10.11:

10.11: Kombinatorische Genkontrolle

Combinatorial Gene Control

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Molecular Biology

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Combinatorial Gene Control

10.10: Eukaryotic Transcription Inhibitors

10.12: Induced Pluripotent Stem Cells

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02:33 min

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November 23, 2020

Overview

Combinatorial gene control is the synergistic action of several transcriptional factors to regulate the expression of a single gene. The absence of one or more of these factors may lead to a significant difference in the level of gene expression or repression.

The expression of more than 30,000 genes is controlled by approximately 2000-3000 transcription factors. This is possible because a single transcription factor can recognize more than one regulatory sequence. The specificity in gene expression occurs through these proteins working with each other in various combinations to regulate the expression of different genes.

Combinatorial gene control occurs through several different mechanisms. In yeast, three different mechanisms have been described. In the waiting-activating system, all of the transcription factors required to regulate the expression of a gene bind to the DNA and only activate transcription when they receive a signal. For example, transcription factors that regulate genes needed in the late G1 phase of the cell cycle bind to the regulatory site of their target genes in early G1. However, they induce transcription only when a cyclin-protein kinase is activated in the late G1 phase.

In joint-phase combinatorial control, the transcription factors required primarily for a particular phase of the cell cycle remain attached to the regulatory sequence throughout the cell cycle and participate cooperatively in the regulation of genes during other phases. For example, SBF and Fkh2 are two transcription factors that are primarily involved in the regulation of genes that need to be expressed in G1 and G2 phases respectively. However, certain essential genes that need to be expressed in S-phase are also regulated by the combined action of SBF and Fkh2.

The joint-process combination involves the use of a single transcription factor aided by different combinations of other transcription factors for the regulation of different cellular processes. For example, transcription factors that regulate the expression of genes needed in the G1 phase of the cell cycle, also participate in the regulation of genes required for the mating process in association with a different set of regulators.

Transcript

Die Expression der meisten Gene wird durch mehr als einen Transkriptionsfaktor reguliert, wobei viele Gene mit unterschiedlichen Kombinationen von Proteinen ein- oder ausgeschaltet werden. Diese kombinatorische Genkontrolle ermöglicht es Eukaryoten, die Transkription präzise zu steuern.

Die kombinatorische Genkontrolle kann regulieren, ob ein Gen transkribiert wird, sowie seine transkriptionelle Effizienz. Betrachten Sie drei Transkriptionsfaktoren, A, B und C, die die Transkription eines Gens, X, beeinflussen.

Wenn A fehlt, wird Gen X nicht transkribiert. Wenn C nicht vorhanden ist, wird Gen X nicht transkribiert. Und wenn B nicht vorhanden ist, nimmt die Transkriptionseffizienz ab. Daher ist die Kombination aller drei Regulatoren für ein hohes Maß an Transkription von Gen X notwendig.

Ein Transkriptionsregulator kann an der Regulation mehrerer Gene beteiligt sein. A zusammen mit B und C bewirken die Transkription von Gen X, aber A zusammen mit einem anderen Transkriptionsfaktor, D, kann die Transkription eines anderen Gens, Y, stimulieren. Dadurch können einige wenige Transkriptionsfaktoren eine große Anzahl von Genen regulieren.

Transkriptionsfaktoren werden in verschiedene Familien eingeteilt und können synergistisch wirken, entweder mit anderen Proteinen aus derselben Familie oder mit solchen aus verschiedenen Familien.

Transkriptionsfaktoren, die zur Familie der POU gehören, regulieren Gene mit einer Vielzahl von Funktionen, die von der Haushaltsführung bis zur Zelldifferenzierung reichen. Allerdings gibt es in dieser Familie nur sehr wenige Proteine, beim Menschen sind es nur fünfzehn.

Ihre Fähigkeit, ihre vielfältigen Funktionen zu erfüllen, hängt von ihrer Koordination mit anderen Transkriptionsfaktoren aus verschiedenen Familien ab.

Die kombinatorische Genkontrolle ist für die in vitro Reprogrammierung differenzierter Zellen notwendig. Die Expression der Transkriptionsfaktoren Oct-4, Sox-2, Klf-4 und c-Myc in somatischen Zellen kann die Umwandlung in Stammzellen auslösen.

Die Reprogrammierung findet in Abwesenheit eines der ersten 3 Proteine nicht statt, und die Abwesenheit von c-Myc führt zu einer Reprogrammierung mit geringer Effizienz. Die kombinatorische Kontrolle aller vier Faktoren ist für die Bildung von induzierten pluripotenten Stammzellen notwendig.

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Tags

Kombinatorische Genkontrolle Transkriptionsfaktoren Genregulation Transkriptionseffizienz Transkriptionsregulatoren Gentranskription synergistische Funktion POU-Familie Proteinfamilien