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Ben-Fillippo KrippendorffCell cycle in yeast: promoters, transcription factors and transcriptomes
Cell cycle-dependent transcription in yeast: promoters, transcription factors, and transcriptomes
Curt Wittenberg and Steven Reed
Oncogene (2005) 24, 2746-2755
Ben-Fillippo KrippendorffCell cycle in yeast: promoters, transcription factors and transcriptomes
Einleitung
Der Zellzyklus in Hefe
In Saccharomyces cerevisiae:
10% der Gene werden Zellzyklus spezifisch transkribiert.
Diese Gene können in Cluster eingeordnet werden, die gleiche Muster der Regulation besitzen.
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Cdk und Cycline
Der Zellzyklus in Hefe
Wichtig sind vor allem:
1. Cdk == Cyclin dependent Kinase
2. Cycline
Beide zusammen, als aktiver Komplex, können Substrate an einer speziellen Konsensussequenz phosphorlieren
Aktivität des Cyclin/Cdk Komplex kann auch durch Phosphorylierung reguliert werden
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Der Zellzyklus in Hefe
Wichtig sind vor allem:
1. Cdk == Cyclin dependent Kinase
2. Cycline
Cycline wurden als Proteine gefunden, deren Expression während des
Zellzyklus oszilliert
Cdk und Cycline
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Die Cluster
MBF
SBF G1-phase
Gene
Clusters
Clb2 Cluster
M-G1 Cluster
S-phase Gene Clusters
MET genes
histone genes
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Der G1 Phase Cluster
MBF
SBFG1-phase
Gene
Clusters
Transkriptionsfaktoren
MluI cell-cycle box (MCB) binding factor
Ca 200 Gene sind in diesen beiden Clustern organisiert
Diese Gene bestimmen die Initiation des Zellzyklus in der G1 Phase
Swi4 binding factor
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MBF
SBFG1-phase
Gene
Clusters
Ca 200 Gene sind in diesen beiden Clustern organisiert
Diese Gene bestimmen die Initiation des Zellzyklus in der G1 Phase
Warum gibt es zwei Gene Cluster in der G1-Phase?
Der G1 Phase Cluster
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MBF
SBFG1-phase
Gene
Clusters
MBFGene für die Kontrolle der DNA Replikation und Reparatur
SBFGene für
• Zellmorphogenese
•Spindle Pol Duplikation
• andere Wachstumsfunktionen
Warum gibt es zwei Gene Cluster in der G1-Phase?
Der G1 Phase Cluster
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MBF
SBFG1-phase
Gene
Clusters
Antwort a:
Es ist von Bedeutung beide Cluster getrennt voneinander per Regulation der Transkriptionsfaktoren steuern zu können
Warum gibt es zwei getrennte G1-Phase Gene Cluster?
Der G1 Phase Cluster
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MBF
SBFG1-phase
Gene
Clusters
Gegenargument:Jede der beiden Gruppen besitzt auch Gene die weder DNA Replikation bzw. Wachstumsfunktionen steuern
Antwort a:
Es ist von Bedeutung beide Cluster getrennt voneinander per Regulation der Transkriptionsfaktoren steuern zu können
Warum gibt es zwei getrennte G1-Phase Gene Cluster?
Der G1 Phase Cluster
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MBF
SBFG1-phase
Gene
Clusters
Antwort a:
Es ist von Bedeutung beide Cluster getrennt voneinander per Regulation der Transkriptionsfaktoren steuern zu können
Warum gibt es zwei getrennte G1-Phase Gene Cluster?
Antwort b:
Widerspiegelung der evolutionären Geschichte der Module, die die Transkription regulieren
Der G1 Phase Cluster
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MBFSBF
KomponentenSwi4 Swi6 Mbp1
MBF
SBFG1-phase
Gene
Clusters
Aufbau der beiden Transkriptionsfaktoren
Der G1 Phase Cluster
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MBF
SBFG1-phase
Gene
Clusters
Es gibt drei Cycline die spezifisch für die G1 - Phase sind:
Cln 1 Cln 2 Cln 3
Der G1 Phase Cluster
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MBF
SBFG1-phase
Gene
Clusters
Cln 1 Cln 2 Cln 3۷ ۷ ٨ Cdk1 (CDC28)
spezifische Transkription in der G1 Phase
Der G1 Phase Cluster
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MBF
SBFG1-phase
Gene
Clusters
Komplex Cln3/Cdk1 ist primärer Transkriptionsaktivator unter physiologischen Konditionen für G1 spezifische Transkription
Doch wie schaltet der Komplex die Transkription an?
Cln 3
Cdk1
Der G1 Phase Cluster
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Constanzo et al.,2004 & de Bruin et al., 2004:
Das Protein Whi5 fungiert als Repressor der SBF assozierten Transkription.
MBF
SBFG1-phase
Gene
Clusters
Der G1 Phase Cluster
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MBF
SBFG1-phase
Gene
Clusters
Cln 3
Cdk1
Der G1 Phase Cluster
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MBF
SBFG1-phase
Gene
Clusters
SBF
Swi4 Swi6
Cln 3
Cdk1
Der G1 Phase Cluster
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MBF
SBFG1-phase
Gene
Clusters
Der G1 Phase Cluster
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MBF
SBFG1-phase
Gene
Clusters
Keine Homologie!
Der G1 Phase Cluster
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Andere Zellzyklus Gene
In Hefe existieren zudem Gene, die nicht direkt zum Zellzyklus beisteuern.
Indirekt haben diese Gene jedoch auch mit Funktionen des Zellzyklus zu tun
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Bsp:
Viele PHO regulon Gene codieren für Proteine, die für eine Aufnahme von Phosphat aus der Umgebung wichtig sind
Diese Gene werden zwischen der M und der G1 Phase verstärkt abgelesen
Andere Zellzyklus Gene
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Bsp:
Viele PHO regulon Gene codieren für Proteine, die für eine Aufnahme von Phosphat aus der Umgebung wichtig sind
Diese Gene werden zwischen der M und der G1 Phase verstärkt abgelesen.
Die Verfügbarkeit von Phosphat ist jedoch ein Hauptentscheidungsmerkmal für Hefe einen neuen Zellzyklus zu beginnen
Vielleicht werden somit durch die vermehrte Substrataufnahme die Ressourcen der Umgebung geprüft.
Andere Zellzyklus Gene
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Interaktionen
Drei Arten von Interaktionen:
1. Gene, die einen Transkriptionsfaktor codieren, können direkt in andere Zellzyklus Phasen wirken (Ndd1)
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Interaktionen
Drei Arten von Interaktionen:
1. Gene, die einen Transkriptionsfaktor codieren können direkt in andere Zellzyklus Phasen wirken (Ndd1)
2. Gene können eine enzymatische Aktivität steuern, die in anderen Clustern Genexpression reguliert (Clb2)
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Cln 3
Cdk1
Clb 2
Cdk1
Beispiel:
Clb 2 Clb 2
Interaktionen
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Interaktionen
Drei Arten von Interaktionen:
1. Gene, die einen Transkriptionsfaktor codieren können direkt in andere Zellzyklus Phasen wirken (Ndd1)
2. Gene können eine enzymatische Aktivität steuern, die in anderen Clustern Genexpression reguliert (Clb2)Clb 2
Cdk1
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Interaktionen
Drei Arten von Interaktionen:
1. Gene, die einen Transkriptionsfaktor codieren können direkt in andere Zellzyklus Phasen wirken (Ndd1)
2. Gene können eine enzymatische Aktivität steuern, die in anderen Clustern Genexpression reguliert (Clb2)Clb 2
Cdk1
P
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Interaktionen
Drei Arten von Interaktionen:
1. Gene, die einen Transkriptionsfaktor codieren können direkt in andere Zellzyklus Phasen wirken (Ndd1)
2. Gene können eine enzymatische Aktivität steuern, die in anderen Clustern Genexpression reguliert
3. Gene, die für eine Repressor codieren können die Transkription von Genen aus einem anderen Cluster unterdrücken (Yox1 und Yhp1)
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Zusammenfassung
1. ca 10% (800) aller proteincodierenden Gene in Hefe werden Zellzyklus spezifisch reguliert
2. Die Mehrzahl dieser Gene ist in Clustern organisiert, die im ganzen an- und abgeschaltet werden.
3. Wellen der Transkription laufen innerhalb des Zellzyklus ab. Dies sind besonders bei S. cerevisiae miteinander durch Regulationsmechanismen verbunden
4. Bei der Regulation der Cluster scheint es einen für verschiedene Organismen ähnlichen evolutionären Druck zu geben, da hier wahrscheinlich konvergente Evolution stattgefunden hat
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Danke für das Zuhören!