Mobilne elementy genetyczne;Organizacja materiału genetycznego eukariontów

Plamkowy fenotyp kukurydzy

• Purpurowy kolor ziarniaków kukurydzy – wynik ekspresji genów kontrolujących syntezę antocyjanów

• Dezaktywacja niektórych z tych genów w trakcie rozwoju kolby – komórki ziarniaków stanowiące potomstwo komórki, w której doszło do dezaktywacji są pozbawione pigmentu (plamy)

• Im wcześniej w rozwoju ziarniaka dojdzie do dezaktywacji, tym plamy są większe

Barbara McClintock – Nobel 1983

• Postulat (1948): w kukurydzy działają dwa rodzaje elementów kontrolujących stan genomu:

• A) Ds - Dissociation – elementy nie autonomiczne

• B) Ac – Activator – elementy autonomiczne

• Elementy mobilne w genomie E. coli – lata 1960.

Transpozycja u bakterii – elementy IS (Insertion Sequences)

• Najprostsze elementy mobilne: blokują ekspresję genu docelowego i wszystkich genów poniżej znajdujących się w tym samym operonie.

• Transpozaza – enzym katalizujący transpozycję

• IS1 – 768 bp 20/23 IR Występuje: 5-8 kopii na kolisty chromosom bakterii

• IS10R – 1329 bp 17/22 powszechny.

Odwrócone powtórzenia

Transpozycja u bakterii- proste transpozony

• Podobne do IS, ale DNA może kodować kilka produktów

• Tn1 (ampicylina) 4957 bp

• Tn7 (oporność na 3 różne antybiotyki) 14 000 bp

Transpozycja u bakterii – złożone transpozony

• Przykład ewolucji w stronę wzrostu złożoności:

• Synchronizacja dwóch elementów IS w celu przeniesienia sekwencji znajdującej się pomiędzy nimi.

• Zwykle tylko jeden z dwóch IS zachowuje funkcjonalną transpozazę.

• Tn5 (kanamycyna) 5700 bp; Tn9 (chloramfenikol) 2638 bp; Tn10 (tetracyklina) 9300 bp

Mechanizmy transpozycji- transpozycja prosta

• Transpozycja prosta (bezpośrednia, konserwatywna) – przeniesienie elementu z jednego miejsca w drugie.

• Wycięcie z pozostawieniem nienaprawialnego dwuniciowego pęknięcia.

• Wprowadzenie nacięcia z przesunięciem w miejscu wstawienia. Duplikacja sekwencji donorowej w miejscu wstawienia

Mechanizmy transpozycji- transpozycja z replikacją

• Replikacja transpozonu

• Nacięcie z przesunięciem po obu stronach zreplikowanego transpozonu i w sekwencji donorowej.

• Połączenie obu cząsteczek i naprawa (fuzja)

• Miejscowo specyficzna rekombinacja katalizowana przez enzym resolwazę odtwarza dwie cząsteczki, z których każda zawiera kopie transpozonu

Resolwaza utrzymuje dwie cząsteczki DNA razemI katalizuje wymianę

Model transpozycji z replikacją

Chromatyna wypełnia jądro komórkowe

Maksymalny stopień kondensacji DNA osiąga w chromosomach

Białka histonowe

Oktamer – oddziaływanie z DNA

Fałd histonowy

Złożenie fałdów (hand shake)

Konserwowane elementy na obrzeżu oktameru

Budowa cząstki rdzeniowej na podstawie analizy rentgenowskiej

Składanie nukleosomu

Zaginanie i zwijanie DNA na oktamerze

• Ściśle zwinięta lewoskrętna superhelisa ma ok. 80 pz na zwój i skok superhelikalny ok. 27,5 A.

Ekspozycja miejsc w helisie DNA na oktamerze

Mutacje SIN znoszą oddziaływania oktameru z DNA

Cząstka rdzeniowa, chromatosom i nukleosom

Trawienie chromatyny DNAzą -Drabinka nukleosomowa

Umiejscowienie H1 w nukleosomie

Rodzaje chromatyny w jadrze

Struktury ponadnukleosomowe

Stabilizatory struktur wyższego rzędu

Regulacyjna rola chromatyny

Struktura a funkcja chromatyny

Zmiany struktury chromatyny

• modyfikacje potranslacyjne histonów

• wyspecjalizowane warianty histonów

• ATP-zależna przebudowa (remodeling) chromatyny

Turner 2002

Modyfikacje potranslacyjne białek histonowych

Modyfikacje potranslacyjne białek histonowych – kod histonowy

Modyfikacje potranslacyjne białek histonowych

Kozaurides 2007

Acetylacja lizyny w histonach

Elektroforetyczny dowód acetylacji histonów

Efekt acetylacji ogonów histonowych

Mechanizm działania modyfikacji potranslacyjnych białek histonowych

Działanie pośrednie: rekrutacja białek rozpoznających określone modyfikacje

Kozaurides 2007

Działanie bezpośrednie: zmiany w oddziaływaniach histon-DNA i histon-histon

Warianty histonów – H2A

Warianty histonów - rozmieszczenie w chromosomach

Swp73

Swi3Swi3Snf5

Snf2 ISWIISWI

SWI/SNF ISWI

Mi2

Mi2

ATP-zależna przebudowa (remodeling) chromatyny

Główne typy kompleksów remodelujących chromatynę

Jeden z mechanizmów remodelingu: przesunięcie oktameru histonów wzdłuż nici DNA

ATP-zależna przebudowa (remodeling) chromatyny

Chromatyna – hierarchia struktur