Wykład 5. Remodeling chromatyny



Podobne dokumenty
INICJACJA ELONGACJA TERMINACJA

Mechanizmy kontroli rozwoju roślin. Rafał Archacki

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

Epigenetyczna regulacja ekspresji genów w trakcie rozwoju zwierząt i roślin

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

wykład dla studentów II roku biotechnologii Andrzej Wierzbicki

białka wiążące specyficzne sekwencje DNA czynniki transkrypcyjne

Komórka eukariotyczna

TRANSLACJA II etap ekspresji genów

TRANSKRYPCJA - I etap ekspresji genów

Wykład 14 Biosynteza białek

Wykład 3. Organizacja jądra komórkowego struktura chromatyny

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

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

Regulacja transkrypcji genów eukariotycznych

Budowa histonów rdzeniowych

mikrosatelitarne, minisatelitarne i polimorfizm liczby kopii

wykład dla studentów II roku biotechnologii Andrzej Wierzbicki

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

Składniki diety a stabilność struktury DNA

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

Analizy wielkoskalowe w badaniach chromatyny

Drzewo życia pozycja roślin. Ewolucja genetycznych narzędzi kontroli rozwoju roślin

Regulacja transkrypcji genów eukariotycznych

Chromatyna struktura i funkcja

Regulacja transkrypcji genów eukariotycznych

Regulacja transkrypcji genów eukariotycznych

Oferta tematyki badań

cytoplazma + jądro komórkowe = protoplazma Jądro komórkowe

Regulacja transkrypcji genów eukariotycznych

THE UNFOLDED PROTEIN RESPONSE

Spis treści 1 Komórki i wirusy Budowa komórki Budowa k

Nowoczesne systemy ekspresji genów

Transport makrocząsteczek

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

Toruń, dnia r.

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

Transport makrocząsteczek (białek)

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

Dr hab. Anna Bębenek Warszawa,

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

Kwasy nukleinowe. Replikacja

WPROWADZENIE DO GENETYKI MOLEKULARNEJ

Przebudowa struktur chromatynowych przez kompleksy wielobiałkowe. The rearrangement of chromatin structures by multiprotein complexes

Prokariota i Eukariota

Geny i działania na nich

Badanie dynamiki białek jądrowych w żywych komórkach metodą mikroskopii konfokalnej

SYLABUS DOTYCZY CYKLU KSZTAŁCENIA

WPROWADZENIE DO GENETYKI MOLEKULARNEJ

DNA musi współdziałać z białkami!

Spis treści. Przedmowa... XI. Wprowadzenie i biologiczne bazy danych. 1 Wprowadzenie Wprowadzenie do biologicznych baz danych...

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

NUTRIGENOMIKA na co mają geny apetyt. Ewa Róg - Zielińska

Podstawy genetyki molekularnej

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

Jak działają geny. Podstawy biologii molekularnej genu

Wykład 13. Regulacja cyklu komórkowego w odpowiedzi na uszkodzenia DNA. Mechanizmy powstawania nowotworów

SCENARIUSZ LEKCJI BIOLOGII Z WYKORZYSTANIEM FILMU Transkrypcja RNA

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

Translacja i proteom komórki

wykład dla studentów II roku biotechnologii Andrzej Wierzbicki

plezjomorfie: podobieństwa dziedziczone po dalszych przodkach (c. atawistyczna)

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

Tematyka zajęć z biologii

Rola chromatyny w regulacji ekspresji genów. Monika Zakrzewska-Płaczek

za badania nad molekularnymi podstawami eukariotycznej transkrypcji

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

Wprowadzenie do biologii molekularnej.

transkrypcja chromatyny

Alchemia epigenetycznej regulacji pluripotencji

Zagadnienia seminaryjne w semestrze letnim I Błony biologiczne

Organizacja jądra komórkowego

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

wykład dla studentów II roku biotechnologii Andrzej Wierzbicki

Regulacja transkrypcji genów eukariotycznych

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

Wybrane techniki badania białek -proteomika funkcjonalna

Rola chromatyny w regulacji ekspresji genów. Monika Zakrzewska-Płaczek

Informacje dotyczące pracy kontrolnej

Regulamin Wojewódzkiego Konkursu Biologicznego dla uczniów pierwszych klas liceum ogólnokształcącego ZMAGANIA Z GENETYKĄ ( , III edycja)

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

wykład dla studentów II roku biotechnologii Andrzej Wierzbicki

Większość genów E. coli ma w promotorach zgodne sekwencje -10 i -35 rozpoznawane przez σ 70 (o m.cz. 70 kda).

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

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

WARUNKI ZALICZENIA PRZEDMIOTU- 5 ECTS

Pamiętając o komplementarności zasad azotowych, dopisz sekwencję nukleotydów brakującej nici DNA. A C C G T G C C A A T C G A...

Regulamin Wojewódzkiego Konkursu Biologicznego dla uczniów pierwszych klas liceum ogólnokształcącego ZMAGANIA Z GENETYKĄ [2017/2018]

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

SEMINARIUM 8:

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

O ROZUMIENIU POJĘCIA ''INFORMACJA'' W BIOLOGII WSPÓŁCZESNEJ. Radosław Siedliński

Wybrane techniki badania białek -proteomika funkcjonalna

Ekspresja informacji genetycznej

POZIOMY WYMAGAŃ EDUKACYJNYCH Z BIOLOGII DLA UCZNIÓW Z UPOŚLEDZENIEM W STOPNIU LEKKIM

Regulacja Ekspresji Genów

HARMONOGRAM ZAJĘĆ Z NUTRIGENOMIKI 2018/2019

ĆWICZENIA Z BIOCHEMII

Zagadnienia na egzamin magisterski na kierunku Biologia Rok akad. 2018/2019

Transkrypt:

Wykład 5 Remodeling chromatyny 1

Plan wykładu: 1. Przebudowa chromatyny 2. Struktura, funkcje oraz mechanizm działania kompleksów remodelujących chromatynę 3. Charakterystyka kompleksów typu SWI/SNF 4. Funkcje kompleksów SWI/SNF w rozwoju zwierząt i roślin 2

Zmiany struktury chromatyny: 1. modyfikacje DNA metylacja DNA 2. modyfikacje potranslacyjne histonów np. acetylacja 3. ATP-zależna przebudowa (remodeling) chromatyny 4. wyspecjalizowane warianty histonów ATP- zależny remodeling chromatyny zachodzi w trakcie większości procesów związanych ze zmianami struktury chromatyny - jest uniwersalnym mechanizmem kontroli stanu chromatyny - od ustanawiania pozycji i struktury nukleosomów, do ustalania struktur chromatyny wyższego rzędu 3

ATP-zależny remodeling chromatyny Jeden z podstawowych mechanizmów remodelingu - przesunięcie oktameru histonów wzdłuż nici DNA przesuwanie nukleosomów pozwala m.in. na odsłonięcie sekwencji regulatorowych, niezbędnych do prawidłowego przebiegu procesów genetycznych (transkrypcji, replikacji, etc.) 4

Różne efekty ATP-zależnego remodelingu chromatyny DBP DNA binding protein, czynnik regulatorowy Na podstawie: Clapier, Cairns, 2009 5

ATP-zależne kompleksy remodelujące chromatynę Przebudowa chromatyny zachodzi dzięki wielobiałkowym kompleksom, których centralną podjednostką katalityczną jest ATPaza należąca do rodziny Snf2 ATPaza Snf2 6

Rodzina białek Snf2 : ATPazy stymulowane przez kwasy nukleinowe, należą do nadrodziny helikaz SF2 Podrodziny ATPaz Snf2 Flaus et al., 2006 7

Rodzina białek Snf2 : konserwowane ewolucyjnie, szczególnie wysoka homologia dotyczy domeny katalitycznej (ATPazowej) w genomach wyższych eukariotów znajduje się wiele genów dla ATPaz Snf2 - około 30 u myszy i człowieka, ponad 40 u Arabidopsis prawdopodobna funkcjonalna specjalizacja ATPazy Snf2 podzielono na wiele podrodzin : Flaus et al., 2006 8

Rodzina białek SNF2 : Najlepiej opisano do tej pory 5 podrodzin ATPaz Snf2: i SWR1 - domena ATPazowa we wszystkich białkach Snf2 jest rozdzielona na dwie części: SNF2_N i HELICc - oprócz wspólnej dla wszystkich białek Snf2 domeny katalitycznej, posiadają one również inne charakterystyczne domeny Na podstawie: Clapier, Cairns, 2009 9

Funkcje domen występujących w ATPazach Snf2 wiązanie do DNA oraz nukleosomów (SANT/ SLIDE) wiązanie pozostałych podjednostek kompleksu (HSA) rozpoznawannie i wiązanie do określonych modyfikacji potranslacyjnych histonów (BROMODOMENA - acetylacja, CHROMODOMENA metylacja) BROMODOMENA - około 110 aminokwasów, 4 -helisy - spotykana także w acetylotransferazach histonowych (białka HAT) 10

Mechanizm działania kompleksów remodelujących chromatynę ATPaza Snf2 Dechassa i wsp., 2008 11

Mechanizm działania kompleksów remodelujących chromatynę wg Clapier, Cairns, 2009 12

Różnice pomiędzy różnymi typami kompleksów na poziomie biochemicznym: SWI/SNF ISWI Swi/Snf ISWI ISWI zdolność do zmiany konformacji pojedynczego nukleosomu - - - zdolność do równomiernego rozmieszczania nukleosomów aktywność zależna od obecności ogonów histonów 13

Różnice funkcjonalne pomiędzy różnymi typami kompleksów SWI/SNF ISWI CHD Swi/Snf ISWI ISWI Mi2 aktywacja, elongacja i represja transkrypcji replikacja i naprawa DNA segregacja chromosomów różnicowanie i rozwój głównie represja transkrypcji replikacja składanie chromatyny różnicowanie i rozwój promowanie struktur chromatyny wyższego rzędu represja transkrypcji replikacja naprawa DNA segregacja chromosomów 14

Kompleksy typu SWI/SNF Drożdżowy kompleks SWI/SNF scharakteryzowano jako pierwszy spośród kompleksów remodelujących chromatynę Jest to kompleks o masie 1,15 MDa składający się z 11 różnych podjednostek (niektóre występują w kilku kopiach) Niektóre podjednostki (ATPaza, Snf5, Swi3, Swp73, ARP) tworzą tzw. część rdzeniową kompleksu, wykazującą zdolność do efektywnego remodelingu in vitro. Kwon, Wagner, 2007 15

Wpływ kompleksów SWI/SNF na transkrypcję 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 przez kompleksy SWI/SNF G. Arya et al. jbsd (2010) 16

Wpływ kompleksów SWI/SNF na transkrypcję Euskirchen et al. (2012) 17

Model działania SWI/SNF w inicjacji transkrypcji gen IFN-β współdziałanie z acetylazami histonów 1. Do pozbawionego nukleosomów fragmentu promotora przyłączają się specyficzne czynniki transkrypcyjne, które rekrutują kompleks GCN5 2. GCN5 acetyluje histony w nukleosomach flankujących NFR, a następnie oddysocjowuje 3. Na jego miejsce rekrutowany jest kompleks białka CBP i Polimerazy II. 4. Dzięki interakcjom z białkiem CBP do promotora dołącza się kompleks SWI/SNF - remodeling nukleosomów 5. Efekt końcowy: skompletowanie kompleksu preinicjacyjnego i inicjacja transkrypcji. Agalioti et al., 2000 18

Inne funkcje kompleksów SWI/SNF elongacja transkrypcji alternatywny splicing represja transkrypcji (współdziałanie z deacetylazami histonów) replikacja naprawa DNA 19

Podtypy kompleksów SWI/SNF U drożdży występują 2 podtypy kompleksów SWI/SNF: yswi/snf oraz RSC mają one różny skład oraz zróżnicowane funkcje - regulacja genów o indukowanej ekspresji - brak yswi/snf nie jest letalny, powoduje zaburzenia ekspresji ok. 5% genów - regulacja cyklu komórkowego - brak kompleksu RSC jest letalny dla drożdży Kwon, Wagner, 2007 20

Podtypy kompleksów SWI/SNF Podział na kompleksy yswi/snf oraz RSC jest konserwowany ewolucyjnie Martens, Winston, 2003 Clapier, Cairns, 2009 21

Rola poszczególnych podjednostek stabilizacja struktury kompleksu (np. ARP actin related proteins) stymulowanie działania ATPazy (ARP) oddziaływania z DNA, nukleosomami i modyfikowanymi histonami dzięki obecności odpowiednich domen (np. SANT, SWIRM, BROMO, CHROMO) oddziaływania z innymi białkami Oddziaływania te umożliwiają kierowanie kompleksów SWI/SNF do docelowych miejsc w chromatynie, a także współdziałanie kompleksu z innymi czynnikami modyfikującymi chromatynę Erdel et al., 2011 22

Oddziaływania z białkami regulatorowymi a funkcje kompleksów SWI/SNF Simone, 2006 23

Oddziaływania SWI/SNF z białkami regulatorowymi Euskirchen et al. (2012) 24

Charakterystyka zwierzęcych kompleksów SWI/SNF 1. Kluczowa rola w rozwoju - brak ATPazy BRG1, homologów SNF5 oraz SWI3 są letalne u myszy Ho, Crabtree, 2010 25

Charakterystyka zwierzęcych kompleksów SWI/SNF 2. Regulacja cyklu komórkowego, różnicowania - mutacje w niektórych podjednostkach skutkują rozwojem agresywnych nowotworów - niektóre podjednostki są klasyfikowane jako supresory nowotworów 26

Charakterystyka zwierzęcych kompleksów SWI/SNF 3. Udział w licznych szlakach sygnalizacyjnych, np. hormonalnych oddziaływania z receptorami hormonów steroidowych Keppler et al., 2011 27

Charakterystyka zwierzęcych kompleksów SWI/SNF 4. Kombinatoryczne składanie kompleksów Skład podjednostkowy kompleksu decyduje o oddziaływaniach ze specyficznymi białkami regulatorowymi Ho, Crabtree, 2010 28

Roślinne kompleksy SWI/SNF - Arabidopsis 1. Kombinatoryczne składanie kompleksów więcej możliwości niż u zwierząt Jerzmanowski, 2007 29

Podobieństwo budowy kompleksów SWI/SNF u zwierząt i roślin LFR BSH SWP73 AN3 ARP AtBRD SWI3 BRM, SYD Kadoch et al. (2013), Nat Genet Vercruissen et al. (2013), niepubl. 30

Roślinne kompleksy SWI/SNF - Arabidopsis Białko BRM (BRAHMA) jest najbliższym homologiem ATP-az typu SWI/SNF występujących u innych organizmów - zawiera m.in. na C-końcu bromodomenę ARP ARP7 BRM BSH SWI3B SWI3C SWP73 31

Roślinne kompleksy SWI/SNF - Arabidopsis 2. Udział w rozwoju podobnie jak u zwierząt, niektóre mutacje w podjednostkach SWI/SNF są embrioletalne 32

Mutanty Arabidopsis pozbawione ATPazy BRM Plejotropowy fenotyp - udział w różnych etapach rozwoju 33

Udział kompleksów SWI/SNF w sygnalizacji hormonalnej u roślin Ścieżka kwasu abscysynowego Ścieżka giberelinowa Han et al. (2012) Archacki et al. (2013) 34