Differentieret genekspression - AKB...hanner ét X- og ét Y-kromosom. - I modsætning til Y-kromosomet koder X-kromosomet for tusinder af essentielle gener. - Selvom hunner har to

1

Differentieret genekspression

Hvordan fås differentieret genekspressionudfra samme genrepertoire ?

• Differentieret gentranskription

• Selektiv RNA processering i kernen

• Selektiv mRNA translation

• Posttranslational modifikation

(DNA-methylering, dosage compensation)

2

DNA-methylering• Primær transkriptional regulationsmekanisme i

vertebrater. • Stabiliserer gentranskriptionsmønstret.• 5-methylcytosin hindrer transkriptionsfaktorer i at

binde (d.v. s. inaktiverer genekspression).• DNA-methylering er en betydelig del af

differentieringsprocessen. • Mekanisme bag ”genomic imprinting”: Kun ægcelle-

deriveret eller spermcelle-deriveret allel aktivt i det tidlige embryon for > 75 geners vedkommende.

DNA-methylering

3

Differentieret og DNA-methyleretkerne indsat i ægcelle

Inner cell mass ej DNA-methyleret

Ved kloning af pattedyr skal ægcytoplasma enten fjerne eller overhøremethyleringsmønster i indsat kerne => <5% succesrate ?

Dosage compensation- I Drosophila og pattedyr har hunner to X-kromosomer,

hanner ét X- og ét Y-kromosom.

- I modsætning til Y-kromosomet koder X-kromosomet for tusinder af essentielle gener.

- Selvom hunner har to X-kromosomer, findes der nogenlunde lige mange X-kromosom genprodukter i hunner og hanner.

- Mekanismen, der udligner den potentielle forskel på XX og XY-celler kaldes dosage compensation.

4

Dosage compensation i Drosophila:

Hunner: Begge X-kromosomer er aktive.

Hanner: Der transkriberes tilsvarende større mængde RNA

fra X-kromosomet. Acetylering af nukleosomer bevirker

lettere tilgang for RNA-polymeraser til promotorer.

Dosage compensation i pattedyr:

- Som udgangspunkt er begge X-kromosomer aktive.

- Inaktivering er tilfældig, d.v.s. nogle gange er det X’et fra moderen, andre gange X’et fra faderen, der inaktiveres. (OBS! I trofoblasten hos mus fortrinsvis X-kromosomet fra faderen inaktivt)

- Processen er irreversibel.

- Kromatinet i det inaktive X-kromosom er omdannet til heterokromatin: kondenseret i det meste af cellecyklus, og optræder som Barr body.

5

6

X Chromosome Inactivation in Mammals

Clone Produced by Somatic Nuclear Transfer

Pigmentering bestemmes af X-kromosom inaktiveringsmønster

Klon Ophav

7

Am. J. Pathol., Petersen et al. 2003

Methylering af HpaII og HhaI sites i det første exon af human androgen receptor locus korrelerer med X-kromosom inaktiverings-mønster.

HUMARA (human androgen receptor assay):

Hvordan fås differentieret gen-ekspression udfra samme genrepertoire ?





(translokation og differential splejsning)

8

Regulation på transkriptionsniveau

• Det primære transkript (hnRNA) -> mRNA

• Translokation fra kerne til cytoplasma

• Differential splejsning

Roles of Differential RNA Processing During Development

9



• Selektiv RNA processering i kernen• Selektiv mRNA translation


(mRNA stabilitet/levetid; mRNA lokalisation, mikroRNA)

Degradation of Casein mRNA in the Presence and Absence of Prolactin

10

Eksempel på translational kontrol:

Oocyter danner og lagrer mRNA, som først tages i brug

efter fertilisering.

Opretholdelse af normal delingshastighed og –kontrol i

den tidligste udvikling kræver hos nogle arter (f. eks.

Drosophila og søpindsvin) ikke tilstedeværelse af kerne,

men fortsat proteinsyntese fra lagret (maternalt) mRNA.

a

11

Selektiv translation: mikroRNA

Beskrevet første gang i C. elegans i 1993:Transcript fra lin-4 binder 3’UTR af lin-14, d. v. s. endogen RNA interference.

21-24-nt non-coding RNA danner partiel duplex med 3’UTR i target mRNA v.h.a. RISC.

Ekspressionsprofil af miRNAs forskellig mellem fysiologisk normal og ”syg”tilstand.

Terapi: Hæmning af ”slemme” miRNAeller ekspression af ”gode” miRNA.

Problemer: Én miRNA mange targets, delivery og design af ”magic bullet”.

MicroRNA in disease and potential therapeutic applications, Mol. Ther., Sept. 18, 2007

12






13

Celle-celle kommunikation


• Induktion og kompetence

• Reciprocitet (gensidighed)

• Epitelial-mesenkymal interaktion

14

Induktion og kompetence

Induktion kræver mindst to komponenter:en inducer og en responder

Evnen til at respondere på induktion kræver kompetence (kompetencefaktor)

Ectodermal Competence and the Ability to Respond to the Optic Vesicle Inducer in Xenopus

15

Induction of Optic and Nasal Structures by the Competence Factor Pax6 in the Rat Embryo

Pax6 protein er nødvendig for ektodermskompetence til at respondere på induktion fra optisk vesikel.

Men hvilken af de to komponenter er defekt ?

16

Recombination Experiments with Pax6-Deficient Rats

Pax6 nødvendig for responder (ektoderm), men ej for inducer (optisk vesikel)





17

ReciprocitetEksempel:

1. Optisk vesikel inducerer ektoderm til at respondere med linsedannelse.

2. Faktorer secerneret fra linsen inducerer den optiskevesikel til at danne optisk kop, hvoraf dele differentie-rer til pigmenteret retina og neural retina.





18

Regional Specificity of Induction in the Chick

19

Eksperiment (Kollar & Fisher 1980):

Epitel fra kæben af 5d kyllingeembryo

rekombineret med molar mesenkym fra

16-18d museembryoner.

Vævsrekombinanter inkuberes i mus.

Resultat:Kyllingetænder

Epitelial-mesenkymal interaktion

D. v. s. kyllingeepitel, som ikke har dannet tænder i 100 mio år har opretholdtevnen til at respondere på inducer (mesenkym).

Image by Erica P. Johnson; original photo ©2001 Eric L. Carlson

20

Ekstracellulære matriks komponenter

Fibronektin

Fibronectin in Xenopus during gastrulation, movement of mesoderm

21

The Binding of Cytoskeleton to the Extracellular Matrix Through the Integrin Molecule

22

Basalmembran

ECM som kilde til udviklingssignaler

23

ECM som kilde til udviklingssignaler

Differentieret genekspression udfra samme genrepertoire opnås ved:





(DNA-methylering, dosage compensation)

(translokation og differential splejsning)

(mRNA stabilitet/levetid; mRNA lokalisation; mikroRNA)

24

Celle-celle kommunikation omfatter:




• Induktion og opretholdelse af udvikling og

differentiering gennem løbende signalering og

interaktion med ECM

Documents

Differentieret genekspression - AKB...hanner ét X- og ét Y-kromosom. - I modsætning til Y-kromosomet koder X-kromosomet for tusinder af essentielle gener. - Selvom hunner har to