Intellektualisering - del IV

DNA-metylering

DNA-metylering er binding av en metylgruppe (CH₃- der C = karbon og H = hydrogen) til en av nukleotidbasene som DNA er bygget opp av (DNA er bygget opp av fire nukleotidbaser kalt Cytosin (C), Guanin (G), Tymin (T) og Adenin (A)).

Det er bare adenin og cytosin som man vet at metyleres. I flercellede eukaryoter (i denne gruppen finner vi blant annet fisker, mus og mennesker :-)) er DNA-metylering forbundet med ikke-aktivt kromatin (dvs. DNA som ikke aktivt produserer protein) og hemming av genuttrykk. Hemmingen forårsakes enten av at transkripsjonsfaktorer ikke er i stand til å binde til sine gjenkjennelsessekvenser når DNAet er metylert eller fordi det metylerte DNAet gjenkjennes av proteiner som rekrutterer co-repressorer som deaktiverer transkripsjon og modifiserer det omkringliggende kromatinet (dvs. pakker DNAet så tett at genene ikke kan transkriberes – som igjen fører til at det ikke produseres protein).

Man vet ikke så mye om de eksakte mekanismene som fører til at DNA metyleres i pattedyr, men det finnes flere teorier. En teori, som har oppstått fordi DNA-metylering er så utbredt, er at metylering er ”normaltilstanden” slik at bare DNA-sekvenser som er beskyttet mot metylering forblir umetylert.

Det finnes to hovedtyper metylering; vedlikeholdsmetylering og de novo-metylering. Vedlikeholdsmetylering er kopiering av eksisterende metyleringsmønstre fra ”mor”-tråden (den opprinnelige DNA-tråden) til ”datter”-tråden (den nye kopien)ved DNA-replikasjon. Denne formen for DNA-metylering finner sted ved replikasjonssentrene til DNAet i cellekjernen.

De novo-metylering er metylering av tidligere umetylerte CpG-seter (områder av DNA med CCGG-repetisjoner). Denne formen for DNA-metylering kan målrettes ved hjelp av flere mekanismer. Spesifikke domener på metyltransferasene (proteiner som utfører metyleringen) kan gjenkjenne mål-DNA, metyltransferasene kan rekrutteres av proteiner som fungerer som transkripsjonshemmere, eller metyltransferasene kan rekrutteres av RNA-interferens (RNAi) til spesifikke DNA-sekvenser.

Man tror også at DNA-metylering er viktig for å beskytte DNAet mot transposoninfeksjon. Transposoner er DNA-sekvenser som kan bevege seg rundt i genomet til cellene (de kan bare bevege sg rundt i DNAet til cellen de ”bor” i). Ved å bevege seg rundt kan transposonene forårsake mutasjoner i DNAet, aktivering av RNAi-signalveier, dannelse av kombinasjonstranskripter (en kombinasjon av f. eks to gener) og dysregulering av genuttrykk (dvs. at et gen kan uttrykkes på feil tidspunkt, i feilmengde eller ikke i det hele tatt).

Intellektualisering - del III

Steroidogen faktor 1

Steroidogen faktor 1 (SF-1) er en kjernereseptor som regulerer endokrin utvikling og funksjon. SF-1 binder fosfolipider i sitt LBD, er konstant aktiv og binder DNA som en monomer. SF-1 interagerer med en rekke cofaktorer som hemmer eller forsterker aktiviteten til SF-1. I tillegg reguleres SF-1 aktivitet av fosforylering (aktivering), acetylering (aktivering) og sumoylering (hemming).

Figurtekst: Illustrasjon av proteinstrukturen til SF-1

SF-1 uttrykkes blant annet i binyrebarken og gonadene. I binyrebarken regulerer SF-1 uttrykking av alle de steroidogene enzymene, som P450 steroidhydroksylasene, og proteiner som kontrollerer transport av kolesterol. I gonadene regulerer SF-1 uttrykking av alle de steroidogene enzymene og også gener involvert i kjønnsdifferensiering.

Figurtekst: Skjematisk oversikt over kjønnsdifferensiering

SF-1 knock out mus (mus som ikke uttrykker SF-1) mangler binyrer og gonader, hannmus har hunnlige ytre genitalier, og musene dør kort tid etter fødselen på grunn av de manglende binyrene.

Figurtekst: A) Hunnlig SF-1 knock out mus B) Hunnlig villtypemus (ikke genmodifisert). Når man sammenligner A) og B) ser vi at binyren (a) som skal ligge oppå nyren (k) mangler hos knock out musen. I tillegg har knock out musen heller ikke utviklet ovarier (o).
C) Hannlig SF-1 knock out mus D) Hannlig villtypemus. Når man sammenligner C) med D) ser vi at knock out musen mangler hannlige interne kjønnsorganer (e (epidydermis) og t (testis)) i tillegg til binyren, i sdedet har den utviklet en ovidukt (od) slik som sen hunnlige knock out musen.

Det er få kjente SF-1 mutasjoner hos mennesker, men de fleste som har mutasjoner i SF-1-genet er XY-kvinner – bare en XX-kvinne med SF-1 mutasjon er kjent. I tillegg til kjønnsreversering (hos XY-kvinnene) er defekter i binyrefunksjon en vanlig konsekvens av mutasjoner i SF-1 genet. SF-1 er med andre ord essensiell for hannlig kjønnsdifferensiering og fungerende binyrer hos mennesker – slik det også er i mus, og mutasjoner i SF-1 genet gir større fenotypisk effekt hos mennesker enn hos mus.

Intellektualisering - del II

Kjernereseptorer

Kjernereseptorer er transkripsjonsfaktorer som regulerer funksjoner som homeostase, reproduksjon, utvikling og metabolisme. Aktiveringen av de fleste kjernereseptorer er ligandavhengig, og ligandene kan være steroid- og ikke-steroidhormoner, fettsyrer eller hydroksylerte kolesterolderivater. I tillegg finnes det en gruppe reseptorer som ikke har noen kjent ligand. Disse reseptorene kalles orphankjernereseptorer.

Figurtekst: Oversikt over den generelle strukturen til en kjernereseptor. N = N-terminal (område A/B), DNA = DBD (område C), linkerregion (område D), Ligand = LBD (område E) og C = C-terminal (område F). I tillegg en liten oversikt over noen av kjernereseptorene.

Kjernereseptorer kontrollerer transkripsjon av målgener ved å binde til hormonresponselementer (HREer), som er spesifikke DNA-sekvenser i målgenene. De fleste kjernereseptorer binder DNA som dimerer, enten homo- eller heterodimerer, men noen av kjernereseptorene kan binde til DNA som monomerer, og dette er tilfelle for flere av orphankjernereseptorene. Homodimerer binder til palindromer, heterodimerer binder til palindromer, direkte repetisjoner eller inverse palindromer, og monomer binding krever en A/T-rik sekvens foran en enkel AGG/TTCA-sekvens.

Alle kjernereseptorer har en lignende struktur, og består vanligvis av en N-terminal region, et DNA-bindingsdomene (DBD), en linkerregion og et ligandbindingsdomene (LBD). I tillegg har de fleste kjernereseptorer også aktiveringsfunksjon 1 og 2 (AF-1 og AF-2). AF-1 befinner seg nær N-terminalen mens AF-2 befinner seg i LBD. Når en kjernereseptor binder en ligand endres strukturen i LBD og AF-2 stabiliseres i en aktiv posisjon. Denne strukturendringen lar kjernereseptoren binde coaktivatorer, noe som er essensielt for transaktivering (transaktivering = når en transkripsjonsfaktor stimulerer transkripsjon ved å binde til DNA og aktivere nærliggende proteiner). Noen orphankjernereseptorer har ikke LBD, og disse er dermed konstant aktive. Dette er også tilfelle for noen orphankjernereseptorer som alltid har lipider bundet til sine LBDer.

Figurtekst: To kjernereseptorer binder til DNA som heterodimerer (RXR og TR er to forskjellige kjernereseptorer). Da de ikke er bundet til et ligand er de inaktive, og i tillegg hemmes kjernereseptorene av en corepressor. Et hormonligand kommer inn i cellekjernen og binder til kjernereseptorene. Dette fører til at corepressoren byttes ut med en coaktivator, og coaktivatoren rekrutterer RNA polymerase (proteinkompleks som utfører selve transkripsjonen av DNA til RNA).

Når kjernereseptorer binder til DNA kan de enten aktivere eller hemme transkripsjon av DNA avhengig av ligandbinding, modifiseringer som fosforylering og acetylering og interaksjon med coaktivatorer eller corepressorer.

Intellektualisering - del I

Steroidhormoner

Steroidhormoner (hormon = en kjemisk substans som produseres i kroppen, og som regulerer aktiviteten til visse celler eller organer) er hormoner som dannes fra kolesterol ved hjelp av et sett enzymer (enzym = et protein som fungerer som biokjemisk katalysator) kalt cytochrome P450 og steroiddehydrogenaser (dehydrogenase = et enzym som katalyserer fjerningen av hydrogen fra et substrat (forbindelsen man vil dehydrogenisere)).

Figurtekst: Kort oversikt over stegene i steroidhormonproduksjonen

Steroidhormonene produseres i binyrebarken og i gonadene. De steroidhormonene som produseres i binyrebarken kalles corticosteroider og er delt i to hovedgrupper; glucocorticosteroidene, som hovedsakelig påvirker metabolismen til karbohydrater og til en viss grad metabolismen til fett og proteiner (eks. cortisol), og mineralocorticoidene, som regulerer glukose og elektrolyttbalansen i kroppen (eks.aldosteron).

Figurtekst: Binyrene befinner seg på toppen av nyrene og består av to deler; Binyrebarken hvor steroidhormoner produseres og medullaen hvor adrenalin produseres.

I gonadene produseres kjønnshormonene androgener, østrogener og progestiner. Disse steroidhormonene er viktige for regulering av reproduksjon og kjønnsbestemmelse. Steroidhormonene virker ved at de fungerer som ligander (ligand = et ion, molekyl eller en molekylær gruppe som binder til en annen kjemisk forbindelse og sammen med denne danner et større kompleks) for en stor gruppe transkripsjonsfaktorer (transkripsjonsfaktor = et protein som kontrollerer når gener er slått på (produserer protein) og av (produserer ikke protein)) kalt kjernereseptorer (kjernereseptor = intracellulære reseptorproteiner som binder til hydrofobe signalmolekyler eller intracellulære metabolitter, aktiveres av denne bindingen og initierer transkripsjon av gener ved å binde til spesifikke DNA-sekvenser). Ved å aktivere kjernereseptorer bidrar steroidhormonene til aktivering av målgener og produksjon av spesifikke proteiner.

Figurtekst: Steroidhormonet går inn i cellen gjennom cellemembranen og binder til kjernereseptoren. Kjernereseptoren aktiveres og dimeriserer (2 aktiverte kjernereseptorer går sammen og danner et kompleks). Den dimeriserte kjernereseptoren går så inn i cellekjernen og binder til sin gjenkjennelsessekvens på DNAet. Dette fører til rekruttering av coaktivatorer og RNApolymerase, og aktivering av transkripsjon (produksjon av mRNA fra DNA). mRNAet går ut av cellekjernen og translateres til protein.