Cis-regulační prvek - Cis-regulatory element

Cis-regulační prvky (CRE) jsou regiony nekódování DNA který regulovat the transkripce sousedních geny. CRE jsou důležitou součástí systému genetické regulační sítě, což zase ovládá morfogeneze, vývoj anatomie a další aspekty embryonální vývoj, studoval v evoluční vývojová biologie.

CRE se nacházejí v blízkosti genů, které regulují. CRE typicky regulují genovou transkripci vazbou na transkripční faktory. Jeden transkripční faktor se může vázat na mnoho CRE, a tudíž řídit expresi mnoha genů (pleiotropie ). The latinský předpona cis znamená „na této straně“, tj. na stejné molekule DNA jako geny, které mají být transkribovány. CRE jsou často, ale ne vždy, před transkripčním místem.

CRE kontrastuje s transregulační prvky (TRE). Kód TRE pro transkripční faktory.

Přehled

The genom organismu obsahuje kdekoli od několika set do tisíců různých genů, všechny kódující singulární produkt nebo více. Z mnoha důvodů, včetně organizační údržby, úspory energie a výroby fenotypový variance, je důležité, aby byly geny exprimovány pouze tehdy, když jsou potřeba. Nejúčinnější způsob, jak to organismus dokáže regulovat genetickou expresi je na úrovni transkripce. CRE fungují tak, že řídí transkripci působením v blízkosti nebo v rámci genu. Nejvíce dobře charakterizované typy CRE jsou zesilovače a promotéři. Oba tyto sekvenční prvky jsou strukturální oblasti DNA, které slouží jako transkripční regulátory.

Organizátoři

Hlavní článek: Promotér (genetika)

Promotory jsou CRE sestávající z relativně krátkých sekvencí DNA, které zahrnují místo, kde je zahájena transkripce, a oblast přibližně 35 bp proti proudu nebo po proudu z iniciačního místa (bp).[1] v eukaryoty organizátoři mají obvykle následující čtyři komponenty: TATA box, a TFIIB web pro rozpoznávání, an iniciátor a po proudu základní prvek promotoru.[1] Bylo zjištěno, že jeden gen může obsahovat více promotorových míst.[2] Aby se zahájila transkripce downstream genu, musí se na tuto oblast postupně vázat hostitel proteinů vázajících DNA nazývaných transkripční faktory (TF).[1] Pouze jednou byla tato oblast svázána s příslušnou sadou TF a ve správném pořadí RNA polymeráza vázat a začít přepisovat gen.

Zesilovače

Hlavní článek: Enhancer (genetika)

Zlepšovače jsou CRE, které ovlivňují (zesilují) transkripci genů na stejné molekule DNA a lze je najít proti proudu, po proudu, uvnitř introny, nebo dokonce relativně daleko od genu, který regulují. Několik zesilovačů může působit koordinovaně a regulovat transkripci jednoho genu.[3] Řada projektů sekvenování v celém genomu odhalila, že se často přepisují enhancery dlouhá nekódující RNA (lncRNA) nebo enhancerová RNA (eRNA), jehož změny hladin často korelují se změnami mRNA cílového genu.[4]

Tlumiče hluku

Hlavní článek: Tlumič (genetika)

Tlumiče hluku jsou CRE, které se mohou vázat transkripční regulační faktory (bílkoviny) represory, čímž zabrání transkripci genu. Termín "tlumič" může také odkazovat na region v 3 'nepřekládaná oblast messenger RNA, která váže proteiny, které potlačují translaci této molekuly mRNA, ale toto použití se liší od jeho použití při popisu CRE.

Operátoři

Provozovatelé jsou CRE u prokaryot a některých eukaryot, které existují uvnitř operony, kde mohou vázat proteiny zvané represory ovlivnit transkripci.

Evoluční role

CRE mají důležitou evoluční roli. Kódující oblasti genů jsou často v pořádku konzervovaný mezi organismy; přesto různé organismy vykazují výraznou fenotypovou rozmanitost. Bylo zjištěno, že polymorfismy vyskytující se v nekódujících sekvencích mají výrazný účinek na fenotyp změnou genová exprese.[3] Mutace vznikající v CRE může generovat rozptyl výrazů změnou způsobu, jakým se TF váží. Přísnější nebo volnější vazba regulačních proteinů povede k transkripci regulované nahoru nebo dolů.

Příklady

Příklad cis působící regulační sekvence je provozovatelem v lac operon. Tato sekvence DNA je vázána lac represor, což zase zabraňuje transkripci sousedních genů na stejné molekule DNA. Lacový operátor je tedy považován za „působící v cis“ na regulaci blízkých genů. The operátor sám o sobě žádný kód nekóduje protein nebo RNA.

V porovnání, transregulační prvky jsou difuzní faktory, obvykle proteiny, které mohou modifikovat expresi genů vzdálených od genu, který byl původně přepsán, aby je vytvořil. Například a transkripční faktor který reguluje gen chromozom 6 mohlo být samo přepsáno z genu chromozom 11. Termín transregulační je sestaven z latinského kořene trans, což znamená „naproti“.

Existují cis-regulační a trans-regulační prvky. Cis-regulační prvky jsou často vazebná místa pro jednu nebo více trans-působící faktory.

Abychom to shrnuli, cis-regulační prvky jsou přítomny na stejné molekule DNA jako gen, který regulují, zatímco trans-regulační prvky mohou regulovat geny vzdálené od genu, ze kterého byly transkribovány.

Příklady v RNA

RNA prvky
TypZkr.FunkceRozděleníČj.
Prvek posunu rámuReguluje alternativní použití rámu s messengerové RNAArchaea, bakterie, Eukaryota, RNA viry[5][6][7]
Místo vstupu do vnitřního ribozomuIRESZahájí překlad uprostřed poselské RNARNA virus, Eukaryota[8]
Železný odezvový prvekHNĚVReguluje expresi genů spojených se železemEukaryota[9]
Vedoucí peptidReguluje transkripci přidružených genů a / nebo operonůBakterie[10]
RiboswitchRegulace genůBakterie, Eukaryota[11]
RNA teploměrRegulace genůBakterie[12]
Sekvence inzerce selenenocysteinuSECISNasměruje buňku na překlad stop-kodonů UGA jako selenocysteinyMetazoa[13]

Viz také

Reference

  1. ^ A b C Butler JE, Kadonaga JT (říjen 2002). „Základní promotor RNA polymerázy II: klíčová složka v regulaci genové exprese“. Geny a vývoj. 16 (20): 2583–2592. doi:10.1101 / gad.1026202. PMID  12381658.
  2. ^ Choi S (17. května 2008). Úvod do biologie systémů. Springer Science & Business Media. str. 78. ISBN  978-1-59745-531-2.
  3. ^ A b Wittkopp PJ, Kalay G (prosinec 2011). „Cis-regulační prvky: molekulární mechanismy a evoluční procesy, které jsou základem divergence“. Genetika hodnocení přírody. 13 (1): 59–69. doi:10.1038 / nrg3095. PMID  22143240.
  4. ^ Melamed P, Yosefzun Y a kol. (2. března 2016). „Zlepšení transkripce: transkripce, funkce a flexibilita“. Transkripce. 7 (1): 26–31. doi:10.1080/21541264.2015.1128517. PMC  4802784. PMID  26934309.
  5. ^ Bekaert M, Firth AE, Zhang Y, Gladyshev VN, Atkins JF, Baranov PV (leden 2010). „Recode-2: nový design, nové vyhledávací nástroje a mnoho dalších genů“. Výzkum nukleových kyselin. 38 (Problém s databází): D69–74. doi:10.1093 / nar / gkp788. PMC  2808893. PMID  19783826.
  6. ^ Chung BY, Firth AE, Atkins JF (březen 2010). "Posouvání rámců u alfavirů: rozmanitost 3 'stimulačních struktur". Journal of Molecular Biology. 397 (2): 448–456. doi:10.1016 / j.jmb.2010.01.044. PMID  20114053.
  7. ^ Giedroc DP, Cornish PV (únor 2009). "Fragmenthifting RNA pseudoknots: structure and mechanism". Virový výzkum. 139 (2): 193–208. doi:10.1016 / j.virusres.2008.06.008. PMC  2670756. PMID  18621088.
  8. ^ Mokrejs M, Vopálenský V, Kolenaty O, Masek T, Feketová Z, Sekyrová P, Skaloudová B, Kríz V, Pospísek M (leden 2006). „IRESite: databáze experimentálně ověřených struktur IRES (www.iresite.org)“. Výzkum nukleových kyselin. 34 (Problém s databází): D125–130. doi:10.1093 / nar / gkj081. PMC  1347444. PMID  16381829.
  9. ^ Hentze MW, Kühn LC (srpen 1996). „Molekulární kontrola metabolismu železa u obratlovců: regulační obvody založené na mRNA provozované železem, oxidem dusnatým a oxidačním stresem“. Sborník Národní akademie věd Spojených států amerických. 93 (16): 8175–8182. doi:10.1073 / pnas.93.16.8175. PMC  38642. PMID  8710843.
  10. ^ Platt T (1986). "Terminace transkripce a regulace genové exprese". Roční přehled biochemie. 55: 339–372. doi:10.1146 / annurev.bi.55.070186.002011. PMID  3527045.
  11. ^ Breaker RR (březen 2008). "Složité riboswitche". Věda. 319 (5871): 1795–1797. doi:10.1126 / science.1152621. PMID  18369140.
  12. ^ Kortmann J, Narberhaus F (březen 2012). "Bakteriální RNA teploměry: molekulární zipy a spínače". Recenze přírody. Mikrobiologie. 10 (4): 255–265. doi:10.1038 / nrmicro2730. PMID  22421878.
  13. ^ Walczak R, Westhof E, Carbon P, Krol A (duben 1996). „Nový strukturální motiv RNA v elementu inzerce selenocysteinu eukaryotických selenoproteinových mRNA“. RNA. 2 (4): 367–379. PMC  1369379. PMID  8634917.

Další čtení

  • Wray GA (březen 2007). „Evoluční význam cis-regulačních mutací“. Genetika hodnocení přírody. 8 (3): 206–216. doi:10.1038 / nrg2063. PMID  17304246.
  • Gompel N, Prud'homme B, Wittkopp PJ, Kassner VA, Carroll SB (únor 2005). „Šance zachycená na křídle: cis-regulační evoluce a původ pigmentových vzorů v Drosophile“. Příroda. 433 (7025): 481–487. doi:10.1038 / nature03235. PMID  15690032.
  • Prud'homme B, Gompel N, Rokas A, Kassner VA, Williams TM, Yeh SD, True JR, Carroll SB (duben 2006). „Opakovaná morfologická evoluce prostřednictvím cis-regulačních změn v pleiotropním genu“. Příroda. 440 (7087): 1050–1053. doi:10.1038 / nature04597. PMID  16625197.
  • Stern DL (srpen 2000). "Evoluční vývojová biologie a problém variace". Vývoj; International Journal of Organic Evolution. 54 (4): 1079–1091. doi:10.1111 / j.0014-3820.2000.tb00544.x. PMID  11005278.
  • Weatherbee SD, Carroll SB, Grenier JK (2004). Od DNA k rozmanitosti: Molekulární genetika a vývoj zvířecího designu. Cambridge, MA: Blackwell Publishers. ISBN  978-1-4051-1950-4.