В молекулярной генетике репрессор — это ДНК- или РНК-связывающий белок, который подавляет экспрессию одного или нескольких генов, связываясь с оператором или связанными с ним сайленсерами . ДНК-связывающий репрессор блокирует присоединение РНК-полимеразы к промотору , тем самым предотвращая транскрипцию генов в информационную РНК . РНК-связывающий репрессор связывается с мРНК и предотвращает трансляцию мРНК в белок. Такое блокирование или снижение экспрессии называется репрессией.
Если присутствует индуктор , молекула, которая инициирует экспрессию гена, то он может взаимодействовать с белком-репрессором и отсоединять его от оператора. Затем РНК-полимераза может транскрибировать сообщение (экспрессируя ген). Корепрессор — это молекула, которая может связываться с репрессором и заставлять его прочно связываться с оператором, что снижает транскрипцию.
Репрессор, который связывается с корепрессором, называется апорепрессором или неактивным репрессором . Одним из типов апорепрессоров является trp-репрессор , важный метаболический белок бактерий. Описанный выше механизм репрессии является типом механизма обратной связи, поскольку он позволяет транскрипции происходить только при наличии определенного условия: присутствия определенного индуктора (ов). Напротив, активный репрессор связывается непосредственно с оператором, чтобы подавить экспрессию гена.
Хотя репрессоры чаще встречаются у прокариот, у эукариот они встречаются редко. Более того, большинство известных эукариотических репрессоров встречаются у простых организмов (например, дрожжей) и действуют, взаимодействуя напрямую с активаторами. [1] Это контрастирует с прокариотическими репрессорами, которые также могут изменять структуру ДНК или РНК.
В геноме эукариот есть области ДНК, известные как сайленсеры . Это последовательности ДНК, которые связываются с репрессорами, чтобы частично или полностью подавить ген. Сайленсеры могут быть расположены на несколько оснований выше или ниже фактического промотора гена. Репрессоры также могут иметь два сайта связывания: один для области сайленсера и один для промотора . Это вызывает петлеобразование хромосомы, позволяя области промотора и сайленсера располагаться близко друг к другу.
Оперон lacZYA содержит гены, кодирующие белки, необходимые для расщепления лактозы. [2] Ген lacI кодирует белок, называемый «репрессором» или «lac-репрессором», который функционирует как репрессор lac-оперона. [2] Ген lacI расположен непосредственно перед lacZYA , но транскрибируется с промотора lacI . [2] Ген lacI синтезирует белок-репрессор LacI. Белок-репрессор LacI подавляет lacZYA , связываясь с операторной последовательностью lacO . [2]
Lac- репрессор конститутивно экспрессируется и обычно связан с операторной областью промотора , что препятствует способности РНК-полимеразы (РНКП) начинать транскрипцию lac- оперона. [2] В присутствии индуктора аллолактозы репрессор изменяет конформацию, снижает прочность связывания ДНК и диссоциирует от операторной последовательности ДНК в промоторной области lac-оперонга. Затем РНКП может связываться с промотором и начинать транскрипцию гена lacZYA . [ 2]
Примером белка-репрессора является метиониновый репрессор MetJ. MetJ взаимодействует с основаниями ДНК через мотив лента-спираль-спираль (RHH). [3] MetJ представляет собой гомодимер , состоящий из двух мономеров , каждый из которых обеспечивает бета-ленту и альфа-спираль . Вместе бета-ленты каждого мономера объединяются, образуя антипараллельный бета-лист , который связывается с оператором ДНК («бокс Met») в его большой бороздке. После связывания димер MetJ взаимодействует с другим димером MetJ, связанным с комплементарной цепью оператора через его альфа-спирали. AdoMet связывается с карманом в MetJ, который не перекрывает участок связывания ДНК.
Met-бокс имеет последовательность ДНК AGACGTCT, палиндром (он демонстрирует диадную симметрию ), позволяющий распознавать одну и ту же последовательность на любой нити ДНК. Соединение между C и G в середине Met-бокса содержит пиримидин-пуриновый шаг, который становится положительно суперспирализованным, образуя изгиб в фосфодиэфирном остове. Таким образом белок проверяет наличие сайта распознавания, поскольку он позволяет дуплексу ДНК следовать форме белка. Другими словами, распознавание происходит посредством косвенного считывания структурных параметров ДНК, а не посредством распознавания определенной последовательности оснований.
Каждый димер MetJ содержит два сайта связывания для кофактора S-аденозилметионина (SAM), который является продуктом биосинтеза метионина. Когда присутствует SAM, он связывается с белком MetJ, увеличивая его сродство к его родственному операторному сайту, что останавливает транскрипцию генов, участвующих в синтезе метионина. Когда концентрация SAM становится низкой, репрессор диссоциирует от операторного сайта, позволяя производить больше метионина.
Оперон L-арабинозы содержит гены , кодирующие ферменты, переваривающие арабинозу. Они функционируют для расщепления арабинозы как альтернативного источника энергии при низком уровне или отсутствии глюкозы. [4] Оперон состоит из регуляторного гена-репрессора (araC), трех контрольных участков (ara02, ara01, araI1 и araI2), двух промоторов (Parac/ParaBAD) и трех структурных генов (araBAD). После образования araC действует как репрессор, связываясь с областью araI, образуя петлю, которая не позволяет полимеразам связываться с промотором и транскрибировать структурные гены в белки.
В отсутствие арабинозы и araC (репрессор) образование петель не инициируется, и структурная экспрессия гена будет ниже. В отсутствие арабинозы, но в присутствии araC, регионы araC образуют димеры и связываются, чтобы сблизить домены ara02 и araI1 путем образования петель. [5] В присутствии как арабинозы, так и araC, araC связывается с арабинозой и действует как активатор. Это конформационное изменение в araC больше не может образовывать петлю, и линейный сегмент гена способствует привлечению РНК-полимеразы в структурный регион araBAD. [4]
+
Оперон FLC — это консервативный эукариотический локус, который отрицательно связан с цветением через репрессию генов, необходимых для развития меристемы для перехода в цветочное состояние у вида растений Arabidopsis thaliana . Было показано, что экспрессия FLC регулируется присутствием FRIGIDA и отрицательно коррелирует с понижением температуры, что приводит к предотвращению яровизации . [6] Степень снижения экспрессии зависит от температуры и времени воздействия по мере смены сезонов. После снижения экспрессии FLC включается потенциал для цветения. Регулирование экспрессии FLC включает как генетические, так и эпигенетические факторы, такие как метилирование гистонов и метилирование ДНК . [7] Кроме того, ряд генов являются кофакторами и действуют как отрицательные факторы транскрипции для генов FLC. [8] Гены FLC также имеют большое количество гомологов у разных видов, что позволяет осуществлять специфическую адаптацию в различных климатических условиях. [9]