stringtranslate.com

Промоутер (генетика)

  1 :  РНК-полимераза
  2 :  Репрессор
  3 : Промоутер
  4 :  Оператор
  5 :  Лактоза
  6 : lacZ, 7 : lacY, 8 : lacA.
Вверху : транскрипция гена выключена. Нет лактозы, которая могла бы ингибировать репрессор, поэтому репрессор связывается с оператором, что препятствует связыванию РНК-полимеразы с промотором и образованию мРНК, кодирующей ген лактазы.
Внизу : ген включен. Лактоза ингибирует репрессор, позволяя РНК-полимеразе связываться с промотором и экспрессировать гены, синтезирующие лактазу. В конце концов, лактаза переварит всю лактозу, пока не останется ничего, способного связываться с репрессором. Затем репрессор связывается с оператором, останавливая производство лактазы.

В генетике промотор — это последовательность ДНК , с которой связываются белки , чтобы инициировать транскрипцию одного транскрипта РНК из ДНК , расположенной ниже промотора. Транскрипт РНК может кодировать белок ( мРНК ) или может иметь функцию сам по себе, например тРНК или рРНК . Промоторы расположены вблизи мест начала транскрипции генов, выше ДНК (по направлению к 5'-области смысловой цепи ). Промоторы могут иметь длину около 100–1000 пар оснований , последовательность которых сильно зависит от гена и продукта транскрипции, типа или класса РНК-полимеразы, рекрутированной в сайт, и вида организма. [1] [2]

Промоторы контролируют экспрессию генов у бактерий и эукариот . [3] РНК-полимераза должна прикрепиться к ДНК рядом с геном, чтобы произошла транскрипция. Последовательности промоторной ДНК обеспечивают сайт связывания фермента . Последовательность -10 — это ТАТААТ. Последовательности -35 консервативны в среднем, но не в большинстве промоторов.

Искусственные промоторы с консервативными элементами -10 и -35 транскрибируются медленнее. Все ДНК имеют «близко расположенные промоторы». Возможны дивергентная, тандемная и конвергентная ориентации. Два близко расположенных промотора, скорее всего, будут мешать. Регуляторные элементы могут находиться на расстоянии нескольких тысяч оснований от места начала транскрипции в промоторах генов (энхансерах).

У эукариот транскрипционный комплекс может изгибать ДНК, позволяя располагать регуляторные последовательности далеко от места транскрипции. Дистальный промотор находится выше гена и может содержать дополнительные регуляторные элементы с более слабым влиянием. РНК-полимераза II (РНКП II), связанная с промотором сайта начала транскрипции, может запускать синтез мРНК. Он также обычно содержит островки CpG , блок TATA и элементы распознавания TFIIB .

Гиперметилирование подавляет оба гена, а деметилирование усиливает их. Некодирующие РНК связаны с промоторными областями мРНК. Субгеномные промоторы имеют длину от 24 до 100 нуклеотидов (вирус некроза желтой жилки свеклы). Экспрессия гена зависит от связывания промотора. Нежелательные изменения генов могут увеличить риск развития рака в клетке.

Промоторы микроРНК часто содержат CpG-островки. Метилирование ДНК приводит к образованию 5-метилцитозинов в 5'-пиримидиновом кольце остатков цитозина CpG. Некоторые раковые гены подавляются мутациями, но большинство из них подавляются метилированием ДНК. Другие являются регулируемыми промоутерами. Отбор может способствовать менее энергичному транскрипционному связыванию.

Изменения в промоторах или факторах транскрипции вызывают некоторые заболевания. Недоразумения могут возникнуть в результате использования канонической последовательности для описания промотора.

Обзор

Чтобы произошла транскрипция, фермент, синтезирующий РНК, известный как РНК-полимераза , должен прикрепиться к ДНК рядом с геном. Промоторы содержат определенные последовательности ДНК, такие как элементы ответа , которые обеспечивают безопасный начальный сайт связывания для РНК-полимеразы и белков, называемых факторами транскрипции, которые рекрутируют РНК-полимеразу. Эти факторы транскрипции имеют специфические активаторные или репрессорные последовательности соответствующих нуклеотидов, которые прикрепляются к конкретным промоторам и регулируют экспрессию генов. [ нужна цитата ]

У бактерий
Промотор распознается РНК-полимеразой и связанным с ней сигма-фактором , которые, в свою очередь, часто передаются на ДНК промотора путем связывания белка-активатора с его собственным сайтом связывания ДНК, находящимся поблизости.
У эукариотов
Процесс более сложен, и для связывания РНК-полимеразы II с промотором необходимы как минимум семь различных факторов.

Промоторы представляют собой критические элементы, которые могут работать совместно с другими регуляторными областями ( энхансеры , сайленсеры , пограничные элементы/ изоляторы ), чтобы управлять уровнем транскрипции данного гена. Промотор индуцируется в ответ на изменения количества или конформации регуляторных белков в клетке, что позволяет активировать факторы транскрипции для рекрутирования РНК-полимеразы. [4] [5]

Учитывая короткие последовательности большинства элементов промотора, промоторы могут быстро развиваться из случайных последовательностей. Например, в E. coli ~60% случайных последовательностей могут развивать уровни экспрессии, сравнимые с уровнем экспрессии lac-промотора дикого типа только с одной мутацией, и что ~10% случайных последовательностей могут служить активными промоторами даже без эволюции. [6]

Определение относительного местоположения

Поскольку промоторы обычно находятся непосредственно рядом с рассматриваемым геном, позиции в промоторе обозначаются относительно сайта начала транскрипции , где начинается транскрипция ДНК для конкретного гена (т. е. позиции выше представляют собой отрицательные числа, отсчитываемые в обратном порядке от -1, например -100 представляет собой позицию на 100 пар оснований выше). [ нужна цитата ]

Элементы

Бактериальный

У бактерий промотор содержит два элемента короткой последовательности, расположенные примерно в 10 ( Pribnow Box ) и 35 нуклеотидах выше сайта начала транскрипции . [2]

Вышеуказанные промоторные последовательности распознаются только голоферментом РНК-полимеразы , содержащим сигма-70 . Голоферменты РНК-полимеразы, содержащие другие сигма-факторы, распознают различные последовательности корового промотора.

← вверх по течению вниз по течению →5'-XXXXXXXPPPPPPXXXXXXPPPPPPXXXXGGGGGGGGGGGGGGGGGGGGGGGGGGGGGGGGGGGGGGGGGGGGGGGGXXXX-3' -35 -10 Ген, подлежащий транскрипции

Вероятность появления каждого нуклеотида

для последовательности -10 ТАТААТ77% 76% 60% 61% 56% 82%
для последовательности -35 ТТГАКА69% 79% 61% 56% 54% 54%

Двунаправленный (прокариотический)

Промоторы могут быть очень близко расположены в ДНК. Такие «близкорасположенные промоторы» наблюдались в ДНК всех форм жизни — от человека [9] до прокариот [10] и являются высококонсервативными. [11] Таким образом, они могут обеспечить некоторые (пока неизвестные) преимущества. Эти пары промоторов могут быть расположены в расходящихся, тандемных и конвергентных направлениях. Они также могут регулироваться факторами транскрипции и различаются различными особенностями, такими как расстояние между нуклеотидами, сила двух промоторов и т. д. Наиболее важным аспектом двух близко расположенных промоторов является то, что они, скорее всего, будут мешать друг другу. . В нескольких исследованиях это изучалось с использованием как аналитических, так и стохастических моделей. [12] [13] [14] Существуют также исследования, в которых измерялась экспрессия генов в синтетических генах или в одном или нескольких генах, контролируемых двунаправленными промоторами. [15]

Изобразить явление взаимодействия между тандемными промоторами. Рисунок создан с помощью BioRender.com.

Совсем недавно в одном исследовании измерили большинство генов, контролируемых тандемными промоторами в E. coli . [16] В этом исследовании были измерены две основные формы помех. Один из них — когда РНКП находится на нижестоящем промоторе, блокируя движение РНКП, удлиняющихся от вышестоящего промотора. Другой — когда два промотора расположены настолько близко, что когда РНКП находится на одном из промоторов, он блокирует достижение любой другой РНКП к другому промотору. Эти события возможны, поскольку РНКП занимает несколько нуклеотидов при связывании с ДНК, в том числе в сайтах начала транскрипции. Подобные события происходят, когда промоторы находятся в дивергентных и конвергентных образованиях. Возможные события также зависят от расстояния между ними.

Эукариотический

Промоторы гена обычно располагаются выше гена и могут иметь регуляторные элементы, находящиеся на расстоянии нескольких тысяч оснований от места начала транскрипции (энхансеры). У эукариот транскрипционный комплекс может вызывать изгиб ДНК, что позволяет размещать регуляторные последовательности далеко от фактического места транскрипции. Эукариотические РНК-полимераза-II-зависимые промоторы могут содержать ТАТА-бокс ( консенсусная последовательность ТАТААА), который распознается общим фактором транскрипции ТАТА-связывающим белком (ТБР); и элемент распознавания B (BRE), который распознается общим фактором транскрипции TFIIB . [17] [18] [19] Элемент TATA и BRE обычно расположены близко к месту начала транскрипции (обычно в пределах 30–40 пар оснований).

Регуляторные последовательности эукариотического промотора обычно связывают белки, называемые факторами транскрипции, которые участвуют в формировании транскрипционного комплекса. Примером является E-box (последовательность CACGTG), который связывает факторы транскрипции в базовом семействе спираль-петля-спираль (bHLH) (например, BMAL1-Clock , cMyc ). [20] Некоторые промоторы, на которые нацелены несколько факторов транскрипции, могут достигать гиперактивного состояния, что приводит к увеличению транскрипционной активности. [21]

Промоутеры млекопитающих

Регуляция транскрипции у млекопитающих . Регуляторная область активного энхансера может взаимодействовать с промоторной областью своего гена- мишени посредством образования петли хромосомы. Это может инициировать синтез информационной РНК (мРНК) с помощью РНК-полимеразы II (РНКП II), связанной с промотором в сайте начала транскрипции гена. Петля стабилизируется одним архитектурным белком, прикрепленным к энхансеру, и другим белком, прикрепленным к промотору, и эти белки соединяются, образуя димер (красные зигзаги). Специфические регуляторные факторы транскрипции связываются с мотивами последовательности ДНК на энхансере. Общие факторы транскрипции связываются с промотором. Когда фактор транскрипции активируется сигналом (здесь обозначено как фосфорилирование , показанное маленькой красной звездочкой на факторе транскрипции на энхансере), энхансер активируется и теперь может активировать свой целевой промотор. Активный энхансер транскрибируется на каждой цепи ДНК в противоположных направлениях с помощью связанных РНКП II. Медиатор (коактиватор) (комплекс, состоящий примерно из 26 белков во взаимодействующей структуре) передает регуляторные сигналы от энхансера, связанного с ДНК-связанными факторами транскрипции, к промотору.

Повышенная экспрессия генов у млекопитающих инициируется, когда сигналы передаются промоторам, связанным с генами. Последовательности ДНК промотора могут включать в себя различные элементы, такие как CpG-островки (присутствующие примерно в 70% промоторов), ТАТА-бокс (присутствующий примерно в 24% промоторов), инициатор (Inr) (присутствующий примерно в 49% промоторов), восходящие и нижестоящие элементы распознавания TFIIB (BREu и BREd) (присутствуют примерно в 22% промоторов) и нижестоящий коровый промоторный элемент (DPE) (присутствуют примерно в 12% промоторов). [23] Наличие множества метилированных сайтов CpG в CpG-островках промоторов вызывает стабильное молчание генов. [24] Однако присутствие или отсутствие других элементов оказывают относительно небольшое влияние на экспрессию генов в экспериментах. [25] Две последовательности, TATA-бокс и Inr, вызвали небольшое, но значительное увеличение экспрессии (увеличение на 45% и 28% соответственно). Элементы BREu и BREd значительно снижали экспрессию на 35% и 20% соответственно, а элемент DPE не оказывал влияния на экспрессию. [25]

Цис-регуляторные модули , локализованные в участках ДНК, удаленных от промоторов генов, могут оказывать очень сильное влияние на экспрессию генов, при этом экспрессия некоторых генов увеличивается до 100 раз из-за такого цис-регуляторного модуля. [26] Эти цис-регуляторные модули включают усилители , глушители , изоляторы и привязывающие элементы. [27] Среди этого созвездия элементов энхансеры и связанные с ними факторы транскрипции играют ведущую роль в регуляции экспрессии генов. [28]

Энхансеры — это участки генома, которые являются основными генно-регуляторными элементами. Энхансеры контролируют программы экспрессии генов, специфичные для определенного типа клеток, чаще всего путем прохождения больших расстояний, чтобы оказаться в физической близости с промоторами своих генов-мишеней. [29] При исследовании нейронов коры головного мозга было обнаружено 24 937 петель, приводящих энхансеры к промоторам. [26] Множественные энхансеры, каждый из которых часто находится на десятках или сотнях тысяч нуклеотидов, удаленных от генов-мишеней, соединяются с промоторами гена-мишени и координируются друг с другом, чтобы контролировать экспрессию общего гена-мишени. [29]

Схематическая иллюстрация в этом разделе показывает, как энхансер движется по кругу, чтобы вступить в тесную физическую близость к промотору целевого гена. Петля стабилизируется димером соединительного белка (например, димером CTCF или YY1 ), причем один член димера прикреплен к своему связывающему мотиву на энхансере, а другой член прикреплен к своему связывающему мотиву на промоторе (представленному красные зигзаги на иллюстрации). [30] Несколько факторов транскрипции, специфичных для клеточных функций (в клетке человека насчитывается около 1600 факторов транскрипции [31] ), как правило, связываются со специфическими мотивами на энхансере [32] и небольшой комбинацией этих связанных с энхансером факторов транскрипции, если их сблизить. к промотору посредством петли ДНК регулируют уровень транскрипции целевого гена. Медиатор (коактиватор) (комплекс, обычно состоящий примерно из 26 белков во взаимодействующей структуре) передает регуляторные сигналы от энхансерных ДНК-связанных факторов транскрипции непосредственно ферменту РНК-полимеразы II (pol II), связанному с промотором. [33]

Энхансеры, когда они активны, обычно транскрибируются с обеих цепей ДНК с помощью РНК-полимераз, действующих в двух разных направлениях, образуя две эРНК, как показано на рисунке. [34] Неактивный энхансер может быть связан с неактивным фактором транскрипции. Фосфорилирование транскрипционного фактора может активировать его, и этот активированный транскрипционный фактор может затем активировать энхансер, с которым он связан (см. маленькую красную звездочку, обозначающую фосфорилирование транскрипционного фактора, связанного с энхансером, на иллюстрации). [35] Активированный энхансер начинает транскрипцию своей РНК перед активацией промотора, чтобы инициировать транскрипцию информационной РНК из его целевого гена. [36]

Двунаправленный (млекопитающие)

Двунаправленные промоторы представляют собой короткие (<1 т.п.н.) межгенные участки ДНК между 5'-концами генов в двунаправленной паре генов. [37] «Пара двунаправленных генов» относится к двум соседним генам, закодированным на противоположных цепях, причем их 5'-концы ориентированы друг к другу. [38] Эти два гена часто функционально связаны, и модификация их общей промоторной области позволяет им совместно регулироваться и, таким образом, совместно экспрессироваться. [39] Двунаправленные промоторы являются общей чертой геномов млекопитающих . [40] Около 11% человеческих генов спарены двунаправленно. [37]

Двунаправленно спаренные гены в базе данных Gene Ontology разделяли по крайней мере одну функциональную категорию, назначенную базой данных, со своими партнерами в 47% случаев. [41] Анализ микрочипов показал, что двунаправленно спаренные гены коэкспрессируются в более высокой степени, чем случайные гены или соседние однонаправленные гены. [37] Хотя совместная экспрессия не обязательно указывает на совместную регуляцию, было показано, что метилирование двунаправленных промоторных областей подавляет оба гена, а деметилирование активирует оба гена. [42] Однако из этого правила есть исключения. В некоторых случаях (около 11%) экспрессируется только один ген двунаправленной пары. [37] В этих случаях промотор участвует в подавлении неэкспрессируемого гена. Механизмом этого может быть конкуренция за одни и те же полимеразы или модификация хроматина . Дивергентная транскрипция может смещать нуклеосомы для усиления транскрипции одного гена или удалять связанные факторы транскрипции для подавления транскрипции одного гена. [43]

Некоторые функциональные классы генов с большей вероятностью будут двунаправленно спарены, чем другие. Гены, участвующие в репарации ДНК, в пять раз чаще регулируются двунаправленными промоторами, чем однонаправленными. Белки-шапероны встречаются в три раза чаще, а митохондриальные гены — более чем в два раза. Многие основные гены «домашнего хозяйства» и клеточного метаболизма регулируются двунаправленными промоторами. [37] Избыточное количество двунаправленно спаренных генов репарации ДНК связывает эти промоторы с раком . Сорок пять процентов соматических онкогенов человека , по-видимому, регулируются двунаправленными промоторами – значительно больше, чем гены, не вызывающие рак. Гиперметилирование промоторов между парами генов WNT9A /CD558500, CTDSPL /BC040563 и KCNK15 /BF195580 связано с опухолями. [42]

Определенные характеристики последовательностей наблюдались в двунаправленных промоторах, включая отсутствие ТАТА-боксов , обилие CpG-островков и симметрию вокруг средней точки доминантных Cs и As с одной стороны и Gs и Ts с другой. Недавно было показано, что мотив с консенсусной последовательностью TCTCGCGAGA, также называемый элементом CGCG, управляет управляемой PolII двунаправленной транскрипцией в CpG-островках. [44] CCAAT-боксы являются обычными, как и во многих промоторах, в которых отсутствуют TATA-боксы. Кроме того, мотивы NRF-1, GABPA , YY1 и ACTACAnnTCCC представлены в двунаправленных промоторах значительно чаще, чем в однонаправленных промоторах. Отсутствие ТАТА-боксов в двунаправленных промоторах предполагает, что ТАТА-боксы играют роль в определении направленности промоторов, но контрпримеры двунаправленных промоторов действительно обладают ТАТА-боксами, а однонаправленные промоторы без них указывают на то, что они не могут быть единственным фактором. [45]

Хотя термин «двунаправленный промотор» относится конкретно к промоторным областям генов, кодирующих мРНК , анализы люциферазы показали, что более половины генов человека не имеют сильной направленной смещенности. Исследования показывают, что некодирующие РНК часто связаны с промоторными областями генов, кодирующих мРНК. Была выдвинута гипотеза, что рекрутирование и инициация РНК-полимеразы II обычно начинается двунаправленно, но дивергентная транскрипция останавливается на контрольной точке позже во время элонгации. Возможные механизмы этой регуляции включают последовательности в промоторной области, модификацию хроматина и пространственную ориентацию ДНК. [43]

Субгеномный

Субгеномный промотор — это промотор, добавленный к вирусу для конкретного гетерологичного гена, что приводит к образованию мРНК только для этого гена. Многие РНК-вирусы с положительным смыслом продуцируют эти субгеномные мРНК (сгРНК) в качестве одного из распространенных методов заражения, используемых этими вирусами, и обычно транскрибируют поздние вирусные гены. Субгеномные промоторы варьируются от 24 нуклеотидов ( вирус Синдбис ) до более 100 нуклеотидов ( вирус некротической желтой жилки свеклы ) и обычно обнаруживаются выше начала транскрипции. [46]

Обнаружение

Для облегчения обнаружения промоторов в геномной последовательности было разработано множество алгоритмов, а предсказание промоторов является общим элементом многих методов прогнозирования генов . Промоторная область расположена перед консенсусными последовательностями -35 и -10. Чем ближе область промотора к консенсусным последовательностям, тем чаще будет происходить транскрипция этого гена. Для промоторных областей не существует установленного шаблона, как для консенсусных последовательностей.

Связывание

Инициация транскрипции представляет собой многоэтапный последовательный процесс, включающий несколько механизмов: расположение промотора, начальное обратимое связывание РНК-полимеразы, конформационные изменения РНК-полимеразы, конформационные изменения ДНК, связывание нуклеозидтрифосфата (NTP) с функциональным промотором РНК-полимеразы. сложная, непродуктивная и продуктивная инициация синтеза РНК. [47] [2]

Процесс связывания промотора имеет решающее значение для понимания процесса экспрессии генов. Настройка синтетических генетических систем опирается на точно сконструированные синтетические промоторы с известными уровнями скорости транскрипции. [2]

Расположение

Хотя голофермент РНК-полимеразы проявляет высокое сродство к неспецифическим участкам ДНК, эта особенность не позволяет уточнить процесс локализации промотора. [48] ​​Этот процесс расположения промотора объясняется структурой голофермента ДНК и сигма 4 комплексов ДНК. [49]

Заболевания, связанные с аберрантной функцией

Большинство заболеваний неоднородны по своей причине, а это означает, что одно «болезнь» часто представляет собой множество различных заболеваний на молекулярном уровне, хотя проявляемые симптомы и реакция на лечение могут быть идентичными. То, как заболевания различного молекулярного происхождения реагируют на лечение, частично рассматривается в дисциплине фармакогеномика .

Здесь не перечислены многие виды рака, связанные с аберрантной регуляцией транскрипции из-за создания химерных генов в результате патологической хромосомной транслокации . Важно отметить, что вмешательство в количество или структуру связанных с промотором белков является одним из ключей к лечению заболевания, не влияя на экспрессию несвязанных генов, имеющих общие элементы с геном-мишенью. [50] Некоторые гены, изменение которых нежелательно, способны влиять на способность клетки стать раковой. [51]

CpG-островки в промоторах

У человека около 70% промоторов, расположенных вблизи места начала транскрипции гена (проксимальные промоторы), содержат островок CpG . [52] [53] CpG-островки обычно имеют длину от 200 до 2000 пар оснований, имеют содержание пар оснований C:G >50% и имеют участки ДНК , где за нуклеотидом цитозина следует нуклеотид гуанина , и это часто происходит в линейная последовательность оснований в направлении 5' → 3' .

Дистальные промоторы также часто содержат островки CpG, такие как промотор гена репарации ДНК ERCC1 , где промотор, содержащий островки CpG, расположен примерно на 5400 нуклеотидов выше кодирующей области гена ERCC1 . [54] Островки CpG также часто встречаются в промоторах функциональных некодирующих РНК, таких как микроРНК .

Метилирование CpG-островков стабильно приводит к молчанию генов

У людей метилирование ДНК происходит в 5'-положении пиримидинового кольца остатков цитозина в сайтах CpG с образованием 5-метилцитозинов . Наличие множества метилированных сайтов CpG в CpG-островках промоторов вызывает стабильное молчание генов. [24] Замалчивание гена может быть инициировано другими механизмами, но за этим часто следует метилирование сайтов CpG на острове CpG промотора, чтобы вызвать стабильное замалчивание гена. [24]

Гипер/гипометилирование промотора CpG при раке

Как правило, при прогрессировании рака сотни генов подавляются или активируются . Хотя замалчивание некоторых генов при раке происходит в результате мутации, большая часть замалчивания канцерогенных генов является результатом изменения метилирования ДНК (см. Метилирование ДНК при раке ). Метилирование ДНК, вызывающее молчание при раке, обычно происходит в нескольких сайтах CpG на CpG-островках , которые присутствуют в промоторах генов, кодирующих белок.

Измененная экспрессия микроРНК также подавляет или активирует многие гены при прогрессировании рака (см. микроРНК при раке ). Изменение экспрессии микроРНК происходит посредством гипер/гипометилирования сайтов CpG в островках CpG в промоторах, контролирующих транскрипцию микроРНК .

Замалчивание генов репарации ДНК посредством метилирования CpG-островков в их промоторах, по-видимому, особенно важно при прогрессировании рака (см. Метилирование генов репарации ДНК при раке ).

Канонические последовательности и дикий тип

Использование термина «каноническая последовательность» для обозначения промотора часто проблематично и может привести к неправильному пониманию последовательностей промотора. Канонический в каком-то смысле подразумевает идеальный.

В случае сайта связывания транскрипционного фактора может существовать одна последовательность, которая наиболее прочно связывает белок в определенных клеточных условиях. Это можно назвать каноническим.

Однако естественный отбор может способствовать менее энергичному связыванию как способу регуляции результатов транскрипции. В этом случае мы можем назвать наиболее распространенную последовательность в популяции последовательностью дикого типа. Возможно, это даже не самая выгодная последовательность действий в сложившихся условиях.

Недавние данные также указывают на то, что некоторые гены (включая протоонкоген c-myc ) имеют мотивы G-квадруплекса в качестве потенциальных регуляторных сигналов.

Разработка и разработка синтетического промотора

Промоторы являются важными регуляторными элементами генов, используемыми при настройке синтетически созданных генетических цепей и метаболических сетей . Например, чтобы сверхэкспрессировать важный ген в сети и обеспечить более высокую выработку целевого белка, синтетические биологи разрабатывают промоторы, повышающие его экспрессию . Автоматизированные алгоритмы можно использовать для создания нейтральной ДНК или инсуляторов, которые не запускают экспрессию генов в последующих последовательностях. [55] [2]

Заболевания, которые могут быть связаны с вариациями

Некоторые случаи многих генетических заболеваний связаны с вариациями промоторов или факторов транскрипции.

Примеры включают в себя:

Конституционный и регулируемый

Некоторые промоторы называются конститутивными, поскольку они активны при любых обстоятельствах в клетке, тогда как другие регулируются , становясь активными в клетке только в ответ на определенные стимулы.

Тканеспецифичный промоутер

Тканеспецифический промотор — это промотор, который проявляет активность только в определенных типах клеток.

Использование термина

Говоря о промоторе, некоторые авторы фактически имеют в виду промотор + оператор ; т.е. lac-промотор индуцируется IPTG, а это означает, что помимо lac-промотора также присутствует lac-оперон . Если бы оператор lac не присутствовал, IPTG не имел бы индуцируемого эффекта. [ нужна цитация ] Другим примером является система Tac-Promoter (Ptac). Обратите внимание, что tac записывается как промоутер tac, хотя на самом деле tac одновременно является и промоутером, и оператором. [60]

Смотрите также

Рекомендации

  1. ^ Шаран Р. (4 января 2007 г.). «Анализ биологических сетей: транскрипционные сети - анализ последовательностей промотора» (PDF) . Тель-Авивский университет . Проверено 30 декабря 2012 г.
  2. ^ abcde LaFleur TL, Хоссейн А., Салис Х.М. (сентябрь 2022 г.). «Автоматизированный модельно-прогностический дизайн синтетических промоторов для контроля профилей транскрипции у бактерий». Природные коммуникации . 13 (1): 5159. Бибкод : 2022NatCo..13.5159L. дои : 10.1038/s41467-022-32829-5. ПМК 9440211 . ПМИД  36056029. 
  3. ^ Вайшнав Э.Д., де Бур К.Г., Молине Дж., Яссур М., Фан Л., Адиконис X и др. (март 2022 г.). «Эволюция, эволюционность и инженерия генной регуляторной ДНК». Природа . 603 (7901): 455–463. Бибкод : 2022Natur.603..455V. дои : 10.1038/s41586-022-04506-6. ПМЦ 8934302 . ПМИД  35264797. 
  4. ^ Янив М (сентябрь 2014 г.). «Ремоделирование хроматина: от транскрипции к раку». Генетика рака . 207 (9): 352–7. doi : 10.1016/j.cancergen.2014.03.006. ПМИД  24825771.
  5. ^ Сивас А., Женен П., Морен П., Лин Р., Хискотт Дж. (февраль 2006 г.). «Промоторная организация генов интерферона-А по-разному влияет на индуцированную вирусом экспрессию и чувствительность к TBK1 и IKKepsilon». Журнал биологической химии . 281 (8): 4856–66. дои : 10.1074/jbc.M506812200 . ПМИД  16380379.
  6. ^ Йона А.Х., Алм Э.Дж., Гор Дж. (апрель 2018 г.). «Случайные последовательности быстро превращаются в промоторы de novo». Природные коммуникации . 9 (1): 1530. Бибкод : 2018NatCo...9.1530Y. doi : 10.1038/s41467-018-04026-w. ПМК 5906472 . ПМИД  29670097. 
  7. ^ Росс В., Госинк К.К., Саломон Дж., Игараси К., Зоу С., Исихама А. и др. (ноябрь 1993 г.). «Третий элемент узнавания в бактериальных промоторах: связывание ДНК альфа-субъединицей РНК-полимеразы». Наука . 262 (5138): 1407–1413. Бибкод : 1993Sci...262.1407R. дои : 10.1126/science.8248780. ПМИД  8248780.
  8. ^ Эстрем С.Т., Росс В., Гаал Т., Чен З.В., Ню В., Эбрайт Р.Х., Гурс Р.Л. (август 1999 г.). «Архитектура бактериального промотора: субсайтовая структура элементов UP и взаимодействия с карбокси-концевым доменом альфа-субъединицы РНК-полимеразы». Гены и развитие . 13 (16): 2134–2147. дои : 10.1101/gad.13.16.2134. ПМК 316962 . ПМИД  10465790. 
  9. ^ Адачи Н., Либер М.Р. (июнь 2002 г.). «Двунаправленная организация генов: общая архитектурная особенность генома человека». Клетка . 109 (7): 807–809. дои : 10.1016/S0092-8674(02)00758-4 . ПМИД  12110178.
  10. ^ Герберт М., Колб А., Бук Х. (май 1986 г.). «Перекрывающиеся промоторы и контроль над ними в Escherichia coli: случай девушки». Труды Национальной академии наук Соединенных Штатов Америки . 83 (9): 2807–2811. Бибкод : 1986PNAS...83.2807H. дои : 10.1073/pnas.83.9.2807 . ПМК 323395 . ПМИД  3010319. 
  11. ^ Корбель Д.О., Йенсен Л.Дж., фон Меринг С., Борк П. (июль 2004 г.). «Анализ геномного контекста: предсказание функциональных ассоциаций на основе консервативных пар двунаправленно транскрибируемых генов». Природная биотехнология . 22 (7): 911–917. дои : 10.1038/nbt988. PMID  15229555. S2CID  3546895.
  12. ^ Снеппен К., Додд И.Б., Ширвин К.Э., Палмер А.К., Шуберт Р.А., Каллен Б.П., Иган Дж.Б. (февраль 2005 г.). «Математическая модель транскрипционного вмешательства за счет движения РНК-полимеразы в Escherichia coli». Журнал молекулярной биологии . 346 (2): 399–409. дои : 10.1016/j.jmb.2004.11.075. ПМИД  15670592.
  13. ^ Мартинс Л., Мякеля Дж., Хаккинен А., Кандхавелу М., Юли-Харья О., Фонсека Дж. М., Рибейро А.С. (май 2012 г.). «Динамика транскрипции близко расположенных промоторов в Escherichia coli, по одному событию за раз». Журнал теоретической биологии . 301 : 83–94. Бибкод : 2012JThBi.301...83M. дои : 10.1016/j.jtbi.2012.02.015. ПМИД  22370562.
  14. ^ Хаккинен А., Оливейра С.М., Нили-Венката Р., Рибейро А.С. (декабрь 2019 г.). «Закрытые и открытые комплексы транскрипции координируют экспрессию генов с общей областью промотора». Журнал Королевского общества, Интерфейс . 16 (161): 20190507. doi : 10.1098/rsif.2019.0507 . ПМК 6936044 . ПМИД  31822223. 
  15. ^ Бордой А.Е., Варанаси, США, Кортни СМ, ​​Чаттерджи А. (декабрь 2016 г.). «Транскрипционная интерференция в конвергентных промоторах как средство настраиваемой экспрессии генов». ACS Синтетическая биология . 5 (12): 1331–1341. doi : 10.1021/acsynbio.5b00223. ПМИД  27346626.
  16. ^ Чаухан В., Бахрудин М.Н., Пальма К.С., Баптиста И.С., Алмейда Б.Л., Дэш С. и др. (январь 2022 г.). «Аналитическая кинетическая модель нативных тандемных промоторов E. coli». PLOS Вычислительная биология . 18 (1): e1009824. Бибкод : 2022PLSCB..18E9824C. дои : 10.1371/journal.pcbi.1009824 . ПМЦ 8830795 . ПМИД  35100257. 
  17. ^ аб Смейл С.Т., Кадонага Дж.Т. (2003). «Основной промотор РНК-полимеразы II». Ежегодный обзор биохимии . 72 : 449–479. doi : 10.1146/annurev.biochem.72.121801.161520. ПМИД  12651739.
  18. ^ Гершензон Н.И., Иошихес ИП (апрель 2005 г.). «Синергия основных промоторных элементов Pol II человека, выявленная с помощью статистического анализа последовательностей». Биоинформатика . 21 (8): 1295–1300. doi : 10.1093/биоинформатика/bti172 . ПМИД  15572469.
  19. ^ Лагранж Т., Капанидис А.Н., Тан Х., Рейнберг Д., Эбрайт Р.Х. (январь 1998 г.). «Новый основной промоторный элемент в транскрипции, зависимой от РНК-полимеразы II: специфическое связывание ДНК с помощью фактора транскрипции IIB». Гены и развитие . 12 (1): 34–44. дои : 10.1101/гад.12.1.34. ПМК 316406 . ПМИД  9420329. 
  20. ^ Левин М., Тцзян Р. (июль 2003 г.). «Регуляция транскрипции и разнообразие животных». Природа . 424 (6945): 147–151. Бибкод : 2003Natur.424..147L. дои : 10.1038/nature01763. PMID  12853946. S2CID  4373712.
  21. ^ Лифке Р., Виндхоф-Яйдхаузер И.М., Гаедке Дж., Салинас-Ристер Г., Ву Ф., Гадими М., Данго С. (июнь 2015 г.). «Окислительная деметилаза ALKBH3 маркирует гиперактивные промоторы генов в раковых клетках человека». Геномная медицина . 7 (1): 66. doi : 10.1186/s13073-015-0180-0 (неактивен 27 апреля 2024 г.). ПМЦ 4517488 . ПМИД  26221185. {{cite journal}}: CS1 maint: DOI inactive as of April 2024 (link)
  22. ^ Ювен-Гершон Т., Кадонага Дж.Т. (март 2010 г.). «Регуляция экспрессии генов через основной промотор и базальный транскрипционный аппарат». Биология развития . 339 (2): 225–229. дои : 10.1016/j.ydbio.2009.08.009. ПМК 2830304 . ПМИД  19682982. 
  23. ^ Ян С., Болотин Э., Цзян Т., Сладек Ф.М., Мартинес Э. (март 2007 г.). «Распространенность инициатора над ТАТА-боксом в генах человека и дрожжей и идентификация мотивов ДНК, обогащенных основными промоторами человека без ТАТА». Джин . 389 (1): 52–65. дои : 10.1016/j.gene.2006.09.029. ЧВК 1955227 . ПМИД  17123746. 
  24. ^ abc Bird A (январь 2002 г.). «Схемы метилирования ДНК и эпигенетическая память». Гены и развитие . 16 (1): 6–21. дои : 10.1101/gad.947102 . ПМИД  11782440.
  25. ^ ab Вайнгартен-Габбай С., Нир Р., Люблинер С., Шарон Э., Калма Ю., Вайнбергер А., Сигал Э. (февраль 2019 г.). «Систематический допрос промоутеров-людей». Геномные исследования . 29 (2): 171–183. дои : 10.1101/гр.236075.118. ПМК 6360817 . ПМИД  30622120. 
  26. ^ аб Биган Дж.А., Пастузин Э.Д., Фернандес Л.Р., Го М.Х., Фэн К., Титус КР и др. (июнь 2020 г.). «Трехмерная реструктуризация генома во временных рамках экспрессии генов нейронов, индуцированной активностью». Природная неврология . 23 (6): 707–717. дои : 10.1038/s41593-020-0634-6. ПМЦ 7558717 . ПМИД  32451484. 
  27. ^ Verheul TC, van Hijfte L, Perenthaler E, Barakat TS (2020). "The Why of YY1: Mechanisms of Transcriptional Regulation by Yin Yang 1". Frontiers in Cell and Developmental Biology. 8: 592164. doi:10.3389/fcell.2020.592164. PMC 7554316. PMID 33102493.
  28. ^ Spitz F, Furlong EE (September 2012). "Transcription factors: from enhancer binding to developmental control". Nature Reviews. Genetics. 13 (9): 613–626. doi:10.1038/nrg3207. PMID 22868264. S2CID 205485256.
  29. ^ a b Schoenfelder S, Fraser P (August 2019). "Long-range enhancer-promoter contacts in gene expression control". Nature Reviews. Genetics. 20 (8): 437–455. doi:10.1038/s41576-019-0128-0. PMID 31086298. S2CID 152283312.
  30. ^ Weintraub AS, Li CH, Zamudio AV, Sigova AA, Hannett NM, Day DS, et al. (December 2017). "YY1 Is a Structural Regulator of Enhancer-Promoter Loops". Cell. 171 (7): 1573–1588.e28. doi:10.1016/j.cell.2017.11.008. PMC 5785279. PMID 29224777.
  31. ^ Lambert SA, Jolma A, Campitelli LF, Das PK, Yin Y, Albu M, et al. (February 2018). "The Human Transcription Factors". Cell. 172 (4): 650–665. doi:10.1016/j.cell.2018.01.029. PMID 29425488.
  32. ^ Grossman SR, Engreitz J, Ray JP, Nguyen TH, Hacohen N, Lander ES (July 2018). "Positional specificity of different transcription factor classes within enhancers". Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. 115 (30): E7222–E7230. Bibcode:2018PNAS..115E7222G. doi:10.1073/pnas.1804663115. PMC 6065035. PMID 29987030.
  33. ^ Allen BL, Taatjes DJ (March 2015). "The Mediator complex: a central integrator of transcription". Nature Reviews. Molecular Cell Biology. 16 (3): 155–166. doi:10.1038/nrm3951. PMC 4963239. PMID 25693131.
  34. ^ Mikhaylichenko O, Bondarenko V, Harnett D, Schor IE, Males M, Viales RR, Furlong EE (January 2018). "The degree of enhancer or promoter activity is reflected by the levels and directionality of eRNA transcription". Genes & Development. 32 (1): 42–57. doi:10.1101/gad.308619.117. PMC 5828394. PMID 29378788.
  35. ^ Li QJ, Yang SH, Maeda Y, Sladek FM, Sharrocks AD, Martins-Green M (January 2003). "MAP kinase phosphorylation-dependent activation of Elk-1 leads to activation of the co-activator p300". The EMBO Journal. 22 (2): 281–291. doi:10.1093/emboj/cdg028. PMC 140103. PMID 12514134.
  36. ^ Carullo NV, Phillips Iii RA, Simon RC, Soto SA, Hinds JE, Salisbury AJ, et al. (September 2020). "Enhancer RNAs predict enhancer-gene regulatory links and are critical for enhancer function in neuronal systems". Nucleic Acids Research. 48 (17): 9550–9570. doi:10.1093/nar/gkaa671. PMC 7515708. PMID 32810208.
  37. ^ a b c d e Trinklein ND, Aldred SF, Hartman SJ, Schroeder DI, Otillar RP, Myers RM (January 2004). "An abundance of bidirectional promoters in the human genome". Genome Research. 14 (1): 62–66. doi:10.1101/gr.1982804. PMC 314279. PMID 14707170.
  38. ^ Yang MQ, Koehly LM, Elnitski LL (April 2007). "Comprehensive annotation of bidirectional promoters identifies co-regulation among breast and ovarian cancer genes". PLOS Computational Biology. 3 (4): e72. Bibcode:2007PLSCB...3...72Y. doi:10.1371/journal.pcbi.0030072. PMC 1853124. PMID 17447839.
  39. ^ Adachi N, Lieber MR (June 2002). "Bidirectional gene organization: a common architectural feature of the human genome". Cell. 109 (7): 807–809. doi:10.1016/S0092-8674(02)00758-4. PMID 12110178. S2CID 8556921.
  40. ^ Koyanagi KO, Hagiwara M, Itoh T, Gojobori T, Imanishi T (July 2005). "Comparative genomics of bidirectional gene pairs and its implications for the evolution of a transcriptional regulation system". Gene. 353 (2): 169–176. doi:10.1016/j.gene.2005.04.027. PMID 15944140.
  41. ^ Liu B, Chen J, Shen B (May 2011). "Genome-wide analysis of the transcription factor binding preference of human bi-directional promoters and functional annotation of related gene pairs". BMC Systems Biology. 5 (Suppl 1): S2. doi:10.1186/1752-0509-5-S1-S2. PMC 3121118. PMID 21689477.
  42. ^ a b Shu J, Jelinek J, Chang H, Shen L, Qin T, Chung W, et al. (May 2006). "Silencing of bidirectional promoters by DNA methylation in tumorigenesis". Cancer Research. 66 (10): 5077–5084. doi:10.1158/0008-5472.CAN-05-2629. PMID 16707430.
  43. ^ a b Wei W, Pelechano V, Järvelin AI, Steinmetz LM (July 2011). "Functional consequences of bidirectional promoters". Trends in Genetics. 27 (7): 267–276. doi:10.1016/j.tig.2011.04.002. PMC 3123404. PMID 21601935.
  44. ^ Mahpour A, Scruggs BS, Smiraglia D, Ouchi T, Gelman IH (2018-10-17). "A methyl-sensitive element induces bidirectional transcription in TATA-less CpG island-associated promoters". PLOS ONE. 13 (10): e0205608. Bibcode:2018PLoSO..1305608M. doi:10.1371/journal.pone.0205608. PMC 6192621. PMID 30332484.
  45. ^ Lin JM, Collins PJ, Trinklein ND, Fu Y, Xi H, Myers RM, Weng Z (June 2007). "Transcription factor binding and modified histones in human bidirectional promoters". Genome Research. 17 (6): 818–827. doi:10.1101/gr.5623407. PMC 1891341. PMID 17568000.
  46. ^ Koev G, Miller WA (July 2000). "A positive-strand RNA virus with three very different subgenomic RNA promoters". Journal of Virology. 74 (13): 5988–5996. doi:10.1128/jvi.74.13.5988-5996.2000. PMC 112095. PMID 10846080.
  47. ^ deHaseth PL, Zupancic ML, Record MT (June 1998). "RNA polymerase-promoter interactions: the comings and goings of RNA polymerase". Journal of Bacteriology. 180 (12): 3019–3025. doi:10.1128/jb.180.12.3019-3025.1998. PMC 107799. PMID 9620948.
  48. ^ Singer P, Wu CW (October 1987). "Promoter search by Escherichia coli RNA polymerase on a circular DNA template". The Journal of Biological Chemistry. 262 (29): 14178–14189. doi:10.1016/S0021-9258(18)47921-5. PMID 3308887.
  49. ^ Borukhov S, Nudler E (April 2003). "RNA polymerase holoenzyme: structure, function and biological implications". Current Opinion in Microbiology. 6 (2): 93–100. doi:10.1016/s1369-5274(03)00036-5. PMID 12732296.
  50. ^ Copland JA, Sheffield-Moore M, Koldzic-Zivanovic N, Gentry S, Lamprou G, Tzortzatou-Stathopoulou F, et al. (June 2009). "Sex steroid receptors in skeletal differentiation and epithelial neoplasia: is tissue-specific intervention possible?". BioEssays. 31 (6): 629–641. doi:10.1002/bies.200800138. PMID 19382224. S2CID 205469320.
  51. ^ Vlahopoulos SA, Logotheti S, Mikas D, Giarika A, Gorgoulis V, Zoumpourlis V (April 2008). "The role of ATF-2 in oncogenesis". BioEssays. 30 (4): 314–327. doi:10.1002/bies.20734. PMID 18348191. S2CID 678541.
  52. ^ Saxonov S, Berg P, Brutlag DL (January 2006). "A genome-wide analysis of CpG dinucleotides in the human genome distinguishes two distinct classes of promoters". Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. 103 (5): 1412–1417. Bibcode:2006PNAS..103.1412S. doi:10.1073/pnas.0510310103. PMC 1345710. PMID 16432200.
  53. ^ Deaton AM, Bird A (May 2011). "CpG islands and the regulation of transcription". Genes & Development. 25 (10): 1010–1022. doi:10.1101/gad.2037511. PMC 3093116. PMID 21576262.
  54. ^ Chen HY, Shao CJ, Chen FR, Kwan AL, Chen ZP (April 2010). "Role of ERCC1 promoter hypermethylation in drug resistance to cisplatin in human gliomas". International Journal of Cancer. 126 (8): 1944–1954. doi:10.1002/ijc.24772. PMID 19626585.
  55. ^ Hossain A, Lopez E, Halper SM, Cetnar DP, Reis AC, Strickland D, et al. (December 2020). "Automated design of thousands of nonrepetitive parts for engineering stable genetic systems". Nature Biotechnology. 38 (12): 1466–1475. doi:10.1038/s41587-020-0584-2. PMID 32661437. S2CID 220506228.
  56. ^ Hobbs K, Negri J, Klinnert M, Rosenwasser LJ, Borish L (December 1998). "Interleukin-10 and transforming growth factor-beta promoter polymorphisms in allergies and asthma". American Journal of Respiratory and Critical Care Medicine. 158 (6): 1958–1962. doi:10.1164/ajrccm.158.6.9804011. PMID 9847292.
  57. ^ Burchard EG, Silverman EK, Rosenwasser LJ, Borish L, Yandava C, Pillari A, et al. (September 1999). "Association between a sequence variant in the IL-4 gene promoter and FEV(1) in asthma". American Journal of Respiratory and Critical Care Medicine. 160 (3): 919–922. doi:10.1164/ajrccm.160.3.9812024. PMID 10471619.
  58. ^ Kulozik AE, Bellan-Koch A, Bail S, Kohne E, Kleihauer E (May 1991). "Thalassemia intermedia: moderate reduction of beta globin gene transcriptional activity by a novel mutation of the proximal CACCC promoter element". Blood. 77 (9): 2054–2058. doi:10.1182/blood.V77.9.2054.2054. PMID 2018842.
  59. ^ Petrij F, Giles RH, Dauwerse HG, Saris JJ, Hennekam RC, Masuno M, et al. (July 1995). "Rubinstein-Taybi syndrome caused by mutations in the transcriptional co-activator CBP". Nature. 376 (6538): 348–351. Bibcode:1995Natur.376..348P. doi:10.1038/376348a0. PMID 7630403. S2CID 4254507.
  60. ^ Maloy S. "Expression vectors". San Diego State University.

External links

Wikimedia Commons has media related to Genetic promoter regions.