12.11.2014

1

Controlul

expresiei

genice

REGLAREA

EXPRESIEI GENICE

!!! Alegerea genei pentru transcripţie

!!! Activarea secvenţei de ADN

!!! Controlul activităţii ARN-polimerazei II

!!! Controlul cantităţii şi calităţii ARNm şi proteinei sintetizate

Organism pluricelular:

Peste 200 de tipuri de celule

diferite ţesuturi organe

Toate celulele somatice ale

unui organism sunt genetic

identice (au aceeaşi

cantitate de ADN, aceleaşi

gene), provenind de la

celula zigot prin mitoze

succesive)

12.11.2014

2

Particularităţile genomului uman

Genomul nuclear (n)

3,2 Gb

~ 35000 gene

Genomul mitocondrial

16,6 kb

37 de gene

ADN genic

25%

ADN extragenic

75%

ADN

codant

10%

ADN

necodant

90%

Secvenţe unice

sau în număr

mic de copii

60%

Secvenţe

moderat sau

înalt repititive

40%

Clasificarea genelor nucleare

1. În dependenţă de produsul genic:

• gene de cl.I pentru ARNr

• gene de cl. II pentru ARNm şi proteine

• gene de cl.III pentru ARNt, ARNr, ARNsn

2. În dependenţă de locul activităţii:

• gene active în toate celulele

• gene active în anumite celule, ţesuturi

3. În dependenţă de perioada ontogenetică

• gene active pe tot parcursul vieţii

• gene active numai prenatal

• gene active numai la pubertate

• gene active numai la adult

4. În dependenţă de interacţiunea cu factorii de mediu;

• gene stabile

• gene plastice

5. În dependenţă de gradul de expresie:

• gene normomorfe

• gene hipomorfe

• gene hipermorfe

• gene amorfe

6. În dependenţă de numărul de copii în genom:

• gene unice

• gene repetate în tandem sau dispersate

12.11.2014

3

7. În dependenţă de funcţia produşilor genici:

• enzime - 31,2%;

• modulatori ai proteinelor sintetizate - 13, 6 %

• receptori;

• factori de transcripţie;

• proteinele matricei intracelulare şi matricei extracelulare;

• transportatori membranari şi proteine – canal;

• molecule semnalizare celulară;

• hormoni;

• Ig.

50%

Fiecare celulă a organismului conţine setul complet de

gene (30-40000 perechi gene pentru 46 mol. ADNnuclear)

Expresia genică numai 10% din toate genele

Expresie continuă

• Gene ARNr

• Gene ARNt

• Gene house keeping

Expresie temporală dependentă:

• de ţesut;

• de perioada

• ontogenetică;

• de perioada ciclului

• celular;

• de factorii de mediu

Non-expresie

• pseudogene

!!! Există mecanisme de reglare a expresiei genelor

12.11.2014

4

La procariote

!!! DAR, la eucariote:

genomul nuclear este enorm şi este puternic compactizat (ADN+ proteine histone, proteine nehistone);

recunoaşterea şi activarea unei secvenţe scurte de nucleotide (unei gene) este dificilă;

există mecanisme de reglare multiple, la diferite nivele de expresie a genelor (pretranscripţional, transcripţional, processing ARNm, translaţie, etc.):

• ! etapa principală – la nivelul iniţierii transcripţiei;

• ! mecanismul principal – interacţiunea unor factori proteici la

• secvenţele reglatoare ale acizilor nucleici;

• ! factorii proteici reglatori sunt produşii unor gene situate la

• distanţă, pe alte molecule de ADN (factori trans-reglatori)

12.11.2014

5

FACTORII REGLATORI AI EXPRESIEI GENICE

CIS-genici

• Boxe pentru iniţiereatranscripţiei

• Boxe specifice de ţesut

• Boxe RE induseprin hormoni, ioni, AMPc

• Enhancers, silencers

TRANS-genici

• Factori proteici de transcripţiegenerali

• Factori proteici de transcripţiespecifici de ţesut

• Factori proteici de transcripţieinuctibili

• Enh, sil.

EPI-genici, (negenetici)

• Modificarea histonelor(metilare, acetilare, fosforilare, ubiquitinare

• Metilarea ADN

• Variaţii în configuraţiaADN

Nivele de reglare a EG

Pretranscripţional – decondensarea cromatinei, eliberarea

ADN de histone (epigenetic, reversibil, potenţial ereditar)

Transcripţional – identificarea promotorului, formarea

complexului de iniţiere, rata de transcripţie

Posttranscripţional – procesarea ARNm, alegerea variantei de

splicing, controlul transferului ARNm în citoplasmă

Translaţional – selectarea matriţei, formarea complexuluide

iniţiere, controlul calităţii polipeptidului, stabilitatea ARNm

Posttranslaţional – modificarea posttranslaţională a

polipeptidului, direcţionarea proteinelor

Reglarea la nivel pretranscripţional

1. Modificarea histonelor:

• metilarea H3 (Lys4) – expresie activă a genei

• metilarea H3 (Lys9) – atenuarea transcripţiei

• acetilarea histonelor – relaxarea cromatinei, facilitarea transcripţiei

• dezacetilarea histonelor – condensarea cromatinei, inactivarea transcripţiei

• fosforilarea H1 – supracondensarea cromatinei

• defosforilarea H1 – decondensarea cromatinei

2. Metilarea ADN (insulele 5MeCpG, frecvent în promotor) – inactivarea transcripţiei.

• !!! Metilarea ADN dezacetilarea histonelor represia transcripţiei

3. Modificări în configuraţia ADN:

• helixul B helix Z represie genică (excepţie – promotor)

12.11.2014

6

Control pretranscripţional

Controlul la distanţă a expresiei genice:

!!! Organizarea funcţională a cromozomilor în

domenii cromatidiene cu expresiei genică

diferite, evitând efectul activator sau inhibitor

a Enhancer-ilor sau Silencer-ilor unei gene

asupra altor gene.

1) Efectul de poziţie a genelor pe cromozom

2) Reglarea coordonată a expresiei genelor

(LCR- locus control region)

Sac vitelin FicatMăduva roşie

a oaselor şi

splină

Control expresiei temporale şi spaţiale

ale genelor globinelor

crs.16

crs.11

Exemplu metilare - demetilare

12.11.2014

7

Reglarea la nivel transcripţional

!!! Formarea complexului de iniţiere a

transcripţiei:

!!! Interacţiunea factorilor proteici trans-

reglatori cu secvenţele cis-reglatoare ale

promotorului (selectarea promotorului la

genele cu mai mulţi promotori)

!!! Reglarea activităţii ARN-polimerazei:

- direcţionarea;

- alegerea +1

- alegerea catenei transcrise

!!! Controlul ratei de transcripţie

!!! Activarea genei prin inducţie hormonală şi

transducţie

12.11.2014

8

12.11.2014

9

12.11.2014

10

Factorii de translaţie şi mecanismul lor de acţiune

Iniţierea

eIF-2 - Activează complexul Met-ARNtmet

eIF-3 - Asigură unirea subunităţii 40S la CAP-ul ARNm

eIF-4A - Recunoaşte CAP-ul şi asigură denaturarea

palindroamelor din secvenţa lider a ARNm

eIF-4B - Asigură stabilitatea moleculei ARNm şi previne

formarea buclelor

eIF-5 - Este o GTP-ază ce asigură unirea subunităţii 60S la

complexul de iniţiere

eIF-6 - Previne legarea prematură a subunităţii 60S la

subunitatea 40S

12.11.2014

11

Elongarea

eEF-1α - Asigură unirea aminoacil-ARNt la ribozom;

eEF-1βγ - Asigură hidroliza GTP;

eEF-2 - Asigură translocarea ribozomului;

Terminarea

Factorii de terminare sunt încă puţin studiaţi la

eucariote, dar mecanismul general este asemănător

procariotelor

RF-1 - Recunoaşte codonii STOP UAA şi UAG

RF-2 - Recunoaşte codonii STOP UGA şi UAA

RF-3 - Asigură specificitatea RF-1 şi RF-2.

12.11.2014

12