Vùng khởi động (Promoter) và Yếu tố phiên mã (Transcription Factor)

Các trình tự DNA đánh dấu nơi bắt đầu phiên mã và các protein đọc chúng để bật hoặc tắt gen và điều chỉnh mức độ biểu hiện của gen.

Definition

Vùng khởi động (promoter) là vùng DNA định hướng khởi đầu phiên mã của một gen; các yếu tố phiên mã (transcription factors) là các protein liên kết với các trình tự vùng khởi động và tăng cường để tuyển dụng hoặc điều hòa RNA polymerase, từ đó kiểm soát việc một gen có được phiên mã hay không và mức độ phiên mã là bao nhiêu.

Scope

Chủ đề này bao gồm các yếu tố DNA tác động cis — vùng khởi động lõi (core promoter), các yếu tố gần (proximal elements) và các yếu tố tăng cường xa (distal enhancers) — cùng với các protein tác động trans liên kết với chúng: các yếu tố phiên mã chung (general transcription factors) cần thiết để định vị polymerase và các yếu tố điều hòa đặc hiệu trình tự (sequence-specific regulators) kích hoạt hoặc ức chế các gen cụ thể. Nó đề cập đến cách các yếu tố và nhân tố này kết hợp để xác định thời điểm và mức độ phiên mã của một gen. Logic hạ nguồn của các mạch điều hòa được phát triển trong lĩnh vực điều hòa gen.

Core questions

• Những yếu tố trình tự nào định nghĩa một vùng khởi động và chúng nằm ở đâu?
• Các yếu tố phiên mã chung giúp định vị polymerase như thế nào?
• Các yếu tố đặc hiệu trình tự kích hoạt hoặc ức chế các gen cụ thể như thế nào?
• Các yếu tố tăng cường ở xa ảnh hưởng đến phiên mã tại một vùng khởi động như thế nào?

Key theories

Kiểm soát tổ hợp bởi các yếu tố phiên mã

Phiên mã của một gen được thiết lập bởi sự kết hợp cụ thể của các yếu tố kích hoạt và ức chế liên kết tại vùng khởi động và các yếu tố tăng cường của nó, do đó một tập hợp giới hạn các yếu tố có thể xác định một số lượng lớn các kiểu biểu hiện khác nhau.

Các yếu tố điều hòa cis mô-đun

Các vùng khởi động lõi định vị polymerase trong khi các yếu tố gần và xa riêng biệt như các yếu tố tăng cường liên kết các yếu tố điều hòa và hoạt động ở khoảng cách xa, làm cho DNA điều hòa trở nên mô-đun và có thể kết hợp.

Mechanisms

Các yếu tố phiên mã chung tập hợp tại vùng khởi động lõi để tuyển dụng và định vị chính xác RNA polymerase, tạo thành bộ máy cơ bản. Các yếu tố phiên mã đặc hiệu trình tự liên kết với các vị trí đích của chúng tại các vùng khởi động và tăng cường thông qua các miền liên kết DNA và sử dụng các miền kích hoạt hoặc ức chế riêng biệt để tuyển dụng các đồng kích hoạt (coactivators), đồng ức chế (corepressors) và các phức hợp sửa đổi chromatin. Các yếu tố tăng cường có thể hoạt động ở khoảng cách xa bằng cách tạo vòng DNA xen kẽ để các yếu tố liên kết tiếp xúc với bộ máy cơ bản, tích hợp nhiều đầu vào thành một mức độ phiên mã duy nhất.

Clinical relevance

Các đột biến trong vùng khởi động, yếu tố tăng cường và yếu tố phiên mã gây ra các rối loạn phát triển và ung thư, và các yếu tố phiên mã là các mục tiêu điều trị được nghiên cứu chuyên sâu; được trình bày dưới dạng ý nghĩa hơn là hướng dẫn lâm sàng.

History

Phân tích các vùng khởi động của vi khuẩn và virus vào những năm 1970 và 1980 đã xác định các trình tự vùng khởi động được bảo tồn, và việc nhân bản các yếu tố phiên mã eukaryote đặc hiệu trình tự đầu tiên đã thiết lập quan điểm tổ hợp, mô-đun về kiểm soát gen hiện đang là tiêu chuẩn trong sinh học phân tử.

Key figures

• Robert Tjian
• Mark Ptashne

Seminal works

• lodish2016
• alberts2014

Frequently asked questions

Sự khác biệt giữa vùng khởi động và yếu tố tăng cường là gì?

Vùng khởi động là DNA nằm cạnh vị trí bắt đầu nơi polymerase được định vị; yếu tố tăng cường là một yếu tố điều hòa, thường ở xa, giúp tăng cường phiên mã thông qua các yếu tố liên kết.

Có phải tất cả các yếu tố phiên mã đều bật gen không?

Không. Một số là yếu tố kích hoạt làm tăng phiên mã, trong khi những yếu tố khác là yếu tố ức chế làm giảm hoặc chặn phiên mã; sự cân bằng này quyết định sản lượng của một gen.