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

1. Cell cycle-dependent transcription in yeast: promoters, transcription factors, and transcriptomes Curt Wittenberg and Steven Reed Oncogene (2005) 24, 2746-2755

2. 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.

3. Cdk und Cycline Der Zellzyklus in Hefe Wichtig sind vor allem: • Cdk == Cyclin dependent Kinase • Cycline Beide zusammen, als aktiver Komplex, können Substrate an einer speziellen Konsensussequenz phosphorlieren Aktivität des Cyclin/Cdk Komplex kann auch durch Phosphorylierung reguliert werden

4. Cdk und Cycline Der Zellzyklus in Hefe Wichtig sind vor allem: • Cdk == Cyclin dependent Kinase • Cycline Cycline wurden als Proteine gefunden, deren Expression während des Zellzyklus oszilliert

5. MBF SBF MET genes histone genes Clb2 Cluster M-G1 Cluster S-phase Gene Clusters Die Cluster G1-phase Gene Clusters

6. G1-phase Gene Clusters MBF SBF Der G1 Phase Cluster Swi4 binding factor 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

7. G1-phase Gene Clusters MBF SBF Der G1 Phase Cluster 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?

8. G1-phase Gene Clusters MBF SBF MBF SBF Der G1 Phase Cluster Warum gibt es zwei Gene Cluster in der G1-Phase? Gene für die Kontrolle der DNA Replikation und Reparatur • Gene für • Zellmorphogenese • Spindle Pol Duplikation • andere Wachstumsfunktionen

9. G1-phase Gene Clusters MBF SBF Der G1 Phase Cluster Warum gibt es zwei getrennte G1-Phase Gene Cluster? Antwort a: Es ist von Bedeutung beide Cluster getrennt voneinander per Regulation der Transkriptionsfaktoren steuern zu können

10. G1-phase Gene Clusters MBF SBF Der G1 Phase Cluster Warum gibt es zwei getrennte G1-Phase Gene Cluster? Antwort a: Es ist von Bedeutung beide Cluster getrennt voneinander per Regulation der Transkriptionsfaktoren steuern zu können Gegenargument: Jede der beiden Gruppen besitzt auch Gene die weder DNA Replikation bzw. Wachstumsfunktionen steuern

11. G1-phase Gene Clusters MBF SBF Der G1 Phase Cluster Warum gibt es zwei getrennte G1-Phase Gene Cluster? Antwort a: Es ist von Bedeutung beide Cluster getrennt voneinander per Regulation der Transkriptionsfaktoren steuern zu können Antwort b: Widerspiegelung der evolutionären Geschichte der Module, die die Transkription regulieren

12. G1-phase Gene Clusters MBF SBF MBF SBF Der G1 Phase Cluster Aufbau der beiden Transkriptionsfaktoren Komponenten Swi4 Swi6 Mbp1

13. G1-phase Gene Clusters MBF SBF Der G1 Phase Cluster Es gibt drei Cycline die spezifisch für die G1 - Phase sind: Cln 1 Cln 2 Cln 3

14. G1-phase Gene Clusters Cln 3 MBF SBF Der G1 Phase Cluster Cln 1 ۷ Cln 2 ۷ ٨ Cdk1 (CDC28) spezifische Transkription in der G1 Phase

15. Cln 3 G1-phase Gene Clusters Cdk1 MBF SBF Der G1 Phase Cluster Komplex Cln3/Cdk1 ist primärer Transkriptionsaktivator unter physiologischen Konditionen für G1 spezifische Transkription Doch wie schaltet der Komplex die Transkription an?

16. G1-phase Gene Clusters MBF SBF Der G1 Phase Cluster Constanzo et al.,2004 & de Bruin et al., 2004: Das Protein Whi5 fungiert als Repressor der SBF assozierten Transkription.

17. Cln 3 G1-phase Gene Clusters Cdk1 MBF SBF Der G1 Phase Cluster

18. SBF Cln 3 G1-phase Gene Clusters Swi4 Swi6 Cdk1 MBF SBF Der G1 Phase Cluster

19. G1-phase Gene Clusters MBF SBF Der G1 Phase Cluster

20. G1-phase Gene Clusters MBF SBF Der G1 Phase Cluster Keine Homologie!

21. 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

22. Andere Zellzyklus Gene 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

23. Andere Zellzyklus Gene 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.

24. Interaktionen • Drei Arten von Interaktionen: • Gene, die einen Transkriptionsfaktor codieren, können direkt in andere Zellzyklus Phasen wirken (Ndd1)

25. Interaktionen • Drei Arten von Interaktionen: • Gene, die einen Transkriptionsfaktor codieren können direkt in andere Zellzyklus Phasen wirken (Ndd1) • Gene können eine enzymatische Aktivität steuern, die in anderen Clustern Genexpression reguliert (Clb2)

26. Cln 3 Cdk1 Interaktionen Beispiel: Clb 2 Clb 2 Clb 2 Cdk1

27. Clb 2 Cdk1 Interaktionen • Drei Arten von Interaktionen: • Gene, die einen Transkriptionsfaktor codieren können direkt in andere Zellzyklus Phasen wirken (Ndd1) • Gene können eine enzymatische Aktivität steuern, die in anderen Clustern Genexpression reguliert (Clb2)

28. Clb 2 Cdk1 Interaktionen • Drei Arten von Interaktionen: • Gene, die einen Transkriptionsfaktor codieren können direkt in andere Zellzyklus Phasen wirken (Ndd1) • Gene können eine enzymatische Aktivität steuern, die in anderen Clustern Genexpression reguliert (Clb2) P

29. Interaktionen • Drei Arten von Interaktionen: • Gene, die einen Transkriptionsfaktor codieren können direkt in andere Zellzyklus Phasen wirken (Ndd1) • Gene können eine enzymatische Aktivität steuern, die in anderen Clustern Genexpression reguliert • Gene, die für eine Repressor codieren können die Transkription von Genen aus einem anderen Cluster unterdrücken (Yox1 und Yhp1)

30. Zusammenfassung • ca 10% (800) aller proteincodierenden Gene in Hefe werden Zellzyklus spezifisch reguliert • Die Mehrzahl dieser Gene ist in Clustern organisiert, die im ganzen an- und abgeschaltet werden. • Wellen der Transkription laufen innerhalb des Zellzyklus ab. Dies sind besonders bei S. cerevisiae miteinander durch Regulationsmechanismen verbunden • Bei der Regulation der Cluster scheint es einen für verschiedene Organismen ähnlichen evolutionären Druck zu geben, da hier wahrscheinlich konvergente Evolution stattgefunden hat

31. Danke für das Zuhören!