Məlumat

DNT-nin bir hissəsi nukleosomdan necə seçilir və açılır?

DNT-nin bir hissəsi nukleosomdan necə seçilir və açılır?


We are searching data for your request:

Forums and discussions:
Manuals and reference books:
Data from registers:
Wait the end of the search in all databases.
Upon completion, a link will appear to access the found materials.

İnterfaza zamanı bunu düzgün başa düşsəm, nüvədəki boşluğu qorumaq üçün DNT zəncirinin çoxu nukleosomlar şəklində histonların ətrafına möhkəm sarılır. Bununla belə, RNT polimerazının işləməsi üçün DNT-nin bir hissəsinin müvəqqəti olaraq açılması lazımdır. Polimeraz, sıx bağlanmış DNT kütləsində DNT -nin xüsusi hissəsini (və xüsusən də sintez edilməsi lazım olan zülalı kodlayan bir genin təşviqçisini) necə tapır?


Bu cavab çox geniş icmal olacaq və əsasən dərslikdəki məlumatlara əsaslanır "Gen molekulyar biologiyası" Watson et al. (bunu çox tövsiyə edirəm).

Nukleosomlar dinamik quruluşlardır.

DNT və histonlar arasındakı qarşılıqlı əlaqə qeyri-spesifik və dinamikdir. DNT bölgələri nukleosomdan müvəqqəti olaraq açıla bilər və beləliklə DNT bağlayan zülallar tərəfindən tanına bilər. Əslində, qarşılıqlı əlaqənin qeyri-spesifik olması səbəbindən DNT, histon nüvəsinə nisbətən sürüşərək DNT-nin müxtəlif hissələrini ifşa edə bilər. Bu, daha çox DNT -ni ifşa etmək üçün histon oktamerlərinin tam boşalmasını kataliz edə bilən nukleosomların yenidən qurulması kompleksləri ilə asanlaşdırıla bilər.

Nukleosomlar xüsusi olaraq yerləşdirilə bilər.

DNT bağlayan zülalların spesifik ardıcıllıqla birləşməsi, müəyyən lokuslarda nukleosom meydana gəlməsini maneə törədə bilər və ya nəzarət edə bilər və məruz qalan DNT yollarını transkripsiya aparatı üçün əlçatan edə bilər. Bundan əlavə, əyilmiş spiralları meydana gətirən müəyyən DNT ardıcıllığı nukleosomlarla üstünlük təşkil edir.

Kromatinin sıxılması yüksək səviyyədə tənzimlənir.

İnterfaza nüvəsində iki geniş xromatin sinfi mövcuddur: yüksək dərəcədə qatılaşdırılmış, transkripsiyada aktiv olmayan heterokromatin və daha az qatılaşdırılmış, transkripsiyaya görə aktiv evromatin. Xromatinin sıxılması histon quyruğunun translasiyadan sonrakı modifikasiyası ilə tənzimlənir və asetilləşmə və fosforlaşma kimi modifikasiyalar, xüsusən də N-terminal quyruğu daha yüksək dərəcəli, repressiv xromatinin sıxlaşmasının qarşısını ala bilər. Xüsusi histon modifikasiyasına histon kodu deyilir və müəyyən dəyişikliklər gen ifadəsi ilə əlaqədardır. Bu dəyişikliklər komplekslərin yenidən qurulması və hətta transkripsiya faktorları ilə tanına bilər.

Əlavə Oxu:

Becker PB, Workman JL. 2013. Nukleosomların yenidən qurulması və Epigenetikası. Cold Spring Harb Perspect Biol 5 (9): a017905.


Bir çox fərqli yol var. Histon, DNT-ni rahatlaşdıran və onu daha əlçatan edən bəzi histon modifikasiyası (epigenetik modifikasiya forması) vasitəsilə qeyd oluna bilər.

Məsələn, müəyyən asetilasiya formaları "histonlardakı müsbət yükü aradan qaldırır və histonların N termininin mənfi yüklü DNT fosfat qrupları ilə qarşılıqlı təsirini azaldır. Nəticədə, qatılaşdırılmış xromatin daha rahat bir quruluşa çevrilir". RNT polimerazanın ona daxil olmasını və promotoru tapmasını asanlaşdırır


Nukleosom, mənfi yüklü DNT müsbət yüklü histon oktamerinə büküldükdə meydana gələn bir quruluşdur. İndi transkripsiya üçün yalnız bir DNT zəncirinin qütbü 3'-->5' Şablon zəncir kimi tanınan RNT-yə kopyalanır, Kodlaşdırıcı zəncir kimi tanınan digər zəncir (5'-->3') RNT ilə eyni ardıcıllığa malikdir (istisna uracil yerində timin) Promoter 5 'ucunda yerləşir (bütün istinadlar kodlaşdırma zolağı ilə aparılır) terminator ucu 3' ucundadır.

Transkripsiya vahidində PROMOTER -in olması şablonu və kodlaşdırma zolağını təyin edir. Transkripsiyada DNT -nin yalnız bir hissəsi kopyalanır.

DNT -nin açılması üçün helikazlar (sarmalın açılması üçün), DNT Girazası (gərginliyi rahatlaşdırmaq və üst sarım üçün), Telomeraza və holoenzim kimi xüsusi fermentlər mövcuddur.


Kompüter simulyasiyaları DNT-nin necə açıldığını atom detalları ilə canlandırır

Bir nukleosomun həyat müddətindən üç mikrosaniyə. Vaxtında çəkilişlər hər 4 nanosaniyədə bir çəkildi və histonların əsas bölgəsinə (ağ) əlavə edildi. Bütün anlardakı DNT və çevik histon quyruqlarının mövqeləri göstərilir DNT sarı, histon quyruqları mavi, yaşıl, qırmızı, narıncı və mavi rəngdədir. DNT qollarının geniş hərəkəti nukleosom tənəffüs hərəkəti olaraq bilinir. Maraqlıdır ki, bu nukleosomda DNT ardıcıllığı səbəbiylə alt qol yuxarıdan daha çox hərəkət edir. Kredit: Jan Huertas və Vlad Cojocaru, © MPI Münster, © Hubrecht İnstitutu.

Utrextdəki Hubrecht İnstitutundan (Hollandiya) və Münsterdəki (Almaniya) Maks Plank Molekulyar Biotibb İnstitutundan tədqiqatçılar kompüter simulyasiyalarından istifadə edərək qısa bir DNT parçasının zülallara möhkəm sarıldığı halda necə açıldığını atom detalları ilə ortaya qoydular. genom. Bu simulyasiyalar, gen ifadəsini tənzimləyən mexanizmlər haqqında görünməmiş anlayışlar təmin edir. Nəticələr nəşr olunacaq PLOS Hesablama Biologiyası 3 iyunda.

Bədəndəki hər hüceyrədə iki metr DNT var. DNT -ni hüceyrənin kiçik nüvəsinə sığdırmaq üçün xromatin adı verilən bir quruluşa sıx bağlanmışdır. Xromatin, nukleosom adlanan eyni kiçik quruluşlardan ibarətdir. Tək bir nukleosomda DNT, histon adlanan 8 zülalın ətrafında sarılır. Xromatin genomda vahid kompakt deyil. Qablaşdırmanın sıxlığı, hansı genlərin ifadə olunduğunu və buna görə də bir hüceyrə tərəfindən hansı zülalların istehsal olunmasını tənzimləməkdə vacibdir.

Hüceyrələrin başqa bir hüceyrə növünə çevrilməsi üçün sıx şəkildə sıx bağlanmış DNT-dən açıq xromatinə keçid vacibdir. Bu hüceyrə dönüşümləri inkişaf və xəstəliyin əlamətləridir, lakin tez -tez rejenerativ müalicələrdə də istifadə olunur. Bu cür keçidlərin necə baş verdiyini başa düşmək, xəstəlikləri anlamağa və terapevtik hüceyrə tipli dönüşümləri optimallaşdırmağa kömək edə bilər.

Hesablama nanoskopu

Xromatinin açılmasında bir addım nukleosomlara bükülmüş DNT-nin hərəkətidir. Hüceyrələrimizdəki bütün molekulyar quruluşlar kimi, nukleosomlar da dinamikdir. Hərəkət edir, bükülür, nəfəs alır, açır və yenidən sarar. Eksperimental üsullardan istifadə edərək bu hərəkətləri vizuallaşdırmaq çox vaxt çox çətindir. Alternativlərdən biri sözdə "hesablama nanoskopundan" istifadə etməkdir.

Tədqiqatçılar kompüter simulyasiya üsulları toplusuna istinad etmək üçün hesablama nanoskopu terminindən istifadə edirlər. Bu üsullar zamanla molekulların hərəkətlərini görselleştirmelerini təmin edir. Son illər ərzində üsullar o qədər dəqiq oldu ki, tədqiqatçılar onları kompüterdə hərəkət edən molekulları müşahidə edən bir hesablama nanoskopu olaraq adlandırmağa başladılar və onları çox yüksək qətnamə nanoskopunda müşahidə etməyə bənzəyirlər.

Nukleosomlar nəfəs alır

Jan Huertas və Vlad Cojocaru, Max Planck Molekulyar Biotibbi İnstitutundan (Münster, Almaniya) Hans Schöler tərəfindən dəstəklənərək, nukleosomların ömrü boyu hər biri bir mikrosaniyəni əhatə edən nukleosomların hərəkətləri haqqında çoxlu real vaxt filmləri yaratdılar. Bu filmlərdən istifadə edərək, nukleosomların nəfəs alması kimi tanınan bir hərəkətlə nukleosomların necə açılıb bağlandığını izləyiblər.

-da dərc olunan yeni məqalələrində PLOS Hesablama Biologiyası, Huertas və Cojocaru nukleosom tənəffüsünə səbəb olan şeyləri təsvir edirlər. Birincisi, onlar tapdılar ki, DNT-nin tikinti bloklarının düzülmə ardıcıllığı - DNT ardıcıllığı - nukleosomların nəfəs alması üçün vacibdir. İkincisi, histon quyruqlarının dinamikası bu proses üçün vacibdir. Bu histon quyruqları, gen ifadəsinin tənzimlənməsində rol oynayan histonların çevik bölgələridir. Histon quyruqlarının rolu intensiv şəkildə öyrənilsə də, tək nukleosomların hərəkətlərinə necə təsir etdiyi haqqında çox az şey məlumdur. Huertas və Cojocaru simulyasiyaları ilə histon quyruqları ilə nukleosom tənəffüsü arasındakı əlaqəni atom detallarında təsvir etdilər.

Histon dəyişiklikləri

"Kompüter simulyasiyalarında nukleosomların nəfəs almasını müşahidə etmək çox çətindir. İndi bunu təsəvvür edə bilməyimiz, nəfəs almadan açmağa qədər nukleosom dinamikasının tam spektrini simulyasiya etmək yolunda böyük bir addımdır. Bu da bizə imkan verir. DNT -nin fərqli hüceyrələrində və bölgələrində meydana gələn histon modifikasiyalarının bu hərəkətlərə necə təsir etdiyini araşdırın. Simülasyonlarımız, iki histon quyruğunun nukleosomun bağlı qalmasından məsul olduğunu ortaya qoydu. Yalnız bu çevik quyruqlar DNT -nin müəyyən bölgələrindən uzaqlaşdıqda , nukleosom aça bildi "dedi araşdırma lideri Vlad Cojocaru.

Nəşrin ilk müəllifi və sonuncu doktorluq dissertasiyasını müdafiə edən Jan Huertas əlavə edir: "Aktiv (açıq) və hərəkətsiz (qapalı) xromatin, histon quyruqlarının müxtəlif dəyişikliklərini ehtiva edir. Növbəti addım bu cür modifikasiyalarla simulyasiyalar aparmaqdır. Atom Simulyasiyaların həlli bizə hər bir modifikasiyanın nukleosomlara və xromatin dinamikasına necə təsir etdiyini dəqiq müəyyən etməyə imkan verəcəkdi.

Epigenetikanı anlamaq yolunda

Hər üç tədqiqatçı, inkişafda və xəstəliklərdə genlərin ifadə mexanizmlərini anlamaqda atomistik kompüter simulyasiyalarının istifadəsinin gələcəyi ilə bağlı həyəcanlıdır. "Dünyada mövcud olan hesablama gücünün daha da artması ilə biz tezliklə bütün atomları daxil olmaqla bir nukleosomun ömrünün millisaniyələrini simulyasiya edə biləcəyik. Bundan əlavə, müxtəlif modifikasiyaların təsirini öyrənmək üçün müntəzəm olaraq çoxsaylı nukleosomları simulyasiya edə biləcəyik. Bu, gen ifadəsini tənzimləyən mexanizmlər haqqında misli görünməmiş anlayışlar verəcəkdir "deyə Cojocaru yekunlaşdırır.


Metodlar

Maya növləri və böyümə şərtləri

Burada istifadə edilən bütün suşlar BY4741-dən (MATa his3㥁 leu2㥀 met15㥀 ura3㥀) EUROSCARF (Avropa Saccharomyces cerevisiae Funksional Analiz Arxivi). Sahələrdə fazalı nukleosomun altında yatan vəhşi tipli sekanslar üçün 133 bp ardıcıllığı olan bir sıra əvəz edən mutant ştammlar qurmaq üçün iki mərhələli bir proses 24 istifadə edilmişdir. Qısacası, Kan r və olan bir kaset URA3 genlər ilk olaraq daxil edilmişdir GAL1 promoter bölgəsi və sonradan istədiyiniz ardıcıllıqla əvəz edilmişdir. Bu ştammların qurulması üçün istifadə olunan primerlərin ardıcıllığı istəyə görə verilə bilər.

Bildirilən bütün təcrübələr üçün, maya hüceyrələri yığımdan əvvəl sintetik tam (SC) mühitdə bir gecədə logarifmik olaraq yetişdirilmişdir. Qalaktoz induksiya təcrübələri üçün, hüceyrələr 2% rafinoz olan SC mühitində yetişdirildi və sonra qalaktikoza son konsentrasiyada 2% əlavə edildi. Alternativ olaraq, hüceyrələr 2% qlükoza ehtiva edən SC mühitində yetişdirilir, sonra santrifüjlə toplanır və 0.1% qlükoza və 2% qalaktoza olan təzə mühitdə birbaşa yenidən süspansiyona salınır.

MNase mühafizəsi analizləri

Hüceyrələr OD-də yığılmışdır600 0,5𠄰,9 və sonra 15 dəqiqə ərzində 0,5% son konsentrasiyada formaldehidlə fiksasiya edilir. 0,125 M son konsentrasiyaya qlisin əlavə edilməklə fiksasiya reaksiyası dayandırıldı. Kromatinin MNase qorunma təhlilləri Bryant et al. 2 İstifadə edilən QPCR astarlarının ardıcıllığı verilə bilər.

ChIP analizləri və mRNA təyini

FLAG etiketli histon H2B üçün probing ChIP analizləri 1 təsvir edildiyi kimi mahiyyətcə yerinə yetirildi. İmmuno -çökmüş DNT QPCR ilə analiz edildi. GAL1 mRNT 25 təsvir olunduğu kimi analiz edilmişdir. İstifadə olunan QPCR primerlərinin ardıcıllığı sorğu əsasında verilə bilər.


Nukleosomların yerləşdirilməsi

Nukleosom Təkrar Uzunluğu (NRL)

NRL, qonşu nukleosomların mərkəzləri arasındakı orta məsafəyə bərabər olan inteqrativ bir parametrdir (Şəkil 1 (D)). NRL ya kifayət qədər böyük genomik bölgələr, ya da bütün genom üçün hesablana bilər. Genom geniş orta NRL hüceyrə tipinə və vəziyyətinə bağlıdır. Məsələn, mayada 160 bp -dən insan və ya siçanda 210 bp -ə qədər dəyişə bilər (van Holde, 1989). NRL hüceyrələrin fərqlənməsi zamanı da dəyişə bilər (Teif və s., 2012 van Holde, 1989) və eyni genomik bölgələrdə eyni hüceyrələrdə fərqli ola bilər, məsələn, CTCF və ya SP1 (Teif və s., 2017) və transkripsiya aktiv və inaktiv genom bölgələri ilə əlaqəli NRL -lərin də fərqli olduğu bilinir (Valouev və s., 2011 ).


Müzakirə

Təkamül prosesləri, nükleosomların bağlanması və ya DNT metilasiyası üçün hədəf kimi zülal kodlaşdırma ardıcıllığının sərhədlərini qoruyub saxlamışdır. Yeni zülal domenləri və ya intronların daxili ardıcıllığa daxil edilməsi epigenetik işarələri 5'- və 3'-sonlu seqmentlərdə cəmləşdirə bilər. Epigenetik cəhətdən əlverişli bir mühit yaratmaq üçün başlanğıc və dayandırma kodonları da daxil olmaqla sərhəd ardıcıllığını məhdudlaşdırarkən, müxtəlif zülal funksiyalarını kodlaşdırmaq üçün kodlaşdırma bölgələrinin ortasındakı DNT ardıcıllığını diversifikasiya etmək yaxşı bir strategiya ola bilər.

Qorunmuş 5'- və 3'-uclu zirvələrin fizioloji rolu nədir? Bir neçə tədqiqat onların RNT birləşməsindəki roluna işarə etdi. Birincisi, nukleosomlar və RNT birləşməsi arasında bir çarpazlıq irəli sürülmüşdür [21, 22]. Xromatinin yenidən qurulması kompleksi SWI/SNF, Pol 2 uzanmasını yavaşlatan nukleosomların blokadalarını yaratdı və bu da RNT birləşmə zamanı ekzonun daxil olmasını asanlaşdırdı. Başqa bir araşdırma göstərdi ki, Pol II uzadılmasına mane olan H3K46me3, alternativ ekzonlarla müqayisədə konstitusiya ekzonlarında xüsusi zənginləşdirilmişdir və beləliklə, onun RNT-nin birləşdirilməsinə nəzarətdə rolu olduğunu göstərir [23, 24].

Bu tapıntılar, RNT birləşməsini nəzarətdə kodlaşdırma sərhədlərində nukleosom çökməsi və DNT metilasyonunun yeni bir rol oynadığını göstərir. İlk və sonuncu kodlaşdırma eksonları konstruktiv olaraq yetkin transkriptə daxil edilməlidir, çünki bu eksonların atlanması tərcümə uğursuzluğuna səbəb olur. Bu epigenetik maneələrin yavaş -yavaş uzanması, bu əvəzedilməz sərhəd eksonlarının daxil edilməsini asanlaşdıra bilər. Başlanğıc və dayandırma kodonlarını əhatə edən DNT ardıcıllığı, əlverişli bir epigenetik mühiti təmin etmək üçün yüksək dərəcədə qorunur, bu səbəbdən epigenetik zirvələrin birinci və son ekzonların spesifik lokuslarında niyə tapıldığını izah edir. Bu mexanizm daha uzun genlərə malik ali orqanizmlər arasında daha çox rast gəlinir.


14.2 DNT strukturu və ardıcıllığı

Bu bölmənin sonunda siz aşağıdakıları edə biləcəksiniz:

  • DNT quruluşunu təsvir edin
  • DNT ardıcıllığının Sanger metodunu izah edin
  • Eukaryotik və prokaryotik DNT arasındakı oxşarlıqları və fərqləri müzakirə edin

DNT -nin quruluş blokları nukleotidlərdir. Nukleotidin vacib komponentləri azotlu (azotlu) əsas, 5 karbonlu şəkər (pentoza) və fosfat qrupudur (Şəkil 14.5). Nukleotid azotlu bazaya görə adlandırılır. Azotlu baz adenin (A) və guanin (G) kimi bir purin və ya sitozin (C) və timin (T) kimi bir pirimidin ola bilər.

Vizual əlaqə

Yuxarıdakı şəkillər DNT və RNT-nin beş əsasını göstərir. Şəkilləri araşdırın və bunların niyə "azotlu əsaslar" adlandırıldığını izah edin. Purinlər pirimidinlərdən nə ilə fərqlənir? Bir purin və ya pirimidin digərindən, məsələn, adenin guanindən nə ilə fərqlənir? Bir nukleozid nukleotiddən nə ilə fərqlənir?

Purinlər beş üzvlü bir halqa ilə birləşən altı üzvlü bir halqa ilə ikiqat halqa quruluşuna malikdir. Pirimidinlərin ölçüsü daha kiçikdir, altı üzvlü tək bir halqa quruluşuna malikdir.

Şəkər DNT -də deoksiriboz və RNT -də ribozadır. Beş karbonlu şəkərin karbon atomları 1 ', 2', 3 ', 4' və 5 'kimi nömrələnir (1' "bir ədəd" olaraq oxunur). DNT və RNT-ni asidik edən fosfat, fosfor turşusu ilə 5'-OH qrupu arasında bir ester bağlantısı (şəkərin 5 'karbonu) ilə bağlanır (ester bir turşudur + spirtdir). DNT nukleotidlərində şəkər deoksiribozanın 3 'karbonu bir hidroksil (OH) qrupuna bağlanır. RNT nukleotidlərində şəkər ribozasının 2 'karbonu da bir hidroksil qrupu ehtiva edir. Baza şəkərin 1'karbonuna yapışdırılır.

Nukleotidlər bir -biri ilə birləşərək fosfodiester bağları yaradır. Bir nükleotidin şəkərinin 5 'karbonuna bağlanmış fosfat qalığı, növbəti nukleotidin şəkərinin 3' karbonunun hidroksil qrupu ilə ikinci bir ester əlaqəsi yaradır və bununla da 5'-3 'fosfodiester bağı yaradır. Bir polinükleotiddə, zəncirin bir ucunda sərbəst 5 'fosfat, digər ucunda isə sərbəst 3'-OH var. Bunlara zəncirin 5' və 3' ucları deyilir.

1950 -ci illərdə Francis Crick və James Watson İngiltərənin Kembric Universitetində DNT quruluşunu təyin etmək üçün birlikdə çalışdılar. Linus Pauling və Maurice Wilkins kimi digər elm adamları da bu sahəni fəal şəkildə araşdırırdılar. Pauling əvvəllər rentgen kristalloqrafiyasından istifadə edərək zülalların ikincil strukturunu kəşf etmişdi. Wilkins laboratoriyasında tədqiqatçı Rosalind Franklin DNT quruluşunu anlamaq üçün rentgen şüalanma metodlarından istifadə edirdi. Watson və Crick, Franklin məlumatları əsasında DNT molekulunun tapmacasını bir araya gətirə bildilər, çünki Crick də rentgen şüalanmasını öyrənmişdi (Şəkil 14.6). 1962 -ci ildə James Watson, Francis Crick və Maurice Wilkins tibb üzrə Nobel mükafatına layiq görüldü. Təəssüf ki, o vaxta qədər Franklin öldü və Nobel mükafatları ölümündən sonra verilmir.

Watson və Crick, DNT-nin sağ əlli bir sarmal meydana gətirmək üçün bir-birinə bükülmüş iki ipdən ibarət olduğunu irəli sürdülər. Baza cütləşməsi, əks tellərdəki bir purin və pirimidin arasında baş verir, beləliklə A ilə T cütü və C ilə G cütü (Chargaff Qaydaları tərəfindən təklif olunur). Beləliklə, adenin və timin bir-birini tamamlayan əsas cütlərdir, sitozin və quanin də bir-birini tamamlayan əsas cütlərdir. Baza cütləri hidrogen bağları ilə sabitləşir: adenin və timin iki hidrogen rabitəsi, sitozin və guanin isə üç hidrogen rabitəsi yaradır. İki iplik paralel əleyhinədir, yəni bir ipin 3 'ucu digər ipin 5' ucu ilə üzləşir. Nukleotidlərin şəkəri və fosfatı strukturun onurğasını təşkil edir, azotlu əsaslar isə nərdivan pillələri kimi içəriyə yığılır. Hər bir baz cütü 0.34 nm məsafə ilə növbəti baza cütündən ayrılır və sarmalın hər bir dönüşü 3.4 nm -dir. Buna görə də, spiralın hər döngəsində 10 əsas cüt mövcuddur. DNT cüt sarmalının diametri 2 nm-dir və hər tərəfdə vahiddir. Yalnız bir purin və pirimidin arasındakı cütləşmə və iki DNT ipinin antiparalel istiqaməti vahid diametri izah edə bilər. İki ipin bir -birinin ətrafına bükülməsi vahid vahid aralıklı böyük və kiçik yivlərin əmələ gəlməsi ilə nəticələnir (Şəkil 14.7).

DNT Sıralama Texnikaları

1990 -cı illərə qədər DNT -nin sıralanması (DNT sırasının oxunması) nisbətən bahalı və uzun bir proses idi. Radio etiketli nukleotidlərin istifadəsi də təhlükəsizlik problemlərindən dolayı problemi daha da çətinləşdirdi. Hal -hazırda mövcud olan texnologiya və avtomatlaşdırılmış maşınlarla proses daha ucuz, daha təhlükəsiz və bir neçə saat ərzində tamamlana bilər. Fred Sanger, bu gün geniş istifadə olunan insan genomu sıralama layihəsi üçün istifadə edilən sıralama metodunu inkişaf etdirdi (Şəkil 14.8).

Öyrənməyə keçid

Sangerin işinin nəticəsi olan DNT ardıcıllıqla oxu texnikasını izah edən bir videoya baxmaq üçün bu saytı ziyarət edin.

Ardıcıllıq üsulu dideoksi zəncir sonlandırma üsulu olaraq bilinir. Metod zəncirvari terminatorların, dideoksinukleotidlərin (ddNTP) istifadəsinə əsaslanır. DdNTPSs, beş karbonlu şəkərdə sərbəst 3 'OH qrupunun olmaması ilə deoksinükleotidlərdən fərqlənir. Əgər artan bir DNA zəncirinə bir ddNTP əlavə olunarsa, başqa bir nükleotid əlavə etmək üçün lazım olan sərbəst 3 'OH qrupu mövcud olmadığı üçün zəncir daha uzadıla bilməz. Dezoksinükleotidlərin dideoksinükleotidlərə əvvəlcədən təyin edilmiş nisbətindən istifadə etməklə müxtəlif ölçülü DNT parçaları yaratmaq mümkündür.

Ardıcıllaşdırılacaq DNT nümunəsi denatürasiya olunur (yüksək temperaturda qızdırılaraq iki zəncirlə ayrılır). DNT, bir primer, DNT polimeraz və dörd nukleozid trifosfatın (A, T, G və C) əlavə olunduğu dörd boruya bölünür. Əlavə olaraq, hər bir boruya sırasıyla dörd dideoksinükleozid trifosfatdan birinin məhdud miqdarı (ddCTP, ddATP, ddGTP və ddTTP) əlavə edilir. Borular əlavə ddNTP -ə görə A, T, G və C olaraq etiketlənir. Aşkarlama məqsədləri üçün, dörd dideoksinükleotidin hər biri fərqli bir floresan etiketə malikdir. Zəncirin uzanması floresan dideoksi nukleotid daxil olana qədər davam edir və bundan sonra heç bir uzanma baş vermir. Reaksiya bitdikdən sonra elektroforez aparılır. Tək bir bazanın uzunluğunda bir fərq belə təsbit edilə bilər. Ardıcıllıq hər bir fraqmentin flüoresan markerini aşkar edən lazer skanerindən oxunur. Sanger DNT sıralaması üzərində etdiyi işlərə görə 1980 -ci ildə Kimya üzrə Nobel mükafatı aldı.

Öyrənməyə keçid

Sangerin genom sıralaması, insan genomlarını yüksək sürətlə və aşağı qiymətlə sıralamaq üçün bir yarışa səbəb oldu. Burada animasiyaya baxaraq daha çox məlumat əldə edin.

Gel elektroforezi, müxtəlif ölçülü DNT parçalarını ayırmaq üçün istifadə edilən bir texnikadır. Adətən gel adlanan bir kimyəvi maddədən hazırlanır agaroz (qalaktoza qalıqlarında yüksək olan dəniz yosunlarından çıxarılan polisaxarid polimeri). Agaroz tozu tampona əlavə edilir və qızdırılır. Soyuduqdan sonra gel məhlulu tökmə qabına tökülür. Gel qatılaşdıqdan sonra DNT gelə yüklənir və elektrik cərəyanı tətbiq olunur. DNT xalis mənfi yükə malikdir və mənfi elektroddan müsbət elektroda doğru hərəkət edir. Elektrik cərəyanı kifayət qədər müddət ərzində DNT-nin ölçüsünə görə ayrılması üçün tətbiq edilir ki, ən kiçik fraqmentlər quyudan (DNT-nin yükləndiyi yerdə) ən uzaqda olacaq və daha ağır molekulyar çəki fraqmentləri quyuya ən yaxın olacaq. DNT ayrıldıqdan sonra gel onu görmək üçün DNT-yə xas boya ilə boyanır (Şəkil 14.9).

Təkamül Əlaqəsi

Neandertal genomu: Biz necə əlaqəliyik?

Neandertal genomunun ilk qaralama ardıcıllığı bu yaxınlarda Richard E. Green et al. 2010-cu ildə. 1 Neandertallar indiki insanların ən yaxın atalarıdır. Təxminən 30.000 il əvvəl fosil qeydlərindən itməmişdən əvvəl Avropa və Qərbi Asiyada (və indi, bəlkə də Şimali Afrikada) yaşadıqları bilinirdi. Qrin qrupu dünyanın müxtəlif yerlərindən seçilmiş təxminən 40.000 illik fosil qalıqlarını araşdırdı. Sümüklərin kövrək təbiətinə və ağır mikrob çirklənməsinə görə nümunə hazırlamaq və DNT ardıcıllığı üçün son dərəcə mürəkkəb vasitələrdən istifadə edilmişdir. Tədqiqat zamanı alimlər təxminən dörd milyard baza cütünü ardıcıllıqla sıralaya biliblər. Neandertal ardıcıllığı dünyanın hər yerindən indiki insanların ardıcıllığı ilə müqayisə edildi. Ardıcıllıqları müqayisə etdikdən sonra, tədqiqatçılar Neandertal genomunun Afrikadakı insanlara nisbətən Afrikadan kənarda yaşayan insanlara nisbətən 2 ilə 3 faiz daha çox oxşarlığa malik olduğunu aşkar etdilər. Mövcud nəzəriyyələr bütün müasir insanların Afrikadakı kiçik bir əcdad populyasiyasına aid edilə biləcəyini irəli sürsə də, Neandertal genomundan əldə edilən məlumatlar neandertallarla erkən müasir insanlar arasında bəzi növ çarpışma olduğunu göstərir.

Qrin və onun həmkarları həmçinin Avropa və Asiyadakı insanlar arasında digər müasir insan ardıcıllıqlarından daha çox Neandertal ardıcıllığına bənzəyən DNT seqmentlərini kəşf etdilər. Başqa bir maraqlı müşahidə, neandertalların Çin və ya Fransadan olanlarla olduğu kimi Papua Yeni Qvineyadan olanlarla da yaxın qohum olması idi. Bu təəccüblüdür, çünki Neandertal fosil qalıqları yalnız Avropa və Qərbi Asiyada yerləşir. Çox güman ki, Avropalılar, Şərqi Asiyalılar və Papua Yeni Qvineyalıların fikir ayrılığından əvvəl müasir insanlar Afrikadan çıxdıqları üçün neandertallarla müasir insanlar arasında genetik mübadilə baş verib.

Müasir insanların təkamülü zamanı Neandertallardan bir neçə genin dəyişikliklərə uğradığı görünür. Bu genlər kəllə quruluşunda, maddələr mübadiləsində, dəri morfologiyasında və koqnitiv inkişafda iştirak edir. Xüsusi maraq doğuran genlərdən biridir RUNX2, müasir insanlarda və neandertallarda fərqlidir. Bu gen, Neandertallarda görkəmli frontal sümük, zəng formalı qabırğa və diş fərqlərindən məsuldur. Təkamül dəyişikliyinin olduğu ehtimal edilir RUNX2 müasir insanların mənşəyində əhəmiyyətli idi və bu kəllə sümüyünü və bədənin üst hissəsini təsir etdi.

Öyrənməyə keçid

Svante Päabonun 2011 -ci il illik TED (Texnologiya, Əyləncə, Dizayn) konfransında Neandertal genomu araşdırmasını izah edən söhbətinə baxın.

Hüceyrələrdə DNT qablaşdırması

Prokaryotlar bir çox xüsusiyyətlərinə görə eukaryotlardan daha sadədir (Şəkil 14.10). Əksər prokariotlarda sitoplazmanın xromosom adlanan hissəsində olan tək dairəvi xromosom var. nukleoid bölgə.

Vizual əlaqə

Ökaryotik hüceyrələrdə DNT və RNT sintezi zülal sintezindən ayrı bir bölmədə meydana gəlir. Prokaryotik hüceyrələrdə hər iki proses birlikdə baş verir. Proseslərin ayrılmasının hansı üstünlükləri ola bilər? Onların bir yerdə olmasının hansı üstünlükləri ola bilər?

Ən yaxşı öyrənilmiş prokaryotlardan birində genomun ölçüsü, E. coli, 4,6 milyon əsas cütdür (təxminən 1,1 mm, kəsilərək uzanırsa). Bəs bu kiçik bir bakteriya hüceyrəsinin içərisinə necə sığar? DNT supercoiling kimi tanınan şeylə bükülür. Supercoiling, DNT-nin normal rahat vəziyyətindən ya “altında” (10 baza cütü üçün spiralın bir dönüşündən az) və ya “aşırı sarılmış” (10 əsas cüt üçün 1 dönüşdən çox) olduğunu göstərir. Bəzi zülalların, super zülalların qurulmasında DNT girazası kimi digər zülalların və fermentlərin iştirak etdiyi bilinir.

Hər bir xromosomu xətti bir DNT molekulundan ibarət olan ökaryotlar, DNT -lərini nüvəyə yerləşdirmək üçün fərqli bir paketləmə strategiyasından istifadə edirlər (Şəkil 14.11). Ən əsas səviyyədə DNT olaraq bilinən zülalların ətrafına sarılır histonlar nukleosomlar adlanan strukturlar əmələ gətirir. Histonlar, əsas amin turşuları ilə zəngin olan və dörd fərqli histonun hər birinin iki molekulundan ibarət bir oktamer təşkil edən təkamüllə qorunmuş zülallardır. DNT (fosfat qrupları səbəbindən mənfi yüklü olduğunu unutmayın), histon nüvəsinin ətrafına sıx bir şəkildə sarılır. Bu nukleosom, a köməyi ilə bir sonrakı ilə əlaqələndirilir bağlayıcı DNT. Bu, həm də "simli muncuq" quruluşu kimi tanınır. Beşinci histonun köməyi ilə bir sıra nukleosomlar strukturun diametri olan 30 nm-lik lifə daha da sıxılır. Metafaza xromosomları iskele zülalları ilə birləşərək daha da sıxlaşır. Metafaza mərhələsində, xromosomlar ən kompakt, eni təxminən 700 nm -dir.

İnfazada ökaryotik xromosomların boyanma ilə fərqlənə bilən iki fərqli bölgəsi var. Sıx bağlanmış bölgə heterokromatin, daha az sıx bölgə isə evromatin kimi tanınır. Heterokromatin, ümumiyyətlə ifadə edilməyən genləri ehtiva edir və sentromer və telomer bölgələrində olur. Evromatin, ümumiyyətlə, nukleosomlar ətrafında paketlənmiş, lakin daha da sıxılmayan, transkripsiya olunan genləri ehtiva edir.

Dipnotlar

Amazon Associate olaraq biz uyğun alışlardan qazanırıq.

Bu kitaba istinad etmək, paylaşmaq və ya dəyişdirmək istəyirsiniz? Bu kitab Creative Commons Attribution License 4.0 -dir və OpenStax -ı əlaqələndirməlisiniz.

    Bu kitabın hamısını və ya bir hissəsini çap formatında yenidən paylayırsınızsa, hər bir fiziki səhifəyə aşağıdakı atributları daxil etməlisiniz:

  • Sitat yaratmaq üçün aşağıdakı məlumatdan istifadə edin. Bunun kimi sitat alətindən istifadə etməyi məsləhət görürük.
    • Müəlliflər: Mary Ann Clark, Matthew Douglas, Jung Choi
    • Nəşriyyat/veb saytı: OpenStax
    • Kitabın adı: Biologiya 2e
    • Yayımlanma tarixi: 28.03.2018
    • Yer: Houston, Texas
    • Kitabın URL-i: https://openstax.org/books/biology-2e/pages/1-introduction
    • Bölmə URL: https://openstax.org/books/biology-2e/pages/14-2-dna-structure-and-sequencing

    © 7 Yanvar 2021 OpenStax. OpenStax tərəfindən hazırlanan dərslik məzmunu Creative Commons Attribution License 4.0 lisenziyası ilə lisenziyalaşdırılmışdır. OpenStax adı, OpenStax loqotipi, OpenStax kitab örtükləri, OpenStax CNX adı və OpenStax CNX loqotipi Creative Commons lisenziyasına tabe deyil və Rice Universitetinin əvvəlcədən və açıq yazılı razılığı olmadan təkrar istehsal edilə bilməz.


    DNT-nin bir hissəsi nukleosomdan necə seçilir və açılır? - Biologiya

    Xromosom təşkilatı: Nukleosomlar

    Ökaryotik xromosomlar, DNT və zülalın supramolekulyar kompleksləridir. Hüceyrə dövrünün mərhələsindən asılı olaraq sıx şəkildə qurulmuş quruluşlardır. Hüceyrə bölünməsi və ya mitoz zamanı xromosom, adətən 'xromosom quruluşu' olaraq bilinən adi dörd budağa malik ən yüksək qablaşdırmaya malikdir. Hüceyrənin istirahət vəziyyətində xromatinin iki forması təsvir edilmişdir. Birincisi, heterokromatin, xromosomların sıx yığılmış forması və ikincisi euxromatin, hər 300 əsas cüt DNT üçün nukleosomlar adlanan aydın şəkildə görünən sferik hissəciklə daha az sıxlıq əmələ gəlir. Yalnız şəklində euxromatin gen ifadəsi əlaqələndirilmişdir. Paketləmə qaydaları, zülal-DNT qarşılıqlılığı və xromosom quruluşunun gen ifadəsi ilə necə əlaqəli olduğu müasir modelləri burada müzakirə ediləcək.

    Nukleosomun quruluşunu yaradan zülallara histonlar deyilir. H1 (H5), H2A, H2B H3 və H4 adlı beş əsas histon zülal sinifindən ibarət bir ailə meydana gətirirlər. Histonların amin turşuları, H1 (H5) -də olan mutasiyaların ən yüksək tezliyi ilə xromosom quruluşu və gen ifadəsinin idarə edilməsi üçün kritik funksiyasını göstərən təkamül zamanı yüksək dərəcədə qorunur. Bu histon növü nukleosom səthindəki nukleosom kompleksində xüsusi funksiyaya malikdir.

    Histon zülalları, əsasən Arg və Lys (9-30%) müsbət yüklü amin turşularının böyük bir hissəsi olan əsas zülallardır. Histonlar spesifik Arg, His, Lys, Ser və Thr qalıqlarının metilasiyası, asetilasiyası və fosforlaşması yolu ilə posttranslational olaraq dəyişdirilə bilər. H4 və H3 N-terminal uclarında K və R qalıqlarının asetilasyonu, histon zülallarının pozitiv yüklərini azaldır və 300 & Aring xromatin filamentində daha yüksək dərəcəli nukleosom qablaşdırmasını sabitləşdirir. Modifikasiya dərəcəsi növlərə, toxuma və hüceyrə dövrü mərhələsinə görə dəyişir. Histon genlərinin çox qorunan təbiəti kimyəvi modifikasiya və hüceyrənin enzimatik nəzarəti altında azalır. Aydındır ki, bu dəyişikliklər DNT -nin saxlanması və ifadəsinin nəzarətində xüsusi rol oynamalıdır. Niyə histon zülalları yüksək dərəcədə qorunur? Mümkün cavab budur ki, histon genlərindəki mutasiyalar posttranslational modifikasiyaya və deməli, xromosomların təşkilinə, DNT transkripsiyasına və replikasiyasına kritik təsir göstərir.

    Xromatində H2A, H2B, H3 və H4 histonlarının təxminən bərabər sayda molekulları var və H1-in yarısından çox deyil. Kromatin ibarətdir

    100Å diametrli hissəciklər, nukleosomlar adlanır, zülalsız DNT-nin nazik zəncirləri ilə bağlanır, yəni bağlayıcı DNT (elektron mikroskopiya). Bu, nukleazalar istifadə edərək zülalsız DNT -nin parçalanması ilə göstərilmişdir. Nukleozom hissəciklərindəki DNT, əksinə, histon zülalları ilə sıx əlaqədə olduğu üçün mikrokokal nukleaz aktivliyə qarşı qorunur. Hər bir hissəcik içərisində qorunan DNT uzunluğu təxminən 200 əsas cütdür. Hər bir nukleosomun nüvəsi, (H2A-H2B)-(H3-H4)-(H3-H4)-(H2A-H2B) alt biriminin stokiometriyası olan bir histon oktamerindən ibarətdir. 146 at gücündə bir DNT zənciri, sol əlli bir superhelixin 1.65 növbəsində histon oktamerinə bükülmüşdür. Birlikdə histonon oktamer və 146 bp DNT meydana gətirir nukleosomun əsas hissəciyi. Bütün əsas histonlar, hər tərəfdən bir döngə və daha qısa bir sarmal ilə əhatə olunmuş mərkəzi sarmalın ortaq bir qıvrımını meydana gətirirlər (Voet & ampVoet, Şəkil 33-7b). Nukleosomun H1 (bağlayıcı histon) möhürləri və ehtimal ki, gen ifadəsinin idarə olunmasından məsuldur (H1 -in bəzi alt tipləri olduqda, yəni H5, DNT replikasiyası inhibə edilir).

    Əsas hissəciyin supramolekulyar təbiəti nümayiş etdirilə bilər in vitro. Təmizlənmiş DNT bərabər miqdarda histonlarla qarışdırıldıqda, yerli nukleosomlara bənzər xromatin X-ray nümunəsi görülə bilər. Bu o deməkdir ki, əsas hissəcik öz-özünə yığılır in vitro duz konsentrasiyası yüksəkdirsə və histon konsentrasiyası diqqətlə idarə olunursa. Fizioloji şəraitdə, amma yenə də in vitro, histonlar bir-biri ilə qeyri-spesifik olaraq qarşılıqlı əlaqə quraraq çöküntüyə meyllidirlər. Bu yağıntının qarşısını almaq üçün hüceyrə nüvə kompleksinin formalaşmasına rəhbərlik edən asidik şaperon zülalını təmin edir. Bu şaperon proteini nukleoplazmin adlanır.

    Şəkil. Diskabənzər bir forma göstərən 2.8 angstrom qətnamədə nukleosom kristal quruluşu

    Qeyd: Sərbəst olaraq ortaya çıxan nizamsız strukturlar, H3 və H4-ün N terminal uclarıdır (Luger, 1997-dən)

    Nukleosom nüvə hissəciyinin (H2A, H2B, H3, H4 və 146pp DNT-ni ehtiva edən histon oktameri) yüksək dəqiqlikli rentgen strukturu 1997-ci ildə ifadə olunan rekombinant histon genlərindən istifadə etməklə həll edilmişdir. E. coli. Təmizlənmiş və qatlanmış histon zülalları histon oktamerinə yığılır və mövcud strukturun yerli nukleosom hissəcik strukturunu təmsil etdiyini fərz edərək 146 əsas cütdən ibarət zəruri əsas hissəcik DNT fraqmentini birləşdirir.

    - histon monomerləri a ilə təyin olunur üç sarmal domen, çağırdı histon qat, iki quruluşu olmayan quyruğu ilə

    - DNA, H3 təmas yerlərində nukleosoma girir və çıxır (hər giriş yerində 13bp)

    - hər histon dimer təxminən 30bp DNT-ni bağlayır

    - DNT-nin ikiqat sarmal strukturunda hər biri fərqli əyrilik nümayiş etdirən cəmi 14 əlaqə yeri var,

    - təmaslar, histonlarla DNT arasında cəmi 142 hidrogen bağı qarşılıqlı əlaqəsi vasitəsilə kiçik yivə baxan histon qatının döngələri (zülal onurğası) ilə hər 10,2 at/p-də baş verir.

    - fosfat onurğa sütunu əsas zəncir atomları ilə qarşılıqlı əlaqə qurur və histonların Arg qalıqları ilə qarşılıqlı əlaqə qurur.


    4. Nukleosom-nukleosom qablaşdırılması və gen ifadəsinin idarə edilməsi

    N-terminal uclarında asetilləşdirilə bilən çoxlu Lys və Arg qalıqları var. Bu N-terminal ucları nukleozomlararası təmaslar təmin etdiyindən, asetilasiya xromatin qablaşdırma dərəcəsini dəyişdirir. Asetilasiya artan transkripsiya fəaliyyəti ilə əlaqələndirilir. Molekulyar səviyyədə asetilləşmə N-terminal uclarında nüvə strukturundan çıxan (şəklə bax) və qonşu nukleosomlarda (H2A-H2B dimer səthi) qorunan mənfi yüklü bağlanma yerləri ilə qarşılıqlı əlaqədə olan müsbət yüklərin sayını azaldır. Asetilləşmə azaldır xromatinin yüksək səviyyəli quruluşu (euchromatini sabitləşdirir), beləliklə də gen ifrazat fəaliyyətini təşviq edir.

    Histonların gen ifadəsini idarə etmək üçün vacib olduğunu göstərən digər dəlillər, transkripsiya ilə məşğul olan zülallar və histonlar arasındakı oxşarlıqlardan qaynaqlanır. Son sübutlar göstərir ki, TBP ilə əlaqəli amillər (TBP-nin müzakirəsi üçün 3.2-ci bölməyə baxın) nukleosom nüvə hissəciyinin histonları ilə müəyyən oxşarlıq göstərən ardıcıllıqları ehtiva edir (van Holde və Zlatanova, 1996). Bu TAF-ların RNA polimeraz II üçün transkripsiya başlanğıc kompleksində histon nüvəsinə bənzər quruluşlar meydana gətirdiyi deyil, həm də heterotetramerlərdə N-terminal parçalardan əmələ gələn fərdi alt bölmələrin meydana gəldiyi göstərildi. Drosophila TAF -lar histon qatını qəbul edirlər. Tetramerin dördüncü quruluşu nukleosom nüvəsindəki H3-H4 tetramerinə bənzəyir. Histon zülalları ilə TAF -lar arasındakı struktur oxşarlıqlara əsaslanaraq, histon zülallarının TAF -lar kimi transkripsiyanın idarə olunmasında iştirak edə biləcəyi irəli sürülmüşdür.

    Şəkil. TAF (solda) və H3-H4 dimerlərinin strukturları (sağda)

    van Holde və Zlatanovadan, 1996

    Protein - DNT qarşılıqlı təsiri: Transkripsiya faktorları

    Nuklein turşuları genetik məlumatların saxlandığı yerdir və bu məlumat əldə edilə bilən və miras alınmalıdır. Gen ifadəsinin tənzimlənməsi və genomun təkrarlanması genetik planın həyat mexanizminə - zülallara "tərcüməsi"ni təmin edən mərkəzi mexanizmlərdir. Nuklein turşularının saxlanması, çoxalması və transkripsiyası üçün zülallara ehtiyacı var. Transkripsiya və replikasiyanın spesifikliyi zülal strukturları ilə nuklein turşusu strukturları arasındakı molekulyar səviyyədə tanınmağı tələb edir. Genetik kod oxunaqlı olmalıdır. Kodun oxunması, amin turşuları ilə nuklein turşuları arasında konformativ olaraq spesifik bir qarşılıqlı təsirdir. İştirak edən makromolekulların səth xüsusiyyətləri tanınma prosesində əsas açardır. Elektrostatik qarşılıqlı təsir, hidrogen bağlama qabiliyyəti və hidrofob təsirlər vacibdir. Səth profillərindəki tamamlama, spesifikliyi təmin edən əsas mexanizmdir. Burada DNT-nin ikiqat spiral strukturlarını tanıyan bir neçə seçilmiş protein sistemini müzakirə edirik. İkiqat sarmaldakı əsas cütlərin ardıcıllığı, ikiqat sarmalın lokal konformasiyasını - ribozofosfat bel sümüyünü və sarmalın kiçik və böyük yivlərinin ölçülərini göstərir.

    DNT-ni bağlayan və replikasiya və ya transkripsiyada iştirak edən zülallar bunu ardıcıllıqla xüsusi bir şəkildə edir. Transkripsiya faktorları aktiv olduqda dimerlərdir, yəni dimerləşmə zamanı DNT-yə bağlanır və monomerik formada qeyri-aktivdirlər. Dimerizasiya, transkripsiya faktorunun fəaliyyətinə nəzarət edən tənzimləyici mexanizmdir. Əksər DNT bağlayıcı zülalların 3 ümumi xüsusiyyəti var: - əsas yiv zülalların a -helices vasitəsi ilə bağlandığı yerdir, əsas oluğun ölçüləri 12 & Aring genişliyində və 8 & Aring dərinliyindədir.

    - the kiçik yiv B -DNA 5 və Aring genişliyində, 8 və Aring dərinliyindədir və ümumiyyətlə bütün bir helicesə sığmayacaq qədər dardır, lakin TATA qutusu bağlayan zülalların b -təbəqə strukturları tərəfindən tanınır.

    - ümumiyyətlə ardıcıl olaraq xüsusi DNT bağlayan zülallar əsas cütləri pozmayın DNT, ancaq cüt sarmalı bükərək onurğa quruluşunu təhrif edir

    2. Sarmal-dönüş-sarmal motifi (prokaryotik sistemlər)

    Helix-turn-spiral motifi, prokaryotlarda ümumi DNT tanıma motividir (Voet & ampVoet, Şəkil 29-22b). Motiv kalmodulində təsvir olunan EF əlinə bənzəyir. F-sarmal tanınma sarmaldır və yan zəncirlər bağlama xüsusiyyətini verir. Bəzən eyni ardıcıllıq üçün birdən çox protein rəqabət aparır. Nümunə olaraq, repressorların və aktivatorların transkripsiyaya təsir etdiyi l, P22 və 434 bakteriofaqlarına xidmət edir. Onlar eyni DNT fraqmentini tanıya bilirlər. Faq 434 cI repressor (Voet&Voet, şək. 29-23) və cro (Voet & ampVoet, Şəkil 29-24) göstərilmişdir in vitro eyni 20bp DNT fraqmentinə bağlanmaq. X-şüaları kristalloqrafiyası ilə müəyyən edilən iki yaxın, lakin eyni olmayan strukturlar tərəfindən vizuallaşdırılan fərqli bağlanma qarşılıqlı təsirinə malikdirlər. Eyni ardıcıllığa və ya D-konformasiyasına olan yaxınlıqları sırasıyla H-bağları, duz körpüləri və Van der Waals qarşılıqlı təsirləri ilə fərqlənir. The nisbi konsentrasiyalar bütün zülallara görə, hansının çox vaxt bağlayıcı elementə bağlı olduğunu təyin edir və bu da polimerazın DNT -yə bağlanmasına təsir edir və transkripsiyanın hansı istiqamətdə baş verəcəyini təyin edir. Bütün DNT bağlayan zülalların nisbəti, söz mövzusu DNT ardıcıllığı tərəfindən idarə olunan transkripsiya sürətini təyin edir.

    3. Lösin fermuar (Ökaryotik transkripsiya faktorları)

    In some transcription factors the dimer binding site with the DNA forms a so called leucine zipper. This motif consists of two amphipathic helices, one from each subunit, interacting with each other resulting in a left handed coiled-coil super secondary structure (Voet&Voet, Fig. 33-56). The leucine zipper is a interdigitation of regularly spaced leucine residues in one helix with leucines from the adjacent helix. Mostly the helices involved in leucine zippers exhibit a heptad sequence (abcdefg) with residues ad being hydrophobic and all others hydrophilic. Leucine zipper motifs can mediate either homo- və ya heterodimer formation. Note that the leucine zipper motif itself is yox the DNA binding part of the helices.

    Fig. Helical wheel representation of heptad sequence found in leucine zipper motif

    Heptad sequence a to g has a Leu at position d and Met, Val, or Asn at position a enabling a hydrophobic interaction at the helix-helix interface.

    Fig. Structure of a leucine zipper - DNA complex (from Glover and Harrison, 1995)

    4. Zn-finger proteins (Eukaryotic transcription factors)

    Some eukaryotic transcription factors showed a unique motif called a Zn-finger where a Zn ++ ion is coordinated by 2 Cys and 2 His residues (Voet&Voet, Fig. 33-52). The transcription factor consists of a trimer with the stoichiometry bb ' a . The apparent effect of the Zn ++ coordination is the stabilization of a small loop structure instead of hydrophobic core residues. Each Zn-finger interacts in a conformationally identical manner with successive triple base pair segments in the major groove of the double helix. The protein-DNA interaction is determined by two factors: (i) H-bonding interaction between a -helix and DNA segment, mostly between Arg residues and Guanine bases. (ii) H-bonding interaction with the DNA phosphate backbone, mostly with Arg and His. An alternative Zn-finger motif chelates the Zn ++ with 6 Cys (Voet&Voet, Fig. 33-55). Note that in all cases the Zn ++ does not itself participate in binding interaction.

    Fig. Zn-finger peptide undergoes folding transition upon metal binding

    Spheres at either end of peptide are fluorescence markers that are used to monitor folding fluorescence-resonance-energy transfer. To view a structure use the estrogen receptor Zn-finger structure, protein database accession number 1HCQ (from Hellinga&Marvin, 1998) 5. TATA box binding protein (TBP)


    Epigenetics of Cancer Metastasis

    The metastasis of cancer refers to the spread of the original (primary) tumor to a distant location in the body. Metastasis is a multi-step process: the cells must separate from the primary tumor , travel through the body to a new site through blood vessels or lymph vessels, reach a distant location, and then finally colonize the distant location to form a secondary tumor.17 Proteins have been identified that work to block cancer spread. These metastasis suppressors, which can inhibit any step of the process of metastasis. Metastatic cancer cells have been shown to epigenetically silence metastasis suppressors, often by hypermethylating these genes.18

    The reasons why cancer cells metastasize is still not completely understood. Comparisons of the DNA sequences from metastatic cells and primary tumor cells were not always able to identify DNA sequence changes that could explain the difference between the cells. In 2017, researchers found an epigenetic basis for metastasis in at least one experimental model. This study examined pancreatic cancer cells from diseased patients and found that there were significant changes in the epigenome of metastatic cells, particular epigenetic changes that affected genes involved in cell migration.19


    Müəllif məlumatı

    Guan-Zheng Luo and Ziyang Hao contributed equally to this work.

    Əlaqələr

    The State Key Laboratory of Biocontrol, MOE Key Laboratory of Gene Function and Regulation, School of Life Sciences, Sun Yat-sen University, Guangzhou, 510060, China

    Department of Chemistry, Department of Biochemistry and Molecular Biology, and Institute for Biophysical Dynamics, The University of Chicago, 929 East 57th Street, Chicago, IL, 60637, USA

    Guan-Zheng Luo, Ziyang Hao, Liangzhi Luo, Zijie Zhang, Xiaocheng Weng, Kai Chen & Chuan He

    Howard Hughes Medical Institute, The University of Chicago, 929 East 57th Street, Chicago, IL, 60637, USA

    Guan-Zheng Luo, Ziyang Hao, Liangzhi Luo, Zijie Zhang, Xiaocheng Weng, Kai Chen & Chuan He

    Key Laboratory of Green Pesticide and Agricultural Bioengineering, Ministry of Education, Guizhou University, Guiyang, 550025, China

    Graduate Program in Biophysics, Department of Chemistry and Theoretical Chemistry Institute, University of Wisconsin, Madison, 1101 Univ. Ave., Madison, WI, 53706, USA

    Mingren Shen, Yuqing Zheng & Qiang Cui

    Department of Molecular Genetics and Cell Biology, The University of Chicago, 920 East 58th Street, Chicago, IL, 60637, USA


    Bölmə Xülasəsi

    DNA replicates by a yarı mühafizəkar method in which each of the two parental DNA strands act as a template for new DNA to be synthesized. After replication, each DNA has one parental or “old” strand, and one daughter or “new” strand.

    Replication in eukaryotes starts at multiple origins of replication, while replication in prokaryotes starts from a single origin of replication. The DNA is opened with enzymes, resulting in the formation of the replication fork. Primase synthesizes an RNA primer to initiate synthesis by DNA polymerase, which can add nucleotides in only one direction. Bir ip, təkrar çəngəl istiqamətində davamlı olaraq sintez edilir, buna aparıcı ip deyilir. Digər iplik, Okazaki parçaları olaraq bilinən DNT -nin qısa hissələrində, replikasiya çəngəlindən uzaq bir istiqamətdə sintez olunur. Bu iplik geridə qalan ip kimi tanınır. Once replication is completed, the RNA primers are replaced by DNA nucleotides and the DNA is sealed with DNA ligase.

    The ends of eukaryotic chromosomes pose a problem, as polymerase is unable to extend them without a primer. Telomerase, an enzyme with an inbuilt RNA template, extends the ends by copying the RNA template and extending one end of the chromosome. DNT polimeraza daha sonra primerdən istifadə edərək DNT-ni genişləndirə bilər. Bu şəkildə xromosomların ucları qorunur. Cells have mechanisms for repairing DNA when it becomes damaged or errors are made in replication. These mechanisms include mismatch repair to replace nucleotides that are paired with a non-complementary base and nucleotide excision repair, which removes bases that are damaged such as thymine dimers.

    Məşqlər

    Lüğət

    DNA ligase: the enzyme that catalyzes the joining of DNA fragments together

    DNA polymerase: an enzyme that synthesizes a new strand of DNA complementary to a template strand

    helicase: an enzyme that helps to open up the DNA helix during DNA replication by breaking the hydrogen bonds

    lagging strand: during replication of the 3′ to 5′ strand, the strand that is replicated in short fragments and away from the replication fork

    leading strand: the strand that is synthesized continuously in the 5′ to 3′ direction that is synthesized in the direction of the replication fork

    uyğunsuzluq təmiri: a form of DNA repair in which non-complementary nucleotides are recognized, excised, and replaced with correct nucleotides

    mutasiya: a permanent variation in the nucleotide sequence of a genome

    nukleotidlərin çıxarılması təmiri: a form of DNA repair in which the DNA molecule is unwound and separated in the region of the nucleotide damage, the damaged nucleotides are removed and replaced with new nucleotides using the complementary strand, and the DNA strand is resealed and allowed to rejoin its complement

    Okazaki fragments: the DNA fragments that are synthesized in short stretches on the lagging strand
    primer: a short stretch of RNA nucleotides that is required to initiate replication and allow DNA polymerase to bind and begin replication

    replication fork: the Y-shaped structure formed during the initiation of replication

    semiconservative replication: the method used to replicate DNA in which the double-stranded molecule is separated and each strand acts as a template for a new strand to be synthesized, so the resulting DNA molecules are composed of one new strand of nucleotides and one old strand of nucleotides

    telomerase: an enzyme that contains a catalytic part and an inbuilt RNA template it functions to maintain telomeres at chromosome ends

    telomere: the DNA at the end of linear chromosomes


    Videoya baxın: DNT-dən RNT sintezi və zülal əmələ gəlməsi. Azərbaycan Tibb Universiteti (Noyabr 2022).