Rainer de Martin Prinzipien der Transkriptionsregulation Strukturmerkmale von

Rainer de. Martin: Prinzipien der Transkriptionsregulation Strukturmerkmale von Transkriptionsfaktoren Basismechanismen der Transkriptionsregulation NFk. B Erhard Hofer Überblick Hauptsignalkaskaden Rezeptor-Kern spezielle Beispiele: T Zellrezeptor Regulation von Signalkaskaden/Transkriptionsfaktoren durch proteolytische Spaltungen: WNT, HEDGEHOG, NOTCH (Embryonalentwicklung, adulte Stammzellen) Kernimport, -export Chromatin Ausgewählte Beispiele Transkriptionsfaktoren CREB, SRF, NFAT, SMAD

Signalwege Rezeptor A-Cyclase PLC Ras Transkriptionsfaktoren SMAD STAT IKKK SMAD/Co-SMAD c. AMP PKA NFAT / NFk. B SRF STAT SMAD

Oberflächenrezeptoren assoziiert mit Enzymen (Rezeptoren ohne eigene Enzymaktivität, welche mit Enzymen assoziieren direkt oder über Adaptoren) Beispiel 3 Antigenrezeptor der T Lymphocyten

Im T Zellrezeptorkomplex sind die Funktionen Ligandenbindung, Tyrosinkinase und P-Tyr-Andockstellen auf verschiedenen Proteinketten

Regulation von Transkriptionsfaktoren durch proteolytische Spaltung

WNT Signalweg Sezerniertes Signalpeptid, wichtig in Embryonalentwicklung Mutationen in Proteinen des Signalweges häufig bei Krebs Beispiel 4 a Wnt Wingless (Drosophila) Int-1 (Brustkrebs-Onkogen) (experimentell detektiert durch Virus Integration) Im Signalweg: APC (adenomoteous polyposis coli) mutiert in Adenoma des Dickdarms und 80 % der Dickdarmkrebsfälle induziert myc Gen Wachstum und Proliferation

b-Catenin Signalweg: ohne Signal: b-catenin wird laufend phosphoryliert, ubiquitinyliert, in Proteasomen abgebaut Wnt-Signal: Kinase wird inhibiert, unphosphoryliertes b-Catenin geht in Kern, aktiviert Transkription durch Verdrängung eines Korepressors (LDL rceptor related protein) (Signaling protein) Phosphorylierung, Ubiquitinylierung, Abbau im Proteasom (Corepressor) (b-Catenin Coaktivator)

Komponenten des WNT Signalweges z. B wichtig für Erhaltung der Stammzell-Population im Magen/Darm Trakt, Überaktivierung durch APC Mutation - Krebs

Beispiel notch hedgehog 4 b Embryonalentwicklung z. B. Nervenzellen Drosophila, Delta auf Nervenzelle signalisiert der Nachbarzelle kein Neuron zu werden, Peptid geht in Kern und konvertiert CSL von Repressor zu Aktivator

Beispiel 4 c notch hedgehog e. g. WNT

Kernimport / -export

Transport des Transkriptionsfaktors NFAT in den Kern

Kernmembran: Doppelmembran mit Kernporen

26 nm

Kernporenkomplex innere Seite

Das Kernlokalisierungssignal ist eine basische Aminosäurensequenz Modell des Kernimports vermittelt durch das kleine G-protein Ran

Ran-GDP: im Zytosol Ran-GTP: im Kern GAP: GTPase aktivierendes Protein GEF: Guanin-Nukleotid Exchange Faktor

Modell des Kermimports und Kernexports

Beispiel 9

CREB, SRF, JUN/FOS, NFAT, SMAD

Genregulation durch 7 TM Rezeptoren und PKA

Genregulation durch PKA CREB gebunden an CRE wird durch PKA phosphoryliert, aktiviert Transkription ohne Effekt auf DNA Bindung

Die phosphorylierte MAPK ERK wird in den Kern transportiert und phosphoryliert dort den Transkriptionsfaktor TCF ERK: extracellular signal regulated kinase TCF: ternary complex factor SRF: serum response factor SRE: serum response element (DNA Bindungssequenz für TCF und SRF im Promoter verschiedener Gene) Gene für Zellzyklus/ Proliferation early response genes, c-fos

Ca++ Signalweg - Genregulation die Phosphatase Calcineurin dephosphoryliert NFAT transloziert in den Kern NFAT= Transkriptinsfaktor (nuclear factor activated T cell) P I Ca++ NFAT Calmodulin Calcineurin P Kern

TGF-b Rezeptor Signale

Transport der phosphorylierten SMADs in den Kern

CHROMATIN

Zusammenfassung Interphase Metaphase

Eigenschaften von Insulatorelementen Modellvorstellung

Änderung der Chromatinstruktur durch Aktivatorproteine

CHROMATIN NUKLEOSOM HAT Ac DNA HDAC Ac KONDENSIERTES CHROMATIN LOCKERES CHROMATIN KEINE TRANSKRIPTION TRANKRIPTION Z. B. HETEROCHROMATIN Z. B. EUCHROMATIN HAT = HISTONAZETYLTRANSFERASE AKTIVATOR DER TRANSKRIPTION HDAC = HISTONDAZETYLASE REPRESSOR DER TRANSKRIPTION GENEXCS 18

REGULATION DER TRANSKRIPTION DURCH VERÄNDERUNG DER CHROMATINSTRUKTUR REPRIMIERUNG Repressor HDAC X ZIELGEN kondensiertes Chromatin AKTIVIERUNG Aktivator Y Z A HAT zugängliches Chromatin GENEXCS 19 ZIELGEN

Genregulationsproteine bilden häufig Komplexe

Mediator DNA Looping

Genexpression