Intensificadores, Silenciadores e Regulação de Longo Alcance

Os genes eucarióticos são controlados não apenas por seus promotores adjacentes, mas por elementos regulatórios de DNA distais — intensificadores que aumentam a transcrição e silenciadores que a suprimem — os quais podem atuar em grandes distâncias genômicas. Ao ligarem-se a fatores de transcrição e formarem alças fisicamente com seus promotores-alvo, esses elementos integram os sinais que especificam quando e onde um gene é expresso.

Definition

Intensificadores e silenciadores são elementos de DNA cis-regulatórios que, respectivamente, aumentam ou diminuem a transcrição de genes-alvo a distância e em grande parte independentemente de sua posição ou orientação, ligando-se a proteínas regulatórias e contatando o promotor através do dobramento da cromatina (chromatin looping).

Scope

Este tópico abrange as propriedades definidoras de intensificadores e silenciadores, a natureza da atividade do intensificador independente de posição e orientação, o mecanismo de alça pelo qual elementos distais contatam promotores, o conceito de super-intensificadores em genes de identidade celular e o papel dos isoladores na delimitação de domínios regulatórios. É um tópico molecular mecanicista e não uma orientação clínica.

Core questions

• Como um elemento regulatório pode controlar um gene localizado longe no cromossomo?
• O que distingue um intensificador de um promotor, e um intensificador de um silenciador?
• Como o pareamento correto intensificador-promotor é alcançado e restringido?
• Por que alguns genes são controlados por agrupamentos de intensificadores (super-intensificadores)?

Key concepts

• Intensificadores e silenciadores
• Ação independente de posição e orientação
• Sítios de ligação de fatores de transcrição
• Dobramento intensificador-promotor
• Super-intensificadores
• Isoladores e limites topológicos
• Regulação gênica tecido-específica

Key theories

Ativação por recrutamento via dobramento

Acredita-se que os intensificadores distais atuem ligando-se a fatores de transcrição que recrutam coativadores e o maquinário de transcrição para o promotor, aproximados pelo dobramento da cromatina, estendendo o princípio de recrutamento para o controle de longo alcance.

Mechanisms

Intensificadores são trechos de DNA que contêm sítios de ligação agrupados para fatores de transcrição; uma vez ligados, esses fatores recrutam complexos coativadores e modificadores de cromatina, e o intensificador é colocado em contato físico com seu promotor-alvo através do dobramento da cromatina interveniente. Esse dobramento explica como um elemento pode atuar em dezenas ou centenas de quilobases e em grande parte independentemente de sua orientação. Os silenciadores funcionam analogamente, mas recrutam fatores repressivos. Alguns genes que definem a identidade celular são governados por aglomerados densamente ocupados de intensificadores, denominados super-intensificadores, que estão associados a uma produção transcricional muito alta e sensibilidade à perturbação. Elementos isoladores e limites de domínio topológico restringem quais intensificadores podem alcançar quais promotores, ajudando a prevenir a ativação inadequada de genes vizinhos. O mapeamento genômico da ligação de fatores e das marcas de cromatina agora permite que os intensificadores sejam previstos em todo o genoma.

Clinical relevance

Variantes e rearranjos que afetam intensificadores e silenciadores podem desregular genes e contribuir para distúrbios do desenvolvimento e câncer, e a biologia dos super-intensificadores informa como os programas de identidade celular são mantidos. Esta entrada é um pano de fundo educacional e não é uma base para decisões individuais de diagnóstico ou tratamento.

History

Os intensificadores foram definidos pela primeira vez no início da década de 1980 como sequências virais e celulares que impulsionavam a transcrição independentemente da posição ou orientação. A visão de recrutamento da ativação e a demonstração do dobramento da cromatina estabeleceram como os elementos distais alcançam os promotores; revisões de Bulger e Groudine (2011) e Shlyueva e colegas (2014) sintetizaram as propriedades dos intensificadores e a identificação em todo o genoma, e Hnisz e colegas (2013) introduziram o conceito de super-intensificador para genes de identidade celular e doenças.

Debates

Os 'super-intensificadores' são uma classe funcional distinta ou um extremo quantitativo?

Debate-se se os super-intensificadores representam uma entidade regulatória qualitativamente distinta ou simplesmente o extremo de alta ocupação de um contínuo de intensificadores comuns, com implicações para como a atividade do intensificador deve ser medida e interpretada.

Key figures

• Mark Ptashne
• Mark Groudine
• Richard Young
• Alexander Stark

Seminal works

• bulger-groudine-2011
• hnisz-2013
• shlyueva-2014

Frequently asked questions

Como um intensificador pode regular um gene que está longe no DNA?

A cromatina entre o intensificador e seu promotor-alvo forma uma alça, aproximando os dois fisicamente para que os fatores ligados ao intensificador possam atuar no promotor.

Qual é a diferença entre um intensificador e um promotor?

Um promotor é o sítio onde a transcrição é iniciada, imediatamente a montante de um gene; um intensificador é um elemento distal que aumenta a transcrição de um promotor e pode atuar em longas distâncias e em qualquer orientação.