Transcriptional Regulation Transkripsiyonel Düzenleme
•Many eukaryotes are estimated to have 20,000–25,000 genes. •Birçok ökaryotun 20.000-25.000 gene sahip olduğu tahmin edilmektedir.
•Some of these are expressed (transcribed) in all cells all the time, (housekeeping/constitutive) while others are expressed as cells enter a particular pathway of differentiation or as conditions in and around the cells change. • Bunlardan bazıları tüm hücrelerde her zaman ifade edilir (transkribe edilir), (temizlik/kurucu) diğerleri ise hücrelerin belirli bir farklılaşma yoluna girmesiyle veya hücrelerin içindeki ve çevresindeki koşullar değiştikçe ifade edilir.
•The most important and widely used strategy for regulating gene expression is altering the rate of transcription of a gene. •Gen ekspresyonunu düzenlemek için en önemli ve yaygın olarak kullanılan strateji, bir genin transkripsiyon hızının değiştirilmesidir.
•However, the control of gene expression can be exerted at many other levels, including; •Ancak gen ifadesinin kontrolü aşağıdakiler de dahil olmak üzere birçok başka düzeyde de uygulanabilir:
processing of the RNA transcript (mRNA),
transport of mRNA to the cytoplasm,
translation of mRNA,
post translational modificatins and
mRNA and protein stability.
•Genes are selectively amplified during development and, consequently, there is an increase in the amount of RNA transcript (mRNA) synthesized. The regulation of transcription of protein-coding genes by RNA polymerase II •Gelişim sırasında genler seçici olarak çoğaltılır ve bunun sonucunda sentezlenen RNA transkript (mRNA) miktarında artış olur. Protein kodlayan genlerin transkripsiyonunun RNA polimeraz II tarafından düzenlenmesi
•RNA pol II is responsible for transcription of many genes including those encoding mRNA, small nucleolar RNAs (snoRNAs), some small nuclear RNAs (snRNAs), and microRNAs. There are three other important eukaryotic polymerases: RNA polymerase I, RNA polymerase III and RNA polymerase IV. •RNA pol II, mRNA'yı kodlayanlar, küçük nükleolar RNA'lar (snoRNA'lar), bazı küçük nükleer RNA'lar (snRNA'lar) ve mikroRNA'lar dahil olmak üzere birçok genin transkripsiyonundan sorumludur. Üç önemli ökaryotik polimeraz daha vardır: RNA polimeraz I, RNA polimeraz III ve RNA polimeraz IV.
•RNA polymerase I is responsible for synthesis of the large rRNA precursor. •RNA polimeraz I, büyük rRNA öncülünün sentezinden sorumludur.
•RNA polymerase III is responsible for synthesis of tRNA, 5S rRNA, and some snRNAs. •RNA polimeraz III, tRNA, 5S rRNA ve bazı snRNA'ların sentezinden sorumludur.
•Plants have a fourth nuclear polymerase, named RNA polymerase IV, which is an RNA silencing-specific polymerase that mediates synthesis of small interfering RNAs (siRNAs) involved in heterochromatin formation. •Bitkiler, heterokromatin oluşumunda yer alan küçük girişimci RNA'ların (siRNA'lar) sentezine aracılık eden, RNA susturmaya özgü bir polimeraz olan, RNA polimeraz IV adı verilen dördüncü bir nükleer polimeraza sahiptir.
•Heterochromatin is tightly packed form of chromatin (DNA + protein=nucleosome). It was thought to be inaccessible to polymerases and therefore not transcribed. •Heterokromatin, kromatinin sıkı bir şekilde paketlenmiş halidir (DNA + protein=nükleozom). Polimerazlar tarafından erişilemez olduğu ve bu nedenle kopyalanmadığı düşünülüyordu.
•Euchromatin is a lightly packed form of chromatin that is enriched in genes and is often under active transcription. The initiation step of eukaryotic transcription alone involves the assembly of dozens of factors to form a preinitiation complex mediated by the collective action of; •Ökromatin, genler açısından zenginleştirilmiş ve sıklıkla aktif transkripsiyon altında olan, hafif paketlenmiş bir kromatin formudur. Tek başına ökaryotik transkripsiyonun başlatma adımı, aşağıdakilerin kolektif eyleminin aracılık ettiği bir başlangıç öncesi kompleksi oluşturmak için düzinelerce faktörün bir araya getirilmesini içerir;
sequence-specific DNA-binding transcription factors
the core RNA pol II transcriptional machinery,
coregulators that bridge the DNA-binding factors to the transcriptional machinery,
chromatin remodeling factors that mobilize nucleosomes, and a variety of enzymes that catalyze covalent modification of histones and other proteins.
General (Basal) Transcription Machinery Genel (Bazal) Transkripsiyon Makineleri
• 5-10 % of the total coding capacity of the genome of multicellular eukaryotes is dedicated to proteins that regulate transcription. • Çok hücreli ökaryotların genomunun toplam kodlama kapasitesinin %5-10'u, transkripsiyonu düzenleyen proteinlere ayrılmıştır.
• The yeast genome encodes a total of approximately 300 proteins involved in the regulation of transcription, while there may be as many as 1000 in Drosophila and 3000 in humans. • Maya genomu, transkripsiyonun düzenlenmesinde görev alan toplam yaklaşık 300 proteini kodlarken, Drosophila'da 1000, insanlarda ise 3000 kadar protein bulunabilir.
These proteins fall into three major classes: Bu proteinler üç ana sınıfa ayrılır:
1 The general (basal) transcription machinery: general, but diverse, components of large multiprotein RNA polymerase machines required for promoter recognition and the catalysis of RNA synthesis. 1 Genel (bazal) transkripsiyon mekanizması: promotorun tanınması ve RNA sentezinin katalizlenmesi için gerekli olan büyük çok proteinli RNA polimeraz makinelerinin genel fakat çeşitli bileşenleri.
2 Transcription factors: sequence-specific DNA-binding proteins that bind to gene promoters and long-range regulatory elements and mediate gene-specific transcriptional activation or repression. 2 Transkripsiyon faktörleri: gen promotörlerine ve uzun menzilli düzenleyici elementlere bağlanan ve gene spesifik transkripsiyonel aktivasyona veya baskıya aracılık eden diziye özgü DNA bağlama proteinleri.
3 Transcriptional coactivators and corepressors: proteins that increase or decrease transcriptional activity through protein–protein interactions without binding DNA directly. 3 Transkripsiyonel ortak aktifleştiriciler ve koruyucular: DNA'ya doğrudan bağlanmadan, protein-protein etkileşimleri yoluyla transkripsiyonel aktiviteyi artıran veya azaltan proteinler.
Protein-Coding Gene Regulatory Elements Protein Kodlayan Gen Düzenleyici Unsurlar
•Expression of protein-coding genes is mediated in part by a network of thousands of sequence-specific DNAbinding proteins called transcription factors. •Protein kodlayan genlerin ekspresyonuna kısmen, transkripsiyon faktörleri adı verilen binlerce diziye özgü DNA bağlayıcı proteinden oluşan bir ağ aracılık eder.
•Transcription factors interpret the information present in gene promoters and other regulatory elements and transmit the appropriate response to the RNA pol II transcriptional machinery. •Transkripsiyon faktörleri, gen promotörlerinde ve diğer düzenleyici unsurlarda mevcut olan bilgiyi yorumlar ve uygun yanıtı RNA pol II transkripsiyon mekanizmasına iletir.
•Many different genes and many different types of cells in an organism share the same transcription factors. Proteins that regulate transcription. •Bir organizmadaki birçok farklı gen ve birçok farklı hücre türü aynı transkripsiyon faktörlerini paylaşır. Transkripsiyonu düzenleyen proteinler.
1.Transciption factors activators repressors
2. General transcription machinery
3. Coactivators Corepressors
4. Elongation factors
•The regulatory regions of unicellular eukaryotes such as yeast are usually only composed of short sequences located adjacent to the core promoter. • Maya gibi tek hücreli ökaryotların düzenleyici bölgeleri genellikle sadece çekirdek promotere bitişik olarak konumlanan kısa dizilerden oluşur.
•In contrast, the regulatory regions in multicellular eukaryotes are scattered over an average distance of 10 kb of genomic DNA with the transcribed DNA sequence only accounting for just 2 or 3 kb. • Buna karşılık, çok hücreli ökaryotlardaki düzenleyici bölgeler, genomik DNA'nın ortalama 10 kb'lik bir mesafesine dağılmıştır ve kopyalanan DNA dizisi yalnızca 2 veya 3 kb'ye karşılık gelir.
•Genes range in size from very small, such as a histone gene that is only 500 nt long with no introns, to very large. •Genlerin boyutları, intron içermeyen yalnızca 500 nt uzunluğundaki histon geni gibi çok küçükten çok büyüğe kadar değişir.
•The largest known human gene encodes the protein dystrophin, which is missing or nonfunctional in the disease muscular dystrophy. • Bilinen en büyük insan geni, kas distrofisi hastalığında eksik olan veya işlevsiz olan distrofin proteinini kodlamaktadır.
•The transcribed sequence is 2,5 million nucleotides in length, including 79 introns. •Transkribe edilen dizi 79 intron dahil olmak üzere 2,5 milyon nükleotid uzunluğundadır.
•It takes over 16 hours to produce a single transcript, of which more than 99% is removed during splicing to generate a mature mRNA. • Tek bir transkriptin üretilmesi 16 saatten fazla sürer; olgun bir mRNA oluşturmak için birleştirme sırasında bunun %99'undan fazlası çıkarılır.
Eukaryotic Promoter Elements
Comparison Of a Simple And Complex RNA Pol II Transcription Unit
(A) A typical yeast (unicellular eukaryote) transcription unit. The start of transcription (+1) of the protein-coding gene (transcription unit) is indicated by an arrow. (A) Tipik bir maya (tek hücreli ökaryot) transkripsiyon ünitesi. Protein kodlayan genin (transkripsiyon ünitesi) transkripsiyonunun başlangıcı (+1) bir okla gösterilir.
(B) A typical multicellular eukaryote transcription unit with clusters of proximal promoter elements and long-range regulatory elements located upstream from the core promoter (TATA). There is variation in whether a particular element is present or absent, the number of distinct elements, their orientation relative to the transcriptional start site, and the distance between them. Structure and function of promoter elements (B) Çekirdek destekleyicinin (TATA) yukarısında yer alan yakın destekleyici öğeler ve uzun menzilli düzenleyici öğelerden oluşan kümelere sahip tipik bir çok hücreli ökaryot transkripsiyon birimi. Belirli bir elemanın mevcut olup olmadığı, farklı elemanların sayısı, bunların transkripsiyonel başlangıç bölgesine göre yönelimi ve aralarındaki mesafe konusunda farklılıklar vardır. Promoter elemanların yapısı ve işlevi
• The “gene promoter” is loosely defined as the collection of cis-regulatory elements (Cis-regulatory elements (CREs) are regions of non-coding DNA which regulate the transcription of their neighboring genes) that are required for initiation of transcription or that increase the frequency of initiation only when positioned near the transcriptional start site. • "Gen promotörü" genel anlamda transkripsiyonun başlatılması için gerekli olan cis-düzenleyici elemanların (Cis-düzenleyici elemanlar (CRE'ler), komşu genlerin transkripsiyonunu düzenleyen kodlamayan DNA bölgeleridir) toplanması olarak tanımlanır veya başlatma sıklığını yalnızca transkripsiyonel başlangıç bölgesinin yakınına yerleştirildiğinde artırın.
• The gene promoter region includes the core promoter and proximal promoter elements Core promoter elements • Gen promoter bölgesi, çekirdek promoteri ve proksimal promoter elemanlarını içerir. Çekirdek promoter elemanları
• The core promoter is an approximately 60 bp DNA sequence overlapping the transcription start site (+1) that serves as the recognition site for RNA pol II and general transcription factors. • Çekirdek promotör, RNA pol II ve genel transkripsiyon faktörleri için tanıma bölgesi olarak görev yapan transkripsiyon başlangıç bölgesiyle (+1) örtüşen yaklaşık 60 bp'lik bir DNA dizisidir.
• Some of the known core promoter elements are the TATA box, the initiator element (Inr), the TFIIB recognition element (BRE), the downstream promoter element (DPE), and the motif ten element (MTE)• Bilinen çekirdek promoter elemanlarından bazıları TATA kutusu, başlatıcı eleman (Inr), TFIIB tanıma elemanı (BRE), aşağı akış promoter elemanı (DPE) ve motif on elemanıdır (MTE)
• The TATA box (named for its consensus sequence of bases, TATAAA) was the first core promoter element identified in eukaryotic proteincoding genes. • TATA kutusu (adını bazların konsensüs dizisi olan TATAAA'dan alır) ökaryotik protein kodlayan genlerde tanımlanan ilk temel promoter elementtir.
Proximal Promoter Elements Proksimal Promoter Elemanları
• Promoter proximal elements are located just 5′ of the core promoter and are usually within 70–200 bp upstream of the start of transcription. • Promoterin proksimal elemanları, çekirdek promotörün sadece 5' uzağında bulunur ve genellikle transkripsiyon başlangıcının 70-200 bp yukarısında bulunur.
• Examples include the CAAT box and the GC box. The CAAT box is a binding site for the CAAT-binding protein (CBF) and the CAAT/enhancer-binding protein (C/EBP). The GC box is a binding site for the transcription factor Sp1. • Örnekler arasında CAAT kutusu ve GC kutusu yer alır. CAAT kutusu, CAAT bağlayıcı protein (CBF) ve CAAT/güçlendirici bağlayıcı protein (C/EBP) için bir bağlanma bölgesidir. GC kutusu, Sp1 transkripsiyon faktörü için bir bağlanma bölgesidir.
• Promoter proximal elements increase the frequency of initiation of transcription, but only when positioned near the transcriptional start site. • Promoter proksimal elemanları, transkripsiyonun başlama sıklığını arttırır, ancak bu yalnızca transkripsiyonel başlangıç bölgesinin yakınına konumlandırıldığında gerçekleşir.
Long-Range Regulatory Elements Uzun Menzilli Düzenleyici Unsurlar
Long-range regulatory elements in multicellular eukaryotes include: Çok hücreli ökaryotlarda uzun menzilli düzenleyici unsurlar şunları içerir:
Enhancers And Silencers
• Enhancers increase gene promoter activity either in all tissues or in a regulated manner. • Arttırıcılar gen promoter aktivitesini tüm dokularda veya düzenli bir şekilde arttırır.
• Similar elements that repress gene activity are called silencers. • Gen aktivitesini baskılayan benzer unsurlara susturucu denir.
Insulators
Chromatin boundary (border) marker: an insulator marks the border between regions of heterochromatin and euchromatin.
Enhancer blocking activity: an insulator prevents inappropriate cross-activation or repression of neighboring genes by blocking the action of enhancers and silencers.
Locus Control Regions (Lcrs)
• LCRs are DNA sequences that organize and maintain a functional domain of active chromatin and enhance the transcription of downstream genes. • LCR'ler, aktif kromatinin işlevsel bir alanını organize eden ve sürdüren ve aşağı yöndeki genlerin transkripsiyonunu güçlendiren DNA dizileridir.
Matrix Attachment Regions (Mars)
• These DNA sequences are termed either scaffold attachment regions (SARs) when prepared from metaphase cells or matrix attachment regions (MARs) when prepared from interphase cells. • Bu DNA dizileri, metafaz hücrelerinden hazırlandığında iskele bağlanma bölgeleri (SAR'lar) veya fazlar arası hücrelerden hazırlandığında matris bağlanma bölgeleri (MAR'ler) olarak adlandırılır.
Structure of RNA polymerase II
• Among the three nuclear eukaryotic RNA polymerases, RNA pol II is the best characterized. The most detailed analysis has been completed for RNA pol II from the budding yeast Saccharomyces cerevisiae. The 0.5 MDa enzyme complex consists of 12 subunits (Rpb1 to 12), numbered according to size, that are highly conserved among eukaryotes. • Üç nükleer ökaryotik RNA polimeraz arasında RNA pol II en iyi karakterize edilenidir. Tomurcuklanan Saccharomyces cerevisiae mayasından elde edilen RNA pol II için en ayrıntılı analiz tamamlandı. 0,5 MDa enzim kompleksi, ökaryotlar arasında yüksek oranda korunan, boyutlarına göre numaralandırılmış 12 alt birimden (Rpb1 ila 12) oluşur.
RNA polymerase II C-terminal domain (CTD)
• The CTD is a unique tail-like feature of the largest RNA pol II subunit, which consists of up to 52 heptapeptide repeats of the amino acid consensus sequence Tyr-Ser-Pro-Thr-Ser-Pro-Ser. The CTD is required for mRNA processing in vivo and has been shown to bind to processing factors in vitro. • CTD, Tyr-Ser-Pro-Thr-Ser-Pro-Ser amino asit konsensüs dizisinin 52'ye kadar heptapeptid tekrarından oluşan en büyük RNA pol II alt ünitesinin benzersiz kuyruk benzeri bir özelliğidir. CTD'nin in vivo mRNA işlenmesi için gereklidir ve in vitro işleme faktörlerine bağlandığı gösterilmiştir.
• Transcription initiation requires an unphosphorylated CTD, whereas elongation requires a phosphorylated CTD. • Transkripsiyonun başlatılması fosforile edilmemiş bir CTD gerektirirken, uzama fosforile edilmiş bir CTD gerektirir.
General Transcription Factors and Preinitiation Complex Formation Genel Transkripsiyon Faktörleri ve Başlangıç Öncesi Kompleks Oluşumu
TFIID recruits the rest of the transcriptional machinery TFIID, transkripsiyonel makinenin geri kalanını işe alıyor.
TFIIB orients the complex on the promoter. TFIIB kompleksi promotöre yönlendirir.
TFIIE, TFIIF, TFIIH binding completes the preinitiation complex formation TFIIE, TFIIF, TFIIH bağlanması, başlangıç öncesi kompleks oluşumunu tamamlar
Mediator: A Molecular Bridge Arabulucu: Moleküler Bir Köprü
• Mediator serves as a molecular bridge that connects transcriptional activators bound at enhancers, or other long-range regulatory elements. • Aracı, geliştiricilere bağlı transkripsiyonel aktivatörleri veya diğer uzun menzilli düzenleyici unsurları birbirine bağlayan moleküler bir köprü görevi görür.
