Genomin ilmentyminen

Transkriptio

1 Kauppi 17/01/2014 Genomin ilmentyminen LH1, Molekyylibiologia Liisa Kauppi, Genomibiologian tutkimusohjelma Huone C501b, Biomedicum 1 Transkriptiofaktorin mutaatio voi aiheuttaa muutoksen fenotyypissä: A Dominant-Negative GFI1B Mutation in the Gray Platelet Syndrome Monteferrario et al. (New England Journal of Medicine, 2013) Terve Terve Sairas Sairas Sairas The gray platelet syndrome is a hereditary, usually autosomal recessive bleeding disorder caused by a deficiency of alpha granules in platelets. We detected a nonsense mutation in the gene encoding the transcription factor GFI1B (growth factor independent 1B) that causes autosomal dominant gray platelet syndrome. ( ) Megakaryocytes had dysplastic features, and they were abnormally distributed in the bone marrow. The GFI1B mutant protein inhibited nonmutant GFI1B transcriptional activity in a dominant-negative manner. Our studies show that GFI1B, in addition to being causally related to the gray platelet syndrome, is key to megakaryocyte and platelet development. 1

2 Transkriptiofaktorin mutaatio voi aiheuttaa muutoksen fenotyypissä (toinen esimerkki): A human MSX1 homeodomain missense mutation causes selective tooth agenesis. Vastardis et al. (Nature Genetics, 1996) We demonstrate that a mutation in the homeobox gene, MSX1, causes a common developmental anomaly, familial tooth agenesis. Genetic linkage analyses in a family with autosomal dominant agenesis of second premolars and third molars identified a locus on chromosome 4p, where the MSX1 gene resides. ( ) We ( ) suggest that MSX1 functions are critical for normal development of specific human teeth. Oppimistavoitteet Luennon ymmärrät pääperiaatteet seuraavista kokonaisuuksista: Transkriptio RNA polymeraasit, promoottorit ja transkriptiotekijät) RNA:n silmukointi introni, eksoni, spliseosomi (snrna), ribotsyymi ja vaihtoehtoinen silmukointi Alberts, luku 6 2

3 Tarkemmat oppimistavoitteet Luennon jälkeen Osaat vertailla, kuinka prokaryoottien ja eukaryoottien transkriptio poikkeavat toisistaan Tiedät, miksi eukaryooteilla on monta RNApolymeraasia Ymmärrät, miten transkriptio aloitetaan ja mikä on promoottorin ja transkriptiotekijöiden funktio Osaat kertoa, kuinka esiaste-rna:sta muokataan silmukoinnin avulla lähetti-rna Ymmärrät, kuinka spliseosomi toimii ja kuinka lähetti- RNA:sta saadaan eri versioita vaihtoehtoisen silmukoinnin avulla Tiedät, kuinka ja miksi lähetti-rna:ta muokataan Genomin ilmentyminen 1. transkription aloitus ja RNA:n synteesi 2. RNA:n silmukointi ja muu muokkaus DNA:n ja RNA:n välisiä eroja 1. runko 2. emäkset 3. pääasiallinen olomuoto 3

4 Ihmisgenomin koostumus: Hyvin vähän proteiineja koodaavaa DNA:ta Mistä solu tietää, mikä on geeni? Geenistä pitää tunnistaa alku, luettava osa ja loppu. Nämä signaalit on kirjattu DNA:han. Geenin lukuun tarvitaan transkriptiotekijät ja RNA-polymeraasi Aloitus: promoottorialue Luettava alue Lopetus: terminaatioalue Useimmat geenit ovat yleensä pois päältä ja ne pitää erikseen aktivoida. Poikkeuksena ns. taloudenpito-(housekeeping) geenit. Transkription epänormaali säätely esim. syövässä Koodaava juoste Mallijuoste = DNA-juoste, jonka sekvenssi vastaa RNA:n sekvenssiä = DNA-juoste, jota käytetään mallina transkriptiossa 4

5 Kauppi 17/01/2014 Eukaryoottien ja prokaryoottien välisiä eroja transkriptiossa Eukaryootit Prokaryootit Transkription aloitus prokaryooteilla Sigma-tekijä ja RNA-polymeraasi Mitä jo tuntemaanne solutoimintoa transkriptio muistuttaa? Figure 6-11 (part 1 of 7) Molecular Biology of the Cell ( Garland Science 2008) Figure 6-11 (part 4 of 7) Molecular Biology of the Cell ( Garland Science 2008) 5

6 Kauppi 17/01/2014 Eukaryooteilla on 3 eri RNA polymeraasia joilla on osin eri tehtävät RNA:ta on montaa eri tyyppiä ja niillä on eri tehtävät EUKARYOOTIT Table 6-2 Molecular Biology of the Cell ( Garland Science 2008) Table 6-1 Molecular Biology of the Cell ( Garland Science 2008) Transkription aloitussignaaleita DNA:n promoottorisekvenssit RNA:n synteesi alkaa tästä 5 3 RNA pol II:n tarvitsemat transkriptiofaktorit Transkriptiotekijät muodostavat valtavan proteiinikompleksin Tarkemmin kuvassa 6-16 Yksittäisen geenin tasolla vielä monia muita! Table 6-3 Molecular Biology of the Cell ( Garland Science 2008) Figure 6-17 Molecular Biology of the Cell ( Garland Science 2008) 6

7 Transkription aloitukseen tarvitaan usein myös tehostaja initiaatio tehostajaproteiini tehostajajakso tehostajajakso Transkriptioanimaatio: dnalc.org Introneiden poisto eli silmukointi esiaste-rna Eksoni GU A AG 5 3 Eksoni lähetti-rna Eksoni 1 Eksoni 2 Spliseosomi = silmukointikoneisto, sis. RNA:ta ja proteiineja RNA toimii spliseosomin yhteydessä ribotsyyminä (ks. myös itsesilmukointi, kuva 6-36) 7

8 Pienryhmätehtävä (noin 10 min): DNA:n lukeminen esiaste-rna:ksi -> silmukointi DNA-sekvenssi:! 5! 3! CCACTCCCTTTATGGGTCAATCTTCAAGTC! GGTGAGGGAAATACCCAGTTAGAAGTTCAG! AGACGTGCGTCTATTGGGCGCAGGTAAGTC! TCTGCACGCAGATAACCCGCGTCCATTCAG! DNA:n koordinaatit CTAATGTTCGTCCAATGTTATCCTTACAAG! GATTACAAGCAGGTTACAATAGGAATGTTC! 90 GGACTAACGGCCAATCTCCCTTACAGGACT! CCTGATTGCCGGTTAGAGGGAATGTCCTGA! CATATGAACGTCGAATGTTAAAGGTGAGTG! GTATACTTGCAGCTTACAATTTCCACTCAC! bp Esiaste-RNA sisältää silmukointisignaalit (=sekvenssit) Y = pyrimidiini R = puriini Pienryhmätehtävä (noin 10 min): 1. Lukekaa DNA esiaste-rna:ksi 2. Etsikää intronin alku ja loppu 3. Etsikää intronin A-haarakohta 4. Jos aikaa: Missä on DPE (downstream promoter element, ks. kuva 6-17)? 8

9 Eukaryoottisen RNA:n muokkaus esiaste-rna:sta lähetti-rna:ksi 5 huppu Introneiden poisto = silmukointi 3 häntä esiaste-rna Eksoni Introni Eksoni lähetti-rna Eksoni Eksoni 5 3 RNA-polymeraasi on monitoimikone! 5 huppu mrna:n nimilappu silmukointi 3 häntä suojaa mrna:ta eksonukleaaseilta (pidempi häntä = pidempi RNA:n elinaika = enemmän proteiinia) 9

10 Pienet tuman RNA:t (snrna:t) muodostavat silmukointikoneiston ytimen Silmukointikohdat tunnistetaan snrna:n ja esiaste-rna:n välisen emäspariutumisen avulla Silmukointi suoritetaan sitä mukaa, kun esiaste-rna muodostuu Vaihtoehtoinen silmukointi Samasta geenistä useampi lähetti-rna-versio DNA RNA proteiini Bellani et al. (Mol Cell Biol, 2010) Kauppi et al. (Science, 2011) 10

11 Kauppi 17/01/2014 Transkription lopetus RNA:ssa konsensussekvenssi -> RNA napsaistaan poikki Poly-A polymeraasi syntetisoi 3 hännän Poly-A 3 häntään sitoutuu proteiineja VIDEO Elektronimikroskooppikuva kahden geenin transkriptiosta -huomaa kuinka monet RNA polymeraasit lukevat DNA:ta RNA:ksi samanaikaisesti Monta RNA-polymeraasikompleksia lukee kutakin geeniä samanaikaisesti (Elektronimikroskooppikuva rrna:sta; rrna on ribosomin RNA-komponentti ja sitä tarvitaan erityisen paljon tumajyvänen on tuman ribosomitehdas) 11

12 Muokattu lähetti-rna viedään solulimaan tuma tumahuokonen solulima seuraava luento! Jos animaatiot helpottavat oppimistasi: Transkriptio (esiaste-rna:n tuottaminen) Esiaste-RNA:n muokkaus RNA:n silmukointi Cold Spring Harbor-laboratorioiden DNA Learning Centeristä löytyy paljon hienoja animaatioita: (Mutta muista kuitenkin fact check Albertsista!) 12