Promotoren und Transkriptionsfaktoren

Die DNA-Sequenzen, die den Beginn der Transkription markieren, und die Proteine, die diese lesen, um Gene ein- oder auszuschalten und ihre Leistung zu steuern.

Definition

Ein Promotor ist der DNA-Bereich, der den Beginn der Transkription eines Gens steuert; Transkriptionsfaktoren sind Proteine, die an Promotor- und Enhancer-Sequenzen binden, um die RNA-Polymerase zu rekrutieren oder zu modulieren, wodurch gesteuert wird, ob und wie stark ein Gen transkribiert wird.

Scope

Dieses Thema behandelt cis-wirkende DNA-Elemente – Core-Promotoren, proximale Elemente und distale Enhancer – sowie die trans-wirkenden Proteine, die an diese binden: allgemeine Transkriptionsfaktoren, die zur Positionierung der Polymerase erforderlich sind, und sequenzspezifische Regulatoren, die bestimmte Gene aktivieren oder reprimieren. Es wird untersucht, wie diese Elemente und Faktoren zusammenwirken, um zu bestimmen, wann und wie stark ein Gen transkribiert wird. Die nachgeschaltete Logik regulatorischer Schaltkreise wird im Bereich der Genregulation entwickelt.

Core questions

• Welche Sequenzelemente definieren einen Promotor und wo befinden sie sich?
• Wie helfen allgemeine Transkriptionsfaktoren bei der Positionierung der Polymerase?
• Wie aktivieren oder reprimieren sequenzspezifische Faktoren bestimmte Gene?
• Wie beeinflussen entfernte Enhancer die Transkription an einem Promotor?

Key theories

Kombinatorische Kontrolle durch Transkriptionsfaktoren

Die Transkription eines Gens wird durch die spezifische Kombination von Aktivatoren und Repressoren bestimmt, die an seinem Promotor und seinen Enhancern gebunden sind, sodass ein begrenztes Repertoire an Faktoren eine große Anzahl unterschiedlicher Expressionsmuster spezifizieren kann.

Modulare cis-regulatorische Elemente

Core-Promotoren positionieren die Polymerase, während separate proximale und distale Elemente wie Enhancer regulatorische Faktoren binden und aus der Ferne wirken, wodurch die regulatorische DNA modular und kombinierbar wird.

Mechanisms

Allgemeine Transkriptionsfaktoren versammeln sich am Core-Promotor, um die RNA-Polymerase zu rekrutieren und korrekt zu positionieren, wodurch der basale Apparat gebildet wird. Sequenzspezifische Transkriptionsfaktoren binden über DNA-Bindungsdomänen an ihre Zielstellen an Promotoren und Enhancern und nutzen separate Aktivierungs- oder Repressionsdomänen, um Coaktivatoren, Corepressoren und Chromatin-modifizierende Komplexe zu rekrutieren. Enhancer können über große Entfernungen wirken, indem sie die dazwischenliegende DNA schleifen, sodass gebundene Faktoren den basalen Apparat kontaktieren und viele Inputs in ein einziges Transkriptionsniveau integrieren.

Clinical relevance

Mutationen in Promotoren, Enhancern und Transkriptionsfaktoren verursachen Entwicklungsstörungen und Krebserkrankungen, und Transkriptionsfaktoren werden intensiv als therapeutische Ziele untersucht; formuliert als Bedeutung und nicht als klinische Leitlinie.

History

Die Analyse bakterieller und viraler Promotoren in den 1970er und 1980er Jahren definierte konservierte Promotorsequenzen, und die Klonierung der ersten sequenzspezifischen eukaryotischen Transkriptionsfaktoren etablierte die kombinatorische, modulare Sichtweise der Genkontrolle, die heute in der Molekularbiologie Standard ist.

Key figures

• Robert Tjian
• Mark Ptashne

Seminal works

• lodish2016
• alberts2014

Frequently asked questions

Was ist der Unterschied zwischen einem Promotor und einem Enhancer?

Ein Promotor ist die DNA neben der Startstelle, an der die Polymerase positioniert ist; ein Enhancer ist ein regulatorisches Element, oft weit entfernt, das die Transkription durch gebundene Faktoren verstärkt.

Schalten alle Transkriptionsfaktoren Gene ein?

Nein. Einige sind Aktivatoren, die die Transkription erhöhen, während andere Repressoren sind, die sie reduzieren oder blockieren; das Gleichgewicht bestimmt die Genexpression.