MCB 2350 Text Notes.docx

9 Pages
Unlock Document

University of Guelph
Molecular and Cellular Biology
MCB 2050
Ray Lu

2014­01­20 Ch 19: pg 531­557 Regulation of Gene Expression in Eukaryotes Spatial Dimension: Multicellular organisms contain many different cell types organized into tissues and organs A particular gene might be expressed in one cell but not another Temporal Control: In different developmental stages and cellular processes, different genes are switched on or off at any  given time Compartmentalization subdivides the cells into separate organelles (nucleus and others) Multiple levels of gene control Transcription of DNA into RNA occurs in the nucleus, while translation occurs in the cytoplasm Shot interfering and microRNAs base pair with sequences in specific mRNAs; once paired, they either  cause the mRNA to be cleaved and subsequently degraded, or they prevent the mRNA from being  translated into a polypeptide Temperature: Heat Shock When organisms are subjected to the stress of high temperature, they respond by synthesizing a group of  proteins that help to stabilize the internal cellular environment Heat stress specifically induces the transcription of the genes encoding these proteins Signal Molecules: Genes that Respond to Hormones Hormones circulate through the body, make contact with their target cells, and then initiate a series of  events that regulate the expression of particular genes Two general classes of hormones: Steroid Hormones Small, lipid soluble molecules derived from cholesterol Able to pass through cell membranes Once they enter the cell, they interact hormone receptors to initiate transcription Peptide Hormones Linear chains of amino acids Too large to pass through membranes, the signals they convey must be transmitted to the interior of cells by  membrane bound receptor proteins When it interacts with its receptor, it cause a conformational change in the receptor that eventually leads to  changes in other proteins inside the cell The hormonal signal is transmitted through the cytoplasm of the cell and into the nucleus  Process of transmitting signal called signal transduction Mediated by specific sequences in the DNA called hormone response elements (HREs) Molecular Control of Transcription in Eukaryotes The transcription of eukaryotic genes is controlled by a variety of special transcription factors These factors bind to response elements called enhancers Enhancers exhibit 3 general properties: 1. They act over relatively large distances – up to several thousand base pairs from their  regulated genes 2. Their influence on gene expression is independent of orientation – they function equally  well in either the normal or inverted orientation 3. Their effects are independent of position Transcription Factors structural motifs: Zinc Finger A short peptide loop that forms when two cysteines in one part of the polypeptide and two histidines in  another part nearby jointly bind a zinc ion Helix­turn­helix Three short helices of amino acids separated from each other by turns Leucine Zippers A stretch of amino acids with a leucine at every seventh position Polypeptides with this feature can form dimers by interactions between the leucines in each of their zipper  regions When two zippers interact, these charged regions splay out in opposite directions, forming a surface that  can bind to negatively charged DNA Helix­loop­helix A stretch of two helical regions of amino acids separated by a nonhelical lopp Helical regions permit dimerization between 2 polypeptides Post Transcriptional Regulation of Gene Expression by RNA Interference By base pairing with target sequences in messenger RNA molecules, these small RNAs interfere with gene  expression Called RNA interference (RNAi) RNAi Involves small RNA molecules Short interfering RNAs (siRNA) Micro RNAs (miRNA) The double stranded miRNA/siRNA are unwound and one of its strands is eliminated The surviving single strand of RNA is then able to interact with specific messenger RNA molecules Messenger RNA that has been targeted by siRNA is cleaved, and mRNA that has been targeted by miRNA  is prevented from serving as a template for polypeptide synthesis Gene Expression and Chromatin Organization Eukaryotic chromosomes are composed of about equal parts of DNA and protein ▯ referred to as  chromatin The deeply staining material is called heterochromatin, and the lightly staining material is called  euchromatin Majority of eukaryotic genes are located in euchromatin, and when transposed to a heterochromatic  environment, they tend to function abnormally or not at all This impaired ability to function can create a mixture of normal and mutant characteristics in the same  individual and is referred to as position effect variegation Epigenetic: a heritable state other than the actual sequence of the gene regulates gene’s expression Chromatin Remodelling  Alteration of nucleosomes in preparation for transcription Two general types: 1. Composed of enzymes that transfer acetyl groups to the amino acid lysine at specific positions  in the histones of the nucleosomes ▯ called  histone acetyl transferase (HATs) 2. SWI/SNF complex i. Consists of at least eight proteins, it regulates transcription by sliding histone octamers  along the associated DNA in nucleosomes; it can also transfer these octamers to other  locations on a DNA molecule DNA Methylation and Imprinting In mammalian genome, 2­7% of cytosine residues are methylated; mostly in 5’ mCpG 3’ dinucleotides CpG Island: CG­rich sequence near transcription initiation site, (p denotes a phosphodiester bond) DNA having a much higher density of CpG dinucleotides than other regions of the genome Inactive X chromosome in female mammals is extensively methylated Whenever the expression of a gene is conditioned by its parental origin, geneticists say that the gene has  been imprinted a term intended to convey the idea that the gene has been marked in some way so that  it remembers which parent it came from Activation and Inactivation of Whole Chromosomes Dosage compensation of X­linked genes There is a problem of equalizing the activity of x­linked genes in the two sexes In mammals, random inactivation of a X chromosome in females In Drosophila, the single X chromosome in males is hyperactivated In nematode, both of the X chromosomes in hermaphrodites are hypoactivated Inactivation of X Chromosomes in Mammals Begins at a particular site called the X inactivation centre (XIC) and then spreads in opposite directions  toward the ends of the chromosome One gene that remains active on an inactive chromosome is called XIST (x inactive specific transcript);  encodes a 17­kb non­protein coding RNA Ch 14: pg 366­377, 380­391 The Techniques of Molecular Genetics Recombinant DNA Technology: joining DNA molecules together to make new DNA molecules Begins with the cloning of DNA Cloning ▯ asexual reproduction through artificial means The first approach: a minichromosome carrying the gene of interest is produced in the test tube and is then  introduced into an appropriate host cell The gene cloning procedure involves 2 steps: 1. The incorporation of the gene 
More Less

Related notes for MCB 2050

Log In


Don't have an account?

Join OneClass

Access over 10 million pages of study
documents for 1.3 million courses.

Sign up

Join to view


By registering, I agree to the Terms and Privacy Policies
Already have an account?
Just a few more details

So we can recommend you notes for your school.

Reset Password

Please enter below the email address you registered with and we will send you a link to reset your password.

Add your courses

Get notes from the top students in your class.