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