Mindmap-Galerie Biologie-Transkriptionsregulation in Eukaryoten
Dies ist eine Mindmap über die Transkriptionsregulation von Eukaryoten, einschließlich Ähnlichkeiten und Unterschieden mit Prokaryoten, der DNA-Bindungsdomäne von Eukaryoten usw.
Bearbeitet um 2023-11-24 18:18:26Einhundert Jahre Einsamkeit ist das Meisterwerk von Gabriel Garcia Marquez. Die Lektüre dieses Buches beginnt mit der Klärung der Beziehungen zwischen den Figuren. Im Mittelpunkt steht die Familie Buendía, deren Wohlstand und Niedergang, interne Beziehungen und politische Kämpfe, Selbstvermischung und Wiedergeburt im Laufe von hundert Jahren erzählt werden.
Einhundert Jahre Einsamkeit ist das Meisterwerk von Gabriel Garcia Marquez. Die Lektüre dieses Buches beginnt mit der Klärung der Beziehungen zwischen den Figuren. Im Mittelpunkt steht die Familie Buendía, deren Wohlstand und Niedergang, interne Beziehungen und politische Kämpfe, Selbstvermischung und Wiedergeburt im Laufe von hundert Jahren erzählt werden.
Projektmanagement ist der Prozess der Anwendung von Fachwissen, Fähigkeiten, Werkzeugen und Methoden auf die Projektaktivitäten, so dass das Projekt die festgelegten Anforderungen und Erwartungen im Rahmen der begrenzten Ressourcen erreichen oder übertreffen kann. Dieses Diagramm bietet einen umfassenden Überblick über die 8 Komponenten des Projektmanagementprozesses und kann als generische Vorlage verwendet werden.
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Einhundert Jahre Einsamkeit ist das Meisterwerk von Gabriel Garcia Marquez. Die Lektüre dieses Buches beginnt mit der Klärung der Beziehungen zwischen den Figuren. Im Mittelpunkt steht die Familie Buendía, deren Wohlstand und Niedergang, interne Beziehungen und politische Kämpfe, Selbstvermischung und Wiedergeburt im Laufe von hundert Jahren erzählt werden.
Projektmanagement ist der Prozess der Anwendung von Fachwissen, Fähigkeiten, Werkzeugen und Methoden auf die Projektaktivitäten, so dass das Projekt die festgelegten Anforderungen und Erwartungen im Rahmen der begrenzten Ressourcen erreichen oder übertreffen kann. Dieses Diagramm bietet einen umfassenden Überblick über die 8 Komponenten des Projektmanagementprozesses und kann als generische Vorlage verwendet werden.
Transkriptionsregulation in Eukaryoten
Ähnlichkeiten und Unterschiede mit Prokaryoten
Dasselbe
Die Regulationsprinzipien sind die gleichen: externe Signalstimulation, intrazelluläre Aktivatoren und Inhibitoren übertragen Signale und funktionieren durch Rekrutierung, Allosterie und synergistische Bindung.
Die Regulierung erfolgt in ähnlichen Stadien: hauptsächlich während der Initiierung der Transkription
anders
Die eukaryontische Regulation kann im Stadium des prä-mRNA-Spleißens erfolgen, was bei der prokaryontischen Regulation nicht möglich ist.
Die eukaryotische Transkriptionsmaschinerie ist komplexer und unterliegt einer vielfältigeren Regulierung
Nukleosomen und ihre Modifikationen beeinflussen die Gentranskription
Viele eukaryotische Gene verfügen über mehrere Bindungsstellen für regulatorische Proteine und werden daher von mehr regulatorischen Proteinen reguliert.
Experimente, die belegen, dass die DNA-Bindungsdomäne und die Transkriptionsaktivierungsdomäne des Aktivators getrennt sind
Versuchsobjekt: Gal4-Aktivator eukaryontischer Zellen, der die Transkription des Galactose-Gens von Saccharomyces cerevisiae aktivieren kann
① Domänenaustauschexperiment: Das durch Expression des Gal4-Genfragments (N-terminales 1/3) erhaltene Protein kann normal an DNA binden, aber den Transkriptionsprozess nicht aktivieren. Ein solches Protein enthält eine DNA-Bindungsdomäne, aber keine Aktivierungsdomäne, sodass die DNA-Bindungs- und Transkriptionsaktivierungsdomäne von Gal4 getrennt funktionieren können.
② Hefe-Zwei-Hybrid-Experiment: Konstruieren Sie ein Hybridgen, das die C-terminale 2/3-Sequenz, die das Gal4-Protein kodiert, mit der DNA-Bindungsdomäne des bakteriellen Inhibitorproteins LexA fusioniert. Das resultierende Protein wird in Hefe mit demselben Reporterplasmid exprimiert. Es gibt eine LexA-Bindungsstelle vor dem Plasmid-Gal4-Promotor, und das Fusionsprotein kann die Transkription dieses Reporters aktivieren. Experimente zeigen, dass die Aktivierung nicht nur durch die Bindung an DNA erfolgt dient lediglich dazu, die mit dem Promotor verbundene Aktivierungsdomäne zu binden.
Eukaryotische DNA-Bindungsdomänen
① Homotypdomänenproteine: Ein Proteintyp mit einer DNA-Bindungsdomäne mit Helix-Turn-Helix-Motiv, die auf die gleiche Weise wie bakterielle regulatorische Proteine an DNA bindet
②Zinkhaltige DNA-Bindungsdomäne
Zinkfingerprotein
Typ C4: Das Zinkatom kooperiert mit vier Cysteinen, um eine DNA-Erkennungsdomäne zu bilden, die einer Helix-Turn-Helix ähnelt.
C2H2-Typ: Das Zinkatom interagiert mit Cystein und Histidin, um die DNA-Bindungsdomäne intakt zu halten
Zink-Cluster-Domäne
③Leucin-Zipper-Domäne: Dieses Protein enthält sowohl eine Dimerisierungsoberfläche als auch eine DNA-Bindungsoberfläche. Dimerisierung: Wechselwirkung mit der hydrophoben Oberfläche (Leucin) der Alpha-Helix; DNA-Bindung: Wechselwirkung mit der symmetrischen DNA-Erkennungsstelle, die letztendlich die DNA wie eine Klammer festklemmt
④Helix-Loop-Helix-Domäne (HLH): Die erweiterte α-Helix-Region in jedem Monomer ist in die Hauptfurche der DNA eingebettet. Sie ähnelt der Struktur des Leucin-Zippers und kann auch Dimere bilden und wird als Basis-Zipper/Basis bezeichnet. sexuelles HLH-Protein
⑤ Hochgeschwindigkeits-Motilitätsprotein (HMG): Die hochkonservierten AY-Haken der Peptidkette können mit der kleinen Furche der DNA-Helix interagieren und die Konformation der DNA-Doppelhelix erheblich verändern.
eukaryontische Aktivierungszone
mit Unsicherheit
Klassifizierung: ①Säureaktivierungszone (am häufigsten Gal4) ②Glutaminreiche Zone (SP1) ③Prolinreiche Zone (CTF1)
Wirkungsweise des Aktivators
Keine allosterische Aktivierung in Eukaryoten
Rekrutierung
Zur indirekten Rekrutierung von Polymerase
Interagiert mit einem anderen Teil der Transkriptionsmaschinerie als der Polymerase, um die Transkriptionsmaschinerie für das Gen zu rekrutieren
Rekrutieren Sie Nukleosomenmodifikatoren, um die Chromatinstruktur in der Nähe von Genen zu verändern und die Genaktivierung zu erleichtern
Transkriptionsmaschine
Polymerase und mehrere Proteinkomplexe, einschließlich Zwischenprotein und TFIID-Komplex
Experimente zur Prüfung der Wechselwirkung zwischen Aktivatoren und Proteinen
ChIP-Chromatin-Immunpräzipitationsexperiment: ChIP wird verwendet, um zu sehen, mit welchem Teil des Genoms ein regulatorisches Protein interagiert
Aktivator-Bypass-Experiment: Der Aktivator rekrutiert das Mediatorprotein direkt an die DNA, um die Transkription zu aktivieren, und aktiviert die Transkription durch die direkte Verbindung zwischen dem Mediatorprotein und der DNA.
Nukleosomenmodifikationen
Rolle: Rekrutiert direkt die Transkriptionsmaschinerie, um bei der Aktivierung unzugänglicher, im Chromatin eingebetteter Gene zu helfen
Modifikatortyp
Hinzufügen chemischer Gene wie Acetylgruppen zu Histonschwänzen
Modifikatoren, die Nukleosomen umgestalten, wie z. B. SWI/SNF, abhängig von der ATP-Aktivität
Modell, das die Aktivierung unterstützt: Durch den Umbau von Nukleosomen werden DNA-Bindungsstellen freigelegt. Durch das Hinzufügen von Acetylgruppen zu Histonschwänzen werden neue Proteinbindungsstellen auf Nukleosomen geschaffen und die Chromatinstruktur entspannt
Aktion auf Distanz
Wirkungsweise
Bestimmte Proteine helfen, wie zum Beispiel Kohäsin
Chromatin verdichtete Struktur
Kontrolle
Das Globin-Gen exprimiert verschiedene Locus-Gene in unterschiedlichen Entwicklungsstadien.
Das regulatorische LCR-Element in der Site-Control-Region bindet an regulatorische Proteine, um die Öffnung der Chromatinstruktur zu bewirken
GCR-Wirkung in der weiträumigen Kontrollregion bei Mäusen, Regulierung über große Entfernungen
Synergie
kollaborative Quellen
Mehrere Aktivatoren rekrutieren jeweils dieselbe Komponente des Transkriptionsapparats
Mehrere Aktivatoren rekrutieren jeweils unterschiedliche Komponenten des Transkriptionsapparats
Mehrere Aktivatoren interagieren, um die Bindung an Stellen vor den von ihnen regulierten Genen zu unterstützen
Wie Aktivatoren koordinativ an DNA binden
Zwei Proteine kooperieren, um durch direkte Wechselwirkungen an DNA zu binden, was auch als „klassische“ kooperative Bindung bekannt ist.
Zwei Proteine interagieren mit einem gemeinsamen dritten Protein, um ähnliche Effekte zu erzielen
Ein indirekter Weg, bei dem die Bindung eines Proteins an eine DNA-Stelle innerhalb eines Nukleosoms die Bindung eines anderen Proteins fördert
Das erste Protein rekrutiert Nukleosomen-Remodellierungsmoleküle, um die Bindungsstelle des zweiten Proteins freizulegen
Das erste Protein bindet an seine Stelle, eine DNA-Stelle, die sich zufällig außerhalb des Nukleosoms befindet. Durch die Bindung wird die nukleosomale DNA leicht entfaltet, um die Bindungsstelle des zweiten Proteins freizulegen.
Beispiel für Signalintegration
HO-Gen
Koreguliert durch zwei Aktivatoren: SWI5 und SBF
SWI5: rekrutiert Nukleosomenmodifikatoren (Nukleosomen-Remodellierungsproteine), um die ursprünglich abgeschirmte SBF-Bindungsstelle zu öffnen
SBF: nur in der G1/S-Übergangsphase des Zellzyklus aktiv und rekrutiert Zwischenproteine
menschliches Beta-Interferon-Gen
Wenn das Virus in Zellen eindringt, aktiviert die Infektion drei Aktivatoren
Der Aktivator bindet synergistisch an den Enhancer und bildet einen Enhancer-Körper, der anschließend den Coaktivator CBP rekrutiert
Kombinationssteuerung
Bei der kombinatorischen Kontrolle arbeiten Aktivatorproteine mit Repressorproteinen zusammen. bakterieller CAP-Aktivator
Kombinatorische Regulation von Paarungstyp-Genen in S. cerevisiae
haploide Zellen
eine Zelle
Produzieren Sie die regulatorischen Proteine a1 und Mcm1
Das α-zellspezifische Gen wird ausgeschaltet, ohne dass ein Aktivator daran bindet, das α-zellspezifische Gen wird eingeschaltet und Mcm1 bindet und aktiviert das Gen.
Alphazellen
Produzieren Sie die regulatorischen Proteine α1, α2 und Mcm1
Das α-zellspezifische Gen wird aktiviert und Mcm1 bindet stromaufwärts des Promotors und aktiviert die Genexpression. Mcm1 bindet an einer schwachen Bindungsstelle und funktioniert nur mit dem α1-Monomer. a-zellspezifische Gene bleiben aufgrund der Anwesenheit des α2-Repressors ausgeschaltet
Eigenschaften des α2-Repressors: ① Er deckt den Funken von Mcm1 ab, um die Proteinexpression zu verhindern, ② Er unterdrückt diese Gene auch wirksam.
Diploide Zellen a/α: a-zellspezifische Gene und α-zellspezifische Gene werden ausgeschaltet, und haploide spezifische Gene werden durch α2 in diploiden Zellen ausgeschaltet
Wirkungsweise des Inhibitors
Konkurrenz: Konkurrenz mit dem Aktivator um die Bindungsstelle. Durch die Bindung an überlappende Stellen, die Aktivatoren binden, hemmen Repressoren die Bindung von Aktivatoren an Gene und blockieren dadurch die Genaktivierung.
Hemmung: Hemmt die Aktivatorfunktion. Der Inhibitor bindet an eine Stelle neben dem Aktivator und interagiert mit dem Aktivator, wodurch seine Aktivierungsregion sterisch blockiert wird.
Direkte Hemmung: konkurriert mit dem Aktivator um die Bindung an die Polymerase. Der Hemmfaktor bindet an die Stelle vor dem Gen und hemmt die Initiierung der Transkription, indem er auf besondere Weise mit dem Transkriptionsapparat zusammenwirkt.
Indirekte Hemmung: Rekrutierung von Nukleosomenmodifikatoren. Unterdrückt die Transkription durch die Rekrutierung histonmodifizierender Enzyme zur Veränderung von Nukleosomen. Wie Methylierungsmodifikation und Deacetylase-Wirkung.
Signalisierung
Beispiele für Signalwege
STAT-Weg: Wenn der Rezeptor durch einen Liganden aktiviert wird, kommt es zu einer Zusammenführung der beiden Rezeptorketten, wodurch die Aktivierung von Kinasen in jeder Kette ausgelöst wird, um eine spezielle Sequenz in der Rezeptorzellregion zu phosphorylieren. Diese Phosphorylierungsstelle wird anschließend vom STAT erkannt Protein, das Protein wird ebenfalls zufällig phosphoryliert, dimerisiert und wandert zum Zellkern, um sich an die DNA zu binden.
Der Mitogen-aktivierte Proteinkinase (MAPK)-Weg, der den Aktivator Jun steuert, bewirkt, dass der Aktivator auf den Beta-Interferon-Enhancer einwirkt, und der aktivierte Rezeptor induziert eine Reihe von Signalereignissen, die letztendlich zur MAPK-Aktivierung führen, und MAPK phosphoryliert Jun weiter.
Signalweg: Das anfängliche Signal/Ligand bindet an die extrazelluläre Domäne des spezifischen Rezeptors auf der Zelloberfläche → das Signal wird an die intrazelluläre Domäne des Rezeptors übertragen (durch Allosterie oder Dimerisierung des Rezeptors) → das Signal wird dann in a übertragen Weiterleitung an den relevanten Transkriptionsregulator → Der Transkriptionsregulator steuert die Expression des Zielgens
Mechanismen, durch die Signale die Aktivität von Transkriptionsregulatoren in eukaryotischen Zellen steuern
Freilegung der Aktivierungszone: ① Änderungen in der Konformation der Aktivierungszone offenbaren die ursprünglich maskierte Aktivierungszone. ③ Einige Schutzproteine blockieren nicht nur die Aktivierungszone des Aktivators, sondern rekrutieren/wirken als Deacetylase, um das Gen zu verhindern Ausdruck
Aktivatoren werden zum Zellkern transportiert, um dort ihre Wirkung auszuüben
Der Kinase-Kaskadenprozess führt letztendlich zur Phosphorylierung des Kernregulators
Der aktivierte Rezeptor wird durch Proteasen gespalten und der C-terminale Teil des Rezeptors gelangt in den Zellkern und aktiviert das regulatorische Element