Download RNA polymerase

‫טרנסקריפציה‬
‫השלב הראשון בתהליך התבטאות הגנים = סינתזת מולקולת ‪RNA‬‬
Some nomenclature conventions
RNAP
RNA
DNA
Similarities and Differences Between DNA and RNA
RNA
• Similar strand structure
• Can define a 5’ and 3’ end
• 2’ hydroxyl in RNA: causes
stability differences)
• Uracil in RNA takes the
place of Thymine in in DNA
DNA
‫ עוברת מבנה‬RNA-‫מולקולת ה‬
.‫שניוני‬
RNase P
CCA adding
enzyme
‫מבנה שניוני של ‪RNA‬‬
‫& ‪Stem‬‬
‫‪loop‬‬
‫ההבדלים בין ‪ RNA‬ל ‪DNA‬‬
‫• קבוצת ‪ OH‬בעמדה ‪ 2‬של הריבוז (‪ )RNA‬לעומת קבוצת ‪H‬‬
‫באותה עמדה ב‪ .DNA -‬קבוצת ה‪ OH-‬משפיעה על יציבות‬
‫הקשר הפוספודיאסטרי (קשר הפוספאט)‪.‬‬
‫• ‪ U‬מחליף ‪.T‬‬
‫• בסיסים שעוברים מודיפיקציה‬
‫• גדיל ה‪ RNA-‬יוצר מבנה שיניוני בניגוד ל ‪ DNA‬היוצר מבנה‬
‫דו‪-‬גדילי בין שתי גדילי ‪ - DNA‬המבנה השיניוני של‬
‫מולקולת ה ‪ RNA‬קובע את פעילות ה ‪.RNA‬‬
RNA polymerase
Bacterial (Prokaryotic) Transcription
•Promoters ‫רצף המכוון את רנא פולימראז תחילת הגן‬
- DNA sequences that guide RNAP to the beginning of
a gene (transcription initiation site).
•Terminators ‫רצף הגורם לרנא פולימראז להפסיק את תרגום הגן‬
- DNA sequences that specify then termination of RNA
synthesis and release of RNAP from the DNA.
•RNA Polymerase (RNAP)
- Enzyme for synthesis of RNA.
•Reaction (ordered series of steps)
1) Initiation.
2) Elongation.
3) Termination.
‫היכן נמצא הפרומוטר והטרמינטור?‬
‫‪.1‬‬
‫‪.2‬‬
‫‪.3‬‬
‫‪.4‬‬
‫א ו‪-‬ב‬
‫ב ו ‪-‬ג‬
‫א ו‪-‬ד‬
‫ב ו‪-‬ד‬
‫ב‬
‫א‬
‫ג‬
‫ד‬
Other important nomenclature
conventions
Transcription Initiation Site
“Upstream”
5’
3’
“Downstream”
-5 -4 -3 -2 -1 +1 +2 +3 +4 +5 +6
3’
5’
Direction of
transcription
Template strand
There is no “zero”
RNAP binds a region of DNA from -40 to +20
The sequence of the non-template strand is shown
-10 region
TTGACA…16-19 bp... TATAAT
“-35”
spacer
“-10”
‫לאורך ה"ספיסר" יש משמעות – ארוך או קצר יוצר פרומוטר חלש‬
Sigma factor
Finding and binding
the promoter
initiation
Closed complex
formation
RNAP bound -40 to
+20
Open complex
formation
RNAP unwinds from 10 to +2
Binding of 1st NTP
Requires high
purine [NTP]
Addition of next NTPs
Dissociation of sigma
Requires lower
purine [NTPs]
After RNA chain
is 6-10 NTPs long
RNA polymerase
elongation
‫ זיווגי בסיסים‬12-‫ה"עין" כ‬
‫‪mRNA Transcription‬‬
‫רנא פולימראז מכניס שגיאה אחת ל‪ 10000-‬נוקלאוטידים‪ ,‬אין לו מערכת לתיקון‬
‫שגיאות‬
‫טופואיזומראז לפני ואחרי רנא פולימראז‬
‫‪TR7‬‬
RNA Synthesis is in the 5’ to 3’ Direction
DNA strand
RNA strand
Subsequent
hydrolysis of
PPi drives the
reaction forward
OH
OH
RNA has polarity (5’ phosphate, 3’ hydroxyl)
Rho-Dependent Transcription Termination
(depends on a protein AND a DNA sequence)
G/C -rich site
RNAP slows down
Rho helicase
catches up
Elongating complex is disrupted
Rho-Independent Transcription
Termination
(depends on DNA sequence - NOT a protein factor)
Stem-loop structure
Rho-independent
transcription
termination
• RNAP pauses when it
reaches a termination site.
• The pause may give the
hairpin structure time to fold
• The fold disrupts important
interactions between the
RNAP and its RNA product
• The U-rich RNA can
dissociate from the template
• The complex is now
disrupted and elongation is
terminated
RNA polymerase
‫לפניך הקפאה של מצב נתון בתא‪ .‬אתה רואה‬
‫מצב שנקרא ‪Xmas tree‬‬
‫מה אתה רואה?‬
‫‪ .1‬גן אחד שלאורכו נוסע רנא פולימראז‬
‫אחד‪.‬‬
‫‪ .2‬שני גנים שלאורך כל אחד נוסע רנא‬
‫פולימראז אחד‪.‬‬
‫‪ .3‬גן אחד שלאורכו נוסעים הרבה רנא‬
‫פולימראזות‪.‬‬
‫‪ .4‬שני גנים שלאורך כל אחד מהם נוסעים‬
‫הרבה רנא פולימראזות‪.‬‬
‫‪Prokaryotic genes‬‬
‫פוליציסטרוני –‬
‫יחודי לפרוקריוטיים בלבד‪.‬‬
‫באוקריוטים ‪ mRNA‬אחד יוצר סוג אחד של חלבון‬
‫מדוע צריך לבקר את אופן התבטאות הגנים‬
‫בחיידקים?‬
‫‪ .1‬הסביבה בה החיידק נמצא משתנה‪ ,‬והיכולת של‬
‫החיידק לשרוד בסביבה המשתנה מותנת ביכולתו‬
‫להתאים את עצמו‪.‬‬
‫‪ .2‬על החיידק לבטא את הגנים שלו על מנת לשרוד‪ ,‬אבל‬
‫להפעלת הגנים ליצור מולקולות רנא וחלבונים יש‬
‫מחיר אנרגטי יקר‪ .‬לכן צריך להפעיל את הגנים כאשר‬
‫זקוקים לתוצרים שלהם‪.‬‬
‫‪ .3‬כל התשובות נכונות‪.‬‬
‫חלבונים (והגנים שלהם) המבוטאים כל הזמן‬
‫נקראים "‪ ,"housekeeping‬בעוד שחלבונים‬
‫המבוטאים כתלות בסביבה נקראים‬
‫"‪."inducible‬‬
Ways to Regulate Transcription
Alternate sigma factor usage: controls selective transcription
of entire sets of genes
vegetative
(principal s)
s70
+1
(16-19 bp)
TTGACA
heat shock
nitrogen
starvation
s32
s60
TATAAT
(5-9 bp) A
+1
CNCTTGA
(13-15 bp) CCCATNT (5-9 bp) A
+1
CTGGNA (6 bp) TTGCA
(5-9 bp) A
‫אופרון – קבוצת גנים המקודדים לחלבונים מאותו מעגל מטבולי ומאורגנים‬
‫בקבוצה המבוטאת יחד‪.‬‬
‫‪Lac operon‬‬
‫‪Lac II‬‬
‫טרנסקריפציה בתאים אוקריוטים‬
Pre-mRNA
Micro-RNA, LncRNA (long non-coding RNA).
5’UTR
3’UTR
‫בתאי כבד בעכבר‬
‫מיקום ‪1+‬‬
‫יעילות ותדירות‬
‫רמה נמוכה (בזלית)‬
‫אינטרונים‬
‫‪E‬‬
‫‪S‬‬
‫שלבי הטרנסקריפציה‬
Initiation •
Elongation •
Termination •
‫קומפלקס פרה‪-‬איניציציה‬
‫יציבות ותדירות‬
‫יצירת קומפלקס זה‬
‫קובעת את כמות וקצב‬
‫סינטזת ה‪RNA-‬‬
YSPTSPS
The number of these repeats varies;
the mammalian protein contains 52,
while the yeast protein contains 26.
Serine 5 phosphorylation is confined to promoter regions
and is necessary for the initiation of transcription,
whereas Serine 2 phosphorylation is important for
mRNA elongation and 3'-end processing
‫אופן אקטיבציה של טרנסקריפציה בתאים אוקריוטים‬
Stages in Initiation of Transcription
• Bacterial transcription
• Closed complex:
holoenzyme+promoter
• Open complex (DNA
melting, not need ATP)
• Abortive transcripton
• Productive initiation
– Transcribe past +9
– Sigma dissociates
• Elongation
• Eukaryotic
transcription
• Preinitiation complex
(PIC) assembly
• PIC activation (DNA
melting, needs ATP)
• Abortive transcription
• Productive initiation
– CTD phosphorylated
– Promoter clearance
• Elongation
Elongation
NTPs
TERMINATION
• RNA polymerase meets the terminator
• Terminator sequence: AAUAAA
• RNA polymerase releases from DNA
• Prokaryotes-releases at termination signal
• Eukaryotes-releases 10-35 base pairs after
termination signal
‫לאיזה מבין מולקולות הרנא יהיה ברצף‬
‫המתורגם את רצף הפרומוטור?‬
‫•‬
‫•‬
‫•‬
‫•‬
‫‪rRNA .1‬‬
‫‪mRNA .2‬‬
‫‪tRNA .3‬‬
‫‪U1 snRNA .4‬‬
‫קומפלקס‬
‫האלונגציה‬
transcription
mRNA ‫מהלך חיי מולקולאת‬
Transcription regulation
‫אסטרוגן מופרש ע"י תאי הגרנולוזה ולאחר הביוץ ע"י הגופיף הצהוב‬
a steroid hormone
‫מדוע תסמיני המחלה משתפרים במוטציה‬
‫בעמדה ‪ -20‬בגיל ההתבגרות?‬
‫‪.1‬‬
‫עמדה ‪ -20‬נמצאת באתר הקישור רק‬
‫לחלבון ‪AR‬‬
‫‪.2‬‬
‫עמדה ‪ -20‬נמצאת באתר הקישור רק‬
‫לחלבון ‪4HNF‬‬
‫‪.3‬‬
‫עמדה ‪ -20‬נמצאת באתר הקישור לשני‬
‫החלבונים‬
Gene expression
Basics of cell biology:development
Fertilized egg
Basics of cell biology:development
Cells differentiation
is due to different gene
Switches going on and off
These cells are different
because they express a
subset of their 24,000 genes
mRNA localization
Spector
Promoter
Gene
To specify a new cell: place it in the right environment
or
EGF
Hedgehog
Wnt
Promoter
Gene
Retinoic acid
FGF
HGF
To specify a new cell: place it in the right environment
or
Substitute drugs/proteins for environment
Mophogens
‫‪Chromosome localization in‬‬
‫‪interphase‬‬
‫‪In interphase, chromosomes appear‬‬
‫‪to be localized to a sub-region of the‬‬
‫‪nucleus.‬‬
‫הנוקלאוזומים סביב אזור הפרומוטאר עוברים מודיפקציות נרחבות המיצגות‬
‫גנים ברמות ביטוי‪/‬השתקה‪.‬‬
‫אין החלפה של נוקלאוזום 'ישן' 'בחדש' – פרט לזה שיושב על אזור הפרומוטר‪.‬‬
‫עבודות בשמרים מציעות שאתרי הקישור של ה‪ TE-‬נמצאים בספיסרים‬
‫שנמצאים בין נוקלאוזום אחד לשני‪.‬‬