13. RNS szintézis és splicing

Átírás

1 13. RNS szintézis és splicing 1 Visszatekintés: Az RNS típusai és szerkezete Hírvivő RNS = mrns (messenger RNA = mrna) : fehérjeszintézis pre-mrns érett mrns (intronok kivágódnak = splicing) Transzfer RNS = trns (transfer RNA = trna) : fehérjeszintézis Riboszóma RNS = rrns (ribosomal RNA = rrna) : fehérjeszintézis Mikro RNS = mirns (micro RNA = mirna) : RNS interferencia (RNAi) révén a génexpresszió szabályozásában játszanak szerepet Kis nukleáris RNS = snrns (small nuclear RNA): enzim komplexek része, a splicing-ban játszanak szerepet 2

2 Visszatekintés: RNS molekulák eloszlása az Escherichia coli baktériumban 3 Visszatekintés: A gén fogalma Mai definíció: A gén egy olyan DNS szakasz, amely egy géntermék (polipeptid vagy RNS) szintéziséhez szükséges információt tárolja. A szűken vett definíció csak a struktúrgént jelenti (polipeptid vagy RNS elsődleges szekvenciáját kódoló DNS), a tágabb definícióba beleértjük a regulátor szekvenciákat (promóterek, enhancerek, stb.) is. 4

3 Visszatekintés: Mi jelzi az RNS és majd a fehérjeszintézis kezdetét és végét? Start kodon ATG (Met) RNS: AUG Stop kodon TAA, TAG, TGA RNS: UAA, UAG, UGA 5 nem kódoló szakasz pl. promóter, enhancer, riboszómakötő-hely, stb. struktúrgén ORF: open reading frame Eukarióták esetén intronokat is tartalmaz! 3 nem kódoló szakasz pl. poliadenilációs szignál, transzkripciós terminátor, stb. 5 Visszatekintés: Intronok és exonok alternatív splicing Az eukarióta génekben a fehérjét kódoló szakaszokat (exonok) nem kódoló DNS szakaszok (intronok) szakítják meg. Az intronok hossza többszöröse is lehet az exonok hosszának. Az intronok az mrns érése során vágódnak ki. Ezt a folyamatot nevezzük splicing -nak. A splicing a biológiai diverzitás egyik forrása (alternatív splicing). 6

4 A transzkripció jelentősége: A génexpresszió szabályozása elsősorban a transzkripció szabályozása révén valósul meg! Prokarióták - Eukarióták: Az RNS szintézis lényege prokariótákban és eukariótákban hasonló. Prokariótákban az RNS szintézis és a transzláció egy térrészben történik. Eukariótákban bonyolultabb szabályozás és processzálás megy végbe. A transzkripció és a transzláció elkülönül. A transzkripció fázisai kezdés (iniciáció) láncnövekedés (elongáció) befejezés (termináció) 7 Az RNS polimeráz feladatai: 1. a promóterek felismerése 2. a DNS egy szakaszának kitekerése 3. katalízis (az NTP-k összekapcsolása a templátnak megfelelően) 4. termináció 5. transzkripciós faktorokkal való kölcsönhatás (főleg eukariótákban) Promóter (promoter): a transzkripció kezdetét meghatározó DNS szakasz 8

5 Kezdjük a prokariótákkal (pl. modell organizmus: E. coli) Prokarióta konszenzus promóter: E. coli RNS polimeráz: holoenzim: α 2 ββ σ mag (core) enzim: α 2 ββ A σ alegység felel a -10 boxhoz való kapcsolódásért mag (core) enzim: α 2 ββ végzi a szintézist a σ faktor leválás után. A -10 szekvencia (Pribnow-box) hasonló az eukariótákban levő TATA boxhoz. 9 A -10 promóter régió (Pribnow-box) Különféle prokarióta promóterek konszenzus szekvencia A promóter erőssége megszabja a keletkezett géntermék (RNSfehérje) mennyiségét! 10

6 Az RNS szintézis A DNS letekeredik A szintézis 5 3 irányba halad, de nem kell primer!! 11 A transzkripciós buborék Hol kezdődik és végződik a szintézis a képen? 12

7 Termináció I. fehérje független Terminátor: Hajtű (hairpin) A keletkező RNS molekulán alakul ki! 13 Termináció II. fehérjétől függő A ρ (ró) fehérje rokon az ATP szintáz fehérjével. Az RNS leválasztásához ATP hidrolízise szolgáltatja az energiát. ATP hidrolízis csak a megfelelő szignál elérésekor történik. A terminációs szignál a keletkező RNS-en van. 14

8 Prokariótákban az mrns nem módosul a transzkripció után, viszont a rrns-ek és trns-ek primer transzkriptumai igen A rrns-ek és az egyik trns prekurzora (előalakja) Az mrns rögtön átíródik. 15 A trns-ek módosított ribózt és módosított bázisokat tartalmaznak több helyen Példák: 16

9 Térjünk át az eukariótákra 17 Az eukarióta RNS polimerázok típusai 18

10 A gyilkos galóca (Amanita phalloides) mérge az RNS polimeráz II enzimet gátolja α-amanitin 19 Az eukarióta promóterek Egy egyszerű promóter: 20

11 A transzkripciós faktorok gyülekezése A TF II D tartalmazza a TATA-box-kötő fehérjét (TATA-box binding protein = TBP) VIDEÓK! 21 YouTube videók Transzkripció: Transcription A DNS-től a fehérjékig: From DNA to Protein 22

12 Enhancer és silencer szekvenciák Eukariótákban a génexpresszió szabályozása bonyolult! (Itt a részletekkel nem foglalkozunk) 23 A születő mrns processzálása I. eukarióta 5 cap (sapka) 24

13 A születő mrns processzálása II. 3 poli-a farok 25 RNS szerkesztés (RNA editing) Példa: egy génről 2 féle fehérje keletkezik Egy másik mechanizmus: alternatív splicing 26

14 Splicing I. self-splicing RNA Splicing = 2 db átésztereződés Katalitikus RNS: ribozim (ribozyme) = RNS enzim Nem kell fehérje a katalízishez! Guanozin kell kofaktorként. (GTP, GDP, GMP közül bármelyik) 27 Splicing II. splice-oszóma (spliceosome) U1, U2, U4, U5, U6: ribonukleoproteinek Ezekben snrns van. (small nuclear RNA) Az RNS komponens felelős a hasításért! Analógia: riboszóma 28

15 Splicing = 2 db átésztereződés Lariat = lasszó alakú 29 Az intronok pozíciója a szekvencia alapján jósolható U1 snrns: a splice hely felismerése 30

16 Az alternatív splicing segítségével egy génről több fehérje is keletkezhet Korábban volt egy példa alternatív splicing-ra 31 Példa az alternatív splicing-ra. A B-limfocitákon (immunsejtek) membránhoz kötött antitest található. Az antigén kötődése aktiválja a B- sejteket, amik érési folyamaton mennek keresztül. Az érett B-sejtek (plazma sejtek) már szekretálják (kiürítik) az antitestet. mechanizmus: egyféle pre-mrnsről többféle érett mrns képződik, ami fehérje szinten is megmutatkozik 32

17 Amit tudni illik Az RNS szintézis és splicing témakörből Fogalmak: RNS, transzkripció, gén, promóter, transzkripciós buborék, termináció, enhancer, silencer, transzkripciós faktor, poliadeniláció, RNS szerkesztés (editing), splicing, alternatív splicing 33 Kapcsolódó könyvfejezetek: J.M. Berg, J.L. Tymoczko, L. Stryer: Biochemistry 5th edition W.H. Freeman and Co. 6. Exploring Genes 28. RNA Synthesis and Splicing 34

18 Folyt. köv. Fehérjeszintézis: transzláció Fehérje lebontás (proteolízis) 35 YouTube videók Replikáció: How DNA Copies Itself Transzkripció: Transcription Transzláció: Translation A DNS-től a fehérjékig: From DNA to Protein 36