Транскрипционная регуляция

Первая и наиболее экономичная точка, в которой клетка контролирует ген, — это решение о его транскрипции, принимаемое регуляторными белками, которые считывают сигналы и связываются со специфическими последовательностями ДНК, чтобы включить или выключить транскрипцию.

Definition

Транскрипционная регуляция — это контроль того, транскрибируется ли ген в РНК и как часто это происходит, что достигается в основном регуляторными белками, которые связываются со специфическими последовательностями ДНК и модулируют активность РНК-полимеразы.

Scope

Эта тема охватывает бактериальный оперон как классическую модель индуцибельной и репрессибельной транскрипции, роли репрессоров, активаторов и индукторов, промоторы и энхансеры, которые рекрутируют транскрипционный аппарат у эукариот, последовательно-специфические факторы транскрипции и их домены, а также комбинаторный контроль. Она рассматривает регуляцию на уровне инициации транскрипции; регуляция РНК после транскрипции и состоянием хроматина рассматриваются в смежных темах.

Core questions

• Как lac-оперон включает и выключает экспрессию генов в ответ на питательные вещества?
• В чем разница между активатором и репрессором?
• Как промоторы и энхансеры рекрутируют и позиционируют транскрипционный аппарат у эукариот?
• Как комбинаторное связывание факторов транскрипции генерирует точные паттерны экспрессии?

Key concepts

• Оперон: индуцибельный и репрессибельный контроль
• Репрессоры, активаторы и индукторы
• Промоторы и энхансеры
• Последовательно-специфические факторы транскрипции
• Комбинаторный контроль экспрессии

Mechanisms

Регуляторные белки распознают специфические последовательности ДНК и либо блокируют, либо способствуют связыванию и продвижению РНК-полимеразы; у бактерий один репрессор может контролировать оперон совместно транскрибируемых генов в ответ на сигнал малой молекулы, тогда как у эукариот многие факторы транскрипции действуют комбинаторно через отдаленные энхансеры, которые образуют петли к промотору, чтобы установить скорость транскрипции.

Clinical relevance

Транскрипционный контроль определяет идентичность клеток, и его нарушение мутировавшими факторами транскрипции или захваченными энхансерами лежит в основе многих видов рака и нарушений развития, в то время как сконструированные транскрипционные переключатели являются инструментами в исследованиях и развивающихся терапиях.

History

Исследование Жакоба и Моно 1961 года lac-оперона у Escherichia coli представило идею о том, что гены включаются регуляторными белками, реагирующими на окружающую среду; более позднее препарирование репрессоров фагов Пташне подробно описало, как работают такие белки, а изучение эукариотических энхансеров распространило этот принцип на сложный контроль развития.

Key figures

• François Jacob
• Jacques Monod
• Mark Ptashne

Seminal works

• jacobMonod1961

Frequently asked questions

Что такое оперон?

Оперон — это кластер генов у бактерий, транскрибируемых вместе с одного промотора и контролируемых как единое целое, что позволяет клетке включать или выключать весь набор связанных генов одновременно в ответ на сигнал.

Как энхансеры действуют на гены на расстоянии?

Энхансеры — это последовательности ДНК, которые связывают факторы транскрипции и влияют на промотор гена, даже если они находятся далеко в последовательности; ДНК образует петлю, так что связанные с энхансером белки контактируют с транскрипционным аппаратом у промотора.