Promóter

A promóter ( eng.  promoter ) egy DNS- nukleotid szekvencia, amelyet az RNS-polimeráz felismer, mint indítópadot a transzkripció elindításához . A promoter az egyik kulcsszerepet tölti be a transzkripció iniciációs folyamatában [1] .

Általános információk

A promoter általában a transzkripció kezdőpontja körül helyezkedik el – az első nukleotid, amelyből a transzkriptum származik, és amelynek koordinátája +1 (az előző nukleotidot -1-gyel jelöljük). A promoter általában számos olyan motívumot tartalmaz , amelyek fontosak az RNS-polimeráz általi felismeréséhez. Különösen -10 és -35 elem a baktériumokban , TATA-box az eukariótákban [1] .

A promoter aszimmetrikus, lehetővé téve az RNS-polimeráz számára, hogy a transzkripciót a megfelelő irányban kezdje meg, és jelzi, hogy a két DNS-szál közül melyik szolgál majd templátként az RNS -szintézishez . A DNS-templát láncot nem kódolónak nevezzük, míg a másik kódoló lánc szekvenciában megegyezik a kapott RNS-sel (kivéve a timin uracillal való helyettesítését ) [1] .

Az a promoter, amely alatt a DNS kódoló RNS-régiója található, döntő szerepet játszik e gén expressziójának intenzitásában minden egyes sejttípusban. Aktivitás szerint a promotereket konstitutív (állandó transzkripciós szint) és indukálható (a transzkripció a sejt körülményeitől függ, például bizonyos anyagok jelenléte vagy hősokk jelenléte) részekre osztják . A promóter aktiválását egy sor transzkripciós faktor jelenléte határozza meg [1] .

A promóterek szerkezete

Baktériumokban

A bakteriális mag RNS polimeráz (amely α2ββ'ω alegységekből áll) a genomban bárhol elindíthatja a transzkripciót. A sejtben azonban az iniciáció csak a promoter régiókban történik. Ezt a specifitást a σ-alegység ( σ-faktor ) biztosítja, amely a magenzimmel komplexben holoenzimet képez . Az Escherichia coli sejtek fő σ-faktora a σ 70 alegység [1] .

A klasszikus (σ 70 ) promoter két, 6 nukleotid hosszúságú konzervált szekvenciából áll, amelyek a transzkripciós starthelytől 5'-irányban, 10 és 35 bp távolságra helyezkednek el, és 17 nukleotid választja el őket egymástól. Ezeket a sorozatokat -10 és -35 elemeknek nevezzük . Az elemek nem minden promoterben azonosak, de konszenzus szekvenciák nyerhetők hozzájuk [1] .

Egyes erős promoterek a -35 elem előtt egy UP elemet is tartalmaznak, ami növeli az RNS polimeráz kötődés szintjét. Egyes σ 70 promoterek nem tartalmazzák a -35 elemet, ehelyett a -10 elemet néhány nukleotiddal feljebb húzzák ( kiterjesztés -10 ). Ez az E. coli galaktóz operon promótere . Néha a -10 elem alatt van egy másik összekötő elem - a diszkriminátor [1] .

Az RNS polimeráz alternatív σ-alegységei megváltoztatják a promoter felismerés specifitását. Például a σ 32 alegység a hősokk válasz gének promótereinek felismerését okozza, a σ 54 pedig a nitrogén metabolizmus génjeivel kapcsolatos [1] .

Eukariótákban

Az eukarióta sejtek többféle RNS polimerázt tartalmaznak. Az mRNS transzkripcióját az RNS-polimeráz II , valamint egy sor fehérje transzkripciós faktor végzi [1] .

Az eukarióta magpromoter az RNS polimeráz II és a transzkripciós faktorok kötődéséhez szükséges szekvenciaelemek minimális készlete, amely részt vesz a transzkripció iniciációjában. A magpromoter jellemzően 40-60 bp hosszú, és a transzkripció kezdőpontja felett vagy alatt helyezkedhet el. A központi promóter elemek teljes készlete tartalmazza a BRE elemet , a TATA boxot , az Inr-t (iniciátor) és/vagy a downstream elemeket (DPE, DCE és MTE). Általában a promóter ezen elemek kombinációját tartalmazza. Például a DPE és a TATA box általában nem fordul elő egy időben egy promóterben. Gyakran előfordul a TATA box, a DPE és az Inr kombinációja [1] .

Az eukarióták transzkripciójának folytatásához kölcsönhatásra van szükség a transzkripció kezdőpontjától induló szabályozó szekvenciákkal - proximális szekvenciákkal, enhanszerekkel , hangtompítókkal , szigetelőkkel, határelemekkel [1] .

Az eukarióta sejtekben az RNS-polimeráz II-n kívül még két RNS-polimeráz található, amelyek átírják az rRNS-t ( az RNS-polimeráz I felelős ) és a nem kódoló RNS-ek , mint a tRNS és az 5sRNS (ezeket az RNS-polimeráz III írja át ) [1 ] ] .

Az eukarióta sejtekben az RNS-polimeráz I egyetlen rRNS -prekurzor gént ír át , amely számos másolatban jelen van a genomban. Az rRNS gén promoter magelemeket (koordinátái -45 +20 körül) és UCE-t ( upstream vezérlőelem , koordinátái -150 -100 körül) tartalmaz. Ennek a génnek a transzkripciós iniciációjához több transzkripciós faktor is szükséges, a TBP, az SL1 (a TBP fehérjékből és három TAF-ból áll) és az UBF. Az UBF megköti az UCE elemet, az SF1 pedig a magpromotert. A kötött UBF stimulálja a polimeráz kötődését a core promoter régióhoz [1] .

Az RNS-polimeráz III átírja a sejt néhány nem kódoló RNS -ének ( tRNS , 5sRNS) génjeit. Az RNS-polimeráz III promoterei nagyon változatosak, és általában a transzkripció kezdőpontja alatt helyezkednek el. A tRNS gének promóterei különösen A- és B-boxokat tartalmaznak, az iniciációhoz a TFIIIB és TFIIIC transzkripciós faktorok szükségesek. Más promoterek tartalmazhatnak A- és C-boxokat (például 5sRNS), az iniciációhoz TFIIIA, TFIIIB, TFIIIC transzkripciós faktorok szükségesek. Az RNS polimeráz III promoter csoportja TATA dobozokat tartalmaz [1] .

A promóterek szabályozása

A transzkripció szintjének szabályozása gyakran az iniciáció szakaszában történik, vagyis az RNS-polimeráznak a promoterhez való kötődésétől az elongáció megkezdése előtt [1] .

• Az RNS polimeráz kötődését egy promóterhez blokkolhatja egy represszor fehérje, amely fizikailag lezárja a promotert vagy annak régióját;
• A polimeráznak további aktivátor fehérjére lehet szüksége a sikeres kötődéshez;
• Egy promotert tartalmazó kromatin régió elérhetetlen lehet a fehérjék számára, beleértve a polimerázokat is, ha kompakt csomagolásban vannak, például heterokromatin eukariótákban.

A baktériumokban az operonon belüli promoterrégió átfedhet vagy egyáltalán nem fedhet át egy cisztron ( gén ) operátorrégióját . Baktériumokban a promoterhez való kötődést a polimeráz szerkezeti része, a σ-alegység határozza meg. A szabályozásban gyakran részt vesznek szabályozó fehérjék is, amelyek felgyorsíthatják a folyamatot és növelhetik annak hatékonyságát (aktivátorok), illetve lassíthatják (represszorok) [1] .

Az eukarióták transzkripciója a baktériumokéhoz hasonló módon szabályozott (a különböző szabályozó fehérjék miatt), de eltérő is. Az eukarióta gének nem alkotnak operonokat, minden génnek megvan a maga promotere. Az eukarióták kromatinja DNS-ből és nukleoszómákból áll. Mind a DNS, mind a nukleoszómák kémiai módosuláson eshetnek át, ami befolyásolja a transzkripció szintjét. Ezenkívül más DNS-régiók, például fokozók, hangtompítók, szigetelők, határelemek is részt vesznek az eukarióták promotereinek szabályozásában [1] .

Példák promóterekre

A különféle élő szervezetekből származó számos promoter szekvenciája és szabályozó jellemzői ma már jól ismertek. Ezt a tudást széles körben használják biomérnöki genetikai konstrukciók ( plazmidok , vektorok ) létrehozásában. Bakteriális vagy eukarióta sejtekben történő termékexpresszióhoz mind a genomban található organizmusok ezen csoportjára jellemző promoter, mind pedig például az ezt a szervezetet megfertőző vírusokból származó promoter használható [1] .

A prokarióta promoterek ismert szabályozásával rendelkező bakteriális operonok klasszikus példái a következők: laktóz promoter , triptofán promoter , arabinóz promoter , GABA operon , galaktóz operon . Jól tanulmányozott eukarióta sejtpromoterek az élesztő GAL1 promoter, az indukálható TRE tetraciklin promoter és az indukálható edkizon promoter. A vírusgenomban éppúgy, mint a pro- és eukarióta genomokban vannak promóterek, például a T5 fág promoter, a T7 fág promoter, az SV40 vírusok (polióma vírus), az RSV, a CMV (citomegalovírus) konstitutív promoterei. [1] .

Promoter régió előrejelzése

A promóter-előrejelző algoritmusok gyakran nagyszámú hamis pozitív eredményt produkálnak (olyan promóter szekvenciákat jósolnak meg, amelyek nem promóterek). Például a különböző algoritmusok átlagosan egy promotert jósolnak meg 1000 bp-onként, míg az emberi genom körülbelül egy gént tartalmaz 30 000–40 000 bp-onként. [2] Ez az eredmény annak a ténynek köszönhető, hogy számos tényezőt kell figyelembe venni a promóterek előrejelzésénél [2] :

• A promóterek változatos elrendezése;
• Promoterek kötődése a genom szabályozó elemeihez (proximális elemek, fokozók, hangtompítók);
• A CpG-szigetek hatása eukariótákban (a metilálatlan CpG-szigetek gyakran az eukarióta transzkripció kezdőhelyétől kissé felfelé helyezkednek el);
• A szigetelők és a peremfeltételek befolyása (kromoszómadomének határai);
• DNS halmozás és nukleoszóma elrendeződés a térben.

A fent leírt nehézségek ellenére számos algoritmus létezik a promoterrégiók előrejelzésére különböző szervezetekben. Az alábbi táblázat ezek közül néhányat mutat be.

A különböző szervezetek előrejelzett, kísérletileg kimutatott promoter régióinak számának növekedésével szükségessé vált a promoter szekvenciák adatbázisának létrehozása. Az eukarióta promoter szekvenciák (főleg gerincesek) legnagyobb adatbázisa az Eukarióta Promoter Adatbázis [12] . Az adatbázis két részre oszlik. Az első (EPD) a kísérleti adatok feldolgozásával nyert promoterszekvenciák kurált gyűjteménye, a második (EPDnew) az EPD adatbázisból származó promoter információk és a nagy áteresztőképességű szekvenálási módszerek adatelemzésének az eredménye. A transzkriptómák kinyerésére szolgáló nagy áteresztőképességű módszerek segítségével a növények és gombák egyes képviselőihez sikerült promóterkészletet szerezni: Arabidopsis thaliana (Tal's coli), Zea mays (cukorkukorica), Saccharomyces cerevisiae , Schizosaccharomyces pombe [13] ] .

Jegyzetek

1. ↑ 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 Watson JD, Baker TA, Bell SP, Gann AA, Levine M., Losick RM Molecular Biology of the  Gene . — 7. – Pearson, 2014.
2. ↑ 1 2 Pedersen Anders Gorm , Baldi Pierre , Chauvin Yves , Brunak Søren. Az eukarióta promoter előrejelzésének biológiája – áttekintés  //  Computers & Chemistry. - 1999. - június ( 23. évf. , 3-4. sz. ). - P. 191-207 . — ISSN 0097-8485 . - doi : 10.1016/S0097-8485(99)00015-7 .
3. ↑ 1 2 3 4 5 Solovyev Victor V. , Shahmuradov Ilham A. , Salamov Asaf A. Promoter régiók és szabályozási helyek azonosítása  (angol)  // Methods in Molecular Biology. - 2010. - P. 57-83 . — ISBN 9781607618539 . — ISSN 1064-3745 . - doi : 10.1007/978-1-60761-854-6_5 .
4. ↑ Wingender E. TRANSFAC: adatbázis a transzkripciós faktorokról és azok DNS-kötő helyeiről  //  Nucleic Acids Research. - 1996. - január 1. ( 24. évf. , 1. sz.). - P. 238-241 . — ISSN 1362-4962 . doi : 10.1093 / nar/24.1.238 .
5. ↑ David Ghosh. A transzkripciós faktorok relációs adatbázisa  //  Nucleic Acids Research. - 1990. - 1. évf. 18 , sz. 7 . - P. 1749-1756 . — ISSN 0305-1048 . - doi : 10.1093/nar/18.7.1749 .
6. ↑ RegSite adatbázis . SoftBerry . Letöltve: 2019. április 7. Az eredetiből archiválva : 2019. október 22. (határozatlan)
7. ↑ de Jong Anne , Pietersma Hilco , Cordes Martijn , Kuipers Oscar P , Kok Jan. PePPER: webszerver a prokarióta promoter elemek és regulonok előrejelzésére  //  BMC Genomics. - 2012. - Kt. 13 , sz. 1 . - 299. o . — ISSN 1471-2164 . - doi : 10.1186/1471-2164-13-299 .
8. ↑ Scherf Matthias , Klingenhoff Andreas , Werner Thomas. Promoterrégiók nagyon specifikus lokalizációja nagy genomi szekvenciákban a PromoterInspector által: újszerű kontextuselemzési megközelítés  //  Journal of Molecular Biology. - 2000. - március ( 297. évf . , 3. sz.). - P. 599-606 . — ISSN 0022-2836 . - doi : 10.1006/jmbi.2000.3589 .
9. ↑ Robison Keith , McGuire Abigail Manson , Church George M. DNS-kötőhely mátrixok átfogó könyvtára 55 fehérjéhez, a teljes Escherichia coli K-12 genomra alkalmazva 1 1 Szerkesztette: R. Ebright  //  Journal of Molecular Biology. - 1998. - november ( 284. évf . , 2. sz.). - P. 241-254 . — ISSN 0022-2836 . - doi : 10.1006/jmbi.1998.2160 .
10. ↑ Burden S. , Lin Y.-X. , Zhang R. Promoter előrejelzés javítása Promoter előrejelzés javítása az NNPP2.2 algoritmushoz: esettanulmány Escherichia coli DNS-szekvenciák használatával   // Bioinformatika . - 2004. - szeptember 28. ( 21. évf. , 5. sz.). - P. 601-607 . — ISSN 1367-4803 . - doi : 10.1093/bioinformatics/bti047 .
11. ↑ Di Salvo Marco , Pinatel Eva , Talà Adelfia , Fondi Marco , Peano Clelia , Alifano Pietro. G4PromFinder: algoritmus a transzkripciós promoterek előrejelzésére GC-ben gazdag bakteriális genomokban AT-ben gazdag elemek és G-quadruplex motívumok alapján  //  BMC Bioinformatics. - 2018. - február 6. ( 19. évf . 1. sz .). — ISSN 1471-2105 . - doi : 10.1186/s12859-018-2049-x .
12. ↑ Cavin Perier R. Az Eukarióta Promoter Adatbázis EPD  //  Nucleic Acids Research. - 1998. - január 1. ( 26. évf. , 1. sz.). - P. 353-357 . — ISSN 1362-4962 . doi : 10.1093 / nar/26.1.353 .
13. ↑ Dreos René , Ambrosini Giovanna , Groux Romain , Cavin Périer Rouaïda , Bucher Philipp. Az eukarióta promoter adatbázis 30. évében: a nem gerinces szervezetekre összpontosít  //  Nucleic Acids Research. - 2016. - november 28. ( 45. évf. , D1. sz. ). -P.D51- D55 . — ISSN 0305-1048 . doi : 10.1093 / nar/gkw1069 .

Szótárak és enciklopédiák	Nagy orosz Britannica (online)
Bibliográfiai katalógusokban	J9U : 987007538886505171 LCCN : sh85107419