cell cycle-dependent transcription in yeast: promoters, transcription factors, and transcriptomes

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


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.


Cdk und Cycline


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



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


Die Cluster

MBF

SBF G1-phase

Gene

Clusters

Clb2 Cluster

M-G1 Cluster

S-phase Gene Clusters

MET genes

histone genes


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


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?



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?



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?



MBF

SBFG1-phase

Gene

Clusters

Gegenargument:Jede der beiden Gruppen besitzt auch Gene die weder DNA Replikation bzw. Wachstumsfunktionen steuern

Antwort a:





MBF

SBFG1-phase

Gene

Clusters

Antwort a:



Antwort b:

Widerspiegelung der evolutionären Geschichte der Module, die die Transkription regulieren



MBFSBF

KomponentenSwi4 Swi6 Mbp1

MBF

SBFG1-phase

Gene

Clusters

Aufbau der beiden Transkriptionsfaktoren



MBF

SBFG1-phase

Gene

Clusters

Es gibt drei Cycline die spezifisch für die G1 - Phase sind:

Cln 1 Cln 2 Cln 3



MBF

SBFG1-phase

Gene

Clusters

Cln 1 Cln 2 Cln 3۷ ۷ ٨ Cdk1 (CDC28)

spezifische Transkription in der G1 Phase



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



Constanzo et al.,2004 & de Bruin et al., 2004:

Das Protein Whi5 fungiert als Repressor der SBF assozierten Transkription.

MBF

SBFG1-phase

Gene

Clusters



MBF

SBFG1-phase

Gene

Clusters

Cln 3

Cdk1



MBF

SBFG1-phase

Gene

Clusters

SBF

Swi4 Swi6

Cln 3

Cdk1



MBF

SBFG1-phase

Gene

Clusters



MBF

SBFG1-phase

Gene

Clusters

Keine Homologie!



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


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



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.



Interaktionen

Drei Arten von Interaktionen:

1. Gene, die einen Transkriptionsfaktor codieren, können direkt in andere Zellzyklus Phasen wirken (Ndd1)


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)


Cln 3

Cdk1

Clb 2

Cdk1

Beispiel:

Clb 2 Clb 2

Interaktionen


Interaktionen



2. Gene können eine enzymatische Aktivität steuern, die in anderen Clustern Genexpression reguliert (Clb2)Clb 2

Cdk1


Interaktionen



2. Gene können eine enzymatische Aktivität steuern, die in anderen Clustern Genexpression reguliert (Clb2)Clb 2

Cdk1

P


Interaktionen



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)


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


Danke für das Zuhören!

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