Informácie

Prednáška 26: Regulácia génovej expresie, eukaryotika 2018 - Biológia

Prednáška 26: Regulácia génovej expresie, eukaryotika 2018 - Biológia


We are searching data for your request:

Forums and discussions:
Manuals and reference books:
Data from registers:
Wait the end of the search in all databases.
Upon completion, a link will appear to access the found materials.

Prednáška 26: Regulácia génovej expresie, eukaryotické 2018

Kontrola génov a kontrola transkripcie | Bunková biológia

V tomto článku budeme diskutovať o kontrole génov a kontrole transkripcie:- 1. Kontrola transkripcie v kvasinkách 2. Mechanizmus účinku aktivátora a represora u eukaryotov 3. Regulácia génovej expresie pomocou represorov 4. Niektoré príklady génovej regulácie u eukaryotov 5. Kontrola translácie na iniciačnej úrovni 6. Génová regulácia na úrovni spracovania RNA a iné.

  1. Transkripčná kontrola v kvasinkách
  2. Mechanizmus účinku aktivátora a represora v eukaryotoch
  3. Regulácia génovej expresie pomocou represorov
  4. Niektoré príklady génovej regulácie u eukaryotov
  5. Kontrola translácie na iniciačnej úrovni
  6. Génová regulácia na úrovni spracovania RNA
  7. Úloha chromatínovej štruktúry v génovej regulácii
  8. Transkripčné signály pre kontrolu génov v eukaryotických bunkách

1. Kontrola transkripcie v kvasinkách:

Kvôli menšej veľkosti genómu a ľahkej per­formnej genetickej analýze v kvasinkách sa v tomto organizme vykonala značná práca na kontrole transkripcie. Väčšina mechanizmov kontroly transkripcie v kvasinkách má podobnosť s mechanizmami eukaryotických organizmov. Toto bolo ďalej dokázané pri získaní rovnakej odozvy kvasinkových transkripčných kontrolných sekvencií v cicavčích bunkách (obr. 16.8 a 16.9).

Transkripčné kontrolné sekvencie kvasiniek majú 3 kontrolné prvky:

iii. Upstream aktivačné miesto (UAS).

Element UAS má rovnaké vlastnosti ako enhancerové sekvencie vyšších eukaryotov.

Element alebo miesto UAS aktivuje génovo špecifickú reguláciu naviazaním produktu regulátora na miesto UAS. Napríklad galaktóza sa viaže na miesto UAS, aby udelila transkripčnú aktiváciu génov kódujúcich enzýmy metabolizujúce galaktózu. Existujú rôzne typy proteínov z génov HAP1, HAP 2 a HAP 3, ktoré aktivujú transkripciu mnohých génov, ako je gén CYC 1 kódujúci izo-1-cytochróm C.

Existujú niektoré faktory, ktoré môžu potlačiť transkripciu v kvasinkách, ktoré sú známe ako si­lencery (transakčné proteíny). Tlmiče majú podobnosť so zosilňovačmi eukaryotov v mnohých charakteristikách. Jedným z takýchto príkladov je RAPI. Ale tento RAPI proteín môže pôsobiť ako aktivátor a represor v závislosti od väzbového miesta.

2. Mechanizmus účinku aktivátora a represora v eukaryotoch:

Je známe, že v určitom štádiu vývoja každá bunka používa určité gény na riadenie produkcie iných molekúl a hovorí sa, že tieto sú zapnuté a tie, ktoré sa neexprimujú, sú vypnuté. Expresia týchto génov je teda regulovaná.

Táto expresia génov je regulovaná nielen počas vývojových štádií, ale aj počas života diferencovanej bunky. Napríklad rakovinové bunky sa začnú deliť, keď normálne bunky nie. V rakovinových bunkách sú určité gény zapnuté, keď by mali zostať vypnuté.

Prvým krokom v génovej expresii je transkripcia RNA z DNA. Transkripcia začína väzbou RNA polymerázy a iných proteínov na určitú špecifickú sekvenciu DNA (promótor), ktorá následne aktivuje gén (obr. 16.10). Aktivita RNA polymerázy môže byť riadená niektorými regulačnými proteínmi, ktoré sa viažu na niektoré špecifické miesta DNA.

Regulačný gén je na oboch stranách lemovaný väzbovými miestami pre regulačný proteín. Jeden gén môže mať viac ako jeden regulačný gén s rôznymi sekvenciami, na ktoré sa viažu regulačné proteíny. Keď sa regulačný proteín naviaže na správnu sekvenciu, transkripcia génu sa spustí pomocou RNA polymerázy a ďalších faktorov.

Regulačné miesta môžu byť prítomné aj v génoch (obr. 16.11). Interakcia proteín-proteín prebieha pomocou slučky. Interakcia prebieha medzi proteínmi, ktoré sa viažu na oddelené miesta na DNA, pričom intervenujúca DNA vytvára slučku na uskutočnenie interakcie.

Inými slovami, regulačné proteíny sa viažu na špecifickú sekvenciu na DNA a môžu regulovať transkripciu dotykom proteínov viažucich sa na susedné miesta alebo s určitými inými proteínmi. Eukaryotické gény sa vo všeobecnosti transkribujú na nízkych úrovniach, pokiaľ nie sú prítomné nejaké aktivátory.

Represorové proteíny tiež regulujú génovú expresiu v eukaryotoch blokovaním činnosti aktivátorov. Účinok eukaryotického aktivátora je podobný účinku represorov. Vo väčšine eukaryotov je väzbové miesto aktivátora oddelené od génu, a tak intervenujúca DNA musí vytvoriť slučku, aby došlo k interakcii (obr. 16.12).

Proteín, ktorý sa viaže na aktivačnú oblasť, sa nazýva cieľový proteín. Asi 50 cicavčích proteínov bolo identifikovaných ako aktivátory – aktivujú gén po zhode so správnym väzbovým miestom.

Aktivačné oblasti DNA sa môžu líšiť svojou silou, t.j. jedna je účinnejšia ako druhá, keď sú obe umiestnené v rovnakej vzdialenosti od génu. To znamená, že rôzne aktivačné oblasti sa viažu na cieľ s rôznymi afinitami.

Na obr. 16.13 je silnejšia aktivačná oblasť označená štyrmi zubami a slabšia oblasť je označená dvoma zubami. Keď je regulačné miesto prítomné vo veľkých vzdialenostiach od génu, aktivuje gén, ak má aktivačná oblasť silnejšie afinity. Opäť platí, že gén, ktorý má viac väzobných miest pre aktivátor, bude transkribovaný na vyššiu úroveň, ak má aktivátor slabé afinity.

3. Regulácia génovej expresie pomocou represorov:

V eukaryotoch existujú dva typy represorov, ktoré môžu regulovať aktiváciu génov. Prvý typ je podobný represoru, ktorý pôsobí stérickou oklúziou. Viaže sa s väzbovým miestom aktivátora v DNA pevne, takže skutočný aktivátor sa nemôže viazať a teda kompetíciou potláčať (obr. 16.14).

Druhý typ represora nie je regulovaný konkurenciou. Tieto molekuly majú DNA väzbovú oblasť a represívnu oblasť, ktorá je analogická s aktivačnými oblasťami (obr. 16.15). Tento druhý typ represora teda anuluje pôsobenie aktivátorov.

Je potrebné poznamenať, že koncentrácia DNA je oveľa vyššia ako koncentrácia regulačného proteínu v eukaryotoch. Na prekonanie tohto problému musí mať jeden proteín viacero väzbových miest alebo sa na rovnaké miesto môžu viazať dva rôzne proteíny.

Tento jav sa nazýva kooperatívna alebo kooperatívna väzba, ktorá hrá dôležitú úlohu u eukaryotov ako u prokaryotov. Napríklad proteín X sa môže viazať na miesta x a x’ a tento proteín X môže interagovať s proteínom a alebo proteínom b, ktoré sa viažu na susedné miesta (obr. 16.16).

Úroveň transkripcie možno opäť meniť alebo prepínať interakciou niektorých neidentických pro­teínov. Napríklad existujú niektoré proteíny, povedzme proteín A, ktoré sa viažu na DNA bez ovplyvnenia akejkoľvek transkripcie [obr. 16,17(a)].

Interakcia iného proteínu B s A pôsobí ako aktivátor zvyšujúci úroveň transkripcie [obr. 16,17 (b)]. Opäť platí, že v určitom štádiu vývoja sa ďalší proteín, C, viaže s A nahrádzajúcim B, transkripcia je vypnutá [obr. 16,17 (c)].

C tu teda pôsobí ako represor. Tento príklad ukazuje, že regulátory z neidentických komponentov možno použiť na minimalizáciu regulačných molekúl. U eukaryotov má extracelulárny signál, najmä hormón, dôležitú úlohu pri regulácii génovej expresie.

V cicavčích bunkách niektoré gény vykazujú expresiu jednej alely homológneho páru. Niekedy je vyjadrená otcovská dedičná vlastnosť a u iných je vyjadrená kópia zdedená po matke. Tento fenomén regulácie v cicavčích bunkách sa nazýva Imprinting. Opäť platí, že metylácia DNA sekvencií sa môže podieľať na génovej regulácii eukaryotov.

Je dobre známe, že eukaryotická DNA je obalená nukleozómami, ktoré tiež pôsobia ako bariéra pre transkripčný mechanizmus. Hoci niektoré aktivátory pôsobia alebo sa viažu na DNA, kým je obalená v nukleozóme, väčšina aktivátorov sa viaže po disociácii histónov v štruktúre nukleozómu.

4. Niektoré príklady génovej regulácie u eukaryotov:

(a) Myší gén Aioumin:

Tento gén je najaktívnejší v pečeňových bunkách. 200 párov báz pred týmto génom, ktorý má sekvenciu TATA, obsahuje päť väzbových miest pre aktivátory. Existuje ďalších 300 segmentov báz umiestnených asi 10 000 bp proti smeru expresie – to je nevyhnutné pre úplnú expresiu génu.

Toto distálne miesto je známe ako zosilňovač, ktorý vykazuje variácie účinku, keď sa pohybuje do rôznej vzdialenosti od génu. Existujú tiež tri extra oblasti zosilňovača umiestnené asi 30 000 po smere od génu (obr. 16.18).

(b) Gal gény kvasiniek:

Produkty génov Gal sú nevyhnutné pre využitie galaktózy ako zdroja sacharidov v kvasinkách. Keď sa kvasinky pestujú v médiu bez galaktózy, gény Gal zostávajú tiché, ale tieto gény sú exprimované, keď je v médiu prítomná galaktóza.

Dva z Gal génov Gal 1 a Gal 10 sú znázornené na obr. 16.19. Medzi týmito génmi je segment 118 bp s aktivačnou sekvenciou známou ako upstream aktivačná sekvencia (UASG). Ak dôjde k vymazaniu UASG dôjde, gény Gal zostávajú neaktívne.

Opäť, ak UASG je umiestnený v rámci 750 párov báz génu, aktivácia génu začína poklesom aktivity so zvyšujúcou sa vzdialenosťou od génu. V kvasinkách bol produkt génov Gal 4 identifikovaný ako zosilňovač v expresii génu Gal.

5. Kontrola prekladu na iniciačnej úrovni:

Niekoľko znakov 5′ nekódujúcich oblastí eukaryotických mRNA je dôležitých pre kontrolu translácie na iniciačnej úrovni. Tieto oblasti sú 5′ čiapočková štruktúra [m7G(5′)N, kde N je akýkoľvek nukleotid] a 5′ nekódujúca oblasť mRNA. Táto 5′ čiapočková štruktúra je jedinečná v mRNA eukaryotov s výnimkou organel. K metylácii dochádza na 5′ konci mRNA, ktorá je väčšia u vyšších eukaryotov. Najjednoduchšia čiapočková štruktúra (m 7 G-pppN) sa nachádza v nižších eukaryotoch, ako sú kvasinky, ktoré sú známe ako “cap-O”.

Ďalšou dôležitou štruktúrou eukaryotických mRNA sú nekódujúce oblasti s dĺžkou 50-100 nukleotidov, ktoré sú zbavené kodónov AUG. V niektorých organizmoch sa nachádzajú aj dlhšie nekódujúce oblasti, ktoré majú dôležitú úlohu v bunkovom raste a vývoji.

Najdlhšie nekódujúce oblasti 1100 nukleotidov sa nachádzajú v lokuse Antennapedia Drosophila melanogaster. Väčšina z týchto oblastí obsahuje kodóny AUG nasledované terminačným kodónom. Ďalšou jedinečnou vlastnosťou tejto oblasti je prítomnosť voliteľného exónu, ktorý pomáha pri post-transkripčnej kontrole. Napríklad polovica ľudských a škrečkových transkriptov pre 3-hydroxy-3 metyl-glut-aryl-koenzým-A syntázu (HMG-CoA syntáza) obsahuje optimálny exón v 5′-nekódujúcej oblasti. Tieto nekódujúce oblasti môžu regulovať translačný proces v rôznych organizmoch.

1. 5′ nekódujúca oblasť mRNA tepelného šoku môže iniciovať transláciu odolnú voči teplu.

2. Translácia v poliovírusovej RNA týmito oblasťami nezávislá na čiapočke.

3. Železom sprostredkovaná translačná kontrola v ľudskej-fenithovej mRNA pomocou 5′ nekódujúcich oblastí.

4. Kontrola syntézy aminokyselín pomocou 5′ nekódujúcej oblasti GCN4 mRNA.

6. Génová regulácia na úrovni spracovania RNA:

Počiatočným produktom génovej transkripcie je heterogénne pole molekúl RNA (Hn-RNA), ktorých sedimentačné koeficienty sa pohybujú od 20S do 100S. Tieto transkripty RNA potom podliehajú rozsiahlemu spracovaniu počas konverzie na messenger RNA. Existencia génovej kontroly počas spracovania RNA bola prvýkrát zaznamenaná u zvieracích vírusov, ako je adenovírus a SV40.

Primárne transkripty môžu byť spojené rôznymi spôsobmi, aby sa vytvorilo niekoľko mRNA. Rovnaký primárny transkript génu kódujúceho A2 proteín kryštalickej šošovky môže kódovať dva polypeptidové reťazce. Z nich jeden polypeptidový reťazec obsahuje 22 extra aminokyselín, ktoré sú kódované exónom. Tento extra segment je zostrihnutý počas spracovania mRNA pri vytváraní alternatívnej formy proteínu (Proteín XZ na Obr. 16.20).

Tento typ génovej regulácie je niekedy indukovaný mutáciami. Abnormálna štruktúra globínového proteínu, ktorý spôsobuje ochorenie talasémiu, je spôsobená mutáciami blízko koncov intervenujúcich sekvencií. To vedie k abnormálnemu vzoru zostrihu, ktorý spôsobuje defektnú štruktúru hemoglobínu.

Toto je jeden zo spôsobov génovej regulácie, pri ktorej akákoľvek zmena vo vzore zostrihu môže vytvoriť rôzne typy messengerových RNA z rovnakého transkriptu.

7. Úloha chromatínovej štruktúry v génovej regulácii:

Existuje korelácia medzi zmenami v štruktúre chro­matínu a génovou expresiou. Už dávno bolo zaznamenané, že určité oblasti eukárnych a shyotických chromozómov zostávajú počas bunkového cyklu pevne kondenzované. Tieto kondenzované re­gióny sa nezúčastňujú transkripcie a nezvinuté oblasti sa zúčastňujú transkripcie. Prvý je známy ako heterochromatín a druhý je euchromatín.

Heterochromatín sa opäť delí na konštitutívny heterochromatín a fakultatívny heterochromatín. Konštitutívny heterochromatín obsahuje niektoré sekvencie DNA, ktoré sa nikdy neprepisujú, ako napríklad satelitná DNA centroméry. Fakultatívne hete­rochromatín obsahuje sekvencie DNA, ktoré sú schopné transkripcie. Ale tieto DNA môžu byť v určitých typoch buniek neaktívne ako súčasť vývojového procesu.

Príklad fakultatívneho heterochromatínu je veľmi jasný v pohlavných chromozómoch cicavcov. Murray Barr a ďalší ukázali (1950), že bunky samíc cicavcov majú malé, tmavo sfarbené telá chromatínu, ktorý sa nenachádza v bunkách samcov.

Táto štruktúra je známa ako Barrovo telo, ktoré ukazuje, že iba jeden chromozóm X. Keďže k tejto inaktivácii dochádza náhodne, niektoré zrelé bunky budú pochádzať z bunkovej línie, v ktorej je jeden chromozóm X prevedený na heterochromatín.

Túto inaktiváciu jedného chromozómu X u žien prvýkrát preukázal Lyon. Všetky ženy teda obsahujú jeden aktívny chromozóm X, ktorý je neaktívny, a ostatné bunky sa môžu zbaviť buniek, v ktorých je iný chromozóm X neaktívny. Lyon tiež ukázal, že gény pre farby srsti sú prítomné na dvoch X chromozómoch.

Keď sú farby srsti prítomné na dvoch chromozómoch X, samice môžu vykazovať škvrnitú srsť. Napríklad, korytnačia mačka ukazuje farby srsti žltej a čiernej. Tento znak je obmedzený len na ženy. To možno odôvodniť konštatovaním, že výraz žltej farby je prítomný na jednom X chromozóme a čierna farba je na inom X chromozóme.

Biochemická analýza proteínových produktov z týchto génov tiež podporuje vyššie uvedenú myšlienku. Napríklad elektroforetická analýza jedného takého produktu – glukóza-6-fosfátdehydrogenázy – túto myšlienku potvrdila. Dve formy tohto enzýmu boli získané z extraktov z kultúry ľudských buniek dvoch populácií.

Z izolovaných jednotlivých buniek sa získali klony, ktoré v každom prípade vykazujú len jeden typ pásu, ale v dvoch rôznych oblastiach (obr. 16.21). Pôvodná kultúra teda musí mať dva typy buniek, ktoré vykazujú expresiu génov prítomných na dvoch X chromozómoch.

Existujú však aj iné zmeny v štruktúre chromatínu, ktoré vedú k selektívnej aktivácii a inaktivácii špecifických génov. Harold Weintraub a ďalší ukázali, že aktívne transkribované gény sú citlivejšie na trávenie DNAázou I ako neaktívne gény.

DNAáza I má jedinečný charakter štiepenia DNA, keď je ešte pripojená k nukleozómom. Napríklad aktívny globínový gén chromatínu červených krviniek je citlivejší na štiepenie DNAázou I ako globínový gén chro­matínu mozgových buniek, kde globínový gén zostáva neaktívny.

Opäť sa pozorovalo, že citlivosť na štiepenie DNAázou I nezávisí od procesu génovej transkripcie, ale môže vysvetliť zmeny v nukleozomálnej konfigurácii aktívnych alebo potenciálne aktívnych génov.

V blízkosti transkripčne aktívnych miest sú niektoré sekvencie, ktoré môžu byť štiepené stopovým množstvom DNAázy I. Táto oblasť je známa ako hypersenzitívne miesto na DNAázu-I. Toto hypersenzitívne miesto môže mať určitú úlohu vo väzbe buď RNA polymerázy alebo regulačných proteínov zapojených do transkripcie.

V nukleozómoch aktívnych a neaktívnych génov bolo zaznamenaných niekoľko biochemických rozdielov. Na elektrónovej mikroskopickej úrovni však nebol pozorovaný žiadny rozdiel v nukleozomálnej organizácii aktívnych a neaktívnych génov.

Ošetrenie chromatínu aktívnych génov DNAázou I uvoľňuje acetylovanú formu H3 a H4, čo naznačuje, že v chromatíne aktívnych génov sú prítomné acetylované históny. Zistilo sa, že prítomnosť jedného typu polypeptidu známeho ako ubikvitín na histón 2A má určitú úlohu pri modifikácii a syntéze histónov v prokaryotických aj eukaryotických bunkách.

Asociácia ubikvitínu so štruktúrou nukleozómov vedie k degradácii histónov, čo dáva priestor dostupnosti DNA na transkripciu. Pozorovala sa úloha ďalšej skupiny proteínov pri zmene konfigurácie nukleozómov, ktorá je známa ako proteíny HMG (high mobility group).

Z týchto pro­teínov sú HMG 14 a HMG 17 zodpovedné za zvýšenie citlivosti na DNAázu I na aktívne gény. Ďalšia génová regulácia môže byť udržiavaná udelením zmien v štruktúre DNA, ako je amplifikácia génu, delécia génu, metylácia DNA, preskupenia DNA a zmeny v konformácii DNA atď.

(a) Génová amplifikácia:

Rýchlosť transkripcie génového transkriptu závisí od prítomnosti počtu kópií génov prítomných v bunke. V prípade buniek slinných žliaz Drosophila sú v polyténových chromozómoch prítomné tisíce kópií chromozomálnej DNA, čo vedie k syntéze veľkého množstva RNA, ktorú tieto bunky potrebujú.

Počas vývoja vaječných buniek sa syntetizujú viaceré kópie sekvencie DNA pre ribozomálnu RNA na produkciu veľkého počtu ribozómov potrebných pre tieto bunky.

U obojživelníkov dochádza počas vývojových štádií vaječných buniek k tisícnásobnej amplifikácii ribozomálnych génov. Opäť, vajíčka hmyzu počas vývoja ukázali selektívnu replikáciu génov kódujúcich chorionové proteíny, keď sú proteíny potrebné vo veľkom množstve. Toto je ďalší jasný príklad génovej amplifikácie. Tieto gény sa však nachádzajú v chromozomálnej DNA, ktorá vykazuje špecifikovanú oblasť mnohopočetnosti.

Hoci k amplifikácii určitého génu dochádza v určitom štádiu vývoja, existujú gény kódujúce rôzne typy histónov. Tieto gény majú viacnásobný počet kópií histónového génu, aby sa vyrovnali s rýchlou syntézou histónu potrebnou na zabalenie novo syntetizovanej DNA do chromatínových vlákien.

(b) Delécia génu:

Na rozdiel od génovej amplifikácie sa niekedy gény deletujú, keď ich produkty nie sú potrebné. Dobrým príkladom delécie génu sú červené krvinky cicavcov. Tieto bunky odmietajú svoje jadrá po syntéze vhodného množstva hemoglobínu.

V skupine organizmov kôrovcov, ako sú veslonôžky, sú heterochromatické oblasti chromozómov odstránené zo všetkých buniek okrem zárodočných buniek počas raného štádia vývoja.

C) Metylácia DNA:

Väčšina organizmov obsahuje modifikovanú bázu známu ako 5-metylcytozín, ktorá vzniká prenosom metylovej skupiny z S-adenosylmetionínu na cytozínové zvyšky reťazca DNA pomocou enzýmu.

Tieto metylované cytozíny sú umiestnené v blízkosti guanínového zvyšku, ktorý tvorí sekvenciu -CG-. Enzým metylázy vykazuje svoju aktivitu pri metylácii -CG sekvencií, ktoré sú párované so sekvenciami -GC, kde C je už metylovaný.

Zistilo sa tiež, že akonáhle je komplementárny pár metylovaný, tento metylovaný stav sa zdedí na ďalšiu generáciu počas procesu replikácie. Vzorce metylácie DNA sa teda môžu dediť z generácie na generáciu (obr. 16.22).

V mnohých organizmoch bola nájdená určitá korelácia medzi metyláciou DNA a génovou aktivitou. Napríklad cytozínové zvyšky blízko 5′ a globínových génov sú metylované v bunkách, kde hemoglobín nie je potrebný, ale v červených krvinkách tieto cytozínové’ nie sú metylované.

Opäť sa našla určitá korelácia medzi aktivitou génu a zníženými hladinami metylácie DNA. Úloha metylácie pri aktivácii génu sa môže ukázať v experimente s použitím liečiva 5-azacytidínu. Táto zlúčenina je bázickým analógom cytozínu, ktorý nemôže byť metylovaný, pretože obsahuje atóm dusíka namiesto atómu uhlíka, kde dochádza k metylácii.

Počas replikácie teda inkorporácia 5-azacytidínu do DNA vykazuje v ďalšej generácii nedostatočne metylovaný stav aj po odstránení liečiva. Bunky ošetrené 5-azacytidínom vykazovali buď stratu alebo zníženú aktiváciu génov.

Ošetrené bunky niekedy vykazujú rôzne nové typy aktivácie génov. Dokonca aj niektoré heterochromaticky inaktivované X-chromozómy vykazujú aktiváciu génu v ošetrených bunkách. Ale úloha metylácie DNA pri aktivácii génov bola preukázaná vo všetkých organizmoch, takže nemožno zovšeobecniť jej úlohu. Metylácia DNA teda môže byť jedným z rôznych faktorov kontrolujúcich génovú expresiu.

D) Preskupenia DNA:

Tento typ zmeny DNA má určitý vplyv na aktivitu génu, pretože zdedené zmeny v sekvenciách báz majú určitý vplyv na aktivitu génu. Bolo tiež zaznamenané, že tento typ preskupení sa vyskytuje aj pri regulácii génovej expresie počas normálneho vývojového procesu. Tento typ mechanizmu génovej regulácie sa vyskytuje v prokaryotických aj eukaryotických bunkách.

V kvasinkách existujú dva párovacie gény typu a a bunky typu aa, ktoré sa ľahko pária s bunkami typu a, zatiaľ čo bunky rovnakého typu nie sú schopné párenia. Avšak kvasinky môžu prekonať túto bariéru nahradením génu aa opačného typu párenia pri lokus typu párenia.

To je možné, že v sekvencii DNA sú prítomné hlavné neaktívne kópie génov a a aa. Táto náhrada môže byť možná in vitro syntézou hlavných aktívnych génov a ich následným vložením do lokusu typu párenia (obr. 16.23).

Novo vložený gén je potom schopný transkripcie. Tento typ regulácie je známy ako kazetový mechanizmus, pretože vloženie nových génových se­quencií do rovnakého miesta indikuje, ktoré gény budú exprimované – ako keď vložíte kazety do magnetofónu, aby ste počuli špecifickú hudbu.

Proces preskupovania DNA je opäť aktívny pri produkcii viacerých druhov protilátok spájaním rôznych variabilných oblastí s rovnakou konštantnou oblasťou.

(e) Zmeny v konformácii DNA:

Génová aktivita môže byť tiež regulovaná zmenou trojrozmernej konformácie štruktúry DNA. Jedným typom tejto zmeny je zmena vinutia dvojitej špirály DNA. Počas transkripcie dochádza k odvíjaniu špirály DNA v lokalizovanej oblasti, aby sa umožnilo párovanie báz na syntézu nového reťazca RNA.

Zistilo sa, že DNA prokaryotických aj eukaryotických buniek tvorí slučky, ktorých konce sú fixované, pretože DNA sa nemôže otáčať. Tento typ lokalizovaného odvíjania v pevnej štruktúre vytvorí napätie v špirále DNA a vytvorí pozitívnu supercoil.

Tento stav nie je priaznivý pre transkripciu, teda brzdí rýchlosť transkripcie. Tento problém u baktérií rieši enzým DNA gyráza, ktorý odoberá energiu z rozkladu ATP a vytvára negatívnu su­percoil (obr. 16.24).

Keď transkripcia prebieha prostredníctvom lokalizovaného odvíjania špirály DNA v tejto negatívnej nadzávitnicovej štruktúre, napätie vyvinuté v dôsledku odvíjania nemôže generovať žiadne pozitívne superzávitnice, a tak sa dá vyhnúť zníženiu rýchlosti transkripcie. Úloha DNA gyrázy pri regulácii génovej aktivity bola potvrdená použitím inhibítorov DNA gyrázy.

Opäť boli pozorované zmeny v konformácii DNA s objavom Z-DNA Richom v eukaryotických bunkách. Normálna forma DNA, známa ako B-DNA, má usporiadanú kostru fosfátu cukru ako hladkú pravotočivú špirálu. Ale Z-DNA je ľavotočivá špirála s cikcakovým cukrovofosfátovým reťazcom (obr. 16.25).

Prítomnosť Z-DNA bola pozorovaná v zosilňovačoch a iných kontrolných sekvenciách molekúl vírusovej DNA, čo viedlo k vytvoreniu myšlienky, že má úlohu pri regulácii génovej aktivity. Hoci Rich prvýkrát pozoroval Z-DNA v syntetických molekulách, protilátky proti Z-DNA sa našli v normálnych bunkách. Jedným z možných faktorov pri tvorbe Z-DNA v normálnej bunke môže byť metylácia CG sekvencií.

8. Transkripčné signály pre kontrolu génov v eukaryotických bunkách:

Počas vývoja sa v bunkách - tkanivách vytvára veľké množstvo signálov aktivujúcich gén, ktoré pomáhajú pri iniciácii génovej expresie. Z týchto najbežnejších signálov sú rôzne typy hormónov u zvierat.

Niektoré hormóny môžu priamo kontrolovať aktivitu génov alebo ovplyvňovať pôsobenie enzýmov, ktoré sú už v bunke prítomné. Tieto hormóny môžu byť produkované v akejkoľvek vzdialenej bunke a potom sú transportované do cieľovej bunky/orgánu cez obehový systém.

Hormóny štítnej žľazy a glukokortikoidy (steroidy) ovplyvňujú viac génov v tkanivách ako jeden gén. Inzulín a rastové hormóny majú podobnú funkciu v mnohých tkanivách. Existujú aj niektoré proteínové faktory so špecifickými funkciami.

Napríklad nízkomolekulárne proteíny – povedzme Interferon’s – pomáhajú bunkám stať sa odolnými voči rastu rôznych typov vírusov. Interferón má špeciálnu interakciu bunka-proteín na štúdium génovej regulácie v mnohých bunkách.

Okrem steroidov a hormónov existujú aj niektoré polypeptidy alebo proteíny, ktoré uplatňujú svoj účinok pri prichytávaní na povrch buniek. Po naviazaní na bunkový povrch sú niektoré proteíny transportované dovnútra, kde zohrávajú aktívnu úlohu v signálnych génoch. Opäť platí, že kontakty medzi bunkami majú tiež úlohu pri kontrole expresie eukaryotických génov.

V nižších eukaryotoch, ako sú kvasinky, majú environmentálne signály a nutričný stres jednoznačnú úlohu pri kontrole génovej expresie. Napríklad hladovanie aminokyselín v kultúre kvasinkových buniek vedie k zvýšeniu hladín biosyntetických enzýmov na zvýšenie produkcie týchto aminokyselín, ako je tryptofán, histidín, izoleucín a valín atď.

Bol zaznamenaný určitý vplyv nutričného stresu na génové pôsobenie buniek cicavcov. Väčšina cicavčích buniek má schopnosť syntetizovať puríny a pyrimidíny, takže médiá tieto zlúčeniny počas kultivácie týchto buniek nevyžadujú. Ale keď sa do média pridá adenín (purín), bunky pripravia 100 % adenínu a guanínu z adenínu pridaného do média.

Ak sa teraz do média pridá uridín, bunky nezastavia syntézu uracilu a cytozínových zvyškov. To znamená, že adenín je signál, ktorý inhibuje pri akomkoľvek zastavení dráhy syntézy purínov, zatiaľ čo pyrimidín (uridín) nevykazuje žiadny inhibičný účinok na dráhu syntézy pyrimidínu (obr. 16.26).

Niektoré eukaryotické bunky opäť vykazujú odpoveď v génovej aktivácii na zvýšenie teploty alebo tepelný šok so syntézou nejakého špeciálneho typu proteínov.

16.26: Regulácia biosyntézy purínov a pyrimidínov Obr.


Mechanizmus expresie eukaryotických génov | genetika

V tomto článku budeme diskutovať o mechanizme expresie eukaryotických génov, najmä u ľudí.

1. V mnohobunkovom organizme každá bunka exprimuje podskupinu svojich génov.

2. Bunka exprimuje rôzne gény v závislosti od stavu rastu alebo prostredia.

3. Niekedy sú génové transkripty v rôznych bunkách zostrihané odlišne.

4. Každý gén nesie nielen štrukturálne informácie, ale aj pokyny pre jeho správnu expresiu v priestore a čase.

5. Rovnako ako v prípade prokaryotov (promótor), aj u eukaryotických génov sa zistilo, že zdieľajú motív com­mon v ich 5′-lemujúcej oblasti.

6. Jedným z dôležitých motívov bola sekvencia TATAA, ktorá sa často nachádzala asi 25 až 30 bp 5′ od začiatku transkripcie (táto sekvencia sa podobala na -10 element v bakteriálnom promótore).

7. Iné sekvencie bežne nachádzajúce sa pred génmi zahŕňajú CCAAT a GGGCG (GC boxy).

8. Pozícia CCAAT a GC boxu bola variabilná, ale vždy boli ďalej od -génu ako TATAA.

9. Všetky tieto tri sekvencie riadia eukaryotickú transkripciu.

10. Zosilňovače sú ďalšie sekvencie nachádzajúce sa v bunkových génoch, ktoré sú zvyčajne dlhé 50-150 bp.

Obr.

12. Enhancery sú tkanivovo špecifické a/alebo regulované signálmi.

13. Primárnou funkciou zosilňovača je viazať bunkové transkripčné faktory.

14. Vo všeobecnosti existujú dva široké druhy proteínových faktorov, z ktorých niektoré sú známe ako všeobecné faktory potrebné na iniciáciu všetkých promótorov, zatiaľ čo iné sú špecifické pre gény a sú potrebné len pre určitých promótorov.

15. Z rôznych všeobecných faktorov transkripčný faktor II D (TF IID), ktorý sa viaže na sekvenciu TATAA.

16. V skutočnosti sú génovo špecifické transkripčné faktory DNA birding proteíny.

17. Enhancery majú vlastnosť aktivovať génovú expresiu na veľké vzdialenosti.

18. Zistilo sa, že transkripčné faktory obsahujú dve funkčné domény, jednu pre väzbu a zakrytie DNA a druhú pre aktiváciu a skrytie transkripcie.

19. DNA väzbová doména trans­kripčných faktorov spadá do niekoľkých štruktúrnych rodín, ktoré sú v podstate založené na ich primárnej aminokyselinovej sekvencii.

20. Transkripčné faktory sú rozdelené do 5 hlavných kategórií:

(a) Homeodoménový proteín:

Tieto sú dosť podobné prokaryotickým väzbovým proteínom DNA.

b) Proteín so zinkovým prstom:

Má opakované motívy cysteínu a histidínu a jeho trojrozmerná štruktúra je koordinovaná iónom zinku. napr. TFIIIA faktor pre RNA polymerázu III.

(c) Proteín leucínového zipsu:

Mať 4-5 opakovaní leucínových zvyškov tvoriacich dimér spôsobom podobným zipsu.

(d) Proteín Helix-Ioop-helix (HLH):

Štrukturálne sú veľmi podobné leucínovému zipsu, ale tu nie sú žiadne opakovania leucínu,

(e) Proteín s okrídlenou špirálou (vidlicová hlava):

DNA väzbová doména v H5 (histón).

21. Transkripčné faktory sú modulárne, t.j. aktivačná doména jedného faktora môže byť spojená s DNA väzbovou doménou druhého a výsledný hybridný proteín je plne aktívny v bunkách (táto krížová väzba môže byť spôsobená stimuláciou a reguláciou cAMP).

22. V eukaryotoch existujú 3 druhy RNA polymeráz, ktorými sú:

(a) RNA polymeráza I: transkripcia rRNA.

(b) RNA polymeráza II: transkripcia mRNA.

(c) RNA polymeráza III: transkripcia tRNA a inej malej jadrovej a cytoplazmatickej RNA.

23. Existujú rôzne transkripčné faktory pre rôzne RNA polymerázy a tiež rôzne typy promótorov na kontrolu transkripcie. V prípade RNA polymerázy I a II je transkripcia regulovaná niektorými sekvenciami (ako TATAA, GC box, CCAAT box atď.), ktoré sú vo všeobecnosti upstream alebo downstream od príslušného génu, zatiaľ čo v prípade RNA Polymerázy III je transkripcia regulovaná sekvenciami. v strede gen.

Nasleduje zoznam niektorých transkripčných faktorov:

24. Ako organizácia eukaryotického genómu, t. j. chromozomálna DNA je pevne zabalená do nukleoproteínových štruktúr vyššieho rádu, ktorých základnou jednotkou je nukleozóm (komplex ôsmich histónových proteínov, okolo ktorých existuje 200 bp DNA). Transkripčné faktory môžu pôsobiť na uvoľnenie DNA z nukleozómu, takže promótor je dostupný pre veľký transkripčný komplex.

25. V súčasnosti sa uznáva, že rRNA má dôležitú funkčnú úlohu počas trans­lácie mRNA a medzi mRNA a rRNA dochádza k interakciám párových báz počas iniciácie, predlžovania a zakončovania proteínového reťazca.

V čase iniciácie je relatívna úroveň translácie rozdielnej mRNA čiastočne určená komplementárom medzi Shine-Dalgamo sekvenciou mRNA (AGGAGGU na 5′ konci) a anti-shine-Dalgamovou sekvenciou blízko 3′ koniec 16s rRNA (UCCUCCA na 3′ konci 16s DNA).

26. Výber špecifickej mRNA na transláciu ovplyvňuje aj mnoho ďalších faktorov, ktorými sú Shine-Dalgamo sekvencia a iniciačný kodón (AUG alebo GUG), vhodný rozstup medzi nimi (SD sekvencia a iniciačný kodón), translačná zosilňovacia sekvencia ( napr. Epsilon sekvencia, UUAACUUUA McCarthy’s zosilňovač UUAAUUUAC atď.).

27. Podobne ako vyššie uvedené transkripčné faktory, iniciačnú fázu syntézy proteínov v eukaryotických bunkách podporuje najmenej 10 rôznych proteínov iniciačných faktorov. Rýchlosti translácie sú riadené reguláciou aktivít iniciačných faktorov rôznych iniciačných faktorov IF-2α, β, ϒ a IF-4. A, B, D a E sú najdôležitejšie a ich funkcie počas iniciácie sú nasledovné:

Proteín viažuci IF-4A-ATP s aktivitou ATPázy závislou od RNA

IF-4B- pomáha mRNA viazať sa na ribozómy a zdá sa, že podporuje funkcie IF-4A, F.

IF-4D- pôsobí neskoro v iniciačnej dráhe, po 80-tych rokoch iniciačnej tvorby kom­plexu, podporovaním tvorby prvej polypep­tidovej väzby.

IF-4E- sa viaže na štruktúru 7-metylguanozínového uzáveru mRNA a je zložkou komplexu cap bind­ing, IF-4F.

28. Nielen iniciačné faktory (IF), ale aj elongačné faktory (EF), ribozomálny pro­teín s6 a ich zmena podľa stavu fosforylácie môžu meniť rýchlosť translačného procesu.

29. Ľudské gény majú komplexné sady cis-pôsobiacich transkripčných riadiacich sekvencií a transkripčné faktory sú transkripčné prvky, ktoré rozpoznávajú a viažu špecifické cis-pôsobiace sekvenčné prvky. Ľudské gény vykazujú 4 alebo viac tried cis pôsobiacich regulačných prvkov.

Každá trieda je typicky tvorená z viacnásobných krátkych sekvenčných prvkov distribuovaných do niekoľkých stoviek párov báz. Avšak rôzne triedy, ktoré regulujú gén sin­gle, môžu byť umiestnené v značnej vzdialenosti.

Nasledujú uznávané triedy cis-pôsobiaceho prvku pre jednotlivé gény:

Tieto sa nachádzajú v strednej upstream oblasti génu (vo všeobecnosti do 200 bp od miesta začiatku transkripcie) a slúžia na iniciáciu transkripcie napr. CCAAT box, TATAA box a GC box.

(b) Prvky odozvy (RE):

Tieto sa nachádzajú iba vo vybraných génoch, ktorých expresia je riadená vonkajším faktorom, ako je hormón, rastový faktor alebo interná signálna molekula cAMP. Tieto sú umiestnené v krátkej vzdialenosti proti smeru prúdu od pro­moter elementu (vo všeobecnosti do 1 kb od miesta začiatku transkripcie).

Ide o pozitívne regulačné prvky, ktorých funkcie sú na rozdiel od promótorov nezávislé od ich orientácie a do určitej miery regulujú ich vzdialenosť od génov. Často obsahujú v rozpätí 200-300 bp a sú rozpoznávané tkanivovo špecifickými transkripčnými a shytačnými faktormi.

Sú to negatívne regulačné prvky a sú veľmi blízko k promótorom, a to ako upstream, tak aj v rámci intrónov.


Vitajte!

Toto je jeden z viac ako 2 400 kurzov na OCW. Preskúmajte materiály pre tento kurz na stránkach prepojených vľavo.

MIT OpenCourseWare je bezplatná a otvorená publikácia materiálov z tisícov kurzov MIT, ktorá pokrýva celé kurikulum MIT.

Žiadna registrácia ani registrácia. Voľne si prezerajte a používajte materiály OCW vlastným tempom. Neexistuje žiadna registrácia a žiadne dátumy začiatku alebo konca.

Vedomosti sú vašou odmenou. Použite OCW na vedenie svojho vlastného celoživotného vzdelávania alebo na učenie iných. Neponúkame kredit ani certifikáciu na používanie OCW.

Vyrobené na zdieľanie. Stiahnite si súbory na neskôr. Pošlite priateľom a kolegom. Upravte, remixujte a znova použite (len nezabudnite uviesť OCW ako zdroj.)


Prednáška 26: Regulácia génovej expresie, eukaryotika 2018 - Biológia

Všetky články publikované MDPI sú okamžite dostupné na celom svete pod licenciou s otvoreným prístupom. Na opätovné použitie celého alebo časti článku publikovaného spoločnosťou MDPI vrátane obrázkov a tabuliek sa nevyžaduje žiadne špeciálne povolenie. V prípade článkov publikovaných pod licenciou Creative Common CC BY s otvoreným prístupom môže byť akákoľvek časť článku znovu použitá bez povolenia za predpokladu, že pôvodný článok je jasne citovaný.

Feature Papers predstavujú najpokročilejší výskum s významným potenciálom vysokého vplyvu v tejto oblasti. Hlavné články sa predkladajú na individuálne pozvanie alebo odporúčanie vedeckých redaktorov a pred zverejnením prechádzajú odborným posudkom.

Feature Paper môže byť buď originálnym výskumným článkom, podstatnou novou výskumnou štúdiou, ktorá často zahŕňa niekoľko techník alebo prístupov, alebo komplexným prehľadovým dokumentom so stručnými a presnými aktualizáciami o najnovšom pokroku v tejto oblasti, ktorý systematicky zhodnocuje najúžasnejšie vedecké pokroky. literatúre. Tento typ papiera poskytuje výhľad na budúce smerovanie výskumu alebo možné aplikácie.

Články Editor’s Choice sú založené na odporúčaniach vedeckých redaktorov časopisov MDPI z celého sveta. Redaktori vyberajú malý počet článkov nedávno publikovaných v časopise, o ktorých sa domnievajú, že budú pre autorov obzvlášť zaujímavé alebo dôležité v tejto oblasti. Cieľom je poskytnúť prehľad niektorých najzaujímavejších prác publikovaných v rôznych oblastiach výskumu časopisu.


Sandwalk

Pracujem (pomaly) na knihe tzv Čo je vo vašom genóme?: 90 % vášho genómu je odpad! Prvá kapitola je úvodom do genómov a DNA [What's in Your Genome? Kapitola 1: Predstavenie genómov]. Kapitola 2 je prehľadom ľudského genómu. Je to súhrn známych funkčných sekvencií a známej nevyžiadanej DNA [What's in Your Genome? Kapitola 2: Veľký obraz]. Kapitola 3 definuje „gény“ a popisuje gény kódujúce proteíny a alternatívne zostrihy [What's in Your Genome? Kapitola 3: Čo je to gén?]. Kapitola 4 je o všadeprítomnej transkripcii a génoch pre funkčné nekódujúce RNA [What's in Your Genome? Kapitola 4: Pervazívna transkripcia].

Kapitola 5 je Regulácia a kontrola génovej expresie.

Kapitola 5: Regulácia a kontrola génovej expresie

Čo vieme o regulačných sekvenciách?
Základné princípy regulácie boli vypracované v 60. a 70. rokoch 20. storočia štúdiom baktérií a bakteriofágov. Iniciácia transkripcie je riadená aktivátormi a represormi, ktoré sa viažu na DNA blízko 5-prime konca génu. Tieto transkripčné faktory rozpoznávajú relatívne krátke sekvencie DNA (6-10 bp) a ich interakcie boli dobre charakterizované. Transkripčná regulácia u eukaryotov je komplikovanejšia z dvoch dôvodov. Po prvé, zvyčajne existuje viac transkripčných faktorov a viac väzbových miest na gén. Po druhé, prístup k väzbovým miestam závisí od stavu chromatínu. Nukleozómy tvoriace štruktúry vysokého rádu vytvárajú "uzavretú" doménu, kde väzbové miesta DNA nie sú prístupné. V „otvorených“ doménach je DNA prístupnejšia a transkripčné faktory sa môžu viazať. Prechod medzi otvorenou a uzavretou doménou je dôležitým doplnkom k regulácii génovej expresie v eukaryotoch.

25 komentárov:

Vezmite genóm fugu, ktorý je oveľa menší ako ľudský genóm, a genóm pľúcnika, ktorý je oveľa väčší, a podrobte ich rovnakej analýze ENCODE, aká bola vykonaná na ľudskom genóme.

Dovoľte mi, aby som sa tu pokúsil predvídať protinárok. Ľudia sú samozrejme oveľa zložitejší ako fugu, takže všetka tá extra DNA je určite funkčná. Ľudia sú samozrejme oveľa zložitejší ako pľúcnik, takže celá táto extra DNA je indexom toho, o koľko menej efektívna je kontrola vývoja pľúcnika ako človek. Je to o tom?


Prednáška 26: Regulácia génovej expresie, eukaryotika 2018 - Biológia

m6A je najrozšírenejšia modifikácia mRNA a reguluje mnohé aspekty metabolizmu RNA, vrátane zostrihu RNA, exportu, translácie a rozpadu.

Početné nedávne štúdie naznačujú dôležitú úlohu m6A pri regulácii génovej expresie vo viacerých fyziologických procesoch, ako sú stresové reakcie, diferenciácia kmeňových buniek, gametogenéza a homeostáza T buniek.

Aberantná metylácia m6A mRNA prostredníctvom zmenenej expresie zapisovacích, mazacích alebo čítacích proteínov m6A bola tiež spojená s niekoľkými rakovinami.

Uvádza sa, že m6A ovplyvňuje génovú expresiu v rakovinových bunkách prostredníctvom mnohých rôznych dráh. V niektorých štúdiách sa zdá, že zvýšená metylácia m6A prispieva k tumorigenicite rakovinových buniek zvýšením translácie onkogénov alebo degradáciou tumor supresorových génov. Iné štúdie pozorujú, že m6A pomáha inhibovať expresiu onkogénov, čo naznačuje úlohu potláčania nádorov pri metylácii m6A.

Ako najrozšírenejšia modifikácia mRNA v eukaryotických bunkách, N. 6 -metyladenozín (m 6 A) sa nedávno objavil ako dôležitý regulátor génovej expresie. Modifikácia m6A môže byť uložená m6A metyltransferázami, odstránená m6A demetylázami a rozpoznaná rôznymi čítacími proteínmi. Početné línie dôkazov ukázali, že metylácia m6A hrá rozhodujúcu úlohu pri regulácii génovej expresie vo vývoji a chorobe. V tomto prehľade sumarizujeme molekulárnu a bunkovú funkciu m 6 A a zdôrazňujeme niektoré kľúčové výsledky, ktoré demonštrujú úlohu m 6 A pri rôznych rakovinách. Nakoniec diskutujeme o budúcich smeroch výskumu m 6 A a jeho účinkoch pri rakovine a potenciáli zacielenia modifikácie RNA pri liečbe rakoviny.


Najnovšie nariadenie

Génová regulácia u eukaryotov

Ppt génová regulácia v eukaryotoch Powerpoint Prezentácia zadarmo

Regulácia génovej expresie v eukaryotoch

Regulácia génovej expresie v eukaryotoch

Regulácia génovej expresie v eukaryotoch

Ppt Kapitola 17 Génová regulácia v Powerpointe eukaryotov

Regulácia génovej expresie v eukaryotoch

Regulácia génovej expresie v eukaryotoch

Génová regulácia v eukaryotoch Youtube

Regulácia génovej expresie v eukaryotoch

Ppt génová regulácia v eukaryotoch Powerpoint Prezentácia zadarmo

Regulácia génovej expresie Eukaryoty Ppt Video Online na stiahnutie

Génová regulácia Eukaryot Spptx

Ppt eukaryotická génová regulácia Powerpointová prezentácia zdarma

Gény v akcii Časť 2 Časť 2 Regulácia génovej expresie

Regulácia génovej expresie v eukaryotoch

Regulácia génovej regulácie u eukaryotov

Ppt Ch 18 Regulácia génovej expresie Powerpointová prezentácia

Regulácia génovej expresie Ppt Video Online na stiahnutie

Ppt regulácia génovej expresie v eukaryotoch Powerpoint

Regulácia transkripcie v eukaryotoch Regulačné prvky

Prehľad Článok Khan Academy o regulácii eukaryotických génov

Kontrola génovej expresie

Eukaryotická génová expresia Ppt na stiahnutie

Diagram génovej expresie v eukaryotoch

Génová regulácia u eukaryotov

Regulácia génu Ppt v Powerpointe prokaryotov a eukaryotov

Zásadne odlišná logika génovej regulácie u eukaryotov A

Génová regulácia Prokaryotický Lac Operón a Eukaryotický

Ppt Kapitola 7 Regulácia expresie eukaryotických génov

Biológia 210, genetika, jar 1998

Regulácia po prepise článok Khan Academy

Regulácia génovej expresie s nadmernými génmi v každej bunke Ako na to

Génová regulácia v genetike eukaryotov

Génová regulácia v genetike eukaryotov

Ppt eukaryotická génová regulácia Powerpoint prezentácia zdarma

Seminár o génovej regulácii

Regulácia génovej expresie Authorstream

Biol2060 Regulácia génovej expresie

Prokaryotická a eukaryotická génová regulačná biológia pre majorov I

Gene Regulation Biology 1510 Biologické princípy

Kľúčový koncept Génová expresia je starostlivo regulovaná v oboch

Regulácia génovej expresie v eukaryotoch s diagramom

Ppt Expresia eukaryotických génov Powerpoint Prezentácia zadarmo

Https Www Csun Edu Cmalone Pdf360 Ch20 1 20euk 20gene 20reg Pdf

Ako sa génová regulácia líši u prokaryotov a eukaryotov

Regulácia transkripčného videa Khan Academy

Transkripcia eukaryotického génu

Ako je génová regulácia u prokaryotov a eukaryotov podobná

Regulácia génovej expresie v prokaryotoch Eukaryotoch

Kapitola 13 Génová regulácia u eukaryotov Ppt Video Online na stiahnutie

Remodelácia chromatínu na eukaryotoch Youtube

Prehľad Článok Khan Academy o regulácii eukaryotických génov

Regulácia génovej expresie Wikipedia

Gene Regulatory Network Wikipedia

Eukaryotická regulácia génovej expresie Youtube

Prednáška 8 Ch 7 Ii Eukaryotická génová regulácia Riadenie génu

Šesť krokov prenosu informácií v eukaryotoch, ktoré tvoria

Kontrola génovej expresie

Bezhraničná biológia eukaryotickej génovej regulácie

Regulácia genetiky génovej expresie

Prehľad Článok Khan Academy o regulácii eukaryotických génov

Regulácia génovej expresie

Kapitola 16 Kontrola génovej expresie u prokaryotov Ppt Video

Kontrola génovej expresie Eukaryoty Eukaryotická génová expresia

Kontrola génovej expresie

Signalizácia kalcineurínu Crz1 v eukaryotickej bunke nižších eukaryotov

9 5 Ako sú gény regulované Koncepty biológie 1. kanadský

Pracovné listy génovej regulácie Učebné zdroje Tpt

Výučbový balík génovej regulácie expresie a mutácií pre Ap

Transkripčná regulácia obmedzuje organizáciu génov

Kapitola 17 Génová regulácia u eukaryotov Ppt Kapitola 17 Gen

Prehľad Článok Khan Academy o regulácii eukaryotických génov

Genetická regulácia u prokaryotov a eukaryotov

Implementácia systému Crispr na reguláciu génov v

Eukaryotická regulácia génovej expresie Youtube

Regulácia transkripčného videa Khan Academy

Regulácia génovej expresie u eukaryotov Génová regulácia

Tri odlišné mechanizmy diaľkovej modulácie génu

Gene Regulation Biology 1510 Biologické princípy

Cis Trans génová regulácia Youtube

Regulácia génov sprostredkovaná RNA je menej vyvinutá ako

Termodynamický model génovej regulácie pre Or59b čuch

Poznámky k regulácii eukaryotických génov Arn Mensageiro Cromatina

Kombinatorická génová regulácia prostredníctvom kinetickej kontroly

Gene Regulation Biology 1510 Biologické princípy

Regulácia génovej expresie Authorstream

Operóny a génová regulácia v Akadémii Bacteria Video Khan

5 Génová regulácia Génová kontrola Transkripčné faktory A

Vyriešené 5 Lac Operon ako príklad prokaryotického génu Ex

Biol2060 Regulácia génovej expresie

Translačná kontrola expresie vírusových génov v eukaryotoch

Evolúcia koordinačnej regulácie génov glykolytických enzýmov

Https Www Csun Edu Cmalone Pdf360 Ch20 1 20euk 20gene 20reg Pdf

Regulácia po prepise článok Khan Academy

Regulácia génovej expresie u prokaryotov a eukaryotov

Enhancer a Super Enhancer pozitívne regulátory v géne

Pracovné listy génovej regulácie Učebné zdroje Tpt

After The Fact Or Posttranskripčná génová regulácia In

Distribučné tvary riadia objavovanie prediktívnych modelov


Svetlo a teplota formujú jadrovú architektúru a génovú expresiu

Genómy Arabidopsis a ryže vykazujú rozmanitosť v organizácii chromatínu v troch rozmeroch.

Svetlo spúšťa zmeny v topológii genómu a transkripčnej aktivite.

Rastlinné fotoreceptory riadia jadrovú morfológiu a architektúru chromatínu.

Teplotné výkyvy modifikujú lokálnu štruktúru chromatínu a transkripčnú aktivitu.

Environmentálne stimuly hrajú hlavnú úlohu pri modulácii rastu a vývoja počas celého životného cyklu rastliny. Kvantitatívne a kvalitatívne zmeny svetla a teploty spúšťajú zmeny v génovej expresii, ktoré v konečnom dôsledku formujú morfológiu rastlín na adaptáciu a prežitie. Aj keď sa fenotypový a transkriptomický základ reakcií rastlín na neustále sa meniace prostredie skúmal už desaťročia, vzťah medzi globálnymi zmenami v jadrovej architektúre a adaptáciou na environmentálne podnety sa len odhaľuje. Tento prehľad predstavuje nedávne objavy skúmajúce, ako zmeny svetla a teploty spúšťajú zmeny v štruktúre chromatínu a jadrovej organizácii so zameraním na úlohu premiestnenia génov a dostupnosti chromatínu pri regulácii génovej expresie.


Prednáška 21: Vývoj - 1

Stiahnite si video z iTunes U alebo Internet Archive.

Prednáška 21: Vývoj - 1

Prednáška 22: Vývoj - 2

Prednáška 24: Nervový systém 1

Prednáška 25: Nervový systém 2

Prednáška 26: Nervový systém 3

Nasledujúci obsah je poskytovaný pod licenciou Creative Commons. Vaša podpora pomôže MIT OpenCourseWare naďalej bezplatne ponúkať vysokokvalitné vzdelávacie zdroje. Ak chcete prispieť alebo si pozrieť ďalšie materiály zo stoviek kurzov MIT, navštívte MIT OpenCourseWare na ocw.mit.edu.

PROFESOR: Vec, o ktorej tu musíme hovoriť, je mnohobunkový život. Bunky, aj keď ich môžeme považovať za entity, vo všeobecnosti nie sú jednotkou celého organizmu. Existuje mnoho organizmov, ktorých jednotkou je jedna bunka, ale skutočne zaujímavé sú tie, ktoré majú veľa buniek. A tak sa život vyvinul tak, že väčšina organizmov je mnohobunková.

A môžeme si položiť otázku, prečo by to tak mohlo byť. Moja banálna fráza, hoci je zaujímavejšia, je v skutočnosti veľmi zlá odpoveď. Existuje oveľa lepšia odpoveď. A to je, ak máte niečo tvorené množstvom buniek, rôzne časti tohto organizmu sa môžu špecializovať a robiť rôzne veci.

A tak môžete získať diverzifikáciu funkcií, ktorá umožňuje organizmu kolonizovať nové časti Zeme, interagovať so svojím prostredím rôznymi spôsobmi, interagovať s ostatnými členmi svojho druhu rôznymi spôsobmi, a to sa stáva... väčšia zložitosť života. Takže by som povedal, že odpoveď, ktorú by som vám dal, je, že umožňuje vývoj nových funkcií a rozvoj väčšej zložitosti života.

Ak vezmeme do úvahy dospelého človeka a pozrieme sa a uvidíme, z čoho sa skladáme, obsahujeme asi 400 rôznych druhov buniek. Môžeme nazvať také typy buniek, kde každý typ bunky má špecializovanú funkciu. Tieto bunky sú organizované spolu a sú umiestnené na konkrétnych miestach.

Takže typy buniek sú usporiadané do skupín. Sú usporiadané do trojrozmerných štruktúr. Jedna z vecí, ktorá je na živých organizmoch najzaujímavejšia, je, že sú 3D. Predstavte si to, keby sme tam všetci sedeli ako ploché plachty, viete, chápete to. Trojrozmernosť je výnimočná. A je to jedna z vecí, ktoré vám mnohobunkovosť umožňuje.

Takže bunky sú organizované do skupín, sú organizované do 3D štruktúr a tento pojem skupín buniek a štruktúr je taký, že spolupracujú. Skupiny buniek usporiadané určitým spôsobom spolupracujú a vytvárajú celok, orgán, ktorý má ešte väčšiu špecializovanú funkciu.

Takže tieto spolupracujú pri vytváraní orgánov. A najmä, ako si povieme nabudúce, sú to skupiny buniek a ich 3D štruktúry, ktoré tvoria orgány. A samotné orgány môžu byť organizované do superštruktúr nazývaných orgánové systémy. A na všetkých týchto veciach budeme pracovať počas niekoľkých nasledujúcich prednášok.

Dnes budeme hovoriť o type buniek. Tu je-- predtým-- Rozmýšľam, či vám mám najskôr ukázať snímku, alebo to mám napísať na tabuľu. Dovoľte mi, aby som vám najskôr ukázal snímku, pretože chcem, aby nasledujúce dve dosky nasledovali za sebou. V poriadku.

Rôzne bunky. Ó! Tak ideme, dobre. Rôzne typy buniek. Ide o mikrofotografie rôznych typov buniek. Tu sú červené krvinky, ktoré regulujú transport kyslíka pre metazoá zapojené do reprodukcie, a neuróny zapojené do komunikácie. Každá z nich má základné bunkové funkcie, o ktorých sme hovorili na posledných prednáškach, ale každá z nich je zjavne morfologicky odlišná. Vyzerajú inak a plnia rôzne funkcie.

Typy buniek sa organizujú špecifickým spôsobom. Toto je naozaj výnimočný príklad, ktorým je sietnica vášho oka, časť vášho oka citlivá na svetlo, ktorá obsahuje množstvo rôznych druhov buniek. A tieto bunky sú organizované vo vrstvách, a preto sú tu farebne označené. Môžete vidieť, že rôzne vrstvy sú zoskupené, ale potom rôzne vrstvy spolu komunikujú.

A táto komunikácia a táto organizácia sú kľúčové. V sietnici môžete mať všetky rôzne typy buniek, ale ak nie sú usporiadané v tejto tuhej štruktúre alebo v tejto špecifickej štruktúre, sietnica nefunguje.

3D štruktúry. O inžinierskej štruktúre z buniek si povieme nabudúce. A srdce je jedna vec, na ktorú musíte myslieť pri inžinierstve. Jedinou surovinou, ktorú musíte použiť na inžinierstvo, sú bunky, a ako teda získate niečo, čo vyzerá ako ľudské srdce a vykonáva dokonale regulovanú pumpovaciu funkciu srdca.

A tu je ďalší, ktorého sa dotknem, a to je otázka pozície. Nie je to tak, že sa skladáme z množstva rôznych druhov buniek, ktoré sú zoskupené v orgánoch. Ide o to, že sú tiež umiestnené na správnom mieste.

A v tomto plastifikovanom človeku - v skutočnosti si myslím, že je to úplne plastický človek - ak otvoríte dutinu a pozriete sa do brucha, môžete vidieť tieto orgány, ktoré sú takto krásne usporiadané. Nie je to náhoda. Dostanú sa tam, pretože im bolo povedané, aby sa tam dostali. Existuje proces, ktorý umiestňuje orgány presným spôsobom. A ak sú nesprávne umiestnené, má to zdravotné následky, ktoré sú veľmi vážne.

Dobre, takže na všetky tieto veci musíme myslieť. Ale vráťme sa k tabuli a tento diagram, ktorý je kľúčový pre to, o čom budeme dnes hovoriť, poznáte. Tu je mantra, ktorú som už spomenul. A toto musíte vedieť a naozaj musíte pochopiť. Všetky bunky obsahujú rovnakú sadu génov.

Profesor Jacks vám dá jednu výnimku z tohto pravidla, ale je to výnimka. Všetky bunky vo vašom tele obsahujú rovnaký súbor génov, ale nie všetky tieto gény sa používajú v každom type bunky. Ale každý typ bunky používa – a viete, že slovo teraz vyjadruje – každý typ bunky vyjadruje podmnožinu. A je to jedinečná podmnožina-- no, dovoľte mi dať unikát do zátvoriek a uvidíte, čo tým myslím-- jedinečná podmnožina genómu. A tento súbor génov a produkty týchto génov robia typ bunky tým, čím je.

Produkty týchto génov, zvyčajne proteíny a niektoré RNA, dávajú bunke funkciu. Takže tu sú dva dôsledky. Po prvé, musíte pochopiť, ako sa kontroluje expresia génov, a to je kľúčové pre tento zoznam. A po druhé, tento súbor génov, ktorý robí každý typ bunky, súbor aktívnych génov, vďaka ktorým je každý typ bunky tým, čím je, tvorí akýsi kombinatorický kód pre typ bunky.

Tak si to napíšme. Takže kontrola génovej expresie je rozhodujúca. A pre každý typ bunky existuje kombinačný kód génovej expresie. Kombinatorický kód exprimovaných génov pre každý typ bunky.

Tento pojem kombinatorického kódu vo svojej knihe nenájdete. Ale myslím si, že ak sa porozprávate s akýmkoľvek vedcom, ktorý práve robí výskum, súhlasil by s tým, že toto je správny spôsob, ako uvažovať o type buniek. Poďme to teda preskúmať trochu viac. A napíšme tri rôzne typy buniek.

A ja tu predstavím slovo bunkový osud. A ako typ bunky, tak aj bunkový osud možno použiť zameniteľne s pojmom funkcia. A vyberme si neuróny, svaly a epidermis, čo je vonkajšia vrstva kože. A uvažujme o génoch, ktoré sú prítomné v každom type bunky. A uvažujme o génoch, ktoré sú exprimované v každom type bunky.

Gény, ktoré sú prítomné v každom type bunky, ako som práve povedal, sú rovnaké. A tak ich urobme A, B, C, D a E. A každý z týchto génov je prítomný v každom z týchto typov buniek, ale používajú sa len niektoré z nich. A tak povedzme, že v neurónoch sa používajú A, B a E, vo svaloch A, C a D a A, B a C v epiderme.

Tak sa pozri, čo som tam napísal. A môžete si vybrať nejaké vzory. Môžete vybrať gén, ktorý je exprimovaný vo všetkých typoch buniek. Gén A je teda exprimovaný vo všetkých typoch buniek. A gén A je príkladom génu, ktorý nazývame všadeprítomne exprimovaný, niekedy nazývaný aj housekeepingový gén. Naozaj nemám rád tento výraz, ale uvidíte to.

Tak všadeprítomné vyjadrené, možno sa dočkáte upratovania. Môžete prísť na úradné hodiny a ja vám poviem, prečo ten termín neznášam. A potom môžete vybrať gén, ktorý je exprimovaný v niektorých typoch buniek, ale nie v iných.

Pozrime sa teda na B. Tu je B vyjadrený v neurónoch v epiderme, ale nie vo svale. A odkazovalo by sa na B-- a C je vlastne to isté, nie? C je vo svaloch a epidermis. B a C by sa označovali ako gény s obmedzenou expresiou.

Takže B a C by mali obmedzený výraz. A potom sú tu dva gény E a D, ktoré sú exprimované iba v jednom z ich vlastného bunkového typu, v neurónoch alebo vo svaloch. Takže D a E by boli gény špecifické pre bunkový typ. A z tohto jednoduchého príkladu môžete vidieť množstvo vecí.

Po prvé, môžete získať kombinatorický kód, ktorý je špecifický pre typ bunky bez akýchkoľvek génov, ktoré sú špecificky exprimované v type bunky. Ak sa pozriete na príklad epidermis, sú vyjadrené A, B a C. Žiadny z nich nie je špecifický pre typ bunky. Ale napriek tomu dávajú kombinatorický kód, ktorým je epidermis. A potom ďalšie príklady, každý z nich dostal špecifický gén pre bunkový typ.

Ako skutočne vyzerá kombinatorický kód? No, úprimne povedané, vlastne nevieme. Neexistuje žiadny typ bunky, pre ktorý by sa kombinatorický kód vypracovával. Ale teraz viete, že tam bolo asi 20 000 ľudských génov. A pravdepodobne asi polovica z nich je exprimovaná vo väčšine typov buniek.

Takže kombinačný kód pre akýkoľvek daný typ bunky budú tisíce a tisíce génov, ktoré sú alebo nie sú exprimované a ktoré sú tiež exprimované na rôznych úrovniach. A to musíme brať do úvahy. Takže naozaj nájsť kombinatorický kód je neuveriteľne ťažké. A nepoznáme žiadne pre žiadny typ bunky, ale pojem je úplne rovnaký.

Chcem vám tu týmto diagramom pripomenúť, že kontrola génovej expresie, ktorá vám poskytne konečný exprimovaný produkt, môže byť kdekoľvek, od štruktúry chromatínu cez transkripciu až po modifikáciu a lokalizáciu spracovania proteínov. Dobre. Dobre, takže teraz máme rámec, podľa ktorého si môžeme predstaviť, čo je typ bunky. A otázka, ktorú sa, samozrejme, pýtate, je, ako sa teda tento kombinovaný výukový kód prejaví v každom z typov buniek?

Položme si tú otázku. Ako typ bunky vyjadruje svoj kód? A je tu pár odpovedí. Globálna odpoveď, ktorú vám na túto otázku dám, je postupná. A poďme postupne odpovedať na jednu.

Myšlienka-- a môžeme to urobiť-- Urobím to dvoma spôsobmi. Vlastne to urobím-- nie, nebudem to robiť dvoma spôsobmi. Než sa tam dostaneme, toto je skvelá snímka, ktorá vám ukáže dve veci. Po prvé, ukáže vám expresné vzorce dvoch rôznych génov v celom organizme.

Takže tu je gén nazývaný myoD. Už som vám to predtým ukázal, že je to špecifické pre typ bunky. Je to len vyjadrené v týchto druhoch vecí v tvare V, čo sú vyvíjajúce sa kostrové svaly, dobrovoľné svaly. A tu je niekoľko génov, ktoré sú exprimované vo veľkých oblastiach vyvíjajúceho sa zvieraťa. A môžete vidieť, že sú vyjadrené, kvôli týmto farbám, ktoré tam sú, a farby naznačujú, kde je RNA pre tento gén.

Technika, ktorá vám umožňuje pozrieť sa na celé zviera a opýtať sa, kde sa nachádza RNA pre konkrétne gény, sa nazýva hybridizácia in situ, tu hore na obrazovke. Ide o to, že vezmete zvieratá - tu, povedal som embryá - vyvíjajúce sa zvieratá a opravíte ich, čo znamená, že ich zabijete a prepustíte ich. Urobíte v nich diery a potom použijete princípy párovania báz, kde sa pozriete a uvidíte, kde sa RNA nachádza pomocou sondy, čo je antisense RNA pre konkrétny požadovaný gén. A označíte túto antisense RNA.

Zmiešate ho s embryom, ktoré má diery, alebo so zvieraťom, ktoré má diery, kde je RNA pre gén x. Spáruje sa s vašou antisense sondou. Prebytočné potom vyperiete. A pozriete sa a uvidíte, kde je farba, ktorá pochádza z etikety. A táto farba vám povie, kde je RNA pre konkrétny gén.

Takže tieto farby vo vyvíjajúcom sa zvierati vám povedia, kde sú konkrétne RNA. Je to veľmi silná technika. A umožňuje nám zistiť, ktoré gény sú špecifické pre bunkový typ a ktoré gény sú všeobecnejšie vyjadrené.

Pozrime sa na váš prvý list. A napíšem to aj na tabuľu, pretože je to naozaj dôležité. A budete to potrebovať vedieť pre túto prednášku a keď sa dostaneme ku kmeňovým bunkám, tiež.

Takže sa môžete pozerať na obrazovku. Môžete sa pozrieť na svoju nádielku. A navrhol by som vám to napísať aj vy. Keď uvažujeme o type buniek, začíname s bunkami, ktoré nevedia, kto sú. A nazývajú sa neviazané bunky. Nie sú rozhodnutí.

A ako idú životom, dostanú nejaké vstupy. O tých budeme nejasní. Sú tam hore. Nebudem ich tu písať.

A v tom bode sa z nich stanú oddané bunky. Niekedy sa nazývajú určené bunky. A v tomto bode sa bunky rozhodli, čím sa stanú. A neskôr budú tie oddané alebo odhodlané bunky pokračovať. A stanú sa diferencovanými bunkami, kde majú svoje konečné osudy alebo svoju konečnú funkciu.

Tento priebeh má časový údaj. A predstava je naozaj taká, že keď bunky prechádzajú týmto rozhodovacím procesom, zmenia, ktoré gény vyjadrujú, takže na kulminácii – ale ak sa nad tým zamyslíte alebo sa so mnou prídete porozprávať, zistíte, že je to komplikovanejšie. . Na vyvrcholení budú vyjadrovať svoj kombinačný kód.

Neviazané bunky, keď prechádzajú do aktívnych buniek, aktivujú súbor génov, ktoré budem nazývať regulačné gény. Sú to transkripčné faktory, translačné faktory, faktory spracovania proteínov. A tieto regulačné gény potom pôjdu a aktivujú súbor génov, ktoré nazvem efektorové gény.

A efektorové gény sú tie, ktoré v skutočnosti vykonávajú funkciu bunky. Sú to globín, ktorý prenáša kyslík okolo tela. Sú to neurofilamenty, vďaka ktorým sú neuróny dlhé a silné a schopné prenášať signál. Sú to kartóny, vďaka ktorým sú vlasové bunky schopné vylučovať vlasy, ktoré skutočne vidíte.

Takže efektorové gény sú funkčné, funkčné mediátory. A je to táto zmes regulačných génov, ktoré som napísal ako R, efektorové gény, ktoré som napísal ako E, ktoré tvoria kombinatorický kód bunky. Takže to je jedna odpoveď. A tam hore máte viac, ku ktorým sa dostaneme o chvíľu. Ale dovoľte mi, aby som vám dal inú odpoveď.

Je to tiež rovnaká odpoveď postupne, ale táto odpoveď súvisí s históriou organizmu. Doteraz som sa vyhýbal rozprávaniu o embryách, pretože som chcel, aby ste mysleli na výsledok, typy buniek. Ale v skutočnosti to všetko začína – tvorba bunkového typu začína hneď na začiatku života organizmu, keď sa dve haploidné bunky, vajíčko a spermie, magicky spoja a spoja, aby vytvorili diploidnú bunku, zygotu.

Táto zygota, ktorá je tiež jedinou bunkou, je sama osebe magickou bunkou, pretože obsahuje všetky informácie potrebné na vytvorenie akéhokoľvek organizmu, ktorý bude výsledkom. Zygota ďalej vytvára embryo, tiež diploidné, ktoré obsahuje veľa buniek. A z embrya sa vytvorí diploidný dospelý, tiež s mnohými bunkami. A u ľudí je v dospelom človeku asi 10 až 14 buniek.

A počas tohto procesu dvoch samostatných buniek, dvoch umierajúcich buniek, vajíčka a spermie majú veľmi krátku životnosť, keď sa tieto bunky navzájom spojili - a nebudeme o tom hovoriť viac ako o tom, potom toto diskusia z časových dôvodov. Keď splynú a vytvoria zygotu, dôjde k mimoriadnemu procesu, pri ktorom je teraz zygota vzkriesená vo svojom živote a má schopnosť dať vzniknúť celému organizmu.

Čo sa deje počas tohto procesu? No, po prvé, zdôraznil som, bunky sa delia. Existuje veľa bunkového delenia. A to je skutočne kľúčové pre získanie rôznych typov buniek. Musíte mať s čím pracovať. A keď sa rozdelia, stanú sa inými.

Podľa zoznamu na obrazovke a na tabuli vyššie sú vajíčko, spermie, v skutočnosti diferencované bunky, ale začnime zygotou, ktorá je neurčená alebo neviazaná a nediferencovaná. A používam odhodlané a odhodlané zámerne zameniteľné, aby ste získali predstavu, že pojmy sú zameniteľné. Takže zygota je neurčená a nediferencovaná. A keď prechádza embryonálnym štádiom, začína odhodlanie a pokračuje až k dospelému. A neskôr počas neskorých štádií embryogenézy a do dospelých buniek sa diferencujú a stávajú sa ich konečnou vecou.

Takže determinácia začína v embryu a o niečo neskôr začína a pokračuje proces diferenciácie. A to je druhý spôsob, ako vlastne opísať postupný fenomén toho, ako sa bunky navzájom líšia a ako sa vytvárajú rôzne typy buniek. Pozrime sa tu na niektoré snímky. A poďme sa pozrieť na pár filmov.

Toto je film z prvých týždňov ľudského vývoja. A to, čo z toho budete môcť vidieť, je obrovský nárast veľkosti ľudského embrya, ktorý je spojený s delením buniek a tiež s determináciou buniek. A bude sa hrať znova.

A čo môžete vidieť, asi do 56. dňa sme mali všetci veľmi pekné chvosty a potom zmizli, na rozdiel od iných zvierat. Všetky sa však berú v rovnakom meradle. A tak môžete získať pocit obrovského množstva bunkového delenia, ktoré prebieha počas týchto prvých týždňov života.

Tu je druhý. Toto je embryo zebričky. A chcem, aby ste sledovali toto embryo, ako sa vyvíja veľmi rýchlo, oveľa rýchlejšie ako človek počas prvých 19 hodín vývoja.

Rybie embryo je niečo ako kuracie embryo. Existuje veľká bunka nazývaná žĺtka. A na vrchole tejto žĺtkovej bunky sedí malá ďalšia bunka, ktorou je samotné embryo. A je to táto malá horná bunka. Tu je to už rozdelené, aby vznikli dve bunky, z ktorých vznikne embryo.

A tak pri sledovaní filmu uvidíte tieto dve bunky, ako sa delia na štyri, na osem atď. A potom budete môcť vidieť, ako sa začiatky rýb vynárajú. A párkrát si to zahrám a upozorním vás na niektoré veci.

Tu prebieha delenie buniek. Nie je to také rýchle ako toto, ale je to samozrejme veľmi rýchly proces. A teraz máte na žĺtku malú čiapočku buniek a sledujte, čo sa stane. Táto čiapočka buniek sa rozprestiera, aby zakryla žĺtok. A veľa buniek sa presunie na tú stranu embrya, na pravú stranu obrazovky.

Tu je oko vznikajúce v mozgu. A tu sú svaly rýb. A pozrime si to znova. No nie je to super? Tak nech to zastavím.

Tu v tomto štádiu máte niekoľko stoviek buniek, ktoré sedia na vrchu tejto žĺtkovej bunky. Zdá sa, že tento ukazovateľ zomrel, ale oni sedia na vrchu žĺtkovej bunky. A keď znova spustím film, budete môcť vidieť, ako sa tie bunky rozprestierajú, aby zakryli. A aktívne to robia. Vedia to urobiť.

Aktívne sa rozprestierajú, aby pokryli povrch embrya. A potom sa ich skupina aktívne presunie na jednu stranu embrya, aby vytvorila väčšinu embrya, vrátane celého nervového systému, svalov, čriev atď. Začnime teda odznova. Tam môžete vidieť, ako sa tieto bunky rozširujú. Rozšírili to až sem-- rozšírili to až sem. Necháme ich ešte rozložiť.

Tu sú. Úplne uzavreli žĺtok. A ak sa teraz zastavíme, uvidíte na pravej strane obrazovky. Existuje oveľa hrubšia skupina buniek. Teraz sú tam tisíce a tisíce buniek.

Ak sa teraz pozriete na génovú expresiu v embryu, môžete si vybrať veľa rôznych oblastí budúceho mozgu. Môžete si vybrať budúce črevá a budúce svaly, ale v tomto bode neexistuje žiadna diferenciácia. Bunky nevedia. Bunky sa ešte nestali tým, čím sa stávajú.

A keď budeme pokračovať trochu ďalej, tu je oko vpredu. A tieto hrbole mozgu. A potom tieto malé veci v tvare šípky sú budúce svaly, vaše rybie filé. A ryba ide ďalej. Je to naozaj fantastický proces. Veľmi dobre.

Vráťme sa k tabuli a povedzme si o tom viac teoreticky. Odpovedali sme tu na otázku. Ako typ bunky vyjadruje svoj kód? No nie naraz, časom a sériou mnohých krokov. Ale to v skutočnosti nie je celá odpoveď.

A tak preformulujme otázku, aby bola trochu presnejšia. A preformuloval som to otázkou, čo hovorí konkrétnemu typu bunky, aby vyjadril svoj kód? Čo hovorí konkrétnemu typu bunky, aby vyjadril svoj kód?

A odpoveď je, že vám to skutočne nepomôže, ale o chvíľu áno. Odpoveď je, že existuje veľa vstupov. Bunka dostane množstvo inštrukcií.

A napíšme to tak trochu teoreticky. O chvíľu sa dostaneme k molekulám. Tu sú opäť naše neviazané bunky. A môžu byť vystavené množstvu rôznych molekúl. Vstupy-- dovoľte mi, aby som sa tu upratal. Vstupy sú špecifické molekuly. A ako o chvíľu uvidíte, všetky majú niečo spoločné s bunkovou signalizáciou alebo reguláciou génovej expresie.

Tieto neviazané bunky môžu byť vystavené mnohým rôznym vstupom. Zoberme si tri rôzne vstupy. Nazvime ich vstup 1, 2 a 3. A tieto vstupy prostredníctvom mnohých krokov a zmien v génovej expresii. A vstupy môžu byť zložené. Nemusia byť jedna vec.

Zoberieme tieto bunky do diferencovanej bunky typu 1, bunkového typu 2 alebo bunkového typu 3. A bunkový typ 1 -- viete, na vysvetlenie vyjadríme kód 1, bunkový typ 2 kód 2 a tak ďalej. Keďže tieto rozhodnutia sa robia podobne ako rozhodnutia, na ktoré sme sa v biochémii pozreli predtým.

Môžu existovať interakcie. A tak sa môže stať, že ako sa bunka typu 1 vyvíja, v skutočnosti inhibuje tvorbu bunkového typu 2. A bunkový typ 2 môže byť naopak inhibítorom tvorby bunkového typu 3.

Takže existujú interakcie medzi bunkami. Takže vstupy môžu byť zložené. Ak chcete, môžu sa skladať z niekoľkých faktorov molekúl. A je tu presluch, rovnako ako presluchy medzi receptormi, o ktorých sme hovorili pri signalizácii bunka-bunka.

A to nie je prekvapujúce, pretože v skutočnosti vstupy zahŕňajú signálne molekuly bunka-bunka. Takže existujú ligandy a receptory, o ktorých sme hovorili predtým. Aké sú teda vstupy? A sú dve.

Jedným z nich sú signály, ktoré pôsobia medzi bunkami, rovnako ako sme o nich hovorili v bunkovej biológii, signalizácia bunka-bunka. A kdekoľvek hovoríte o signalizácii bunka-bunka, je jasné, že hovoríte o interakciách medzi bunkami. Ligandy, ktoré sa vo vývoji niekedy nazývajú induktory, pôsobia na receptor. A výsledkom je zmena bunkového osudu.

Toto je podmnožina signalizačných interakcií, o ktorých sme hovorili predtým, kde odpoveď tu alebo odpoveď predtým bola mnohonásobná, odpoveď by tu bola zmena bunkového osudu. Ale je tu aj druhý druh vstupu. A to sú molekuly, ktoré sú bunkovo ​​autonómne, nazývané aj ako dedičné faktory a vo vývoji označované ako determinanty.

A tieto determinanty - to je to, čo znamená bunková autonómnosť - pôsobia v bunkách. A tak nebudú ligandami niektorých receptorov. Budú to napríklad veci ako transkripčné faktory. Okrem toho determinanty aj induktory môžu pôsobiť spôsobom závislým od koncentrácie, takže malé množstvo by vám dalo jeden bunkový osud a väčšie množstvo by vám dalo iný bunkový osud.

Takže to môže závisieť od koncentrácie. A v prípadoch, keď signál alebo determinant závisí od koncentrácie, dostane špeciálny názov. Hovorí sa o ňom ako o morfogéne z historických, nie zvlášť logických dôvodov. Ale ak ten výraz uvidíte, budete vedieť.

A nakoniec, predtým, ako prejdeme k niektorým snímkam, môžeme nájsť skupiny týchto vstupov, skupiny týchto regulačných molekúl. Takže všetky tieto vstupy, všetky tieto ďalšie regulačné molekuly alebo regulačné faktory. A môžu pôsobiť priestorovo v skupinách.

Takže môžete nájsť oblasti vyvíjajúceho sa embrya, kde sú skupiny týchto molekúl pôsobiacich spoločne. A tam, kde nájdete tieto skupiny, môže mať táto konkrétna oblasť embrya silný vplyv na bunky, ktoré sa okolo neho tvoria. A ten región, tá skupina faktorov v jednom regióne, ktoré môžu ovplyvniť svoje okolie, sa nazýva organizátor.

Takže skupiny signálov, ktoré sú lokalizované, teda na jednom mieste, v jednej skupine buniek môžu ovplyvňovať okolité bunky a nazývame ich organizátor. A v tele je veľa organizátorov ako v embryu, tak aj v nás samých, ako si povieme, keď budeme hovoriť o kmeňových bunkách. Príklady organizátorov, o chvíľu vám ukážem.

Existuje niečo, čo sa nazýva organizátor Spemann, čo je veľmi známe. A niektorí z vás sa o tom možno už predtým dozvedeli. A potom sú tu oblasti, napríklad v prednom mozgu, vo vyvíjajúcom sa veľkom mozgu, kde je organizátor, ktorý v skutočnosti hovorí, že sa majú vytvoriť rôzne časti vášho tela, u ktorých sa vyvíja vyššia kortikálna funkcia.

Pozrime sa teda na niekoľko snímok a niektoré z vašich podkladov. A nakreslil som ich pre vás, pretože som si myslel, že je naozaj dôležité, aby ste ich dostali. Tu sú lokalizované determinanty, lokalizované regulátory nazývané determinanty.

A vidíte tu myšlienku. Toto je dôležité. Toto nie je na tabuli.

Tu je materská bunka s týmito boxmi, kde tieto boxy predstavujú nejaký regulačný faktor. A môžete vidieť, že som ich nakreslil na jednu stranu bunky, takže keď sa bunka rozdelí, jedna z dcér ich nedostane a jedna áno. A ak sú boxy regulačnými faktormi, dcérina bunka, ktorá ich dostane, bude robiť niečo iné, ako tá, ktorá to neurobí. A z toho môžete získať dva rôzne typy buniek.

A uviedol som príklady mnohých rôznych druhov faktorov, ktoré môžu byť určujúce. Tu je skutočný príklad. Toto je skoré embryo červa.

Pamätajte, že som vám hovoril o profesorovi Horvitzovi, ktorý dostal Nobelovu cenu za objav procesov bunkovej smrti. Toto je to isté zviera, na ktorom pracuje. A na horných paneloch sú jadrá zafarbené do modra týmto farbivom nazývaným dappy.

Tu je zygota. Tu je dvojbunkové embryo a 32 bunkové embryo. A môžete vidieť, že v každej bunke je jadro. Na dne sú niektoré determinanty, ktoré sa nazývajú hrachové granuly.

Hrachové granule sú zložené z bielkovín a RNA. A sú regulátormi toho, kde sa budú tvoriť budúce zárodočné bunky, budúce vajíčko a spermie. Pozrite sa, ako sa tieto zárodky-- pozrite sa, ako sa tieto granule hrachu počas vývoja oddeľujú.

Tu sú na jednej strane embrya, dokonca aj v zygote, a potom sa zygota rozdelí. Pozri, jedna z dvoch buniek ich dostane viac a druhá nerobí nič. A v štádiu 32 buniek je jedna bunka z 32, ktorá má všetky zrnká hrachu. A boli vylúčené alebo degradované zo zvyšku embrya. A to je naozaj krásny príklad, možno najkrajší príklad segregácie determinantov.

Tu je ďalší, signálny faktor vylučovaný susednými bunkami. Neviazanosť na bunky v priebehu času niečo urobí. Vo všetkých bunkách je dostatok transkripčných faktorov a regulačných faktorov na to, aby sa časom diferencovali na niečo, ak sú to normálne bunky. Ale je tu signalizačná bunka, ktorá hovorí neviazanej bunke, aby aktivovala signálnu dráhu a pokračovala a vytvorila bunku typu 2.

A to sú induktory, čo sú ligandy viažuce sa na receptory a meniace sulfát. Tieto signálne dráhy môžu pôsobiť spôsobom závislým od koncentrácie, ako je vidieť na tejto obrazovke. A tu je predstava morfogénu, kde vysoká koncentrácia ligandu poskytne produkciu bunkového typu 2 a nízka koncentrácia ligandu a produkciu bunky typu 3. A dotkli sme sa toho, ako to funguje molekulárne, predtým to nie je dobre pochopené a je komplikované.

Toto je najznámejší príklad buniek, ktoré môžu pokračovať a povedať iným bunkám, čím sa majú stať. Je to skupina buniek, ktorá bola označená ako organizátor predtým, ako bolo jasné, že v skutočnosti existuje veľa organizátorov.A organizáciu definovala postgraduálna študentka Hilde Mangold spolu so svojím poradcom Hansom Spemannom.

Mangold, žiaľ, pokračoval a bol zabitý pri výbuchu. Spemann získal prvú Nobelovu cenu za vývojovú biológiu v roku 1935. Nikdy sa to nezdalo spravodlivé. Aj tak to nie je fér. To je smutný príbeh.

Spemann bol popredným vývojovým biológom v 20. rokoch 20. storočia. A toto je zistenie, ktoré urobil doktor Mangold. Vzala embryo a z embrya ho odstránila - takže nielenže vidíte môj kalendár - získate pohľad do zvyšku môjho života. Môj manžel je profesorom na tej druhej univerzite.

Takže dnes máme konkurenčné rozvrhy vyučovania. Dr. Mangold teda zobrala skupinu buniek z budúcej zadnej časti embrya -- o tom si povieme nabudúce -- a transplantovala ich do iného embrya. Transplantovala ich do bruška. Vzala teda späť bunky a vložila ich do budúceho brucha hostiteľského embrya.

Takže je tu darca a hostiteľ. A videla rozdiel medzi týmito embryami, pretože mali odlišnú pigmentáciu. Boli rôznych farieb.

A potom ich nechala ísť ďalej a rozvíjať sa. A to bol v tých časoch z technických dôvodov nesmierne ťažký experiment. Ale v priebehu niekoľkých mesiacov sa tieto embryá vyvinuli. A to, čo našla, bolo toto zvláštne embryo, ktoré je siamským dvojčaťom.

A mohla ukázať, keď sa pozrela, kde boli bunky, do ktorých transplantovala, že existuje toto hostiteľské embryo, ktoré bolo vyrobené z pôvodného hostiteľského tkaniva. A bolo k nemu pripojené ďalšie embryo v tejto orientácii, ale len malý kúsok druhého embrya v skutočnosti pochádzal z darcovských buniek. Väčšina druhého embrya pochádzala z hostiteľských buniek. A to bolo epiphanal, pretože mohla pochopiť, že tieto darcovské bunky povedali hostiteľskému tkanivu, aby vytvorilo ďalšie embryo.

Bolo to mimoriadne bezprecedentné zistenie, ktoré vyvolalo predstavu, že bunky môžu povedať iným bunkám, čím sa majú stať. Stáva sa to určite aj u iných zvierat? Toto je od môjho kolegu Jerryho Thompsona, ktorý vytvoril tieto spojené embryá žiab dvojčiat pomocou organizačných transplantácií.

Deje sa to u ľudí? Robí. Veríme, že spojené dvojčatá pochádzajú od organizátorov, ktorí sa rozdelili a dali vznik dvom embryám, ktoré sa od seba neoddelia správne. A tam sa zastavíme a pokračujeme v pondelok.


Zachovanie fenotypovej robustnosti prostredníctvom zabezpečenia konzistentných podmienok v génovom lokuse

Okrem poskytovania prostriedkov na vybudovanie komplexných regulačných sietí by lokalizované transkripčné prostredia mohli prispieť aj k tlmeniu šumu a rozptylu prameniacich zo stochastickej povahy molekulárnych interakcií medzi chromatínom, transkripčnými faktormi a polymerázami. Nedávne zobrazovacie experimenty so subsekundovým časovým rozlíšením ukázali, že k transkripcii mRNA dochádza v zhlukoch (Bothma et al., 2014 Chubb et al., 2006 Tunnacliffe et al., 2018). Celkový transkripčný výstup je pravdepodobne regulovaný vyladením frekvencie a dĺžky prasknutia za predpokladu, že maximálna rýchlosť načítania polymerázy a teda aj maximálna rýchlosť syntézy mRNA sa dosiahne počas prasknutia (Cai et al., 2008). Inherentne stochastická povaha vzplanutí vedie k variáciám v počte mRNA produkovaných v akomkoľvek danom okamihu, dokonca aj medzi podobnými susednými bunkami (Eldar a Elowitz, 2010 Raj a van Oudenaarden, 2008). Aj keď post-transkripčné kontroly môžu pôsobiť proti tomuto rozptylu, táto variabilita ukladá zásadné limity na konzistenciu nadväzujúcich regulačných sietí, ktoré musia vnímať výsledky týchto transkripčných udalostí. V prípade génovej expresie spojenej s trvalými rozhodnutiami o osude buniek by hlučný transkripčný výstup mohol nepriaznivo ovplyvniť konzistenciu embryogenézy bez mechanizmov na kontrolu, kompenzáciu alebo vysvetlenie týchto variácií. Je zaujímavé, že nedávne štúdie naznačujú, že vlastnosti transkripčného šumu sú závislé od génov (Battich a kol., 2015 Blake a kol., 2006 Fraser a kol., 2004 Metzger a kol., 2015 Yan a kol., 2017), čo naznačuje, že regulačné prvky riadiace gén hrajú podstatnú úlohu pri definovaní jeho šumových vlastností. V dôsledku toho by bolo nevyhnutné pochopiť stratégie, ktoré špecifické gény používajú na obmedzenie šumu vo svojom transkripčnom výstupe.


Pozri si video: Prof. Helena Tlaskalová - Hogenová, DrSc.: Črevný mikrobióm a chronické choroby (Septembra 2022).


Komentáre:

  1. Baal

    I know one more solution

  2. Matthan

    Toto je nejaký druh urbanizácie

  3. Tozragore

    Yes all this imaginary

  4. R'phael

    To mi celkom nesedí.

  5. Samusida

    the Authoritarian point of view, seductively

  6. Shayan

    I'm sorry, but I can't help you. I know you will find the right solution. Nezúfajte.



Napíšte správu