Promotoren und Cis-regulatorische Elemente

Promotoren und andere cis-regulatorische Elemente sind DNA-Sequenzen, die sich auf demselben Molekül wie das von ihnen kontrollierte Gen befinden und bestimmen, wo die Transkription beginnt und wie sie reguliert wird. Sie bilden die Bindungsplattform für die RNA-Polymerase und regulatorische Proteine, und ihre Zusammensetzung legt die Stärke, den Zeitpunkt und die Gewebespezifität der Genexpression fest.

Definition

Ein Promotor ist der cis-regulatorische DNA-Bereich, der die Initiierung der Transkription eines Gens steuert; cis-regulatorische Elemente im weiteren Sinne sind DNA-Sequenzen auf demselben Molekül, deren Anwesenheit und Anordnung die Transkription regulieren, indem sie als Bindungsstellen für die Transkriptionsmaschinerie und regulatorische Proteine dienen.

Scope

Das Thema umfasst den Kernpromotor, der die Startstelle positioniert (einschließlich Elemente wie der TATA-Box und dem Initiator), proximale und distale regulatorische Sequenzen (Enhancer, Silencer, Isolatoren) sowie die Art und Weise, wie Chromatinmerkmale aktive Promotoren kennzeichnen. Es unterscheidet cis-regulatorische (auf demselben Molekül befindliche) Sequenzen von den trans-regulatorischen Proteinen, die sie ablesen, und wird auf einem referenziell-pädagogischen Niveau behandelt.

Core questions

• Welche DNA-Sequenzen legen fest, wo und wie stark die Transkription beginnt?
• Wie beeinflussen distale Enhancer einen Promotor über große genomische Distanzen hinweg?
• Was unterscheidet ein cis-regulatorisches Element von einem trans-regulatorischen Faktor?

Key concepts

• Kernpromotor und Transkriptionsstartstelle
• TATA-Box und Initiator-Element
• Enhancer und Silencer
• Isolatoren
• CpG-Insel-Promotoren
• Cis- versus Trans-Regulation
• Enhancer-RNAs

Mechanisms

Der Kernpromotor enthält kurze Sequenzmotive, wie die TATA-Box und den Initiator, die die basale Transkriptionsmaschinerie positionieren und die Startstelle definieren, während die präzise Mischung der Elemente die Promotorstärke und -reagibilität abstimmt. Distale Enhancer wirken weitgehend unabhängig von Orientierung und Entfernung, indem sie sich mit ihren Zielpromotoren in Kontakt bringen, und Isolatoren begrenzen regulatorische Domänen. In menschlichen Zellen tragen die meisten aktiven Promotoren charakteristische Chromatinmerkmale, und viele sind in CpG-Inseln eingebettet, und einige Enhancer werden selbst in nicht-kodierende RNAs transkribiert, die ihre regulatorische Aktivität begleiten.

Clinical relevance

Mutationen und Varianten in Promotoren und Enhancern können die Gendosis verändern und zu erblichen und erworbenen Krankheiten beitragen, und viele krankheitsassoziierte genetische Varianten liegen in solchen regulatorischen Regionen und nicht in kodierenden Sequenzen. Dieser Eintrag beschreibt diese Sequenzen auf Referenzebene und ist keine Grundlage für die klinische Interpretation von Varianten eines Individuums.

History

Klassische Promotor- und Enhancer-Studien in den 1980er Jahren definierten die kurzen Kernelemente und die weitreichende Wirkung von Enhancern. Die Übersichtsarbeit von Smale und Kadonaga aus dem Jahr 2003 konsolidierte den RNA-Polymerase-II-Kernpromotor, und genomweite Chromatin- und Transkriptionskartierungen zeigten später, wie Promotoren markiert werden und wie Enhancer, einschließlich transkribierter, die Genexpression organisieren.

Key figures

• Stephen T. Smale
• James T. Kadonaga
• Joanna Wysocka
• Richard A. Young

Seminal works

• smale-kadonaga-2003
• long-2016

Frequently asked questions

Was ist der Unterschied zwischen einem Promotor und einem Enhancer?

Ein Promotor ist die Sequenz am Genanfang, die die Transkriptionsmaschinerie positioniert, während ein Enhancer eine regulatorische Sequenz ist, die die Transkription aus der Ferne und in beiden Orientierungen durch Kontakt mit dem Promotor verstärken kann.

Was bedeutet cis-regulatorisch?

Ein cis-regulatorisches Element ist eine DNA-Sequenz, die ein Gen auf demselben DNA-Molekül reguliert, im Gegensatz zu trans-regulatorischen Faktoren, die diffundierbare Proteine (oder RNAs) sind, die unabhängig vom Ort auf Zielsequenzen wirken.