Коробка CAAT - CAAT box

Левая модель представляет собой комплекс NF-YC / NF-YB с элементом CCAAT из промотора коллагена про-2 (I). Хребет ДНК показан в виде лент (фиолетовый) с отображенными основаниями. Два возможных местоположения блока CCAAT, согласно модели, были окрашены в голубой цвет. Для подходящей модели комплекса NF-Y / CCAAT. NF-YC, NF-YB и ДНК окрашены, как на рисунке слева, тогда как NF-YA окрашены в синий цвет. Два альтернативных положения линкера, соединяющего субдомены NF-YA1 и NF-YA2, показаны синими пунктирными линиями. Вторичные структурные элементы пары гистонов, которые участвуют в распознавании NF-YA1 и NF-YA2 (см. Текст), помечены и окрашены в красный и серый цвета соответственно. Для ясности показаны и обозначены только основания пентануклеотида CCAAT.^[1]

В молекулярная биология, а Коробка CCAAT (также иногда сокращенно Коробка CAAT или же CAT-бокс) представляет собой отдельный образец нуклеотиды с GGCCAATCT консенсусная последовательность которые происходят вверх по течению на 60–100 базисов от начального транскрипция сайт. Поле CAAT сигнализирует о сайте привязки для РНК фактор транскрипции, и обычно сопровождается консервированный консенсусная последовательность. Это инвариант ДНК последовательность около минус 70 пар оснований от источника транскрипции во многих эукариотический промоутеры. Кажется, что гены, содержащие этот элемент, требуют его для транскрипции в достаточном количестве. Он часто отсутствует в генах, кодирующих белки, используемые практически во всех клетках. Эта коробка вместе с Коробка GC известен связыванием общих факторов транскрипции. Обе эти консенсусные последовательности принадлежат регуляторным промоутер. Полная экспрессия гена происходит, когда белки-активаторы транскрипции связываются с каждым модулем регуляторного промотора. Для активации бокса CCAAT требуется связывание с белками. Эти белки известны как связывающие белки CCAAT-бокса / факторы связывания CCAAT-бокса.

Коробка CCAAT - это особенность, которая часто встречается до кодирующих областей эукариот, но не встречается у прокариот.^[2]

Консенсусная последовательность

В направлении транскрипции матричной цепи консенсусная последовательность, или расчетный порядок наиболее частых остатков для CAAT-бокса был 3'-TG ATTGG (T / C) (T / C) (A / G) -5 '. Использование круглых скобок означает, что присутствует любая из оснований, но не указывается их относительная частота. Например, «(T / C)» будет означать, что предпочтительнее выбирать тимин или цитозин.^[3] В метазоа (царство животных) комплекс core-связывающий фактор (CBF) -ДНК сохраняет высокую степень консервативности в рамках связывающего мотива CCAAT, а также последовательностей, фланкирующих этот пентамерный мотив. Мотив CCAAT у растений (шпинат был использован в эксперименте) немного отличается от метазоа тем, что он на самом деле является мотивом связывания CAAT; в промоторе отсутствует один из двух остатков С из пентамерного мотива, и искусственное добавление второго С не оказывает значительного влияния на активность связывания. В некоторых последовательностях полностью отсутствует CAAT-бокс. Во-вторых, окружающие нуклеотиды в растениях не соответствуют консенсусной последовательности, указанной выше, определенной с помощью Bi и другие.^[4]

Основной промоутер

CAAT-бокс - это то, что известно как основной промотор, также известный как базальный промотор или просто промоутер, представляет собой область ДНК, которая инициирует транскрипцию определенного гена. Эта область, в частности для CAAT-бокса, расположена примерно на 60–100 оснований вверх по течению (ближе к 5'-концу), но не менее чем на 27 пар оснований от него. сайт начальной транскрипции или ген эукариот, в котором комплекс общих факторов транскрипции связывается с РНК-полимераза II до начала транскрипции.^[5][6] Для транскрипции важно, чтобы эти основные связывающие факторы (также называемые ядерным фактором Y или NF-Y) могли связываться с мотивом CCAAT. Эксперименты во многих лабораториях показали, что мутации в мотиве CCAAT, которые вызывают потерю связывания CBF, также снижают транскрипционную активность этих промоторов, предполагая, что комплексы CBF-CCAAT необходимы для оптимальной транскрипционной активности.^[3]

Привязка

В эксперименте, проведенном с ядерными факторами связывания (CBF) и комплексами ДНК, исследователи смогли определить предпочтительные последовательности промотора в области, расположенной выше и непосредственно примыкающей к CAAT-боксу, а также в двух областях по обе стороны от CAAT-бокса. Используя ПЦР -опосредованный процессом случайного связывания, исследователи смогли показать, что последовательность «3 '- (T / C) G ATTGG (T / C) (T / C) (A / G) - 5'», непосредственно фланкирующая область ATTGG (CCAAT в комплементарной цепи) предпочтительно выбирали на кодирующей цепи (напротив цепи-матрицы).^[3][7][8] Это было показано с использованием олигонуклеотидной последовательности (R1), которая содержала 27 случайных нуклеотидов, фланкированных определенной последовательностью из 20 нуклеотидов с каждой стороны. Хотя ни один нуклеотид не был выбран в каждом клоне по обе стороны от мотива ATTGG (CCAAT в комплементарной цепи), было несколько нуклеотидов в положениях, выбранных с высокой частотой. Наиболее заметно в приведенной выше последовательности был остаток G ближе к 5'-концу ATTGG. Другие перечисленные остатки также были заметными, но между двумя остатками имеется разделение. Этот же эксперимент также дал такую ​​же последовательность, как показано выше, при использовании другого олигонуклеотида (R2), который содержал ядро ​​ATTGG и фланкировано 12 5 'случайными нуклеотидами и 10 3' случайными нуклеотидами. Обе эти последовательности очень похожи и подтверждены в нескольких экспериментах. Для последовательностей, которые фланкировали мотив ATTGG с двумя остатками аденина (AA) на его 5'-конце и G (A / G) на его 3'-конце, по-видимому, ингибировали образование комплекса CBF-ДНК и впоследствии встречались только в 1% промоторных последовательностей.^[3] В другом эксперименте, проведенном с основным поздним промотором (MLP) аденовирусов из различных видов хозяев, было показано, что мутация CAAT-бокса и последовательности CCAAT, которая, как считается, играет ключевую роль в (MLP) подгруппе Аденовирусы человека C у видов с недостаточной последовательностью СААТ. Инициация транскрипции у мутантного вида MLP была значительно снижена по сравнению с инициацией транскрипции у дикого типа или видов, у которых был мутант СААТ. Неспособность восстановить нормально функционирующие аденовирусы, проявляемые CAAT-боксом, согласуется с идеей, что CAAT-бокс играет жизненно важную роль в MLP аденовируса и предпочтительнее других транскрипционных элементов.^[9]

CCAAT в растениях

Эти основные факторы связывания или ядерные факторы (NF-Y) состоят из трех субъединиц - NF-YA, NF-YB и NF-YC. В то время как у животных каждая субъединица NF-Y кодируется одним геном, у растений наблюдается диверсификация как по структуре, так и по функциям. Семьи NF-Y состоят от восьми до 39 членов на субъединицу. Основная причина такой диверсификации - дупликации генов и тандемные дупликации, которые способствовали увеличению размеров семей NF-Y по сравнению с одиночными кодируемыми ядерными факторами животных.^[10] Каждая субъединица содержит эволюционно консервативную часть - C-терминал NF-YA, центральной части NF-YB и N-концевой NF-YC более 70% из них у разных видов остаются консервативными. Однако соседние регионы, как правило, не сохраняются.^[6]

Субъединица NF-YA

Семейство NF-YA кодирует факторы транскрипции различной длины (от 207 до 347 аминокислот для М. truncatula ). Белки NF-YA обычно характеризуются двумя доменами, которые сильно консервативны у всех высших эукариот, исследованных на сегодняшний день. Первый домен (A1) содержит 20 аминокислот, образующих альфа спираль что оказывается значимым в его взаимодействиях с NF-YB и NF-YC. Второй домен (A2) примыкает к домену A1 консервативной линкерной последовательностью, которая представляет собой последовательность из 21 аминокислоты, жизненно важную для связывания специфической ДНК с CCAAT-боксом. Домены A1 и A2 консервативны по отношению к C-концу млекопитающих, но занимают более центральную область в субъединицах NF-YA растений. У растений субъединица NF-YA эволюционировала, чтобы регулировать развитие факультативного корневого органа, присутствующего только у бобовых растений и, как было показано, экспрессируется в ткани корня. Было показано, что он обладает засухоустойчивыми свойствами, активируясь во время стресса засухи в корнях и листьях. Арабидопсис. Мутанты NF-YA показали потерю функции и гиперчувствительность к засушливым условиям, и, напротив, сверхэкспрессия NF-YA привела к устойчивость к засухе.^[10]

Субъединица NF-YB

Семейство NF-YB подобно субъединице NF-YA, имеет переменную длину, однако в среднем намного меньше, чем субъединица NF-YA (90–240 аминокислот в «M. truncatula»). Они характеризуются структурой и аминокислотным составом, аналогичными гистоновая складка мотив (HFM). Он состоит из трех альфа-спиралей, разделенных двумя доменами бета-цепь-петля. Было показано, что, как и NF-YA, NF-YB также улучшает устойчивость к засухе при сверхэкспрессии, а также способствует цветению растений. Арабидопсис.^[10]

Субъединица NF-YC

Белки NF-YC имеют промежуточный размер между белками NF-YA и NF-YB (117–292 аминокислоты в М. truncatula), а также содержат HFM, который преобладает в белках NF-YB. Также было показано, что он участвует во времени цветения у некоторых растений (сверхэкспрессия приводит к более раннему цветению), где его влияние потенциально регулируется связыванием белка CONSTANS (CO) с субъединицей NF-YC.^[10]

NF-Y комплексы

Из-за эволюционного изменения генов, кодирующих NF-Y у растений, они впоследствии имеют широкий спектр потенциальных тримерных комплексов. Например, в АрабидопсисБыло идентифицировано 36 субъединиц фактора транскрипции NF-Y (включая 10 субъединиц NF-YA, 13 NF-YB и 13 субъединиц NF-YC), которые теоретически могут образовывать 1690 уникальных комплексов (которые содержат по одной субъединице каждого типа). Это число, конечно, выше, чем то, что происходит на самом деле, поскольку некоторые субъединицы имеют специфические шаблоны связывания. Функциональный анализ генов, кодирующих NF-Y, в растениях показал, что в результате их эволюционной диверсификации по сравнению с животными, они приобрели различные специфические функции, такие как развитие эмбриона, контроль времени цветения, ER-стресс, стресс от засухи и клубеньки. и корневое развитие. Это может быть лишь малая часть их возможностей, поскольку количество теоретически комбинаций комплексов NF-Y настолько велико, что фактически может быть создана лишь небольшая часть (менее 10% всех возможных взаимодействий было подтверждено в обоих направлениях у дрожжей. ).^[10]

Белки, связывающие энхансер CCAAT (C / EBP)

Другой аспект связывающего мотива CCAAT - это CCAAT / связывающие энхансеры белки (C / EBPs). Они представляют собой группу факторов транскрипции из 6 членов (α-ζ), которые являются высококонсервативными и связываются с мотивом CCAAT. Хотя исследования этих связывающих белков были относительно недавними, было показано, что их функция играет жизненно важную роль в клеточной пролиферации и дифференцировке. метаболизм, воспаление и иммунитет в различных клетках, но особенно гепатоциты, адипоциты, и гемопоэтические клетки.^[11] Например, в адипоцитах это было показано в различных экспериментах на мышах: эктопическая экспрессия этих C / EBP (C / EBPα и C / EBPβ) была способна инициировать программы дифференцировки клетки даже в отсутствие адипогенные гормоны или дифференцировка преадипоцитов в адипоциты (или жировые клетки). Кроме того, переизбыток этих C / EBP (в частности, C / EBPδ) вызывает ускоренный ответ. И, кроме того, в клетках, лишенных C / EBP, или у C / EBP-дефицитных мышей, оба они неспособны подвергаться адипогенезу. Это приводит к гибели мышей от гипогликемия или снижение накопления липидов в жировой ткани.^[12] C / EBP следуют общему основному -лейциновая молния (bZIP) в C-конец и способны образовывать димеры с другими C / EBP или другими факторами транскрипции. Этот димеризация позволяет C / EBP специфически связываться с ДНК через палиндромная последовательность в большой бороздке ДНК. Они регулируются различными способами, в том числе гормоны, митогены, цитокины, питательные вещества, и другие различные факторы.^[11]

Смотрите также

• Промоутер

Рекомендации

1. Ромье, Кристоф; Cocchiarella, Fabienne; Мантовани, Роберто; Морас, Дино (24 октября 2002 г.). «Структура NF-YB / NF-YC дает представление о связывании ДНК и регуляции транскрипции с помощью фактора CCAAT NF-Y». Журнал биологической химии. 278 (2): 1336–1345. Дои:10.1074 / jbc.M209635200. PMID  12401788.
2. Стедман, Томас Латроп (6 декабря 2005 г.). Медицинский словарь Стедмана, том 1 (28-е изд.). Липпинкотт Уильямс и Уилкинс. ISBN  9780781733908.
3. Би, Вэйминь; Ву, Линг; Кустри, Франсуаза; Кромбругге, Бенуа де; Мэйти, Санкар Н. (17 октября 1997 г.). «Специфичность связывания ДНК CCAAT-связывающего фактора CBF / NF-Y». Журнал биологической химии. 272 (42): 26562–26572. Дои:10.1074 / jbc.272.42.26562.
4. Кузнецов Виктор; Ландсбергер, Мартин; Meurer, Jorg; Эльмюллер, Ральф (10 декабря 1999 г.). «Сборка комплекса связывания CAAT-box на промоторе гена фотосинтеза регулируется светом, цитокинином и стадией пластидов». Журнал биологической химии. 274 (50): 36009–36014. Дои:10.1074 / jbc.274.50.36009.
5. Каммак, Ричард; Этвуд, Тереза; Кэмпбелл, Питер; Пэриш, Ховард; Смит, Энтони; Велла, Франк; Стирлинг, Джон (2006). Оксфордский словарь биохимии и молекулярной биологии (2-е изд.). Издательство Оксфордского университета. Дои:10.1093 / acref / 9780198529170.001.0001. ISBN  9780198529170.
6. Мантовани, Роберто (18 октября 1999 г.). «Молекулярная биология CCAAT-связывающего фактора NF-Y». Ген. 239 (1): 15–27. Дои:10.1016 / S0378-1119 (99) 00368-6. PMID  10571030.
7. Мантовани, Роберто (1998). «Обзор 178 ящиков CCAAT с привязкой NF-Y». Исследования нуклеиновых кислот. 26 (5): 1135–1143. Дои:10.1093 / nar / 26.5.1135. ЧВК  147377. PMID  9469818.
8. Долфини, Дилетта; Замбелли, Федерико; Павеси, Джулио; Мантовани, Роберто (15 декабря 2009 г.). «Перспектива промоутерской архитектуры из коробки CCAAT». Клеточный цикл. 8 (24): 4127–4137. Дои:10.4161 / cc.8.24.10240. PMID  19946211.
9. Сон, Byeongwoon; Янг, К. С. Х. (апрель 1998 г.). «Функциональный анализ CAAT-бокса в главном позднем промоторе аденовирусов человека подгруппы C». Журнал вирусологии. 72 (4): 3213–3220. ЧВК  109786. PMID  9525647.
10. Лалум, Том; Де Мита, Стефан; Гама, Паскаль; Боден, Маэль; Нибель, Андреас (март 2013). "Факторы транскрипции, связывающие CCAAT-бокс в растениях: Y так много?". Тенденции в растениеводстве. 18 (3): 157–166. Дои:10.1016 / j.tplants.2012.07.004. PMID  22939172.
11. Ramji, Dpiak P .; Фока, Пелагея (10 мая 2002 г.). "Обзорная статья: CCAAT / связывающие энхансеры белки: структура, функция и регуляция". Биохимический журнал. 365 (Pt 3): 561–575. Дои:10.1042 / BJ20020508. ЧВК  1222736. PMID  12006103.
12. Танака, Т; Yoshida, N; Кишимото, Т; Акира, С. (15 декабря 1997 г.). «Нарушение дифференцировки адипоцитов у мышей, лишенных гена C / EBPbeta и / или C / EBPdelta». Журнал EMBO. 16 (24): 7432–7443. Дои:10.1093 / emboj / 16.24.7432. ЧВК  1170343. PMID  9405372.