ODKRYCIE POLIMERAZY RNA IV

Podobne dokumenty
TRANSLACJA II etap ekspresji genów

wykład dla studentów II roku biotechnologii Andrzej Wierzbicki

TRANSKRYPCJA - I etap ekspresji genów

TATA box. Enhancery. CGCG ekson intron ekson intron ekson CZĘŚĆ KODUJĄCA GENU TERMINATOR. Elementy regulatorowe

Dr. habil. Anna Salek International Bio-Consulting 1 Germany

WARUNKI ZALICZENIA PRZEDMIOTU- 5 ECTS

Endo-siRNA: 32 Ghildiyal & Zamore (2009) Nat Rev Genet

wykład dla studentów II roku biotechnologii Andrzej Wierzbicki

Badanie funkcji genu

The Role of Maf1 Protein in trna Processing and Stabilization / Rola białka Maf1 w dojrzewaniu i kontroli stabilności trna

DNA superhelikalny eukariota DNA kolisty bakterie plazmidy mitochondria DNA liniowy wirusy otrzymywany in vitro

Badanie funkcji genu

Wykład 14 Biosynteza białek

wykład dla studentów II roku biotechnologii Andrzej Wierzbicki

BUDOWA I FUNKCJA GENOMU LUDZKIEGO

DNA musi współdziałać z białkami!

Zawartość. Wstęp 1. Historia wirusologii. 2. Klasyfikacja wirusów

Transkrypcja i obróbka RNA. Materiały dydaktyczne współfinansowane ze środków Unii Europejskiej w ramach Europejskiego Funduszu Społecznego.

WYKŁAD: Klasyczny przepływ informacji ( Dogmat) Klasyczny przepływ informacji. Ekspresja genów realizacja informacji zawartej w genach

Gen eukariotyczny. Działanie i regulacja etapy posttranskrypcyjne

INICJACJA ELONGACJA TERMINACJA

GENOM I JEGO STRUKTURA

Spis treści. 1 Budowa genomu jądrowego (M.J. Olszewska, J. Małuszyńska) 13. Przedmowa 10

Komórka eukariotyczna

Badanie funkcji genu

Spis treści. Księgarnia PWN: Terry A. Brown - Genomy. Część 1 Jak bada się genomy 1 Rozdział 1 Genomy, transkryptomy i proteomy 3

Gen eukariotyczny. Działanie i regulacja etapy posttranskrypcyjne

Zgodnie z tzw. modelem interpunkcji trna, cząsteczki mt-trna wyznaczają miejsca

Mikrosatelitarne sekwencje DNA

Badanie dynamiki białek jądrowych w żywych komórkach metodą mikroskopii konfokalnej

Gen eukariotyczny. Działanie i regulacja etapy posttranskrypcyjne

Konspekt do zajęć z przedmiotu Genetyka dla kierunku Położnictwo dr Anna Skorczyk-Werner Katedra i Zakład Genetyki Medycznej

cytoplazma + jądro komórkowe = protoplazma Jądro komórkowe

Regulacja ekspresji genów. Materiały dydaktyczne współfinansowane ze środków Unii Europejskiej w ramach Europejskiego Funduszu Społecznego.

Świat małych RNA. Monika Zakrzewska-Płaczek

Wprowadzenie. DNA i białka. W uproszczeniu: program działania żywego organizmu zapisany jest w nici DNA i wykonuje się na maszynie białkowej.

Możliwości współczesnej inżynierii genetycznej w obszarze biotechnologii

Wykład 1. Od atomów do komórek

Jak działają geny. Podstawy biologii molekularnej genu

października 2013: Elementarz biologii molekularnej. Wykład nr 2 BIOINFORMATYKA rok II

Transport makrocząsteczek (białek)

Możliwości współczesnej inżynierii genetycznej w obszarze biotechnologii

Gen eukariotyczny. Działanie i regulacja etapy posttranskrypcyjne

Budowa histonów rdzeniowych

Spis treści 1 Komórki i wirusy Budowa komórki Budowa k

Podstawowe techniki barwienia chromosomów

Epigenetyczna regulacja ekspresji genów w trakcie rozwoju zwierząt i roślin

Wykład 5. Remodeling chromatyny

Kwasy nukleinowe. Replikacja

Gen eukariotyczny. Działanie i regulacja etapy posttranskrypcyjne

GENETYKA. Budowa i rola kwasów nukleinowych Geny i genomy Replikacja DNA NM G

Rzęski, wici - budowa Mikrotubule. rozmieszczenie organelli. Stabilne mikrotubule szkielet rzęsek i wici

Replikacja DNA. Materiały dydaktyczne współfinansowane ze środków Unii Europejskiej w ramach Europejskiego Funduszu Społecznego.

2. Enzymy pozwalające na manipulację DNA a. Polimerazy DNA b. Nukleazy c. Ligazy

Nośnikiem informacji genetycznej są bardzo długie cząsteczki DNA, w których jest ona zakodowana w liniowej sekwencji nukleotydów A, T, G i C

Translacja i proteom komórki

Składniki diety a stabilność struktury DNA

Prokariota i Eukariota

Gen eukariotyczny. Działanie i regulacja etapy posttranskrypcyjne

Fragment cząsteczki DNA stanowiący matrycę dla syntezy cząsteczki lub podjednostki białka nazywamy GENEM

Ekspresja informacji genetycznej

Zmiany epigenetyczne a dieta

wykład dla studentów II roku biotechnologii Andrzej Wierzbicki

WPROWADZENIE DO GENETYKI MOLEKULARNEJ

Dr Marek Daniel Koter / dr hab. Marcin Filipecki

Rola chromatyny w regulacji ekspresji genów. Monika Zakrzewska-Płaczek

Analizy DNA in silico - czyli czego można szukać i co można znaleźć w sekwencjach nukleotydowych???

BIOINFORMATYKA. edycja 2016 / wykład 11 RNA. dr Jacek Śmietański

Dr hab. Anna Bębenek Warszawa,

Rola chromatyny w regulacji ekspresji genów. Monika Zakrzewska-Płaczek

Małe RNA i mechanizmy epigenetycznej regulacji ekspresji genów. dr Monika Zakrzewska-Płaczek

części określano skrótem vrna8. Cząsteczka ta, o długości 875 nukleotydów, koduje dwa białka, białko niestrukturalne (NS1, ang.

Komórka stuktura i funkcje. Bogusław Nedoszytko. WSZPIZU Wydział w Gdyni

Wprowadzenie do biologii molekularnej.

Informacje dotyczące pracy kontrolnej

Inżynieria genetyczna- 6 ECTS. Inżynieria genetyczna. Podstawowe pojęcia Część II Klonowanie ekspresyjne Od genu do białka

Transport makrocząsteczek

Małe RNA i epigenetyczna regulacja ekspresji genów

Nowoczesne systemy ekspresji genów

WPROWADZENIE DO GENETYKI MOLEKULARNEJ

Co to jest transkryptom? A. Świercz ANALIZA DANYCH WYSOKOPRZEPUSTOWYCH 2

Małe RNA.

Geny i działania na nich

SCENARIUSZ LEKCJI BIOLOGII Z WYKORZYSTANIEM FILMU Transkrypcja RNA

mikrosatelitarne, minisatelitarne i polimorfizm liczby kopii

Zmiany epigenetyczne a dieta

ZNACZENIE RNA W REGULACJI EKSPRESJI GENÓW

Mechanizmy kontroli rozwoju roślin. Rafał Archacki

Kwasy Nukleinowe. Rys. 1 Struktura typowego dinukleotydu

THE UNFOLDED PROTEIN RESPONSE

Zarówno u organizmów eukariotycznych, jak i prokariotycznych proces replikacji ma charakter semikonserwatywny.

Nowe oblicze RNA. Józef Dulak. Zakład Biotechnologii Medycznej Wydział Biochemii, Biofizyki i Biotechnologii Uniwersytet Jagielloński

7. Metody molekularne jako źródło informacji botanicznej i lichenologicznej

Interfaza to niemal 90% cyklu komórkowego. Dzieli się na 3 fazy: G1, S i G2.

Podstawy genetyki molekularnej

Prof. dr.hab. Andrzej Kaczanowski Instytut Zoologii Wydział Biologii Uniwersytetu Warszawskiego

Historia informacji genetycznej. Jak ewolucja tworzy nową informację (z ma ą dygresją).

SCENARIUSZ LEKCJI BIOLOGII Z WYKORZYSTANIEM FILMU

Analizy wielkoskalowe w badaniach chromatyny

Transkrypt:

ODKRYCIE POLIMERAZY RNA IV Ewa Róg-ZieliR Zielińska

POLIMERAZY RNA U eukariota występuj pują trzy podstawowe rodzaje polimeraz RNA zależnych od DNA Wszystkie te polimerazy są złożone one z około o 12-17 17 białek, w tym niektóre ich podjednostki wykazują homologię strukturalną i sekwencyjną z polimerazami RNA bakterii - szczególnie bakteryjnych podjednostek β,β`, `,α i ω.

POLIMERAZY RNA: POLIMERAZA RNA I POLIMERAZA RNA II TRANKRYBUJE: Geny kodujące rybosomalne RNA (rdna( rdna) zlokalizowane w obrębie bie NOR większo kszość genów, w tym geny kodujące białka POLIMERAZA RNA III geny kodujące krótkie (<400 nt) ) strukturalne RNA, takie jak trna i 5S rrna

Analiza genomu Arabidopsis thaliana wykazała, a, że e istnieje czwarta klasa polimeraz jest ona różna r od polimeraz RNA chloroplastów, mitochondriów w czy też polimeraz RNA zależnych od RNA. Geny kodujące największe elementy nowo odkrytej polimerazy IV oznaczone zostały jako NRPD1a i NRPD1b,, oznaczone zostały one u A.thaliana oraz u ryżu Drugą pod względem wielkości podjednostkę nazwano NRPD2a Istnieją dwa kompleksy polimerazy IV : - pol IVa NRPD1a + NRPD2a - pol IVb NRPD1b + NRPD2a Sugeruje się, że polimeraza IV ma znaczenie podczas formacji heterochromatyny.

Ruchome elementy genetyczne Transpozony zdolne do zmiany miejsca położenia w genomie (transpozycji). Są to odcinki DNA o długod ugości setek do tysięcy par zasad Mogą wywoływa ywać duże e zmiany w strukturze genomu inwersje, delecje,, duplikacje W komórce transpozony jednego typu mogą występowa pować w liczbie kilku do kilkunastu kopii

WYCISZANIE EPIGENETYCZNE Mechanizmami prowadzącymi do wyciszenia genów w bez zmiany ich sekwencji mogą być np. metylacje DNA oraz modyfikacje histonów, między innymi de- i acetylacja oraz metylacja Mówi się, że metylacja DNA może chronić roślin linę i nadawać jej odporność przeciwko genetycznym elementom ruchomym Wyciszanie towarzyszące metylacji chroni roślin linę przed transpozycją, która doprowadzić by mogła a do zaburzenia struktury genomu, powstawania mutacji i zaburzeń metabolizmu

Wyciszanie epigenetyczne Inaktywacja transkrypcji poprzez heterochromatynizację lub metylację DNA takich elementów w jest sposobem ogranicznenia ich negatywnego wpływu na gospodarza Wyciszanie genów w jest naturalną odpowiedzią komórki roślinnej na atak patogena,transpozycję bądź niepożą żądaną rearanżacj ację DNA.

Bardzo częst stą modyfikacją DNA jest metylacja cytozyny, katalizowana przez metylotransferazy

Szczegółowe badania sugerują, że omawiana polimeraza IV może e brać udział w zjawisku określanym jako kierowana przez RNA metylacja DNA RdDM (ang. RNA-directed DNA methylation) W mechanizmie tym bierze udział oprócz polimerazy IV kilka innych elementów w : sirna Polimeraza RNA zależna od RNA Kompleks tnący DCL-3 Białka z rodziny Argonaute Specyficzne metylotransferazy

Elementy szlaku RdDM sirna ang. small interfering RNA krótkie, tkie, około o 21-24 24 nukleotydowe odcinki dwuniciowe DNA mają na 3` końcu 2 wolne nukleotydy i ufosforylowany koniec 5` Powstają z dłuższych d odcinków w RNA dzięki aktywności kompleksu Dicer Biorą udział w zjawisku interferncji RNA (RNAi) Wyciszanie genów mediowane przez RNAi może zachodzić posttranskrypcyjnie przez degradację odpowiedniego RNA lub hamownie translacji. Może e też zachodzić na poziomie transkrypcji przez metylację DNA lub histonów.

Elementy szlaku RdDM Argonaute są białkami zawierającymi domenę PAZ i PIWI, sąs zaangażowane w szlaki interferencji RNA. białka te przyłą łączają sirna i używaju ywają ich jako przewodników w do odnalezienia homologicznych (komplementarnych) sekwencji podczas wyciszania genetycznego. Domena PAZ białka Argonaute wiąże 2 końcowe nukleotydy sirna, zaś koniec 5` sirna jest stabilizowany przez dwuwartościowy kation w domenie PIWI. U A.thaliana w fenomen RdDM zaangażowane jest białko Ago4

Elementy szlaku RdDM DCL-3 3 (ang. Dicer-like like-3) - jest to podklasa rodziny RNAz III, katalizuje rozcięcie cie dsrna na sirna DRM2 metylotransferaza cytozyny, przeprowadza metylację DNA de novo

Proponuje się, że polimeraza IV jest wymagana do produkcji sirna,, które kierują metylacją de novo elementów powtarzalnych, które sąs podmiotem fakultatywnej heterochromatynizacji. Prowadzi to do wytworzenia wyższej struktury hierarchicznej materiału genetycznego. u mutantów pol IV obserwuje się utratę metylacji cytozyny między innymi w obrębie bie regionu okołocentromerycznego ocentromerycznego, gdzie zlokalizowane sąs geny 5S rrna i retroelementu AtSN1. Metylacja regionu konstytutywnie heterochromatynowego nie jest zaburzona

Szlak RdDM NRPD1a syntetyzuje jednoniciowe RNA na matrycy DNA transpozonów,, wysoce powtarzalnych loci lub wirusów, w, które sąs podmiotem RdDM. za pomocą polimerazy RNA zależnej od RNA (RDR2) dosyntetyzowana jest komplementarna nić Kompleks DCL3 tnie tak powstałe dsrna na 24-nukleotydowe sirna. Te sirna są załadowywane adowywane w kompleks z Ago4/NRPD1b, który aktywuje odpowiednią metylotransferazę (DRM2), która następnie metyluje DNA w miejscach, do których pokierowana została a przez kompleks Ago4/NRPD1b/NRPD2a/siRNA

DOWODY na szlak RdDM Ago4 w nieobecności ci sirna produkowanych przez NRPD1a, RDR2 i DCL3 staje się białkiem wysoce niestabilnym. Ago4 i NRPD1b kolokalizują się w ciałku jądrowym przyległym ym do jąderka, j nie barwiącym się DAPI, ich wspóln lną lokalizację wykazano stosując c mikroskopię fluorescencyjną Wykorzystując c metodę filtracji żelowej lizatów komórkowych pokazano, że e Ago4 wchodzi w stabilny kompleks z NRPD1b, za pomocą dużej, wielokrotnie powtórzonej domeny C-terminalnej. C Immunoprecypitowane Ago4 zawiera 45s i 5s sirna.

DOWODY Geny 5S rrna są tandemowo ułożone u one w okołocentromerowych ocentromerowych regionach chromosomów w 3, 4 i 5. U mutantów nrpd2 geny te sąs jednak zdekondensowane i wykazują mniejszą styczność z centromerami Delecja genów w kodujących komponenty szlaku RNAi u aktywnie dzielących się drożdży y doprowadziła a do utraty wyciszenia transgenu wprowadzonego do regionu heterochromatyny centromerowej

LOKALIZACJA PROCESU Badania z wykorzystaniem markerów specyficznych dla ciałka Cajala wykazały, y, że e tam prawdopodobnie lokalizuje się duża a część procesu RdDM Ciało Cajala jest dobrze poznanym kompartmentem jądrowym, który bierze udział w powstawaniu i dojrzewaniu kilku typów w kompleksów rybonukleoproteinowych. modyfikowane sąs tam posttranskrypcyjnie (metylacja i pseudourydylacja) snrnp, biorące potem udział w splicingu. W Ciałkach Cajala zachodzi też biogeneza snornp oraz obróbka bka końca 3` mrna histonów

Modyfikacje chromatyny w tych docelowych miejscach mogą służyć późniejszym zasileniom całej maszynerii RNAi żeby podtrzymać dalsze rundy wyciszania za pomocą sirna - metylacja stymuluje polimerazę IV do produkcji RNA kompetentnego do dalszej produkcji sirna (pol l IV jest wyspecjalizowana w transkrybowaniu zmetylowanego DNA) Sugeruje się że sirna-kierowana metylacja DNA indukuje produkcję transkryptów RNA i odpowiednich sirna w pozytywnym sprzęż ężeniu zwrotnym.

Wykazano także, że e rozmiar elementu ma znaczny wpływ na nasilenie zależnej od DRM2 i Ago4 metylacji.. Większo kszość elementów w ruchomych skupia się w regionach okołocentromerowych ocentromerowych,, co prowadzi do powstania dużych, wyciszonych bloków heterochromatynowych, zaś elementy, które się włączyły y dalej są izolowane. Te elementy mogą być trudniejsze do wyciszenia niż te skupione. Dzięki mechanizmowi RdDM możliwe jest trafienie w te małe, trudne do złapania z dla innej maszynerii elementy, które przemieszczając c się mogłyby zaburzyć organizację genomu.

PODSUMOWANIE Zlokalizowana na terenie jądra j polimeraza RNA IV jest wymagana do produkcji sirna,, które kierują RNA- zależną metylacją DNA i wyciszaniem genomowych sekwencji powtarzalnych, włączając c w to elementy ruchome i powtórzenia okołocentromerowe ocentromerowe, stanowiąc c przez to jeden z mechanizmów obrony rośliny przez zaburzeniami genomu

Literatura Li C.F i wsp.: An Argonaute4-containing nuclear processing center colocalized with Cajal Bodies in Arabidopsis thaliana ; Cell,, Vol.126 93-106 2006 Ondera Y i wsp.: Plant nuclear RNA polymerase IV mediates sirna and DNA methylation-dependent heterochromatin formation ; Cell, Vol.102 (613-622) 2005 Tran R.K.:.: Chromatin and sirna pathways cooperate to maintain DNA methylation of small transposable elements in Arabidosis ; Genome Biology,, Vol. 6 2005 Vazquez F.: Arabidopsis endogenous small RNA highways and byways ; Trends in plant science, Vol.11, Nr 9 (460-468)) 2006 Zamore P.D.: Ribo-genome: the big world of small RNAs ; Science,, Vol.309 (1519-1524)) 2005