โปรโมเตอร์และองค์ประกอบซิส-แอคติง

โปรโมเตอร์และองค์ประกอบซิส-แอคติง (cis-acting elements) อื่นๆ เป็นลำดับดีเอ็นเอที่อยู่บนโมเลกุลเดียวกันกับยีนที่ควบคุม ซึ่งกำหนดจุดเริ่มต้นของการถอดรหัสและวิธีการควบคุมการแสดงออกของยีน องค์ประกอบเหล่านี้เป็นแพลตฟอร์มสำหรับการจับของอาร์เอ็นเอพอลิเมอเรสและโปรตีนควบคุม และองค์ประกอบของพวกมันเป็นตัวกำหนดความแข็งแรง ระยะเวลา และความจำเพาะของเนื้อเยื่อในการแสดงออกของยีน

Definition

โปรโมเตอร์คือบริเวณดีเอ็นเอแบบซิส-แอคติง (cis-acting) ที่ควบคุมการเริ่มต้นของการถอดรหัสของยีน; องค์ประกอบซิส-แอคติงในความหมายที่กว้างขึ้นคือลำดับดีเอ็นเอที่อยู่บนโมเลกุลเดียวกัน ซึ่งการมีอยู่และการจัดเรียงของพวกมันควบคุมการถอดรหัสโดยทำหน้าที่เป็นตำแหน่งจับสำหรับกลไกการถอดรหัสและโปรตีนควบคุม

Scope

หัวข้อนี้ครอบคลุมถึงโปรโมเตอร์หลักที่กำหนดตำแหน่งเริ่มต้น (รวมถึงองค์ประกอบต่างๆ เช่น TATA box และ initiator), ลำดับควบคุมที่อยู่ใกล้และไกล (enhancers, silencers, insulators) และลักษณะของโครมาตินที่บ่งบอกถึงโปรโมเตอร์ที่ทำงานอยู่ นอกจากนี้ยังแยกความแตกต่างระหว่างลำดับซิส-แอคติง (cis-acting) (บนโมเลกุลเดียวกัน) กับโปรตีนทรานส์-แอคติง (trans-acting) ที่อ่านลำดับเหล่านั้น โดยนำเสนอในระดับการอ้างอิงเชิงวิชาการ

Core questions

• ลำดับดีเอ็นเอใดที่ระบุว่าการถอดรหัสเริ่มต้นที่ใดและมีความแข็งแรงเพียงใด?
• Enhancers ที่อยู่ไกลออกไปมีอิทธิพลต่อโปรโมเตอร์ในระยะทางจีโนมที่ยาวนานได้อย่างไร?
• อะไรคือความแตกต่างระหว่างองค์ประกอบซิส-แอคติง (cis-acting element) กับปัจจัยทรานส์-แอคติง (trans-acting factor)?

Key concepts

• โปรโมเตอร์หลักและจุดเริ่มต้นของการถอดรหัส
• TATA box และองค์ประกอบ initiator
• Enhancers และ silencers
• Insulators
• โปรโมเตอร์ CpG-island
• การควบคุมแบบ Cis เทียบกับ Trans
• Enhancer RNAs

Mechanisms

โปรโมเตอร์หลักประกอบด้วยโมทีฟลำดับสั้นๆ เช่น TATA box และ initiator ซึ่งกำหนดตำแหน่งของกลไกการถอดรหัสพื้นฐานและนิยามจุดเริ่มต้น ในขณะที่การผสมผสานที่แม่นยำขององค์ประกอบต่างๆ จะปรับความแข็งแรงและการตอบสนองของโปรโมเตอร์ Enhancers ที่อยู่ไกลออกไปจะทำงานโดยไม่ขึ้นกับทิศทางและระยะทางเป็นส่วนใหญ่ โดยการวนเป็นวงเพื่อสัมผัสกับโปรโมเตอร์เป้าหมาย และ insulators จะกำหนดขอบเขตของโดเมนควบคุม ในเซลล์มนุษย์ โปรโมเตอร์ที่ทำงานอยู่ส่วนใหญ่มีเครื่องหมายโครมาตินที่เป็นลักษณะเฉพาะ และหลายตัวฝังอยู่ใน CpG islands และ enhancers บางตัวก็ถูกถอดรหัสเป็นอาร์เอ็นเอที่ไม่เข้ารหัส (noncoding RNAs) ซึ่งมาพร้อมกับกิจกรรมการควบคุมของพวกมัน

Clinical relevance

การกลายพันธุ์และรูปแบบที่แตกต่างกันในโปรโมเตอร์และ enhancers อาจเปลี่ยนแปลงปริมาณยีนและมีส่วนทำให้เกิดโรคทางพันธุกรรมและโรคที่เกิดขึ้นภายหลัง และตัวแปรทางพันธุกรรมที่เกี่ยวข้องกับโรคจำนวนมากอยู่ในบริเวณควบคุมเหล่านี้มากกว่าในลำดับการเข้ารหัส ข้อมูลนี้อธิบายลำดับเหล่านั้นในระดับการอ้างอิงและไม่ใช่พื้นฐานสำหรับการตีความทางคลินิกของตัวแปรของแต่ละบุคคล

History

การศึกษาโปรโมเตอร์และ enhancers แบบคลาสสิกในทศวรรษ 1980 ได้กำหนดองค์ประกอบหลักสั้นๆ และการทำงานระยะไกลของ enhancers บทวิจารณ์ของ Smale และ Kadonaga ในปี 2003 ได้รวบรวมความรู้เกี่ยวกับโปรโมเตอร์หลักของ RNA polymerase II และการทำแผนที่โครมาตินและการถอดรหัสในระดับจีโนมในภายหลังได้แสดงให้เห็นว่าโปรโมเตอร์ถูกทำเครื่องหมายอย่างไร และ enhancers รวมถึง enhancers ที่ถูกถอดรหัส จัดระเบียบการแสดงออกของยีนอย่างไร

Key figures

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

Seminal works

• smale-kadonaga-2003
• long-2016

Frequently asked questions

โปรโมเตอร์กับ enhancer แตกต่างกันอย่างไร?

โปรโมเตอร์คือลำดับที่จุดเริ่มต้นของยีนที่กำหนดตำแหน่งของกลไกการถอดรหัส ในขณะที่ enhancer คือลำดับควบคุมที่สามารถเพิ่มการถอดรหัสจากระยะไกลและในทิศทางใดก็ได้โดยการสัมผัสกับโปรโมเตอร์

Cis-acting หมายความว่าอย่างไร?

องค์ประกอบซิส-แอคติง (cis-acting element) คือลำดับดีเอ็นเอที่ควบคุมยีนบนโมเลกุลดีเอ็นเอเดียวกัน ซึ่งแตกต่างจากปัจจัยทรานส์-แอคติง (trans-acting factors) ซึ่งเป็นโปรตีน (หรืออาร์เอ็นเอ) ที่แพร่กระจายได้และออกฤทธิ์ต่อลำดับเป้าหมายโดยไม่คำนึงถึงตำแหน่ง