Arrangør (genetikk)

Som promoter og promoter (opprinnelig dobbelt. Promoter , initiativtakere, initiator), tillater en genetisk nukleotidsekvens på DNA som er referert til det regulerte ekspresjonen av genet . Arrangøren er en viktig del av et gen. Den er oppstrøms for genet (ved 5'- enden av den ikke- malstrengen ) og dermed foran det RNA- kodende området i retning av syntese . Den viktigste egenskapen til en promoter er den spesifikke interaksjonen med visse DNA-bindende proteiner , som formidler starten av transkripsjon av genet av RNA-polymerase og er kjent som transkripsjonsfaktorer .

Arrangøren er en del av “(gen) regulatoriske områder”. De inkluderer også nukleotidsekvenser som er lenger borte fra genet, som likevel kan påvirke dets ekspresjon. Så har forsterkeren en markedsførende effekt på uttrykkets lyddempere å redusere dette. Fram til 2007 var rundt 775 forskjellige promotere kjent i det menneskelige genomet . Takket være forskningsprosjektet ENCODE ble rundt 80000 arrangører, som utgjør 1,44% av genomet, kartlagt i 2015. I tillegg er det rundt 130 000 dyadiske (todelte) elementer (0,99% av genomet), som ble karakterisert enten som forsterkere , promotorer eller som forsterkere og promotere i de 111 undersøkte epigenomene .

Bakterielle promotorer har en relativt jevn struktur; her er det ganske begrensede forskjeller i den eksakte nukleotidsekvensen. Avhengig av sekvensen snakker man her om sterke eller svake arrangører. Styrken til en promoter kan forutsies ved å sammenligne den med en konsensus-sekvens fra forskjellige promotorer.

Eukaryote promotorer er derimot preget av sterke forskjeller fra hverandre. Selv om det er noen mye brukte elementer slik som nedstrøms promoterelement , er en generell eukaryot promoterspesifikk nukleotidsekvens vanskelig å karakterisere. Det er derfor ikke lett å registrere dem ved hjelp av bioinformatiske metoder, for eksempel i genforutsigelse . Av denne grunn kartlegges nå promotere hovedsakelig ved hjelp av metoder for høy gjennomstrømning . Den integrerende analysen av RNA-Seq- data, DNA-tilgjengelighet for DNaser , histonmodifisering og DNA-metylering tillater celle- eller vevsspesifikk identifikasjon av promotorer i hele genomer.

Generelle promoterelementer

Sekvensmotiver som ofte forekommer i promotorer av et genom blir referert til som generelle promoterelementer , i motsetning til spesifikke promoterelementer , som bare er viktige for å regulere ekspresjonen av et bestemt gen. De generelle transkripsjonsfaktorene binder hver spesifikt til de generelle promoterelementene. Disse er enten nødvendige for initiering av DNA-transkripsjon eller representerer visse grunnleggende genreguleringsmekanismer.

Den TATA-boksen av archaea og eukaryoter eller Pribnow-boksen av bakterier er eksempler på en promoter element som forekommer i en tilsvarende form i nesten alle organismer.

Den delen av en promoter som bare inneholder de generelle promoterelementene som er absolutt nødvendige for transkripsjon, er den minimale eller kjernepromotoren .

Promotorelementer blir ofte betegnet med deres avstand fra transkripsjonsstartpunktet , som får betegnelsen +1, mens områder lenger "oppstrøms" får et negativt tegn, mens områder lenger "nedstrøms" beholder sitt positive tegn og betegnelsen ± 0 (null ) er utelatt rester.

Bakterielle promotorer

De viktigste generelle transkripsjonsfaktorene i bakterier er sigma-faktorene . Strukturen til en promoter er derfor primært avhengig av hvilke av sigma-faktorene den gjenkjennes av. Forholdene i de bakterielle modellorganisme Escherichia coli er blitt beste undersøkt . Det klart største antallet promotorer i E. coli er anerkjent av faktoren Sigma-70.

Sigma-70 promoter

Ved å bruke konsensus-sekvenser kan følgende generelle promoterelementer klassifiseres i gener som er transkribert ved hjelp av Sigma-70-faktoren:

  • den AT -basenpaarreiche UP element (for engl. oppstrøms , oppstrøms) over -35 regionen ,
  • regionen −35 , med konsensus-sekvensen: 5'-TTGACA-3 ' ,
  • regionen −10 , også kjent som Pribnow-boksen , med konsensus-sekvensen: 5'-TATAAT-3 ' .

I mellomtiden er det også bevis for at avstandssekvensene mellom -35 og -10 regionene blir gjenkjent av sigma-70 faktorer, og at de dermed påvirker promotoraktiviteten.

Det er også sant at sterke promotorer er rike på AT- basepar rett før startpunktet for transkripsjon . Dette letter avviklingen av dobbeltspiralen , som er nødvendig for transkripsjon , siden AT- basepar danner færre hydrogenbindinger enn GC- basepar.

Konsensus-sekvensene gir bare en omtrentlig guide til strukturen til en promoter. En bestemt Sigma-70 avhengig promoter kan avvike fra disse sekvensene flere steder.

Mens −35-regionen og Pribnow-boksen hovedsakelig gjenkjennes av sigma-faktoren, kan UP-elementet samhandle direkte med α-underenheten til den bakterielle RNA-polymerasen.

Arrangører i archaea

I likhet med bakterier har archaea bare en RNA-polymerase, som er homolog med eukaryot RNA-polymerase II. Derfor ligner promotorsekvensene av archaea de av eukaryote RNA-polymerase II-promotorer. Imidlertid er strukturen til selve promoteren relativt mindre kompleks i archaea.

Eukaryote promotorer

Se hovedartikkelen Eukaryotic Promoter .

Eukaryoter har fire RNA-polymeraser, nemlig RNA-polymerase I, II, III og IV. RNA-polymerase I genererer rRNA (ribosomalt RNA), RNA-polymerase II genererer mRNA og snRNA (liten kjernefysisk RNA), RNA-polymerase III genererer tRNA, snRNA samt 5S-rRNA og RNA-polymerase IV genererer siRNA (lite interfererende RNA). Hver RNA-polymerase samhandler i sin tur med forskjellige transkripsjonsfaktorer: Den gjenkjenner transkripsjonsfaktor-bindingsstedene som er spesifikke for den respektive polymerase, selve promoterområdet og URS (oppstrøms regulatoriske sekvenser). Videre er antall generelle transkripsjonsfaktorer i eukaryoter betydelig større enn hos bakterier. Følgelig kan egne initiasjonskomplekser dannes på promoteren, noe som kan påvirke transkripsjon positivt eller negativt. Dette er årsaken til mangfoldet av promotorsekvenser som kan gjenkjennes av en viss RNA-polymerase i interaksjon med de respektive transkripsjonsfaktorene.

Individuelle bevis

  1. ↑ Campbell Biology 10., oppdatert utgave; Reece et al. Fig.17.8
  2. ↑ Elizabeth Pennisi: DNA-studie styrker nytenking av hva det betyr å være et gen. I: Vitenskap . Vol. 316, 2007, s. 1556-1557, PMID 17569836 doi : 10.1126 / science.316.5831.1556 .
  3. ↑ a b A. Kundaje, W. Meuleman, J. Ernst, M. Bilenky, A. Yen, A. Heravi-Moussavi, P. Kheradpour, Z. Zhang, J. Wang, MJ Ziller, V. Amin, JW Whitaker , MD Schultz, LD Ward, A. Sarkar, G. Quon, RS Sandstrom, ML Eaton, YC Wu, AR Pfenning, X. Wang, M. Claussnitzer, Y. Liu, C. Coarfa, RA Harris, N. Shoresh, CB Epstein, E. Gjoneska, D. Leung, W. Xie, RD Hawkins, R. Lister, C. Hong, P. Gascard, AJ Mungall, R. Moore, E. Chuah, A. Tam, TK Canfield, RS Hansen , R. Kaul, PJ Sabo, MS Bansal, A. Carles, JR Dixon, KH Farh, S. Feizi, R. Karlic, AR Kim, A. Kulkarni, D. Li, R. Lowdon, G. Elliott, TR Mercer , SJ Neph, V. Onuchic, P. Polak, N. Rajagopal, P. Ray, RC Sallari, KT Siebenthall, NA Sinnott-Armstrong, M. Stevens, RE Thurman, J. Wu, B. Zhang, X. Zhou, AE Beaudet, LA Boyer, PL De Jager, PJ Farnham, SJ Fisher, D. Haussler, SJ Jones, W. Li, MA Marra, MT McManus, S. Sunyaev, JA Thomson, TD Tlsty, LH Tsai, W. Wang, RA Waterland, MQ Zhang, LH Chadwick, BE Bernstein, JF Costello, JR Ecker, M. Hirst, A. Meis sner, A. Milosavljevic, B. Ren, JA Stamatoyannopoulos, T. Wang, M. Kellis: Integrativ analyse av 111 referanse humane epigenomer. I: Natur. Volum 518, nummer 7539, februar 2015, s. 317-330, doi : 10.1038 / nature14248 , PMID 25693563 , PMC 4530010 (fri fulltekst).
  4. P MS Paget: Bakterielle Sigma-faktorer og Anti-Sigma-faktorer: Struktur, funksjon og distribusjon. I: Biomolekyler. Volum 5, nummer 3, juni 2015, s. 1245-1265, doi : 10.3390 / biom5031245 , PMID 26131973 , PMC 4598750 (gratis fulltekst) (anmeldelse).
  5. ↑ Shivani S. Singh, Athanasios Typas, Regine Hengge , David C. Grainger: Escherichia coli σ70 registrerer sekvens og konformasjon av promotor-spacer-regionen. I: Nucleic Acids Research . Vol. 39, 2011, ISSN  0305-1048 , s. 5109-5118.
  6. ↑ A. Hirata, KS Murakami: archaeal RNA-polymerase. I: Nåværende mening i strukturbiologi. Volum 19, nummer 6, desember 2009, s. 724-731, doi : 10.1016 / j.sbi.2009.10.006 , PMID 19880312 , PMC 2806685 (gratis fulltekst) (anmeldelse).

litteratur

  • Rolf Knippers: Molecular Genetics. 8., revidert utgave. Georg Thieme Verlag, New York NY et al. 2001, ISBN 3-13-477008-3 .

Se også