Regulace genové exprese

Regulace genové exprese

• důležitá hlavně u mnohobuněčných organismů – z 1 buňky se diferencuje mnoho různých buněčných typů (např. buňky svalové, nervové, krevní,…) – příčinou diferenciace je akumulace různých druhů proteinů, a primárně tedy i RNA

  • všechny zdravé somatické buňky obsahují shodné množství stejných genů a liší se tím, že tyto stejné geny různě využívají

  • důkaz, že v každé buňce všechny geny – pokus: do vajíčka zbaveného jádra injikovat jádro ze somatické buňky → vznikne normální embryo (= základ klonování)

• housekeeping genes = geny nezbytné pro existenci organismu

  • kódují housekeeping proteins

  • za stabilních podmínek a na optimálním médiu asi 800 genů

• luxury genes = geny specifické pro diferencované buňky, které produkují proteiny zodpovědné za jejich specifické vlastnosti (např. hemoglobin v retikulocytech [= nezralé erytrocyty])

KONTROLA SYNTÉZY PROTEINŮ

• regulační body:

  • genová dóze – kolik identických genů má organismus pro 1 protein

  • frekvence transkripce – kdy a jak často je gen přepisován – tato úroveň kontroly převažuje (buňka nesyntetizuje nepotřebné intermediáty)

  • sestřih + další úpravy primárního transkriptu (= pre-mRNA = hnRNA, viz ***RNA)

  • stabilita mRNA – pokud nestabilní, častá transkripce

  • frekvence translace – výběr mRNA, která bude překládána

  • regulace aktivity (stability) vzniklých proteinů

REGULACE INICIACE TRANSKRIPCE

• nejčastější regulace

• promotor = sekvence nukleotidů, na kterou nasedá RNA-polymeráza

  • určuje směr transkripce

  • iniciační místo (tam transkripce začíná) + sekvence cca 50 nukleotidů před (nutná pro navázání RNA-polymerázy)

  • prokaryota – RNA-polymeráza potřebuje k rozpoznání promotoru sigma-faktor (syn. sigma podjednotka): pro každý typ promotoru jiný typ sigma-faktoru) – po transkripci asi 10 nukleotidů se sigma-faktor odváže a může být znovu využit, přičemž polymeráza pokračuje v transkripci dál

regulační sekvence

• vážou se na ně regulační proteiny – každá regulační sekvence rozpoznávána jedním i více regulačními proteiny

• řídí zapínání a vypínání genu (zda gen exprimován závisí na typu buňky, okolí, stáří buňky atd.)

• délka: 10 nukleotidů (jen zapínají na podnět 1 signálu, hl. prokaryota) až 10000 nukleotidů (odpovídají na řadu signálů, hl. eukaryota)

• rozpoznání určité sekvence DNA regulačním proteinem: díky specifickému povrchu proteinu (DNA-vazebná doména, viz dále), kterým se pevně váže na určitý úsek DNA podle specifických rysů dvoušroubovice (dáno nukleotidovými sekvencemi); většina se váže do velkého žlábku

  • interakce protein-DNA patří mezi nejpevnější a nejspecifičtější molekulové interakce – jednotlivé kontakty slabé, ale dohromady obvykle 20 kontaktů dostatečně specifické a pevné

• DNA-vazebné domény – stabilní konformační motivy, které se často opakují v interakci protein-DNA – nejtypičtější:

  • homeodomain (homeodoména)

    • tvořena 3 spojenými α-šroubovicemi