Informatie

16: Genexpressie - Biologie


16: Genexpressie

Hoofdstuk 16 - Genexpressie

maandag 25 november 2019 19:19

○Histone-acetylering voegt acetylgroepen toe aan histoneiwitten, wat resulteert in de relaxatie van het DNA dat gewoonlijk wordt geassocieerd met genactivering ○Methylering voegt methylgroepen toe aan DNA - gecorreleerd met activering of inactivatie

○Als nucleosomen dicht bij elkaar staan, kunnen transcriptiefactoren niet binden en wordt genexpressie uitgeschakeld

Nucleosomen controleren de toegang tot DNA

▪ Fosfaat-, methyl-, acetylgroepen dienen als tags ▪ Tags zijn niet permanent

○Chemische tags worden toegevoegd aan histonen en DNA

Chemische modificaties van histonen en DNA beïnvloeden genexpressie

Interactie met de promotor en zijn niet beperkt tot bepaalde celtypen. Ze zijn vereist voor transcriptie, maar reguleren niet de snelheid van genexpressie

▪ Basale transcriptiefactoren:

Binden aan versterkers, geluiddempers en proximale proximale elementen om de expressie van specifieke genen in bepaalde celtypen en in bepaalde ontwikkelingsstadia te beheersen

▪ Regulerende transcriptiefactoren:

○Twee brede klassen van eiwitten binden aan regulerende sequenties aan het begin van transcriptie:

Regulering van eukaryote transcriptie

○Eukaryote promoters - bevatten de geconserveerde TATA-sequentie en alle eukaryote promoters zijn gebonden door het TATA-bindende eiwit (TBP TFIIP)

Promotors zijn nodig om genexpressie te laten plaatsvinden, maar bepalen de snelheid niet

Promoter-proximale elementen - bevinden zich net stroomopwaarts (5') van de promoter en de transcriptiestartplaats en zijn specifiek voor het type gen dat tot expressie wordt gebracht

Promotor-proximale controle-elementen in de buurt van de promotor bepalen celspecifieke genexpressie


Translatie kan zowel in het cytoplasma als in het ruwe endoplasmatisch reticulum plaatsvinden. Twee moleculaire factoren die een sleutelrol spelen bij translatie zijn transfer-RNA's.

Leg uit hoe veranderingen in de volgende drie soorten genen kanker kunnen veroorzaken ○ Leg de rol uit van tumorsuppressorgenen bij normaal functioneren. De tumor.

Smad-eiwitten in de rusttoestand realiseren passieve nucleo-cytoplasmatische shuttle, die wordt gecontroleerd door twee tegengestelde signalen: het nucleaire lokalisatiesignaal.

Vrije ribosomen en gebonden ribosomen zijn onderling uitwisselbaar. De cel kan de aantallen veranderen afhankelijk van zijn metabolische behoeften. De ribosomen lezen en vertalen kabeljauw.

Dit artikel gaat de replicatie van DNA en RNA en de processen van transcriptie en translatie van eiwitsynthese beschrijven. Wat is DNA? DNA is een.

De D-arm bevat dihydrouridine en de anticodonlus bevat het anticodon dat overeenkomt met de codonsequentie van het mRNA. Codon-anticodon interactie.

Een nucleïnezuur is een polymeer dat is opgebouwd uit kleinere eenheden die nucleotiden worden genoemd. Deze nucleotiden spelen een belangrijke rol bij het creëren van belangrijke structuren f.

Deze specifieke kopie wordt messenger RNA (mRNA) -molecuul genoemd. Wat dit boodschapper-RNA zou doen, is dat het de kern zou verlaten omdat het DNA niet toestaat om te vertrekken.

Retro transposons transcriberen zichzelf eerst in RNA en vervolgens wordt RNA opnieuw naar DNA gekopieerd door reverse transcriptase, dat over het algemeen wordt gecodeerd door mobiele elementen.

dsRNA wordt endogeen gevonden als het genetische materiaal van sommige virussen. Het speelt ook een belangrijke rol bij de genfunctie en expressie in eukaryoten. Vorig .


Hoofdstuk samenvatting

Hoewel alle somatische cellen in een organisme hetzelfde DNA bevatten, brengen niet alle cellen in dat organisme dezelfde eiwitten tot expressie. Prokaryotische organismen brengen het volledige DNA waarvoor ze coderen tot expressie in elke cel, maar niet noodzakelijk allemaal tegelijk. Eiwitten komen alleen tot expressie wanneer ze nodig zijn. Eukaryotische organismen brengen een subset van het DNA tot expressie dat in een bepaalde cel wordt gecodeerd. In elk celtype wordt het type en de hoeveelheid eiwit gereguleerd door de genexpressie te regelen. Om een ​​eiwit tot expressie te brengen, wordt het DNA eerst getranscribeerd in RNA, dat vervolgens wordt vertaald in eiwitten. In prokaryotische cellen vinden deze processen bijna gelijktijdig plaats. In eukaryote cellen vindt transcriptie plaats in de kern en staat deze los van de translatie die plaatsvindt in het cytoplasma. Genexpressie in prokaryoten wordt meestal gereguleerd op transcriptioneel niveau (enige epigenetische en post-translationele regulatie is ook aanwezig), terwijl in eukaryote cellen genexpressie wordt gereguleerd op epigenetische, transcriptionele, post-transcriptionele, translationele en post-translationele niveaus .

16.2 Prokaryote genregulatie

De regulatie van genexpressie in prokaryote cellen vindt plaats op transcriptioneel niveau. Er zijn drie manieren om de transcriptie van een operon te controleren: repressieve controle, activatorcontrole en induceerbare controle. Repressieve controle, gekenmerkt door de trp operon, gebruikt eiwitten gebonden aan de operatorsequentie om de binding van RNA-polymerase en de activering van transcriptie fysiek te voorkomen. Daarom, als tryptofaan niet nodig is, is de repressor gebonden aan de operator en blijft de transcriptie uitgeschakeld. Activatorcontrole, gekenmerkt door de werking van CAP, verhoogt het bindingsvermogen van RNA-polymerase aan de promotor wanneer CAP wordt gebonden. In dit geval resulteren lage glucosespiegels in de binding van cAMP aan CAP. CAP bindt dan de promotor, waardoor RNA-polymerase beter aan de promotor kan binden. In het laatste voorbeeld—de lac operon: er moet aan twee voorwaarden worden voldaan om transcriptie te starten. Glucose mag niet aanwezig zijn, en lactose moet beschikbaar zijn voor de lac operon te transcriberen. Als glucose afwezig is, bindt CAP zich aan de operator. Als lactose aanwezig is, bindt het repressoreiwit niet aan zijn operator. Alleen wanneer aan beide voorwaarden is voldaan, zal RNA-polymerase aan de promotor binden om transcriptie te induceren.

16.3 Eukaryotische epigenetische genregulatie

In eukaryote cellen vindt de eerste fase van genexpressiecontrole plaats op epigenetisch niveau. Epigenetische mechanismen regelen de toegang tot het chromosomale gebied zodat genen kunnen worden in- of uitgeschakeld. Deze mechanismen bepalen hoe DNA in de kern wordt verpakt door te regelen hoe strak het DNA rond histon-eiwitten wordt gewikkeld. De toevoeging of verwijdering van chemische modificaties (of vlaggen) aan histon-eiwitten of DNA-signalen naar de cel om een ​​chromosomaal gebied te openen of te sluiten. Daarom kunnen eukaryote cellen bepalen of een gen tot expressie wordt gebracht door de toegankelijkheid tot transcriptiefactoren en de binding van RNA-polymerase om transcriptie te initiëren te regelen.

16.4 Genregulatie voor eukaryote transcriptie

Om transcriptie te starten, moeten algemene transcriptiefactoren, zoals TFIID, TFIIH en andere, eerst aan de TATA-box binden en RNA-polymerase naar die locatie rekruteren. De binding van aanvullende regulerende transcriptiefactoren aan: cis-werkende elementen zullen transcriptie verhogen of voorkomen. Naast promotorsequenties helpen versterkerregio's de transcriptie te vergroten. Enhancers kunnen stroomopwaarts, stroomafwaarts, binnen een gen zelf of op andere chromosomen zijn. Transcriptiefactoren binden aan versterkerregio's om transcriptie te verhogen of te voorkomen.

16.5 Eukaryote post-transcriptionele genregulatie

Post-transcriptionele controle kan in elk stadium na transcriptie plaatsvinden, inclusief RNA-splitsing, nucleaire shuttles en RNA-stabiliteit. Zodra RNA is getranscribeerd, moet het worden verwerkt om een ​​volwassen RNA te creëren dat klaar is om te worden vertaald. Dit omvat het verwijderen van introns die niet coderen voor eiwit. Spliceosomen binden aan de signalen die de exon/intron-grens markeren om de introns te verwijderen en de exons aan elkaar te ligeren. Zodra dit gebeurt, is het RNA volwassen en kan het worden vertaald. RNA wordt gemaakt en gesplitst in de kern, maar moet naar het cytoplasma worden getransporteerd om te worden vertaald. RNA wordt via het kernporiecomplex naar het cytoplasma getransporteerd. Zodra het RNA zich in het cytoplasma bevindt, kan de tijdsduur dat het daar verblijft voordat het wordt afgebroken, RNA-stabiliteit genoemd, ook worden gewijzigd om de totale hoeveelheid eiwit die wordt gesynthetiseerd te regelen. De RNA-stabiliteit kan worden verhoogd, wat leidt tot een langere verblijftijd in het cytoplasma, of verlaagd, wat leidt tot een kortere tijd en minder eiwitsynthese. RNA-stabiliteit wordt gecontroleerd door RNA-bindende eiwitten (RPB's) en microRNA's (miRNA's). Deze RPB's en miRNA's binden aan de 5'-UTR of de 3'-UTR van het RNA om de RNA-stabiliteit te verhogen of te verlagen. Afhankelijk van de RBP kan de stabiliteit aanzienlijk worden verhoogd of verlaagd, maar miRNA's verminderen altijd de stabiliteit en bevorderen verval.

16.6 Eukaryotische translationele en post-translationele genregulatie

Het veranderen van de status van het RNA of het eiwit zelf kan invloed hebben op de hoeveelheid eiwit, de functie van het eiwit of hoe lang het in de cel wordt aangetroffen. Om het eiwit te vertalen, moet een eiwit-initiatorcomplex op het RNA worden geassembleerd. Modificaties (zoals fosforylering) van eiwitten in dit complex kunnen voorkomen dat een goede translatie optreedt. Zodra een eiwit is gesynthetiseerd, kan het worden gemodificeerd (gefosforyleerd, geacetyleerd, gemethyleerd of ubiquitinaat). Deze post-translationele modificaties kunnen een grote invloed hebben op de stabiliteit, afbraak of functie van het eiwit.

16.7 Kanker en genregulatie

Kanker kan worden beschreven als een ziekte van veranderde genexpressie. Veranderingen op elk niveau van eukaryote genexpressie kunnen op een bepaald moment in een of andere vorm van kanker worden gedetecteerd. Om te begrijpen hoe veranderingen in genexpressie kanker kunnen veroorzaken, is het van cruciaal belang om te begrijpen hoe elke fase van genregulatie in normale cellen werkt. Door de controlemechanismen in normale, niet-zieke cellen te begrijpen, zal het voor wetenschappers gemakkelijker zijn om te begrijpen wat er mis gaat in ziektetoestanden, waaronder complexe zoals kanker.


Inhoud

  • p16 INK4A
  • p16 Inkt4
  • Cycline-afhankelijke kinaseremmer 2A (CDKN2A)
  • CDKN2
  • CDK 4-remmer
  • Meerdere Tumor Suppressor 1 (MTS1)
  • TP16
  • ARF
  • MLM
  • P14

Bij mensen wordt p16 gecodeerd door het CDKN2A-gen, dat zich op chromosoom 9 (9p21.3) bevindt. Dit gen genereert verschillende transcriptvarianten die verschillen in hun eerste exons. Ten minste drie alternatief gesplitste varianten die coderen voor verschillende eiwitten zijn gerapporteerd, waarvan er twee coderen voor structureel verwante isovormen waarvan bekend is dat ze functioneren als remmers van CDK4. Het resterende transcript omvat een alternatief exon 1 dat zich 20 kb stroomopwaarts van de rest van het gen bevindt. Dit transcript bevat een alternatief open leesraam (ARF) dat een eiwit specificeert dat structureel niet verwant is aan de producten van de andere varianten. [9] Het ARF-product functioneert als een stabilisator van het tumorsuppressor-eiwit p53, omdat het kan interageren met en sekwestreren van MDM2, een eiwit dat verantwoordelijk is voor de afbraak van p53. [10] [11] Ondanks hun structurele en functionele verschillen, delen de isovormen van de CDK-remmer en het ARF-product dat door dit gen wordt gecodeerd, via de regulerende rollen van CDK4 en p53 in de G1-progressie van de celcyclus, een gemeenschappelijke functionaliteit bij het beheersen van de G1 fase van de celcyclus. Dit gen wordt vaak gemuteerd of verwijderd in een grote verscheidenheid aan tumoren en het is bekend dat het een belangrijk tumorsuppressorgen is. [5]

Wanneer organismen ouder worden, neemt de expressie van p16 toe om de proliferatie van stamcellen te verminderen. [12] Deze vermindering van de deling en productie van stamcellen beschermt tegen kanker en verhoogt tegelijkertijd de risico's die gepaard gaan met cellulaire veroudering.

p16 is een remmer van cycline-afhankelijke kinasen (CDK). Het vertraagt ​​de celcyclus door de progressie van de G1-fase naar de S-fase te verbieden. Anders bindt CDK4/6 cycline D en vormt een actief eiwitcomplex dat retinoblastoomeiwit (pRB) fosforyleert. Eenmaal gefosforyleerd, dissocieert pRB van de transcriptiefactor E2F1. Dit bevrijdt E2F1 uit zijn gebonden toestand in het cytoplasma en laat het toe de kern binnen te gaan. Eenmaal in de kern bevordert E2F1 de transcriptie van doelgenen die essentieel zijn voor de overgang van de G1- naar de S-fase. [13] [14]

Deze route verbindt de processen van tumoroncogenese en senescentie en fixeert ze aan tegenovergestelde uiteinden van een spectrum. Aan de ene kant leidt p16-hypermethylering, -mutatie of deletie tot neerwaartse regulatie van het gen en kan leiden tot kanker door de ontregeling van de voortgang van de celcyclus. Omgekeerd leidt activering van p16 door reactieve zuurstofsoorten, DNA-schade of veroudering tot de opbouw van p16 in weefsels en is het betrokken bij de veroudering van cellen. [13]

Regulatie van p16 is complex en omvat de interactie van verschillende transcriptiefactoren, evenals verschillende eiwitten die betrokken zijn bij epigenetische modificatie door methylering en onderdrukking van het promotorgebied. [13]

PRC1 en PRC2 zijn twee eiwitcomplexen die de expressie van p16 wijzigen door de interactie van verschillende transcriptiefactoren die methylatiepatronen uitvoeren die transcriptie van p16 kunnen onderdrukken. Deze routes worden geactiveerd in de cellulaire respons om veroudering te verminderen. [15] [16]

Rol in carcinogenese

Mutaties die resulteren in deletie of functievermindering van het CDKN2A-gen gaan gepaard met een verhoogd risico op een breed scala aan kankers, en veranderingen van het gen worden vaak gezien in kankercellijnen. [17] [18] Voorbeelden zijn:

Pancreatisch adenocarcinoom wordt vaak geassocieerd met mutaties in het CDKN2A-gen. [19] [20] [21]

Dragers van kiembaanmutaties in CDKN2A hebben, naast hun hoge risico op melanoom, ook een verhoogd risico op pancreas-, long-, larynx- en orofaryngeale kankers. Het roken van tabak verhoogt de gevoeligheid van de drager voor dergelijke niet-melanoomkankers. [22]

Homozygote deleties van p16 worden vaak gevonden in slokdarmkanker en maagkankercellijnen. [23]

Kiembaanmutaties in CDKN2A zijn geassocieerd met een verhoogde gevoeligheid om huidkanker te ontwikkelen. [24]

Hypermethylering van tumorsuppressorgenen is betrokken bij verschillende vormen van kanker. In 2013 onthulde een meta-analyse een verhoogde frequentie van DNA-methylering van het p16-gen bij slokdarmkanker. Naarmate de mate van tumordifferentiatie toenam, nam ook de frequentie van p16-DNA-methylatie toe.

Weefselmonsters van primair oraal plaveiselcelcarcinoom (OSCC) vertonen vaak hypermethylering in de promotorregio's van p16. Kankercellen vertonen een significante toename van de accumulatie van methylering in CpG-eilanden in het promotorgebied van p16. Deze epigenetische verandering leidt tot verlies van de tumorsuppressorgenfunctie via twee mogelijke mechanismen: ten eerste kan methylering de transcriptie van het gen fysiek remmen en ten tweede kan methylering leiden tot de rekrutering van transcriptiefactoren die transcriptie onderdrukken. Beide mechanismen veroorzaken hetzelfde eindresultaat: downregulatie van genexpressie die leidt tot verlaagde niveaus van het p16-eiwit. Er is gesuggereerd dat dit proces verantwoordelijk is voor de ontwikkeling van verschillende vormen van kanker die dienen als een alternatief proces voor gendeletie of mutatie. [25] [26] [27] [28] [29] [30]

Er is aangetoond dat p16-positiviteit gunstig prognostisch is bij orofaryngeaal plaveiselcelcarcinoom. [31] In een retrospectieve studieanalyse van patiënten met stadium III en IV orofarynxcarcinoom, werd de HPV-status beoordeeld en er werd gevonden dat de 3-jaars overlevingspercentages 82,4% (95% BI, 77,2 tot 87,6) waren in de HPV -positieve subgroep en 57,1% (95% BI, 48,1 tot 66,1) in de HPV-negatieve subgroep, en de 3-jaars progressievrije overleving was 73,7% (95% BI, 67,7 tot 79,8) en 43,4% (95 % BI, respectievelijk 34,4 tot 52,4). p16-status is zo prognostisch dat het AJCC-stadiëringssysteem is herzien om de p16-status op te nemen in orofaryngeale plaveiselcelkankergroepstadiëring. [32]

Biomarker voor kankertypes Bewerken

Expressie van p16 wordt gebruikt als een prognostische biomarker voor bepaalde soorten kanker. De reden hiervoor is dat verschillende soorten kanker verschillende effecten kunnen hebben op de expressie van p16: kankers die p16 tot overexpressie brengen, worden meestal veroorzaakt door het humaan papillomavirus (HPV), terwijl kankers waarbij p16 wordt gedownreguleerd, meestal andere oorzaken hebben. Voor patiënten met orofaryngeaal plaveiselcelcarcinoom is aangetoond dat het gebruik van immunohistochemie om de aanwezigheid van de p16-biomarker te detecteren de sterkste indicator is van het ziekteverloop. Aanwezigheid van de biomarker is geassocieerd met een gunstiger prognose zoals gemeten door kankerspecifieke overleving (CSS), recidiefvrije overleving (RFS), locoregionale controle (LRC), evenals andere metingen. Het optreden van hypermethylering van p16 wordt ook geëvalueerd als een mogelijke prognostische biomarker voor prostaatkanker. [33] [34] [35]

P16 VIS Bewerken

p16-deletie gedetecteerd door FISH in oppervlakte-epitheliale mesotheliale proliferaties is voorspellend voor onderliggend invasief mesothelioom. [36]

P16 immunochemie

Naarmate de consensus groeit over de kracht van p16 als biomarker voor het detecteren en bepalen van prognoses van kanker, wordt p16-immunohistochemie steeds belangrijker. [13] [33] [37]

Gynaecologische kankers

p16 is een veelgebruikte immunohistochemische marker in gynaecologische pathologie. Sterke en diffuse cytoplasmatische en nucleaire expressie van p16 in plaveiselcelcarcinomen (SCC) van de vrouwelijke geslachtsorganen is sterk geassocieerd met hoogrisico-infectie met humaan papillomavirus (HPV) en neoplasmata van cervicale oorsprong. De meeste SCC's van de baarmoederhals brengen p16 tot expressie. P16 kan echter tot expressie worden gebracht in andere neoplasmata en in verschillende normale menselijke weefsels. [38]

Urineblaas SCC's Bewerken

Meer dan een derde van de urineblaas SCC's brengen p16 tot expressie. SCC's van urineblaas brengen p16 tot expressie, onafhankelijk van geslacht. p16 immunohistochemische expressie alleen kan niet worden gebruikt om onderscheid te maken tussen SCC's die voortkomen uit baarmoederhals en urineblaas. [38]

Rol in cellulaire veroudering

Concentraties van p16INK4a nemen dramatisch toe naarmate het weefsel ouder wordt. p16INK4a, samen met senescentie-geassocieerde beta-galactosidase, wordt beschouwd als een biomarker van cellulaire veroudering. [39] Daarom zou p16INK4a mogelijk kunnen worden gebruikt als een bloedtest die op moleculair niveau meet hoe snel de lichaamsweefsels verouderen. [40] Met name een recent onderzoek van cellulaire senescentie geïnduceerd door meerdere behandelingen voor verschillende cellijnen identificeert p16 niet als behorend tot een "kernsignatuur" van senescentiemarkers. [41]

Het is gebruikt als een doelwit om bepaalde verouderingsveranderingen bij muizen uit te stellen. [42]

Rol in neurogenese

Van p16INK4a is aangetoond dat het de uitputting voorkomt tijdens veroudering van neurale stam- en voorlopercellen in een van de neurogene niches van het volwassen brein, d.w.z. de subventriculaire zone, die gedurende het hele leven nieuwe neuronen genereert die migreren naar de bulbus olfactorius. [43] Deletie van p16INK4a heeft geen invloed op de neurogenese in de andere volwassen neurogene niche, de dentate gyrus van de hippocampus. [43] Recentelijk is echter aangetoond dat p16INK4a beschermt tegen uitputting na een krachtige stimulus, dat wil zeggen hardlopen, ook stam- en voorlopercellen van de verouderde dentate gyrus. [44] Na verwijdering van p16INK4a worden stamcellen van de dentate gyrus in feite sterk geactiveerd door hardlopen, terwijl in wild-type p16INK4a dentate gyrus stamcellen niet worden aangetast door hardlopen. [44] Daarom speelt p16Ink4a een rol bij het in stand houden van dentate gyrus-stamcellen na stimulus, door een reserve te houden van hun zelfvernieuwingsvermogen tijdens het ouder worden. Omdat de dentate gyrus een sleutelrol speelt bij de vorming van ruimtelijk en contextueel geheugen, is p16INK4a betrokken bij het behoud van cognitieve functies tijdens het ouder worden.

Onderzoekers Manuel Serrano, Gregory J. Hannon en David Beach ontdekten p16 in 1993 en karakteriseerden het eiwit correct als een cycline-afhankelijke kinaseremmer.

Sinds zijn ontdekking is p16 belangrijk geworden op het gebied van kankeronderzoek. Men vermoedde dat het eiwit betrokken was bij carcinogenese vanwege de waarneming dat mutatie of deletie in het gen betrokken was bij menselijke kankercellijnen. De detectie van p16-inactivatie bij familiaal melanoom leverde verder bewijs. p16-deletie, mutatie, hypermethylering of overexpressie wordt nu geassocieerd met verschillende kankers. Of mutaties in p16 als driver-mutaties kunnen worden beschouwd, moet nader worden onderzocht. [17]


16.4 | Eukaryotische transcriptie genregulatie

Aan het einde van dit gedeelte bent u in staat om:

  • Bespreek de rol van transcriptiefactoren in genregulatie
  • Leg uit hoe enhancers en repressors genexpressie reguleren

Net als prokaryotische cellen vereist de transcriptie van genen in eukaryoten de werking van een RNA-polymerase om te binden aan een sequentie stroomopwaarts van een gen om transcriptie te initiëren. In tegenstelling tot prokaryotische cellen heeft het eukaryote RNA-polymerase echter andere eiwitten of transcriptiefactoren nodig om de transcriptie-initiatie te vergemakkelijken. Transcriptiefactoren zijn eiwitten die binden aan de promotorsequentie en andere regulerende sequenties om de transcriptie van het doelgen te regelen. RNA-polymerase kan op zichzelf geen transcriptie in eukaryote cellen initiëren. Transcriptiefactoren moeten eerst aan het promotorgebied binden en RNA-polymerase naar de plaats rekruteren om de transcriptie tot stand te brengen.

Bekijk het proces van transcriptie - het maken van RNA van een DNA-sjabloon - op deze site (http://openstaxcollege.org/l/transcript_RNA).

De promotor en de transcriptiemachines

Genen zijn georganiseerd om de controle van genexpressie gemakkelijker te maken. Het promotorgebied bevindt zich onmiddellijk stroomopwaarts van de coderende sequentie. Dit gebied kan kort zijn (slechts enkele nucleotiden lang) of vrij lang (honderden nucleotiden lang). Hoe langer de promotor, hoe meer ruimte voor eiwitten om te binden. Dit voegt ook meer controle toe aan het transcriptieproces. De lengte van de promotor is genspecifiek en kan sterk verschillen tussen genen. Bijgevolg kan het niveau van controle van genexpressie ook behoorlijk dramatisch verschillen tussen genen. Het doel van de promotor is om transcriptiefactoren te binden die de initiatie van transcriptie regelen.

Binnen het promotorgebied, net stroomopwaarts van de transcriptionele startplaats, bevindt zich de TATA-box. Deze doos is gewoon een herhaling van thymine- en adenine-dinucleotiden (letterlijk, TATA-herhalingen). RNA-polymerase bindt aan het transcriptie-initiatiecomplex, waardoor transcriptie kan plaatsvinden. Om transcriptie te initiëren, is een transcriptiefactor (TFIID) de eerste die bindt aan de TATA-box. Binding van TFIID werft andere transcriptiefactoren, waaronder TFIIB, TFIIE, TFIIF en TFIIH, aan de TATA-box. Zodra dit complex is samengesteld, kan RNA-polymerase binden aan zijn stroomopwaartse sequentie. Wanneer gebonden samen met de transcriptiefactoren, wordt RNA-polymerase gefosforyleerd. Hierdoor wordt een deel van het eiwit uit het DNA vrijgemaakt om het transcriptie-initiatiecomplex te activeren en wordt RNA-polymerase in de juiste oriëntatie geplaatst om de transcriptie te starten. mediator eiwitten (Afbeelding 16.9).

Figuur 16.9 Een enhancer is een DNA-sequentie die transcriptie bevordert. Elke versterker bestaat uit korte DNA-sequenties die distale controle-elementen worden genoemd. Activators gebonden aan de distale controle-elementen interageren met mediatoreiwitten en transcriptiefactoren. Twee verschillende genen kunnen dezelfde promotor hebben maar verschillende distale controle-elementen, wat differentiële genexpressie mogelijk maakt.

Naast de algemene transcriptiefactoren kunnen andere transcriptiefactoren binden aan de promotor om gentranscriptie te reguleren. Deze transcriptiefactoren binden aan de promotors van een specifieke set genen. Het zijn geen algemene transcriptiefactoren die aan elk promotorcomplex binden, maar worden gerekruteerd tot een specifieke sequentie op de promotor van een specifiek gen. Er zijn honderden transcriptiefactoren in een cel die elk specifiek binden aan een bepaald DNA-sequentiemotief. Wanneer transcriptiefactoren aan de promotor net stroomopwaarts van het gecodeerde gen binden, wordt dit a . genoemd cis-werkend element, omdat het op hetzelfde chromosoom ligt, net naast het gen. Het gebied waar een bepaalde transcriptiefactor aan bindt, wordt de genoemd transcriptiefactor bindingsplaats. Transcriptiefactoren reageren op omgevingsstimuli die ervoor zorgen dat de eiwitten hun bindingsplaatsen vinden en de transcriptie van het benodigde gen initiëren.

Enhancers en transcriptie

In sommige eukaryote genen zijn er regio's die de transcriptie helpen verhogen of verbeteren. Deze regio's, genaamd versterkers, zijn niet noodzakelijkerwijs dicht bij de genen die ze versterken. Ze kunnen zich stroomopwaarts van een gen bevinden, in het coderende gebied van het gen, stroomafwaarts van een gen, of duizenden nucleotiden verwijderd zijn.

Enhancer-regio's zijn bindingssequenties, of plaatsen, voor transcriptiefactoren. Wanneer een DNA-buigend eiwit bindt, verandert de vorm van het DNA (Afbeelding 16.9). Deze vormverandering maakt de interactie mogelijk van de activatoren die zijn gebonden aan de versterkers met de transcriptiefactoren die zijn gebonden aan het promotorgebied en het RNA-polymerase. Terwijl DNA over het algemeen wordt afgebeeld als een rechte lijn in twee dimensies, is het eigenlijk een driedimensionaal object. Daarom kan een nucleotidesequentie die duizenden nucleotiden verwijderd is, zich omvouwen en een interactie aangaan met een specifieke promotor.

Genen uitschakelen: transcriptionele repressoren

Net als prokaryotische cellen hebben eukaryote cellen ook mechanismen om transcriptie te voorkomen. Transcriptionele repressors kunnen binden aan promotor- of enhancerregio's en transcriptie blokkeren. Net als de transcriptionele activatoren reageren repressoren op externe stimuli om de binding van activerende transcriptiefactoren te voorkomen.


Invoering

De genetische inhoud van elke somatische cel in een organisme is hetzelfde, maar niet alle genen komen in elke cel tot expressie. De controle over welke genen tot expressie worden gebracht, bepaalt of een cel (a) een oogcel of (b) een levercel is. Het zijn de differentiële genexpressiepatronen die ontstaan ​​in verschillende cellen die aanleiding geven tot (c) een compleet organisme.

Elke lichaamscel in het lichaam bevat over het algemeen hetzelfde DNA. Een paar uitzonderingen zijn onder meer rode bloedcellen, die geen DNA bevatten in hun volwassen staat, en sommige cellen van het immuunsysteem die hun DNA herschikken terwijl ze antilichamen produceren. Over het algemeen zijn de genen die bepalen of je groene ogen hebt, bruin haar en hoe snel je voedsel metaboliseert echter hetzelfde in de cellen in je ogen en je lever, ook al werken deze organen heel anders. Als elke cel hetzelfde DNA heeft, hoe komt het dan dat cellen of organen anders zijn? Waarom verschillen cellen in het oog zo dramatisch van cellen in de lever?

Terwijl elke cel hetzelfde genoom en dezelfde DNA-sequentie deelt, zet elke cel niet dezelfde set genen aan of brengt deze niet tot expressie. Elk celtype heeft een andere set eiwitten nodig om zijn functie uit te voeren. Daarom wordt slechts een kleine subset van eiwitten in een cel tot expressie gebracht. Om de eiwitten tot expressie te brengen, moet het DNA worden getranscribeerd in RNA en het RNA moet worden vertaald in eiwit. In een bepaald celtype worden niet alle genen die in het DNA worden gecodeerd, getranscribeerd in RNA of vertaald in eiwit, omdat specifieke cellen in ons lichaam specifieke functies hebben. Gespecialiseerde eiwitten die het oog vormen (iris, lens en hoornvlies) worden alleen in het oog tot expressie gebracht, terwijl de gespecialiseerde eiwitten in het hart (pacemakercellen, hartspier en kleppen) alleen in het hart tot expressie worden gebracht. Op elk willekeurig moment wordt slechts een subset van alle genen die door ons DNA worden gecodeerd, tot expressie gebracht en vertaald in eiwitten. De expressie van specifieke genen is een sterk gereguleerd proces met vele niveaus en stadia van controle. Deze complexiteit zorgt voor de juiste expressie in de juiste cel op het juiste moment.


Humaan papillomavirus 16 E2 reguleert keratinocytgenexpressie die relevant is voor kanker en de virale levenscyclus

Humaan papillomavirussen (HPV's) zijn veroorzakers van ano-genitale en orofaryngeale kankers. Het virus moet gastheergenexpressie herprogrammeren om infectie te bevorderen, en E6 en E7 dragen hieraan bij via de targeting van cellulaire transcriptiefactoren, waaronder respectievelijk p53 en pRb. Het HPV16 E2-eiwit reguleert de genexpressie van de gastheer in U2OS-cellen, en in deze studie breiden we deze waarnemingen uit tot telomerase reverse transcriptase (TERT) geïmmortaliseerde orale keratinocyten (NOK's) die in staat zijn om late stadia van de HPV16-levenscyclus te ondersteunen. We hebben onderdrukking waargenomen van aangeboren immuungenen door E2 die ook worden onderdrukt door het intacte HPV16-genoom in NOK's. Transcriptome sequencing (RNA-seq) gegevens identificeerden 167 opwaartse en 395 neerwaartse gereguleerde genen door E2. Er was een zeer significante overlap van de E2-gereguleerde genen met die gereguleerd door het intacte HPV16-genoom in hetzelfde celtype. Kleine interfererende RNA (siRNA) targeting van E2 keerde de onderdrukking van E2-gerichte genen om. Het vermogen van E2 om aangeboren immuungenen te onderdrukken werd bevestigd in een ano-genitale onsterfelijke keratinocytcellijn, N/Tert-1. We presenteren de analyse van gegevens uit The Cancer Genome Atlas (TCGA) voor HPV16-positieve en -negatieve hoofd- en nekkankers (HNC), wat suggereert dat E2 een rol speelt bij de regulatie van het gastheergenoom bij kankers. Patiënten met HPV16-positieve HNC met een verlies van E2-expressie vertoonden een slechtere klinische uitkomst, en we bespreken hoe dit, althans gedeeltelijk, verband kan houden met het verlies van E2-gastheergenregulatie.BELANG Humaan papillomavirus 16 (HPV16)-positieve tumoren die expressie van E2 behouden, hebben een beter klinisch resultaat dan tumoren die E2-expressie hebben verloren. Er is gesuggereerd dat dit te wijten is aan een verlies van E2-onderdrukking van E6- en E7-expressie, maar dit wordt niet ondersteund door gegevens van tumoren waar er niet meer E6- en E7-expressie is in afwezigheid van E2. Hier rapporteren we dat E2 de genexpressie van de gastheer reguleert en deze regulatie plaatsen in de context van de HPV16-levenscyclus en HPV16-positieve hoofd- en nekkankers (waarvan de meeste E2-expressie behouden). We stellen voor dat deze E2-functie een belangrijke rol kan spelen in de verhoogde respons van HPV16-positieve kankers op bestralingstherapie. Daarom kan gastheergenregulatie door E2 belangrijk zijn voor de bevordering van de HPV16-levenscyclus en ook voor de respons van HPV16-positieve tumoren op bestralingstherapie.

trefwoorden: E2 TCGA hoofd- en nekkanker gastheer genoom orale keratinocyten papillomavirus transcriptie.

Copyright © 2019 Amerikaanse Vereniging voor Microbiologie.

Figuren

E2-regulatie van gastheergen ...

E2-regulatie van gastheergenexpressie in NOK-cellen. (A) Klonale cellijnen...

E2 onderdrukt U-IGF3-genexpressie...

E2 onderdrukt U-IGF3-genexpressie in meerdere NOK's + E2-klonale cellijnen. (Een western…

HPV16 E2, E6 en E7 onderdrukken aangeboren immuungenexpressie in NOK's. (EEN)…

siRNA-targeting van E2 gedeeltelijk ...

siRNA-targeting van E2 keert E2-repressie van gastheergenen gedeeltelijk om. (A) Uitdrukking...

Transcriptierepressie door E2 en...

Transcriptionele repressie door E2 en het gehele HPV16-genoom wordt verlicht door behandeling...

E2 richt zich ook op het aangeboren immuunsysteem...

E2 richt zich ook op aangeboren immuungenrepressie in N/Tert-1-cellen, een door TERT onsterfelijk gemaakte voorhuid...


Sectie Samenvatting

Hoewel alle somatische cellen in een organisme hetzelfde DNA bevatten, brengen niet alle cellen in dat organisme dezelfde eiwitten tot expressie. Prokaryotische organismen brengen het volledige DNA waarvoor ze coderen tot expressie in elke cel, maar niet noodzakelijk allemaal tegelijk. Eiwitten komen alleen tot expressie wanneer ze nodig zijn. Eukaryotische organismen brengen een subset van het DNA tot expressie dat in een bepaalde cel wordt gecodeerd. In elk celtype wordt het type en de hoeveelheid eiwit gereguleerd door de genexpressie te regelen. Om een ​​eiwit tot expressie te brengen, wordt het DNA eerst getranscribeerd in RNA, dat vervolgens wordt vertaald in eiwitten. In prokaryotische cellen vinden deze processen bijna gelijktijdig plaats. In eukaryote cellen vindt transcriptie plaats in de kern en staat deze los van de translatie die plaatsvindt in het cytoplasma. Genexpressie in prokaryoten wordt meestal gereguleerd op transcriptioneel niveau (enige epigenetische en post-translationele regulatie is ook aanwezig), terwijl in eukaryote cellen genexpressie wordt gereguleerd op epigenetische, transcriptionele, post-transcriptionele, translationele en post-translationele niveaus .


Bekijk de video: Genexpressie en genregulatie (December 2021).