Regulacja ekspresji genów u 

prokariota

Co 

pozwala 

komórkom 

na 

pełnienie 

przez 

nie 

specyficznych funkcji?

Co powoduje, że komórki różnią się między sobą?

Funkcje,  jakie  pełnią  komórki  i  właściwości  jakie 
posiadają, są zdeterminowane 

białkami

 jakie je tworzą.

Od  czego  zależy  jakie  białka  oraz  jakie  ich  ilości   
występują w różnych komórkach?

Odpowiedzialne są za to:

- rodzaje i ilości poszczególnych mRNA powstające 

w wyniku transkrypcji określonej puli genów,

- częstość z jaką różne mRNA podlegają translacji,

-  „czas  życia”  powstałych  w  czasie  translacji 

białek.

Innymi słowy, za właściwości i funkcje 

różnych komórek odpowiedzialna jest 

zróżnicowana „aktywność”/ekspresja 

genów.

W  komórkach  prokariotycznych  (bakteriach)  ekspresja 
genów 

kontrolowana 

jest 

głównie 

na 

poziomie 

transkrypcji, a więc syntezy mRNA. 

Dotyczy ona:

- inicjacji transkrypcji,

- terminacji transkrypcji.

W  komórkach  bakteryjnych  występuje  wiele  białek,  których  poziom 
ekspresji  zależy  od  środowiska  zewnętrznego.  Przykładem  są  enzymy 
biorące  udział  w  metabolizmie  cukrów  i  aminokwasów,  których 
obecność/ilość w komórce zależna jest od dostępności substratu.

U  bakterii,  enzymy  związane  z  określonym  szlakiem  metabolicznym 
kodowane  są  przez  zespoły  genów  pozostające  pod  kontrolą  jednego 
promotora.  Taka  jednostka  strukturalno-czynnościowa  nosi  nazwę 
operonu.

Większość  operonów  obejmuje:  (i)  geny  struktury  oraz  (ii)  rejon 
regulatorowy (

promotor

, 

operator

, 

gen regulatorowy

).

Geny  struktury  ulegają  transkrypcji  w  formie  pojedynczego 
mRNA.

.  Natomiast  translacja  poszczególnych  łańcuchów  polipeptydowych 
przebiega  niezależnie.  Każdy  gen  struktury  ma  swój  własny  kodon 
inicjujący i kodon stop, oraz miejsce wiązania rybosomu.

Regulacja ekspresji genów, których produkty (enzymy) biorą udział w 

metabolizmie cukrów i aminokwasów oparta jest na następujących 
ogólnych zasadach:

1. W  przypadku  metabolizmu  cukrowców  wzrost  ilości  substratu  w 

środowisku  najczęściej  aktywuje/indukuje  transkrypcję  danego 
enzymu/enzymów,  natomiast  w  metabolizmie  aminokwasów 
indukcję  transkrypcji  powoduje  z  kolei  brak    określonego 
metabolitu (aminokwasu).

2. Niekiedy, obecność czynnika odżywczego może jednak hamować 

transkrypcję 

mRNA, 

prowadząc 

do 

represji 

syntezy 

określonych białek enzymatycznych.

Operon laktozowy (operon lac) E. coli

W skład operonu lac wchodzą trzy geny struktury:

- -galaktozydaza,
- permeaza galaktozydowa,

- acetylotransferaza tiogalaktozydowa

-Galaktozydaza  odpowiada  za  rozkład  laktozy  do 

monosacharydów.

Permeaza galaktozydowa bierze udział w transporcie 
laktozy.

Acetylotransferaza  tiogalaktozydowa  -    neutralizacja  związków 
dostających się do komórki podczas transportu laktozy.

Produktem  genu  regulatorowego  lacI  jest  białko  represor  laktozowy 
(represor  lac).  Jest  to  homotetramer  zbudowany  z  podjednostek  o  m. 
cz.  37  kDa,  który  wiąże  się  do  odcinka  DNA  obejmującego    operator 
oraz  kilka  nukleotydów  wspólnych  dla  operatora  i  promotora.  W  ten 
sposób  obecność 

represora

  uniemożliwia  rozpoczęcie  transkrypcji  przez 

polimerazę RNA. Operon laktozowy jest przykładem zespołu genów 
podlegających 

negatywnej kontroli.

W  obecności  laktozy  dochodzi  do  transkrypcji    genów  struktury 
(zwolnienia represji) poprzez inaktywację represora w wyniku związania 

induktora

.  Rolę  induktora  pełni  allolaktoza,  powstająca  z  laktozy 

przez transglikozylację katalizowaną przez -galaktozydazę.
Generalnie 

induktorami

 

nazywamy 

drobnocząsteczkowe 

związki, które po związaniu z represorem hamują jego wiązanie 
do operatora.

Losy laktozy po wniknięciu do wnętrza E. coli

W obecności glukozy lub produktów jej rozpadu transkrypcja mRNA 
dla wielu enzymów biorących udział w metabolizmie cukrów odbywa 
się na niskim poziomie (

represja kataboliczna

). Dotyczy to również 

operonu laktozowego.

Efekt  ten  może  być  zniesiony  przez 

wysokie  stężenia  cAMP

  i 

obecność 

białka CAP

.

Rola białka CAP (ang. catabolite activator protein), czyli 

białko aktywujące transkrypcję/białko aktywujące geny 

kataboliczne i cAMP w regulacji aktywności operonu lac

     Obecność glukozy                                      Brak glukozy

W skład operonu ara wchodzą trzy geny struktury: ara B (kodujący 

kinazę L-rybulozy

), araA (kodujący 

izomerazę L-arabinozy

) i araD 

(kodujący 

epimerazę rybulozo-5-P

).

                                                     L-Arabinoza    L-rybuloza    L-rybulozo-5-P    D-ksylulozo-5-P

Operon arabinozowy (operon ara) E. coli

Produktem genu regulatorowego araC jest białko represorowe 
AraC.  Białko  to  wiąże  się  do  operatora  araO

2

  i  miejsca 

wiązania  induktora 

araI

  (araI

1

  i  araI

2

).  Przed  miejscem 

wiązania induktora araI leży miejsce wiązania białka CAP. 

Operon arabinozowy (operon ara)

W  nieobecności    lub  przy  niskich 
stężeniach  arabinozy  w  środowisku  dimery 
białka AraC wiążą się do  operatora  araO

2

 i 

miejsca  wiązania  induktora  araI  (araI1) 
hamując  transkrypcję.  W  tym  przypadku 
białko 

AraC 

jest 

represorem 

transkrypcji

.

Przy  wysokich  stężeniach  arabinozy,  wiąże 
się  ona  z  białkiem  AraC,  a  powstały 
kompleks  AraC-arabinoza  odłącza  się  od 
operatora  O

2

  i  wiąże  się  do  miejsca 

wiązania 

induktora 

araI2, 

 

co 

w 

konsekwencji 

powoduje 

rozpoczęcie 

transkrypcji genów struktury. 

W  tym  przypadku  białko  AraC  działa  jako 

aktywator transkrypcji.

W nieobecności glukozy

W  regulacji  ekspresji  operonu  ara 
ważną rolę odgrywa białko CAP.  W 
obecności  arabinozy,  dla  pełnej 
aktywności 

transkrypcyjnej 

tego 

operonu  konieczne  jest  związanie  z 
miejscem CAP, kompleksów białko 
CAP-cAMP.

W obecności glukozy

Kiedy w środowisku, obok 
arabinozy, występują 
równocześnie duże ilości glukozy, 
transkrypcja operonu ara 
pozostaje na poziomie 
podstawowym pozostaje 
nieczynny transkrypcyjnie 
(znajduje się on w stanie represji 
katabolicznej).

W regulacji ekspresji operonu ara ważną rolę odgrywa białko 
CAP.    W  obecności  arabinozy,  dla  pełnej  aktywności 
transkrypcyjnej  tego  operonu  konieczne  jest  związanie  z 
miejscem CAP, kompleksów białko CAP-cAMP.

Warunek

: nieobecność w pożywce glukozy

Kiedy w środowisku, obok arabinozy, występują równocześnie duże ilości 
glukozy,  transkrypcja  operonu  ara pozostaje  na  poziomie podstawowym 
pozostaje  nieczynny  transkrypcyjnie  (znajduje  się  on  w  stanie  represji 
katabolicznej). 

Operon tryptofanowy (operon trp) 

E. coli

W nieobecności tryptofanu w pożywce, białko represorowe Trp nie 
wiąże się do operatora, co umożliwia transkrypcję genów struktury.

Obecność tryptofanu w środowisku hamuje transkrypcję mRNA 
dla enzymów kodowanych przez operon trp.

Tryptofan pełni rolę 

korepresora

, ponieważ po związaniu się z białkiem 

represorowym Trp zwiększa jego powinowactwo do operatora i tym samym 
umożliwia jego związanie z tym odcinkiem DNA.

Generalnie, drobnocząsteczkowe związki, które po związaniu z 
represorem zwiększają jego powinowactwo do operatora, noszą nazwę 

korepresorów

.

Regulacja transkrypcji na drodze atenuacji, mechanizmu 

wykorzystującego ścisłą zależność pomiędzy transkrypcją i translacją 

u prokariota.

Większość 

operonów 

kodujących 

enzymy 

biosyntezy 

aminokwasów  posiada  odcinek  około  160  nukleotydów 
podlegających  transkrypcji  i  translacji,  leżących  za  odcinkiem 
promotorowo-operatorowym,  który  nosi  nazwę  sekwencji 
liderowej/odcinka liderowego.

Sekwencja liderowa zakończona jest miejscem kontrolowanej 
terminacji  transkrypcji  tzw. 

atenuatorem

,  tworzącym 

strukturę  „spinki  do  włosów”.  W  miejscu  atenuatorowym 
dochodzi  do  odłączania  cząsteczek  polimerazy  RNA 
jeszcze przed przed transkrypcją genów struktury.

Liczba cząsteczek polimerazy RNA odłączająca się od operonu 
trp w miejscu atenuatorowym zależy od stężenia tryptofanu w 
środowisku. Im niższe jest stężenie tego aminokwasu, tym 
większa jest liczba cząsteczek polimerazy kontynuujących 
transkrypcję.

Wysokie stężenie tryptofanu
Przy wysokim stężeniu tryptofanu i tym samym wystarczających ilościach Trp-
tRNAtrp translacja odcinka liderowego przebiega w sposób niezakłócony. Pozwala 
to na wytworzenie w mRNA terminacyjnej struktury „spinki do włosów” 
będącej sygnałem dla zakończenia transkrypcji.

Niskie stężenie tryptofanu

Przy niskich stężeniach tryptofanu i braku wystarczających ilości Trp-tRNAtrp 
dochodzi do zatrzymania translacji sekwencji liderowej w miejscu gdzie 
występują obok siebie dwa kodony tryptofanowe. Zatrzymanie rybosomu 
powoduje zmianę w strukturze drugorzędowej mRNA polegającą na 
wytworzeniu struktury antyterminacyjnej, co pozwala na kontynuację 
transkrypcji.

Regulacja ekspresji genów u Eukariota

W  komórkach  eukariotycznych  DNA  zlokalizowany  w  jądrze 
rozmieszczony  jest  w  specjalnych  strukturach  zwanych 
chromosomami.

Każdy  chromosom  utworzony  jest  z  cząsteczki  DNA,  z  którą 
zasocjowane  są  białka  biorące  udział  w  jego  zwijaniu  w  bardziej 
upakowane struktury wyższego rzędu.

Nukleoproteinowy  kompleks  utworzony  z  DNA  i  białek  nosi 
nazwę  chromatyny.  Obok  białek  biorących  udział  w 
„upakowaniu”  DNA  (głównie  histony),  w  skład  chromatyny 
wchodzą białka zaangażowane w procesy replikacji i naprawy 
DNA, transkrypcji RNA i regulację ekspresji genów.

Organizacja chromatyny

Chromatyna  zbudowana  jest  z  powtarzających  się 
jednostek noszących nazwę nukleosomów, utworzonych z 
kompleksów  białkowych,  wokół  których  prawie  dwukrotnie 
owinięta jest cząsteczka DNA.

Każdy  z  nukleosomów  obejmuje  kompleks  białkowy,  tzw. 
rdzeń  nukleosomu,  w  skład  którego  wchodzi  8  białek 
histonowych: 

- dwie cząsteczki histonu H2A,

- dwie cząsteczki histonu H2B,

- dwie cząsteczki histonu H3,

- dwie cząsteczki histonu H4,

- odcinek podwójnej helisy DNA o długości 165 - 240 

nukleotydów.

Oktamer histonów tworzy strukturę podobną do dysku.

Fragment  DNA  łączący  dwa  nukleosomy  nosi  nazwę  DNA 
łącznikowego, z którym częściowo oddziałuje histon H1.

Chromatyna  podlega  kolejnemu  poziomowi  upakowania 
tworząc  nić  chromatynową  o  średnicy  30  nm.  Ta  forma 
przestrzennej organizacji DNA nosi nazwę solenoidu.

W  powstaniu  struktury  solenoidu 
udział  biorą  cząsteczki  histonu  H1, 
które  powodują,  że  nukleosomy 
zostają 

gęsto 

upakowane 

w 

regularnie  powtarzające  się  struktury 
wyższego rzędu.

Nić  chromatynowa  o  średnicy  30  nm  ulega  dalszemu 
upakowaniu tworząc pętle (domeny) wiążące się z macierzą 
jądrową. Biegną one na boki od osi głównej cząsteczki DNA.

Kolejne  etapy  kondensacji  (supersolenoid,  superhelisa) 
prowadzą do powstania chromosomu mitotycznego.

W  chromosomie  mitotycznym,  z  powodu  ścisłego 
upakowania  cząsteczek  DNA  nie  dochodzi  do 
transkrypcji  RNA,  ponieważ  polimerazy  RNA  i  inne 
białka nie mają dostępu do nici DNA.

Najbardziej  upakowana  forma  chromatyny  nosi 
nazwę heterochromatyny. Stanowi ona około 10% 
całej chromatyny i w komórkach ssaków znajdowana 
jest  głównie  wokół  centromeru  i  przy  końcach 
chromosomów.  Jest  ona  transkrypcyjnie  całkowicie 
nieaktywna.

Przykładem  chromosomu,  który  „permanentnie” 
charakteryzuje 

się 

wysoką 

zawartością 

heterochromatyny jest jeden z pary chromosomów X 
w komórkach osobników żeńskich u ssaków.

Ta 

część 

chromatyny 

w 

chromosomach 

interfazowych,  która  pozostaje  w  mniej  lub  bardziej 
rozwiniętym  stanie  nosi  nazwę  euchromatyny.  W 
typowej  komórce  eukariotycznej  około  10%  tej 
chromatyny  podlega  aktualnie  transkrypcji  lub  jest 
gotowa 

do 

jej 

rozpoczęcia, 

tzw. 

aktywna 

chromatyna.

Aktywna  chromatyna  ma  stopień  organizacji 
odpowiadający  nukleosomom,  podobnie  jak  DNA 
podlegający replikacji.

Powtarzające się sekwencje DNA

Sekwencje  DNA  występujące  w  genomach 
organizmów 

prokariotycznych 

jak 

i 

eukariotycznych dzielą się na:

-  sekwencje  unikatowe  odpowiadające 

genom kodującym białka, rybosomalne RNA, tRNA 
i  drobnocząsteczkowe  RNA,  wraz  z  sekwencjami 
regulatorowymi,

-  sekwencje  powtórzone  występujące  w 

liczbie  2  –  10

7

/komórkę,

 

o  bliżej  nieokreślonej 

funkcji.

Sekwencje  powtórzone  występują  w  specjalnie 
dużej  liczbie  w  genomach  człowieka  i  małp 
naczelnych.

Sekwencje  o  długościach  100  –  500  pz  określa  się  nazwą 
krótkie  rozproszone  powtórzenia,  w  skrócie  SINES  (ang. 
short interspersed repeats).

Przykładem  sekwencji  SINES  są  bardzo  krótkie,  kilku-  do 
kilkunasto-nukleotydowe  sekwencje,  występujące  jedna  za 
drugą,  tworzące  tzw.  satelitarny  DNA,  którego  obecność 
stwierdza się w centromerach i zakończeniach chromosomów.

Sekwencje  liczące  do  kilku  tysięcy  nukleotydów  noszą  nazwę 
długich  rozproszonych  powtórzeń,  w  skrócie  LINES  (ang. 
long interspersed repeats).

W  genomie  człowieka  typowym  przykładem  sekwencji  typu 
LINES są występujące w liczbie około 10

6

 kopii sekwencje Alu o 

długości 300 nukleotydów.

 

Głównym poziomem regulacji ekspresji genów w 

komórkach eukariotycznych jest transkrypcja

Regulacja transkrypcyjna dotyczy:

1. wielu genów równocześnie,

2. indywidualnych genów.

Pierwszy  typ  regulacji  związany  jest  ze  stopniem 
upakowania 

chromatyny 

(heterochromatyna 

v. 

euchromatyna).  W  stabilizacji  nieaktywnej  chromatyny 
ważną  rolę  odgrywa  metylacja  DNA  przy  udziale 
swoistej metylotransferazy. Dotyczy ona cytozyny przy 
węglu C-5, wchodzącej w skład sekwencji CG.

W regulacji ekspresji pojedynczych genów udział biorą dwie 
klasy sekwencji regulatorowych:

- sekwencje typu trans kodujące białkowe czynniki 

transkrypcyjne.

- sekwencje typu cis, do których należą: (i) sekwencje 

wzmacniające i sekwencje wyciszające, (ii) elementy odpowiedzi 
(ang. response elements).

Sekwencje wzmacniające lub wyciszające mają długość od 
kilkudziesięciu do kilkuset nukleotydów. Mogą one działać z odległości 
kilku do kilkudziesięciu tysięcy par zasad (50 kpz), niezależnie od ich 
położenia (powyżej albo poniżej miejsca transkrypcji) i orientacji 
względem promotora.

Elementy odpowiedzi w odróżnieniu od sekwencji 
wzmacniających/wyciszających leżą w odległości kilkuset nukleotydów 
powyżej promotora. Są odpowiedzialne za skoordynowaną regulację 
ekspresji kilku genów. Przykład to geny regulowane przez hormony 
sterydowe.

Sekwencje wzmacniające/wyciszające

Sekwencje 

wzmacniające 

i 

wyciszające 

wiążą 

białka 

regulatorowe  -  czynniki  transkrypcyjne,  które  poprzez 
zmianę  struktury  chromatyny,  odpowiednio,   

zwiększają 

lub

 

zmniejszają

  poziom  transkrypcji  określonych  genów,  czyniąc  je 

bardziej  dostępnymi  dla  innych  białek  biorących  udział  w  tym 
procesie.  To,  pozwala  działać  sekwencjom  wzmacniającym  ze 
znacznych odległości.

Działanie  „na  odległość”  takich  sekwencji  regulatorowych 
tłumaczy 

się 

tworzeniem 

pętli 

DNA 

pomiędzy 

wzmacniaczem i promotorem, co z kolei pozwala na wejście w 
bezpośredni kontakt białka regulatorowego z polimerazą RNA 
albo jednym z ogólnych czynników transkrypcyjnych.

Czynniki transkrypcyjne

Czynniki  transkrypcyjne  to  białka  oddziałujące  ze  swoistymi  sekwencjami 
regulatorowymi, odgrywające bezpośrednią rolę w regulacji ekspresji genów.

Są to białka wielodomenowe, w strukturze których wyróżniamy:

-    

domenę wiążącą DNA

, 

-      domenę  dimeryzacyjną,  często  stanowiącą  część  domeny 

wiążącej DNA,

-  domenę  aktywującą  transkrypcję  odpowiedzialną  za 

oddziaływania z innymi białkami kompleksu transkrypcyjnego,

- domenę wiążącą ligand.

Motywy strukturalne występujące w domenach 

wiążących DNA

Motyw  helisa-skręt/zwrot-helisa  (HTH)  utworzony  jest  z 
dwóch  α-helis  oraz  zwrotu  .  Ten  typ  struktury  występuje  w 

domenach 

wiążących 

DNA 

czynników 

transkrypcyjnych 

zawierających  tzw.  homeodomeny  obejmujące  60  reszt 
aminokwasowych, tworzących trzy 

α-helisy.

 

Występuje  w  czynnikach  transkrypcyjnych  biorących  udział  w 
różnicowaniu komórek hematopoetycznych. 

Motyw  palca  cynkowego  tworzą  albo  pary  histydyn  i 
cystein  (C

2

H

2

)  lub  dwie  pary  cystein  (C

4

)  połączonych  ze 

sobą  jonem  cynku.  To  powoduje,  że  położony  między  tymi 
parami  aminokwasów  fragment  łańcucha  polipeptydowego 
ulega  wypętleniu.  Motyw  palca  cynkowego  posiada  np. 
czynnik GATA-1 biorący udział w regulacji ekspresji globiny w 
komórkach erytroidalnych, czy jądrowe receptory hormonów.

Motyw  suwaka  leucynowego  reprezentuje  rozciągniętą  -

helisę, w której dokładnie co 7. pozycji występuje reszta leucyny. 
Motyw 

ten 

odpowiada 

za 

dimeryzację 

czynników 

transkrypcyjnych 

tworzących 

homo- 

lub 

heterodimery. 

Przedłużeniem  „suwaka  leucynowgo”  jest  zasadowa  domena 
wiążąca DNA, również o strukturze -helisy. Razem tworzą one 

„zasadowy suwak leucynowy” (bZIP).

Te czynniki  odgrywają bardzo ważną rolę w procesach wzrostu i 
różnicowania komórek (protoonkogeny).

Motyw  helisa-pętla-helisa  (HLH)  występuje  np.  w 
takich  czynnikach  transkrypcyjnych  jak  MyoD  czy 
miogenina.  Strukturą  przypomina  zasadowy  suwak 
leucynowy  i  w  połączeniu  z  dodatkową  pętlą  tworzy 
zasadowy motyw HLH.

Tak  więc,  różnica  pomiędzy  zasadowym  suwakiem 
leucynowym  a  zasadowym  motywem  HLH  polega  na 
występowaniu  dodatkowej  pętli  oddzielającej  domenę 
dimeryzacyjną  od  zasadowej  domeny  wiążącej  DNA  w 
przypadku tej drugiej struktury.

Kombinatoryczna regulacja ekspresji genów 

w komórkach eukariotycznych

Sekwencji  regulatorowych,  które  odpowiedzialne  są  za  poziom 
ekspresji  określonego  genu/genów  może  być  wiele,  co 
powoduje,  że  są  one  rozrzucone  wzdłuż  bardzo  długich 
odcinków  DNA  (nawet  kilkadziesiąt  tysięcy  nukleotydów). 
Należy  pamiętać,  że  do  każdej  z  tych  sekwencji  wiążę  się 
białkowy  czynnik  transkrypcyjny  bezpośrednio  odpowiedzialny 
za transkrypcję. 

Kombinatoryczna regulacja ekspresji genów 

w komórkach eukariotycznych

Czynniki transkrypcyjne nie działają indywidualnie, ale w 
zespole z innymi i dopiero współdziałanie tych wszystkich 
białek regulatorowych decyduje ostatecznie o poziomie 
transkrypcji danego genu.

Czynniki transkrypcyjne nie tylko oddziałują z DNA, ale równie ważne 
są  występujące  pomiędzy  nimi  oddziaływania  typu  białko  –  białko. 
Przyłączenie  jednych  białek  powoduje  przyłączanie  innych,  co 
prowadzi 

do 

powstawania 

dużych 

wieloskładnikowych 

kompleksów regulacyjnych.

Termin 

kontrola  kombinatoryczna

  odnosi  się  do 

sposobu  w  jaki  grupa  białek,  działając  wspólnie, 
determinuje ekspresję określonego genu.

Czynniki transkrypcyjne regulowane przez hormony 

sterydowe

Hormony  sterydowe,  hormony  tyroidowe  i  retinoidy  są  ligandami  dla 
cytozolowych 

czynników 

transkrypcyjnych 

noszących 

nazwę 

jądrowych receptorów hormonów (50).

Budowa receptorów jądrowych

1. Domeny transaktywacyjne (AF)

2. Domena wiążąca DNA (

DBD

)

3. Domena wiążąca hormon (domena wiążąca ligand) (

LBD

)

4. Sygnały importu jądrowego

Jądrowe  receptory  hormonów

  charakteryzują  się  obecnością  dwóch 

wysoce  konserwatywnych  domen:  domeny  wiążącej  DNA  i 
domeny wiążącej ligand (hormon). Białka te wiążą się do odcinków 
DNA  noszących nazwę elementów odpowiedzi na sterydy (SRE, 
ang. steroid response elements).

Domena  wiążąca  ligand  jest  również  odpowiedzialna  za 
dimeryzację receptorów.

Przyłączenie hormonu do domeny wiążącej ligand powoduje, że cała 
cząsteczka  jądrowego  receptora  hormonów  podlega  znacznym 
zmianom konformacyjnym.

Zmiany  konformacyjne  jakim  podlegają 

jądrowe 

receptory hormonów

 powodują przyłączanie się do 

nich  cząsteczek 

białek  regulatorowych

  pełniących 

funkcje 

ko-aktywatorów 

i 

zwiększenie 

transkrypcji.

Przykłady 

koaktywatorów

: białko SRC-1 (koaktywator receptora 

sterydowego, ang. steroid receptor coactivator-1), białko GRIP-1 
(białko oddziałujące z receptorem glukokortykoidów, ang. 
glucocorticoid receptor interacting protein-1), białko NcoA-1 
(koaktywator jądrowego receptora hormonu, ang. nuclear 
hormone receptor coactivator-1).

Koaktywatory  uczestniczą  w  kowalencyjnych  modyfikacjach  N-końców 
białek  histonowych,  przyczyniając  się  do  ich  acetylacji.  Natomiast,  w 
reakcjach  przenoszenia  grup  acetylowych  z  acetylo-CoA  na  reszty 
lizynowe bezpośredni udział biorą acetylotransferazy histonów (HAT, 
ang. histone acetylotransferases).

Acetylacja histonów powoduje rozluźnienie struktury chromatyny w 
wyniku neutralizacji ładunków ujemnych lizyn.

Acetyowane  reszty  histonów  (acetylolizyny)  oddziałują  z  wieloma 
białkami biorącymi udział w regulacji transkrypcji.

A dokładniej, acetylowane reszty lizyny oddziałują z domenami 
wiążącymi acetylolizynę, zwanymi bromodomenami, które są 
obecne w wielu białkach regulujących transkrypcję.

Białka zawierające bromodomenę wchodzą w skład dwóch 
kompleksów białkowych uczestniczących w transkrypcji.

Kompleksy białkowe zawierające białka TAF (

T

ATA-box binding 

protein 

a

ssociated 

f

actors), które wiążą się z białkiem TBP. Przykładem 

takiego białka jest białko TAFII 250. 

Kompleksy białkowe zwane fabrykami remodelowania 
chromatyny. Kompleksy remodelujące, wykorzystujące energię z 
hydrolizy ATP,  przesuwają nukleosomy wzdłuż cząsteczki DNA i 
powodują różne zmiany  w konformacji chromatyny.

W  odróżnieniu  od  receptorów  hormonów  sterydowych,  receptory 
hormonów  tyroidowych  i  receptora  kwasu  retinojowego  nie 
związane  z  ligandem,  wiążą  białka  korepresorowe,  które  hamują 
transkrypcję. Dopiero związanie liganda powoduje odłączenie korepresora 
i umożliwia przyłączenie koaktywatora.

Przykładem białek korepresorowych są: białko SMRT 
(cząsteczka wyciszająca receptory kwasu retinojowego i 
hormonu tyroidowego, ang. silencing mediator for retinoid and 
thyroid hormone receptor), białko N-Cor (korepresor jądrowego 
receptora hormonalnego, ang. nuclear hormone receptor 
corepressor).

Rola acetylacji histonów w aktywacji 

transkrypcji

1. Redukcja  powinowactwa  histonów    do  DNA  – 

rozluźnienie struktury,

2. Rozpoczęcie  zmian  w  strukturze  chromatyny  poprzez 

ułatwienie 

związania 

białkowych 

kompleksów 

remodulujących chromatynę,

3. Rekrutacja białek tworzących kompleksy biorące udział w 

transkrypcji.

Remodelowanie struktury chromatyny

Deacetylacja 

histonów, 

przy 

udziale 

specyficznych 

deacetylaz histonowych (HDAC)

 

prowadzi 

do 

zahamowania 

ekspresji 

aktywnych genów.

Czynniki transkrypcyjne regulowane poprzez fosforylacje

Fosforylacje czynników transkrypcyjnych mogą prowadzić do:

1. Ich translokacji z cytoplazmy do jądra komórkowego

2. Zmianie powinowactwa do sekwencji DNA

3. Ich aktywacji i funkcjonowania jako aktywatorów transkrypcji

4. Nabycia przez nie zdolności do tworzenia kompleksów 

wielobiałkowych 

Czynniki transkrypcyjne regulowane poprzez 

fosforylacje

Przykładem  takiego  czynnika  transkrypcyjnego  jest  białko  CREB 
(cyclic  AMP-response  element  binding  protein)  aktywowane  przez 
kinazę białek A.

Ligand

Receptor

Białko G

Cyklaza adenylanowa

cAMP

Kinaza białek A (PKA)

Podjednostka 

katalityczna

Kinazy A

Białko CREB

Fosforylowane  białko  CREB

  (białko  wiążące  się  z  elementem 

odpowiedzi  na  cAMP)  wiąże  się  z  elementem  odpowiedzi  na 
cAMP w genach docelowych.

Fosforylacja  białka  CREB  powoduje  również,  że  jest  ono  wiązane 
przez  białko  CBP  (CREB-binding  protein),  który  z  kolei  posiada 
aktywność acetylotransferazy histonowej.

Czynniki transkrypcyjne regulowane poprzez fosforylacje

Interferon 

Receptor dla interferonu 



Kinazy Jak1 i Jak2

Czynniki transkrypcyjne 

STAT1-α i STAT1-β

(signal transducers and activators 

of transcription)

Regulacja ekspresji genów na poziomie 

translacji

Przykładem  takiej  regulacji  są  geny  zaangażowane  w  metabolizm 
żelaza,  kodujące  takie  białka  jak  receptor   

transferynowy  i 

ferrytynę.

Ekspresja  obu  białek  zależy  od 
poziomu  żelaza,  przy  czym  zmiany 
w  jego  ilości  nie  wpływają  na 
transkrypcję ich genów.

Regulacja ekspresji ferrytyny

mRNA  dla  ferrytyny  zawiera  w  końcu  5’  cząsteczki  sekwencję  o 
nazwie  element  odpowiedzi  na  żelazo  (IRE,  ang.  iron-response 
element), który tworzy strukturę spinki do włosów.

Sekwencja  IRE

  wiąże  specyficzne  białko  o  nazwie  IRE-BP, 

tzn. 

białko  wiążące  się  do  IRE

  (ang.  IRE-binding  protein). 

Przyłączenie tego białka hamuje translację ferrytyny.

Białko IRE-BP, przy wzroście poziomu żelaza w organizmie, 
wiąże  centra  żelazo-siarkowe  (4Fe-4S),  co  powoduje  jego 
odłączenie  od  mRNA  dla  ferrytyny,  umożliwiając  tym 
samym translację.