Центральна догма молекулярної біології 2014

Центральна догма Центральна догма молекулярної молекулярної

біологіїбіології

Версія 2.014

Доповідачі:

Микитюк В.П., Неграй Д.В., Гороховський Є.О.

Francis Harry Compton Crick June 8, 1916 - July 29, 2004

John Maynard SmithJanuary 6, 1920 - April 19, 2004

Crick F. Ideas on Protein Synthesis (Oct. 1956)

Центральна догма молекулярної біології – це заборона переносу ІНФОРМАЦІЇ з білка на білок

та з білка на нуклеїнові кислоти

Під словом “інформація” мається на увазі точна передача визначеної послідовності амінокислот чи нуклеотидів, а не передача регуляторної, або

структурної інформації(що ми маємо при пріонізації, наприклад)

Причина заборони Кріка: відсутність молекулярних машин, які необхідні для здійснення цих процесів

Операціонально: якщо в клітині з’явиться новий білок, це не призведе до появи нового гена

ЦДМБ не заперечує існування зворотньої транскрипції, РНК-реплікації та прямого синтезу білків з ДНК

Частота помилок при реплікації ДНК ~10-8

Швидкість реплікації прокаріотів ~ 750 нукл. в секунду

Еукаріотів – 60-90 нукл. в секунду

Реплікація ДНКРеплікація ДНК

Так звана “недореплікація” призводить до вкорочення теломерних ділянок хромосом – причина ліміту Хейфліка

The Nobel Prize in The Nobel Prize in

Physiology or Physiology or

Medicine 2009Medicine 2009

"for the discovery of how chromosomes are protected by

telomeres and the enzyme telomerase"

Ексцизійна репарація ДНКЕксцизійна репарація ДНК

(Base Excision Repair - BER) Nucleotide Excision Repair - NER

ТранскрипціяШвидкість елонгації прокаріот – 50 нукл/сек

ТранскрипціяШвидкість елонгації прокаріот – 50 нукл/сек

Сплайсинг РНК

Сплайсинг РНК

Альтернативний сплайсинг РНК

Сплайсинг РНК

Сплайсинг РНК

Транспорт зрілої мРНК з ядра

Активація амінокислот

Активація амінокислотсередня частота помилок при аміноацилюванні тРНК

становить приблизно 10-6

Ініціація трансляції

Трансляція

Термінація Трансляції

Термінація трансляції за допомогою тмРНК

Нестандартні амінокислоти і трансляційне перекодування

Селеноцистеїн

Кодується кодоном UGA і SECIS element

Знайдений в 25 білках людини

Інші аміноксилоти:

Селенометіонін - бразильського горіха, зернових, соєвих бобах та інших бобових

Пірролізин – метаногенних архей

Білковий сплайсинг

Виды интеинов:

Виды белкового сплайсинга:

•цис-сплайсинг (интеин вырезается из одного и того самого белка)

•транс-сплайсинг (вырезание интеина сопровождается сшиванием двух разных белков);

Механизм хоуминга белков:

Схема белкового цис-сплайсинга:

Схема белкового транс-сплайсинга:

Спеціальні шляхи перенесення інформації

Обратная транскрипция

Открытие обратной транскрипции (1970)

Дэвид Балтимор Говард Темин(Baltimore D RNA-depend-DNA-polymerase in virions of RNA tumor virus Nature - 1970. - T. 226. - № 5252. – C. 1209-11.)

(Mizutani S, Boettinger D, Temen HM A DNA-depend-DNA-polymeraseand a DNA-endonuclease of Rouse sarcoma virus Nature – 1970 – T.228 № 5252)

Типы обратной транскрипции:

1. Target prime reverse transcription (TPRT)[1] Примеры: • ретротранспозоны без -LTR (LINE, SINE); • активность теломеразы;• интроны II типа;• РНК-зависимая репарация ДНК;• РНК-зависимая репарация;2. Цитоплазматическая обратная транскрипция:• экзо- и эндогенные ретровирусы;• LTR-ретротранспозоны;

Цитоплазматическая обратная транскрипция

(

Target prime reverse transcription (TPRT)

Ферменты способные осуществлять обратную

транскрипцию:•Ревертаза (РНК-зависимая-ДНК-полимераза)

•Некоторые ДНК-зависимые-ДНК-полимеразы(!) (ДНК-полимераза I E.coli[1], Pol

Структура ревертазы:

Роль обратной транскрипции в клеточных процессах:

•Горизонтальный перенос генов (ГПГ);

•Амплификация генов и перетасовка экзонов (exon shuffling);

•поддержка нормальной длины теломеров хромомосом;

•репарация двухцепочных разрывов (DSB) ДНК;

•распостранение автосплайсированых интронов;

Жизненный цикл ретровируса:

Механизм достаивание теломеров

Структура теломеразы:•теломеразная обратная транскриптаза (TERT) (длина 1131 аминокислот)

•теломеразная РНК (TERC) (длина 451 нуклеотид)

Амплификация генов путем образование ретротранскриптов.

Схема перетасовки экзонов, благодаря ретропозонам

Репарация дц ДНК разрывов путем NHEJ

Репарация дц ДНК разрывов путем РНК-зависимой гомологической рекомбинации

Участие ревертазы, в распостранение автосплайсированых II интронов

РНК-зависимая-РНК-репликация

1. РНК-зависимая-РНК-репликация вирусов (Примеры: многие РНК-содержащие вирусы)

2. РНК-зависимая РНК-репликация клеточных организмов (особенности: кодируют собственную RdRp, которая

была найдена в здоровых тканях таких растений: пекинская капуста[1], цветной капусты[2], табака[3-5], томата[6], и огурца[7]. Также есть данные о наличие RdRp в нервных клетках мыши[8] и ретикулоцитах

кролика[9]

Происхождение РНК-зависимой-РНК-полимеразы(RdRp)

(эукариоты)

Возможные функции RdRp в клетке:

•амплификация мРНК(гена);

•сайленсинг генов;

•создание дополнительного “хранения” генов ввиде мРНК;

•избирательное увеличение количество редатированого РНК;

• внутриклеточная избирательная “селекция” мРНК с “позитивными” мутациями;

Схема амплификации мРНК гена.

Схема возможного knock-down генов с помощью комплексов RISC

Схема избирательного увеличение количества редактированного РНК

Внутриклеточная избирательная “селекция” мРНК с “позитивными”

мутациями;

Схема создание дополнительного “хранения” генов ввиде мРНК

• RNA-less синтез макроциклических пептидов

Информационные белок-белковые взаимодействия

Прионы (proteinacious infectious particle)Β-амилоид

Что такое прионы ?• Инфекционные белковые

частицы.• Открыты в 1982 году Стенли

Прузинером.• Обладают аномальной

белковой структурой, катализирующей конформационный переход нормальных белков в паталогическое состояние.

• прионные заболевания на сегодняшний день являются смертельными. Они могут быть наследственными (примерно 15% случаев), приобретенными (< 1% случаев) и спорадическими (85% случаев)

Прионные болезни

• Скрейпи

• Губчатые энцефалопатии млекопитающих

• болезнь Крейцфельда-Якоба

• болезнь Герстмана-Штраусслера-Шейнкера,

• семейная фатальная бессонница

• куру

Механизмы прионного перехода

• приобретение инфекционных свойств белком связано с конформационным переходом, при котором происходит образование β−складчатого слоя.

• PrPC содержит 42% α-спиралей и 3% β-структур

• PrPSc содержит 30% α-спиралей и 43% β-структур. Также этот белок устойчив к протеиназе К.

Разнообразие прионов

• Saccharomyces cerevisiae: [URE3] и [PSI+]

• [PIN+] S. cerevisiae

• [Het-s] гриба Podospora anserina

Прионоподобные детерминанты:

-[ISP+], [GAR+]S. cerevisiae -[cif ] Schizosaccha romyces pombe

Прионы как носители наследственной информации

[HET-S]

[PSI+]

Роль шаперонов

RNA-less синтез макроциклических

пептидов

Разнообразие NRSP

Домены NRPSs

Логика синтеза

Ацилирование

D-аминокислоты в NRPS

Макроциклы

Cross-linking

Ebony

Зворотню трансляцію досі не знайдено, але…

Дякуємо за увагу!