مواضيع المحاضرة:
background image

 

12

 

Lec.4 Regulation of gene expression 

  Gene expression includes mechanisms that are used by cells to 

increase or decrease the production of specific gene products 
(protein or RNA), and is termed gene regulation, Only certain 
genes are expressed at certain times in certain places in certain 
amounts .DNA for all genes is in all cells, but only 
EXPRESSED in certain cells. 

  Abnormalities in gene expression can lead to diseases 

including cancer 

  Regulation of gene expression is to determine how much and 

when particular gene products made. It is the bases for cellular 
differentiation and adaptability. 

  Gene expression is regulated at many stages. transcription  is 

the primary site of regulation , regulation  of gene expression 
can occur at the posttranscriptional and posttranslational level. 

  Not all genes are regulated for example gene that encode 

product required for basic cellular functions are continually 
expressed (known as constitutively expressed or housekeeping 
genes) they may be expressed in all cells or in some cells as in 
hepatocytes 

Regulated stages of gene expression

 

Any step of gene expression may be modulated, from the 

translational 

-

post

step to 

 

transcription

RNA 

-

DNA

of a protein. The following is a list of stages 

 

modification
where gene expression is regulated, the most extensively 
utilized point is Transcription Initiation:

 

  Modification of DNA 

  Transcription 

  Post-transcriptional modification 

  RNA transport 

  Translation 

  mRNA degradation 

 

Modification of DNA: 

gene expression can be affected by: 

A.  The availability of DNA to the transcriptional apparatus, 
B.  The amount of DNA. 
C.  The arrangement of DNA. 

 

A.  The availability of DNA:  
  DNA is found complexed with histone and non histone protein 

to form chromatin, Chromatin-modifying enzymes provide 
initial control of gene expression by making a region of DNA 
either more available or less available for transcription to be 
transcriptionally active the chromatin must be decondensed 
while the transcriptionally inactive is highly condensed. in the 
active chromatin  the histone protein is modified  by 
acetylation or phosphorylation these modification will 
decrease the strength of association of protein with DNA and 
this will allow  transcription factors to access  specific region 
on the DNA.  

  Another modification is by changing the methylation 

level,DNA methylation reduces gene expression. ;some 
enzymes methylate histone proteins, other enzymes methylate 
certain bases in DNA itself. Inactive DNA is generally highly 
methylated compared to DNA that is actively transcribed. 
Methylation of DNA is a common method of gene silencing. 

B.  Amount of DNA: A  change in the number of copies of a gene 

can affect the amount of gene product produced. 

 

  Regulation of gene expression at the level of transcription: 

  The transcription of active gene  is regulated by controlling 

the assembly of the basal transcriptional complex containing 
RNA polymerase and its binding to TATA box of the 
promoter .the basal transcriptional complex contains the 
TATA binding protein and other proteins called general 
transcription factors that form a complex with RNA 
polymerase II. 

  The control region of a gene also contain DNA regulatory 

sequences (also called enhancers)  that are specific for that 
gene and may increase its transcription 1ooo fold or more. 

  transactivators or activators are gene –specific 

transcription factors  that binds  to DNA regulatory 
sequences
 and interact with another protein called co-
activator
 . 

  Co-activator interacts with basal transcriptional complex and 

can activate its assembly at the initiation site on the promoter. 

  Silencers are regions of DNA sequences that, when bound by 

particular transcription factors, can silence expression of the 
genes.change in the binding of any of these can change the 
expression of the gene. 

 

  Post-transcriptional regulation: 

After the DNA is transcribed and mRNA is formed, there must 
be some sort of regulation on how much the mRNA is 
translated into proteins. Cells do this by modulating the 
capping, splicingaddition of a Poly(A) Tail, the sequence-
specific nuclear export rates, and, in several contexts, 
sequestration of the RNA transcript. 

 

  Regulation of translation 

Translation of the mRNAs may be regulated by the activation 
or inactivation of the protein factors required to initiate 
translation

  Transport & stability of mRNA:  

Stability of mRNA plays a role in regulating gene expression 
because mRNA with long half life can generate more protein 
than those with shorter halflives. mRNA can be degraded by 
nuclease enzyme during transport from the nucleus to 
cytoplasm ,but this is prevented by a protein bound to it & 
poly A tail, when mRNA ages its poly A tail become shorter . 

Biochemistry of Cancer 

  The term cancer applies to a group of diseases in which cells 

do not respond to normal restraints on growth,normal cells in 


background image

 

13

 

body respond to signals that direct them to stop 
proliferating,cancer cells donot. in addition they don’t require 
growth stimulatory signals and resist growth inhibitory 
signals,they have infinite proliferative capacity,immortalized 
and can grow without structural support. 

  It is a long term multistage genetic process. first the DNA is 

damaged (base changes or strand breaks) by some form of 
carcinogen: physical, chemical, and biologic agents (e.g. 
smoking,UV light, radiation, chemicals, and virus), or 
replication errors ,mutation results from the damaged DNA if 
it is not repaired properly or if not repaired before replication 
occurs. These agents damage or alter DNA, so that cancer is 
truly a disease of the genome.  

  Normal cells contain proto-oncogenes whose function is to 

promote proliferation & cell survival. Oncogenes are mutated 
derivatives of normal genes, tumor suppressor genes(normal 
growth suppressor genes).  

  when a cell with one mutation proliferate it results in a group 

of cells with this one mutation,from which one  cell may have 
second mutation and with each proliferation the chance of 
more mutation increase, until the cells have multiple mutation 
(4-7) necessary for full transformation to cancer. 

  proto-oncongen(normal gene) are converted to oncogen by 

many mechanisms: 
  Radiation and chemical carcinogens cause mutation in the 

regulatory region of the gene increasing protein production 
or mutation occurs in coding region of gene results in the 
synthesis of new protein which is able of changing the cell 
to malignant. 

  or mutation may move the proto-oncogen from one 

position to another in the genome and in the new location it 
is expressed differently this allows the gene to be 
expressed in tissue where it is normally not expressed . 

  the proto-oncogene may be amplified-so more copy of the 

gene is produced in a single cells-so more protein will be 
produced,increasing the growth rate of the cells. 

  Mutation may occur in the repair enzymes which are the 

first line of defense preventing conversion of chemical 
damage in DNA to mutation. 

  Tumor suppressor genes normally inhibit proliferation of 

cells in response to signal as DNA damage. they contribute  
to cancer when it is inactivated by a mutation. 

 

Tumor Markers 

  Tumor markers are substances, usually proteins that are 

produced by the body in response to cancer growth or by the 
cancer tissue itself Tumor markers can be:  
Enzymes, glycoproteins, hormones and hormone-like 
substances, hormone receptors, oncogenes, and oncogene 
receptors.  

  Some tumor markers are specific, while others are seen in 

several cancer types. Many of the well-known markers are 

also seen in non-cancerous conditions. so, these tumor 
markers are not diagnostic for cancer.  

  The goal is to be able to screen for and diagnose cancer early, 

when it is the most treatable and before it has had a chance to 
grow and spread.  

  Some people are at a higher risk for particular cancers because 

they have inherited a genetic mutation. While not considered 
tumor makers, there are tests that look for these mutations in 
order to estimate the risk of developing a particular type of 
cancer. BRCA1 and BRCA2 are examples of gene mutations 
related to an inherited risk of breast cancer and ovarian cancer.  

 

  Ideal tumor markers 

  Be specific to the tumor 
  Level should change in response to tumor size 
  An abnormal level should be obtained in the presence of 

micrometastases 

  The level should not have large fluctuations that are 

Independent of changes in tumor size 

  Levels in healthy individuals are at much lower 

concentrations than those found in cancer patients 

  Predict recurrences before they are clinically detectable 
  Test should be cost effective. 
 

  Why are they done?  

Tumor markers are not diagnostic in themselves. A definitive 
diagnosis of cancer is made by looking at biopsy specimens 
(e.g., of tissue) under a microscope. However, tumor markers 
provide information that can be used to:  

1)  Screen: some may be used in those with a strong family 

history of a particular cancer. In the case of genetic markers, 
they may be used to help predict risk in family members.  

2)  Help diagnose: In a patient that has symptoms, tumor markers 

may be used to help identify the source of the cancer, such as 
CA-125 for ovarian cancer, and to help differentiate it from 
other conditions.  

3)  Stage: If a patient does have cancer, tumor marker elevations 

can be used to help determine how far the cancer has spread 
into other tissues and organs.  

4)  Determine prognosis. Some tumor markers can be used to 

determine how aggressive a cancer is likely to be.  

5)  Guide Treatment. Some tumor markers will give information 

about what treatments the patients respond to.  

6)  Monitor Treatment. Tumor markers can be used to monitor 

the effectiveness of treatment, especially in advanced cancers. 
If the marker level drops, the treatment is working; if it stays 
elevated, adjustments are needed.  

7)  Determine recurrence. Currently, one of the biggest uses for 

tumor markers is to monitor for cancer recurrence. If a tumor 
marker is elevated before treatment, low after treatment, and 
then begins to rise over time, then it is likely that the cancer is 
returning. (If it remains elevated after surgery, then chances 
are that not all of the cancer was removed.)  




رفعت المحاضرة من قبل: Mostafa Altae
المشاهدات: لقد قام 7 أعضاء و 56 زائراً بقراءة هذه المحاضرة








تسجيل دخول

أو
عبر الحساب الاعتيادي
الرجاء كتابة البريد الالكتروني بشكل صحيح
الرجاء كتابة كلمة المرور
لست عضواً في موقع محاضراتي؟
اضغط هنا للتسجيل