Genomi- ilmentymisen säätely

Samankaltaiset tiedostot
Genomi- ilmentymisen säätely

Epigeneettinen säätely ja genomin leimautuminen. Tiina Immonen Medicum, Biokemia ja kehitysbiologia

Genomin ilmentyminen Liisa Kauppi, Genomibiologian tutkimusohjelma

Genomi-ilmentyminen Genom expression (uttryckning) Nina Peitsaro, yliopistonlehtori, Medicum, Biokemia ja Kehitysbiologia

Epigeneettinen säätely ja genomin leimautuminen. Tiina Immonen BLL Biokemia ja kehitysbiologia

Bioteknologian tutkinto-ohjelma Valintakoe Tehtävä 3 Pisteet / 30

VIIKKI BIOCENTER University of Helsinki

Genomin ilmentyminen

DNA Tiina Immonen, FT, yo-lehtori HY Biolääketieteen laitos, Biokemia ja kehitysbiologia

DNA RNA proteiinit transkriptio prosessointi translaatio regulaatio

Muuttumaton genomi? Genomin ylläpito. Jakson luennot. Luennon sisältö DNA:N KAHDENTUMINEN ELI REPLIKAATIO

Genomin ylläpito Tiina Immonen BLL Lääke8eteellinen biokemia ja kehitysbiologia

6 GEENIT OHJAAVAT SOLUN TOIMINTAA nukleiinihapot DNA ja RNA Geenin rakenne Geneettinen informaatio Proteiinisynteesi

DNA Tiina Immonen, FT, yo-lehtori HY Lääketieteellinen tiedekunta Biokemia ja kehitysbiologia

VIIKKI BIOCENTER University of Helsinki

Functional Genomics & Proteomics

Sukunimi Etunimet Tehtävä 3 Pisteet / 20

tgg agg Supplementary Figure S1.

VASTAUS 1: Yhdistä oikein

Plasmidi-DNA:n eristys bakteerisoluista DNA:n geelielektroforeesi (Proteiinien geelielektroforeesi)

Vastaa lyhyesti selkeällä käsialalla. Vain vastausruudun sisällä olevat tekstit, kuvat jne huomioidaan

State of the Union... Functional Genomics Research Stream. Molecular Biology. Genomics. Computational Biology

DNA:n informaation kulku, koostumus

"Geenin toiminnan säätely" Moniste sivu 13

DNA > RNA > Proteiinit

Tulehdus ja karsinogeneesi. Tulehduksen osuus syövän synnyssä. Tulehdus ja karsinogeneesi. Tulehdus ja karsinogeneesi. Tulehdus ja karsinogeneesi

Geenitekniikan perusmenetelmät

DNA RNA proteiinit transkriptio prosessointi translaatio regulaatio

Genomin ylläpito TIINA IMMONEN MEDICUM BIOKEMIA JA KEHITYSBIOLOGIA

epiteeli endodermi Nisäkkään hampaan kehitys nisäkkään alkio:

Solun tuman rakenne ja toiminta. Pertti Panula Biolääketieteen laitos 2012

GEENITEKNIIKAN PERUSASIOITA

Bioteknologian perustyökaluja

Drosophila on kehitysgenetiikan mallilaji nro 1

Ribosomit 1. Ribosomit 2. Ribosomit 3

NON-CODING RNA (ncrna)

- Jakautuvat kahteen selvästi erottuvaan luokkaan,

Kehitysbiologiassa käytetään lukuisia viekkaita kuvantamismenetelmiä

Peptidi ---- F K V R H A ---- A. Siirtäjä-RNA:n (trna:n) (3 ) AAG UUC CAC GCA GUG CGU (5 ) antikodonit

Tuberkuloosin diagnostiikka

ENTSYYMIKATA- LYYSIN PERUSTEET (dos. Tuomas Haltia)

Perinnöllisyyden perusteita

- Extra: PCR-alukkeiden suunnittelutehtävä haluttaessa

PCR - tekniikka elintarvikeanalytiikassa

T Digitaalinen signaalinkäsittely ja suodatus Tutkielma Signaalinkäsittely DNA-mikrosiruteknologiassa

Perinnöllisyystieteen perusteita III Perinnöllisyystieteen perusteita

Essential Cell Biology

Biotieteiden perusteet farmasiassa, syksy 2017

6.4. Genomin koon evoluutio Genomin koko vaihtelee

Metsäpatologian laboratorio tuhotutkimuksen apuna. Metsätaimitarhapäivät Anne Uimari

9/30/2013. GMO analytiikka. Termistöä. Markkinoilla olevien GM kasvien ominaisuuksia

Nukleiinihapot! Juha Klefström, Biolääketieteen laitos/biokemia ja genomibiologian tutkimusohjelma Helsingin yliopisto.

Farmasian tutkimuksen tulevaisuuden näkymiä. Arto Urtti Lääketutkimuksen keskus Farmasian tiedekunta Helsingin yliopisto

Lääketieteen ja biotieteiden tiedekunta Sukunimi Bioteknologia tutkinto-ohjelma Etunimet valintakoe pe Tehtävä 1 Pisteet / 15

Genetiikan perusteiden harjoitustyöt

PROTEIINIEN MUOKKAUS JA KULJETUS

Supplementary information: Biocatalysis on the surface of Escherichia coli: melanin pigmentation of the cell. exterior

CHEM-A1310 Biotieteen perusteet 2019

Sytosoli eli solulima. Sytosoli. Solunsisäiset rakenteet, kalvostot ja proteiinien lajittelu (Chapter 12 Alberts et al.)

Syöpägeenit. prof. Anne Kallioniemi Lääketieteellisen bioteknologian yksikkö Tampereen yliopisto

Geenisakset (CRISPR)- Geeniterapian vallankumousko? BMOL Juha Partanen

LUENTO 3 Kyösti Ryynänen Seutuviikko 2014, Jämsä

Mitä elämä on? Astrobiologian luento Kirsi

Väärin, Downin oireyhtymä johtuu ylimääräisestä kromosomista n.21 (trisomia) Geeni s. 93.

? LUCA (Last universal common ancestor) 3.5 miljardia v.

Elämän synty. Matti Leisola

Oligonukleotidi-lääkevalmisteet ja niiden turvallisuuden tutkiminen - Sic!

Etunimi: Henkilötunnus:

Biologian tehtävien vastaukset ja selitykset

Kipu. Oleg Kambur. Geneettisillä tekijöillä suuri merkitys Yksittäisiä geenejä on löydetty vain vähän COMT

CHEM-A1310 Biotieteen perusteet 2018

Elintarvikepetokset Annikki Welling Kemian ja toksikologian tutkimusyksikkö Evira

BIOLOGIAN OSIO (45 p.)

BIOLOGIAN OSIO (45 p.)

DNA (deoksiribonukleiinihappo)

Solu - perusteet. Enni Kaltiainen

Syöpä. Ihmisen keho muodostuu miljardeista soluista. Vaikka. EGF-kasvutekijä. reseptori. tuma. dna

ELAHEH MORADI ARABINOOSIPROMOOTTORIN TRANSKRIPTIODYNAMIIKKA KOLIBAKTEERISSA. Kandidaatintyö

Francis Crick ja James D. Watson

DNA (deoksiribonukleiinihappo)

Solun tutkiminen. - Geenitekniikka

VALINTAKOE 2014 Terveyden biotieteiden koulutusohjelmat/ty ja ISY

DNA, RNA ja proteiinirakenteen ennustaminen

Laserin käyttö eläinlääkinnässä

Experimental Identification and Computational Characterization of a Novel. Extracellular Metalloproteinase Produced by Clostridium sordellii

MALE ADULT FIBROBLAST LINE (82-6hTERT)

Seutuviikko 2015, Jämsä Kyösti Ryynänen PROTEIINISYNTEESI LUENTO 3 DNA-RAKENNE DNA SOLUJAKAUTUMINEN DNA-KAKSOISKIERRE

Proteiinilääkkeet luento

CS284A Representations & Algorithms for Molecular Biology. Xiaohui S. Xie University of California, Irvine

Biologia. Pakolliset kurssit. 1. Eliömaailma (BI1)

Underpinning Phage Arbitrium Communication Systems

Ma > GENERAL PRINCIPLES OF CELL SIGNALING

II Genetiikka 4.(3) Nukleiinihapot

Geeneistä genomiin, mikä muuttuu? Juha Kere Karolinska Institutet, Stockholm

FETAL FIBROBLASTS, PASSAGE 10

Virukset lääketieteen apuvälineinä. Veijo Hukkanen, Veli-Matti Kähäri ja Timo Hyypiä

Synteettinen biologia Suomessa: Virukset synteettisen biologian työkaluina

Molekyyligenetiikka. Arto Orpana, FT dos. apulaisylikemisti

Oksidatiivinen fosforylaatio = ATP:n tuotto NADH:lta ja FADH2:lta hapelle tapahtuvan elektroninsiirron ja ATP-syntaasin avulla

Tuma. Tuma 2. Tuma 3. Tuma 1. Hemopoiesis. solun kasvaessa tuma kasvaa DNA:n moninkertaistuminen jättisolut

Transkriptio:

Genomi- ilmentymisen säätely Samuel Myllykangas, FT Biolääke<eteen laitos Helsingin yliopisto 22.1.2013 Geeni- ilmentyminen Johdanto Säätely Tutkimusmenetelmät Luennon runko 1

Johdanto Monisoluisen organismin kaikissa soluissa on sama DNA Johdanto Monisoluisen organismin kaikissa soluissa on sama DNA 2

Johdanto Eri solutyypeissä ilmentyvät eri geenit RNA:n ilmentyminen (mikroarray) Proteiinien ilmentyminen (2D gel electrophoresis) - - - - - Yleiset prosessit (RNA polymeraasi) Erityiset prosessit (Hemoglobiini) 30-60% geeneistä ilmentyy soluissa Geeni- ilmentymisen taso vaihtelee Proteiini- ilmentymisen erot ovat suuria Figure 7-3 Molecular Biology of the Cell ( Garland Science 2008) Johdanto Ympäristö vaikutaa geenien ilmentymiseen Sisäises=: - Kasvutekijät - Hormonit - Metabolii<t - Signaaliproteiinit - Kemikaalit Ulkoises=: - Kemikaalit - Lääkkeet - Lämpö<la - Valo 3

Johdanto Geeni- ilmentymistä säädellään useilla mekanismeilla Johdanto Monisoluisen organismin kaikissa soluissa on sama DNA Eri solutyypeissä ilmentyvät eri geenit Ympäristö vaikutaa geenien ilmentymiseen Geeni- ilmentymistä säädellään useilla mekanismeilla 4

Geeni- ilmentymisen säätely 1. Transkrip=o 2. RNA:n prosessoinnin säätely 3. RNA:n kuljetuksen säätely 4. Translaa<on säätely 5. mrna:n hajotuksen säätely 6. Proteiinin ak<ivisuuden säätely Transkrip=on jälkeinen säätely Geenien säätelyproteiinit sitoutuvat DNA:han DNA heliksi DNA sekvenssi Proteiinirakennetunnistus Sp1: 5 - GGGCGG 3 3 CCGGCC 5 GATA1: 5 TGATAG 3 3 ACTATC P53: 5 GGGCAAGTCT 3 3 CCCGTTCAGA 5 5

1/22/13 Transkrip<on säätely Geenien säätelyproteiinit sitoutuvat DNA:han Heliksi- mutka- heliksi Homeodomain Sinkki- sormiproteiinit Heliksi- luuppi- heliksi B- laskos Transkrip<on säätely Geeni- ilmentymistä säädellään kytkimien avulla E. colin tryptofaanikytkin - Tryptofaanin synteesin geenien operoni - Yksi promootori - Säätelyelemen\ OperaaTori - Tryptofaanirepressori 6

Geeni- ilmentymistä säädellään kytkimien avulla Geeni- ilmentymistä säädellään kytkimien avulla DNA- luupit lisäävät säätelyproteiinien välistä vuorovaikutusta Bakteereissa säätely toimii yksinkertaisten DNA luuppien välityksellä 7

Eukaryoo\nen transkrip<on säätely on monimutkaista DNA sekvenssi - PromooTori - Säätelyalueet - Enhancer- alueet Proteiinit - Yleiset transkrip<otekijät - Ak<vaaTorit - RNA pol II - MediaaTorit Synergia Eukaryoo\nen transkrip<on säätely on monimutkaista Transkrip<on aloitus (enhancers, repressors) Yksilönkehitys (mm. HOX- geenit) Tumareseptorit (estrogeenireseptori) Reagoin< ympäristötekijöihin, esim. solustressi (heat shock faktori) Solusyklin säätely (onkogeenit, kasvaimenestäjägeenit, esim. MYC, p53) 1/3 ihmisen kehityshäiriöistä johtuu transkrip<ofaktoreiden häiriintyneestä toiminnasta 8

Eukaryoo\nen transkrip<on säätely on monimutkaista DNA on pakaku histoneihin - Säätelyproteiinit eivät sitoudu DNA:han - Kroma<inia muokataan aukaisemalla pakkaus - Pakkaus palautuu vaihtelevas< transkrip<on jälkeen - RNA pol II avaa histonipakkausta edellä ja sulkee jäljessä Erikoistuneiden solujen muodostuminen vaa<i tarkkaa geeni- ilmentymisen säätelyä Prokaryooteilla useita genee\siä mekanismeja Phase variaa<o Ma<ng Two- protein circuits (lambda phage prophage- >ly<c) 9

Erikoistuneiden solujen muodostuminen vaa<i tarkkaa geeni- ilmentymisen säätelyä Feedback loopit Ajallisia muutoksia Erikoistuneiden solujen muodostuminen vaa<i tarkkaa geeni- ilmentymisen säätelyä Proteiinit säätelevät useiden geenien ilmentymistä Yksi proteiini voi aloikaa lihassolun erilaistumisen 10

Erikoistuneiden solujen muodostuminen vaa<i tarkkaa geeni- ilmentymisen säätelyä EpigeneeOset merkit muukuvat elämän aikana EpigeneOset muutokset Erilaiset solut Muutostekijät Erikoistuneiden solujen muodostuminen vaa<i tarkkaa geeni- ilmentymisen säätelyä EpigeneeOset mekanismit 11

Geenien säätelyproteiinit sitoutuvat DNA:han Geeni- ilmentymistä säädellään kytkimien avulla Eukaryoo\nen transkrip<on säätely on monimutkaista Erikoistuneiden solujen muodostuminen vaa<i tarkkaa geeni- ilmentymisen säätelyä Transkrip<on jälkeinen säätely 12

Transkrip<on jälkeinen säätely RNA:n prosessoinnin säätely Ribokytkimet Transkrip<o pysähtyy Transkrip<on jälkeinen säätely RNA:n prosessoinnin säätely Vaihtoehtoinen RNA:n silmukoin< 13

Transkrip<on jälkeinen säätely RNA:n prosessoinnin säätely Pilkkominen Vasta- aine- erityksen säätely - - - Membraaniproteiini (pitkä) EriteTy proteiini (lyhyt) CstF alayksikkö Transkrip<on jälkeinen säätely RNA:n prosessoinnin säätely Editoin< Lukuraamin ja sekvenssin muutokset U nukleo<dejä voidaan lisätä mitokondrion RNA:han Emäsmuutokset Adeniinin deaminaa<o - > Inosine Cytosiinin deaminaa<o - > Uracil 14

Transkrip<on jälkeinen säätely RNA:n kuljetuksen säätely Transkrip<on jälkeinen säätely Translaa<on säätely UTR säätely Lämpösensori Ribokytkin An=sense RNA 15

Transkrip<on jälkeinen säätely RNA:n hajotuksen säätely Transkrip<on jälkeinen säätely RNA:n prosessoin< RNA:n kuljetus Translaa<on säätely RNA:n hajotuksen säätely 16

Geeni- ilmentymisen tutkimusmenetelmät RNA- DNA hybridisaa<o PCR Kroma<ini immunopresipitaa<on DNA mikroarray Uuden polven sekvensoin< RNA häirintä (RNAi) RNA- DNA hybridisaa<o Northern blot Hybridisaa=o (A- T/U, C- G) RNA:n tunnistaminen - Leimatuilla DNA- koe\milla - Elektroforeesi - Nucleiinihappojen siirto kalvolle - Visualisoin< 17

Polymeraasiketjureak<o (PCR) Exponen=al amplifica=on of targets - Heat- stable DNA polymerase - Specific primers (fwd and rev) - Thermal cycling - dntps Kroma<ini- immunopresipitaa<o DNA:n ja proteiinien vuorovaikutusten tutkiminen - Transkrip<otekijät - > promootori - RNA polymeraasi - > geeni - Histone - > DNA - Perustuu spesifisiin vasta- aineisiin 18

DNA- DNA hybridisaa=o DNA mikroarray DNA mikroarray Geeni- ilmentyminen DNA mikroarraykoe Uuden polven sekvensoin< Sanger DNA sekvensoin< Geeli- elektroforeesisekvensoin= Genomic DNA Fragmented DNA Sequencing library Kapillaarisekvensoin= Immobilization Polony array Cycles Next-generation sequencing A C C G T A T G C T G T A A G C Illumina Genome Analyzer sequencing Library immobilization Bridge amplification *T TTTT Dye termina=on sequencing - Single reac<on - Fluorescent dyes - Capillary electrophoresis *T Reversible terminator nucleotides *T *T TTTTTTTTTTTTT TTTT *T TTTTTTTTTTTTT TTTT T TTTTTTTTTTTTT 19

Uuden polven sekvensoin< Sekvensoin<kapasitee\ on lisääntynyt massiivisen parallelisoinnin ansiosta Prepara<on Genomic DNA Fragmented DNA Cloning Amplification Capillary electrophoresis Sanger sequencing Sekvensoin=keskus - Robo<ikkaa - 3 M emästä/päivä Uuden polven sekvensoin< Sekvensoin<kapasitee\ on lisääntynyt massiivisen parallelisoinnin ansiosta Prepara<on Genomic DNA Fragmented DNA Cloning Amplification Capillary electrophoresis Sanger sequencing Genomic DNA Fragmented DNA Sequencing library Immobiliza<on Polony array Cycles Next-generation sequencing Laboratorio: 300 000 M/päivä A C C G T A T G C T G T A A G C 20

Uuden polven sekvensoin< Sekvensoin<kapasitee\ on lisääntynyt massiivisen parallelisoinnin ansiosta Light microscopy Single molecule Nonop=c Available In progress R&D phase Gnubio Stratos Genomics Halcyon ZS Gene<cs Bionanomatrix Lightspeed Nanophotonics Biosci Base4Innova<on GenizonBioSci LaserGen GE Global Genovoxx Visigen/Starlight Genapsys Mobius Genomics Raveo Nanopore sequencing Nabsys Oxford Nanopore Electronic Biosciences IBM- Roche Genia NobleGen Uuden polven sekvensoin< Sekvensoin<kapasitee\ on lisääntynyt massiivisen parallelisoinnin ansiosta Menetelmät parantuvat ja kustannukset alenevat Illumina MiSeq Virtauskenno (flow cell) 21

Uuden polven sekvensoin< Sekvensoinnin avulla voidaan tutkia geenien ilmentymistä RNA häirintä (RNAi) Mekanismi RNAi = RNA interference, RNA:n hiljentäminen Molekyylit, jotka hiljentävät RNA:n sirna = small interfering RNA Täydellinen pariutuminen kohde mrna- molekyylin kanssa johtaa mrna:n hajoamiseen mirna = microrna Täydellinen tai epätäydellinen pariutuminen kohde mrna:n kanssa johtaa mrna:n hajoamiseen tai proteiinisynteesin estoon Kokeelliset työvälineet laboratoriossa geenien hiljentämiseen sirna = small interfering RNA shrna = small hairpin RNA 22

RNA häirintä (RNAi) Geenin hiljentäminen RNAi:n avulla Green and red lines show cell index values for two different sirnas the light blue line shows the control without sirna the dark blue and pink lines show controls with inac<ve sirnas. Geeni- ilmentymisen tutkimusmenetelmät RNA- DNA hybridisaa=on avulla voidaan tunnistaa transkripteja PCR:n avulla pystytään monistamaan ja eristämään <etyjä sekvenssejä genomista Kroma=ini- immunoprosipitaa=o mahdollistaa proteiinien ja DNA:n välisten vuorovaikutusten tutkimuksen DNA mikroarrayn avulla voidaan tutkia kaikkien ihmisen geenien RNA- tason ilmentymistä Uuden polven sekvensoin= on kehitynyt viime vuosina huimas< ja on syrjäytämässä DNA mikroarrayn RNAi mahdollistaa <etyjen geenien hiljentämisen koe- eläimessä 23