Docstoc

Diapozitivul 1 GENA

Document Sample
Diapozitivul 1 GENA Powered By Docstoc
					                     GENA
Genomul uman este constituit din 3,5 miliarde de
perechi de nucleotide (numite şi perechi de baze
sau pb).
 Genele reprezintă 3-5% din acest ansamblu.
Restul de ADN este constitut din
-secvenţele de reglare a expresiei genei,
-secvenţe repetitive şi
-secvenţe cu funcţii necunoscute.
• Varianta nepatologică a genomului este
  polimorfismul

• La om, între 2 indivizi există mici variante de
  secvenţe estimate între 1 şi 2% considerate
  ca nepatogene şi numite gene de polimorfism
  (exp. de polimorfism, culoarea ochilor: bleo,
  maron, verde).
• Polimorfisumul, este dat de secvenţe scurte,
  repetate, a unui număr mai mic sau mai
  mare de perechi de baze care pot varia pe
  fiecare din cei 2 cromozomi.
• După numărul de variaţii ale secvenţelor se
  disting după talia lor:
• - secvenţe repetate simple sau STRs (short
  tandem reapeats)– acestea sunt 2, 3, 4 şi 5
  nucleotide de exp
• numărul lor este estimat între 50000 şi 100000
  copii în genom;
• - secvenţe repetate în tandem în număr
  variabil sau VNTRs (variabile number of
  tandem repeats) din care :
• - secvenţe scurte repetate la mai puţin de
  500 pb -SINEs (short interopersed repetitive
  nucleotides elements),.
• Ex. secvenţele Alu de 4 kb - 5 kb repartizate în
  genom la nivelul intronilor.
• .
• -secvenţe mai lungi de câteva milioane de
  pb (în jur de 6-7 kb) LINEs (long interpersed
  repetitive nucleotides elements);
• - ADN satelit α şi β.
• Sateliţii α prezenţi la nivelul centromerilor sunt
  secvenţe repetate în tandem de 171 pb
  constituie între 1-3% din cromozomi.
• Sateliţii β sunt secvenţe repetate în tandem de
  68 pb situate în cromatina cromozomilor
  acrocentrici şi a cromozomului 9.
• Structura genei
• În secvenţa genei se disting :
• -secvenţe în amonte –reglatoare care structurează
  promotorul,
• - un situs de iniţiere al transcripţiei, sau „start
  point” notat cu +1, locul unde este încorporat
  primul nucleotid de unde începe transcripţia
• -o succesiune variabilă de exoni şi introni; exonii
  traduşi, intronii netraduşi conţinând alte secvenţe
  reglatoare şi în sfârşit
• -ultimul exon.
• Ansamblul mecanismelor care conduc la producerea
  unui ARNm sau a unei proteine sunt desemnate prin
  termenul de expresia genei.
• Promotorul situat în amonte de genă, în poziţia 5', are
  între 800 şi 1000 pb. El nu este transcris şi tradus,
  intervine
• în iniţierea transcripţiei,
• orientarea direcţiei în care aceasta se va derula,
• prezintă secvenţe consens pentru situl de fixare a
  ARN polimerazei şi
• a unui capişon pe ARNm indispensabil pentru
  transducţia sa ulterioară.
• În poziţia 3' a aceluiaşi sit de iniţiere (de la 10 la
  câteva sute de baze mai departe), codonul ATG va
  semnala sit de iniţiere a transducţiei adică debutul
  părţii codante a genei.
• Apoi urmează o succesiune de secvenţe fie codante şi
  conservate în ARN (exoni) fie necodante şi eliminate
  de la transcripţie (introni).
• În general intronii nu există la virusuri şi bacterii.
  Ei sunt prezenţi doar la eucariote.
Typical Gene Structure

 Promoter    Coding Region



        +1
             transcription
• În poziţia 3' a genei pe ultimul exon, se află
  unul din cei 3 codoni STOP TAA, care se
  continuă cu o secvenţă de poliadenilare
  AAAAA care va semnala oprirea transducţiei
  la nivelul ribozomilor.
• Coada de poliadenilare este situată în aval de
  codonul STOP, secvenţă care nu va fi
  transdusă.
• Ea reprezintă un sit de recunoaştere pentru
  secţiunea de ARNm primar şi este
  indispensabilă pentru stabilitatea ARNm.
• Pot exista mai multe situri de poliadenilare
  corespunzătoare mărimii diferite a ARNm. Ele
  pot fi specifice ţesuturilor.
• Unele gene specifice ţesuturilor conţin 20-30 pb în
  amonte de situl de iniţiere a transcripţiei, o casetă
  TATA (5'TATA AA3') pe care se fixează unele
  complexe proteice.
• Există gene care se exprimă în toate ţesuturile
  (ubicvitare sau gene de menaj) sunt conţinute
  constant în aceeaşi regiune.
• Acestea, conţin secvenţe bogate în GC (5'GGG
  CGG3') pe care se fixează factori de transcripţie SP1.
• Factorii proteici numiţi şi factori de transcripţie
  interactivă prezintă secvenţe reglatoare care
  modulează expresia genei.
• O genă poate avea mai muţi promotori. Unii
  promotori pot fi specifici ţesuturilor.
• Secvenţa unei gene apoA II
• Apolipoproteina apoA este componenta
  proteică a oricărei lipoproteine, în special a
  celor plasmatice.
• Ea este asociată lipoproteinelor cu densitate
  mare (HDL) şi realizează stabilizarea
  acestora.

• Ansamblul informaţiei genetice transcrisă
  este de 3 miliarde de litere (o biblioteca de
  7000 cărţi cu 300 pagini fiecare).
Secvenţa unei gene (apoA-II).
• Expresia unei gene
• Expresia unei gene este o succesiune de
  sinteze chimice şi reacţii care conduc la
  producerea unei proteine.
• În prima etapă are loc sinteza ARN
  premesager sau ARN precursor (denumit şi
  ARN heterogen sau Hn-ARN) a cărei secvenţă
  este complementară catenei antisens a genei
  deci identică celeilalte catene sens
• şi este orientată în acelaşi sens.
• După reacţii de maturare a transcriptului primar
  ARN devine ARNm şi trece din nucleu în
  citoplasmă.
• Ulterior ARNm este citit de un grup de câte 3
  nucleotide de la 5 la 3 şi are loc sinteza
  proteinelor de către ribozomi.
• Cuplarea aminoacizilor se realizează de la
  extremitatea NH2 terminală către extremitatea
  COOH terminală.
Expresia unei gene
• TRANSCRIPŢIA
• Sinteza ARN utilizând matriţa de ADN este
  catalizată de ARN polimeraze ADN-
  dependente, care utilizează nucleozid trifosfaţi
  ca substrat.
• Numai un singur lanţ al dublului helix ADN
  este utilizat ca matriţă.
• Întrucât dubla catenă a ADN este conservată,
  sinteza ARN premesager este descrisă ca fiind
  conservativă, dar întrucât se produce numai
  un lanţ polinucleotidic, ea este asimetrică
• Catena de ADN utilizată ca model pentru transcripţie
  este cunoscută sub numele de catenă matriţă sau
  catenă antisens, în contrast cu cealaltă catenă
  care este cunoscută ca şi catenă codificatoare sau
  catenă sens.
• Secvenţa de baze a ARN sintetizat va fi identică faţă
  de catena codificatoare, cu menţiunea că uracilul
  înlocuieşte timina.
• ARN polimerazele sunt enzime multisubunitare mari
  şi complexe, care au capacitatea de a identifica
  locul în care este iniţiată sinteza ARN pe matriţa
  ADN.
• Spre deosebire de ADN polimeraze, ARN
  polimerazele nu au nevoie de amorsă. Cele două
  catene de ADN se separă la locul de iniţiere a
  sintezei.
• Nucleii celulelor eucariote conţin 3 tipuri distincte de
  ARNpolimeraze:
• -ARN polimeraza I este localizată în nucleoli, unde
  se găsesc genele ribozomale şi catalizează sinteza
  precursorilor majorităţii moleculelor de ARNr 18S, 5,
  8S, 28S;
• -ARN polimeraza II este localizată în nucleoplasmă
  şi catalizează sinteza precursorilor ARNm şi a unor
  snARN (ribonucleoproteine mici);
• -ARN polimeraza III este localizată în
  nucleoplasmă şi catalizează sinteza precursorilor
  moleculelor ARNr, 5S şi o varietate de mici
  fragmente de ARN nucleari şi citoplasmatici (ARNt, ,
  snARN, 7SL-ARN).
• Ultima linie a următoarei imagini este secvenţa
  primului exon a genei apoproteinei AII. Cele
  900 nucleotide care o preced conţin numeroase
  secvenţe recunoscute de proteine care permit
  începerea transcripţiei sau reglarea acestei
  etape.
• Porţiunea de ADN care va fi transcrisă se
  numeşte unitate de transcripţie. Aceasta este
  delimitată de un promotor, urmat de un punct
  de iniţiere sau „start point” notat cu +1, locul
  unde este încorporat primul nucleotid de
  unde începe transcripţia şi un terminator
  unde se termină transcripţia (Fig. 19).
Secvenţa unui promotor.
• Promotorii pentru ARNpolimeraza sunt pe
  latura 5' a startului (în amonte).
• Secvenţa aflată înaintea punctului start, se
  numeşte din amonte, iar cea de după punctul
  start, în aval.
•     Promotorului i se disting următoarele
  secvenţe:
• -secvenţă numită caseta TATA(sau domeniu) ,
  care este recunoscută specific prin proteinele
  TFIID, cofactor al ARN polimeraza II;
• -secvenţe sau casetă CAAT şi GG box, pe care
  vin să se fixeze alte proteine de transcripţie
  CTF şi SP1.
• Activităţile multor promotori sunt amplificate
  de către secvenţe de ADN (enhancers)
  situate la distanţă până la câteva sute de
  perechi de baze de promotor.
• Asemenea amplificatori sunt recunoscuţi de
  proteine specifice denumite factori de
  transcripţie care stimulează legarea
  ARNpolimerazei de un promotor vecin.
• Faptul că amplificatorii sunt aşezaţi la distanţă
  (considerând ADN liniar) faţă de promotorii pe
  care îi controlează este explicat pe baza
  împachetării ADN prin care ia naştere o
  structură terţiară care aduce cele 2 elemente
  în poziţii apropiate.
• Enhancerii. Aceste secvenţe de ADN sunt localizate
  în 5' sau 3' a unei gene într-un exon sau intron.
• Funcţia lor este interdependentă de poziţie şi
  orientare.
• Fiecare enhancer conţine unul sau mai multe situri
  de fixare pentru un factor de transcripţie. care
  acţionează sinergic. Această secvenţă stimulează
  expresia genei.
• Silancerii. Această secvenţă diminuă sau inhibă
  expresia genei. Sunt localizaţi adesea între promotori
  şi enhanceri, sunt numiţi antienhanceri.
• Factori care acţionează în transcripţie. Sunt
  proteine care acţionează asupra ADN prin activarea
  sau inhibarea parţială sau totală a receptorilor
  transcripţiei.
• Enzima cheie în transcrierea genelor pentru
  proteine structurale este ARN polimeraza II.

• Promotorii recunoscuţi de această enzimă
  sunt mult mai mari şi mai diverşi.

• Primul nucleotid (situsul start) al secvenţei ADN
  este notat cu +1, urmat de +2 etc. Nucleotidul
  dinaintea situsului start este notat cu-1.
• Factorii care sunt produşi ai genelor, altele
  decât cele pe care ei le controlează, sunt
  denumiţi factori trans-acting sau trans-
  activatori.

• Genele individuale sunt transcrise în ARN
  monocistronici individuali codificând
  proteine singulare.
• Astfel trebuie să existe alte căi de coordonare
  ale transcripţiei, mai ales că adesea, genele
  implicate sunt pe cromozomi diferiţi.
• În acest fel, producerea unei molecule de anticorp
  funcţional necesită sinteza de proteine
  imunoglobulinice cu lanţ greu (H) sau uşor (L).
• În timp ce locusul lanţului greu H este pe
  cromozomul 14 la om, genele lanţului uşor sunt pe
  cromozomii 2 şi 22.
• O situaţie similară există şi în cazul hemoglobinei,
  unde familia α-globinei este pe cromozomul 16 la
  om, şi gena β-globinelor pe cromozomul 11.
• Antibioticul actinomicina D inhibă transcrierea
  prin legarea de matriţă, în timp ce rifampicina
  inhibă transcrierea prin legarea de
  ARNpolimeraza.
• La virusurile cu ADN dublu catenar,
  transcrierea va avea loc la fel ca în celulele
  normale, de obicei utilizând ARN polimeraza
  din nucleul celulei gazdă.
• Genele sunt situate pe cele două lanţuri ADN
  de la stânga la dreapta şi de la dreapta la
  stânga. Genele apolipoproteinei AI şi AIII sunt
  vecine.
Catenă sens şi antisens.
• Factori de transcripţie

• De caseta TATA se leagă un complex de
  proteine cunoscut ca TFIID (factor de
  transcriere D pentru ARN polimeraza II).

• În acest complex numai o proteină, cunoscută
  ca TPB (TATA binding protein) se leagă direct
  de ADN, alte proteine ale complexului legându-
  se prin asociere cu TPB.
• Controlul transcrierii prin hormoni
• Mulţi hormoni îşi exercită efectele biologice
  prin legarea la receptori de suprafaţa
  celulară care activează mesageri secundari
  cum este AMPc.
• Hormonii steroizi şi tiroxina acţionează în mod
  diferit.
• Ei intră în celula ţintă şi se leagă de proteine
  receptor specifice în citosol.
• Aceştia migrează în nucleu şi controlează
  transcrierea prin legare la ADN şi controlează
  exprimarea a 50-100 de gene.
• Reglarea expresiei genelor
• Sinteza ARNm se mai numeşte expresie
  genică, deoarece din molecula de ADN
  reprezentată de o genă, când este activată se
  transcrie un ARNm pentru o proteină dată.
• Genele din genomul celulelor eucariote sunt
  întrerupte de secvenţe care nu vor fi regăsite în
  secvenţa proteinelor.
• Astfel unitatea transcriptibilă a genei la
  eucariote este formată din introni şi exoni.
• Reglarea întregii căi metabolice se face în
  principal de la prima reacţie pentru a nu
  sintetiza intermediari inutili. Expresia unei
  gene reglatoare este legată de 4 nivele:
• transcripţia;
• maturarea transcriptului;
• transducţia;
• activarea proteinelor mature.
• Punctul de control principal al transcripţiei
  este ARN polimeraza I, enzima cheie a
  expresiei unei gene.
• Cis şi transreglatoare
• Secvenţa nucleotidelor promotorului factorul
  cis reglator este recunoscută printr-o
  clasă de proteine specifice 8 factori
  transreglatori a căror structură permite o
  legătură cu ADN (ADN proteine de legătură).
• Factorii transreglatori influenţeză viteza
  de transcripţie. Ei pot fi enhanceri cu rol
  activator, sau pot fi inhibitori (secvenţe
  silencer). Legătura lor cu ADN depinde de
  circumstanţe fiziologice care induc sau
  reprimă expresia genelor.
• Există elemente esenţiale prezente în
  majoritatea genelor:
• elementul principal este caseta TATA ;
• elemente de bază, ca octamer recunoscut de
  factorul OCT1 prezent în aproape toate
  celulele.
• Există elemente care răspund la factori a căror
  prezenţă depinde de semnale care parvin la
  celule, în special hormoni ca insulina sau
  mesagerii de ordinul II ca AMPc.
• Astfel, promotorul lipoprotein- lipazei conţine
  TATA box, elemente ale promotorului de bază,
  elemente de răspuns la hormoni şi elemente de
  expresie tisulară specifice.
• În promotorul genelor există 20-30 situsuri
  de fixaţie pentru factorii transreglatori din
  care majoritatea au efect inductor, sau
  represor asupra expresiei unei gene.
• Recunoaşterea ADN de către proteine

• Au fost identificate 3 motive proteice
  importante:
•
• motivul elice-cot-elice helix-turn-helix,

• proteină de tip amprentă de Zn sau zinc finger,

• proteine fermoar de leucină -leucine zipper.
• Domeniu helix-buclă-helix, permite
  legarea specifică a helixului α cu
  nucleotide în marele silon, în jur de 10
  perechi de baze.
Proteine de legătură ADN.
• Reglarea expresiei genelor în timpul
  hipoglicemiei
• hipofiză secretă ACTH. Acesta provoacă secreţia
  cortisolului de către celulele zonei fasciculate.
• Cortisolul acţionează asupra ficatului şi se leagă
  de proteine specifice, receptorii pentru cortisol.
  Aceste proteine leagă hormonii constituind
  factorii trans-reglatori.
• Factorii transreglatori trec în nucleul hepatocitelor
  se leagă de ADN la nivelul promotorului
  anumitor gene care au elemente cis reglatoare
  specifice: GRE (glucocorticoid responsive
  element).
• Legătura factorilor transreglatori cu secvenţa
  cis-reglatoare vor activa transcripţia genei în
  aval de acest promotor de unde se
  sintetizează mesagerul în concentraţie mare.
  Mesagerii astfel produşi vor induce sinteza
  enzimelor ce aparţin căii gluconeogenezei.
• Creşterea concentraţiei acestor enzime în
  hepatocite va permite transformarea
  aminoacizilor în glucoză, care va fi
  eliberată în circulaţie şi va ajunge la creier;
  are loc o creştere a nivelului glicemiei.
Reglarea hipoglicemiei
• Reglarea la efort
• Stresul activează mecanisme care pregătesc
  organismul pentru efort fizic, care necesită utilizarea
  glicogenului pentru contracţia musculară.
• Creierul activează medulosuprarenala pe cale
  nervoasă pentru producerea adrenalinei. Dacă
  concentraţia glucozei în sânge este scăzută
  (hipoglicemie) pancreasul secretă glucagon. Cei
  doi hormoni acţionează asupra muşchilor şi a ficatului
  activând sinteza AMPc.
• Acesta din urmă este activator a protein-kinazei A,
  care este capabilă să fosforileze CREB (AMPciclic
  element responsabil de legarea proteinelor).
• CREB-P fosforilate vor trece în nucleul celulei şi se
  leagă de ADN la nivelul promotorului unor gene, care
  au un element cis reglator specific: CRE (elemente
  responsabile de AMP cilcic).
• Legarea factorilor trans-reglatori (CREB
  fosforilate) pe secvenţa elementelor cis-
  reglatoare (secvenţe TGACGTCA), vor activa
  transcripţia genei în aval de promotori, care
  atrage sinteza mesagerilor.
• Mesagerii astfel produşi vor induce sinteza
  enzimelor aparţinând căii de glicogenoliză.
• Creşterea concentraţiei acestor enzime în
  muşchi vor permite transformarea
  glicogenului în energie care va fi utilizată
  pentru contracţia musculară.
Reglarea la efort.
• ARN polimeraza II
• Este enzima transcripţiei genelor exprimate
  sub formă de proteine. Ea este inhibată
  specific de toxic extras Amanite phalloide, α
  amanitină.
• ARN polimeraza II este prezentă în toţi nucleii
  celulelor.
• Transcripţia pe care o catalizează, necesită
  ribonucleotide trifosfat ca substrat (ATP, CTP,
  GTP, UTP) şi mai mulţi cofactori proteici
  (factorii de transcripţie TFIIA până la TFIIJ).
• Mecanismul transcripţiei
• Iniţierea
• Primul care recunoaşte promotorul şi în special
  TATAbox, este factorul de transcripţie D (s-a
  notat TFIID de la transcriptional factor TF şi II
  de la ARN polimeraza II). El se leagă de
  secvenţa TATAbox prin TBP (TATA Binding
  Protein).
• Acest factor odată legat de ADN v-a atrage şi
  alţi factori de transcripţie, cât şi ARN
  polimeraza.
• Dacă ARN polimerazele sunt universale,
  identice pentru toate celulele şi ţesuturile,
  factorii de transcripţie sunt specifici pentru
  anumite ţesuturi.
• Ei joacă un rol important în diferenţierea
  celulară şi menţinerea tipurilor de celule.
• Pe lângă aceşti factori de transcripţie
  implicaţi direct în sinteza ARN, există şi
  proteine care reglează desfăşurarea
  procesului, în sensul că îl intensifică,
  atenuează , nu blochează.
• Transcripţia poate începe dacă sunt prezente şi
  ribonucleotidele substrat.
• Complexul de iniţiere al transcripţiei
  recunoaşte o secvenţă de aproximativ 100
  nucleotide a lanţului antisens de ADN.
• TFIIH provoacă deschiderea şi derularea
  parţială a dublului helix la acest nivel.
• Transcripţia începe la a 22-a nucleotidă de pe TATA
  box, în direcţia opusă elementelor GC-CAAT şi se
  continuă crescând lanţul antisens în direcţia
  extremităţii sale 5.
• Formarea acestui complex este activată sau inhibată
  de factori transreglatori legaţi de secvenţa cis
  reglatoare a aceluiaşi promotor.
• Legarea TFIID pe ADN
• Fixarea factorului TFIID pe TATAbox este prima
  etapă a complexului de iniţiere a transcripţiei.După
  această fixare se deformează dublul helix de manieră
  importantă. Acest ansamblu va servi ca punct de
  ancoraj pentru alţi factori de iniţiere a transcripţiei ,
  după cum urmează:
• -complexul ADN-TFIID acţionează ca un situs de
  legare pentru un alt factor: TFIIB care leagându-se va
  stabiliza complexul. Acest factor are acţiune ATP-
  azică, eliberând energia necesară desfacerii catenelor
  de ADN, pentru formarea aşa zis-ului complex deschis
  (open);
• -la acest complex se asociază alţi factori : TFIIE şi
  TFIIH;
• -apoi la acest complex se leagă ARN polimeraza II şi
  în urma unui proces ATP-dependent începe iniţierea
  transcripţiei. Iniţierea începe cînd s-a format
  complexul de iniţiere, la nivelul promotorului genei
  ţintă;
• -la acest complex se asociază un alt factor : TFIIF,
  care este factorul de elongaţie.
• Acest factor împiedică terminarea prematură a
  sintezei ARN.
• ARN polimeraza I şi II formaeză complexe cu
  factori de transcripţie care se leagă upstream
  (deci înaintea punctului de iniţiere) pe când
  majoritatea factorilor de transcripţie pentru ARN
  polimeraza II se leagă downstrem (chiar la
  mijlocul unităţii de transcripţie).
Iniţierea transcripţiei
• Reglarea ARN polimerazei
• Activatorii sau inhibitorii transcripţiei (factori
  trans-reglatori) sunt proteine produse de ARN
  polimeraza II şi ca urmare induc sau reprimă
  expresia genelor transcrise.
• Situsul de fixare a acestor factori transreglatori
  pe ADN sunt secvenţe specifice numite
  elemente cis reglatoare.
• Cuplul elemente cis reglatoare cu factorii
  transreglatori legaţi, intră în contact cu
  complexul de iniţiere a ARN polimeraza prin
  intermediul unui ansamblu de proteine
  numite mediatori.
Reglarea ARN polimerazei

				
DOCUMENT INFO
Shared By:
Categories:
Tags:
Stats:
views:8
posted:8/10/2011
language:Romanian
pages:55