stringtranslate.com

Ген-регулятор

Путь регуляции генов

В генетике ген -регулятор , регулятор или регуляторный ген — это ген, участвующий в контроле экспрессии одного или нескольких других генов. Регуляторные последовательности , которые кодируют регуляторные гены, часто находятся на конце пяти основных пар (5') к началу транскрипции гена , который они регулируют. Кроме того, эти последовательности также могут быть обнаружены на конце трех основных пар (3') к началу транскрипции. В обоих случаях, независимо от того, находится ли регуляторная последовательность до (5') или после (3') гена, который она регулирует, последовательность часто находится на расстоянии многих килобаз от начала транскрипции . Ген-регулятор может кодировать белок или работать на уровне РНК , как в случае генов, кодирующих микроРНК . Примером гена-регулятора является ген, который кодирует белок- репрессор , который подавляет активность оператора ( ген, который связывает белки-репрессоры, таким образом подавляя трансляцию РНК в белок через РНК-полимеразу ). [1]

У прокариот гены-регуляторы часто кодируют белки-репрессоры . Белки-репрессоры связываются с операторами или промоторами , не давая РНК-полимеразе транскрибировать РНК. Обычно они постоянно экспрессируются, поэтому клетка всегда имеет запас молекул-репрессоров. [2] Индукторы заставляют белки-репрессоры менять форму или иным образом становиться неспособными связывать ДНК, позволяя РНК-полимеразе продолжать транскрипцию. Гены-регуляторы могут располагаться внутри оперона , рядом с ним или далеко от него. [3]

Другие регуляторные гены кодируют активаторные белки . Активатор связывается с сайтом на молекуле ДНК и вызывает увеличение транскрипции близлежащего гена. У прокариот хорошо известным активаторным белком является катаболитный активаторный белок (CAP), участвующий в положительном контроле lac -оперона .

В регуляции экспрессии генов , изучаемой в эволюционной биологии развития (evo-devo), важную роль играют как активаторы, так и репрессоры. [4]

Регуляторные гены также можно описать как положительные или отрицательные регуляторы, в зависимости от условий окружающей среды, окружающей клетку. Положительные регуляторы — это регуляторные элементы, которые позволяют РНК-полимеразе связываться с промоторной областью, тем самым позволяя транскрипции происходить. В терминах lac-оперона положительным регулятором будет комплекс CRP-cAMP, который должен быть связан близко к месту начала транскрипции lac-генов. Связывание этого положительного регулятора позволяет РНК-полимеразе успешно связываться с промотором последовательности гена lac, что ускоряет транскрипцию lac- генов ; lac Z, lac Y и lac A. Отрицательные регуляторы — это регуляторные элементы, которые препятствуют связыванию РНК-полимеразы с промоторной областью, тем самым подавляя транскрипцию. В терминах lac-оперона отрицательным регулятором будет lac-репрессор, который связывается с промотором в том же месте, с которым обычно связывается РНК-полимераза. Связывание lac-репрессора с сайтом связывания РНК-полимеразы ингибирует транскрипцию lac-генов. Только когда индуктор связан с lac-репрессором, сайт связывания будет свободен для РНК-полимеразы, чтобы осуществить транскрипцию lac-генов. [5] [6] [7]

Регуляторные элементы генов

Промоторы находятся в начале гена и служат местом, где собирается транскрипционный аппарат и начинается транскрипция гена. Усилители включают промоторы в определенных местах, времени и уровнях и могут быть просто определены как «промоторы промотора». Считается, что сайленсеры отключают экспрессию гена в определенные моменты времени и местах. Инсуляторы, также называемые граничными элементами, представляют собой последовательности ДНК, которые создают цис-регуляторные границы, которые не позволяют регуляторным элементам одного гена влиять на соседние гены. Общая догма заключается в том, что эти регуляторные элементы активируются путем связывания факторов транскрипции , белков, которые связываются с определенными последовательностями ДНК и контролируют транскрипцию мРНК . Может быть несколько факторов транскрипции, которые должны связываться с одним регуляторным элементом, чтобы активировать его. Кроме того, несколько других белков, называемых кофакторами транскрипции, связываются с самими факторами транскрипции, чтобы контролировать транскрипцию. [8] [9]

Отрицательные регуляторы

Отрицательные регуляторы действуют, чтобы предотвратить транскрипцию или трансляцию. Такие примеры, как cFLIP, подавляют механизмы гибели клеток, приводящие к патологическим расстройствам, таким как рак , и, таким образом, играют решающую роль в устойчивости к лекарствам . Обход таких агентов является проблемой в терапии рака . [10] Отрицательные регуляторы гибели клеток при раке включают cFLIP , семейство Bcl 2 , Survivin , HSP , IAP , NF-κB , Akt , mTOR и FADD . [10]

Обнаружение

Существует несколько различных методов обнаружения регуляторных генов, но из многих есть несколько определенных, которые используются чаще других. Один из этих избранных называется ChIP-chip. ChIP-chip — это метод in vivo, используемый для определения геномных сайтов связывания для факторов транскрипции в двухкомпонентных регуляторах ответа системы. Анализ на основе микрочипов in vitro (DAP-chip) может использоваться для определения генных целей и функций двухкомпонентных систем передачи сигнала . Этот анализ использует тот факт, что регуляторы ответа могут быть фосфорилированы и, таким образом, активированы in vitro с использованием доноров малых молекул, таких как ацетилфосфат . [11] [12]

Филогенетический футпринтинг

Филогенетический футпринтинг — это метод, который использует множественные выравнивания последовательностей для определения местоположений консервативных последовательностей, таких как регуляторные элементы. Наряду с множественными выравниваниями последовательностей, филогенетический футпринтинг также требует статистических показателей консервативных и неконсервативных последовательностей. Используя информацию, предоставленную множественными выравниваниями последовательностей и статистическими показателями, можно определить наиболее консервативные мотивы в ортологичных областях интереса. [13] [14]

Ссылки

  1. ^ "Регуляторный ген - Биология-Онлайн Словарь". www.biology-online.org . Получено 2016-02-06 .
  2. ^ Кэмпбелл Биология — Концепции и связи 7-е издание . Pearson Education. 2009. С. 210–211.
  3. ^ Майер, Джин. "БАКТЕРИОЛОГИЯ - ГЛАВА ДЕВЯТАЯ ГЕНЕТИЧЕСКИЕ РЕГУЛЯТОРНЫЕ МЕХАНИЗМЫ". Микробиология и иммунология онлайн . Медицинская школа Университета Южной Каролины . Получено 30 декабря 2012 г.
  4. ^ Suzuki, David (2005). Введение в генетический анализ . Сан-Франциско: WH Freeman. ISBN 978-0-7167-4939-4.
  5. ^ Касадабан, Малкольм Дж. (1976-07-05). «Регулирование регуляторного гена для пути арабинозы, araC». Журнал молекулярной биологии . 104 (3): 557–566. doi :10.1016/0022-2836(76)90120-0. PMID  781294.
  6. ^ Вонг, Ой Кван; Гутхольд, Мартин; Эри, Дороти А.; Геллес, Джефф (2008). «Взаимопревращающиеся петли Lac-репрессора–ДНК, выявленные в ходе экспериментов с отдельными молекулами». PLOS Biology . 6 (9): e232. doi : 10.1371/journal.pbio.0060232 . PMC 2553838 . PMID  18828671. 
  7. ^ Цзян, Сяофэн; Пан, Хуэй; Набхан, Джозеф Ф.; Кришнан, Рамасвами; Козиол-Уайт, Синтия; Панеттьери, Рейнольд А.; Лу, Куан (2012-05-01). «Новый EST-производный РНК-интерференционный скрининг выявляет критическую роль фарнезилдифосфатсинтазы в интернализации и подавлении β2-адренергических рецепторов». Журнал FASEB . 26 (5): 1995–2007. doi : 10.1096/fj.11-193870 . ISSN  0892-6638. PMC 3336790. PMID  22278941 . 
  8. ^ Хан, Аршад Х.; Лин, Энди; Смит, Десмонд Дж. (2012-09-24). «Открытие и характеристика экзонных транскрипционных регуляторных элементов человека». PLOS ONE . 7 (9): e46098. Bibcode : 2012PLoSO...746098K. doi : 10.1371/journal.pone.0046098 . ISSN  1932-6203. PMC 3454335. PMID 23029400  . 
  9. ^ Ахитув, Надав (2012). Ахитув, Надав (ред.). Генные регуляторные элементы . дои : 10.1007/978-1-4614-1683-8. ISBN 978-1-4614-1682-1. S2CID  40483427. {{cite book}}: |journal=проигнорировано ( помощь )
  10. ^ ab Разаги, Али; Хейманн, Кирстен; Шеффер, Патрик М.; Гибсон, Спенсер Б. (2018-01-10). «Отрицательные регуляторы путей гибели клеток при раке: перспективы биомаркеров и таргетной терапии». Апоптоз . 23 (2): 93–112. doi :10.1007/s10495-018-1440-4. ISSN  1360-8185. PMID  29322476. S2CID  3424489.
  11. ^ Kogelman, Lisette JA; Cirera, Susanna; Zhernakova, Daria V; Fredholm, Merete; Franke, Lude; Kadarmideen, Haja N (2014-09-30). "Идентификация сетей генов коэкспрессии, регуляторных генов и путей ожирения на основе секвенирования РНК жировой ткани в модели свиньи". BMC Medical Genomics . 7 : 57. doi : 10.1186/1755-8794-7-57 . ISSN  1755-8794. PMC 4183073 . PMID  25270054. 
  12. ^ Раджив, Лара; Лунинг, Эрик Г.; Мукхопадхай, Аиндрила (2014). «Метод ДНК-аффинно-очищенного чипа (DAP-чипа) для определения генных целей для бактериальных двухкомпонентных регуляторных систем | Протокол». Журнал визуализированных экспериментов (89): e51715. doi :10.3791/51715. PMC 4233932 . PMID  25079303 . Получено 08.04.2016 . 
  13. ^ Сатиджа, Рахул; Новак, Адам; Миклош, Иштван; Люнгсё, Руне; Хейн, Йотун (28 августа 2009 г.). «BigFoot: байесовское выравнивание и филогенетический след с MCMC». Эволюционная биология BMC . 9 (1): 217. Бибкод : 2009BMCEE...9..217S. дои : 10.1186/1471-2148-9-217 . ISSN  1471-2148. ПМЦ 2744684 . ПМИД  19715598. 
  14. ^ Бланшетт, Матье; Томпа, Мартин (2002-05-01). «Открытие регуляторных элементов с помощью вычислительного метода для филогенетического футпринтинга». Genome Research . 12 (5): 739–748. doi :10.1101/gr.6902. ISSN  1088-9051. PMC 186562. PMID 11997340  . 

Внешние ссылки