Gen düzenleyici proteinler ve gen anlatımının düzenlenmesi Prokaryotlarda durum 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) 3 (inaktif) Ancak, korepressör (son ürün) repressör Repressör proteine bağlanır ve konformasyonal bir (aktif) değişiklik yaparak repressörü aktif hale getirir. Aktive repressör operatöre bağlanır ve Doç.Dr. Erdal transkripsiyonu BALCAN engeller. 4 1
PROKARYOTLARDA GEN ANLATIMININ POZĐTĐF KONTROLÜ aktivatör Aktivatör (Đnaktif) Aktivatör (aktif) 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. LAC OPERONUN NEGATĐF KONTROLÜ ORTAMDA LAKTOZ YOK Bakteri enerjiden tasarruf yapar. Baskılayıcı gen tarafından sentezlenen baskılayıcı protein operatöre bağlanır. Bu bağlanma RNA polimerazın aktivitesine engel olur enzim sentezi gerçekleşmez. lac I P O lac Z lac Y lac A aktivatör Aktivatör (aktif) Aktivatör (Đnaktif) Pozitif Baskılanabilir operonlarda, aktivatör protein normalde DNA segmentine bağlanabilir. Ancak, bir korepressör aktivatör ile birleştiğinde aktivatörün DNA ya bağlanması gerçekleşmez ve transkripsiyon durur. Baskılayıcı protein RNA pol. ENZĐM SENTEZĐ YOK NEGATĐF ĐNDÜKLENEBĐLEN OPERON 5 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. TRANSKRĐPSĐYON VAR lac I P O lac Z lac Y lac A TRANSKRĐPSĐYON Lac -repressor ENZĐM SENTEZĐ BAŞLAR TRANSKRĐPSĐYON YOK NEGATĐF ĐNDÜKLENEBĐLEN OPERON 7 8 2
LAC OPERONUN POZĐTĐF KONTROLÜ KATABOLİT AKTİVATÖR PROTEİN (CAP) LAC OPERONUN POZĐTĐF KONTROLÜ ORTAMDA GLUKOZ VARSA CAP ORTAMDA GLUKOZ YOKSA CAP-cAMP kompleksi RNA pol. bağlama bölgesi bağlanma bölgesi Transkripsiyonel aktivatör protein P O lac Z lac Y lac A P O lac Z lac Y lac A camp TRANSKRĐPSĐYON Ortamda glukoz yokken CAP RNA polimerazın promotora bağlanmasını kolaylaştırarak POZĐTĐF KONTROL etkisi yaratır. Ancak CAP ın promotor bölgeye bağlanabilmesi için camp ile kompleks oluşturması gerekir. camp adenilat siklaz enzimi ile ATP den sentezlenir. Glukoz adenilat siklazı baskılayarak camp düzeyini düşürür. POZĐTĐF ĐNDÜKLENEBĐLEN OPERON 9 Adenilat siklaz camp TRANSKRĐPSĐYON AZALIR CAP ortamda glukoz varken LAC operonu baskılar. KATABOLĐK REPRESYON denilen bu olayda ortamda laktoz olsa bile lac operon aktive olmaz Hücre enerji kaynağı olarak Doç.Dr. glukozu Erdal BALCAN kullanır. 10 ÖKARYOTLARDA Gen düzenleyici proteinler ve gen anlatımının düzenlenmesi Ökaryotik genomik yapının özellikleri Çok büyük Kompleks Ökaryotik genomun bir transkripsiyonel ünitesinde sadece bir gen bulunur. Ökaryotik genomda çok sayıda tekrarlayan dizi bulunur. Birçok ökaryotik gende çok sayıda non-koding dizi vardır. 11 12 3
ÖKARYOTLARDA Gen Anlatımının Düzenlenmesi Promotor Gen (kırmızı) intron (yeşil) 1. DNA replikasyon Plasmid 2. Transkripsiyon 3. Posttranskripsiyonal süreç 4. Translasyon Primer transkript olgun mrna mrna yıkımı 5. Posttransyonel süreç inaktif protein Protein harabiyeti aktif Doç.Dr. protein Erdal BALCAN 13 14 Gen anlatımının Hücre İçindeki Etkileri Gen artışı (amplifikasyon) Gen Kaybı Yeniden düzenleme Hücrenin ortama ayak uydurması Gelişim, çoğalma ve farklılaşmanın kontrolü Düzenlenme Biçimine Göre Genler 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 transkribe olan genler. 15 16 4
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 Bakteri, maya ve insan genomunda düzenleyici kısımlar. PA A PB B protein B cis-acting 17 18 cis-regülasyon protein GENEL KAVRAMLAR Cis-actingelementler: Ökaryotikgen anlatımında düzenleyici DNA kısımlarıdır. Promotor, enhancer ve silencerleri içerir. Trans-acting faktörler: Gen ifadesini kontrol etmek için cis-acting dizilere (elementlere)-bağlanan proteinler. Trans-acting faktör cis-acting elementler Ökaryotlarda cis-acting elementlerin ve trans ya da cis -acting faktörlerin yapısı upstream silencer başlangıç sitesi ATG intron Poly A sitesi AATAAA, 30bp TAA downstream enhancer Gen düzenleyici proteinler 5 3 enhancer gene silencer -10kb -200 +10kb to -50kb to +50kb Çeşitli kontrol dizileri Transkripsiyon Başlangıç kompleksi TATA kutusu RNA pol II Gen düzenleyici proteinler 5 3 1 1 2 2 n-1 n upstream promotor enhancer GC kutusu CAAT kutusu 19 20 ekzon TATA kutusu sonlandırıcı trans ya da cis-acting faktörler koding dizi Kalıp dizi downstream silencer 5
enhancer GENEL KAVRAMLAR 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. Enhancer-2-10kb to -50kb Gen düzenleyici proteinler 5 3-200 Enhencer-1 transkripsiyon başlangıç kompleksi TATA box RNA pol II gen Gen düzenleyici proteinler Enhancer-3 +10kb to +50kb 21 22 insulator GENEL KAVRAMLAR Promotorları enhancerin etkisinden koruyan DNA dizisi. IBP lerin bağlandığı insulator diziler enhancerin loop dışında etki göstermesine engel olur Omurgalılarda en iyi bilinen IBP, CTCF dir (CCCTC-bağlayan Faktör) GENOMĐK IMPRINTING Diploid organizmalarda somatik hücrelerde genomun biri anneden biri de babadan gelen iki kopyası bulunur. Dolayısıyla her otozomal gen iki kopya ( ya da allel) ile ifade edilir. 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 kopyalarının bir tanesi eksprese edilirken diğeri sessiz kalır). Genomik imprinting, bazı genlerin ebeveynlerden sadece bir tanesinde eksprese olması fenomenidir. 23 24 Watson et al., 2008 6
H19 Igf2 Bir hücrede H19 geninin sadece bir (anneden gelen) kopyası eksprese edilir. Babadan gelen diğer kopya ise kapalıdır. Igf2 geninde ise babadan gelen gen açıkken anneden gelen gen kapalıdır. Teorik olarak enhancer, aktivatör tarafından bağlandığında her iki geni de aktive etmelidir. Soru: enhancer neden sadece anneden gelen kromozomda H19 u (ya da sadece babadan gelen kromozomda Igf2 yi) aktive ediyor? Yanıt: Insulator ün rolü ve bu bölgenin metilasyonu. aktivatör Bu genlerin farklı ekspresyonlarında iki düzenleyici bölge önemlidir: ENHANCER (H19 geninin downstream bölgesinde) INSULATOR (H19 ve Igf2 genleri arasında) 25 26 Watson et al., 2008 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, 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 histon deasetilazları çağırması ile Doç.Dr. baskılanır. Erdal BALCAN 27 Aktivatörler, enhancere bağalanarak promotor ile RNA polimeraz arasındaki bağlantıyı ve transkripsiyon başlangıç kompleksinin oluşumunu kolaylaştıran proteinlerdir 28 7
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. Figure 6-19 Molecular Biology of the Cell ( Garland Science 2008) 30 silencer GENEL KAVRAMLAR Transkripsiyon faktörlerine bağlanarak transkripsiyonu baskılayan DNA dizileri. Enhancerlerin tersine gen transkripsiyonunda negatif elementlerdir. Silencerler özel düzenleyici proteinlere bağlanarak gen transkripsiyonunu baskılarlar. Genel Transkripsiyon Faktörleri RNA polimerazin promotor ile bağlanması için gereklidir. RNA polimerazın bir bileşeni olarak da değerlendirilebilir. Transkripsiyon Faktörleri Tipleri Bazı transkripsiyon inhibitörleri direkt olarak DNA ile etkileşmez, genel transkripsiyon faktörü II-D ye ya da bazı transkripsiyon aktivatörlerine bağlanır ve transkripsiyonu baskılar. GENEL KAVRAMLAR Özel Transkripsiyon Faktörleri Özel genlerin transkripsiyonu için gereklidir. Özel transkripsiyon faktörlerinin çoğu transkripsiyon aktivatörüdür, çok az bir kısmı transkripsiyon inhibitörüolarak hareket eder. Transkripsiyon aktivatörü enhancer Transkripsiyon inhibitörü silencer 31 32 8
RNA PolI nin Transkripsiyon Faktörleri TF Moleküler ağırlık, kd Fonksiyon TF II A 12, 19, 35 TF II D nin stabilizasyonu TF II B 33 RNA pol II nin DNA ile bağlanmasını hızlandırır TF II D TBP/38, TAP/15-250 TATA kutusunu tanır TF II E 57(α), 34(β) ATPaz TF II F 30, 74 helikaz TF II H 35-89 RNA pol II nin karboksi terminal ucunun fosforilasyonu TF II I 120 TF II D nin TATA bağlanmasını güçlendirir 33 Enhancer:proteinlere (trans-acting faktörler ve transkripsiyon faktörlerine) bağlanarak transkripsiyon düzeyini arttıran kısa DNA dizileri. Insulator: Enhancerlerin uygun olmayan genleri aktive etmesine engel olan DNA elementleridir. Enhancer ile promotor arasındaki iletişimi bloke eder. Trans-acting faktörler gen ifadesini kontrol etmek için cis-acting dizilere (elementlere)- bağlanan proteinler. GENEL KAVRAMLAR 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 Doç.Dr. Erdal faktörlerini BALCAN kodlayan DNA dizileri 34 DNA dizileri Figure 1-39 Molecular Biology of the Cell, Fifth Edition ( Garland Science 2008) GEN DÜZENLEYİCİ PROTEİNLER NASIL ÇALIŞIR Hücre zarındaki reseptör proteini çevresel sinyali algılar Protein kodlama bölgeleri Gen düzenleyici protein aktive olur. ve düzenleyici DNA ya bağlanır bir başka proteinin üretimini sağlayacak bir genin aktivasyonunu sağlar oluşan bu protein diğer regülatör bölgelere bağlanır GENETİK ANAHTARLARIN İKİ ÖNEMLİ BİLEŞENİ KISA DNA DİZİLERİ GEN DÜZENLEYİCİ PROTEİNLER 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 Doç.Dr. aktivasyon Erdal BALCAN domaininden ayrıdır. 36 9
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. 37 Table 7-1 Molecular Biology of the Cell ( Garland Science 2008) 38 ÖKARYOTİK GEN AKTİVATÖR PROTEİNLER -Enhancerlere bağlanırlar -Đki domainden oluşurlar -Bir domain özel DNA dizisini tanır - Diğer domain (aktivasyon domaini) transkripsiyonu aktive eder. ÖKARYOTİK GEN AKTİVATÖR PROTEİNLER Genel transkripsiyon faktörlerinin, mediatörün ve RNA pol II nin transkripsiyon başlangıç bölgesine gelmesi, pozisyon alması aktivatör proeininin görevidir. Figure 7-45 Molecular Biology of the Cell ( Garland Science 2008) 39 40 10
Spacer DNA, transkribe edilmeyen ve DNA nın bükülmesi için gerekli esnekliği sağlayan DNA dır. Tandem olarak tekrarlayan genler arasında bulunur. 41 42 Figure 7-44 Molecular Biology of the Cell ( Garland Science 2008) GEN DÜZENLEYİCİ PROTEİNLERDE DNA BAĞLAMA MOTİFLERİ Trans-acting faktörler ya da cis acting proteinler ile cisactingelementlerin bağlanması. Non-kovalent etkileşim Sonuçta DNA-protein kompleksi oluşur Düzenleyici proteinlerin bir çoğu cis-acting elementlere bağlanmadan önce homodimer, heterodimer, homopolimer ya da heteropolimer yapı oluştururlar. Bazı düzenleyici proteinlerin cis-acting elementlere bağlanma yeteneği polimerizasyondan sonra artar ya da azalır. BÜYÜK OLUK-KÜÇÜK OLUK Gen düzenleyici proteinleri (transkripsiyon faktörleri gibi) DNA yapısında spesifiknukleotiddizilerini tanımak zorundadırlar. Daha önceleri bu proteinlerin DNA sarmalının içtarafında baz çiftleri arasındaki hidrojen bağlarına ulaşması gerektiği düşünülmekteydi. Günümüzde bu proteinlerin (bir DNA dizisini diğerinden ayırt edebilmek için) çift sarmalın açılmaya gerek kalmadan sarmalın dış yapısındaki stereokimyasalkısımları tanıdığı belirlenmiştir. 43 44 11
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 46 H-bağı alıcısı H-bağı vericisi Hidrojen atomu Figure 7-7 Molecular Biology of the Cell ( Garland Science 2008) Her bir baz çiftinin sınırı çift sarmalın bir yüzeyini (büyük ya da küçük oluk) oluşturur. Bu yüzeyler proteinler tarafından tanınacak farklışekillerde hidrojen bağı alıcıları, hidrojen bağı vericileri ve hidrofobik kısımları içerir. Metil grubu 47 Her bir baz çifti büyük ve küçük oluklarında baz çiftini belirleyecek stereokimyasal ortamlar (hidrojen bağı vericileri, alıcıları ve van der Waals yüzeyleri) oluşturur. Bu etkileşim ortamları büyük olukta (küçük oluğa göre) daha komplekstir. Watson et al., 2008 A: hidrojen bağı alıcısı D: Hidrojen bağı vericisi H: non-polar hidrojenler M: Metil grupları BÜYÜK OLUK-KÜÇÜK OLUK 48 12
Sadece büyük oluk baz çifti eşleşmesinin 4 kombinasyonunda tamamen farklıdır. Bu nedenle gen düzenleyici proteinler genellikle büyük oluğa bağlanırlar. Figure 7-8 Molecular Biology of the Cell ( Garland Science 2008) H-bağı alıcısı H-bağı vericisi Hidrojen atomu Metil grubu 49 H bağ alıcılarındaki spesifik geometri nedeniyle argini guanini tam olarak tanır. 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 51 52 13
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. 53 Figure 7-34 Molecular Biology of the Cell ( Garland Science 2008) 54 TRİPTOFAN REPRESYONU Negatif düzenleme 55 Figure 7-35 Molecular Biology of the Cell ( Garland Science 2008) 56 14
Ökaryotlarda Genetik Anahtarlar ÖkaryotikGen 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. Figure 7-36 Molecular Biology of the Cell ( Garland Science 2008) 57 58 Figure 7-44 Molecular Biology of the Cell ( Garland Science 2008) 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 paketlenmiştir. 59 ÖKARYOTİK GEN AKTİVATÖR PROTEİNLER KROMATİN YAPISINI MODİFİYE EDER Kromatin yapısında değişiklik yapmanın 4 ana yolu: 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 60 15
1 3 4 HĐSTON ASETĐLASYONU Lizinlerin asetilesyonu kromatin yapısının gevşemesine neden olur. Çünkü asetil gruplarının lizineeklenmesi bu amino asitlerin pozitif yükünü uzaklaştırır ve bunun sonucunda kuyruğun nukleozoma afinitesi azalır. Böylece asetillenmişnukleozomlar transkripsiyonel olarak aktif kromozom bölgeleri ile ilişkilidir. Tersine, deasetillenmiş nukleozomlar transkripsiyonel olarak baskılanmış kromatin ile ilişkilidir. Kondanse Kromatin. 2 Pozitif yükte azalma, Kromatin daha az kondanse. Figure 7-46 Molecular Biology of the Cell ( Garland Science 2008) 61 62 BİR GENİN TRANSKRİPSİYONUNUN BAŞLAMASI SÜRECİNDEKİ OLAYLAR DİZİSİ Gen Aktivatör Proteinler kromatine bağlanır Kromatin remodeling Histon modifikasyonu KRK Histonmodifikasyon enzimleri Diğer aktivatör Proteinler Diğer aktivatör Proteinler TRANSKRİPSİYONUN BAŞLAMASI Promotor bölgede preinitiationkompleksin kümelenmesi Mediatör GTF RNA pol II Gen düzenleyici bölgelere diğer aktivatör proteinlerin bağlanması 63 ÖKARYOTİK GEN BASKILAYICI PROTEİNLER A) Gen aktivatörproteinler ve gen baskılayıcı proteinler aynı düzenleyici gen bölgesine bağlanmak için yarışırlar. B) Her iki tip protein de DNA ya bağlanabilir, ancak baskılayıcı aktivatörproteinin aktivasyon domaininebağlanarak aktivasyon fonksiyonunun gerçekleşmesine engel olur. Bu stratejinin bir varyasyonu olarak baskılayıcı DNA ya direkt olarak bağlanmaksızın aktivatörebağlanabilir. C) Baskılayıcı genel transkripsiyon faktörlerinin kümelenmesini bloke eder D) Baskılayıcı promotor bölgenin nukleozomal durumunu pre-transkripsiyonal formda tutacak olan kromatin remodelingkompleksini çağırır. E) Baskılayıcı, bir histon modifiye edici enzimi (örn. histon deasetilazı) promotora çeker. F) Baskılayıcı, histonlarınpozisyonlarının değişimine neden olacak histonmetil transferazları çağırır. 64 16
Gen aktivatör proteinler ve gen baskılayıcı proteinler aynı düzenleyici gen bölgesine bağlanmak için yarışırlar. Her iki tip protein de DNA ya bağlanabilir, ancak baskılayıcı aktivatör proteinin aktivasyon domainine bağlanarak aktivasyon fonksiyonunun gerçekleşmesine engel olur. Figure 7-50a Molecular Biology of the Cell ( Garland Science 2008) 65 Figure 7-50b Molecular Biology of the Cell ( Garland Science 2008) 66 Baskılayıcı genel transkripsiyon faktörlerinin kümelenmesini bloke eder. Baskılayıcı promotor bölgenin nukleozomal durumunu pretranskripsiyonal formda tutacak olan kromatin remodeling kompleksini çağırır. Figure 7-50c Molecular Biology of the Cell ( Garland Science 2008) 67 Figure 7-50d Molecular Biology of the Cell ( Garland Science 2008) 68 17
Baskılayıcı, bir histon modifiye edici enzimi (örn. histon deasetilazı) promotora çeker. Baskılayıcı, histonların pozisyonlarının değişimine neden olacak histon metil transferazları çağırır. Figure 7-50e Molecular Biology of the Cell ( Garland Science 2008) 69 Figure 7-50f Molecular Biology of the Cell ( Garland Science 2008) 70 HĐSTON ASETĐLASYONU Lizinlerin asetilesyonu kromatin yapısının gevşemesine neden olur. Çünkü asetil gruplarının lizineeklenmesi bu amino asitlerin pozitif yükünü uzaklaştırır ve bunun sonucunda kuyruğun nukleozoma afinitesi azalır. Böylece asetillenmişnukleozomlar 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. 71 72 18
NUKLEAR RESEPTÖR SÜPER AİLESİ Nüklearreseptörler-Liganda bağımlı gen düzenleyici proteinler Çeşitli hidrofobiksinyal 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 Endokrin hücrelerden salınan klasik steroid hormonlar kanda taşınma hedef hücre hücre içine difüzyon reseptöre bağlanma aktivasyon hedef genlerin modülasyonu Ligand bağlı aktif Christopher KG & Sumito O (2006) Combinatorial roles of nuclear receptors in inflammation and immunity Nat Rev Immu6: 44 55 doi:10.1038/nri1748 76 Figure 15-14c Molecular Biology of the Cell ( Garland Science 2008) 19
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 77 Östrojen reseptörle ilişkili reseptör alfa (ERRα) Retinoik asit ile ilişkili reseptör (ROR) Kısa heterodimerik partner (SHP) Human nuklear faktör 4 (HNF4) Liver reseptör homolog protein-1 (LHR-1) Lee et al., 2008 Shi, 2007 Lee et al., 2008 scienceblogs.com/.../cellcell_interactions.php 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 metabolikligandlara karşı transkripsiyonelyanıtları düzenlemektir. Monomer(steroidogenic faktör, SF-1), homodimer (ER ve AR) ya da heterodimer (retinoikasit X reseptör, RXR) formda diğer NR lere bağlanarak işlev gösterirler. http://en.wikipedia.org/wiki/file:nuclear_receptor_action.png 20
NR lar hedef genleri ile etkileştiklerinde co-regülatör (koregülatör) kompleksleri çağırır. Bu koregülatörler NR lerle etkileşen ve RNA polimeraz II aktivitesini modüle edecek histon asetiltransferaz ya da histon deasetilaz aktivitesine sahip koaktivatör veya korepressör kompleksleri içerirler. Bu nedenle, nukleozomlarda histonların modifikasyonlarına neden Koaktivatörler: gen ekspresyonunu arttıran proteinler. RNA polimeraz holoenzimin oluşumunu güçlendirerek transkripsiyonun başlamasını arttırırlar. Koaktivatörler transkripsiyonun diğer bazı adımlarını da (örn. uzama, RNA splicing, sonlanma ve koaktivatör-tf kompleksinin haraplanması gibi) kontrol ederler. olurlar. McKenna and O'Malley 2002 Glass and Rosenfeld, 2000 Rosenfeld and Glass, 2001 82 koaktivator matriks. SWI/SNF (SWItch/Sucrose NonFermentable, p300 Rosenfeld M G et al. Genes Dev. 2006;20:1405-1428 83 http://www.geneswitch.com/how/induction_of_transcription.html 2006 by Cold Spring Harbor Laboratory Press 21
Korepressörler: Prokaryotlarda: Baskılayıcı proteinin DNA ya bağlanmasını sağlayan küçük sinyal molekülleri. Ökaryotlarda: Histon deasetilaz aktivitesine sahip 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 organizasyon. Rosenfeld and Glass, 2001 85 2006 by Cold Spring Harbor Laboratory Press korepressor matriks. Rosenfeld M G et al. Genes Dev. 2006;20:1405-1428 87 88 22
89 Figure 7-51 Molecular Biology of the Cell ( Garland Science 2008) 90 KAYNAKLAR 1. AlbertsB, Johnson A, Lewis J, RaffM, RobertsK, Walter P. Molecular Biologyof thecell 5th ed. 2008 2. Watson JD, Baker TA, BellSP, GannA, LevineM, LosickR Molecular Biologyof thegene 5th ed. 2004. 3. Watson JD, Baker TA, BellSP, GannA, LevineM, LosickR Molecular Biologyof thegene 6th ed. 2008 4. Christopher KG & SumitoO (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 cancerbiochem. Soc. Trans. 2003;31: 741-3. 6. ClarkD. 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 91 23