Plan wykładu: Budowa chromatyny - nukleosomy. Wpływ nukleosomów na replikację i transkrypcję

Transkrypt

1 Nukleosomy 1

2 Plan wykładu: Budowa chromatyny - nukleosomy Wpływ nukleosomów na replikację i transkrypcję Metody pozwalające na wyznaczanie miejsc wiązania nukleosomów Charakterystyka obsadzenia nukleosomów w genomach eukariotycznych Struktury chromatyny wyższego rzędu 2

3 3

4 Preparaty mikroskopii elektronowej lata

5 Zmiany struktury chromatyny Zmiany struktury chromatyny są zazwyczaj wprowadzane w ściśle uporządkowany sposób i stanowią kluczowy element regulacji procesów przebiegających w jądrze komórkowym: transkrypcji, replikacji, rekombinacji, naprawy DNA prawidłowy przebieg tych procesów zwykle wymaga rozluźnienia struktur chromatynowych: 5

6 Nukleosom zbudowany jest z rdzenia białkowego, z około 147 bp DNA owiniętego wokół rdzenia oraz z 50 bp DNA łącznikowego Rdzeń składa się z dwóch kopii każdego z histonów H2A, H2B, H3 i H4 Poza rdzeniem nukleosomu dołączony jest histon H1 DNA histon H1 histon H2A histon H2B histon H3 histon H4

7 Struktura Krystaliczna Nukleosomu Luger K, Mader AW, Richmond RK, Sargent DF, Richmond TJ. Nature 1997 Sep18;389(6648):

8 Nukleosomy i replikacja Groth et al., Cell 128, , February 23,

9 Nukleosomy i transkrypcja 9

10 Transkrypcja Kluczowym etapem regulacyjnym większości genów jest transkrypcja Regulacja z reguły na poziomie inicjacji transkrypcji Czynniki cis sekwencje regulatorowe w obrębie promotorów i enhancerów (wzmacniaczy) Czynniki trans białka wiążące się z sekwencjami regulatorowymi (elementami cis) 10

11 Czynniki cis Hartwell, Hood, Goldberg, Reynolds, Silver, Veres. Genetics. From Genes to Genomes. Copyright The McGraw-Hill Companies, Inc. 11

12 Czynniki trans Hartwell, Hood, Goldberg, Reynolds, Silver, Veres. Genetics. From Genes to Genomes. Copyright The McGraw-Hill Companies, Inc. 12

13 Transkrypcja: wpływ struktury chromatyny Hartwell, Hood, Goldberg, Reynolds, Silver, Veres. Genetics. From Genes to Genomes. Copyright The McGraw-Hill Companies, Inc. 13

14 Wyznaczanie miejsc wiązania nukleosomów Trawienie chromatyny nukleazą mikrokokalną Chroma tyna Detekcja sekwencji DNA związanych z nukleosomami (Southern, PCR, sekwencjonowanie)

15 Wyznaczanie miejsc wiązania nukleosomów Mnase -seq 15

16 Nukleosomy a transkrypcja (TSS) - miejsce startu transkrypcji Schemat otwartych (A) i zamkniętych (B) promotorów. Typowa mapa pozycyjna nukleosomów na otwartym promotorze pokazuje wyraźne wyróżnienie locus genowego przez obecność rejonów 5 i 3 wolnych od nukleosomów (NDR). 5 NDR sąsiaduje z silnie związanymi nukleosomami G. Arya et al. jbsd

17 Nukleosomy a transkrypcja Zmiany położenia nukleosomów w chromatynie A. Schemat ułożenia nukleosomów w chromatynie B. Silnie zlokalizowane i rozmyte nukleosomy. C. Nukleosomy a miejsca wiązania czynników transkrypcyjnych. Zmiany położenia nukleosomów wprowadzane m.in. przez kompleksy remodelujące G. Arya et al. jbsd

18 Nukleosomy a transkrypcja 18

19 Model Inicjacji transkrypcji Bing Li, Michael Carey, and Jerry L. Workman. Cell 128, , February 23,

20 Model elongacji transkrypcji Bing Li, Michael Carey, and Jerry L. Workman. Cell 128, , February 23,

21 Domeny funkcjonalne i izolatory Izolatory oddzielają domeny funkcjonalne w chromatynie Białka wiążące się z izolatorami uniemożliwiają interferencję regulatorów z sąsiedniej domeny (innych genów) Izolator Izolator 21

22 Domeny funkcjonalne i izolatory Rando OJ, Chang HY (2009) Annu Rev Biochem.;78:

23 Co decyduje o miejscu wiązania nukleosomu? Kevin Struhl & Eran Segal. Nature structural & molecular biology VOLUME 20 NUMBER 3 MARCH

24 Co decyduje o miejscu wiązania nukleosomu? Kevin Struhl & Eran Segal. Nature structural & molecular biology VOLUME 20 NUMBER 3 MARCH

25 25

26 Co decyduje o miejscu wiązania nukleosomu? Kevin Struhl & Eran Segal. Nature structural & molecular biology VOLUME 20 NUMBER 3 MARCH

27 Co decyduje o miejscu wiązania nukleosomu? Kuangyu Yen, Vinesh Vinayachandran, Kiran Batta, R. Thomas Koerber, B. Franklin Pugh Cell Volume 149, Issue

28 Struktury chromatyny wyższego rzędu 28

29 29

30 Dwa podstawowe stany chromatyny Euchromatyna Heterochromatyna dostępna, plastyczna Komórki: macierzyste młode nowotworowe niedostępna, nieplastyczna Komórki: zdeterminowane, zróżnicowane normalne Komórki hematopoetyczne szpiku kostnego Proerytroblast Późny erytroblast Granulocyt Monocyt NATURE REVIEWS MOLECULAR CELL BIOLOGY VOLUME 1 NOVEMBER

31 Izolacja skondensowanej i otwartej chromatyny Kimura et al., 1983; Fisher and Felsenfeld, 1986; Gilbert and Allan, 2001; Kim and Clark

32 Struktura 30nm David J. Tremethick Cell 128, February 23,

33 Domeny chromatynowe Peter Fraser & Wendy Bickmore. NATURE Vol 447 May

34 Jądro komórkowe - superdomeny i terytoria chromosomowe Giacomo Cavalli & Tom Misteli. Nature structural & molecular biology VOLUME 20 MARCH

35 Pętle genowe i chromatynowe Giacomo Cavalli & Tom Misteli. Nature structural & molecular biology VOLUME 20 MARCH