wyklad 4 nukleosomy 2013

(1)

Nukleosomy

(2)

Plan wykładu:

 Budowa chromatyny - nukleosomy



Wpływ nukleosomów na replikację i transkrypcję



Metody pozwalające na wyznaczanie miejsc wiązania nukleosomów

 Charakterystyka obsadzenia

nukleosomów w genomach

eukariotycznych



Struktury chromatyny wyższego rzędu

(3)

(4)

Preparaty mikroskopii elektronowej – lata 1973-1975

•http://cellbio.utmb.edu/cellbio/nucleus2.htm

(5)

Zmiany struktury chromatyny

Zmiany struktury chromatyny są zazwyczaj wprowadzane w

ściśle uporządkowany sposób i stanowią kluczowy element

regulacji procesów przebiegających w jądrze komórkowym:

transkrypcji, replikacji, rekombinacji, naprawy DNA

prawidłowy przebieg tych procesów zwykle wymaga

rozluźnienia struktur chromatynowych:

(6)

Nukleosom zbudowany jest z rdzenia białkowego, z około

147 bp DNA owiniętego wokół rdzenia oraz z 50 bp DNA

łącznikowego

Rdzeń składa się z dwóch kopii każdego z histonów

H2A, H2B, H3 i H4

Poza rdzeniem nukleosomu dołączony jest histon H1

DNA

histon H1

histon H2A

histon H2B

histon H3

histon H4

http://fermat-2.cer.jhu.edu/~as410610/lecture_pdf/What_is_the_organization_of_a_eukaryote_.PDF

(7)

Struktura Krystaliczna Nukleosomu

(8)

Nukleosomy i replikacja

8

(9)

Nukleosomy i transkrypcja

(10)

Transkrypcja

• Kluczowym etapem regulacyjnym większości genów jest

transkrypcja

• Regulacja z reguły na poziomie inicjacji transkrypcji

• Czynniki

cis

– sekwencje regulatorowe w obrębie promotorów i

enhancerów (wzmacniaczy)

• Czynniki

trans

– białka wiążące się z sekwencjami

regulatorowymi (elementami cis)

(11)

Czynniki

cis

(12)

Czynniki

trans

(13)

Transkrypcja: wpływ struktury chromatyny

(14)

Chroma tyna

Wyznaczanie miejsc wiązania nukleosomów

Detekcja sekwencji

DNA związanych z

nukleosomami

(Southern, PCR,

sekwencjonowanie)

(15)

Wyznaczanie miejsc wiązania nukleosomów

Mnase -seq

(16)

Nukleosomy a transkrypcja

• Schemat otwartych (A) i

zamkniętych (B) promotorów.

• Typowa mapa pozycyjna

nukleosomów na otwartym

promotorze pokazuje wyraźne

wyróżnienie locus genowego

przez obecność rejonów 5’ i 3’

wolnych od nukleosomów

(NDR).

• 5’ NDR sąsiaduje z silnie

związanymi nukleosomami

(TSS) - miejsce startu transkrypcji

(17)

Zmiany położenia nukleosomów w chromatynie

• A. Schemat ułożenia

nukleosomów w chromatynie

• B. Silnie zlokalizowane i

rozmyte nukleosomy.

• C. Nukleosomy a miejsca

wiązania czynników

transkrypcyjnych.

G. Arya et al. jbsd 2010

Zmiany położenia nukleosomów

wprowadzane m.in. przez

kompleksy remodelujące

Nukleosomy a transkrypcja

(18)

Nukleosomy a transkrypcja

(19)

Model Inicjacji transkrypcji

19

(20)

Model elongacji transkrypcji

20

(21)

Domeny funkcjonalne i izolatory

• Izolatory oddzielają domeny

funkcjonalne w chromatynie

• Białka wiążące się z

izolatorami uniemożliwiają

interferencję regulatorów z

sąsiedniej domeny (innych

genów)

Izolator

(22)

Domeny funkcjonalne i izolatory

22

(23)

Co decyduje o miejscu wiązania nukleosomu?

23

(24)

Co decyduje o miejscu wiązania nukleosomu?

24

(25)

(26)

Co decyduje o miejscu wiązania nukleosomu?

26

(27)

Kuangyu Yen , Vinesh Vinayachandran , Kiran Batta , R. Thomas Koerber , B. Franklin Pugh Cell Volume 149, Issue 7 2012 1461 - 1473

27

Co decyduje o miejscu wiązania nukleosomu?

(28)

http://mcb.illinois.edu/faculty/profile/cmizzen

Struktury chromatyny wyższego rzędu

(29)

(30)

Dwa podstawowe stany chromatyny

Euchromatyna

Heterochromatyna

dostępna,

plastyczna niedostępna, _{nieplastyczna} Komórki: macierzyste młode nowotworowe Komórki: zdeterminowane, zróżnicowane normalne

Komórki hematopoetyczne szpiku kostnego

Proerytroblast

Późny erytroblast

Granulocyt

Monocyt

NATURE REVIEWS | MOLECULAR CELL BIOLOGY | VOLUME 1 | NOVEMBER 2000 | 137

(31)

Izolacja skondensowanej i otwartej chromatyny

31

(32)

Struktura 30nm

32

(33)

Domeny chromatynowe

33

(34)

Jądro komórkowe - superdomeny i terytoria chromosomowe

34

(35)

35

Giacomo Cavalli & Tom Misteli. Nature structural & molecular biology VOLUME 20 MARCH 2013