College 6: Regulatie van gen expressie Eukaryoten: Chromatine (Nucleosomen) Regulatie van genexpressie Two-Hybrid systeem DNA-bindingsmotieven in eiwitten RNA processing (post transcriptionele processing)

Celcyclus

Interfase chromosomen Verschillende vormen van chromatine waarneembaar: Heterochromatine - compacte structuur - 10% van totaal chromatine - transcriptioneel inactief - centromeren; telomeren Euchromatine - minder compacte vorm - rest van chromatine - meeste transcriptioneel actief

Chromatine bestaat uit DNA en eiwit (histonen)

Histonen 5 klassen (H1b, H2a, H2b, H3 en H4)

Eigenschappen van histonen http://www.ncbi.nlm.nih.gov/protein/AIB09767.1

DNA winding rond Histoncomplex: nucleosoom (10 nm) Nucleosoom omvat 200 bp DNA waarvan 147 bp DNA is gewikkeld om 1 histoncomplex (octameer)

DNA winding rond Histoncomplex (vervolg) - Histonen binden het DNA niet random maar lijkt afhankelijk van de aanwezige hoeveelheid A=T paren. - Een cluster van 2 of 3 A=T paren vergemakkelijkt compressie van de kleine groeve. - Verwijdering van 1 helix draai - Nucleosoom = 7-voud condensering

Histoncomplex

Post translationele modificatie Histon N- en/of C- terminale “staarten”: Histoncode (Lys en Arg)

Condenseren van eukaryotisch genomisch DNA (vervolg)

Condenseren van eukaryotisch genomisch DNA (vervolg) Histonstaarten maken condensatie mogelijk: Belangrijke rol Lys 16 van Histon 4 interactie met H2A en H2B van volgende nucleosoom http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC3061077/?tool=pubmed Nucleic Acids Res. 2011 March; 39(5): 1680–1691. The effects of histone H4 tail acetylations on cation-induced chromatin folding and self-association Abdollah Allahverdi, Renliang Yang, Nikolay Korolev,* Yanping Fan, Curt A. Davey, Chuan-Fa Liu,* and Lars Nordenskiöld*

Nucleosomen draaien in tot een 30 nm fiber: 100-voud condensering

Verdere condensering tot chromosoom structuur

Condensering DNA tot 700 nm structuur Mogelijke rol van Condensines in de condensering van DNA

Genexpressie Prokaryoten: RNA pol. toegang tot promotoren pos. en neg. regulatie (activatoren/repressoren) Regulatie eiwitten weinig complex - Transcriptie en translatie gekoppeld Eukaryoten: RNA pol. toegang tot promotoren beperkt chromatine structuur vnl. pos. regulatie (activatoren) Regulatie eiwitten complex (multimeren) Transcriptie en translatie niet gekoppeld

Transcriptie activatie Transcriptie verandering chromatine structuur (“remodelling”) rol van enzymen I. Covalente modificatie histonen: Activatie van transcriptie: HATs (histon acetyltransferases) acetyleren Lysine residuen in Histonen, hierdoor reductie van affiniteit van nucleosoom voor DNA Inactivatie van transcriptie: Deacetylering

Decondenseren van eukaryotisch genomisch DNA Acetylering van Lysine 16 https://www.youtube.com/watch?v=nygyUMODV7Y

Transcriptie activatie (vervolg) II. ATP afhankelijke “remodelling” Eiwitcomplexen die zorgen voor verwijderen of verplaatsen van nucleosomen SWI/SNF chromatin “remodelling” complex: zorgt voor hypersensitieve plaatsen op DNA en binding van transcriptiefactoren

Transcriptie activatie (vervolg): yeast HO gene

Regulatie van genexpressie in eukaryotische cellen http://vcell.ndsu.nodak.edu/animations/regulatedtranscription/movie-flash.htm

Regulatie van genexpressie in eukaryotische cellen (vervolg) - domein voor DNA binding - 1 of meer domeinen voor eiwit interactie (leucine zippers; helix-loop-helix)

Regulatie van genexpressie in eukaryotische cellen (vervolg)

Regulatie van genexpressie in eukaryotische cellen: repressor

Galactose metabolisme in gist: regulatie GAL genexpressie GAL genen liggen verspreid over 3 chromosomen: vglb promotoren en UAS 6 enzymen *: galactose import en metabolisme: galactose glucose In gist is glucose kataboliet repressor van expressie GAL genen *

Galactose metabolisme in gist: regulatie GAL genexpressie (vervolg) Start: galactose afwezig

Two-Hybrid systeem: studie naar eiwit-eiwit interactie Gebaseerd op Gal4p Gal4p bevat DNA bindingsdomein en activatiedomein:

Two-Hybrid systeem: Gal4p uit gist

Two-Hybrid systeem: Gal4p uit gist

Two-Hybrid systeem: Gal4p uit gist

Regulatie eiwitten: DNA bindingsdomeinen Zink vinger-achtig motief in Gal4P

Regulatie eiwitten: DNA bindingsdomeinen (vervolg) Helix-turn-helix Homeodomein

Regulatie eiwitten: domein voor eiwit-eiwit interactie Leucine zippers

Regulatie eiwitten: domein voor eiwit-eiwit interactie (vervolg) Helix-loop-helix

Post-transcriptionele modificatie

Typen introns Vier typen Type I en II: - zelfsplitsend geen ATP nodig nucleofiel nodig voor uitknippen van intron Meeste introns niet zelfsplitsend kost ATP Spliceosoom nodig (groot eiwit complex) (type III) Endonuclease nodig (type IV in tRNA)

Type I intron

Type II intron

Type III intron / Spliceosoom Rol Spliceosoom bij verwijderen van type III introns Spliceosoom is opgebouwd uit: - 5 snRNAs (U1, U2, U4, U5 en U6) eiwitten Ribozym (aanwijzingen hiervoor) UG 5’ AU 3’ 3’ splice site: poly pyrimidines (U en C) http://www.dnalc.org/resources/3d/rna-splicing.html

Alternatieve processing van primair RNA transcript (1) 1. Keuze polyA plaats

Alternatieve processing van primair RNA transcript (2) 2. Alternatieve “verbind” patronen Een combinatie van 1 en 2 komt ook voor.