Транскрипция: сложность организации регуляторных областей

Регуляция транскрипции

Транскрипции регуляция: промоторная

Изменение характера экспрессии генов можно наблюдать в бесклеточных системах, компонентами которых являются собственно ген, энхансер и специфические регуляторные белки. Оказывается, что энхансер в зависимости от добавляемого белкового фактора может начать вести себя и как негативно действующий "глушитель" (англ. silencer) экспрессии гена. Негативное действие такого элемента, проявляется при связывании с тканеспецифичным трансдействующим белковым фактором. Негативное действие сайленсеров , как и в случае энхансеров, не зависит от положения и ориентации относительно сайта инициации транскрипции .

По мере исследования регуляторных элементов генома эукариот оказалось, что не удается провести строгих функциональных различий между энхансерами и элементами промотора . Прежде всего ориентация таких активных элементов промотора как GC-мотивы , может быть любой относительно направления транскрипции гена. Более того, промоторные элементы генов металлотионеина и генов теплового шока , отделенные от TATA-последовательности , определяющей сайт инициации транскрипции, также сохраняют специфические регуляторные свойства вне зависимости от ориентации.

Промоторный участок гена металлотионеина, включающий ряд регуляторных мотивов, способен сильно стимулировать экспрессию гена бета-глобина и в том случае, если промотор расположить на 3'-фланге относительно направления транскрипции, причем на значительном расстоянии от бета-глобина. Примечательно, что экспрессия бета-глобина теперь будет зависеть от ионов металлов. В результате регуляторный участок гена металлотионеина можно рассматривать не только как промотор, но и как индуцируемый энхансер активности гена. Подобным образом специфический промотор генов теплового шока, отделенный от мотивов TATA и CCAAT и находящийся на значительном расстоянии от старта транскрипции, вне зависимости от ориентации по отношению к нему активирует ген бета-глобина при повышении температуры.

Таким образом, регуляторные элементы генов, которые первоначально относили либо к промоторным, либо к энхансерам, обладают рядом общих функциональных характеристик. На физической карте регуляторной области гена они могут располагаться в одном районе, создавая сложную мозаику регуляторных сигналов. Примеры с генами металлотионеина или белков теплового шока показали, что цис-действующие регуляторные элементы способны активно выполнять свою роль при рекомбинации с гетерологичными или с гомологичными генами организмов, отстоящих в эволюционном плане достаточно далеко друг от друга. Следовательно, взаимодействие этих элементов и соответствующих белковых транс-действующих регуляторов генной активности основано на достаточно общих консервативных принципах, сохраняющихся в процессе эволюции. Возможность длительной эволюционной сохранности цис- и трансдействующих компонентов, отвечающих за строгую тканевую и временную экспрессию генов, а следовательно, за регуляцию развития организма, неоднократно была показана экспериментально.

ПРОМОТОР

Транскрипция: сложность организации регуляторных областей

У эукариотической клетки регуляторная область генов устроена гораздо сложнее, чем у прокариот и в ней участвует не только промотор, но и другие элементы которые будут рассмотрены ниже. Но сейчас для демонстрации сложности, о которой идет речь, используем только промотор.

Промотор у каждого из 100000 генов свой, и хотя можно увидеть в разных промоторах общие элементы, и мы с вами их увидим, все эти 100 000 промоторов отличаются друг от друга очень сильно. Их длина варьирует от нескольких сотен до нескольких тысяч пар оснований. На этом пространстве располагаются десятки регуляторных последовательностей различного рода, которые связывают белки, регулирующие транскрипцию. Многие из этих последовательностей определены. Они достаточно коротки и просты. Но если вы обнаруживаете такую последовательность вблизи от какого-то гена, вы ничего не сможете сказать о том, как она влияет на его регуляцию. Требуется экспериментальный анализ, часто очень непростой, чтобы это понять. Потому что различные регуляторные элементы работают сообща, связывают регуляторные факторы, которые взаимодействуют друг с другом, и эти факторы связывают в свою очередь другие факторы, которые также взаимодействуют друг с другом. К тому же это связывание и взаимодействия зависят не только от того, какие именно регуляторные элементы находятся в промоторной области, но и от того, как они расположены относительно друг друга, и от того, какие еще непромоторные элементы, иногда очень удаленные от гена, вовлечены в его регуляцию. См например: Факторы Oct-1 и Oct-2: функционирование в разных типах клеток

Для каждого гена образуется уникальная мозаика регуляторных элементов, действие которых не аддитивно. Одна и таже последовательность, в зависимости от того, какие последовательности находятся вокруг нее, может узнаваться разными белками.

С другой стороны, один и тот же белок может узнавать разные последовательности. Несмотря на интенсивные многолетние исследования функционирования промоторов животных, удалось выработать только самые основные общие представления, которые мало что дают для предсказаний поведения конкретных промоторов. Один и тот же регуляторный элемент может активировать транскрипцию, но может и репрессировать ее, в зависимости от контекста. Загадкой, например, остается почему промоторы определяют однозначное направление транскрипции, хотя многие их составные элементы могут быть направлены по-разному в разных промоторах.

Пример: один из самых известных регуляторных мотивов, так называемый CCAAT бокс [ Mantovani ea 1988 ]. см. Необязательное отступление о происхождении термина бокс

Ну и, наконец, массу проблем вносит то, что транскрипция происходит не просто на ДНК. А на хроматине, который вносит в регуляцию транскрипции еще более чудовищную сложность.

В результате сегодняшнее впечатление о регуляции транскрипции, если отвлечься от самых общих представлений, весьма расплывчато.

Промоторы: введение

Промотор - это предшествующая гену последовательность нуклеотидов, которую узнает фермент РНК-полимераза . Основной элемент промотора - место связывания РНК-полимеразы, которое она занимает перед началом синтеза РНК. В состав промоторов могут входить также участки связывания белков-регуляторов.

У высших многоклеточных эукариот, в том числе и у человека, в пределах 100-200 п.н. перед стартом транскрипции была выявлена сложная мозаика промоторных элементов , представленных короткими нуклеотидными последовательностями ("мотивами"): TATA , CAAT и GC -блоки. Эти три мотива были обнаружены только перед генами, транскрибируемыми РНК-полимеразой II ( Shenk T., 1981 ).

Транскрипция генов, считываемых РНК-полимеразой III , вообще не зависит от последовательностей , расположенных перед геном, а определяется промотором, который лежит внутри этих генов. Промотор для РНК-полимеразы III - это в большинстве случаев расчлененный промотор.

Промотор для РНК-полимеразы I охарактеризован недостаточно хорошо. Хотя участки спейсеров , соответствующие по своим свойствам промоторам, удается выявить, но невозможно дать для них усредненную последовательность.

Поиск по сайту: