Mentimeter-Umfragen
Eigenschaften von Transkriptionsfaktoren
a. können alleine Transkription induzieren
b. funktionieren nur mit DNA Polymerasen
c. funktionieren nur mit RNA Polymerasen
d. jeder TF steuert nur ein Gen
VORLESUNGSFRAGEN - Wiederholung der eukaryotischen Transkription
Im Backert-Teil haben wir die prokaryotische Transkription ausführlich besprochen. Jetzt schauen wir uns die eukaryotische Transkription genauer an. Es gibt einige Ähnlichkeiten und viele Unterschiede:
Hier die Transkription am Beispiel der Prokaryoten:
ungefähr so sieht es bei den Eukaryoten aus:
Aus diesen Grafiken nicht ersichtlich ist, dass der Promotor stets vor dem Transkriptionsstart liegt.
So wie hier gezeigt. Was wir hier noch sehen: Die Anzahl regulatorischer Elemente nimmt zu, je komplexer das Lebewesen.
Hier die ersten Verständnissfragen:
Wieviele RNA Polymerasen gibt es in Eukaryoten?
Welche RNA-Polymerase ist für die Transkription in Eukaryoten am wichtigsten?
Was versteht man unter Kernextrakt?
Ist das Kernextrakt notwendig für eine zielgerichtete und starke RNA-Synthese?
Drei RNA-Polymerasen.
RNA-Pol II
allgemeine Transkriptionsfaktoren
Ja.
Wahr oder Falsch: Die RNA Polymerase II und die RNA Polymerase aus Prokaryoten haben strukturelle Ähnlichkeiten.
Wahr.
VORLESUNGSFRAGEN - Transkriptionsfaktoren in Eukaryoten (Alberts S. 256)
Wir haben schon gelernt: die RNAPol-II ist trotz ihrer strukturellen Ähnlichkeiten zu prokaryotischen RNA-Polymerase nicht in der Lage die Transkription allein zu initiieren. Allerdings besitzt die RNA-Pol-II auch keinen sigma-Faktor. Sie ist also auf andere Proteine angewiesen, sogenannte Transkriptionsfaktoren.
Um die Transkription in Eukaryoten einzuleiten, wird ein Präinitationskomplex (kurz PIC) aufgebaut. Ein entscheidender und erster Schritt ist ein Protein welches an der TATA-Box bindet.
Wie heißt dieses Protein?
Was tut dieses Protein?
Im folgenden baut sich der PIC auf, also der Prä-Initations-Komplex:
Hier vollständig abgebildet. Die Transkriptionsfaktoren (TF) der RNA-Polymerase II (also TFII) des PIC lauten: TFIIA, TFIIB, TFIID, TFIIE, TFIIF, TFIIH. Bringe sie in die richtige Reihenfolge und erläutere ihr Tun.
(es sei darauf hingewiesen, dass die Abbildung hier aus dem Alberts nicht die genaue Konformation aller TFs an Promotoren abbildet, sie unterscheiden sich normalerweise etwas)
TFIIH hat eine Kinase als Untereinheit. Warum?
Für die Vervollständigung des PICs sind noch vierweitere Proteine relevant. Identifiziere sie in obiger Zeichnung und benenne ihre Funktion.
Wozu dient die Polyphosphorylierung am C-Terminus der RNAPol-II noch außer als Aktivierungssignal?
VORLESUNGSFRAGEN - Transkriptionsfaktoren in Eukaryoten
Um die Transkription in Eukaryoten einzuleiten, wird ein Präinitationskomplex aufgebaut. Ein entscheidender und erster Schritt ist ein Protein welches an der TATA-Box bindet.
TATA-Binde-Protein, kurz TBP.
Es biegt die DNA und dient als Signal zum Binden weiterer Transkriptionsfaktoren.
TFIID (hellgrün) und TBP (dunkelgrün) binden an die TATA Box und biegen die DNA
TFIIA(hellgelb) und TFIIB(braun) helfen TFIID und TBP zu stabilisieren und die “Plattform” zu erweitern.
TFIIF (hellorange) bindet direkt an die RNAPol-II.
TFIIE (dunkelorange) steuert die Bindung von TFIIH (rosa), die als Start-Hilfe fungiert.
Kleine Merkhilfe:
TFIID - D wie doppelt mit TBP)
TFIIA - A wie Anfang
TFIIB - (B)Platz, sieht auch aus wie ein B.
TFIIF - F wie flow der RNAPol-II
TFIIE - E wie Exposition der…
TFIIH - H wie Hilfe
TFIIH startet nach Vervollständigung des PICs die Phosphorylierung am C-Terminus der RNA-Polymerase. Das dient als Startsignal - die Helikase entwindet die DNA, die TFs fallen von der DNA ab, die RNA-Polymerase schließt sich und beginnt mit der Erzeugung eines RNA-Moleküls.
Für die Vervollständigung des PICs sind noch vierweitere Proteine relevant. Identifiziere sie in dieser Zeichnung und benenne ihre Funktion:
dunkelblau: Aktivator bindet am Enhancer
hellgelb: Histion-Acetylase - Auflockerung von an Histon gebundener DNA
dunkelgrün: Chromatin-Restrukturierungskomplex
lila: Mediator
Am phosphorylierten C-Terminus binden Cappingfaktoren, Polyadenilierungsfaktoren und Spleißfaktoren
VORLESUNGSFRAGE - Zusammenfassung Prä-Initationskomplex
Schau was du kannst: Benenne jedes der hier gezeigten Proteine und ihrer Funktion:
hellgrau: DNA-Molekül
hellblauer Streifen: Enhancer
dunkelblau: Aktivator
hellblau: RNAPol-II
Maigrün auf DNA: TATA-Box
hellgrün: TFIID
dunkelgrün in TFIID: TATA-Binde-Protein
klein und hellgelb: TFII-A
braun: TFII-B
hellorange: TFII-F
dunkelorange: TFII-E
koralle: TFII-H
groß hellgelb: Histonacetyllase
groß dunkelgrün: Chromatin-Restrukturierungskomplex
VORLESUNGSFRAGE/ ÜBUNGSFRAGE 1 und 2: EBF1 und E2A
Auf dieser Grafik kannst du die Bedeutung wichtiger spezifischer Transkriptionsfaktoren ablesen:
Hier haben wie besonders ein Auge auf EBF1 und E2A. Diese kennen wir bereits aus der Entwicklungsbiologie. Sie sind entscheidend für die B-Zell-Entwicklung.
Welche DNA-Bindemotive haben E2A und EBF1? Nenne je ein Zielgen.
Hier siehst du eine FACS-Untersuchung an EBF1-knockout Mäusen. Was erkennst du?
Können EBF1-knockout Mäuse Granulozyten und/oder T-Zellen bilden?
B-Zellen entwicklen sich während der VDJ Rekombination von pre-pro-B-Zellen, zu early-pro-B-Zellen und dann zu late pro B-Zellen:
In einer FACS Untersuchung von EBF1-knockout-Mäusen sehen wir das:
Was sagt uns das?
Hier die FACS Untersuchung von E2A knockout Mäusen. Was wissen wir über die B-Zell-Bildung?
In vielen Genclustern kommen Locus-Control-Regions vor. Wie funktionieren sie? Nenne ein Beispiel.
Welche Rolle spielen spezifische Transkriptionsfaktoren? Wie wirken sie in der eukaryotischen Genregulation? Nennen sie Beispiele.
VORLESUNGSFRAGE:
erstes großes Thema: Gewebespezifische Transkriptionskontrolle
Welche DNA-Bindemotive haben E2A und EBF1?
E2A: Helix tun Helix -> Zielgen: RAG1
EBF1: Zink “Knöchel”, verwandt mit Zinkfinger -> Zielgen: Pax5
EBF1-knockout-Mäuse können keine B-Zellen bilden.
Ja, beide noch da.
B-Zellen entwicklen sich während der VDJ Rekombination von pre-pro-B-Zellen, zu early-pro-B-Zellen und dann zu late pro B-Zellen. In einer FACS Untersuchung von EBF1-knockout-Mäusen sehen wir das:
Es haben sich bei EBF-1 knockout Mäusen keine early proB-Zellen und keine late proB-Zellen gebildet. EBF-1 ist essentiell für diesen Schritt der B-Zell-Entwicklung.
Auch E2A knockout Mäuse bilden keine B-Zellen.
Sie funktionieren mit Isolator und Enhancer Elementen. Beispiel ist das beta-Globin Lokus.
Spezifische Transkriptionsfaktoren spielen eine Rolle bei gewebespezifischer Transkriptionskontrolle und der Entwicklung spezieller Zelltypen wie B-Zellen. Sie binden an über DNA Bindedomäne an die DNA und wirken auf die Transkription ein. So sind EBF1 und E2A essentiell für die Entwicklung von B-Zellen.
VORLESUNGSFRAGE/KLAUSURFRAGE/MENTIMETERFRAGE Genregulation durch Signalketten
(aus Alberts S. 582) Alle Zelloberflächen-Rezeptorproteine binden an extrazelluläre Signalmoleküle und übertragen deren Botschaft an ein oder mehrere intrazelluläre Signalmoleküle, die das Verhalten dieser Zelle ändern. Diese Rezeptoren werden aber in drei große Familien unterteilt, die sich hinsichtlich ihres verwendeten Übertragungsmechanismus unterscheiden:
Welche drei Klassen von Zellmembran-Rezeptoren kennst du?
Interessant ist, dass der Neurotransmitter Acetylcholin beispielsweise in Skelettmuskelzellen über einen ionen-gekoppelten Rezeptor funktioniert, in Herzmuskelzellen aber über einen G-Protein-gekopptelten Rezeptor.
Was sind G-Proteine?
G-Protein gekoppelte Rezeptoren sind die größte Familie membrangebundener Rezeptoren, im Menschen gibt es 700 Arten davon. Diese Rezeptoren vermitteln eine extreme Vielfalt an Antworten auf extrazelluläre Signalmoleküle. Signalmoleküle dieser Rezeptorart können Proteine, kleine Peptide, Aminosäuren oder Fettsäureteilen sein. Etwa die Hälfte aller bekannten Arzneistoffe wirken über GPCRs. Alle GPCRs haben aber eine ähnliche Struktur:
Es handelt sich um eine einzige Polypeptidkette , sie sich sieben mal vor und rückwärts durch die Lipiddoppelschicht schlängelt.
Bindet ein extrazellulärer Botenstoff an einem GPCR ändert dieser seine Konformation. So kann der GPCR das intrazelluläre G-Protein aktivieren.
GPCR und cAMP: Viele GPCRs beeinflussen die Aktivität der Adenylat-Cyclase -> Veränderung der Konzentration von cAMP. Um cAMP wieder abzubauen, wirkt das Enzym cAMP-Phosphodiesterase. Koffein hemmt diese beispielweise. cAMP aktiviert fast immer eine PKA (cAMP abhängige Proteinkinase). Wie Kinasen das so machen phosphorylisieren sie gern. Zum Beispiel bei Adrenalin als ersten Botenstoff die GlykogenPhosphorylase -> Glykogenabbau. Aber die PKA kann noch anderes…
Erläutere wie durch den cAMP Signalweg Gene in ihrer Transkription beeinflusst werden können.
Was ist eine Transaktivierungsdomäne?
Teil eines Transkriptionsfaktors
Teil eines Promotors
Damit bindet der TF an die DNA
VORLESUNGSFRAGE/KLAUSURFRAGE: Genregulation durch Signalketten
Ion-channel-coupled-receptor
G-Protein-coupled-receptor (GPCR)
enzym-coupled-receptor
G-Proteine sind membrangebundene, trimere GTP-bindende Proteine. Untereinheiten alpha, beta gamma. Durch kurze Lipidschwänze an Membran gebunden. Im inaktiven Zustand bindet das G-Protein GDP an der alphaUE. Wird es aktiviert tauscht es dieses durch GTP aus. Durch eine innere GTP-Hydrolyse schaltet es sich dann von alleine wieder ab.
(Cholera z.B. erzeugt das Choleratoxin, welches in die Zellen, die den Darm auskleiden gelant und dort eine spezielle Untereinheit des G-Protein so veräendert, dass es nciht mehr in der Lage ist sich selbst abzuschalten. Es gibt so pausenlos Signale weiter, was zu einem Ausstrom von Cl- und Wasser führt, was wiederum extrem Durchfall und Wasserverlust zur Folge hat. Jeder zweite stirbt ohne Behandlung)
Signalmolekül (z.B. Hormon) bindet an G-Protein gekoppelten Rezeptor (GPCR).
Membrangebundenes G-Protein wird aktiviert durch Austausch von GDP zu GTP.
Die aktivierte alpha-Untereinheit des G-Proteins aktiviert die Adenylat-Cyclase.
Diese wandelt AMP und cAMP um.
cAMP aktiviert Proteinkinase A, welche sich jetzt in den Zellkern begibt.
PKA phosphoryliert CRE-Bindeprotein (CREB)
Dieses bindet als Dimer und mit der Hilfe von dem CREB-bindenden Protein (CBP) mit Hilfe seiner Transaktivierungsdomäne an der DNA am CREB-bindenden Element, bzw an der CRE Sequenz (cAMP-response-Element).
Dort steuert es die Transkription seines Zielgens.
notizkarte
fokus nochmal auf CREB schau in ein lehrbuch
b globin und LCRS nciht richztig verstanden
FSJFskfk
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