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Cell cycle-dependent transcription in yeast: promoters, transcription factors, and transcriptomes Curt Wittenberg and Steven Reed Oncogene (2005) 24, 2746-2755 Cell cycle in yeast: promoters, transcription factors and transcriptomes Ben-Fillippo Krippendorff Einleitung Der Zellzyklus in Hefe In Saccharomyces cerevisiae: 10% der Gene werden Zellzyklus spezifisch transkribiert. Diese Gene können in Cluster eingeordnet werden, die gleiche Muster der Regulation besitzen. Cell cycle in yeast: promoters, transcription factors and transcriptomes Ben-Fillippo Krippendorff Cdk und Cycline Der Zellzyklus in Hefe Wichtig sind vor allem: 1. Cdk == Cyclin dependent Kinase 2. Cycline Beide zusammen, als aktiver Komplex, können Substrate an einer speziellen Konsensussequenz phosphorlieren Aktivität des Cyclin/Cdk Komplex kann auch durch Phosphorylierung reguliert werden Cell cycle in yeast: promoters, transcription factors and transcriptomes Ben-Fillippo Krippendorff Cdk und Cycline Der Zellzyklus in Hefe Wichtig sind vor allem: 1. Cdk == Cyclin dependent Kinase 2. Cycline Cycline wurden als Proteine gefunden, deren Expression während des Zellzyklus oszilliert Cell cycle in yeast: promoters, transcription factors and transcriptomes Ben-Fillippo Krippendorff Die Cluster M-G1 Cluster SBF G1-phase Gene MBF Clusters Clb2 Cluster S-phase Gene Clusters histone genes MET genes Cell cycle in yeast: promoters, transcription factors and transcriptomes Ben-Fillippo Krippendorff Der G1 Phase Cluster Swi4 binding factor SBF Transkriptionsfaktoren MBF G1-phase Gene Clusters MluI cell-cycle box (MCB) binding factor Ca 200 Gene sind in diesen beiden Clustern organisiert Diese Gene bestimmen die Initiation des Zellzyklus in der G1 Phase Cell cycle in yeast: promoters, transcription factors and transcriptomes Ben-Fillippo Krippendorff Der G1 Phase Cluster SBF MBF G1-phase Gene Clusters Ca 200 Gene sind in diesen beiden Clustern organisiert Diese Gene bestimmen die Initiation des Zellzyklus in der G1 Phase Warum gibt es zwei Gene Cluster in der G1-Phase? Cell cycle in yeast: promoters, transcription factors and transcriptomes Ben-Fillippo Krippendorff Der G1 Phase Cluster SBF MBF G1-phase Gene Clusters Warum gibt es zwei Gene Cluster in der G1-Phase? MBF SBF Gene für die Kontrolle der DNA Replikation und Reparatur Gene für • Zellmorphogenese •Spindle Pol Duplikation • andere Wachstumsfunktionen Cell cycle in yeast: promoters, transcription factors and transcriptomes Ben-Fillippo Krippendorff Der G1 Phase Cluster SBF MBF G1-phase Gene Clusters Warum gibt es zwei getrennte G1-Phase Gene Cluster? Antwort a: Es ist von Bedeutung beide Cluster getrennt voneinander per Regulation der Transkriptionsfaktoren steuern zu können Cell cycle in yeast: promoters, transcription factors and transcriptomes Ben-Fillippo Krippendorff Der G1 Phase Cluster SBF MBF G1-phase Gene Clusters Warum gibt es zwei getrennte G1-Phase Gene Cluster? Antwort a: Es ist von Bedeutung beide Cluster getrennt voneinander per Regulation der Transkriptionsfaktoren steuern zu können Gegenargument: Jede der beiden Gruppen besitzt auch Gene die weder DNA Replikation bzw. Wachstumsfunktionen steuern Cell cycle in yeast: promoters, transcription factors and transcriptomes Ben-Fillippo Krippendorff Der G1 Phase Cluster SBF MBF G1-phase Gene Clusters Warum gibt es zwei getrennte G1-Phase Gene Cluster? Antwort a: Antwort b: Es ist von Bedeutung beide Cluster getrennt voneinander per Regulation der Transkriptionsfaktoren steuern zu können Widerspiegelung der evolutionären Geschichte der Module, die die Transkription regulieren Cell cycle in yeast: promoters, transcription factors and transcriptomes Ben-Fillippo Krippendorff Der G1 Phase Cluster SBF MBF G1-phase Gene Clusters Aufbau der beiden Transkriptionsfaktoren SBF Swi4 MBF Swi6 Mbp1 Cell cycle in yeast: promoters, transcription factors and transcriptomes Komponenten Ben-Fillippo Krippendorff Der G1 Phase Cluster SBF MBF G1-phase Gene Clusters Es gibt drei Cycline die spezifisch für die G1 - Phase sind: Cln 1 Cln 2 Cell cycle in yeast: promoters, transcription factors and transcriptomes Cln 3 Ben-Fillippo Krippendorff Der G1 Phase Cluster SBF MBF Cln 1 ۷ Cln 2 ۷ G1-phase Gene Clusters Cln 3 ٨ Cdk1 (CDC28) spezifische Transkription in der G1 Phase Cell cycle in yeast: promoters, transcription factors and transcriptomes Ben-Fillippo Krippendorff Der G1 Phase Cluster SBF MBF G1-phase Gene Clusters Cln 3 Cdk1 Komplex Cln3/Cdk1 ist primärer Transkriptionsaktivator unter physiologischen Konditionen für G1 spezifische Transkription Doch wie schaltet der Komplex die Transkription an? Cell cycle in yeast: promoters, transcription factors and transcriptomes Ben-Fillippo Krippendorff Der G1 Phase Cluster SBF MBF G1-phase Gene Clusters Constanzo et al.,2004 & de Bruin et al., 2004: Das Protein Whi5 fungiert als Repressor der SBF assozierten Transkription. Cell cycle in yeast: promoters, transcription factors and transcriptomes Ben-Fillippo Krippendorff Der G1 Phase Cluster SBF MBF G1-phase Gene Clusters Cln 3 Cdk1 Cell cycle in yeast: promoters, transcription factors and transcriptomes Ben-Fillippo Krippendorff Der G1 Phase Cluster SBF MBF G1-phase Gene Clusters Cln 3 Cdk1 SBF Swi4 Swi6 Cell cycle in yeast: promoters, transcription factors and transcriptomes Ben-Fillippo Krippendorff Der G1 Phase Cluster SBF MBF G1-phase Gene Clusters Cell cycle in yeast: promoters, transcription factors and transcriptomes Ben-Fillippo Krippendorff Der G1 Phase Cluster SBF MBF G1-phase Gene Clusters Keine Homologie! Cell cycle in yeast: promoters, transcription factors and transcriptomes Ben-Fillippo Krippendorff Andere Zellzyklus Gene In Hefe existieren zudem Gene, die nicht direkt zum Zellzyklus beisteuern. Indirekt haben diese Gene jedoch auch mit Funktionen des Zellzyklus zu tun Cell cycle in yeast: promoters, transcription factors and transcriptomes Ben-Fillippo Krippendorff Andere Zellzyklus Gene Bsp: Viele PHO regulon Gene codieren für Proteine, die für eine Aufnahme von Phosphat aus der Umgebung wichtig sind Diese Gene werden zwischen der M und der G1 Phase verstärkt abgelesen Cell cycle in yeast: promoters, transcription factors and transcriptomes Ben-Fillippo Krippendorff Andere Zellzyklus Gene Bsp: Viele PHO regulon Gene codieren für Proteine, die für eine Aufnahme von Phosphat aus der Umgebung wichtig sind Diese Gene werden zwischen der M und der G1 Phase verstärkt abgelesen. Die Verfügbarkeit von Phosphat ist jedoch ein Hauptentscheidungsmerkmal für Hefe einen neuen Zellzyklus zu beginnen Vielleicht werden somit durch die vermehrte Substrataufnahme die Ressourcen der Umgebung geprüft. Cell cycle in yeast: promoters, transcription factors and transcriptomes Ben-Fillippo Krippendorff Interaktionen Drei Arten von Interaktionen: 1. Gene, die einen Transkriptionsfaktor codieren, können direkt in andere Zellzyklus Phasen wirken (Ndd1) Cell cycle in yeast: promoters, transcription factors and transcriptomes Ben-Fillippo Krippendorff Interaktionen Drei Arten von Interaktionen: 1. Gene, die einen Transkriptionsfaktor codieren können direkt in andere Zellzyklus Phasen wirken (Ndd1) 2. Gene können eine enzymatische Aktivität steuern, die in anderen Clustern Genexpression reguliert (Clb2) Cell cycle in yeast: promoters, transcription factors and transcriptomes Ben-Fillippo Krippendorff Interaktionen Beispiel: Cln 3 Cdk1 Clb 2 Clb 2 Clb 2 Cdk1 Cell cycle in yeast: promoters, transcription factors and transcriptomes Ben-Fillippo Krippendorff Interaktionen Drei Arten von Interaktionen: 1. Gene, die einen Transkriptionsfaktor codieren können direkt in andere Zellzyklus Phasen wirken (Ndd1) Clb 2 Cdk1 Cell cycle in yeast: promoters, transcription factors and transcriptomes 2. Gene können eine enzymatische Aktivität steuern, die in anderen Clustern Genexpression reguliert (Clb2) Ben-Fillippo Krippendorff Interaktionen Drei Arten von Interaktionen: 1. Gene, die einen Transkriptionsfaktor codieren können direkt in andere Zellzyklus Phasen wirken (Ndd1) Clb 2 Cdk1 2. Gene können eine enzymatische Aktivität steuern, die in anderen Clustern Genexpression reguliert (Clb2) P Cell cycle in yeast: promoters, transcription factors and transcriptomes Ben-Fillippo Krippendorff Interaktionen Drei Arten von Interaktionen: 1. Gene, die einen Transkriptionsfaktor codieren können direkt in andere Zellzyklus Phasen wirken (Ndd1) 2. Gene können eine enzymatische Aktivität steuern, die in anderen Clustern Genexpression reguliert 3. Gene, die für eine Repressor codieren können die Transkription von Genen aus einem anderen Cluster unterdrücken (Yox1 und Yhp1) Cell cycle in yeast: promoters, transcription factors and transcriptomes Ben-Fillippo Krippendorff Zusammenfassung 1. ca 10% (800) aller proteincodierenden Gene in Hefe werden Zellzyklus spezifisch reguliert 2. Die Mehrzahl dieser Gene ist in Clustern organisiert, die im ganzen an- und abgeschaltet werden. 3. Wellen der Transkription laufen innerhalb des Zellzyklus ab. Dies sind besonders bei S. cerevisiae miteinander durch Regulationsmechanismen verbunden 4. Bei der Regulation der Cluster scheint es einen für verschiedene Organismen ähnlichen evolutionären Druck zu geben, da hier wahrscheinlich konvergente Evolution stattgefunden hat Cell cycle in yeast: promoters, transcription factors and transcriptomes Ben-Fillippo Krippendorff Danke für das Zuhören! Cell cycle in yeast: promoters, transcription factors and transcriptomes Ben-Fillippo Krippendorff
