Elementos Cis-Reguladores e Intensificadores

A ativação de um gene, e a sua intensidade, é largamente determinada por sequências curtas de DNA, próximas ou distantes do gene, que se ligam a proteínas reguladoras. Estes elementos cis-reguladores — promotores que ancoram a maquinaria de transcrição e intensificadores que a amplificam — codificam as instruções para onde e quando um gene é expresso, frequentemente atuando a longas distâncias através do enovelamento do DNA.

Definition

Elementos cis-reguladores são sequências de DNA não codificantes na mesma molécula que o gene que controlam, que se ligam a proteínas reguladoras para determinar a sua transcrição; intensificadores são elementos cis-reguladores que aumentam a transcrição de um gene alvo, frequentemente à distância e independentemente da orientação.

Scope

Este tópico aborda as principais classes de elementos cis-reguladores (promotores, intensificadores e sequências relacionadas), como os fatores de transcrição os leem e como os intensificadores atuam à distância para controlar a expressão. É material de referência e educacional; o papel das variantes reguladoras na doença é descrito de forma geral, e não como orientação clínica.

Core questions

• Quais são os principais tipos de elementos cis-reguladores?
• Como os intensificadores ativam genes à distância?
• Como os fatores de transcrição reconhecem as sequências reguladoras?
• Por que as variantes no DNA regulador podem afetar a expressão génica e o fenótipo?

Key concepts

• Elemento cis-regulador
• Promotor
• Intensificador
• Sítio de ligação de fator de transcrição
• Enovelamento intensificador-promotor
• Super-intensificador
• Silenciador e isolador
• Regulação tecido-específica

Mechanisms

Fatores de transcrição ligam-se a motivos específicos de sequência dentro de elementos cis-reguladores. Um promotor posiciona a RNA polimerase no sítio de início da transcrição, enquanto os intensificadores — que podem estar a milhares de bases de distância, a montante, a jusante ou em intrões — recrutam fatores ativadores e contactam o promotor através do enovelamento da cromatina para impulsionar a transcrição. Combinações de fatores ligados integram sinais celulares para que um gene seja expresso no tipo de célula e condição corretos; agrupamentos de intensificadores fortes (super-intensificadores) impulsionam uma expressão especialmente alta de genes que definem a identidade celular.

Clinical relevance

Muitas variantes associadas a traços e doenças não se encontram em sequências codificantes, mas sim em elementos cis-reguladores, onde podem alterar a ligação de fatores de transcrição e mudar a quantidade de um gene produzido; compreender estes elementos, portanto, informa a interpretação de variantes não codificantes. Este tópico fornece esse contexto para referência e educação e não é uma base para diagnóstico ou tratamento individual.

Epidemiology

O mapeamento genómico indica que os elementos reguladores superam vastamente o número de genes, com centenas de milhares de intensificadores candidatos marcados em tipos de células humanas, e que a maioria da anotação funcional não codificante do genoma consiste em tais sequências reguladoras ativas de forma específica ao tipo de célula.

Evidence & guidelines

O inventário genómico de elementos cis-reguladores deriva do mapeamento de genómica funcional da ligação de fatores de transcrição e marcas de cromatina, exemplificado pelos catálogos ENCODE, com revisões que sintetizam as propriedades e a previsão de intensificadores. Estes fornecem a anotação de referência para o DNA regulador.

History

O intensificador foi definido no início da década de 1980 como uma sequência que impulsiona a transcrição independentemente da sua distância ou orientação em relação a um gene. As décadas subsequentes estabeleceram o papel dos fatores de transcrição, do enovelamento da cromatina e, mais recentemente, dos super-intensificadores, e projetos genómicos mapearam elementos reguladores em todo o genoma.

Debates

Como os intensificadores são emparelhados com os seus genes alvo?

Os intensificadores podem ignorar genes mais próximos para atuar em genes distantes, e prever qual gene um dado intensificador controla — a partir da sequência, contactos da cromatina e atividade — continua a ser um problema ativo e incompletamente resolvido.

Key figures

• Alexander Stark
• François Spitz
• Eileen Furlong
• Richard Young

Seminal works

• encode-2012
• shlyueva-2014
• hnisz-2013

Frequently asked questions

Como um intensificador pode controlar um gene que está longe?

O DNA dobra-se de modo que o intensificador distante é colocado em contacto físico com o promotor do gene através do enovelamento da cromatina, permitindo que os fatores ligados ao intensificador estimulem a transcrição.

Por que as variantes reguladoras importam se não alteram a proteína?

Elas podem alterar a intensidade ou as células nas quais um gene é transcrito, de modo que uma variante num promotor ou intensificador pode alterar a quantidade de uma proteína normal, o que é suficiente para afetar traços e o risco de doença.