Промоторы и цис-действующие элементы

Промоторы и другие цис-действующие элементы представляют собой последовательности ДНК, расположенные на той же молекуле, что и ген, который они контролируют. Они определяют, где начинается транскрипция и как она регулируется. Они служат платформой для связывания РНК-полимеразы и регуляторных белков, а их состав определяет силу, время и тканевую специфичность экспрессии гена.

Definition

Промотор — это цис-действующая область ДНК, которая направляет инициацию транскрипции гена; цис-действующие элементы в более широком смысле — это последовательности ДНК на той же молекуле, присутствие и расположение которых регулируют транскрипцию, служа в качестве сайтов связывания для транскрипционного аппарата и регуляторных белков.

Scope

Тема охватывает основной промотор, который определяет сайт начала транскрипции (включая такие элементы, как TATA-бокс и инициатор), проксимальные и дистальные регуляторные последовательности (энхансеры, сайленсеры, изоляторы), а также то, как особенности хроматина маркируют активные промоторы. Различаются цис-действующие (на той же молекуле) последовательности и транс-действующие белки, которые их считывают. Тема рассматривается на справочно-образовательном уровне.

Core questions

• Какие последовательности ДНК определяют, где и насколько сильно начинается транскрипция?
• Как дистальные энхансеры влияют на промотор на больших геномных расстояниях?
• Что отличает цис-действующий элемент от транс-действующего фактора?

Key concepts

• Основной промотор и сайт начала транскрипции
• TATA-бокс и элемент-инициатор
• Энхансеры и сайленсеры
• Изоляторы
• Промоторы CpG-островков
• Цис- против транс-регуляции
• Энхансерные РНК

Mechanisms

Основной промотор содержит короткие последовательности-мотивы, такие как TATA-бокс и инициатор, которые позиционируют базальный транскрипционный аппарат и определяют сайт начала транскрипции, в то время как точное сочетание элементов настраивает силу и чувствительность промотора. Дистальные энхансеры действуют в значительной степени независимо от ориентации и расстояния, образуя петли и вступая в контакт со своими целевыми промоторами, а изоляторы разграничивают регуляторные домены. В клетках человека большинство активных промоторов несут характерные хроматиновые метки, и многие из них встроены в CpG-островки, а некоторые энхансеры сами транскрибируются в некодирующие РНК, которые сопровождают их регуляторную активность.

Clinical relevance

Мутации и варианты в промоторах и энхансерах могут изменять дозу гена и способствовать развитию наследственных и приобретенных заболеваний, при этом многие генетические варианты, связанные с заболеваниями, находятся в таких регуляторных областях, а не в кодирующей последовательности. Данная статья описывает эти последовательности на справочном уровне и не является основанием для клинической интерпретации вариантов у отдельного человека.

History

Классические исследования промоторов и энхансеров в 1980-х годах определили короткие основные элементы и дальнодействующее влияние энхансеров. Обзор Smale и Kadonaga 2003 года обобщил данные о основном промоторе РНК-полимеразы II, а крупномасштабное картирование хроматина и транскрипции позднее показало, как промоторы маркируются и как энхансеры, включая транскрибируемые, организуют экспрессию генов.

Key figures

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

Seminal works

• smale-kadonaga-2003
• long-2016

Frequently asked questions

В чем разница между промотором и энхансером?

Промотор — это последовательность в начале гена, которая позиционирует транскрипционный аппарат, тогда как энхансер — это регуляторная последовательность, которая может усиливать транскрипцию на расстоянии и в любой ориентации, контактируя с промотором.

Что означает «цис-действующий»?

Цис-действующий элемент — это последовательность ДНК, которая регулирует ген на той же молекуле ДНК, в отличие от транс-действующих факторов, которые представляют собой диффундирующие белки (или РНК), действующие на целевые последовательности независимо от их расположения.