Post on 23-Feb-2018
transcript
MFPSB 1
Úloha genu Úloha genu COP1COP1 v rostlinné v rostlinné fotomorfogene i a t morogene ifotomorfogene i a t morogene ifotomorfogenezi a tumorogenezi fotomorfogenezi a tumorogenezi
u živočichůu živočichů
a) Fotomorfogenezea) Fotomorfogenezeb) Úloha COP1 ve fotomorfogenezi rostlinc) COP1 a tumorogeneze
Martin FellnerMartin Fellner 2010
MF 2MFPSB
a) Fotomorfogeneze
Briggs WR, Spudich JL (eds) (2005) Handbook of Photosensory Receptors, Wiley-VCHReceptors, Wiley VCH
Schäfer E, Nagy F (eds) (2006) Photomorphogenesis in Plants gand Bacteria, 3rd ed., Springer
http://arjournals.annualreviews.org/doi/abs/10.1146/annurev.arplant.56.032604.144208
Rockwell NC et al. (2006) Phytochrome Structure and Signaling Mechanisms. Annu Rev Plant Biol 57: 837-858
p j g p
MF 4
Fotomorfogeneze = světlem indukované změny ve vývoji a růstu
MFPSB
Fotomorfogeneze světlem indukované změny ve vývoji a růsturostliny.
Proces, při kterém světlo jako signál změní vývoj rostliny tak, aby mohla ů ů
Světlo
pro svůj další růst využít světlo jako energii.
Základní fotomorfogenické
Světlo
Základní fotomorfogenické reakce:
- inhibice prodlužováníTma inhibice prodlužování
- stimulace syntézy chlorofylu
- stimulace růstu listu- stimulace růstu listu
- regulace klíčení
MF 5MFPSB
Při fotomorfogenezi je světlo zachycováno pigmenty, které jsou součástí fotoreceptorů:
červeného světla: fytochromy A až E (phytochromes)
modrého světla a UV-A: kryptochromy a fototropiny modrého světla a UV A: kryptochromy a fototropiny(cryptochromes, phototropins)
Absorpce světla aktivace signálních drah
Aktivace světlem indukovaných genů
Fytochrom funguje v jádře aktivuje transkripční faktory Je však
MF 6MFPSB
Fytochrom funguje v jádře – aktivuje transkripční faktory. Je však lokalizovaný původně v cytoplazmě => musí být přemísťěn do jádra.
Sh R (2001) C t S i 80 178 188 F t h ř í ť j d jád li ětlhttp://www.ias.ac.in/currsci/jan252001/178.pdf
Sharma R (2001) Current Science 80: 178-188 Fytochrom se přemísťuje do jádra vlivem světla
- Pohyb phyB – indukován R, inhibován FR;do jádra putuje pouze ve formě Pfr, pohyb je pomalý! pomalý
- Pohyb phyA – indukován FR; putuje v obou formách; pohyb je rychlý.
!Vizualizace pomocí GFP (green fluorescent protein; GFP aktivovaný světlem emituje fluorescenční záření)GFP aktivovaný světlem emituje fluorescenční záření)
KonstruktPromotor PHYB GFP
Transformace rostlin
Sledování exprese PHYBv buňkách a pletivechphyA-GFP phyB-GFP
MF 7MFPSB
Regulace genové exprese fytochromem B
PhyB je syntetizován v cytolazmě ve formě PrB PIC iniciuje transkripci MYB genů
Jaderný protein PIF3 (phytochrome interacting factor3):
v cytolazmě ve formě PrB j p g(CCA1, LHY)
(p y g )
- přesná funkce není známa –transkripční faktor reagující s G-boxem (= část promotoru genu ( p gMYB)
- reaguje s C- terminálním koncem fytochromu B – Pfr tvoří komplex s y pPIF3
Nové informace
Kim J et al. (2003) Plant Cell 15: 2399-2407
http://www.plantcell.org/
Ve formě PfrB je fytochrom transportován do jádra
PfrB se váže k dimeru PIF3
Transkripční faktor MYBaktivuje transkripci LHCB
MF 8
b) Úloha COP1 ve fotomorfogenezi rostlinMFPSB
b) Úloha COP1 ve fotomorfogenezi rostlin
Genetický skríning Selekce mutantů Identifikace genůGenetický skríning Selekce mutantů Identifikace genů
cop1 (constitutive photomorphogenesis) - etiolizované rostliny ukazují fenotyp rostlin rostoucích na světleyp
MF 9MFPSB
Mutovaný (poškozený) gen COP1 vede ke konstitutivní fotomorfogenezi
Zdravý gen COP1 – negativní regulátor fotomorfogeneze
COP1 t ál í f t f tliCOP1 – centrální gen fotomorfogeneze rostlin
MF 10
Struktura Arabidopsis COP1 (AtCOP1)
MFPSB
Struktura Arabidopsis COP1 (AtCOP1)
WD40WD40NES NISRING Coiled-coil
N-terminální doména: RING finger a coiled-coil doména
RING finger a coiled-coil doména – vnesení do cop1 mutanta vede k osvobození letálního fenotypu
N-terminální doména má základní funkci ve vývoji rostlin
NES = leucine-rich Nuclear Export Signal
C-terminální doména: WD40
NES leucine rich Nuclear Export Signal
NIS = Nuclear Import Signal
C-terminální doména: WD40
MF 11MFPSB
Interakce Arabidopsis COP1 s dalšími proteiny
WD40NES NISRING Coiled-coil
COP10CIP8
SPA1-4, COP1, CIP1, CIP4, CIP7
HY5, HYH, STO, HFR1, CRY1, CRY2, phyA, phyB
,
Nezmapovaný faktor: LAF1Nezmapovaný faktor: LAF1
MF 12
COP1 funguje jako E3 ubiquitin ligázaMFPSB
g j j q g
Negativní funkce COP1 byla odhalena pomocí HY5
HY5 – bZIP transkripční faktor:
- akumuluje se v reakci na světlo
- v reakci na světlo aktivuje fotomorfogenické geny
- ve tmě dochází k degradaci HY5 pomocí proteolýzy zprostředkované proteazomemproteazomem
Proteolýza zprostředkovaná proteazomem vyžaduje protein ubiquitin
proteinubiquitin proteinubiquitin
E3 ubiquitin ligáza Proteazom
RING finger
MF 13
CO ř ý ž á ů
MFPSB
COP1 podezřelý z toho, že jde od HY5 E3 ubiquitin ligázu – důkazy:
- COP1 interaguje přímo s HY5g j p
- degradace HY5 je narušena v mutantu cop1
- mutant cop1 s bodovou mutací v WD40 špatně interaguje s HY5- mutant cop1 s bodovou mutací v WD40 špatně interaguje s HY5
- HY5 se stabilizuje na světle, když COP1 je z jádra odstraněn
COP1 = E3 ubiquitin ligáza
COP1 rovněž ubiquitinuje HYH a transkripční faktory jiných typů: LAF1 (Myb) nebo HFR1 (bHLH)
COP1 funguje jako hlavní vypínač: ve tmě vypíná fotomorfogenezi degradací transkripčních faktorů, které aktivují specifické geny fotomorfogenezedegradací transkripčních faktorů, které aktivují specifické geny fotomorfogeneze
MF 14MFPSB
phyA – fotoreceptor dlouhovlného červeného světla (FR); na světle extrémně labilní
CRY2 – fotoreceptor modrého světla; na světle extrémně labilní
COP1 přímo interaguje s phyA a CRY2 a směřuje je k ubiquitinaci proteazomem
Ochrana před nadměrnou aktivací signálních drah
phyB – fotoreceptor červeného světla; na světle stabilní
CRY1 – fotoreceptor modrého světla; na světle stabilní
COP1 přímo interaguje s phyB a CRY1, ale nemá vliv na jejich stabilitu
COP1 l j i t k i h B CRY1 t č ý i t iCOP1 reguluje interakci phyB a CRY1 s terčovými proteiny
Schéma úlohy COP1 ve fotomofogenezi
MF 16Funkce COP1 je modulována nukleoplazmatickou translokacíMFPSB
Mutace Leu zbytkův doméně COP1
odpovědné za exportproteinu z jádra
Zvýšená akumulacemutovaného COP1
v jádře
Transgenní rostlinyoverexprimující COP1
s mutovanou doménouzodpovědnou za import
proteinu do jádra
Snížena akumulace mutovaného COP1 v jádře
= konstitutivní
Update 2008Hong SH et al. (2008) Plant J (April 2008)
Nový transkripční faktor BIT1 (MYB transcription factor Blue Insensitive Trait 1)Tma: degradace BIT1 působením COP1 BL: BIT1 stabilizován CRY1 není = konstitutivní
fotomorfogenezeTma: degradace BIT1 působením COP1. BL: BIT1 stabilizován CRY1, není degradován. BIT1 se váže k promotoru Pdbs (člen light-harvesting complex genů) a tak aktivuje jeho expresi.
MF 17
Faktory regulující COP1 - kvasinkový dvouhybridní skríning
MFPSB
Faktory regulující COP1 - kvasinkový dvouhybridní skríning- genetické interakce- purifikace proteinových komplexů
1) Proteiny SPA
- regulují funkci COP1 v signální dráze phyA- obsahují N-terminální kinase-like doménu, coiled-coil doménu, WD40 na C-konci
WD40 vysoce homologní k WD40 doméně COP1- WD40 vysoce homologní k WD40 doméně COP1- fyzicky interagují s COP1 prostřednictvím coiled-coil domény
WD40NES NISRING Coiled-coil
COP10CIP8
SPA1-4, COP1, CIP1,
CIP4, CIP7
HY5, HYH, STO, HFR1, cry1, cry2, phyA, phyB
,
Mechanizmus regulace COP1 proteiny SPA není znám.
- zvyšují aktivitu (fosforylací COP1) - usnadňují interakci COP1 se substráty- stabilizují COP1 komplexy
MF 18MFPSB
2) Kryptochromy
- na světle CRY1 a CRY2 jsou fosforylovány =>stávají se aktivními
- na světle CRY1 a CRY2 negativně regulují aktivitu COP1 asociací C-terminální domény CRY (CCT) s doménou WD40 proteinu COP1
j
CRY (CCT) s doménou WD40 proteinu COP1
- transgenní rostliny exprimující CCT1, CCT2 => cop1 fenotyp cop1 fenotyp
- transgenní rostliny s mutací v CCT – narušenainterakce s COP1 => bez cop1 fenotypu
MF 19
Navržený mechanismus regulace COP1 kryptochromy
MFPSB
Modré světlo => přenos elektronů uvnitř PHR => změna konformace CCT => autofosforylace CRY => aktivace kryptochromu
Navržený mechanismus regulace COP1 kryptochromy
Aktivní (Pi)n
Modré světlo
PHR = Photolyase-related doména; N- terminální doména
PHR CCT PHR CCTKináza
Fosfatáza
PHR CCTCRYNeaktivní
Aktivace kryptochromuAktivace kryptochromu
Deaktivace COP1
MF 20
3) COP/DET/FUS
MFPSB
3) COP/DET/FUS
Další geny: DET (DE ETIOLATED)FUS (FUSCA)
Mutanti s fenotypem konstitutivní fotomorfogeneze
Součástí dvou velkých komplexů:COP9 signalozomCDD komplex
COP9 signalozom konzervovaný u rostlin aCOP9 signalozom – konzervovaný u rostlin a živočichů; spojen s multi-komplexy E3 ubiquitin ligázy;reguluje aktivitu E3
CDD komplex – nalezen pouze u rostlin
Vztah mezi COP, DET a FUS není zatím znám:
- mutace cop/det/fus potlačuje jadernou akumulaci COP1t bilit CDD k l j tiž t í COP9 i l- stabilita CDD komplexu je postižena mutací v COP9 signalozomu
- mutace cop10 vede ke změně velikosti komplexu COP1
MF 21
c) COP1 a tumorogenezeMFPSB
c) COP1 a tumorogenezeCOP1 – velice konzervovaný u ryb, obojživelníků, ptáků a savců; nebyl identifikován u Drosophily ale byl nalezen u komáranebyl identifikován u Drosophily, ale byl nalezen u komára
MmCOP1 – role v tumorogenezi a reakcích ke stresům
Struktura savčího COP1 (MmCOP1)NE – umožňuje interakci COP1 s jadernou obálkouCOP1 s jadernou obálkou
COP1 migruje mezi jádrem a cytoplazmou. Má ale odlišné import a export signályimport a export signály(NIS, NES)
Coiled-coil doména – self –di i COP1 i t jdimerizace COP1; interaguje s DET1
COP1 interaguje s c-Jun, p53ř ía MVP prostřednictvím WD40
MF 22
Funkce COP1 v savčích buňkách
MFPSB
Funkce COP1 v savčích buňkách
Stejně jako u rostlin, živočišný COP1 je zapojen v ubiquitinaci proteinů. Jeho úloha u savců je však mnohem méně známa než u rostlinj
Tři známé substráty COP1: p53 (tumor suppressor protein)c-Jun (proto-oncogene)
p53 (tumor suppressor protein)
MVP (major vault protein)
COP1 degraduje p53: Overexprese COP1 Inhibice transkripce a apoptózy závislé na p53
p ( pp p )
COP1 byl overexprimován ve vysokém procentu v endokarcinomech prsu a vaječníků
Eliminace COP1 Zastavení buněčného cyklu v G1 fázi
Update 2008He L et al (2007) Nature 447: 1130 1134He L et al. (2007) Nature 447: 1130-1134
Transkripční factor p53 reguluje expresi genů kódujících microRNA (miR-34), které potlačují buněčné dělení. Hladiny microRNA jsou radikálně sníženy v nádorových buňkách.
MF 23U rostlin je aktivita COP1 regulována světlem.
MFPSB
Otázka: Co reguluje aktivitu COP1 u živočichů? Co způsobuje zvýšení či redukci exprese COP1?
Poškození DNA – důsledek UV a ionizačního záření
Poškození DNA p53
a ionizačního záření Protein ATM fosforyluje
COP1 na Ser387
P53 je nejčastěji mutovaným supresorem
Transport COP1 z jádra do cytoplazmy a autodegradace COP1
sup eso e
Update 2008Rozpad komplexu
COP1-p53
Update 2008
UVB indukuje mutaci (C=>T a CC=>TT) v genu p53. Mutace jsouspojené s vývojem rakoviny kůže. Mutace p53 - detekovány v myší kůži
Benjamin CL et al. (2008) Photochem Photobiol 84: 55-62
Zastavení ubiquitinace a degradace p53
dopředu před vypuknutím rakoviny. Využití: Testování opalovacíchkrémů.
Bensaad K, Vousden KH (2007) Trends in Cell Biology 17: 286-291
Apoptóza
Rakoviny ukazují metabolické změny vedoucí k upregulaci glykolýzy aspotřeby glukózy. p53 reguluje metabolismus glukózy a oxidativní stres- potlačování vzniku nádorů
MF 24MFPSB
c-Jun MVP
UV zářeníUV záření
Fosforylace MVPAkumulace c-Jun
Rozpad komplexu COP1-MVP
Iniciace transkripce AP-1 (activator protein)
Redukce transkripce AP-1
COP1 MVP
Redukce transkripce p53(activator protein)
A tóTumorogeneze
Apoptóza
MF 25
UV záření
Ionizační záření
MFPSB
UV záření
Poškození DNA
Stres
COP1P COP1MVPPATM
COP1
Transport do cytoplazmy
COP1c-Jun
P
MVPTransport do cytoplazmy
COP1P
p53COP1
c-JunP
MVPP
COP1P
Transport do cytoplazmy
c-JunP
AP-1
p53
MVP = major vault protein
COP1 = constitutive photomorphogenesis 1
p53Apoptóza ATM = ataxia telangiectasia mutated
AP-1 = activator protein
p53 = tumor suppressor protein
Tumorogenesisc-Jun = proto-oncogene
MF 26Použitá literaturaH SH l (2008) Pl J (A il 2008)
MFPSB
Hong SH et al. (2008) Plant J (April 2008)
Benjamin CL et al. (2008) Photochem Photobiol 84: 55-62Bensaad K, Vousden KH (2007) Trends in Cell Biology 17: 286-291
Jiao Y et al. (2007) Nature Reviews in Genetics 8: 217-230
He L et al. (2007) Nature 447: 1130-1134
Taiz L, Zeiger E (2006) Plant Physiology. 4th Edition, Sinauer Asociates, Inc. Publishers, Sunderland, Massachusetts
Hoeller D et al. (2006) Nature Reviews Cancer 6: 776-788
Dornan D et al. (2006) Science 313: 1122-1126
Burger A et al. (2006) Neoplasia 8: 689-695
Yi C, Deng XW (2005) Trends in Cell Biology 15: 618-625
Yi C et al. (2005) Cancer Res 65: 5835-5840
Dornan D et al. (2004) Cancer Research 64: 7226-7230
Wertz IE et al. (2004) Science 303: 1371-1374
Dornan D et al. (2004) Nature 429: 86-92
Dornan D et al. (2004) Cancer Research 64: 7226 7230
Bianchi E et al. (2003) J Biol Chem 278: 19682-19690Yi C et al. (2002) BMC Cell Biology 3: 30-46
MF 27Kdo jsou?MFPSB
Joanne ChoryVishva M Dixit The Salk Institute, La Jolla
Xing-Wang DengYale University, New Haven
Vishva M. DixitGenentech, Inc., San Francisco
?
Chunling Yi David DornanChunling YiYale University, New Haven
David DornanGenentech, Inc., San Francisco
MF 28
Klíčová slova pro příští přednáškuMFPSB
Klíčová slova pro příští přednášku
Boron
Boron transporter
Boron Borate transport
NaBC1
NIP5 1Boron transport
Boron channel Na+-coupled borate transporter
Boric acidNIP5;1
BOR1
Xylem loading
NCBI:
Google: http://www.google.cz/http://www.ncbi.nlm.nih.gov/