Transkripciona kontrola

Transkripciona kontrola

Slika 3 Genregulatorni proteini

Slika 4 Modifikacija 5’ kraja molekula RNA

Slika 5 Modifikacija 3’ kraja molekula RNA

Slika 6 Obrada transkripata isecanjem introna

Transkripciona kontrola je od najvećeg značaja za većinu gena jer od nje zavisi koji će se geni prepisivati, a koji ne. Ključno mesto u regulaciji transkripcije zauzimaju gen-regulatorni proteini.

Gen-regulatorni proteini

Od gen-regulatornih proteina zavisi da li će se gen aktivirati ili inhibirati. Gen-regulatorni proteini se vezuju za specifične sekvence DNA duzine od 8-15 nukleotida i na taj način aktiviraju ili inhibiraju transkripciju (slika 3). Najčešće nekoliko gen-regulatornih proteina učestvuje u aktivnosti jednog gena. Čak je i kod bakterija potrebna interakcija bar dva različita regulatorna proteina da bi se promenila aktivnost gena, dok kod eukariota čitava grupa gen-regulatornih proteina deluje zajednički da bi se odredilo da li će doći do transkripcije. Jedan isti gen-regulatortni protein može modulirati sintezu različitih grupa enzima u različitim tipovima ćelija. Na taj način jedan gen-regulatorni protein ima različite funkcije u zavisnosti sa kojim će se proteinima kombinovati. Npr. receptor za steroidni hormon modulira sintezu različitih grupa enzima u različitim tipovima ćelija. To zavisi od gen-regulatornih proteina koji su bili prisutni u ćeliji pre sinteze steroidnog receptora. Kombinacija nekoliko gen-regulatornih proteina rezultuje pojavom velikog broja ćelijskih tipova -KOMBINATORNA REGULACIJA GENA. Npr. 25 različitih gen-regulatornih proteina može teoretski odrediti više od 10.000 tipova ćelija. Iz tog razloga se oni u ćeliji nalaze u malim količinama. Postoje gen-regulatorni proteini koji imaju odlučujuću ulogu u koordinaciji ostalih regulatornih proteina tj. kontrolišu aktivnost mnogih drugih gena. Na primer odsustvo receptora za testosteron dovodi do toga da se muški genotip (XY) razvije kao ženski. Znači jedan jedini protein može odrediti tip ćelije (ključni ili master gen-regulatorni proteini).

Sinteza gen-regulatornih proteina

Za sintezu gen regulatornih proteina su odgovorni liposolubilni hormoni koji lako prolaze kroz ćelijsku membranu. Receptori za ove hormone se nalaze u citosolu i imaju veliki afinitet prema njima. Vezivanje hormona za receptore izaziva konformacione promene u njihovoj strukturi što uslovljava aktivaciju receptora i povećanja afiniteta za određene sekvence DNA. To su gen-regulatorne sekvence i one su pod kontrolom steroidnih hormona. Sekvenca koja prepoznaje kompleks hormon-receptor ima funkcije ENHENSERA za gen čiju aktivnost reguliše steroidni hormon. Vezivanje kompleksa hormon-receptor za DNA ima primaran i sekundaran odgovor. Primaran odgovor je sinteza gen-regulatornih proteina, a sekundaran odgovor je uticaj tog gen-regulatornog proteina na druge gene. Sekundaran odgovor moze biti i prekid sinteze gen-regulatornih proteina i to je takozvana FEEDBACK KONTROLA. Primer sekundarnog odgovora je efekat koji hormon kortizol ima na druge gene. On uključuje gene samo u ćelijama koje sadrže kortizolske receptore koje, opet, uključuju neki drugi prekidači. Geni koje uključuje kortizol zauzvrat uključuju druge gene, a ti drugi ponekad uključuju još neke gene i tako dalje. Glavna svrha većine gena u ljudskom genomu da regulišu ekspresiju drugih gena u genomu. Zanimljivo je to da isti receptori steroidnih hormona regulišu različite gene u različitim ćelijama. Razlog tome je što se više od jedne vrste gen-regulatornih proteina mora vezati za regulatorne sekvence eukariotskog organizma da bi aktivirao njegovu transkripciju. Prema tome svaki steroidni hormon ima karakteristične fiziološke efekte, jer samo određene ćelije sadrže receptor za njega i što svaki od tih tipova ćelija sadrži različite kombinacije gen-regulatornih proteina.

Kontrola obrade primarnog RNA transkripta

Iako je kontrola inicijacije najbitnija za regulaciju mnogih gena, u kontroli ekspresije genoma su bitni i drugi nivoi. Ova kontrola podrazumeva obradu RNA transkripta. Primarna struktura primarnog RNA transkripta je komplementarna primarnoj strukturi DNA matrice sa koje se sintetisao RNA. Jedina razlika je sto RNA molekuli umesto timina (T) sadrze uracil (U). Poznato je da eukarioti u svojoj DNA matrici sadrze i nekodirajuće sekvence, koje se prepisivanjem prenose na RNA. Obrada primarnog RNA transkripta podrazumeva splicing (isecanje nekodirajućih sekvenci tj. Introna) capping i polyadenilaciju.

Za više podataka pogledati Iskrajanje introna

Obrada primarnih transkripata kovalentnim modifikacijama

Pre svega 5’ kraj molekula RNA koji se sintetiše u procesu transkripcije se modifikuje najčesce još dok transkripcija nije završena tako što mu se dodaje 7-metil-guanozin koji se vezuje 5’-5’trifosfatnim mostom za prvi ribonukleotid u nizu. Uz to, metiluje se 2’ hidroksilna grupa prve, a ponekad i druge riboze u nizu. Tako, transkript na svom 5’ kraju dobija strukturu koja je poznata kao 5’ kapa (Slika 4). Primarni transkript postaje pozitivan zbog metil grupe. Kapa na 5’ kraju je veoma bitna za vezivanje ribozoma za iRNA u procesu translacije. Uklanjanje 5’ kape dovodi do ubrzane degradacije iRNA u citoplazmi. U ćeliji postoje određeni regulatorni mehanizmi koji dodavanjem ili uklanjanjem 5’ kape utiču na intezitet translacije.

Na 3’ kraju primarnog transkripta takođe se vrši obrada. Ova obrada podrazumeva dodavanje niza od 100-200 ostataka adeninskih nukleotida na 3’ kraj primarnog transkripta (slika 5). To je takozvani 3’-poli(A) rep. Poliadenilaciju primarnog transkripta katalizuje enzim poli (A) polimeraza, a proces se odvija u dve faze. Mesto na kom počinje poliadenilacija nastaje terminacijom transkripcije. U eukariotskim ćelijama signal za poliadenilaciju je evolutivno očuvani niz AAUAAA. Kada se transkripcija završi, endonukleaza hidrolizuje primarni transkript na mestu 15 nukleotida nizvodno od signala za poliadenilaciju, a zatim poli(A) polimeraza dodaje poli(A) rep na novonastali 3’ kraj transkripta, katalizujući polimerizaciju ATP-a praćenu hidrolizom pirofosfata. Funkcija poli(A) repa još nije dovoljno poznata. Zna se da se u citoplazmi za njega vezuju proteini koji pakuju iRNA u RNP čestice štiteći ih od degradacije. Moguće je da je poli(A) rep važan i za splicing.

Obrada transkripata isecanjem introna

Primarni transkript RNA je nestabilan i samo mali njegov deo izbegne degradaciju. Eksperimentalni podaci su pokazali da se dužina novosintetisane RNA brzo smanjuje , tako da se za 30 min svede na dužinu citoplazmatične iRNA. U proseku primarni transkript sadrži oko 6000 nukleotida , a iRNA oko 1500 nukleotida. Ovo je ukazalo da postoji bitna razlika između prokariotskih i eukariotskih organizama. Kod prokarita nema naknadne obrade primarnog transkripta jer on sadrži kontinuirani niz nukleotida koji je šifra za sintezu proteina. Eukariotski primarni transkript sadrži nekodirajuće sekvence koje su kopije introna. Te sekvence se moraju iseći iz primarnog transkripta da bi nastale iRNA koje će kodirati proteine (slika 6). Eukariotski primarni transkript podleže obradi koja se sastoji od isecanja introna i predstavlja pored transkripcije i translacije još jedan korak u kome je moguće uticati na končanu ekspresiju gena.

nastavak

Literatura

• www.findology.com
• www.dev-biologie.de/versuche/ embryo/fotoembryo.ht
• www.csu.edu.au/faculty/health/biomed/subjects/ molbol
• Bruce Alberts, Alexander Johnson, Julian Lewis, Martin Raff, Keith Roberts , The Art * Of Molecular Biology of the Cell – fourth edition, 2000.
• Dr.Gordana Matić, Osnovi molekularne biologije, Beograd, 1997.
• D. Marinković, N. Kekić, N. Tucić, Genetika, šesto izdanje, Beograd 1991.
• Zoran L. Kovačević , Biohemija i molekularna genetika, Novi Sad, 1999.
• Met Ridli, Genom-autobiografija vrste u 23 poglavlja, Plato Beograd, 2001.
• Jovan Anđić, Osnovi medicinske biohemije, Naučna knjiga, Beograd, 1999.
• R. K. Anđus ,Opšta fiziologija i biofizika-jonski kanali, Beograd, 2001.
• D. Kovačević, G. Bjelaković, V.B.Đorđević, J. Nikolić, D. D. Pavlović, G. Kocić, Biohemija, Savremena administracija, Beograd, 1996.
• V. Diklić, M. kosanović, J. Nikoliš, S. Dukić, Biologija sa humanom genetikom, reprint izdanja 1997, Grafopan, Beograd, 2001.
• Lj. Vapa, D. Obreht, Genetika kroz primere i zadatke, Novi Sad, 2003.

Jelena Ačanski