Upload
aricin
View
80
Download
0
Embed Size (px)
DESCRIPTION
Hvordan kan modifisering av histoner påvirke kromatin?. Tradisjonell forklaring: Modifisering vil påvirke histonenes ladning, noe som igjen vil kunne gi en endret nukleosomstruktur og endrede egenskaper - PowerPoint PPT Presentation
Citation preview
Hvordan kan modifisering av histoner påvirke kromatin?
• Tradisjonell forklaring: Modifisering vil påvirke histonenes ladning, noe som igjen vil kunne gi en endret nukleosomstruktur og endrede egenskaper
• Nyere forklaring: Modifiserte aminosyrerester i histonene utgjør bindingsseter for andre proteiner som så avgjør kromatinets videre skjebne
Histoner og histongener
• Pattedyr har 10-20 kopier av hvert histongen, Drosophila rundt 100
• Sære gener, vanligvis uten introner
• Ingen polyadenylering av histon-mRNA
• Histonene kan foreligge i flere varianter i en organisme
Den repeterende enhet i histongen-clusteret hos en rekke organismer
Pag
e 14
41
Halene på histonene modifiseres som signaler til transkripsjon
Acetylation
Methylation
Phosphorylation
Ubiquitination
ADP-ribosylation
Aktivt og inaktivt kromatinActively transcribed chromatin
•is euchromatic, •has particular histone amino groups acetylated, •is less methylated than inactive chromatin, and •has sites that are hypersensitive to DNase I digestion.
Inactive chromatin associated with: •a morphologically condensed state (heterochromatin) •deacetylated, methylated histones, •methylated DNA, •resistance to DNase I.
Histonhalemodifikasjoner i eukromatin og heterokromatin
Histonmodifisering, enzymer, gjenkjenningsdomener
Modifi-sering
Aa Påsetter-enzym
Avtager-enzym
Gjenkjenner-domene
Ac Lys HAT HDAC Bromo
Me Lys (1-3)
Arg (1-2)
HMT HDM??? Chromo
P SerThr
Kinaser Protein fosfataser
?
Ubi Lys Ubi ligaser DeUbi ?
SUMO ? SUMO ligaser
DeSUMO ?
ADPR Arg, Asp, Ser, Thr
PARP PAR glyko-hydrolase
?
Kombinasjoner av modifikasjoner forbundet med aktivt og inaktivt kromatin
Synergistiske og antagonistiske modifikasjoner i halen av H3 og H4
”Skriving” og ”lesing” av histonmodifikasjoner
Hvordan histonkoden oversettes
Gene silencing
Genaktivering
Proteolytisk modell for fjerning av stabil metylering fra histon H3
K9-metylering av histon H3 og HP1-protein i heterokromatin
Telomerer, heterokromatin og eukromatin
MeCP2 – et protein som bindes til metylert
DNA• Bindes spesifikt til metylert
DNA via et metyl-CpG-bindende domene
• Rekrutterer transkripsjonsrepresjonskom-plekset mSin3A/HDAC
• Kan ”invadere” kromatin på en metyleringsavhengig måte og forskyve histon H1 fra kromatin in vitro
• Mutasjoner i mSin3A kan føre til Retts syndrom, en nevrologisk sykdom som stort sett rammer jenter
Symptoms:Girls with Rett Syndrome appear to develop normally until 6 to 18 months of age. They then enter a period of regression, losing speech and hand skills they had acquired. Most girls develop seizures, repetitive hand movements, irregular breathing and motor-control problems. A slowing of the rate of head growth may also become apparent. The girls can live to adulthood, but most never regain the
ability to use their hands or to speak.
RNA interference
Animation
Dicer og RISC
Modell for hvordan RNAi virker
Kobling transkripsjon-translasjon
• Koblet translasjon /transkripsjon i prokaryoter
• Adskilt i eukaryoter
Tre typer endringer
• Spalting, fjerning av sekvenser – Ekso- eller endo-nukleolytisk spalting– Spleising
• Påsetting av nukleotid(er)– 5´-ende og 3´-ende
• Modifikasjon av spesifikke nukleotider
Tre grupper RNA å modifisere
• Pre-mRNA– Påsetting– Spleising
• Ribosomal RNA– Spalting – Påsetting
• tRNA– Spalting– Modifikasjon
Pre-mRNA prosessering
Prokaryoter: primær transkript = mRNA
Eukaryoter: transkripsjon/ translasjon adskilt, mRNA modifisert i kjernen før translasjon i cytosol
Transkripsjon - prosessering
capAAAAAAAAAAAAA
Pre-mRNA(hnRNA)
mRNA
Koblede prosesser
Påsetting i 5´-ende:capping
• Cap: 3 modifikasjoner– 7-Me-guanosin koblet til 5´-
ende• Kobling via 5´-5´trifosfatbro
• Skjer kotranskripsjonelt
– O2´-metylering av ribose• Cap2, Cap1 (multicellulær), Cap0
(unicellulær)
– N6-metylering av adeninCap-2
Cap-1
Enzymer som deltar
• Capping skjer når RNA bare er 25-30 baser langt - altså kotranskripsjonelt– cap bindes til et ”Cap binding complex” CBC– CBC stimulerer spleising og 3´-endeprosessering
• 3 enzymer deltar– 1.Trifosfatase fjerner et fosfat– 2. Guanylyl transferase kobler på GMP – 3. 7-metyltransferase modifiserer terminalt guanosin
• Fosforylert CTD rekrutterer capping enzym
Modifisering av 3´- ende:poly-adenylering
• Definert 3´-ende dannes ikke via terminering, men via prosessering– Pre-mRNA heterogene 3´-ende,
– mRNA veldefinert 3´-ende
• Poly(A) haler påsettes i 3´-ende– 20-50x A-strekk i en egen prosess
• dvs poly(A) ikke genkodet
capAAAAAAAAAAAAA
Trimming av 3´-ende
capAAAAAAAAAAAAA
Upresisterminering
cap
Presis ende viaSpalting og polyadenylering
0 0
Poly-adenylering - to-trinns prosess
• Spalting 15-25 nedenfor AAUAAA– Innen 50 nt før et mindre konservert (G)U-rikt område
• Poly(A) hale lages av poly(A) polymerase• Koblet:
– AAUAAA binder CPSF• Cleavage and polyadenylation specificity factor
– Bundet CPSF stimulerer poly(A) polymerase
Kotranskripsjonellprosessering
Prosessering i 3´-ende:Kotranskripsjonelle prosesser
• Når RNAPII nærmer seg 3´-enden av transkriptet, skjer flere koblede prosesser– Spleising av terminalt intron– spalting ved poly(A)-setet, – påkobling av poly(A)-hale, – terminering nedstrøms for poly(A)-setet og frigjøring
av RNAPII
• Disse prosesser avhenger av CTD– ”Cleavage-polyadenylation specificity factor” CPSF
og ”cleavage stimulation factor” CstF binder spesifikt til CTD og finnes assosiert med holoRNAPII.
Hvorfor poly(A)?Klippekort-hypotesen• Poly(A) beskytter
mRNA mot degradering i cytosol
• Poly(A) bindes til PABP
• Poly(A) forkortes ettersom mRNA translateres
capAAAAAAAAAAAAA
capAAAAAAAAAA
capAAAAAAA
capAAAA
capA
ustabil
PABP
Spleising• Kodende sekvens er i
eukaryoter oftest stykket opp – avbrutt av ikke-kodende
regioner
• Heterogent nukleært RNA– hnRNA 2 - 20 kb
– Større enn proteinet skulle tilsi
– Rask turnover
• 1977: pre-mRNA har introns– Som blir fjernet ved spleising
Eksempel: ovalbumin• Presisjon - leseramme beholdes• Rekkefølge av eksoner beholdes• Introner er som oftest større enn eksoner
Et typisk humant gen
Sekvenssignaler som definerer introner
• Invariant GU i 5´-spleisesete (5´ss)
• Invariant AG i 3´- spleisesete (3´ss)
• Forgreningspunktsekvens (BPS)
• Polypyrimidinstrekk (Py tract)
Poly-Y tract
Likevel så degenerert at dataprogram bare klarer 50% treff i prediksjon
Mekanisme:via 2 trans-forestringer• Trinn 1 - dannelse
av lassostruktur (lariat)– Ekson-intron (5´)-
brudd og ekson release
– Bro 2´-5´-fosfodiester
– A i forgrening:
– CURAY konsensus
– 20-50 foran 3´-spleisesete
2´-5´-fosfodiesterforgrening
Mekanisme:via 2 trans-forestringer
• Trinn 2 - fusjon av eksoner– Fri 3´-OH fra
ekson N danner fosfodiester binding med 5´-fosfat i ekson (N+1)
– Avspaltet lariat-intron blir raskt degradert
• Uten tilførsel av fri energi
”Snurps”Hvert signal binder en snRNP
• Small nuclear RNA– snRNAs binder protein– og danner:
• Small nuclear ribonucleoproteins• Disse gjenkjenner ulike splice-
signaler, noen via base-paring
Spleisosomet utfører spleising
• Spleisosomet = 5 snRNP + proteiner = 50-60S– U1, U2, U4, U5 og U6 snRNP– Mange andre non-snRNP proteiner
• Trinnvis assembly– 5´ss bindes av U1 snRNP (E kompleks)– Poly-Y + 3´ss bindes av U2AF– Forgrenings-A bindes av U2 snRNP
• ATP-avhengig trinn
– U4/U6-U5 tri-snRNP assosieres og et kompetent spleisekompleks dannes
Bro-dannelse: over ekson og over intron
• SR-proteiner deltar
Fortsatt mye ukjent
Hvorfor spleising?
• Genetiske fossiler eller …
• ….nyttig mekanisme?
Nytte:Alternativ spleising• En måte å øke proteindiversitet
uten å øke antall gener– Drosophila Dscam-genet genererer 38016 isoformer
– 576 alternativt spleisede former av K+-kanal i fugleøre-reseptorer (rolle i gjenkjenning av lydfrekvenser)
• Genomsammenligning– Humane genom bare 30-40 000 gener
– Mer alternative spleising enn i lavere organismer• 3.2 alternative spleiseformer pr humant gen
• 1.34 alternative former pr gen i C.elegans
Eksempel: -tropomyosin
• 7 Celletypespesifikke varianter
Mange måter å variere på• Alternative 5´-spleiseseter
(a)• Alternative 3´- spleiseseter
(b)• Ekson skipping/inklusjon (c)• Alternativ eksonbruk (d)• Intronretensjon (e)
Alternative initieringsseter(alternative 1. eksoner)
• Alternative 1. eksoner ≈ alternative promotere– Benyttes hvor separat regulering/nivå er nødvendig -amylase
Sykdommer pga spleising
• Mange genetiske sykdommer skyldes feil spleising– 15% av genetiske sykdommer er forårsaket av
mutasjoner som ødelegger funksjonelle splicingsseter eller genererer falske nye
Eksoner ≈ proteindomener ?
• W.Gilbert: eksoner tilsvarer primitive protein-domener som større proteiner er satt sammen av– Eks. Pyruvat kinase
Evolusjonshypoteser: ”Intron early” eller ”Intron late”
• Intron early– Var der tidlig og er forsvunnet i prokaryoter
• Intron late– Intron er blitt satt inn i intron-frie ORFs
Prosessering av ribosomal RNA
E.coli pre-rRNA-prosessering
• Endo- og eksonukleaser
RNaser
• Endonukleaser: RNase III, RNase P, RNase E og F– Spalting i baseparede stems
• Eksonukleaser: M16, M23 og M5 trimmer ferdig
rRNA er metylert
• N6,N6-dimetyl-adenin– Funksjon ukjent
• O2´-metylribose– Beskytter mot
nukleaser som benytter 2´-OH
N(CH3)2
Eukaryot rRNA-prosessering ligner den hos prokaryoter
• Små nukleolære RNA (snoRNA) deltar
Prosessering og oppbygging av ribosomer
Prosessering av tRNA
tRNA - kløverblad-struktur
• Mange baser er modifisert
• Antikodon• 3´-CCA
– Kodet hos prokaryoter
– Appended hos eukaryoter via en tRNA nukleotidyltransferase
Modifiserte nukleosider i tRNA
Spleising av tRNA-introner
• Noen eukaryote tRNA har mini-intron ved siden av antikodon
tRNA trimmes i 5´-ende av et ribozym: RNase P
• Rnase P = 377 nt RNA + 14 kD protein– RNA katalytisk
– Protein (basisk) reduserer elektrostatisk frastøtning mellom ribozym og substrat