Регуляція експресії генів в прокаріот

Condon, C., Squires, C., & Squires, C.L. (1995) Control of rRNA transcription in Escherichia coli. Microbiol. Rev. 59, 623–645.

Gourse, R.L., Gaal, T., Bartlett, M.S., Appleman, J.A., & Ross, W. (1996) rRNA transcription and growth rate–dependent regulation of ribosome synthesis in Escherichia coli. Annu. Rev. Microbiol. 50, 645–677.

Jacob, F. & Monod, J. (1961) Genetic regulatory mechanisms in the synthesis of proteins. J. Mol. Biol. 3, 318–356. The operon model and the concept of messenger RNA, first proposed in the Proceedings of the French Academy of Sciences in 1960, are presented in this historic paper.

Johnson, R.C. (1991) Mechanism of site-specific DNA inversion in bacteria. Curr. Opin. Genet. Dev. 1, 404–411.

Kolb, A., Busby, S., Buc, H., Garges, S., & Adhya, S. (1993) Transcriptional regulation by cAMP and its receptor protein. Annu. Rev. Biochem. 62, 749–795.

Romby, P. & Springer, M. (2003) Bacterial translational control at atomic resolution. Trends Genet. 19, 155–161.

Yanofsky, C., Konan, K.V., & Sarsero, J.P. (1996) Some novel transcription attenuation mechanisms used by bacteria. Biochimie 78, 1017–1024. 8885d_c28_1081-1119 2/12/04 2:28 PM Page 1117 mac76 mac76:385_reb: 1118 Chapter 28 Regulation of Gene Expression

Регуляція експресії генів в еукаріот

Agami, R. (2002) RNAi and related mechanisms and their potential use for therapy. Curr. Opin. Chem. Biol. 6, 829–834.

Bashirullah, A., Cooperstock, R.L., & Lipshitz, H.D. (1998) RNA localization in development. Annu. Rev. Biochem. 67, 335–394.

Becker, P.B. & Horz W. (2002) ATP-dependent nucleosome remodeling. Annu. Rev. Biochem. 71, 247–273.

Boube, M., Joulia, L., Cribbs, D.L., & Bourbon, H.M. (2002) Evidence for a mediator of RNA polymerase II transcriptional regulation conserved from yeast to man. Cell 110, 143–151.

Cerutti, H. (2003) RNA interference: traveling in the cell and gaining functions? Trends Genet. 19, 9–46.

Conaway, R.C., Brower, C.S., & Conaway, J.W. (2002) Gene expression—emerging roles of ubiquitin in transcription regulation. Science 296, 1254–1258.

Cosma, M.P. (2002) Ordered recruitment: gene-specific mechanism of transcription activation. Mol. Cell 10, 227–236.

Dean, K.A., Aggarwal, A.K., & Wharton, R.P. (2002) Translational repressors in Drosophila. Trends Genet. 18, 572–577.

DeRobertis, E.M., Oliver, G., & Wright, C.V.E. (1990) Homeobox genes and the vertebrate body plan. Sci. Am. 263 (July), 46–52.

Edmondson, D.G. & Roth, S.Y. (1996) Chromatin and transcription. FASEB J. 10, 1173–1182.

Gingras, A.-C., Raught, B., & Sonenberg, N. (1999) eIF4 initiation factors: effectors of mRNA recruitment to ribosomes and regulators of translation. Annu. Rev. Biochem. 68, 913–963.

Gray, N.K. & Wickens, M. (1998) Control of translation initiation in animals. Annu. Rev. Cell Dev. Biol. 14, 399–458.

Hannon, G.J. (2002) RNA interference. Nature 418, 244–251. Luger, K. (2003) Structure and dynamic behavior of nucleosomes. Curr. Opin. Genet. Dev. 13, 127–135.

Mannervik, M., Nibu, Y., Zhang, H., & Levine, M. (1999) Transcriptional coregulators in development. Science 284, 606–609.

Martens, J.A. & Winston, F. (2003) Recent advances in understanding chromatin remodeling by Swi/Snf complexes. Curr. Opin. Genet. Dev. 13, 136–142.

McKnight, S.L. (1991) Molecular zippers in gene regulation. Sci. Am. 264 (April), 54–64. A good description of leucine zippers.

Melton, D.A. (1991) Pattern formation during animal development. Science 252, 234–241.

Muller, W.A. (1997) Developmental Biology, Springer, New York. A good elementary text.

Myers, L.C. & Kornberg, R.D. (2000) Mediator of transcriptional regulation. Annu. Rev. Biochem. 69, 729–749.

Reese, J.C. (2003) Basal transcription factors. Curr. Opin.Genet. Dev. 13, 114–118.

Rivera-Pomar, R. & Jackle, H. (1996) From gradients to stripes in Drosophila embryogenesis: filling in the gaps. Trends Genet. 12, 478–483.

Struhl, K. (1999) Fundamentally different logic of gene regulation in eukaryotes and prokaryotes. Cell 98, 1–4.

Waterhouse, P.M. & Helliwell, C.A. (2003) Exploring plant genomes by RNA-induced gene silencing. Nat. Rev. Genet. 4, 29–38.

Задачі

1. Вплив мРНК і стабільності протеїну на регуляцію Клітини E.Coli ростуть у середовищі з глюкозою – єдиним джерелом вуглецю. Раптово додається триптофан. Клітини продовжують рости і ділитися кожні 30 хвилин. Опишіть (якісно) як змінюється активність триптофан синтази при наступних умовах:

(а) мРНК гену trp є стабільною (деградує повільно протягом декількох годин).

(б) мРНК гену trp деградує прискорено, проте триптофан синтаза є стабільною.

(в) мРНК гену trp, і триптофан синтаза деградують швидше ніж в нормі.

2. Негативна регуляція Опишіть можливий вплив на експресію генів lac оперону при мутаціях в (а) в lac операторі, що видаляє більшість О1; (б) в lacI гені, що інактивує репресор; і (в) в промоторі, що змінює ділянку навколо позиції -10.

3. Специфічне зв’язування ДНК регуляторними протеїнами Типовий прокаріотичний протеїн-репресор здатний відрізняти специфічні ділянки приєднання на ДНК від неспецифічних на фактор від 10⁴ до 10⁶. Близько 10 молекул репресору на одну клітину є достатньо для забезпечення високого рівня експресії. Припустіть, що подібний репресор із такою ж спорідненістю до специфічних місць зв’язування існує у клітинах людини. Скільки молекул репресора необхідно для підняття рівня репресії до такого ж як у клітинах прокаріот? (Підказка: геном E.Coli складається із близько 4.6 мільйонів пар нуклеотидів; людський гаплоїдний геном містить близько 3.2 мільярдів н.п.).

4. Концентрація репресора в E.Coli Константа дисоціації для специфічного репресорно-операторного комплексу є дуже низькою, близько 10^-13М. Клітина E.Coli (об’єм 210^-12мл) містить 10 копій репресору. Порахуйте, яка є концентрація репресорного протеїну є в клітині? Як порівняти це значення із константою дисоціації репресорно-операторного комплексу? Яка достовірність цих результатів?

5. Катаболічна репресія Клітини E.Coli ростуть на середовищі, що містить лактозу і не має глюкози. Скажіть, до чого призведе зміна кожної із наступних умов: зростання чи спаду експресії lac оперону, чи експресія залишиться незмінною? Для пояснення того, що відбуватиметься доцільно було б намалювати відповідну модель.

(а) Додавання високої концентрації глюкози

(б) Мутація, яка попередить дисоціацію Lac репресора від оператора

(в) Мутація, яка повністю інактивує -галактозидазу

(г) Мутація, яка повністю інактивує галактозид пермеазу

(д) Мутація, яка попередить зв’язування ЦРП із своїм сайтом зв’язування поблизу lac промотора

6. Сповільнення транскрипції Як зміниться транскрипція trp оперону E.Coli після наступних маніпуляцій лідерної ділянки trp мРНК?

(а) Збільшення відстані (кількість основ) між геном лідерного пептиду і послідовністю 2

(б) Збільшення відстані між послідовностями 2 і 3

(в) Видаленням послідовності 4

(г) Зміни двох Трп кодонів лідерного пептиду на Гіс кодони

(д) Видалення місця зв’язування рибосоми для гену, що кодує лідерний пептид

(е) Зміни декількох нуклеотидів послідовності 3 таким чином, що вона зможе паруватися із послідовністю 4, але не з послідовністю 2

7. Репресори і репресія Як мутація гену lexA, що попереджує автокаталітичний розтин LexA протеїну заторкне SOS відповідь E.Coli ?

8. Регуляція шляхом рекомбінації Усистемі варіації фаз сальмонели, що сталося б із клітиною у випадку зростання активності Hin рекомбінази, яка б сприяла рекомбінації (вставляння ДНК) по декілька разів в кожній генерації?

9. Ініціація транскрипції в еукаріот У первинному екстракті клітин екзотичного гриба знайдено РНК полімеразну активність. Ця РНК полімераза ініціює транскрипцію лише з одного високоспеціалізованого промотора. При очищенні полімерази її активність починає знижуватися, а очищений ензим є повністю неактивним аж до моменту додавання до реакції первинного екстракту. Запропонуйте пояснення для цього спостереження.

10. Функціональні домени в регуляторних протеїнах Біохіміки замінили ДНК-зв’язуючий домен Gal4 протеїну дріжджів на ДНК-зв’язуючий домен Lac репресора і виявили, що новостворений протеїн більше не здатний регулювати транскрипцію GAL генів дріжджів. Зообразіть діаграми різних функціональних доменів, існування яких ви допускаєте у Gal4 і у новоствореному протеїнах. Чому новостворений протеїн більше не здатний регулювати транскрипцію GAL генів? Що можна змінити у місці приєднання ДНК, яке розпізнається химерним протеїном для забезпечення функціональної активності і транскрипції GAL генів?

11. Механізми спадковості у розвитку Мутантне яйце дрозофіли bcd^-/bcd^- може розвинутися в нормальну дорослу мушку неспроможну дати здорових нащадків. Поясніть.