
Die DNS liegt nicht „nackt“ in der Zelle vor
Das Chromatin-Problem
Klappen Nukleosomen bei der
Transkription auf?
dazu würde es geringere Affinität zwischen den basischen Histonen
und der DNA bedürfen!
Histonacetylase und Chromatinöffnung
Aus: Alberts et al.:
Molecular Biology of the Cell. Fourth
Edition, 2002.
Fig. 7-45
HAT Wirkung
Aus:
Alberts et al.: Molecular Biology of the Cell.
Fourth Edition, 2002.
Fig. 7-46
HDAT
HistonDeacetylasen
führen zu
inaktivem
Chromatin
Aus:
Alberts et al.: Molecular Biology of the Cell.
Fourth Edition, 2002.
Fig. 7-49
Genregulation in Eukaryoten
1)
2)
•
•
•
Regulation der Transkription
Posttranskriptionelle Regulation
Differentielles Splicing
Kontrolle der Translation
Proteinmodifikationen
pre-mRNA, RNP, mRNA
Prokaryoten:
in der Regel kolinear: Gen - mRNA
aus:
Alberts et al.
Fig. 6-1
Eukaryoten
Genregulation in Eukaryoten
1)
2)
•
•
•
•
Regulation der Transkription
Posttranskriptionelle Regulation
Differentielles Splicing(Beispiel: Sex determination Drosophila)
Heute: Splicing im Prinzip)
Kontrolle der Translation
Proteinmodifikationen
Eukaryoten:
premRNA-reife mRNA
Splicing
Gen und mRNA sind nicht kolinear
aus:
Alberts etal.
Fig.8-50
Technik: R-loop Analyse im EM
Introns und Exons
aus:
Alberts
Figure 8-7
Biologischer Sinn
exon shuffling: Evolution
differentielles Splicing: 1 Gen mehrere Proteine
Splisosomen an der naszierenden
premRNA
EM
Schema
aus:
Alberts
Figure 8-52
Splice-Erkennungssequenzen
aus Alberts, Fig. 8-53
Splicing Mechanismus
(Introns: 100 bp bis mehrere kbp z.B. 40 kbp)
Details in
FM GENETIK
aus Alberts
Fig. 8-84
Was müßte man machen, um
Splicing zu verhindern für ExonSkipping?
Splice site durch RNA oder Protein maskieren!
5´und 3´Modifikationen
der eukaryotischen mRNA
a) 5´Capping
b) 3´Polyadenylation
Primärtranskript-mRNA
Figure 4-19. Overview of RNA processing in eukaryotes using b-globin gene as an example. The b-globin gene contains three protein-coding exons (red) and two
intervening noncoding introns (blue). The introns interrupt the protein-coding sequence between the codons for amino acids 31 and 32 and 105 and 106. Transcription of this
and many other genes starts slightly upstream of the 5' exon and extends downstream of the 3' exon, resulting in noncoding regions (gray) at the ends of the primary transcript.
These regions, referred to as untranslated regions (UTRs), are retained during processing. The 5' 7-methylguanylate cap (m7Gppp; green dot) is added during formation of the
primary RNA transcript, which extends beyond the poly(A) site. After cleavage at the poly(A) site and addition of multiple A residues to the 3' end, splicing removes the
introns and joins the exons. The small numbers refer to positions in the 147-aa sequence of b-globin.
Aus: Molecular Cell Biology, 4. Edition, Lodish et. al.
Differentielles Splicing
Beispiel:
Synthese eines membranständigen und eines sekretierten Antikörpers
(siehe Kernmodul 3)
Beispiel: Geschlechtsbestimmung bei Drosophila
(dieses Fachmodul)
Eukaryoten:Kontrollmöglichkeiten
erst auf Chromatinebene, dann:
aus Alberts: 9-2