![Page 1: Gének koordinált regulációjának két fő mechanizmusa baktériumokban](https://reader036.vdocuments.pub/reader036/viewer/2022081519/56813ff1550346895dab051a/html5/thumbnails/1.jpg)
Gének koordinált regulációjának két fő mechanizmusabaktériumokban
A) operon: gének egy lókuszban, közös transzkript, közös regulátorpolicisztronos elrendezés
B) regulon: gének szétszórva a genomban, közös regulátor
operon
regulon
![Page 2: Gének koordinált regulációjának két fő mechanizmusa baktériumokban](https://reader036.vdocuments.pub/reader036/viewer/2022081519/56813ff1550346895dab051a/html5/thumbnails/2.jpg)
A TRANSZKRIPCIÓS SZABÁLYOZÁS FŐBB GLOBÁLIS STRATÉGIÁI PROKARIÓTÁKBAN
inaktív aktivátor
inaktív
aktívaktivátor
indukálószerindukálószer
represszor
inaktív represszor
derepresszált
KATABOLIKUS
derepresszált
aktívrepresszor
indukálószer
represszált
BIOSZINTETIKUS
KATABOLIKUS
BIOSZINTETIKUS
indukált
aktív aktivátor
inaktív
inaktívaktivátor
indukálószer
RNS polimerázRNS polimeráz
inaktív represszor
RNS polimeráz RNS polimeráz
represszált
negatív szabályozás pozitív szabályozás
ind
uk
ció
rep
ress
zió
![Page 3: Gének koordinált regulációjának két fő mechanizmusa baktériumokban](https://reader036.vdocuments.pub/reader036/viewer/2022081519/56813ff1550346895dab051a/html5/thumbnails/3.jpg)
A transzkripciós faktorok és aDNS közötti specifikus kölcsönhatás
ún. Hélix-Turn-Hélix (HTH) motívumon megy keresztül
csgD: NNEIARSLFISENTVKTH LY
merR: IGEVALLCDINPVTLRAWQR
HTH Motívumok:
luxR: SWDISKILGCSERTVTFHLT
lehet a faktor N vagy C terminálisán,a másik végen szokott lenni a ligand, kofaktor kötő régió
![Page 4: Gének koordinált regulációjának két fő mechanizmusa baktériumokban](https://reader036.vdocuments.pub/reader036/viewer/2022081519/56813ff1550346895dab051a/html5/thumbnails/4.jpg)
BAKTERIÁLIS TRANSZKRIPCIÓS FAKTOROK FŐBB CSALÁDJAI
AraC család AraC, MelR, RhaS, RhaR, SoxS
LysR család LysR, OxyR, MetR, CysB
Crp család Crp, Fnr
MerR család SoxR
Két komponensű NarL, OmpR, Arc szabályozó család
Lac represszor család LacI, GalR
MetJ család MetJ
Faktor család Tagok
![Page 5: Gének koordinált regulációjának két fő mechanizmusa baktériumokban](https://reader036.vdocuments.pub/reader036/viewer/2022081519/56813ff1550346895dab051a/html5/thumbnails/5.jpg)
Aktiváció a gén Aktiváció a gén expresszióban I.expresszióban I.
Kölcsönhatás:
- CTD-nel (CRP)
- 70 4-es régiójával ( cI aktivátor)
- NTD-nel (CRP)
- alegységgel (DnaA)
- ’ alegységgel
(N4 single-stranded DNA kötő fehérje)
- CTD-nel és 70 4-es régiójával (FNR)
Positive activation of gene expression Virgil A Rhodius, Stephen JW BusbyCurrent Opinion in Microbiology 1998, 1:152-159.
![Page 6: Gének koordinált regulációjának két fő mechanizmusa baktériumokban](https://reader036.vdocuments.pub/reader036/viewer/2022081519/56813ff1550346895dab051a/html5/thumbnails/6.jpg)
Positive activation of gene expression Virgil A Rhodius, Stephen JW BusbyCurrent Opinion in Microbiology 1998, 1:152-159.
Aktiváció a gén expresszióban Aktiváció a gén expresszióban II.II.
Promóter konformáció megváltoztatása:
- “-35” és “-10” régió azonos oldalra kerül (MerR, SoxR)
- DNS visszahajlik és az aktiváló cis szekvencia RNAP fölé kerül
- DNS konformáció változást indukál (FIS, IHF)
![Page 7: Gének koordinált regulációjának két fő mechanizmusa baktériumokban](https://reader036.vdocuments.pub/reader036/viewer/2022081519/56813ff1550346895dab051a/html5/thumbnails/7.jpg)
DNS-hajlító fehérje(pl. IHF)
Specifius kötőhely
Távoli aktivátor helyek segítséget igényelnek
![Page 8: Gének koordinált regulációjának két fő mechanizmusa baktériumokban](https://reader036.vdocuments.pub/reader036/viewer/2022081519/56813ff1550346895dab051a/html5/thumbnails/8.jpg)
Aktiváció a gén expresszióban Aktiváció a gén expresszióban III.III.
2 aktivátortól függő promóterek:
- az aktivátor kötődése egy másik
aktivátortól függ (eukarióta)
- aktivátor kötődése egy másik aktivátor
áthelyeződését eredményezi
(CRP-MalT a malK promóteren)
- független aktiváció
(70 vagy NTD és CTD)
- represszor müködését gátolja
(FIS-NARL/P-FNR)
Positive activation of gene expression Virgil A Rhodius, Stephen JW BusbyCurrent Opinion in Microbiology 1998, 1:152-159
![Page 9: Gének koordinált regulációjának két fő mechanizmusa baktériumokban](https://reader036.vdocuments.pub/reader036/viewer/2022081519/56813ff1550346895dab051a/html5/thumbnails/9.jpg)
Transzkripció repressziója baktériumokban
![Page 10: Gének koordinált regulációjának két fő mechanizmusa baktériumokban](https://reader036.vdocuments.pub/reader036/viewer/2022081519/56813ff1550346895dab051a/html5/thumbnails/10.jpg)
FNRFNR- fumarát nitrát reduktáz regulátor
- citoplazmatikus szenzor-regulátor
- dimer[4Fe-4S]2+ DNS-t köt
- monomer[2Fe-2S]2+ inaktív
- aenaerob respirációra (+) vagy (-) hatás
- pO2 1 mbar alatt
- TTGAT-N4-ATCAA konszenzus szekvencia
- [2Fe-2S]2+ [4Fe-4S]2+ (in vitro)
Cys, Fe, DTT, NifS
- Pseudomonas: ANR; Bacillus: FNR
Rhodobacter sphaeroides: FnrL
O2
FNRred
FNRox
![Page 11: Gének koordinált regulációjának két fő mechanizmusa baktériumokban](https://reader036.vdocuments.pub/reader036/viewer/2022081519/56813ff1550346895dab051a/html5/thumbnails/11.jpg)
Komponensek
- egy szenzor kináz és egy DNS kötő regulátor
- E. coli genom 2%
- kb 50 különböző 2 komponensű rendszer
- 3 alcsalád: OmpR, FixJ és NtrC
Két komponensű szabályozó rendszerek
![Page 12: Gének koordinált regulációjának két fő mechanizmusa baktériumokban](https://reader036.vdocuments.pub/reader036/viewer/2022081519/56813ff1550346895dab051a/html5/thumbnails/12.jpg)
P
szenzor kináz fehérje
DNS kötő fehérje
P
Érzékelő Foszforilációs
Érzékelő Foszforilációs
Érzékelő Foszforilációs
Felvevő DNS kötő
Felvevő DNS kötő
szignál
transzfoszforiláció
DNS
DNS
A bakteriális kétkomponensű szabályozó rendszerek működése elve
![Page 13: Gének koordinált regulációjának két fő mechanizmusa baktériumokban](https://reader036.vdocuments.pub/reader036/viewer/2022081519/56813ff1550346895dab051a/html5/thumbnails/13.jpg)
- OmpR (E. coli):
porin szerveződés szabályozása ozmózis változás hatására
- általában 70 használó transzkripciót aktivál
- kölcsönhatás az RNS polimeráz alegységének C terminálisával
- ha az N terminális foszforilálódik megszünik a gátló hatása a C
terminális DNS kötő domén felé
OmpR
![Page 14: Gének koordinált regulációjának két fő mechanizmusa baktériumokban](https://reader036.vdocuments.pub/reader036/viewer/2022081519/56813ff1550346895dab051a/html5/thumbnails/14.jpg)
- általában 70 használó transzkripciót aktivál
- receiver domén deléciója esetén aktív transzkripció lesz
FixJ
NtrC
- N terminális receiver és C terminális DNS kötő domén között
egy központi ATPáz domén (glicin gazdag “Walker box”)
- DNS kötő domén FIS-hez homológ
(FIS: eukarióta enhancer kötő fehérje)
- általában 54 használó transzkripciót aktivál
![Page 15: Gének koordinált regulációjának két fő mechanizmusa baktériumokban](https://reader036.vdocuments.pub/reader036/viewer/2022081519/56813ff1550346895dab051a/html5/thumbnails/15.jpg)
ArcA/BArcA/B- aerobic respiratory control
- ArcB (szenzor kináz): sejt redox és metabolikus helyzet
(elektron transzport változást érzékel)
- ArcA(citoplazmatikus regulátor): ArcB foszforilálja aktív
- pO2 1-5 mbar között
- TATTTaa konszenzus szekvencia- Haemophilus: ArcA
- E. coli homológ gén: OmpR
O2
P
PArcB
ArcAP
ArcA
![Page 16: Gének koordinált regulációjának két fő mechanizmusa baktériumokban](https://reader036.vdocuments.pub/reader036/viewer/2022081519/56813ff1550346895dab051a/html5/thumbnails/16.jpg)
ArcA
ArcB
oxigén mentes környezet
FNR
P
Az ArcAB és FNR anaerob aktivációja
![Page 17: Gének koordinált regulációjának két fő mechanizmusa baktériumokban](https://reader036.vdocuments.pub/reader036/viewer/2022081519/56813ff1550346895dab051a/html5/thumbnails/17.jpg)
NarX/L és NarP/Q NarX/L és NarP/Q - nitrát regulator
- NarX és NarQ: membrán szenzor kináz
- NarL és NarP: citoplazmatikus regulátor
- szignál: nitrát és nitrit
- nitrát metabolizmusra hat
- NarL és NarP különböző génekre különböző atás a génexpresszió finom hangolása
NO3
NarPP
NarX
NarQ
NarLP
P
Kétkomponensű rendszerekvége
![Page 18: Gének koordinált regulációjának két fő mechanizmusa baktériumokban](https://reader036.vdocuments.pub/reader036/viewer/2022081519/56813ff1550346895dab051a/html5/thumbnails/18.jpg)
A lac operon kettős szabályozása
laktóz (allolaktóz) indukál glükóz gátol, cAMP/CAP-n
keresztül
glükóz/egyéb cukorkiiktatása tápból nem
célszerű
glükóz szabályozáskikapcsolása
![Page 19: Gének koordinált regulációjának két fő mechanizmusa baktériumokban](https://reader036.vdocuments.pub/reader036/viewer/2022081519/56813ff1550346895dab051a/html5/thumbnails/19.jpg)
trpAATGAGCTGTTGACAATTAATCATCGAACTAGTTAACTAGTACGCA
tacAATGAGCTGTTGACAATTAATCATCCGGCTCGTATAATGTGTGGA
lacUV5CCCCAGGCTTTACACTTTATGCTTCCGGCTCGTATAATGTGTGGA
lacCCCCAGGCTTTACACTTTATGCTTCCGGCTCGTATGGTGTGTGGA
“-35” “-10”
lac (és trp) alapú promóterek
lacUV5 lac promóter
UV
erősség
![Page 20: Gének koordinált regulációjának két fő mechanizmusa baktériumokban](https://reader036.vdocuments.pub/reader036/viewer/2022081519/56813ff1550346895dab051a/html5/thumbnails/20.jpg)
A transzkripciós faktorok sokoldalúak….
Ara C
-Ara PBAD represszió+Ara PBAD indukció
RNS polimeráz
PBAD
AraC
AraC
PBAD
![Page 21: Gének koordinált regulációjának két fő mechanizmusa baktériumokban](https://reader036.vdocuments.pub/reader036/viewer/2022081519/56813ff1550346895dab051a/html5/thumbnails/21.jpg)
a) hurok képződés indul
b) hurok képződés indul hibrid destabilizálódik
c) termináció
a) Rho kötődik és üldözi a polimerázt
b) hurok képződés, polimeráz megáll
c) Rho helikáz felszabadítja a transzkriptet, termináció
Transzkripció termináció baktériumokbanRho független Rho függő
![Page 22: Gének koordinált regulációjának két fő mechanizmusa baktériumokban](https://reader036.vdocuments.pub/reader036/viewer/2022081519/56813ff1550346895dab051a/html5/thumbnails/22.jpg)
A transzkripció és a transzláció párhuzamosanmegy baktériumokban
![Page 23: Gének koordinált regulációjának két fő mechanizmusa baktériumokban](https://reader036.vdocuments.pub/reader036/viewer/2022081519/56813ff1550346895dab051a/html5/thumbnails/23.jpg)
protein antranilát szintáz indol-glicerin szintáz triptofán szintáz
A triptofán operon szerkezete
![Page 24: Gének koordinált regulációjának két fő mechanizmusa baktériumokban](https://reader036.vdocuments.pub/reader036/viewer/2022081519/56813ff1550346895dab051a/html5/thumbnails/24.jpg)
A triptofán operon szabályozása
![Page 25: Gének koordinált regulációjának két fő mechanizmusa baktériumokban](https://reader036.vdocuments.pub/reader036/viewer/2022081519/56813ff1550346895dab051a/html5/thumbnails/25.jpg)
Termináció – attenuáció – trp operon
![Page 26: Gének koordinált regulációjának két fő mechanizmusa baktériumokban](https://reader036.vdocuments.pub/reader036/viewer/2022081519/56813ff1550346895dab051a/html5/thumbnails/26.jpg)
Termináció - antitermináció
túl sokat nemlehet vele kezdeni,génen belüli sajátság
![Page 27: Gének koordinált regulációjának két fő mechanizmusa baktériumokban](https://reader036.vdocuments.pub/reader036/viewer/2022081519/56813ff1550346895dab051a/html5/thumbnails/27.jpg)
E. coli-ban fehérje túltermeltetésre használt promóterek
![Page 28: Gének koordinált regulációjának két fő mechanizmusa baktériumokban](https://reader036.vdocuments.pub/reader036/viewer/2022081519/56813ff1550346895dab051a/html5/thumbnails/28.jpg)
mRNS degradáció baktériumokban
mRNS stabilitás prokariótákban néhány perc, eukariótákban órás nagyságrend
előbb utóbb minden RNS lebomlik mRNS stabilitását meghatározó faktorok:
- belső, saját szerkezet- a környezet hatására bekövetkezett változás
a degradációs apparátusban
puf operon (a fotoszintetikus komplex komponensei) Rhodobacter capsulatus degradációja O2 hatására felgyorsul
policisztronos rendszerek esetén az alegységek arányának szabályozása
a mRNS régióinak eltérő stabilitásával
![Page 29: Gének koordinált regulációjának két fő mechanizmusa baktériumokban](https://reader036.vdocuments.pub/reader036/viewer/2022081519/56813ff1550346895dab051a/html5/thumbnails/29.jpg)
A R. capsulatus puf mRNS régióinak stabilitása
![Page 30: Gének koordinált regulációjának két fő mechanizmusa baktériumokban](https://reader036.vdocuments.pub/reader036/viewer/2022081519/56813ff1550346895dab051a/html5/thumbnails/30.jpg)
- transzkripció gátlása (pl. rifampicin)t=0 időpontban, majd időközönként mintavétel és RNS analízis (Northern..)
- a degradációs mechanizmusban szerepet játszó gének deléciója, hőmérséklet érzékeny expressziós változatának kialakítása
- in vitro transzkripció jelölt nukleotidokkal, a kapott termék inkubációja a sejtextraktummal különböző ideig, majd analízis gélelektroforézissel, kvantitálás
mRNS degradáció baktériumokban, vizsgálati módszerek
![Page 31: Gének koordinált regulációjának két fő mechanizmusa baktériumokban](https://reader036.vdocuments.pub/reader036/viewer/2022081519/56813ff1550346895dab051a/html5/thumbnails/31.jpg)
Bacterial exoribonucleases
Polynucleotide phosphorylase
Ribonuclease PH
Ribonuclease II
Ribonuclease R
RNase D
Ribonuclease T
Ribonuclease BN
Oligoribonuclease
Bacterial endoribonucleases
Ribonuclease I
Ribonuclease III
Ribonuclease P
Ribonuclease E
Ribonuclease HI
A degradáció iránya virtuálisan 5' 3' irányú,
de ilyen enzimaktivitást nem lehet kimutatni prokariótákban
Megoldás: kombinált enzimműködés degradoszóma
RNázok, RNS degradáció
![Page 32: Gének koordinált regulációjának két fő mechanizmusa baktériumokban](https://reader036.vdocuments.pub/reader036/viewer/2022081519/56813ff1550346895dab051a/html5/thumbnails/32.jpg)
mRNS-t stabilizáló-destabilizáló tényezők
![Page 33: Gének koordinált regulációjának két fő mechanizmusa baktériumokban](https://reader036.vdocuments.pub/reader036/viewer/2022081519/56813ff1550346895dab051a/html5/thumbnails/33.jpg)
Az 5’ végi struktúra stabilizáló hatása
a stabillizálódás a mRNS hurok struktúrájában
vannem a riboszóma véd,a stabilizáló effektus átvihető más génekre
![Page 34: Gének koordinált regulációjának két fő mechanizmusa baktériumokban](https://reader036.vdocuments.pub/reader036/viewer/2022081519/56813ff1550346895dab051a/html5/thumbnails/34.jpg)
mRNS-eket stabilizáló (védő) tényezők
1. 5’ végi trifoszfát
2. RNS struktúra
3. riboszóma
![Page 35: Gének koordinált regulációjának két fő mechanizmusa baktériumokban](https://reader036.vdocuments.pub/reader036/viewer/2022081519/56813ff1550346895dab051a/html5/thumbnails/35.jpg)
A degradoszóma felépítése
![Page 36: Gének koordinált regulációjának két fő mechanizmusa baktériumokban](https://reader036.vdocuments.pub/reader036/viewer/2022081519/56813ff1550346895dab051a/html5/thumbnails/36.jpg)
Az RNaseE elsődleges felépítése
Érdekes módon sok bakteriális genomban nincs meg
![Page 37: Gének koordinált regulációjának két fő mechanizmusa baktériumokban](https://reader036.vdocuments.pub/reader036/viewer/2022081519/56813ff1550346895dab051a/html5/thumbnails/37.jpg)
A degradoszóma komponensei I.
Endoribonuclease E (RNáz E)
1061 aminosav 118 kDa fehérje, virtuálisan 180 kDa(oka prolin gazdag régió)
felismerő hely:(A/G)AUU(A/T)vagy egy komplex másodlagos struktúra
5' monofoszfátot preferál 5' trifoszfát stabilizál
N-terminális régió (50 kDa) hasonlít a Caf-re (cytoplasmic axial filament protein) feltételezett funkció a belső RNS transzportbanN terminális 70 aa (S1 domén) hasonlít a PNPase és RnaseII (illetve (CSP, cold shock protein, RNS chaperon) RNS kötő doménjére
C-terminálisa degradoszóma egyéb komponenseire megfelelő kötő domének
![Page 38: Gének koordinált regulációjának két fő mechanizmusa baktériumokban](https://reader036.vdocuments.pub/reader036/viewer/2022081519/56813ff1550346895dab051a/html5/thumbnails/38.jpg)
A degradoszóma komponensei II.
PNPase (polynucleotide phosphorylase)
78 kDa alegységek, homotrimer 3' 5' foszfát függő processzív exonukleáz, ribonukleotid difoszfátok képződnek poliadenilációs aktivitás
Polyphosphate Kinase (PPK)
funkció: ATP regeneráció,polifoszfát (inhibiálja a degradációt) eltávolítás
ppk mínusz törzs : megnövekedett mRNS stabilitás
80 kDa alegységek, homotetramer, sok van E. coli-ban
![Page 39: Gének koordinált regulációjának két fő mechanizmusa baktériumokban](https://reader036.vdocuments.pub/reader036/viewer/2022081519/56813ff1550346895dab051a/html5/thumbnails/39.jpg)
A degradoszóma komponensei III.
Helikáz
ATP függő DEAD (Asp-Glu-Ala-Asp) helikáz50 kDa RhlBa másodlagos struktúrák kinyitása szétroncsolása
ATP hiányában a hurokstruktúra
stabil marad
![Page 40: Gének koordinált regulációjának két fő mechanizmusa baktériumokban](https://reader036.vdocuments.pub/reader036/viewer/2022081519/56813ff1550346895dab051a/html5/thumbnails/40.jpg)
Egyéb – mRNS degradációjában résztvevő – enzimek
RNáz II
70 kDa monomer,a sejt 3' 5' exoribonukláz aktivitásának 90%-a ribonukleotid monofoszfátok képződneka PNPáz-zal együttes deléciója letális !!!
PolyA polimerázok
PAPI 53 kDaPAPII 35 kDa poliadeniláció, 15- 50 bázis hosszúmRNS instabilitás
![Page 41: Gének koordinált regulációjának két fő mechanizmusa baktériumokban](https://reader036.vdocuments.pub/reader036/viewer/2022081519/56813ff1550346895dab051a/html5/thumbnails/41.jpg)
A mRNS degradáció mechanizmusa