Vùng khởi động (Promoter) và các yếu tố cis-acting

Vùng khởi động (promoter) và các yếu tố cis-acting khác là các trình tự DNA, nằm trên cùng một phân tử với gen mà chúng kiểm soát, có chức năng xác định vị trí bắt đầu phiên mã và cách thức điều hòa quá trình này. Chúng cung cấp nền tảng liên kết cho RNA polymerase và các protein điều hòa, đồng thời thành phần của chúng thiết lập cường độ, thời gian và tính đặc hiệu mô của sự biểu hiện gen.

Definition

Vùng khởi động (promoter) là vùng DNA cis-acting định hướng sự khởi đầu phiên mã của một gen; các yếu tố cis-acting rộng hơn là các trình tự DNA trên cùng một phân tử mà sự hiện diện và sắp xếp của chúng điều hòa phiên mã bằng cách đóng vai trò là vị trí liên kết cho bộ máy phiên mã và các protein điều hòa.

Scope

Chủ đề này bao gồm vùng khởi động lõi (core promoter) định vị điểm bắt đầu phiên mã (bao gồm các yếu tố như hộp TATA và trình tự khởi đầu), các trình tự điều hòa gần và xa (enhancer, silencer, insulator), và cách các đặc điểm của chất nhiễm sắc đánh dấu các vùng khởi động hoạt động. Nó phân biệt các trình tự cis-acting (trên cùng một phân tử) với các protein trans-acting đọc chúng, và được trình bày ở cấp độ tham khảo-giáo dục.

Core questions

• Những trình tự DNA nào quy định vị trí và cường độ bắt đầu phiên mã?
• Các enhancer ở xa ảnh hưởng đến vùng khởi động qua những khoảng cách bộ gen dài như thế nào?
• Điều gì phân biệt một yếu tố cis-acting với một yếu tố trans-acting?

Key concepts

• Vùng khởi động lõi và điểm bắt đầu phiên mã
• Hộp TATA và yếu tố khởi đầu
• Enhancer và silencer
• Insulator
• Vùng khởi động đảo CpG
• Điều hòa cis so với trans
• RNA của enhancer

Mechanisms

Vùng khởi động lõi chứa các motif trình tự ngắn, như hộp TATA và trình tự khởi đầu, định vị bộ máy phiên mã cơ bản và xác định điểm bắt đầu, trong khi sự kết hợp chính xác của các yếu tố điều chỉnh cường độ và khả năng đáp ứng của vùng khởi động. Các enhancer ở xa hoạt động phần lớn độc lập với định hướng và khoảng cách bằng cách tạo vòng tiếp xúc với các vùng khởi động mục tiêu của chúng, và các insulator giới hạn các miền điều hòa. Trong tế bào người, hầu hết các vùng khởi động hoạt động mang các dấu hiệu chất nhiễm sắc đặc trưng và nhiều vùng nằm trong các đảo CpG, và một số enhancer tự chúng được phiên mã thành các RNA không mã hóa đi kèm với hoạt động điều hòa của chúng.

Clinical relevance

Các đột biến và biến thể trong vùng khởi động và enhancer có thể làm thay đổi liều lượng gen và góp phần gây ra các bệnh di truyền và mắc phải, và nhiều biến thể di truyền liên quan đến bệnh nằm trong các vùng điều hòa này chứ không phải trong trình tự mã hóa. Mục này mô tả các trình tự đó ở cấp độ tham khảo và không phải là cơ sở để diễn giải lâm sàng các biến thể của một cá nhân.

History

Các nghiên cứu kinh điển về vùng khởi động và enhancer vào những năm 1980 đã định nghĩa các yếu tố lõi ngắn và hoạt động tầm xa của các enhancer. Bài đánh giá của Smale và Kadonaga năm 2003 đã củng cố khái niệm về vùng khởi động lõi của RNA polymerase II, và việc lập bản đồ chất nhiễm sắc và phiên mã trên quy mô bộ gen sau đó đã chỉ ra cách các vùng khởi động được đánh dấu và cách các enhancer, bao gồm cả những enhancer được phiên mã, tổ chức biểu hiện gen.

Key figures

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

Seminal works

• smale-kadonaga-2003
• long-2016

Frequently asked questions

Sự khác biệt giữa vùng khởi động (promoter) và enhancer là gì?

Vùng khởi động là trình tự ở đầu gen định vị bộ máy phiên mã, trong khi enhancer là một trình tự điều hòa có thể tăng cường phiên mã từ xa và theo cả hai hướng bằng cách tiếp xúc với vùng khởi động.

Cis-acting có nghĩa là gì?

Một yếu tố cis-acting là một trình tự DNA điều hòa một gen trên cùng một phân tử DNA, trái ngược với các yếu tố trans-acting, là các protein (hoặc RNA) khuếch tán tác động lên các trình tự mục tiêu bất kể vị trí.