za badania nad molekularnymi podstawami eukariotycznej transkrypcji



Podobne dokumenty
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

wykład dla studentów II roku biotechnologii Andrzej Wierzbicki

POLIMERAZY DNA- PROCARYOTA

białka wiążące specyficzne sekwencje DNA czynniki transkrypcyjne

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

INICJACJA ELONGACJA TERMINACJA

Regulacja transkrypcji genów eukariotycznych

Wykład 14 Biosynteza białek

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

POLIMERAZY DNA- PROCARYOTA

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

Nowoczesne systemy ekspresji genów

Wykład 5. Remodeling chromatyny

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

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

Geny i działania na nich

Metody bioinformatyki. Ekspresja genów. prof. dr hab. Jan Mulawka

Wprowadzenie do biologii molekularnej.

Kwasy nukleinowe. Replikacja

Biologia medyczna, materiały dla studentów

SCENARIUSZ LEKCJI BIOLOGII Z WYKORZYSTANIEM FILMU Transkrypcja RNA

Informacja o budowie białek oraz instrukcja o ich syntezie (jakie białko, kiedy, gdzie) jest przechowywana i uruchomiana w cząsteczkach dużych

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

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

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

WARUNKI ZALICZENIA PRZEDMIOTU- 5 ECTS

Biologia medyczna II, materiały dla studentów kierunku lekarskiego

WPROWADZENIE DO GENETYKI MOLEKULARNEJ

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

WPROWADZENIE DO GENETYKI MOLEKULARNEJ

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

Wybrane techniki badania białek -proteomika funkcjonalna

Proteomika: umożliwia badanie zestawu wszystkich lub prawie wszystkich białek komórkowych

Prokariota i Eukariota

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

SEMINARIUM 8:

wykład dla studentów II roku biotechnologii Andrzej Wierzbicki

Analiza oddziaływań zmodyfikowanych w regionach -35 i -10 sekwencji promotora A1 faga T7 z polimerazą RNA E. coli w procesie inicjacji transkrypcji

Wybrane techniki badania białek -proteomika funkcjonalna

Regulacja Ekspresji Genów

DNA musi współdziałać z białkami!

Regulacja transkrypcji genów eukariotycznych

wykład dla studentów II roku biotechnologii Andrzej Wierzbicki

Ekspresja informacji genetycznej

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

Translacja i proteom komórki

Wykład 12 Kwasy nukleinowe: budowa, synteza i ich rola w syntezie białek

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

Możliwości współczesnej inżynierii genetycznej w obszarze biotechnologii

Kwasy Nukleinowe. Rys. 1 Struktura typowego dinukleotydu

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

Budowa histonów rdzeniowych

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

Dominika Stelmach Gr. 10B2

Regulacja transkrypcji genów eukariotycznych

Każdemu genowi przypisany jest indywidualny program ekspresji. Duża część informacji,

Regulacja transkrypcji genów eukariotycznych

Informacje dotyczące pracy kontrolnej

JĄDRO KOMÓRKOWE I ORGANIZACJA CHROMATYNY

Jak działają geny. Podstawy biologii molekularnej genu

Wykład: 2 JĄDRO KOMÓRKOWE I ORGANIZACJA CHROMATYNY. Jądro komórkowe. Prof. hab. n. med. Małgorzata Milkiewicz Zakład Biologii Medycznej.

Regulacja transkrypcji genów eukariotycznych

SYLABUS DOTYCZY CYKLU KSZTAŁCENIA

Chemiczne składniki komórek

wykład dla studentów II roku biotechnologii Andrzej Wierzbicki

DNA - niezwykła cząsteczka. Tuesday, 21 May 2013

Badanie funkcji genu

Laboratoria.net Innowacje Nauka Technologie

Regulacja transkrypcji genów eukariotycznych

Klonowanie molekularne Kurs doskonalący. Zakład Geriatrii i Gerontologii CMKP

Możliwości współczesnej inżynierii genetycznej w obszarze biotechnologii

Zarys biologii molekularnej genu Replikacja DNA

Badanie funkcji genu

Księgarnia PWN: B. Alberts, D. Bray, K. Hopkin, A. Johnson, J. Lewis, M. Raff, K. Roberts, P. Walter Podstawy biologii komórki. Cz.

Biologia molekularna genu - replikacja

Biologia medyczna II, materiały dla studentów kierunku lekarskiego

Genetyka, materiały dla studentów Pielęgniarstwa

Podstawy genetyki molekularnej

Komórka eukariotyczna

Zakład Biologii Molekularnej Materiały do ćwiczeń z przedmiotu: BIOLOGIA MOLEKULARNA

Spis treści 1 Komórki i wirusy Budowa komórki Budowa k

Biologia molekularna genu. Replikacja i stabilność genomu

TaqNova-RED. Polimeraza DNA RP20R, RP100R

6. Z pięciowęglowego cukru prostego, zasady azotowej i reszty kwasu fosforowego, jest zbudowany A. nukleotyd. B. aminokwas. C. enzym. D. wielocukier.

Bioinformatyka Laboratorium, 30h. Michał Bereta

Scenariusz lekcji przyrody/biologii (2 jednostki lekcyjne)

Mikrosatelitarne sekwencje DNA

Dr hab. Anna Bębenek Warszawa,

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

Inżynieria genetyczna

Temat: Komórka jako podstawowa jednostka strukturalna i funkcjonalna organizmu utrwalenie wiadomości.

Najważniejsze z nich to: enzymy restrykcyjne wektory DNA inne enzymy np. ligazy, fosfatazy, polimerazy, nukleazy

Transport makrocząsteczek

Warszawa, 25 sierpnia 2016

Wykład 1. Od atomów do komórek

Generator testów Biochemia wer / Strona: 1

PCR - ang. polymerase chain reaction

TECHNIKI ANALIZY RNA TECHNIKI ANALIZY RNA TECHNIKI ANALIZY RNA

Transkrypt:

Nagroda Nobla w dziedzinie chemii za rok 2006 za badania nad molekularnymi podstawami eukariotycznej transkrypcji Roger D. Kornberg USA Stanford University Stanford, CA ur. 1947

Artur Kornberg Roger Kornberg Nobel z medycyny Nobel z chemii 1959 2006 ½ nagrody wraz z Severo Ochoa za odkrycie mechanizmów biologicznej syntezy kwasu rybonukleinowego i deoksyrybonukleinowego USA, Stanford University, Stanford, CA ur. 1918

Artur Kornberg Roger Kornberg Nobel z medycyny Nobel z chemii 1959 2006 ½ nagrody wraz z Severo Ochoa za odkrycie mechanizmów biologicznej syntezy kwasu rybonukleinowego i deoksyrybonukleinowego USA, Stanford University, Stanford, CA ur. 1918

przed R. Kornbergiem było wiadomo, że u Eukariota: są trzy pol RNA (Roeder i Rutter 1969, Kedinger i in. 1970) 1970-te są one złożone z wielu podjednostek, a po oczyszczeniu nie wykazują selektywnej zdolności transkrybowania oczyszczonego DNA nie ma odpowiednika bakteryjnej podjednostki σ z hodowlanych ludzkich linii komórkowych można otrzymać bezkomórkowy ekstrakt, który wraz z oczyszczona pol II RNA inicjuje transkrypcję z wirusowego promotora (Weil i in. 1979) biochemiczne frakcjonowanie takiego ekstraktu ujawniło istnienie wielu czynnków transkrypcyjnych dla pol II RNA (Matsui et al., 1980) czynniki te są ogólne (TFIIB, D, E, F i H), nad ich charakterystyką pracowało wiele laboratoriów promotor genu jest bardziej złożony niż u Prokariota, zawiera specyficzne dla genu elementy enhancerowe, sekwencje DNA, które wiążą białka aktywatorowe danego genu, które z kolei kontrolują jego transkrypcję (Johnson i McKnight, 1989)

wkład R. Kornberga wkroczył do badań nad transkrypcją jako postdoc w Medical Research Council w Cambridge, U.K., gdzie pracował z Francis em Crick iem i Aaronem Klug iem; w tym czasie badania rentgenowskie wykazały, że chromatyna składa się z powtarzalnych jednostek, zaś trawienie nukleazą daje produkty będące wielokrotnością pewnej wielkości (Hewish i Burgoyne 1973) Kornberg i Thomas (1974) odkryli, że histony H3 i H4 tworzą w roztworze tetamer (H3) 2 (H4) 2 Kornberg (1974) zaproponował, że jednostką chromatyny jest oktamer histonów i 200 pz DNA

wkład R. Kornberga Po powrocie do Stanford, kontynuował badania nad transkrypcyjną regulacją u Eukariota wykorzystując drożdże piekarnicze jako organizm modelowy opracował (10 lat badań!) drożdżowy system transkrypcji in vitro (Lue i Kornberg 1987, Sayre i in. 1992). Wkrótce okazało się, że rekonstytuowany system składający się z oczyszczonych pol II RNA, TFIIB, E, F, H i TBP (TATA-binding protein) jedynie podtrzymuje podstawowy poziom transkrypcji natomiast nie reaguje na dodanie genowo specyficznych białek aktywatorowych. Doprowadziło to do odkrycia i oczyszczenia Mediatora, kompleksu ponad 20 różnych białek (Kelleher i in. 1990, Flanagan i in. 1991, Kim i in. 1994), którego rolą u wszystkich Eukariota (od drożdży po człowieka) jest przeniesienie pozytywnych i negatywnych sygnałów od wiążących DNA genowo specyficznych czynników transkrypcyjnych na pol II RNA i ogólne czynniki transkrypcji.

Wraz z odkryciem Mediatora ustalono, że istotnymi składnikami eukariotycznej regulacji genów i transkrypcji są: OGÓLNE CZYNNIKI TRANSKRYPCYJNE (5-6 TFII, >26 peptydów) MEDIATOR (20 polipeptydów, 1 MDa) POL II RNA (10-12 podjedn., 500 kda) U bakterii transkrypcyjne represory i aktywatory bezpośrednio kontaktują się z pol RNA i wpływają na jej zdolność wiązania się do promotora. U Eukariota Mediator i chromatyna dodają nowe bardziej skomplikowane poziomy regulacji pomiędzy genowo specyficznymi czynnikami transkrypcyjnymi a polimerazą RNA, ale cała ta wiedza pozwala jedynie na schematyczny obraz białek skupionych wokół promotora.

Krystalograficzną strukturę kompleksów TBP + fragment DNA zawierający TATA i TFIIB+TBP+DNA ustalili Kim JL i in. 1993, Kim Y i in. 1993, Chasman i in. 1993, Nikolov i in. 1995. Dostarczyło to nieco informacji o rozpoznawaniu promotora, struktura reszty aparatu transkrypcyjnego pozostawała nieznana. wkład R. Kornberga Kornberg wcześnie uswiadomil sobie, że platformą, wokół której buduje się cala maszyneria trankrypcyjna, musi być polimeraza RNA, lecz duży rozmiar drożdżowej pol II RNA (12 podjedn., 0,5 10 6 ) i niestabilnośc oczyszczonych kompleksów utrudniały badania strukturalne. Rozwiązanie przyszło wraz z opracowaniem metody 2-wymiarowych kryształów białkowych na powierzchni lipidowej (Uzgiris i Kornberg 1983) i połączeniem jej z mikroskopią elektronową i krystalografią rentgenowską w oparciu o wcześniej ustalony drożdżowy system in vitro transkrypcji.

wkład R. Kornberga Przełomowy był rok 2001. W dwu artykułach opublikowanych w Science Kornberg i in. opisali przy rozdzielczości 2.8 Å strukturę 10-podjednostkowej drożdżowej polimerazy RNA oraz kompleksu elongacyjnego składającego się z polimerazy, matrycowego DNA i transkryptu (Cramer i in. 2001, Gnatt i in. 2001). pol II RNA złapana in flagranti

struktura ssaczych pol II RNA jest podobna Science (2001) 292: 1863-76 W strukturze polimerazy dwie największe podjednostki leżą po obu stronach szczeliny wiążącej kwasy nukleinowe otoczone bardziej zewnętrznie leżącymi mniejszymi podjednostkami. Szczelina jest mostkowana przez α-helisę największej podjednostki i przechodzi przez miejsce aktywne tworzenia wiązań fosfodiestrowych i elongacji łańcucha RNA.

struktura ssaczych pol II RNA jest podobna Science (2001) 292: 1863-76 W strukturze polimerazy dwie największe podjednostki leżą po obu stronach szczeliny wiążącej kwasy nukleinowe otoczone bardziej zewnętrznie leżącymi mniejszymi podjednostkami. Szczelina jest mostkowana przez α-helisę największej podjednostki i przechodzi przez miejsce aktywne tworzenia wiązań fosfodiestrowych i elongacji łańcucha RNA.

Science (2001) 292: 1876-82 struktura transkrybującego kompleksu pol II RNA: mostkująca α-helisa, jon metalu w centrum aktywnym, DNA, RNA

te i późniejsze prace Gnatt i in. 2001, Bushnell i in. 2002 translokacja hybrydowej helisy DNA/RNA (polrna?) podczas transkrypcji wynik oscylacji mostkującej α- helisy pomiędzy formą prostą i zgiętą Boeger i in. 2005 FEBS Lett 579: 899 903

te i późniejsze prace Gnatt i in. 2001, Bushnell i in. 2002 translokacja hybrydowej helisy DNA/RNA (polrna?) podczas transkrypcji wynik oscylacji mostkującej α- helisy pomiędzy formą prostą i zgiętą Boeger i in. 2005 FEBS Lett 579: 899 903

rozdzielenie nici (Westover i in. 2004a)-struktura stanu po translokacji pokazuje, że pętla lid polimerazy oddziela łańcuch RNA od matrycowego DNA powodując całkowite rozdzielenie obu nici w pozycjach -9 i -10 (ostatni nukleotyd dodany do RNA ma pozycję -1); pętla lid wraz z dwoma innymi pętlami białkowymi zapobiega reasocjacji nici RNA i DNA selekcja nukleotydów (Gnatt i in. 2001, Westover i in. 2004b) - NTP dyfunduje do centrum aktywnego przez lejkowaty otwór w strukturze pol RNA w 2-stopniowym procesie początkowo nukleotyd jest wiązany w odwróconej pozycji poniżej m-sca aktywnego, potem następuje rotacja do m-sca aktywnego, gdzie jest selektywnie wiązany do matrycowego DNA dopasowanie powoduje wytworzenie wiązania fosfodiestrowego katalizowanego przez jon Mg, brak dopasowania destabilizuje hybrydową helisę i jej wiązanie przez białko, co powoduje negatywną selekcję

rozpoznawania promotora, inicjacja poronna, opuszczanie promotora- w pewnych w-kach TFIIB i TBP tworzą minimalny kompleks inicjacyjny z pol RNA i DNA (Bushnell et al., 2004).TBP zagina DNA w rejonie TATA, co dopasowuje DNA do konturów polimerazy i kieruje niżej leżące sekwencje do centrum aktywnego wyznaczając odległość TATA od inicjatora na ok. 25 nt. Pętla tworzona przez N-koniec TFIIB rozciąga się do centrum aktywnego, gdzie współzawodniczy z nowo powstałym hybrydowym DNA/RNA. Zwycięstwo pętli powoduje odłączenie nici RNA - inicjację poronną (niezdolność wielu transkryptów do osiągnięcia drugości >10 nt). Zwycięstwo RNA powoduje odsunięcie pętli wraz z całym TFIIB i promotorowym DNA polimeraza opuszcza promotor i rozpoczyna elongację.

SCIENCE 303 (2004): 983-8

model kompleksu inicjacyjnego transkrypcji (Bushnell i in. 2004). 5 ogólnych czynników transkrypcyjnych wiąże się bezpośrednio do 2-niciowego DNA promotora, podczas gdy pol RNA może związać się do DNA tylko po rozpleceniu helisy. Rozplecenie umożliwia zgięcie DNA pod kątem 90, a to umożliwia nici matrycowej wejście do szczeliny centrum aktywnego pol RNA. Na obrazach z ME Mediator rogalikowato otacza pol II RNA (Asturias i in. 1999). Funkcjonalna częśc głowowa Mediatora składa się z 7 podjedn. O łącznej masie 223 kda (Takagi et al., 2006). Oddziaływanie pomiędzy tą częscią Mediatora i pol RNA wymaga obecności TFIIF.

R. Kornberg jest autorem ponad 200 prac naukowych publikowanych od 1965 r. opisana przez niego i współ. struktura kompleksu pol II RNA jest jak dotąd największą i najbardziej skomplikowaną poznaną nierepetytywną strukturą białkową

Hildie Calero, Postdog Hometown: Da Pound Nickname: What dog? Education: Ph.D. Favorite color: Mostly shades of grey Favorite music: Snoop Dog Favorite movie: 101 Dalmations Favorite food: Cats Favorite beverage: Toilet water Can be heard saying: Not much Lab duties: Holding down Guillermo's Chair