Zobrazení zdroje stránky Regulace transkripce u eukaryot

Jedním z významných '''kontrolních bodů''' exprese genů je '''iniciace transkripce.''' 

* '''transkripčně inaktivní DNA''' je součástí vysoce kondenzované chromatinové struktury v chromosomu – tato struktura musí být před transkripcí '''reverzibilně upravena''' do konformace, která umožňuje '''navázání RNA-polymerasy''' na DNA


'''Změna konformace''' chromatinu je umožněna '''modifikací histonů''' a remodelací chromatinu:

* histony jsou součástí '''nukleosomů''' a jejich modifikace spočívá v acetylaci nebo deacetylaci 
* jedná se o přidání '''acetylových skupin''' k amino-skupinách postranních řetězců lysinů v histonech pomocí enzymu '''acetyltransferasy'''
* tak se '''redukuje afinita''' mezi histony a DNA – oblast promotoru genu je '''přístupnější''' pro komplex transkripčních faktorů a RNA-polymerasy
* '''deacetylace''' histonů má opačný efekt
* na aktivaci nebo potlačení transkripce má vliv i '''methylace histonů''' (methyltransferasa) – methylace argininů aktivuje, lysinů deaktivuje
* tyto modifikace s účastí '''dalších proteinů''' dočasně mění strukturu chromatinu


'''Interakce transkripčních faktorů''' a specifických sekvencí promotoru genu:

* '''regulace transkripce''' se uskutečňuje především '''interakcí promotoru''' s těmito specifickými proteiny, vázajícími se na DNA
* '''regulační sekvence''' jsou umístěné různě daleko od '''počátku transkripce''', ale na stejné molekule DNA nebo RNA – pracují tedy v '''pozici cis''' (cis elementy)
* '''transkripční faktory''' jsou syntetizovány v cytoplazmě, působí však v jádře a musejí proto '''migrovat''' do místa určení


Základní '''transkripční faktory''' se vážou s DNA promotoru v místě '''sekvence TATA''' a tvoří komplex pro '''lokalizace RNA-polymerasy''' do správné pozice – iniciace transkripce. '''Účinnost transkripce''' závisí na dalších specifických TF, jež se mohou vázat na další '''signální sekvence''' v promotoru a mohou '''interagovat''' s transkripčním iniciačním komplexem a posílit jeho '''stabilitu.'''

* mezi '''specifické TF''' patří např. tkáňově specifické TF <br />

Kromě '''základních signálních sekvencí''' se v regulaci transkripce mohou uplatnit sekvence zvané '''enhancery''' (zesilovače), které velmi účinně stimulují transkripci. Nachází se většinou '''mimo promotor''' genu, často ve velké vzdálenosti od genu, ale i uvnitř genu různě daleko po proudu od začátku transkripce. '''Silencery''' jsou naopak sekvence transkripci inhibující.

==== Transkripční faktory ====

* TF tvoří velkou rodinu proteinů, které mohou pozitivně nebo negativně ovlivňovat transkripci
* většinou fungují jako '''homodimery''', méně často tvoří heterodimery odlišných transkripčních faktorů
* obsahují několik funkčně důležitých '''domén''' – doména pro vazbu s DNA, dimerizační doména a aktivační doména
** '''aktivační doména''' aktivuje vznik transkripčního komplexu poté, co se TF váže na signální sekvenci genu
** '''doména pro vazbu s DNA''' obsahuje několik charakteristických konzervovaných struktur – '''motivů'''
** všechny tyto motivy používají '''α-helixy''', které zapadají do velkého žlábku DNA
** TF jsou podle '''typu domény''' pro vazbu s DNA a podle genů, jejichž expresi ovlivňují, '''klasifikovány'''

====== Motivy v doméně pro vazbu DNA ======

====== '''motiv helix-turn-helix''' (spirála-otáčka-spirála) ======

* tvořen dvěma α-helixy, oddělenými β otáčkou, vytváří '''dimery'''
* jeden z helixů se váže na DNA ve '''velkém žlábku'''
* příkladem proteinů s tímto motivem jsou TF obsahující '''homeodomény''', jež jsou kódovány velmi '''konzervovanými geny''' (homeobox geny)
* podílejí se na '''regulaci diferenciace''' a hrají významnou roli v '''embryogenezi'''

'''motiv zinkových prstů'''

[[Soubor:Zinc finger rendered.png||náhled|vpravo| Motiv zinkových prstů]]
* tvořen '''smyčkou''' amk, připevněných na basi dvěma '''cysteiny''' a dvěma '''histidiny''', které jsou vázány prostřednictvím '''atomu zinku'''
* zinkové prsty vytvářejí '''homodimery''' i složitější struktury
* úsek aminokyselin '''interaguje s DNA''' prostřednictvím velkého žlábku
* obdobný motiv tvořený '''4 cysteiny''' spojenými atomem zinku se uplatňuje v '''TF regulujících receptor''' steroidních hormonů

'''motiv leucinového zipu'''

[[Soubor:Bzip wikimedia modified.tif|náhled|vpravo| Motiv leucinového zipu]]
* bohaté na '''zbytky leucinu''', každá sedmá amk je Leu
* na DNA se váží jako '''dimery''' a '''dimerizace''' nastává interakcí mezi hydrofobními povrchy dvou Leu zipů
* příležitostně mohou tvořit '''heterodimery''', což může podstatně zvýšit variabilitu '''regulace transkripce'''


'''motiv helix-loop-helix''' (spirála-smyčka-spirála)

* '''dimerizační doména''' obsahuje 2 α-helixy spojené smyčkou
* dimerizace nastává mezi '''hydrofobními amk''' na jedné straně COOH konce helixů
* mohou tvořit '''homodimery i heterodimery''' a vázat se na DNA


Poměrně '''vysoké procento genů''' transkribovaných RNA-polymerasou II. vykazuje tkáňově '''specifickou expresi''' působením tkáňově specifických TF, enhancerů a silencerů. Enhancer se v důsledku '''vytvoření kličky DNA''' přiblíží promotoru a naváže se na něj pomocí '''specifických proteinů''' – tato vazba brání napojení RNA-polymerasy II. na promotor. Následně se v důsledku působení '''signálních molekul''' změní konformace celého komplexu, promotor je uvolněn pro RNA polymerasu II. a transkripce je '''zahájena.'''

'''Iniciace transkripce''' rRNA genů je regulována vazbou dvou TF na promotorové sekvence, a to na sekvenci v '''místě počátku''' transkripce a sekvenci vzdálenou 100 nukleotidů proti proudu od '''startovací pozice. T'''ranskripce tRNA je umožněna '''vazbou TF''' na promotorové sekvence a vazbou dalších faktorů a nakonec '''RNA-polymerasy III'''.

==== Regulace exprese genu extracelulárními signály ====
Vývoj a přežití mnohobuněčných organismů závisí na dokonalé '''koordinaci činnosti''' všech jejich buněk. Koordinaci zajišťují '''signální molekuly''', které se k buňkám dostávají různými cestami:

* '''buňky endokrinních žláz''' secernují své produkty (hormony) do krve – ovlivnění vzdálených orgánů
* '''parakrinní buňky''' secernují látky difundující do blízkého okolí (zažívací trakt)
* '''autokrinní buňky''' ovlivňují zpětně činnost téže buňky, jež je syntetizuje


Pro regulaci signálními molekulami platí několik '''společných zásad:'''

* ovlivňují jen '''cílové buňky''' se specifickými membránovými nebo cytoplasmatickými receptory, kaskádou pro přenos signálu v cytoplazmě a specifickými '''TF v jádře'''
* '''mutace genu''' pro jakýkoli ze zúčastněných proteinů (receptory, enzymy, TF) může přerušit '''přenos informace''' a projevit se ve fenotypu jako ztrátová mutace
* nebo může mutace způsobit '''trvalou expresi genu''' – např. v procesu '''kancerogeneze'''
* různé cílové buňky mohou reagovat '''specificky''' na stejnou signální molekulu – reakce závisí na '''přenosu (přečtení) signálu''' systémem buňky
* některé signální molekuly jsou přítomny v oběhu '''nárazově''', jiné '''trvale'''
* '''množství signálních molekul''' (např. hormonu) je zpravidla řízeno '''zpětnou vazbou'''
* signální molekuly navázané na receptory jsou rychle '''odbourávány''' – pružnost reakce
* uplatnění '''signálních molekul''' v regulaci buněčného cyklu


'''Přenos signálů''' pro regulaci funkce genů hormony:

* hormony ovlivňují '''charakteristiky a funkce''' cílových buněk aktivací transkripce '''specifických genů'''
* jsou to malé '''molekuly steroidní''' (estrogeny, glukokortikoidy) nebo '''polypeptidové''' (insulin) povahy

'''Hormony lze dělit na''' 

* '''hydrofobní''': ve vodě nerozpustné, jen v tucích - steroidy (testosteron, estradiol) nebo thyroxin
* '''hydrofilní''': ve vodě rozpustné – polypeptidy (oxytocin a inzulin)
* '''aminy''': adrenalin

<br />

==== Alternativní transkripce individuálních genů ====
Kromě mechanismů, umožňujících '''regulaci aktivity genů''' (aktivace a represe), existují i kontrolní mechanismy, které mohou vybírat mezi '''specifickými alternativními transkripty''' a tím i produkty (isoformy) jednoho genu.

'''Využití alternativních promotorů:'''

* vyskytují se u některých '''savčích genů'''
* využití vede k tvorbě '''isoforem''' s různými vlastnostmi 

* '''alternativní promotory''' mohou být lokalizovány v prvním exonu, který je pak vystřižen, ale i ve větších vzdálenostech v genu směrem '''po proudu'''
* produkty genové exprese pak mohou mít vlastnosti '''specifické''' pro určité tkáně


Po úpravách '''genové sekvence mRNA''' se mohou vyskytnout variace, které vedou ke vzniku '''různých mRNA''' a tím i různých forem proteinu (isoformy). '''Patří sem:'''

===== Alternativní sestřih =====

[[Soubor:DNA alternative splicing.gif|náhled|vpravo| Alternativní sestřih DNA]]
* jsou využita i jiná '''sestřihová místa''', což může vést k různým kombinacím exonů (intronisace exonů či exonisace intronů) jednoho genu
* tím mohou vznikat různé '''isoformy''' proteinu
* asi 50% lidských genů má odhadem možnost '''alternativního sestřihu'''
* sestřih může být '''tkáňově specifický''' nebo se může vyskytnout v různých vývojových '''stádiích buňky'''

'''další variací je:'''

===== Alternativní polyadenylace =====

[[Soubor:Alternative polyadenylation.svg|náhled|vpravo|Ilustrace různých variant alternativní polyadenylace]]
* jsou využity alternativní '''polyadenylační signály''' – oblast 3‘ UTR apod.
* rovněž alternativně '''polyadenylované transkripty''' mohou být tkáňově specifické


Jednou z vzácných '''posttranskripčních úprav je tzv. RNA editace -''' dochází k inserci, deleci nebo substituce nukleotidů na úrovni RNA. U savců byla v omezeném počtu genů pozorována '''substituční editace''', zejména deaminace vybraných cytosinových (C-U) a adeninových (A-I, inosin, který se chová jako G) zbytků. '''Význam RNA editace''' není zcela jasný, může to být způsob regulace genové exprese a další cesta k '''diversitě proteinů,''' některé studie naznačují, že je nezbytná pro '''přežívání organismu.'''

==== Regulace transkripce mitochondriálních genů ====

* sekvence promotoru, rozpoznávané '''mtRNA-polymerasami''' jsou bohaté na A a zahrnují '''startovní nukleotid''' (+1)
* lidská mitochonriální DNA má pro všechny geny jen '''dva promotory''' se signálními sekvencemi dlouhými 15 bazí
* jeden promotor zajišťuje '''transkripci''' jednoho řetězce, druhý druhého
* řetězce jsou transkribovány v '''celé své délce''' a primární transkript je upravován na '''mitochondriální mRNA''', '''rRNA a tRNA'''
* transkripci stimuluje transkripční faktor '''mtTF1'''
* řídící prvek je lokalizován proti proudu od startovního nukleotidu a má '''opačnou orientaci''' než promotor
* '''regulace''' genové funkce odpovídá tedy spíše uspořádání regulačních prvků u '''eukaryot'''
* lze tedy uzavřít, že '''transkripce mtDNA''' a její regulace jsou '''kombinací mechanismů,''' popsaných v prokaryotních i eukaryotních buňkách

<noinclude>
== Odkazy ==
=== Související články ===
* [[Transkripce]]
* [[Transkripční faktory]]
=== Použitá literatura ===
=== Reference ===
<references />
</noinclude>

[[Kategorie:Biologie]]
[[Kategorie:Biochemie]]
[[Kategorie:Genetika]]