Ugrás a tartalomhoz

Molekuláris biológia I-II.

Bálint Miklós (2010)

Educatio Társadalmi Szolgáltató Nonprofit Kft.

7.17. Az eukarióta genom expressziójának szabályozása

7.17. Az eukarióta genom expressziójának szabályozása

Az eukarióta génkifejeződés regulációjának megértése legalább húsz évvel elmaradt a prokariótákhoz viszonyítva. Ennek számos oka van. Így pl. a genetikai analízis jóval nehezebb a sokkal kisebb egyedszám és a szaporodási ráta lassúsága miatt. A szövettenyésztés módszereinek kifejlesztése némileg segít a helyzeten, továbbá az, hogy a szomatikus sejtek nem mennek át genetikai rekombináción, ami elnyomhatná a mutációt, de a genetikai manipuláció is nehezebb, mint prokarióták esetén. Ennek ellenére a manipuláció lehetséges, és a 70-es évektől kezdve nagyon felgyorsult a kutatás ezen a területen is. A működő eukarióta géneket cDNS-géntárakból tudjuk izolálni, és ezáltal lehetséges ezek szerkezetének meghatározása akár magában a genomban is. Az ún. helyspecifikus mutagenezis révén (site-directed mutagenesis) az izolált gén tetszőlegesen módosítható és a módosítás eredménye jól tanulmányozható E. coliban, élesztőben vagy in vitro sejttenyészetben való fehérjekifejezés után is.

Idegen gének kifejezése soksejtű organizmusokban is lehetséges úgy, hogy az adott DNS-t a megtermékenyített petesejt magjába juttatjuk, és így transzgenikus állapotot nyerhetünk. Sőt egyes géneket el is távolíthatunk pl. egérből (knock out technika), és így a gén funkciójára in vivo is fény derülhet.

Tény, hogy előbb tanultuk meg az eukarióta genomot manipulálni, semmint hogy megismertük volna a teljes szerveződését.

A következőkben a transzkripcionálisan aktív kromatinról, a transzkripció iniciálásáról és egyéb módozatokról írunk, majd a sejtszaporodás regulációja és a rák problémakörét tárgyaljuk.

Az eukarióta genom, mivel a kromatinállományba szerveződött, ezért speciális faktorokat igényel ahhoz, hogy a DNS-hez hozzáférjenek a transzkripciós ,,szerkezetek” és megtalálják a promotereket. Egy ilyen faktor az élesztő esetén a Swi/Snf komplex, ami az RNS-polimeráz II holoenzim tíz alegysége közül (RPB1–10 RNS polimerase B) az egyik C-terminális doménjével (CTD) kapcsolatos.

Az RPB1 alegység C-terminális doménje (CTD) 27-szeres ismétlődésben tartalmazza a PTSPSYS aminosav-szekvenciát. Ezen szekvenciák 5. és 7. aminosava szerin, ami rendkívül hidrofillá teszi ezen régiót, továbbá számos helyet kínál a foszforiláció számára. A CTD régió 50 nm hosszú, ki is nyúlik az egyébként globuláris fehérjéből. A CTD-régió eszenciális az RNS-polimeráz II funkciója szempontjából. Ugyanis csak az az RNS-polimeráz II kezdi a transzkripciót, aminek a CTD régiója szeril oldalláncai nem foszforiláltak. A transzkripció elongációja viszont csak akkor folyik, ha ezen szeril oldalláncok foszforilálódnak. (Vagyis az iniciációs komplex így alakul elongációs komplexé.) A termináció után egy foszforilázenzim az RNS-polimeráz II CTD-régióját defoszforilálja.

A Swi/Snf komplex feltárja, kinyitja a nukleoszómákat ATP hidrolízise közben, és így elősegíti az RPB-fehérjék és más aktivátorfehérjék a DNS-hez való kötődését.

Egy másik tényező a kromatin visszaalakulását idézi elő. Ez a nukleoszómát alkotó hisztonok aminocsoportjainak (Lys) acetilálása. A hiszton-acetil-transzferáz (HAT) enzim megszünteti a hisztonok pozitív elektrosztatikus töltését, és így a DNS negatív töltésű foszfátcsoportjaihoz való kötődését. A folyamatot viszont a hiszton-deacetiláz (HDAC) fordítja meg, ami eltávolítja az N-acetil-csoportokat. A két folyamat egymással ellentétes, de tény, hogy a hisztonok acetilálása elősegíti a génexpressziót.

Figyelemre méltó, hogy a génexpresszió szabályozása alá tartoznak a metabolikus enzimek szintjének meghatározása, a sejtosztódás, az embriófejlődés részleteinek kontrollja és a sejtdifferenciálódás egyes folyamatainak szabályozása is. Mindezen koordinált regulációs folyamatok egy olyan sejtben mennek végbe, ahol a DNS mennyisége és sokfélesége igen jelentős. Az eukarióta gének is rendelkeznek promoter és más regulátor elemekkel, amelyek analógok a prokarióta géneknél megismert hasonló DNS-részletekkel, de az eukarióta struktúrgének ritkán szerveződnek olyan csoportokba, mint amilyenek az operátorok a prokarióták esetén. Az eukarióta gének mindegyike egy olyan speciális regulátor DNS- szekvenciával rendelkezik, ami az adott gén kifejeződését szolgálja. Ezen regulátor szekvenciák némelyike általános transzkripciós faktorokkal reagál, míg mások speciális faktorokkal reagálnak csak. Ezenkívül a mRNS stabilitása az eukarióta génexpresszió esetén nagyobb jelentőségű, mint prokarióták esetén. Ugyanis az eukarióta mRNS-ek féléletideje sokkal hosszabb, mint a prokariótáké. Így kifejeződésük ,,féléletideje” is jelentősebb!