Genregulatorische Netzwerke Andreas Moll
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GenregulatorischeNetzwerke
Andreas Moll
Der lange Weg von der DNA zum Protein
Bestandteile von regulatorischen Netzwerken
•Transkription
•Splicing
•Translation
•Enyzm-Aktivität
•Protein-Abbau
•Transport
•Extrazelluläre Einflüsse
Komplexizität von Netzwerken
Ausdehnung von Netzwerken
Ausdehnung von Netzwerken:• Organelle• Zelle• Gewebe• Organ• Organismus
Diffusion und aktive Transporte durch Membranen zwischen Kompartementen erschweren das Verständis eines Netzwerkes.
Transkription
Transkriptions-Faktor Bindestellen (Transkriptions-Elemente TE)
Erst durch das Binden von TF wird die Transkription ermöglicht.
Es gibt zwei Arten von TF:•generelle TF = GTF z.B. Polymerase, Abstandshalter•regulatorische TF = RTF (sequenzspezifisch)
Generelle TF binden meist nicht an der DNA selbst, sondern an anderen RTF.
Die gebundenen TF definieren den Zustand eines TE.
In bestimmten Zuständen kann die Transkription starten.
Transkriptionsfaktoren (TF)
ATGCGTGAATGT.......................AGGCACGCDATGA
TGACGCA CACGTG GGGCGG CCAAT TATA ATG TGAExon Intron ExonPromotor
Transkription
Transkriptionsfaktoren (TF)
ATGCGTGAATGT.......................AGGCACGCDATGA
TGACGCA CACGTG GGGCGG CCAAT TATA ATG TGAExon Intron ExonPromotor
Die einzelnen Zustände der TE bestimmen den Gesamtzustand des Promotors. Dadurch kann der Promotor u.U. sehr viele verschiedene Zustände annehmen.
Chemische Reaktionen (z.B. Bindungen, Spaltungen, Modifikationen) bilden dabei die Übergänge zwischen den Zuständen.
Zur kompletten Modellierung muß eine Datenstruktur gefunden werden, die alle Zustände und möglichen Übergänge beschreiben kann.
Am besten eignet sich dazu ein Graph:Knoten = ZuständeKanten = Blätter
Stufenweiser Aufbau des Transkriptosoms
Transkription: Wirkung aus der Ferne
BendingBending
einfache Regelmechanismen
negative Substrat-Induktion
Beteiligte Enyzme:-Beta-Galactosidase-Lactose Permease-Thiogalactoside transacetylase
negative Substrat-Induktion
positive Substrat-Induktion
Das Lactose-Operon
einfache Regelkreise
Verlaufsformen oszillierender Schwingungen
Signalkaskaden: MAP-Kinase
Signalkaskaden: Proteinkinase K
Signalkaskaden: c-fos
NFkB-Signaltransduktion
Modell 1: Petrinetz
Modell 2: Differentialgleichungen
Histon
Nucleosom
DNA-Tertiärstruktur
Chromatin-Struktur
De/Acetylierung der Histone
Modifikationen an DNA und Histonen
1. Möglichkeiten der Histon-Modifikationen- Acetylierung /Deacetylierung- Phosphorylierung- Methylierung2. Methylierung der Cytosine
Diese Modifikationen verändern die Bindungsfähigkeit von Transkriptionsfaktoren durch:
-Direkte Wechselwirkung (z.B. Ladungsverteilung)
-Änderung der Sekundär- und Tertiärstruktur der DNA
Epigenetik: Änderung der Nutzung genetischen Materials, teilweise vererbbar.
Links
Modelle von genregulatorischen Netzwerken
Generegulation
Genenet
Using Artificial Genomes to model Genetic Networks
Petrinetze