Цис-регуляторный элемент - Cis-regulatory element

Цис-регуляторные элементы (CRE) являются регионами некодирование ДНК который регулировать то транскрипция соседних гены. CRE являются жизненно важными компонентами генетические регуляторные сети, которые, в свою очередь, контролируют морфогенез, развитие анатомия, и другие аспекты эмбриональное развитие, учился в эволюционная биология развития.

CRE находятся рядом с генами, которые они регулируют. CRE обычно регулируют транскрипцию генов путем связывания с факторы транскрипции. Один фактор транскрипции может связываться со многими CRE и, следовательно, контролировать экспрессию многих генов (плейотропия ). В латинский префикс СНГ означает «на этой стороне», то есть на той же молекуле ДНК, что и ген (ы), которые необходимо транскрибировать. CRE часто, но не всегда, располагаются перед сайтом транскрипции.

CRE контрастируют с трансрегуляторные элементы (TRE). Код TRE для факторов транскрипции.

Обзор

В геном организма содержит от нескольких сотен до тысяч различных генов, каждый из которых кодирует единственный продукт или более. По многим причинам, включая организационное обслуживание, энергосбережение и производство фенотипический дисперсии, важно, чтобы гены экспрессировались только тогда, когда они необходимы. Самый эффективный способ для организма регулировать генетическую экспрессию находится на уровне транскрипции. CRE функционируют, чтобы контролировать транскрипцию, действуя рядом с геном или внутри него. Наиболее хорошо охарактеризованные типы CRE: усилители и промоутеры. Оба эти элемента последовательности представляют собой структурные области ДНК, которые служат регуляторы транскрипции.

Промоутеры

Основная статья: Промоутер (генетика)

Промоторы представляют собой CRE, состоящие из относительно коротких последовательностей ДНК, которые включают сайт, где начинается транскрипция, и область размером примерно 35 п.н. вверх или вниз по течению с сайта инициации (bp).[1] В эукариоты, промоторы обычно состоят из следующих четырех компонентов: Коробка ТАТА, а TFIIB сайт признания, инициатор, а нисходящий основной промоторный элемент.[1] Было обнаружено, что один ген может содержать несколько промоторных сайтов.[2] Чтобы инициировать транскрипцию нижележащего гена, хозяин ДНК-связывающих белков, называемых факторами транскрипции (TF), должен последовательно связываться с этой областью.[1] Только после того, как этот регион был связан с соответствующим набором TF и ​​в надлежащем порядке, можно РНК-полимераза свяжите и начните транскрибировать ген.

Усилители

Основная статья: Энхансер (генетика)

Энхансеры - это CRE, которые влияют (усиливают) транскрипцию генов в одной и той же молекуле ДНК и могут быть обнаружены выше, ниже по течению, в пределах интроны или даже относительно далеко от гена, который они регулируют. Несколько энхансеров могут действовать согласованно, регулируя транскрипцию одного гена.[3] Ряд проектов по секвенированию всего генома выявили, что энхансеры часто транскрибируются в длинная некодирующая РНК (днРНК) или энхансерная РНК (эРНК), изменения уровней которой часто коррелируют с изменениями мРНК целевого гена.[4]

Глушители

Основная статья: Глушитель (генетика)

Глушители CRE, которые могут связывать факторы регуляции транскрипции (белки) под названием репрессоры, тем самым предотвращая транскрипцию гена. Термин «глушитель» может также относиться к области в 3 'непереведенный регион матричной РНК, которая связывает белки, которые подавляют трансляцию этой молекулы мРНК, но это использование отличается от его использования при описании CRE.

Операторы

Операторы - это CRE у прокариот и некоторых эукариот, которые существуют внутри опероны, где они могут связывать белки, называемые репрессоры влиять на транскрипцию.

Эволюционная роль

CRE играют важную эволюционную роль. Кодирующие области генов часто хорошо консервированный среди организмов; все же разные организмы демонстрируют заметное фенотипическое разнообразие. Было обнаружено, что полиморфизмы происходящие в некодирующих последовательностях, оказывают сильное влияние на фенотип, изменяя экспрессия гена.[3] Мутации Возникновение внутри CRE может генерировать дисперсию экспрессии, изменяя способ связывания TF. Более плотное или слабое связывание регуляторных белков приведет к усилению или понижению регуляции транскрипции.

Примеры

Пример цис-действия регуляторная последовательность это оператор в лак оперон. Эта последовательность ДНК связана лак репрессор, что, в свою очередь, предотвращает транскрипцию соседних генов на одной и той же молекуле ДНК. Таким образом, считается, что lac-оператор «действует in cis» на регуляцию близлежащих генов. В оператор сам по себе не кодирует ни белок или же РНК.

В отличие, трансрегуляторные элементы являются диффузными факторами, обычно белками, которые могут изменять экспрессию генов, далеких от гена, который был первоначально транскрибирован для их создания. Например, фактор транскрипции который регулирует ген на хромосома 6 сам мог быть зашифрован из гена на хромосома 11. Период, термин трансрегуляторный состоит из латинского корня транс, что означает «напротив».

Есть цис-регуляторные и трансрегуляторные элементы. Цис-регуляторные элементы часто участок связывания для одного или нескольких трансакционный факторы.

Подводя итог, можно сказать, что цис-регуляторные элементы присутствуют в той же молекуле ДНК, что и ген, который они регулируют, тогда как транс-регуляторные элементы могут регулировать гены, далекие от гена, с которого они были транскрибированы.

Примеры в РНК

Элементы РНК
ТипСокр.ФункцияРаспределениеRef.
Элемент FrameshiftРегулирует альтернативное использование рамы с помощью информационные РНКАрхеи, бактерии, Эукариоты, РНК-вирусы[5][6][7]
Внутренний сайт входа рибосомыIRESИнициирует трансляцию в середине РНК-мессенджераРНК-вирус, Эукариоты[8]
Железный ответный элементIREРегулирует экспрессию генов, связанных с железомЭукариоты[9]
Лидер пептидРегулирует транскрипцию ассоциированных генов и / или опероновБактерии[10]
RiboswitchГенная регуляцияБактерии, Эукариоты[11]
Термометр РНКГенная регуляцияБактерии[12]
Последовательность вставки селеноцистеинаSECISНаправляет клетку на перевод стоп-кодонов UGA как селеноцистеиныMetazoa[13]

Смотрите также

Рекомендации

  1. ^ а б c Батлер Дж. Э., Кадонага Дж. Т. (октябрь 2002 г.). «Основной промотор РНК-полимеразы II: ключевой компонент в регуляции экспрессии генов». Гены и развитие. 16 (20): 2583–2592. Дои:10.1101 / gad.1026202. PMID  12381658.
  2. ^ Чой С. (17 мая 2008 г.). Введение в системную биологию. Springer Science & Business Media. п. 78. ISBN  978-1-59745-531-2.
  3. ^ а б Витткопп П.Дж., Калай Г. (декабрь 2011 г.). «Цис-регуляторные элементы: молекулярные механизмы и эволюционные процессы, лежащие в основе дивергенции». Природа Обзоры Генетика. 13 (1): 59–69. Дои:10.1038 / nrg3095. PMID  22143240.
  4. ^ Меламед П., Йосефзун Ю. и др. (2 марта 2016 г.). «Усилители транскрипции: транскрипция, функция и гибкость». Транскрипция. 7 (1): 26–31. Дои:10.1080/21541264.2015.1128517. ЧВК  4802784. PMID  26934309.
  5. ^ Bekaert M, Firth AE, Zhang Y, Gladyshev VN, Atkins JF, Baranov PV (январь 2010 г.). «Recode-2: новый дизайн, новые инструменты поиска и многое другое». Исследования нуклеиновых кислот. 38 (Выпуск базы данных): D69–74. Дои:10.1093 / nar / gkp788. ЧВК  2808893. PMID  19783826.
  6. ^ Чанг Б., Ферт А. Э., Аткинс Дж. Ф. (март 2010 г.). «Фреймшифтинг в альфавирусах: разнообразие 3 'стимулирующих структур». Журнал молекулярной биологии. 397 (2): 448–456. Дои:10.1016 / j.jmb.2010.01.044. PMID  20114053.
  7. ^ Гедрок Д.П., Корнуолл П.В. (февраль 2009 г.). «Псевдоузлы РНК с изменением кадра: структура и механизм». Вирусные исследования. 139 (2): 193–208. Дои:10.1016 / j.virusres.2008.06.008. ЧВК  2670756. PMID  18621088.
  8. ^ Мокрейс М., Вопаленский В., Коленатый О., Масек Т., Фекетова З., Секырова П., Скалудова Б., Криз В., Посписек М. (январь 2006 г.). «IRESite: база данных экспериментально проверенных структур IRES (www.iresite.org)». Исследования нуклеиновых кислот. 34 (Выпуск базы данных): D125–130. Дои:10.1093 / nar / gkj081. ЧВК  1347444. PMID  16381829.
  9. ^ Hentze MW, Kühn LC (август 1996 г.). «Молекулярный контроль метаболизма железа у позвоночных: регуляторные цепи на основе мРНК, управляемые железом, оксидом азота и окислительным стрессом». Труды Национальной академии наук Соединенных Штатов Америки. 93 (16): 8175–8182. Дои:10.1073 / пнас.93.16.8175. ЧВК  38642. PMID  8710843.
  10. ^ Платт Т. (1986). «Прерывание транскрипции и регуляция экспрессии генов». Ежегодный обзор биохимии. 55: 339–372. Дои:10.1146 / annurev.bi.55.070186.002011. PMID  3527045.
  11. ^ Breaker RR (март 2008 г.). «Сложные рибопереключатели». Наука. 319 (5871): 1795–1797. Дои:10.1126 / science.1152621. PMID  18369140.
  12. ^ Кортманн Дж., Нарберхаус Ф. (март 2012 г.). «Бактериальные РНК-термометры: молекулярные молнии и переключатели». Обзоры природы. Микробиология. 10 (4): 255–265. Дои:10.1038 / nrmicro2730. PMID  22421878.
  13. ^ Валчак Р., Вестхоф Е., Карбон П., Крол А. (апрель 1996 г.). «Новый структурный мотив РНК в элементе вставки селеноцистеина эукариотических мРНК селенопротеинов». РНК. 2 (4): 367–379. ЧВК  1369379. PMID  8634917.

дальнейшее чтение

  • Wray GA (март 2007 г.). «Эволюционное значение цис-регуляторных мутаций». Природа Обзоры Генетика. 8 (3): 206–216. Дои:10.1038 / nrg2063. PMID  17304246.
  • Gompel N, Prud'homme B, Wittkopp PJ, Kassner VA, Carroll SB (февраль 2005 г.). «Случай, пойманный на крыле: цис-регуляторная эволюция и происхождение пигментных паттернов у Drosophila». Природа. 433 (7025): 481–487. Дои:10.1038 / природа03235. PMID  15690032.
  • Прюдом Б., Гомпель Н., Рокас А., Касснер В.А., Уильямс Т.М., Йе С.Д., Истин-Дж. Р., Кэрролл С.Б. (апрель 2006 г.). «Повторяющаяся морфологическая эволюция через цис-регуляторные изменения в плейотропном гене». Природа. 440 (7087): 1050–1053. Дои:10.1038 / природа04597. PMID  16625197.
  • Стерн Д.Л. (август 2000 г.). «Эволюционная биология развития и проблема вариации». Эволюция; Международный журнал органической эволюции. 54 (4): 1079–1091. Дои:10.1111 / j.0014-3820.2000.tb00544.x. PMID  11005278.
  • Уэтерби С.Д., Кэрролл С.Б., Гренье Дж. К. (2004). От ДНК к разнообразию: молекулярная генетика и эволюция дизайна животных. Кембридж, Массачусетс: издательство Blackwell Publishers. ISBN  978-1-4051-1950-4.