Informatie

16.4: Eukaryote transcriptie Genregulatie - Biologie


Vaardigheden om te ontwikkelen

  • 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 vereist het eukaryote RNA-polymerase echter andere eiwitten of transcriptiefactoren 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.

Link naar leren

Bekijk het proces van transcriptie - het maken van RNA uit een DNA-sjabloon - op deze site.

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 het samen met de transcriptiefactoren wordt gebonden, 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; DNA-buigend eiwit brengt de enhancer, die op een behoorlijke afstand van het gen kan zitten, in contact met transcriptiefactoren en mediatoreiwitten (Figuur (PageIndex{1})).

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 net naast het gen zit. Het gebied waaraan een bepaalde transcriptiefactor bindt, wordt de transcriptiefactorbindingsplaats genoemd. 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, versterkers genoemd, liggen niet noodzakelijk 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 (Figuur (PageIndex{1})). 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.

Samenvatting

Om transcriptie te starten, moeten algemene transcriptiefactoren, zoals TFIID, TFIIH en andere, eerst binden aan de TATA-box 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.

Beoordelingsvragen

De binding van _________ is vereist om de transcriptie te starten.

  1. een eiwit
  2. DNA-polymerase
  3. RNA-polymerase
  4. een transcriptiefactor

C

Wat zal het gevolg zijn van de binding van een transcriptiefactor aan een enhancer-regio?

  1. verminderde transcriptie van een aangrenzend gen
  2. verhoogde transcriptie van een ver verwijderd gen
  3. wijziging van de translatie van een aangrenzend gen
  4. initiatie van de rekrutering van RNA-polymerase

B

Gratis antwoord

Een mutatie in het promotorgebied kan de transcriptie van een gen veranderen. Beschrijf hoe dit kan gebeuren.

Een mutatie in het promotorgebied kan de bindingsplaats veranderen voor een transcriptiefactor die normaal bindt om de transcriptie te verhogen. De mutatie kan ofwel het vermogen van de transcriptiefactor om te binden verminderen, waardoor de transcriptie afneemt, of het kan het vermogen van de transcriptiefactor om te binden vergroten, waardoor de transcriptie toeneemt.

Wat zou er kunnen gebeuren als een cel te veel van een activerende transcriptiefactor aanwezig had?

Als er te veel van een activerende transcriptiefactor aanwezig zou zijn, zou de transcriptie in de cel worden verhoogd. Dit kan leiden tot dramatische veranderingen in de celfunctie.

Woordenlijst

cis-werkend element
transcriptiefactor bindingsplaatsen binnen de promotor die de transcriptie van een gen ernaast reguleren
Versterker
DNA-segment dat stroomopwaarts, stroomafwaarts, misschien duizenden nucleotiden verwijderd is, of op een ander chromosoom dat de transcriptie van een specifiek gen beïnvloedt
trans-werkend element
transcriptiefactor bindingsplaats gevonden buiten de promotor of op een ander chromosoom die de transcriptie van een bepaald gen beïnvloedt
transcriptiefactor bindingsplaats
sequentie van DNA waaraan een transcriptiefactor bindt

16.3 Eukaryotische epigenetische genregulatie

In deze sectie onderzoek je de volgende vraag:

Aansluiting voor AP ® Cursussen

Een reden dat eukaryote genexpressie complexer is dan prokaryote genexpressie is omdat de processen van transcriptie en translatie fysiek gescheiden zijn binnen de eukaryote cel. Eukaryote cellen verpakken hun genomen ook op een meer verfijnde manier in vergelijking met prokaryotische cellen. Bijgevolg kunnen eukaryote cellen genexpressie op meerdere niveaus reguleren, te beginnen met controle over de toegang tot DNA. Omdat genomisch DNA rond histon-eiwitten wordt gevouwen om nucleosoomcomplexen te creëren, reguleren nucleosomen fysiek de toegang van eiwitten, zoals transcriptiefactoren en enzymen, tot het onderliggende DNA. Methylering van DNA en histonen zorgt ervoor dat nucleosomen stevig op elkaar worden gepakt, waardoor transcriptiefactoren niet aan het DNA kunnen binden. Gemethyleerde nucleosomen bevatten DNA dat niet tot expressie wordt gebracht. Aan de andere kant resulteert histonacetylering in een losse pakking van nucleosomen, waardoor transcriptiefactoren aan DNA kunnen binden. Geacetyleerde nucleosomen bevatten DNA dat tot expressie kan worden gebracht.

De gepresenteerde informatie en de voorbeelden die worden benadrukt in de sectie ondersteunen concepten die worden beschreven in Big Idea 3 van het AP ® Biology Curriculum Framework. De leerdoelen die in het leerplankader worden vermeld, bieden een transparante basis voor de AP ® Biologie-cursus, een op onderzoek gebaseerde laboratoriumervaring, educatieve activiteiten en AP ® -examenvragen. Een leerdoel voegt vereiste inhoud samen met een of meer van de zeven wetenschapspraktijken.

Groot idee 3 Levende systemen slaan informatie op, halen deze op, verzenden en reageren op informatie die essentieel is voor levensprocessen.
Blijvend begrip 3.B Expressie van genetische informatie omvat cellulaire en moleculaire mechanismen.
Essentiële kennis 3.B.1 Genregulatie resulteert in differentiële genexpressie, wat leidt tot celspecialisatie.
wetenschap praktijk 7.1 De student kan fenomenen en modellen verbinden over ruimtelijke en temporele schalen
Leerdoel 3.19 De student kan het verband beschrijven tussen de regulatie van genexpressie en waargenomen verschillen tussen individuen in een populatie

Epigenetische controle: toegang tot genen binnen het chromosoom reguleren

Zoals eerder vermeld, is een van de redenen waarom eukaryote genexpressie complexer is dan prokaryotische genexpressie, omdat de processen van transcriptie en translatie fysiek gescheiden zijn. In tegenstelling tot prokaryotische cellen kunnen eukaryote cellen genexpressie op veel verschillende niveaus reguleren. Eukaryote genexpressie begint met controle over de toegang tot het DNA. Deze vorm van regulatie, epigenetische regulatie genaamd, vindt plaats zelfs voordat de transcriptie is gestart.

Het menselijk genoom codeert voor meer dan 20.000 genen, elk van de 23 paren menselijke chromosomen codeert voor duizenden genen. Het DNA in de kern is precies gewikkeld, gevouwen en samengeperst tot chromosomen zodat het in de kern past. Het is ook zo georganiseerd dat specifieke segmenten naar behoefte toegankelijk zijn voor een specifiek celtype.

Het eerste niveau van organisatie, of verpakking, is het wikkelen van DNA-strengen rond histon-eiwitten. Histonen verpakken en ordenen DNA in structurele eenheden, nucleosoomcomplexen genaamd, die de toegang van eiwitten tot de DNA-regio's kunnen regelen (Figuur 16.6een). Onder de elektronenmicroscoop ziet deze wikkeling van DNA rond histoneiwitten om nucleosomen te vormen eruit als kleine kralen aan een touwtje (Figuur 16.6B). Deze bolletjes (histoneiwitten) kunnen langs het touwtje (DNA) bewegen en de structuur van het molecuul veranderen.

Als DNA dat voor een specifiek gen codeert in RNA moet worden getranscribeerd, kunnen de nucleosomen die dat gebied van DNA omringen, langs het DNA naar beneden glijden om dat specifieke chromosomale gebied te openen en de transcriptionele machinerie (RNA-polymerase) in staat te stellen de transcriptie te initiëren (Figuur 16.7). Nucleosomen kunnen bewegen om de chromosoomstructuur te openen om een ​​DNA-segment bloot te leggen, maar doen dit op een zeer gecontroleerde manier.

VISUELE VERBINDING

  1. Methylering van DNA en hypo-acetylering van histonen zorgt ervoor dat de nucleosomen losjes samenpakken, waardoor een van de X-chromosomen wordt geïnactiveerd.
  2. Methylering van histonen en hyperacetylering van DNA zorgen ervoor dat de nucleosomen stevig op elkaar gepakt worden, waardoor een van de X-chromosomen wordt geïnactiveerd als gevolg van transcriptionele repressie.
  3. Methylering van DNA en hypo-acetylering van histonen zorgt ervoor dat de nucleosomen stevig op elkaar gepakt worden, waardoor een van de X-chromosomen wordt geïnactiveerd.
  4. Acetylering van DNA en hypermethylering van histonen zorgt ervoor dat de nucleosomen stevig op elkaar gepakt worden, waardoor een van de X-chromosomen wordt geïnactiveerd.

Hoe de histon-eiwitten bewegen, is afhankelijk van signalen die zowel op de histon-eiwitten als op het DNA worden gevonden. Deze signalen zijn tags die zijn toegevoegd aan histon-eiwitten en DNA die de histonen vertellen of een chromosomaal gebied open of gesloten moet zijn (Figuur 16.8 toont modificaties aan histon-eiwitten en DNA). Deze tags zijn niet permanent, maar kunnen naar behoefte worden toegevoegd of verwijderd. Het zijn chemische modificaties (fosfaat-, methyl- of acetylgroepen) die zijn gehecht aan specifieke aminozuren in het eiwit of aan de nucleotiden van het DNA. De tags veranderen de DNA-basesequentie niet, maar ze veranderen wel hoe strak het DNA rond de histon-eiwitten is gewikkeld. DNA is een negatief geladen molecuul, daarom zullen veranderingen in de lading van de histon veranderen hoe strak het DNA-molecuul zal zijn gewonden. Als ze niet gemodificeerd zijn, hebben de histon-eiwitten een grote positieve lading door chemische modificaties zoals acetylgroepen toe te voegen, de lading wordt minder positief.

Het DNA-molecuul zelf kan ook worden gemodificeerd. Dit gebeurt binnen zeer specifieke regio's die CpG-eilanden worden genoemd. Dit zijn stukken met een hoge frequentie van cytosine- en guanine-dinucleotide-DNA-paren (CG) die worden aangetroffen in de promotorregio's van genen. Wanneer deze configuratie bestaat, kan het cytosinelid van het paar worden gemethyleerd (een methylgroep wordt toegevoegd). Deze wijziging verandert de manier waarop het DNA interageert met eiwitten, inclusief de histon-eiwitten die de toegang tot de regio regelen. Sterk gemethyleerde (gehypermethyleerde) DNA-gebieden met gedeacetyleerde histonen zijn strak opgerold en transcriptioneel inactief.

Dit type genregulatie wordt epigenetische regulatie genoemd. Epigenetisch betekent 'rond de genetica'. De veranderingen die optreden in de histoneiwitten en het DNA veranderen de nucleotidesequentie niet en zijn niet permanent. In plaats daarvan zijn deze veranderingen tijdelijk (hoewel ze vaak aanhouden tijdens meerdere celdelingsrondes) en veranderen ze de chromosomale structuur (open of gesloten) als dat nodig is. Een gen kan worden in- of uitgeschakeld, afhankelijk van de locatie en wijzigingen aan de histon-eiwitten en DNA. Als een gen moet worden getranscribeerd, worden de histoneiwitten en het DNA gemodificeerd rond het chromosomale gebied dat voor dat gen codeert. Dit opent het chromosomale gebied om toegang te krijgen voor RNA-polymerase en andere eiwitten, transcriptiefactoren genaamd, om te binden aan het promotorgebied, dat zich net stroomopwaarts van het gen bevindt, en transcriptie initiëren. Als een gen uitgeschakeld of tot zwijgen gebracht moet blijven, hebben de histoneiwitten en het DNA verschillende modificaties die wijzen op een gesloten chromosomale configuratie. In deze gesloten configuratie hebben de RNA-polymerase- en transcriptiefactoren geen toegang tot het DNA en kan er geen transcriptie plaatsvinden (Figuur 16.7).

WETENSCHAPPELIJKE VERBINDING VOOR AP® CURSUSSEN

DENK ER OVER NA

Bij vrouwen wordt een van de twee X-chromosomen geïnactiveerd tijdens de embryonale ontwikkeling vanwege epigenetische veranderingen in het chromatine. Welke impact denkt u dat deze veranderingen zullen hebben op nucleosoomverpakking en bijgevolg op genexpressie?

Bekijk deze video die beschrijft hoe epigenetische regulatie genexpressie regelt.

  1. Epigenetica zou het mogelijk maken om nieuwe lichaamsdelen te synthetiseren die de door kanker beschadigde delen zouden kunnen vervangen.
  2. Epigenetica zou de genetische code van alle cellen in het lichaam kunnen veranderen om te voorkomen dat ze kanker worden.
  3. Er zouden nieuwe therapieën kunnen worden gemaakt die de genetische code van schadelijke kankergenen veranderen.
  4. Er kunnen nieuwe therapieën worden gemaakt waarbij het DNA van de kankercel niet hoeft te worden gewijzigd.
  • Je bent hier:  
  • Huis
  • Paraplu
  • studieboeken
  • Bio581
  • Hoofdstuk 11 Meiose en seksuele voortplanting
  • 11.1 Het proces van meiose

Deze tekst is gebaseerd op Openstax Biology for AP Courses, Senior Bijdragende Auteurs Julianne Zedalis, The Bishop's School in La Jolla, CA, John Eggebrecht, Cornell University Bijdragende Auteurs Yael Avissar, Rhode Island College, Jung Choi, Georgia Institute of Technology, Jean DeSaix , Universiteit van North Carolina in Chapel Hill, Vladimir Jurukovski, Suffolk County Community College, Connie Rye, East Mississippi Community College, Robert Wise, University of Wisconsin, Oshkosh

Dit werk is gelicentieerd onder een Creative Commons Naamsvermelding-NietCommercieel 4.0 Unported-licentie, zonder aanvullende beperkingen


Genetische regulatie bij prokaryoten en eukaryoten

In dit artikel zullen we bespreken over:- 1. De induceerbare en onderdrukbare systemen 2. Transcriptionele en translationele controle 3. Regulering van E.coli Tryptofaan Operon 4. Regulering van transcriptie in eukaryoten 5. Promoters en Enhancers 6. Transcriptionele activators 7. Regulering door alternatieve splicing van RNA-transcript 8. Regulering op het niveau van vertaling 9. Epigenetische controle van genetische regulatie.

De induceerbare en onderdrukbare systemen:

In het induceerbare systeem wanneer de inductor afwezig is, bindt de repressor zich aan de operator en blokkeert deze. RNA-polymerase kan niet langs DNA bewegen, zodat zeer kleine hoeveelheden mRNA, of helemaal niet, worden gesynthetiseerd door de structurele genen.

Maar wanneer lactose als inductor in het medium aanwezig is, wordt het operon geïnduceerd om grote hoeveelheden van de enzymen te synthetiseren die nodig zijn voor het transport en het katabolisme van lactose. In dit geval functioneert het operon omdat de repressor wordt gebonden aan het inductormolecuul, de operator vrij wordt en structurele genen mRNA synthetiseren.

Het lac-operon geeft een voorbeeld van een induceerbaar systeem waarin het bestaan ​​van de voedingsstof in het medium de synthese van grote hoeveelheden enzymen induceert die nodig zijn voor het katabolisme van die voedingsstof. Dergelijke systemen werken daarom bij de afbraak van exogene substraten in katabole processen.

In onderdrukbare systemen regelt het operon de synthese van eiwitten of enzymen die nodig zijn voor anabole reacties. Zo'n operon blijft normaal functioneren totdat er een overmaat van de producten is.

Wanneer het eindproduct in overmaat is, functioneert het als een onderdrukkende metaboliet die co-repressor wordt genoemd. In dit systeem is de repressor uit zichzelf inactief. Maar wanneer de co-repressor aan de repressor bindt om een ​​repressor-co-repressorcomplex te vormen dat zich hecht aan de operator, kunnen de structurele genen geen mRNA transcriberen (Fig. 16.3).

In een onderdrukbaar systeem wordt het operon negatief gecontroleerd. Naast het histidine-operon dat al is beschreven, fungeert het tryptofaan-operon in E. coli ook als een onderdrukbaar operon. Wanneer er normale concentraties tryptofaan in een cel zijn, is het operon functioneel of onderdrukt. Maar wanneer tryptofaan in overmaat is, werkt het als een co-repressor en bindt het zich aan de inactieve repressor.

Het complex hecht aan de operator en voorkomt mRNA-synthese door structurele genen. Naarmate de concentratie van tryptofaan afneemt, zorgt dit ervoor dat de repressormoleculen vrij blijven, de operator ongebonden wordt en de structurele genen mRNA transcriberen. Zo wordt het operon weer gedeprimeerd.

Transcriptionele en translationele controle:

Het lactose-operon toont aan dat de controle van transcriptie interactie van regulerende eiwitten met specifieke DNA-sequenties omvat, en dit is ook breed toepasbaar op eukaryoten. Regulerende sequenties zoals de operator worden cis-werkende controle-elementen genoemd omdat ze expressie van alleen gekoppelde genen op hetzelfde DNA-molecuul tot stand brengen.

Daarentegen worden repressor-eiwitten trans-werkende factoren genoemd omdat ze de expressie van genen op andere chromosomen in de cel kunnen beïnvloeden. Bovendien wordt het lac-operon beschouwd als een voorbeeld van negatieve controle van genexpressie omdat binding van de repressor transcriptie remt. Er zijn echter andere voorbeelden waarbij trans-werkende factoren activatoren (positieve controle) van transcriptie zijn.

Positieve controle van transcriptie is aangetoond in E. coli door middel van onderzoeken naar het effect van glucose op de expressie van genen die coderen voor enzymen die leiden tot afbraak (katabolisme) van andere suikers, zoals lactose. Lactose biedt een alternatieve bron van koolstof en energie.

Zolang glucose beschikbaar is, wordt het bij voorkeur gebruikt, met als gevolg dat enzymen die betrokken zijn bij het katabolisme van alternatieve energiebronnen niet tot expressie komen. Dat betekent dat als E. coli wordt gekweekt op een medium dat zowel glucose als lactose levert, het lac-operon niet wordt geïnduceerd en alleen glucose wordt gebruikt door cellen van E. coli. Glucose onderdrukt dus het lac-operon, zelfs in aanwezigheid van de normale inductor, lactose.

Repressie door glucose, ook wel katabolietrepressie genoemd, wordt in feite gemedieerd door een positief controlesysteem dat wordt bepaald door niveaus van cyclisch AMP. (cAMP) (Fig. 16.4). In bacteriën wordt cAMP geproduceerd uit ATP door het enzym adenylylcyclase. De omzetting van ATP naar cAMP wordt zodanig gereguleerd dat het cAMP-gehalte toeneemt als het glucosegehalte daalt. Cyclisch AMP bindt vervolgens aan een transcriptioneel regulerend eiwit dat katabolietactivatoreiwit (CAP) wordt genoemd.

De binding van cAMP aan CAP stimuleert de binding van CAP aan zijn specifieke DNA-sequenties. In het lac-operon bevindt deze specifieke DNA-sequentie zich ongeveer 60 basen stroomopwaarts van de startplaats van de transcriptie. CAP interageert vervolgens met de alfa-subeenheid van RNA-polymerase, en dat vergemakkelijkt de binding van polymerase aan de promotor en het activeren van transcriptie.

Regulering van E.coli Tryptofaan Operon:

Genen van het aminozuur tryptofaan (trp-genen) worden beschouwd als onderdrukbare genen waarbij de aanwezigheid van de metaboliet (trp) in de omgeving de expressie van zijn structurele genen uitschakelt. Tryptofaan werkt als een co-repressor. Regulering van het trp-operon vindt op twee manieren plaats.

In de eerste wordt de expressie van de vijf structurele genen E, D, C, B en A die coderen voor enzymen die betrokken zijn bij de synthese van tryptofaan, gecontroleerd door een specifiek regulerend gen. Het regulerende gen codeert voor een specifiek eiwit dat repressor wordt genoemd. De repressor zelf is inactief, maar wanneer het wordt gecomplexeerd met tryptofaan (co-repressor) wordt het geactiveerd.

Het geactiveerde repressor-co-repressorcomplex bindt zich aan een specifiek DNA-gebied, de operator die grenst aan de structurele genen die worden gereguleerd. Dit blokkeert de beweging van RNA-polymerase naar structurele genen.

De structurele genen, operator- en promotorregio's vormen samen het operon. Dus wanneer tryptofaan in de omgeving aanwezig is, vormt de repressor een complex met tryptofaan, bindt dan met de operator en voorkomt transcriptie van de structurele genen.

Integendeel, wanneer tryptofaan in de omgeving ontbreekt, blijft de repressor vrij en inactief, bindt hij niet aan de operator, wat resulteert in transcriptie van structurele genen en synthese van tryptofaan. Dit wordt een negatief controlesysteem genoemd omdat de repressor, die het product is van het regulerende gen, de transcriptie van structurele genen uitschakelt (Fig. 16.5).

Het tweede mechanisme dat verzwakking wordt genoemd, reguleert de expressie van structurele tryptofaangenen door het vermogen van RNA-polymerase om de verlenging over een specifieke nucleotidesequentie voort te zetten, te regelen. Dit mechanisme werkt wanneer hoge niveaus van tryptofaan beschikbaar zijn. Er is verzwakking van de regulatie door een sequentie die de transcriptie voortijdig beëindigt.

Deze sequentie of verzwakkingsgebied bevindt zich 162 nucleotiden stroomafwaarts van de transcriptiestartplaats, dat wil zeggen het eerste structurele gen. Transcriptie eindigt in dit gebied als tryptofaan beschikbaar is, voordat RNA-polymerase het eerste structurele gen bereikt. Met andere woorden, verzwakking treedt op als het specifieke amino-geacyleerde tRNA beschikbaar is. Als dat niet het geval is, gaat de transcriptie door, waardoor een functioneel trp-mRNA wordt geproduceerd.

Transcriptie wordt gestart in het promotorgebied en produceert wat het leidertranscript wordt genoemd. Het leader-RNA bevat een start- en een stopsignaal voor de eiwitsynthese. Omdat prokaryoten geen kernmembraan hebben, kunnen transcriptie en translatie gelijktijdig plaatsvinden, in tegenstelling tot eukaryoten waar er een ruimtelijke scheiding is tussen transcriptie (in de kern) en translatie (in het cytoplasma).

Daarom, terwijl het leider-RNA wordt gesynthetiseerd, beginnen ribosomen met translatie aan het 5'8242-uiteinde. Dit resulteert in een korte peptideketen terwijl het RNA-polymerase het leidergebied transcribeert. Als tryptofaan-tRNA beschikbaar is, zal de synthese van de peptideketen doorgaan, totdat het ribosoom het stopsignaal bereikt dat aanwezig is in het leider-RNA.

Als er echter niet voldoende tryptofaan-tRNA is, zal het leider-RNA niet worden vertaald in peptide en zal het ribosoom worden gestopt bij de tryptofaancodons in het leider-RNA, zonder het stopsignaal te bereiken.

Naast de stop- en startsequenties bevat het leader-RNA 4 regio's die complementaire sequenties hebben die de vorming van stam- en lusstructuren door basenparing mogelijk maken.

Regio 1 kan basenparen vormen met regio 2 regio 2 kan aan beide zijden basenparen vormen met regio 1 of met regio 3 regio 3 kan eveneens basenparen vormen met regio 2 of met regio 4 regio 4 kan alleen basenparen vormen met regio 3. Daarom kunnen zich 3 mogelijke stam/lus-structuren vormen in het RNA-transcript (Fig. 16.6).

Wanneer regio 3 basenparen vormt met regio 4, genereert het een signaal voor verzwakking, dat wil zeggen voortijdige beëindiging van transcriptie. Er moet echter worden opgemerkt dat als de stam/lus al is gevormd in het gebied dat voorafgaat aan gebied 3, gebied 3 niet beschikbaar zal zijn voor basenparen met gebied 4.

Een ander belangrijk punt om op te merken is dat, als het ribosoom zich vertaalt in regio 2, regio 2 niet beschikbaar zou zijn voor basenparing met regio 1 of met regio 3. In die situatie zal regio 3 vrij zijn om basenparen te maken met regio 4.

Alleen basenparing tussen regio's 3 en 4 om stam/lussignalen te vormen RNA-polymerase om transcriptie te beëindigen. Dit houdt in dat wanneer voldoende hoeveelheid tryptofaan-tRNA beschikbaar is om het leider-RNA te vertalen, het de transcriptie (verzwakking) voortijdig zal stoppen en structurele genen niet zullen worden getranscribeerd. Als daarentegen tryptofaan-tRNA ontbreekt of onvoldoende is om de leider te vertalen RNA, zal er geen verzwakking zijn.

In dat geval zal het ribosoom stoppen bij de twee trp-codons in regio 1, waardoor regio 2 beschikbaar blijft voor basenparen met regio 3. Dat betekent dat regio 3 niet beschikbaar zou zijn voor basenparen met regio 4, wat een essentiële vereiste is voor signalering RNA-polymerase om transcriptie te beëindigen. Bij afwezigheid van verzwakking zullen structurele genen worden getranscribeerd (Fig. 16.7).

Regulatie van transcriptie in eukaryoten:

De controle van de expressie van eukaryote genen is complexer dan bij prokaryoten en vindt voornamelijk plaats op het niveau van de initiatie van transcriptie. Over het algemeen wordt transcriptie in eukaryote cellen gecontroleerd door eiwitten die binden aan specifieke regulerende sequenties en de activiteit van RNA-polymerase moduleren.

In de vele verschillende celtypen van meercellige eukaryote organismen wordt de regulering van genexpressie bereikt door de gecombineerde acties van meerdere verschillende transcriptionele regulerende eiwitten, door methylering van DNA en het verpakken van DNA in chromatine.

Promotors en versterkers:

In bacteriën wordt transcriptie gereguleerd door de binding van eiwitten aan cis-werkende sequenties, zoals in het lac-operon, die de transcriptie van aangrenzende genen (z, y, a) regelen. Vergelijkbare cis-werkende sequenties reguleren de expressie van eukaryote genen. De methode voor het identificeren van deze sequenties is gebaseerd op het gebruik van genoverdrachtsassays waarmee de activiteit van veronderstelde regulerende gebieden van gekloonde genen wordt bestudeerd (Fig. 16.8).

De regulerende sequentie wordt geligeerd aan een reportergen dat codeert voor een gemakkelijk detecteerbaar enzym. Het reportergen wordt overgebracht in gekweekte cellen (transfectie). De expressie van het reportergen geeft biologische activiteit van de regulerende sequentie aan en verschaft een gevoelige test voor het vermogen van de gekloneerde regulerende sequenties om transcriptie te sturen.

De twee kernpromotorelementen, de TATA-box en de Inr-sequentie in genen die zijn getranscribeerd door RNA-polymerase II, dienen als specifieke bindingsplaatsen voor transcriptiefactoren. Inr is de initiatorsequentie die de transcriptiestartplaats omspant in promoters van veel genen die zijn getranscribeerd door RNA-polymerase II.

Andere cis-werkende sequenties fungeren als bindingsplaatsen voor een verscheidenheid aan regulerende factoren die de expressie van individuele genen regelen. Deze cis-werkende regulerende sequenties bevinden zich meestal stroomopwaarts van de TATA-box. Interessant is dat twee regulerende sequenties die gewoonlijk worden gevonden in het eukaryote gen, aanwezig zijn in de promotor van het herpes simplex-virusgen dat codeert voor thymidinekinase.

Deze twee sequenties bevinden zich ongeveer 100 basenparen stroomopwaarts van de TATA-box, en hun consensussequenties zijn CCAAT en GGGCGG (de GC-box genoemd). Het is aangetoond dat de binding van specifieke eiwitten aan deze sequenties de transcriptie initieert.

In tegenstelling tot de CCAAT- en GC-boxen in de thymidinekinasepromoter van het herpes simplex-virus, bevinden de regulerende sequenties van verschillende zoogdiergenen zich verder weg, tot 10 kilobasen, van de startplaats van de transcriptie. Deze sequenties worden enhancers genoemd en werden voor het eerst beschreven in het virus SV40. Net als promotors werken versterkers door transcriptiefactoren te binden die werken door RNA-polymerase te reguleren.

Transcriptiefactoren die aan op afstand gelegen enhancers zijn gebonden, functioneren door dezelfde mechanismen als die gebonden aan de promoters, dat wil zeggen de cis-werkende regulerende sequenties. De binding van specifieke transcriptionele regulerende eiwitten aan enhancers is verantwoordelijk voor de controle van genexpressie tijdens ontwikkeling, differentiatie en in reactie van cellen op hormonen en groeifactoren.

Transcriptieactivatoren:

Een van de meest grondig bestudeerde transcriptiefactoren zijn de transcriptie-activators, die binden aan regulerende DNA-sequenties en transcriptie stimuleren. Transcriptionele activatoren bestaan ​​uit twee domeinen, een regio die bindt aan DNA om de factor aan de juiste plaats op DNA te verankeren, de andere activeert transcriptie door interactie met andere componenten van het transcriptionele systeem.

Gedetailleerde studies hebben aangetoond dat de DNA-bindende domeinen van veel van deze eiwitten aan elkaar gerelateerd zijn. De zinkvingerdomeinen bevatten herhalingen van cysteïne- en histidineresiduen die zinkionen binden en vouwen in vingerachtige lussen die DNA binden. Transcriptiefactoren van de steroïdhormoonreceptoren bevatten zinkvingerdomeinen.

De steroïdhormoonreceptoren reguleren de gentranscriptie als reactie op de hormonen oestrogeen en testosteron. De activeringsdomeinen van transcriptiefactoren zijn niet zo goed gekarakteriseerd als hun DNA-bindende domeinen.

Regulering door alternatieve splicing van RNA-transcript:

Het primaire transcript van sommige genen zou op alternatieve manieren kunnen worden gesplitst om verschillende producten op te leveren. Zelfs wanneer dezelfde promotor wordt gebruikt om een ​​gen te transcriberen, kunnen verschillende celtypen verschillende hoeveelheden van een eiwit produceren, of zelfs een ander eiwit. Dit kan het gevolg zijn van verschillen in het geproduceerde mRNA of van verwerking van mRNA. Dit kan worden bereikt wanneer hetzelfde transcript van het ene celtype anders wordt gesplitst dan het transcript in een ander type cel.

De eiwitcoderende exons kunnen hetzelfde zijn in de verschillende celtypen, maar het splitsingspatroon van het transcript kan anders zijn. In dat geval is het eiwit identiek, maar is de synthesesnelheid anders, omdat de mRNA-moleculen niet met dezelfde efficiëntie worden vertaald.

In andere gevallen heeft het eiwitcoderende deel van het transcript een ander splicingpatroon in elk celtype, met als resultaat dat de geproduceerde mRNA-moleculen coderen voor eiwitten die niet identiek zijn, hoewel ze bepaalde exons delen.

Transcripties van het menselijk genoom worden vaak op alternatieve manieren gesplitst. Hierdoor kunnen de ongeveer 30.000 menselijke genen coderen voor 64.000 tot 96.000 verschillende eiwitten. Alternatieve RNA-verwerking wordt beschouwd als een van de belangrijkste bronnen van menselijke genetische complexiteit. Het gen voor de humane insulinereceptor ondergaat bijvoorbeeld alternatieve splicing die resulteert in de opname of uitsluiting van exon nummer 11 in het mRNA (Fig. 16.9).

De resulterende vormen van de polypeptideketen verschillen in lengte met 12 aminozuren. In levercellen zijn alle 20 exons aanwezig in mRNA voor de lange vorm van het receptoreiwit (Fig. 16.9, deel A), terwijl in skeletspier exon 11 samen met de flankerende introns wordt geëlimineerd en voor korte tijd uit het mRNA wordt uitgesloten. formulier (Fig. 16.9, Deel B).

De lange vorm van de receptor vertoont een lage affiniteit voor insuline en komt tot expressie in weefsels zoals de lever die worden blootgesteld aan relatief hogere concentraties insuline. De korte vorm van het eiwit heeft een hoge affiniteit voor insuline en komt bij voorkeur tot expressie in weefsels zoals de skeletspier die normaal gesproken worden blootgesteld aan lagere insulineniveaus.

Alternatieve splicing biedt dus een mechanisme voor het genereren van eiwitten met verschillende eigenschappen van hetzelfde gen. Het Dscam-gen van Drosophila zou kunnen leiden tot ongeveer 38016 verschillende eiwitten door alternatieve splicing. Het werkelijke aantal gesynthetiseerde eiwitten is niet bekend. Het menselijk genoom dat 30.000 tot 40.000 genen bevat, produceert verschillende eiwitten waarvan het aantal meerdere malen groter is, door alternatieve splicing.

In tegenstelling tot genen van Drosophila en lagere wormen, zijn menselijke genen verdeeld over een groot gebied van het genoom en zijn de primaire mRNA-transcripten erg lang. Alternatieve splitsing van de meeste menselijke genen leidt tot meerdere eiwitproducten. Ongeveer een derde van alle menselijke genen wordt verondersteld alternatieve splicing te ondergaan.

Van de genen die alternatief worden gesplitst, varieert het gemiddelde aantal verschillende mRNA's dat wordt geproduceerd uit het primaire transcript tussen 2 en 7. Het gemiddelde aantal verschillende mRNA's per gen over het genoom ligt in het bereik van 2 tot 3, inclusief genen die een enkel mRNA als die die meerdere verschillende mRNA's produceren. Alternatieve splicing verhoogt dus aanzienlijk het aantal eiwitproducten dat kan worden gecodeerd uit een relatief klein aantal genen.

Regelgeving op vertaalniveau:

In eukaryote cellen zijn transcriptie en translatie ontkoppeld in het proces van genexpressie. This permits regulation at the level of translation independently from transcription.

The major types of translational control are: inability of a mRNA molecule to be translated under certain conditions regulation of the overall rate of protein synthesis inhibition or activation of translation by small regulatory RNAs that undergo base pairing with the mRNA activation of previously un-translated cytoplasmic mRNAs.

In the case of translational control by small regulatory RNAs, usually the regulatory RNAs are complementary in sequence to part of the mRNA whose translation they control. An RNA sequence that is complementary to a mRNA is called an antisense RNA. The antisense regulating RNAs act by pairing with the mRNA. It can either activate or inhibit translation. Small regulatory RNAs can also regulate translation.

Epigenetic Control of Genetic Regulation:

Epigenetic phenomena are alternative states of gene activity that are heritable, but do not follow Mendelian rules of inheritance, are not explained by mutation, changes in gene sequence or normal developmental regulation. They are changes brought about in gene expression by heritable chemical modifications in DNA.

The prefix epi means “besides” or “in addition to”. Therefore, epigenetic refers to heritable changes in gene expression that are not associated with changes in the DNA sequence, but with something “in addition to” the DNA sequence, usually either chemical modification of the DNA bases or proteins bound with DNA.

It is now clear that many epigenetic phenomena occur largely via changes in chromatin structure. In general, methylation of DNA is associated with turning off gene expression. However, some organisms that clearly exhibit epigenetic effects, for example Drosophila, do not have DNA methylation. Modifications of histones and non­-histone chromosomal proteins have also been implicated in epigenetics.


Biology 16.1-16.2, 16.4-16.6

sometimes there is a special type of nucleotide that occurs in the ______ position of the anticodon, it is called ___________. it can bind with either A, C, or U.

this leads to wobble pairing, so an anticodon of:

______I, can pair with a codon of ______A, ______C, or ______U

much like transcription, the ribosome has to hook-up and get read in an upstream staging area called the _____ _________________ _______

in prokaryotes, there is no nucleus. this means that transcription and translation can occur at the same time!

if the reading frame (groups of 3), is disrupted, it is a _________________ _____________

THE CAT ATE THE RAT
THE CCA TAT ETH ERA T
THE CAT ATE THE RAAT

the _____ end of an mRNA is translated first

it becomes the ___-_______ of a polypeptide

the last end to be translated is the _____ end, which becomes the ___-_______ of the polypeptide

remember, gene products are often proteins, but sometimes they are __________ (either way, DNA recipes are first transcribed into RNA)

they are primarily found in ________________, since a ____(same)______ transcript can have multiple genes on it

often, the upstream region of a gene to be transcribed contains different specialized regions where repressors/inhibitors or enhancers can bind to either initiate or prevent transcription

_______________: where RNA polymerase binds

when tryptophan is ________________, two tryptophan molecules bind the repressor protein at the _______________ _______________

when glucose levels fall, E. coli can use lactose as a __________, but it must make the enzymes to digest it

as glucose supplies become limited, cAMP levels ______________

cAMP binds to the CAP protein and the pair help ________ _____ to bind to the _____________

however, if lactose is not present, then it can't be used as the alternative to glucose.


Genes are organized to make the control of gene expression easier. The promoter region is immediately upstream of the coding sequence. This region can be short (only a few nucleotides in length) or quite long (hundreds of nucleotides long). The longer the promoter, the more available space for proteins to bind. This also adds more control to the transcription process. The length of the promoter is gene-specific and can differ dramatically between genes. Consequently, the level of control of gene expression can also differ quite dramatically between genes. The purpose of the promoter is to bind transcription factors that control the initiation of transcription.

Within the promoter region, just upstream of the transcriptional start site, resides the TATA box. This box is simply a repeat of thymine and adenine dinucleotides (literally, TATA repeats). RNA polymerase binds to the transcription initiation complex, allowing transcription to occur. To initiate transcription, a transcription factor (TFIID) is the first to bind to the TATA box. Binding of TFIID recruits other transcription factors, including TFIIB, TFIIE, TFIIF, and TFIIH to the TATA box. Once this complex is assembled, RNA polymerase can bind to its upstream sequence. When bound along with the transcription factors, RNA polymerase is phosphorylated. This releases part of the protein from the DNA to activate the transcription initiation complex and places RNA polymerase in the correct orientation to begin transcription DNA-bending protein brings the enhancer, which can be quite a distance from the gene, in contact with transcription factors and mediator proteins (Figure).

An enhancer is a DNA sequence that promotes transcription. Each enhancer is made up of short DNA sequences called distal control elements. Activators bound to the distal control elements interact with mediator proteins and transcription factors. Two different genes may have the same promoter but different distal control elements, enabling differential gene expression.

In addition to the general transcription factors, other transcription factors can bind to the promoter to regulate gene transcription. These transcription factors bind to the promoters of a specific set of genes. They are not general transcription factors that bind to every promoter complex, but are recruited to a specific sequence on the promoter of a specific gene. There are hundreds of transcription factors in a cell that each bind specifically to a particular DNA sequence motif. When transcription factors bind to the promoter just upstream of the encoded gene, it is referred to as a cis-acting element , because it is on the same chromosome just next to the gene. The region that a particular transcription factor binds to is called the transcription factor binding site . Transcription factors respond to environmental stimuli that cause the proteins to find their binding sites and initiate transcription of the gene that is needed.


16 - Gene Regulation

This chapter reviews the current understanding of the Toxoplasma transcriptome as it changes during the parasite intermediate life cycle. The chapter discusses the evidence that Toxoplasma possesses a similar repertoire of mechanisms to regulate transcription as observed in other well-studied eukaryotes, from yeast to multicellular animals. Given the importance of Toxoplasma infections to human populations, understanding developmental mechanisms initiated by sporozoites or bradyzoites leading to tissue cyst formation will be central to ultimately controlling transmission and chronic disease. studies van Toxoplasma primary infections in animals and of sporozoite- and bradyzoite-infected cultures in vitro indicate that development initiated by either the sporozoite or bradyzoite stage is similar, and likely the consequence of a unified genetic program. Thus, defining the changes in gene expression that accompany this development pathway will be important to understand the underlying mechanisms responsible for toxoplasmosis caused by either route of infection.


Transcription regulation by the Mediator complex

Alterations in the regulation of gene expression are frequently associated with developmental diseases or cancer. Transcription activation is a key phenomenon in the regulation of gene expression. In all eukaryotes, mediator of RNA polymerase II transcription (Mediator), a large complex with modular organization, is generally required for transcription by RNA polymerase II, and it regulates various steps of this process. The main function of Mediator is to transduce signals from the transcription activators bound to enhancer regions to the transcription machinery, which is assembled at promoters as the preinitiation complex (PIC) to control transcription initiation. Recent functional studies of Mediator with the use of structural biology approaches and functional genomics have revealed new insights into Mediator activity and its regulation during transcription initiation, including how Mediator is recruited to transcription regulatory regions and how it interacts and cooperates with PIC components to assist in PIC assembly. Novel roles of Mediator in the control of gene expression have also been revealed by showing its connection to the nuclear pore and linking Mediator to the regulation of gene positioning in the nuclear space. Clear links between Mediator subunits and disease have also encouraged studies to explore targeting of this complex as a potential therapeutic approach in cancer and fungal infections.


Control of Eukaryotic Gene Regulation

Eukaryotic Gene Regulation: Genomic Control

Genes coding for the human antibody heavy chains are created by DNA rearrangements involving multiple types of V, D and J segments.
Initially, the DNA of the immune cells is arranged as tandem arrays of V, D and J regions
DNA excision randomly removes several D and J segments to place individual D and J sequences side by side.
A second random excision removes several V and D segments to join a V section to the others to form a VDJ segment.
After transcription, the sequences separating the VDJ segment from the C segment are removed by RNA splicing.

Eukaryotic Gene Regulation: Transcriptional Control

In a typical protein-coding eukaryotic gene, the mRNA is transcribed by RNA polymerase II.
The core promoter is characterized by an initiator sequence surrounding the transcriptional startpoint and a sequence called a TATA box located about 25 bp upstream (to the 5 prime side) of the startpoint.
The core promoter is where the general transcription factors and RNA polymerase assemble for the initiation of transcription.
Within about 100 nucleotides upstream from the core promoter lie several proximal control elements, which stimulate transcription of the gene by interacting with regulatory transcription factors.
The number, identity and location of the proximal elements vary from gene to gene.
The transcription unit includes a 5 prime untranslated region (leader) and a 3 prime untranslated region (trailer) which are transcribed and included in the mRNA but do not contribute sequence information for the protein product.
These untranslated regions may contain expression control sequences.
In the primary transcript, at the end of the last exon is a site directing the cleavage of the RNA and poly(A) addition.

Properties of Enhancers

A Model for Enhancer Action
In this model, an enhancer located at a great distance along the DNA from the protein-coding gene it regulates is brought close to the core promoter by a looping of the DNA.
The influence of an enhancer on the promoter is mediated by regulatory transcription factors called activators.
1) The activator proteins bind to the enhancer elements, forming an enhanceosome.
2) Bending of the DNA brings the enhanceosome closer to the core promoter.
The general transcription factor TFIID is in the promoter's vicinity. For the purpose of this figure, two of the protein subunits of TFIID, which will function as coactivators in step 3, are distinguished from the rest of the factor.
3) The DNA-bound activators interact with specific coactivators that are part of TFIID. This interaction facilitates the correct positioning of TFIID on the promoter.
4) The other general transcription factors and RNA polymerase join the complex, and transcription is initiated.

The gene for the protein albumin, like other genes, is associated with an array of regulatory DNA elements here we show only two control elements, as well as the core promoter.
Cells of all tissues contain RNA polymerase and the general transcription factors, but the set of regulatory transcription factors available varies with the cell type.
Liver cells contain a set of regulatory transcription factors that includes the factors for recognizing all the albumin gene control elements.
When these factors bind to the DNA, they facilitate transcription of the albumin gene at a high level.
Brain cells, however, have a different set of regulatory transcription factors, which does not include all the ones for the albumin gene. Consequently, in brain cells, the transcription complex can assemble at the promoter, but not very efficiently.
The result is that brain cells transcribe the albumin gene only at a low level.

Several structural motifs are commonly found in the DNA-binding domains of regulatory transcription factors.
The parts of these domains that directly interact with specific DNA sequences are usually alpha helices (or recognition helices) which fit into DNA's major groove.
The helix-turn-helix motif contains two alpha helices are joined by a short flexible turn.
The zinc finger motif consists of an alpha helix and a two segment, antiparallel beta sheet, all held together by the interaction of four cysteine residues (or two cysteine & two histidine residues) with a zinc atom.
Zinc finger proteins normally contain a number of zinc fingers.
The leucine zipper motif contains an alpha helix that has a regular arrangement of leucine residues that interacts with a similar region in a second polypeptide to coil around each other.
The helix-loop-helix motif contains a short a helix connected to a longer a helix by a polypeptide loop interacts with a similar region on another polypeptide to create a dimer.
The homeodomain is a helix-turn-helix DNA-binding domain containing three alpha helices encoded by a 180 basepair homeobox.
The homeodomain was originally found in homeotic genes which are very important in development.
The homeodomain Hox genes control the head-to-tail development in animals from flies to mammals.

The DNA response sequences that bind transcription factors are often comprised of inverted repeat elements.
Reading the sequence of the glucocorticoid response element in the 5 prime to 3 prime direction from either end yields the same DNA sequence (5 prime-AGAACA -3 prime).
The thyroid hormone element contains the same inverted repeat sequences as the estrogen element but the three bases that separate the two copies of the sequence in the estrogen element are absent.

The glucocorticoid receptors activate gene transcription.
Cortisol, a hydrophobic steroid hormone, can diffuse through a plasma membrane then bind to the intracellular glucocorticoid receptor.
Binding the steroid causes the release of an inhibitory protein and activates the glucocorticoid receptor molecule's DNA binding site.
The glucocorticoid receptor molecule then enters the nucleus and binds to a glucocorticoid response element in DNA which causes a second glucocorticoid receptor molecule to bind to the same response element.
The resulting glucocorticoid receptor dimer activates transcription of the target gene.

The cAMP response element binding protein (CREB) controls gene expression when cAMP levels increase.
Genes activated by cyclic AMP possess an upstream cyclic AMP response element (CRE) that binds a transcription factor called the CREB protein.
In the presence of cyclic AMP, cytoplasmic protein kinase A is activated and its activated catalytic subunit then moves into the nucleus, where it catalyzes phosphorylation of the CREB protein, thereby stimulating its activation domain.

Eukaryotic Gene Regulation: Translational Control

Translation of ferritin is activated in the presence of iron.
Translation is inhibited by binding of the IRE-binding protein to the hairpin structure of an iron response element (IRE) in the 5 prime untranslated leader sequence of ferritin mRNA.
When iron binds to IRE-binding protein, it contorts into a conformation that does not recognize the IRE.
When iron is available, ribosomes can assemble on the mRNA and proceed to translate ferritin.
The hairpin does not interfere with the ribosome activities.

Degradation of the transferrin receptor mRNA (required for iron uptake) is also regulated by the allosteric IRE-binding protein.
Transferrin receptor mRNA has an IRE in its 3 prime untranslated region.
When intracellular [iron] is low, the IRE-binding protein remains bound to the IRE which 1) protects the mRNA from degradation and 2) allowing more transferrin receptor protein to be synthesized.
When intracellular [iron] is high, iron binds to the IRE-binding protein, it releases the IRE and the mRNA can be degraded.


Bekijk de video: Materi Biologi - Genetika - Konsep Transkripsi pada Eukariotik dan Prokariotik (December 2021).