4. Regulierung der Genexpression

• Nahrungsaufnahme stimuliert das zentrale Nervensystem (ZNS)

• regt die Synthese von Verdauungsenzymen und die Freisetzung von Acetylcholin in der Bauchspeicheldrüse an

• Stimulation der Freisetzung von CCK aus den “I” Zellen im Zwölffingerdarm ➡️ Anregung der Bauchspeicheldrüse

• Glucose/AS ➡️ Insulin aus den Zellen in den Langerhansschen Inseln

• direkte Anregung durch AS

• Histonvarianten

• Polycomb- und Trithorax-Regulation

• Chromatinumstrukturierung

• RNS-Interferenz

• DNS- und Histonmodifikation

• 1-5% der Cytosine durch Methylierung modifiziert

• besonders bei Cytosinen, die neben Guanin liegen (CpG-Inseln)

• DNA-Methyltransferase (DMT)

• Vererbung: Maintenance-Methylase

• Reversibilität:Demethylase

• sorgt meistens für eine Deaktivierung (Stillegung) der Promotor (Abschalten von Genen)

• durch Histon-Acetyltransferase (HATs)

  • Acetyl-Lysin

  • Ladungsänderung

  • Affinität der Histone zur DNA nimmt ab

  • Nucleosom öffnet sich

1. Die Modifizierung der Histone durch die Histon-Acetyltransferase lockert die Befestigung des Nucleosoms an der DNA.

2. Remodeling-Proteine binden und lösen die Nuclesosomstruktur auf.

3. Jetzt kann der Transkriptionskomplex binden und die Transkription beginnt.

Aktivierung der Transkription

Histon-Deacetylasen, HDACs

Reprimierung (Hemmen) der Transkription

• Methylierung (Histon-Methyltransferasen, HMTs)

• Acetylierung

• Phosphorylierung

• Ubiquitinierung

• lockere Nukleosomenanordnung

• Grüner Tee

• Soja

• offenes Chromatin

• ermöglicht Genaktivität

• mittlere Nukleosomenanordnung

• Trauben

• Kakao

• geschlossenes Chromatin

• dichte Nukleosomenpackung

• legt Gene still

• Kurkuma

1. Remodeling des Chromatins

2. Kontrolle bei der Transkription

3. Kontrolle durch Prozessierung

4. Kontrolle durch Transport

5. Kontrolle durch Stabilität der mRNA

6. translationale Kontrolle der Proteinsynthese

7. posttranslationale Kontrolle der Proteinaktivität

8. Proteinabbau

Position von funktionell verwandten Genen

• häufig als Cluster in Operons

• häufig voneinander entfernt, einige Promotoren

RNA-Polymerasen

• eine

• drei

  • Typ I transkribiert rRNA

  • Typ II transkribiert mRNA

  • Typ III transkribiert tRNAs und kleine RNAs

Promotoren und andere regulatorische Sequenzen

• wenige

• viele

Initiation der Transkription

• Bindung der RNA-Polymerase an den Promotor

• Bindung zahlreicher Proteine, einschließlich RNA-Polymerase

• binden an der TATA-Box an den Promotor

• RNA-Polymerase II bindet

• weitere Transkriptionsfaktoren kommen dazu ➡️ Transkriptionskomplex

• Beginn der Genexpression

• regulatorische Proteine

• Aktivatorproteine

• Repressor-Bindungsstelle

• Die Bindung des Repressorproteins blockiert die Transkription

• Aktivator-Bindungsstelle

• Die Bindung des Aktivatorproteins stimuliert die Transkription

• Einschaltung von mehreren genen zur selben Zeit (zB. als Stressantwort)

• Gene in Form eines Operons angeordnet (von einem einzigen Promotor kontrolliert, aber SREs (Stress-Respronse-Elemente) in der Nähe)

• Transkriptionsfaktor (regulaotische Protein bindet dort und initiiert Genexpression)

1. Ein Stressfaktor (etwa Trockenheit) aktiviert die Transkription eines Gens für ein regulatorisches Protein über einen trockenheitssensitiven Transportfaktor.

2. Die Bindung des regulatorischen Proteins an das Stress-Response-Element (SRE) stimuliert die Transkription der Gene A, B, und C,…

3. die verschiedene Proteine produzieren, die bei der Stressreaktion mitwirken

nach Bindung der mRNA kann die Menge des Proteins auf Eben der Translation gesteuert werden

• Kontrolle der Initiierung der Translation

• Post-translationale Kontrolle über small interfering RNAs (siRNAs), miRNAs

• 5´ CAP (leitet Ribosom an die Startstelle der Translation (AUG)) ➡️ Repressorprotein verhindert, dass Ribosom das AUG-Codon findet

• kurze (19 - 24 nukleotide), nicht-codierende RNAs

• regulieren ca. 2/3 aller Säugetiere-Gene

• Inhibieren Genexpression

  • Degradierung der mRNA

  • Inhibierung der Translation der Zielgene

• oft Gewebe-spezifisch exprimiert

• Intrazellulär + Extrazellulär

• Bindung der miRNA an Ziel-mRNA (imperfect base-pairing)

• ca. 2578 verschiedene miRNAs

• jede miRNA ➡️ tausende Target-Gene

• Ubiquitin/Proteasom System

1. Ein Protein soll abgebaut werden.

2. Ein Enzym befestigt Ubiquitin an dem Protein, …

3. … was vom Proteasom erkannt wird.

4. Ubiquitin wird freigesetzt und wiederverwendet.

5. Das Proteasom hydrolysiert das Zielprotein.

• Das Fortschreiten eukaryotischer Zellen durch den Teilungszyklus wird zum Teil durch die Synthese und den Abbau von Cyclin B gesteuert, das eine regulatorische Untereinheit der Cdc2-Proteinkinase ist.

• Die Synthese von Cyclin B während der Interphase führt zur Bildung eines aktiven Cyclin B-Cdc2-Komplexes, der den Eintritt in die Mitose einleitet.

• Der rasche Abbau von Cyclin B führt dann zur Inaktivierung der Cdc2-Kinase, so dass die Zelle die Mitose verlassen und zur Interphase des nächsten Zellzyklus zurückkehren.

• enthalten verschiedene Verdauungsenzyme, darunter Proteasen

• nehmen zelluläre Proteine auf, indem sie mit Autophagosomen fusionieren, die durch den Einschluss von Bereichen des Zytoplasmas oder von Organellen (zB. eines Mitochondriums) in Fragmenten des endoplasmatischen Retikulums entstehen.

• durch diese Verschmelzung entsteht ein Phagolysosom, das dem Inhalt des Autophagosoms verdaut.