• Artykuły
  • Forum
  • Ciekawostki
  • Encyklopedia
  • Poznawanie alfabetu regulacji genów

    29.01.2013. 17:26
    opublikowane przez: Redakcja Naukowy.pl

    Naukowcy z Karolinska Institutet w Szwecji poczynili postępy w pogłębianiu wiedzy o regulacji ludzkich genów. W toku prowadzonych badań zidentyfikowali sekwencje DNA, które wiążą się z ponad czterystoma białkami regulującymi ekspresję genów.

    Zsekwencjonowanie genomu człowieka w 2000 r. dało nadzieję, że poznanie całej sekwencji ludzkiego DNA szybko przyniesie korzyści medyczne, takie jak nowe leki i narzędzia diagnostyczne, umożliwiające zidentyfikowanie osób zagrożonych chorobą. Jednak okazało się to trudniejsze niż przypuszczano.

    "Genom przypomina książkę napisaną w obcym języku. Znamy litery, ale nie jesteśmy w stanie zrozumieć, dlaczego ludzki genom stwarza człowieka a mysi mysz" - mówi profesor Jussi Taipale, który prowadził badania na Wydziale Bionauk i Żywienia. "Jeszcze trudniej zrozumieć powody, dla których niektóre osoby są bardziej zagrożone zapadnięciem na powszechne schorzenia, takie jak choroba serca czy nowotwór".

    Ponadto porównano charakterystykę wiązań ludzkich czynników transkrypcyjnych z mysimi. Co zaskakujące, nie znaleziono żadnych różnic. Zdaniem naukowców uzyskane wyniki sugerują, że podstawowe mechanizmy ekspresji genów w przypadku ludzi i myszy są podobne, a różnice w rozmiarze i kształcie nie są następstwem różnic w białkach czynników transkrypcyjnych, tylko obecności swoistych sekwencji, które się z nimi wiążą.

    "W ujęciu całościowym prace stanowią ogromny krok naprzód w odszyfrowywaniu kodu, który reguluje ekspresję genów i są nieocenionym zasobem dla naukowców z całego świata, by dalej pogłębiać wiedzę o funkcji całego genomu człowieka" - stwierdza profesor Taipale. "Wynikający z tych prac wzrost naszej umiejętności odczytywania genomu poprawi również naszą zdolność do szybkiego przekładania gromadzonych informacji genomicznych na korzyści medyczne".

    Projekt uzyskał wsparcie Ośrodka Bionauk Karolinska Institutet, Knut and Alice Wallenberg Foundation, Szwedzkiej Rady ds. Badań Naukowych, Science for Life Laboratory, Swedish Cancer Foundation, a także ze środków projektu GROWTHCONTROL w ramach przyznanego przez ERBN grantu dla zaawansowanych naukowców oraz ze środków projektu SYSCOL realizowanego w obrębie tematu Zdrowie 7PR.

    Za: CORDIS

    Czy wiesz ĹĽe...? (beta)
    Geny kodujące białka mechanizmów naprawy DNA człowieka: DNA komórki jest stale narażone na czynniki uszkadzające. Sprawnie działające mechanizmy naprawy DNA funkcjonują w komórkach organizmów zarówno prokariotycznych jak i eukariotycznych. Badania genomu ludzkiego pozwoliły zidentyfikować szereg genów kodujących białka biorące udział w różnorodnych mechanizmach naprawy DNA. Poznano dotąd ponad 130 genów o takiej, udowodnionej lub prawdopodobnej, funkcji. Nowe geny naprawy DNA są ciągle odkrywane dzięki badaniom porównawczym sekwencji genów człowieka i homologów tych genów u organizmów modelowych, takich jak E. coli i S. cerevisiae. Badania te mają znaczenie dla medycyny, ponieważ do tej pory zidentyfikowano już kilkanaście chorób, w których patogenezie mają udział niesprawne mechanizmy naprawy DNA. Projekt poznania ludzkiego genomu (en. Human Genome Project, HUGO Project) był to program naukowy mający na celu poznanie sekwencji wszystkich komplementarnych par zasad tworzących ludzki genom, zawierający 3.3 Gbp, ok. 30 tys. genów. miRNA (mikroRNA) – jednoniciowe cząsteczki RNA o długości ok. 21-23 nukleotydów, regulujące ekspresję innych genów. miRNA kodowane są przez genom komórki, jak normalne geny, i transkrybowane przez RNA polimerazę II, tak samo, jak mRNA. Prekursorem są niewielkie RNA, o strukturze spinki do włosów, które ulegają obróbce podobnie do siRNA. Wchodzą w skład kompleksów rybonukleoproteinowych blokujących specyficznie translację mRNA i nadają im specyficzność. W odróżnieniu od siRNA, miRNA nie posiadają 100%-owej identyczności sekwencji do docelowego mRNA. miRNA są zaangażowane w negatywną regulację ekspresji genów podczas rozwoju; ocenia sie, ze biorą udział w regulacji 30% ludzkich genów. Są mediatorami mechanizmu interferencji z translacją mRNA (RNAi).

    Projekt poznania ludzkiego genomu (en. Human Genome Project, HUGO Project) był to program naukowy mający na celu poznanie sekwencji wszystkich komplementarnych par zasad tworzących ludzki genom, zawierający 3.3 Gbp, ok. 30 tys. genów. Nadrodzina immunoglobulin (synonim: białka immunoglobulinopodobne, ang. immunoglobulin superfamily, IgSF) – grupa białek wyodrębniona na podstawie istnienia w ich strukturze tzw. splotu immunoglobulinowego. Większość członków tej rodziny to białka o masie cząsteczkowej 70-100 kDa. Nadrodzina immunoglobulin jest uznawana za największą grupę białek o podobnej budowie. Na podstawie analizy genomu człowieka zidentyfikowano 756 genów, których produkty białkowe zawierają domenę immunoglobulinową . Białka immunoglobulinopodobne spotykane są również u bakterii, a ich analiza wskazuje, że pochodzą one od genów eukariotycznych i zostały nabyte w trakcie ewolucji na drodze poziomego transferu genów .

    Zamek leucynowy (suwak leucynowy) – trójwymiarowy białkowy motyw strukturalny łączący ze sobą białkowe helisy α. Zamki leucynowe stanowią często fragment białek wiążących DNA w różnych czynnikach transkrypcyjnych, a zatem biorą udział w regulacji ekspresji genów. Spotyka się je zarówno w prokariotycznych, jak i w eukariotycznych białkach regulatorowych, przy czym u tych drugich są znajdowane częściej. Rodzina bZip czynników transkrypcyjnych oprócz zamka leucynowego zawiera region zasadowy, który poprzez wiązania wodorowe oddziałuje z większym rowkiem cząsteczki DNA. Remodeling chromatyny nazywany także rearanżacją chromatyny stanowi proces polegający na zmianie struktury chromatyny przy pomocy określonych kompleksów białkowych, którego celem jest regulacja ekspresji genów poprzez zmianę dostępności chromatyny dla czynników transkrypcyjnych. Pierwsze białka zdolne do remodelowania struktury przestrzennej chromatyny zostały odkryte na początku lat 90. XX wieku. Do chwili obecnej udało się dość dobrze zbadać budowę i mechanizm działania niektórych czynników białkowych biorących udział w tym procesie.

    Histon H1 – jeden z 5 głównych histonów. Jednak histon H1 nie tworzy struktury nukleosomu, jest on odpowiedzialny za formowanie i stabilizację chromatosomu. Najbardziej zmienny spośród wszystkich histonów, odpowiada za kondensację włókien chromatyny i za regulację aktywności genów. Występuje zarówno w aktywnej transkrypcyjnie, jak i w nieaktywnej chromatynie. Indukuje kondensacje włókien polinukleosomowych wpływając na regulację ekspresji genów przez bezpośrednie lub pośrednie blokowanie wiązania czynników transkrypcyjnych. Wyróżnia się specyfiką gatunkową i tkankową. Białka H1 zbudowane są z trzech odrębnych strukturalnie domen pełniących różne funkcje w strukturze chromatyny. Histon ten występuje w aktywnej transkrypcyjnie, jak i w nieaktywnej chromatynie. Indukuje kondensacje włókien polinukleosomowych wpływając na regulację ekspresji genów przez bezpośrednie lub pośrednie blokowanie wiązania czynników transkrypcyjnych. Mutacja cicha – mutacja sekwencji nukleotydowych, która nie ma wpływu na funkcjonowanie genomu. Są to mutacje w pozagenowym DNA, w niekodujących fragmentach genów i mutacje synonimiczne. Ok. 95,5% ludzkiego genomu może ulec mutacji bez znaczących zmian.

    Mapa genowa to liniowa lub niekiedy kołowa prezentacja ułożenia genów. W zależności od organizacji genomu rozróżniamy:

    Białka Aux/IAA (ang. Auxin/Indole-3-Acetic Acid) – rodzaj białek związanych z odpowiedzią na działanie auksyny. Poprzez negatywną regulację aktywności czynników transkrypcyjnych ARF (ang. Auxin Response Factor) regulują poziom ekspresji genów zależnych od działania auksyny.

    Receptory jądrowe – w biologii molekularnej rodzaj czynników transkrypcyjnych, które przez przyłączanie specyficznych ligandów, regulują ekspresję licznych genów. Kontrola translacji białek – jeden z mechanizmów regulacji ekspresji genów, który odbywa się na poziomie syntezy białek po zakończeniu transkrypcji i obróbki post-transkrypcyjnej matrycowego RNA, przed obróbką post-translacyjną białek. Poziom białka w komórce zwykle nie koreluje z ilością odpowiadającego mu matrycowego transkryptu, co zwykle objawia się zwiększeniem (kontrola pozytywna) lub zmniejszeniem (kontrola negatywna) liczby kopii białka przypadających na jedną kopię mRNA. Przyczyną obserwowanego efektu zmiany wydajności syntezy białek jest wymieniona powyżej kontrola translacji, która obok innych mechanizmów regulacji ekspresji genów takich jak:
    a) metylacja wysp CpG promotorów genów,
    b) kondensacja chromatyny (zależna od acetylacji, metylacji, fosforylacji, rybozylacji i ubikwitynacji histonów),
    c) kontrola transkrypcji,
    d) kontrola dojrzewania RNA (składania transkryptu pierwotnego),
    e) modyfikacje post-transkrypcyjne sekwencji mRNA,
    f) kontrola transportu RNA z jądra do cytoplazmy,
    g) kontrola stabilności i aktywności białka (modyfikacje post-translacyjne tj. glikozylacja, fosforylacja, ubikwitynacja), decyduje o końcowej ilości białka w komórce.

    Sekwencja regulatorowa genu (ang. gene regulatory sequence) – fragment DNA, który reguluje ekspresję genu. Do sekwencji regulatorowej przyłączają się białka regulujące transkrypcję, takie jak: czynniki transkrypcyjne i remodelatory, oraz polimeraza RNA. Kombinacja tych sekwencji, wraz z kombinacją czynników białkowych dostępnych w jądrze komórkowym i ich aktywności, sprawia, że poziom ekspresji genu jest regulowany w zależności od typu, stanu metabolicznego komórki i bodźców zewnętrznych. Chromosom 5 – jeden z 23 parzystych chromosomów człowieka. DNA chromosomu 5 liczy około 181 milionów par nukleotydów, co stanowi około 6% materiału genetycznego ludzkiej komórki. Chromosom 5 jest jednym z największych ludzkich chromosomów, ale stosunkowo mało genów ma swoje locus na tym chromosomie; chromosom 5 ma więc niską tzw. gęstość genów. Ma to swój wyraz w dużej liczbie niekodujących i powtarzających się sekwencji. Liczbę genów chromosomu 5 szacuje się na 900-1 300.

    Dodano: 29.01.2013. 17:26  


    Najnowsze