Gis1 Transkripsyon Faktörünün NTH1 Promotoruna in silico Bağlanma Modeli.


TURGUT GENÇ T. , Servili B.

Trakya Üniversiteler Birliği Lisansüstü Öğrenci Kongresi, Çanakkale, Türkiye, 29 - 30 Nisan 2016, cilt.1, no.1, ss.1

  • Cilt numarası: 1
  • Basıldığı Şehir: Çanakkale
  • Basıldığı Ülke: Türkiye
  • Sayfa Sayıları: ss.1

Özet

Saccharomyces cerevisiae maya hücrelerinde stres koşullarında biriktirilen trehalozun yıkımından sorumlu trehalaz enzimi NTH1 geni tarafından kodlanır. Tek kopya olarak IV. kromozom üzerinde bulunan NTH1, 2256 bç uzunluğunda kodlama bölgesine sahip intron içermeyen bir gendir. Promotor bölgesinde bulunan Stress Response Element (STRE) nükleotid dizileri NTH1 geninin stres koşullarında Msn2/Msn4p transkripsiyon aktivatörlerinin bağlanabilmesi ve transkripsiyonu aktive edebilmesi için gereklidir. Histon dimetilaz aktivitesi olan Gis1 transkripsiyon faktörü, IV. kromozom üzerinde bulunan GIS1 geni tarafından kodlanır. Yapılan mikroarray çalışmalarında 100’den fazla genin Gis1p ile regüle edildiği bilinmektedir. Gis1 proteini transkripsiyonel represör veya aktivatör gibi davranabilir. Gis1p’nin amino ucunda bulunan Jumonji C (JmjC) ve Jumonji N (JmjN) domainleri aktivitesi için gereklidir. Gis1p, PDS (T(T/A)AG3AT) ve STRE (AG4) elementlerine bağlanarak transkripsiyonu kontrol eder. NTH1 promotor bölgesinde 3 tane olası Gis1 proteini bağlanma bölgesi bulunmaktadır. Çalışmamızda Gis1 proteininin NTH1 promotoruna bağlanmasının in silico modellemesi gerçekleştirildi.

Yapılan çalışmada SGD (Saccharomyces cerevisiae Genome Database) veri tabanından alınan NTH1 geninin 1000 bç uzunluğundaki promotor bölgesi kullanıldı. Chromatin Folding v2 programı kullanılarak NTH1 promotorunun nükleozom içeren katlanma modeli oluşturuldu. Modelleme sonucunda NTH1 promotor bölgesinde yaklaşık olarak 70-220 bç, 250-400 bç, 550-700bç ve 750-900 bç arasında olası 4 adet nükleozomun bulunabileceği belirlendi. JMOL programı kullanılarak yapılan analizde Msn2/Msn4p transkripsiyon aktivatörlerinin bağlanabilmesi için gerekli olan STRE elementlerinin nükleozomlar tarafından kapatıldığı, karşı DNA zincirine denk gelen Gis1p bağlanma bölgelerinin ise açıkta kaldığı gözlendi. Ayrıca JMOL programı kullanılarak yapılan analizde NTH1 promotor bölgesinde bulunan olası 3 Gis1p bağlanma bölgesinin H3 histon proteini üzerine denk geldiği tespit edildi. SGD veri tabanından alınan Gis1p amino asit dizisinin I-TASSER programı kullanılarak X-ray yapısına en yakın olası 3D protein katlanması gerçekleştirildi. Metilasyona uğrayan H3K4, H3K36 ve H3K79 amino asitlerinin DNA (NTH1 promotor)-Nükleozom (H3)-Gis1p modellemesinde Gis1 dimetilaz enziminin aktif bölgesine denk geldiği gözlendi.

Veri tabanları ve bilgisayar programları kullanılarak bilgisayar ortamında yapılan in silico DNA-Nükleozom-TF modellemesi Gis1p aktivitesinin histon modifikasyonu ve sonrasında NTH1 transkripsiyon aktivasyonu için gerekli olduğunu göstermektedir. 3D-modeli destekleyici olarak Δgis1 mutantlarında NTH1 transkripsiyon aktivasyonu ile ilgili in vivo çalışmalarımız devam etmektedir.

The breakdown of stress-induced accumulated trehalose was catalyzed by neutral trehalase enzyme which is encoded by NTH1 gene in yeast Saccharomyces cerevisiae. NTH1 gene localizes on chromosome IV with 2256 bp long coding region without intron. NTH1 promoter includes Stress Response Elements (STRE) for binding of Msn2/Msn4 transcription factors that are necessary for transcription activation under stress conditions. Gis1 transcription factor having demethylase activity is encoded by GIS1 gene localized on chromosome IV also. The previous microarray analysis revealed that more than 100 genes are regulated by Gis1p. Gis1 protein functions as both a transcriptional activator and a repressor. The Jumonji C (JmjC) and Jumonji N (JmjN) domains that are essential for the activity of Gis1p are localized on N-terminal tail of Gis1p. Gis1p regulates transcription of genes including PDS (T(T/A)AG3AT) and STRE (AG4) elements in their promoters. NTH1 promoter includes 3 Gis1p binding site. In this work, in silico modelling of Gis1p binding to NTH1 promoter region is performed.

The promoter region of NTH1 gene, nearly1000 bp long, was downloaded from SGD (Saccharomyces cerevisiae Genome Database) and used in this work. Chromatin Folding v2 software was used for folding of NTH1 promoter. Theoretically 4 nucleosome positions that are localized approximately between the sequences of 70-220 bp, 250-400 bp, 550-700 bp and 750-900, were determined at the NTH1 promoter region. JMOL software was used for analyzing the specifity of DNA-nucleosome binding and we showed that, STRE sequences necessary for binding of Msn2/Msn4p transcription activators are closed up by histones whereas Gis1p binding site on the complementary DNA strand is free. Excitingly the Gis1p binding sites on NTH1 promoter interact with histone H3 protein. The amino acid sequence of Gis1p, downloaded from SGD, was introduced to I-TASSER software for 3D folding of Gis1p that is very close to its X-ray structure. NTH1 promotor-H3-Gis1p 3D modelling of JMOL software shows that H3K4, H3K36 and H3K79 residues of histone protein coincide to catalytic site of Gis1 demethylase enzyme.

In silico model of DNA-Nucleosome-TF, formed by using various data bases and softwares, showed that the binding of Gis1p is necessary for histon modifications and then NTH1 transcription activation. In order to support 3D folding model, we will continue to analyze NTH1 transcription activation in ?gis1 mutants in vivo.