Inligting

16.3B: Transkripsionele Versterkers en Onderdrukkers - Biologie

16.3B: Transkripsionele Versterkers en Onderdrukkers - Biologie


We are searching data for your request:

Forums and discussions:
Manuals and reference books:
Data from registers:
Wait the end of the search in all databases.
Upon completion, a link will appear to access the found materials.

Versterkers verhoog die tempo van transkripsie van gene, terwyl onderdrukkers die tempo van transkripsie verlaag.

Leerdoelwitte

  • Verduidelik hoe versterkers en onderdrukkers geenuitdrukking reguleer

Kern punte

  • Versterkers kan stroomop van 'n geen geleë wees, binne die koderende gebied van die geen, stroomaf van 'n geen, of duisende nukleotiede weg.
  • Wanneer 'n DNA-buigende proteïen aan die versterker bind, verander die vorm van die DNA, wat interaksies tussen die aktiveerders en transkripsiefaktore moontlik maak.
  • Onderdrukkers reageer op eksterne stimuli om die binding van aktiverende transkripsiefaktore te voorkom.
  • Corepressors kan transkripsie-inisiasie onderdruk deur histoon-desetilase te werf.
  • Histoon-deaktilering verhoog die positiewe lading op histone, wat die interaksie tussen die histone en DNA versterk, wat die DNA minder toeganklik maak vir transkripsie.

Sleutel terme

  • versterker: 'n kort DNA-gebied wat transkripsie van gene kan verhoog
  • onderdrukker: enige proteïen wat aan DNA bind en dus die uitdrukking van gene reguleer deur die tempo van transkripsie te verlaag
  • aktiveerder: enige chemikalie of middel wat een of meer gene reguleer deur die tempo van transkripsie te verhoog

Versterkers en transkripsie

In sommige eukariotiese gene is daar gebiede wat help om transkripsie te verhoog of te verbeter. Hierdie streke, wat versterkers genoem word, is nie noodwendig naby aan die gene wat hulle versterk nie. Hulle kan stroomop van 'n geen geleë wees, binne die koderende gebied van die geen, stroomaf van 'n geen, of kan duisende nukleotiede weg wees.

Versterkerstreke is bindende volgordes, of plekke, vir transkripsiefaktore. Wanneer 'n DNA-buigende proteïen aan 'n versterker bind, verander die vorm van die DNA. Hierdie vormverandering laat die interaksie tussen die aktiveerders gebind aan die versterkers en die transkripsiefaktore gebind aan die promotorgebied en die RNA-polimerase plaasvind. Terwyl DNS oor die algemeen as 'n reguit lyn in twee dimensies uitgebeeld word, is dit eintlik 'n driedimensionele voorwerp. Daarom kan 'n nukleotiedvolgorde duisende nukleotiede weg vou en met 'n spesifieke promotor in wisselwerking tree.

Skakel gene af: transkripsionele onderdrukkers

Soos prokariotiese selle, het eukariotiese selle ook meganismes om transkripsie te voorkom. Transkripsionele onderdrukkers kan aan promotor- of versterkerstreke bind en transkripsie blokkeer. Soos die transkripsionele aktiveerders, reageer onderdrukkers op eksterne stimuli om die binding van aktiverende transkripsiefaktore te voorkom.

'n Medepressor is 'n proteïen wat geenuitdrukking verminder deur te bind aan 'n transkripsiefaktor wat 'n DNA-bindende domein bevat. Die medepressor is nie in staat om DNA op sigself te bind nie. Die medepressor kan transkripsie-inisiasie onderdruk deur histoon-deasetilase te werf, wat die verwydering van asetielgroepe uit lisienreste kataliseer. Dit verhoog die positiewe lading op histone, wat die interaksie tussen die histone en DNA versterk, wat die DNA minder toeganklik maak vir die proses van transkripsie.


16.3B: Transkripsionele Versterkers en Onderdrukkers - Biologie

Soos transkripsie, word translasie beheer deur proteïene wat bind en die proses inisieer. In vertaling, voordat proteïensintese kan begin, moet ribosoomsamestelling voltooi word. Dit is 'n multi-stap proses.

In ribosoomsamestelling, die groot en klein ribosomale subeenhede en 'n inisieerder tRNA (tRNAi) wat die eerste aminosuur van die finale polipeptiedketting bevat, kom almal bymekaar by die translasiebeginkodon op 'n mRNA om translasie te laat begin. Eerstens bind die klein ribosomale subeenheid aan die tRNAi wat metionien in eukariote en archaea dra en N-formiel-metionien in bakterieë dra. (Omdat die tRNAi 'n aminosuur dra, word gesê dat dit gelaai is.) Vervolgens die klein ribosomale subeenheid met die gelaaide tRNAi steeds gebonde skanderings langs die mRNA-string totdat dit die beginkodon AUG bereik, wat aandui waar translasie sal begin. Die beginkodon vestig ook die leesraamwerk vir die mRNA-string, wat noodsaaklik is om die korrekte volgorde van aminosure te sintetiseer. 'n Verskuiwing in die leesraam lei tot verkeerde vertaling van die mRNA. Die antikodon op die tRNAi bind dan aan die beginkodon via basisparing. Die kompleks wat bestaan ​​uit mRNA, gelaaide tRNAi, en die klein ribosomale subeenheid heg aan die groot ribosomale subeenheid, wat ribosoomsamestelling voltooi. Hierdie komponente word saamgebring deur die hulp van proteïene genoem inisiasiefaktore wat aan die klein ribosomale subeenheid bind tydens inisiasie en word in al drie lewensdomeine aangetref. Daarbenewens spandeer die sel GTP-energie om die inisiasiekompleks te help vorm. Sodra ribosoomsamestelling voltooi is, word die gelaaide tRNAi is in die P-plek van die ribosoom geposisioneer en die leë A-plek is gereed vir die volgende aminoasiel-tRNA. Die polipeptiedsintese begin en gaan altyd voort vanaf die N-terminus na die C-terminus, wat die N-tot-C rigting genoem word.

In eukariote help verskeie eukariotiese inisiasiefaktorproteïene (eIF's) met ribosoomsamestelling. Die eukariotiese inisiasiefaktor-2 (eIF-2) is aktief wanneer dit aan guanosientrifosfaat (GTP) bind. Met GTP daaraan gebind, bind eIF-2 proteïen aan die klein 40S ribosomale subeenheid. Vervolgens word die inisieer-tRNA gelaai met metionien (Met-tRNAi) assosieer met die GTP-eIF-2/40S-ribosoomkompleks, en sodra al hierdie komponente aan mekaar gebind is, word hulle gesamentlik die 43S-kompleks genoem.

Eukariotiese inisiasiefaktore eIF1, eIF3, eIF4 en eIF5 help om die 43S-kompleks na die 5′-m 7 G cap van 'n mRNA te vertaal. Sodra gebind aan die mRNA’ se 5′ m 7 G-dop, begin die 43S-kompleks langs die mRNA beweeg totdat dit die inisiasie-AUG-kodon aan die begin van die mRNA’ se leesraam bereik. Opeenvolgings rondom die AUG kan help om te verseker dat die korrekte AUG as die aanvangskodon in die mRNA gebruik word.

Sodra die 43S-kompleks by die aanvang AUG is, word die tRNAi-Met oor die AUG geposisioneer. Die antikodon op tRNAi-Het basispare met die AUG-kodon ontmoet. Op hierdie punt word die GTP gebind aan eIF2 in die 43S kompleksx gehidroliseer na BBP + fosfaat, en energie word vrygestel. Hierdie energie word gebruik om die eIF2 (met BBP daaraan gebind) vry te stel uit die 43S-kompleks, wat die 40S ribosomale subeenheid en die tRNA verlaati- Ontmoet by die translasie-beginplek van die mRNA.

Vervolgens bind eIF5 met GTP gebind aan die 40S ribosomale subeenheid wat aan die mRNA en die tRNA gekomplekseer isi- Ontmoet. Die eIF5-GTP laat die 60S groot ribosomale subeenheid toe om te bind. Sodra die 60S ribosomale subeenheid aankom, hidroliseer eIF5 sy gebonde GTP na BBP + fosfaat, en energie word vrygestel. Hierdie energie dryf die samestelling van die twee ribosomale subeenhede in die ongeskonde 80S-ribosoom, met tRNAi-Met in sy P-plek, terwyl dit ook basisgepaard is met die inisiasie AUG-kodon op die mRNA. Vertaling is gereed om te begin.

Die binding van eIF-2 aan die 40S ribosomale subeenheid word beheer deur fosforilering. As eIF-2 gefosforileer is, ondergaan dit 'n konformasieverandering en kan dit nie aan GTP bind nie. Daarom kan die 43S-kompleks nie behoorlik vorm nie en word vertaling belemmer. Wanneer eIF-2 ongefosforileer bly, bind dit die 40S ribosomale subeenheid en vertaal die proteïen aktief.

Vertaling Inisiasie Kompleks: Geenuitdrukking kan beheer word deur faktore wat die translasie-inisiasiekompleks bind.

Die vermoë om die ribosoom volledig saam te stel, beïnvloed direk die tempo waarteen translasie plaasvind. Maar proteïensintese word ook op verskeie ander vlakke gereguleer, insluitend mRNA-sintese, tRNA-sintese, rRNA-sintese en eukariotiese inisiasiefaktorsintese. Verandering in enige van hierdie komponente beïnvloed die tempo waarteen vertaling kan plaasvind.


16.4 Eukariotiese transkripsionele geenregulering

In hierdie afdeling sal jy die volgende vraag ondersoek:

Verbinding vir AP ® kursusse

Om transkripsie te begin, moet algemene transkripsiefaktore eers bind aan 'n spesifieke area op die DNA wat die TATA-boks genoem word en dan RNA-polimerase na daardie plek werf. Boonop help ander areas op die DNA wat versterkerstreke genoem word, transkripsie aan. Transkripsiefaktore kan aan versterkerstreke bind om transkripsie te verhoog of te voorkom.

Inligting aangebied en die voorbeelde wat in die afdeling uitgelig word, ondersteun konsepte wat in Big Idea 3 van die AP ® Biologie Kurrikulumraamwerk uiteengesit word. Die leerdoelwitte wat in die Kurrikulumraamwerk gelys word, bied 'n deursigtige grondslag vir die AP ® Biologiekursus, 'n ondersoekgebaseerde laboratoriumervaring, onderrigaktiwiteite en AP ® eksamenvrae. 'n Leerdoelwit voeg vereiste inhoud saam met een of meer van die sewe Wetenskappraktyke

Groot idee 3 Lewende stelsels stoor, haal, versend en reageer op inligting wat noodsaaklik is vir lewensprosesse.
Blywende begrip 3.B Uitdrukking van genetiese inligting behels sellulêre en molekulêre meganismes.
Noodsaaklike kennis 3.B.1 Geenregulering lei tot differensiële geenuitdrukking, wat lei tot selspesialisasie
Wetenskappraktyk 7.1 Die student kan verskynsels en modelle oor ruimtelike en tydelike skale verbind.
Leerdoelwit 3.18 Die student is in staat om die verband tussen die regulering van geenuitdrukking en waargenome verskille tussen verskillende soorte organismes te beskryf.
Noodsaaklike kennis 3.B.1 Geenregulering lei tot differensiële geenuitdrukking, wat lei tot selspesialisasie
Wetenskappraktyk 7.1 Die student kan verskynsels en modelle oor ruimtelike en tydelike skale verbind
Leerdoelwit 3.19 Die student is in staat om die verband tussen die regulering van geenuitdrukking en waargenome verskille tussen individue in 'n populasie te beskryf
Noodsaaklike kennis 3.B.1 Geenregulering lei tot differensiële geenuitdrukking, wat lei tot selspesialisasie.
Wetenskappraktyk 6.2 Die student kan verduidelikings van verskynsels konstrueer gebaseer op bewyse wat deur wetenskaplike praktyke geproduseer is
Leerdoelwit 3.20 Die student is in staat om te verduidelik hoe die regulering van geenuitdrukking noodsaaklik is vir die prosesse en strukture wat doeltreffende selfunksie ondersteun.
Noodsaaklike kennis 3.B.1 1 Geenregulering lei tot differensiële geenuitdrukking, wat lei tot selspesialisasie.
Wetenskappraktyk 1.4 Die student kan voorstellings en modelle gebruik om situasies te analiseer of probleme kwalitatief en kwantitatief op te los.
Leerdoelwit 3.21 Die student kan voorstellings gebruik om te beskryf hoe geenregulering selprodukte en -funksie beïnvloed.

Onderwyserondersteuning

Laat studente 'n visuele voorstelling skep deur gekleurde papier te gebruik wat DNA-transkripsie en die rol van versterkers en onderdrukkers in transkripsie toon.

Die Wetenskappraktyk-uitdagingsvrae bevat bykomende toetsvrae vir hierdie afdeling wat jou sal help om vir die AP-eksamen voor te berei. Hierdie vrae handel oor die volgende standaarde:
[APLO 3.18]

Soos prokariotiese selle, vereis die transkripsie van gene in eukariote die aksies van 'n RNA-polimerase om aan 'n volgorde stroomop van 'n geen te bind om transkripsie te begin. Anders as prokariotiese selle, benodig die eukariotiese RNA-polimerase egter ander proteïene, of transkripsiefaktore, om transkripsie-inisiasie te vergemaklik. Transkripsiefaktore is proteïene wat aan die promotorvolgorde en ander regulatoriese volgordes bind om die transkripsie van die teikengeen te beheer. RNA-polimerase kan op sigself nie transkripsie in eukariotiese selle inisieer nie. Transkripsiefaktore moet eers aan die promotorstreek bind en RNA-polimerase na die plek werf vir transkripsie om vas te stel.

Die aktiwiteit van transkripsiefaktore kan differensiële geenuitdrukking in selle reguleer, wat lei tot die ontwikkeling van verskillende selprodukte en -funksies. Wetenskaplikes het byvoorbeeld gevind dat primêre seksuele kenmerke deur verskeie gene gereguleer word. Figuur 16.9. In die vrugtevlieg Drosophila, die slx geen bepaal seks. Hierdie geen word uitgedruk wanneer die organisme twee kopieë van die X-chromosoom het. Die geenproduk vir slx bind aan die mRNA van die tra geen en reguleer die splitsing daarvan. In die teenwoordigheid van slx, tra word in sy vroulike vorm gesplits en beïnvloed die uitdrukking van dsx en fru vroulike seksuele eienskappe tot gevolg het. In die afwesigheid van slx, tra word in sy manlike vorm gesplits en manlike seksuele kenmerke het gevolg.

Skakel na Leer

Kyk na die proses van transkripsie - die maak van RNA vanaf 'n DNA-sjabloon - op hierdie webwerf.

  1. DNS wikkel af, transkripsiefaktore bind, die terminasiekompleks vorm, en DNS-polimerase voeg nukleotiede by die mRNA.
  2. DNA wikkel af, transkripsiefaktore bind en RNA-polimerase voeg nukleotiede by die mRNA.
  3. Die transkripsiekompleks vorm, transkripsiefaktore voeg nukleotiede by die vorming van mRNA, en die mRNA ontkoppel van die DNA.
  4. Verlenging vind plaas, gevolg deur die vorming van die transkripsie-inisiasiekompleks en die ontkoppeling van die mRNA-string van DNA.

Die promotor en die transkripsiemasjinerie

Gene word georganiseer om die beheer van geenuitdrukking makliker te maak. Die promotorgebied is onmiddellik stroomop van die koderende volgorde. Hierdie gebied kan kort (slegs 'n paar nukleotiede lank) of redelik lank (honderde nukleotiede lank) wees. Hoe langer die promotor, hoe meer beskikbare spasie vir proteïene om te bind. Dit voeg ook meer beheer by die transkripsieproses. Die lengte van die promotor is geen-spesifiek en kan dramaties verskil tussen gene. Gevolglik kan die vlak van beheer van geenuitdrukking ook redelik dramaties tussen gene verskil. Die doel van die promotor is om transkripsiefaktore te bind wat die aanvang van transkripsie beheer.

Binne die promotorstreek, net stroomop van die transkripsionele beginplek, is die TATA-boks. Hierdie boks is bloot 'n herhaling van timien en adenien dinukleotiede (letterlik, TATA herhalings). RNA-polimerase bind aan die transkripsie-inisiasiekompleks, wat transkripsie moontlik maak. Om transkripsie te begin, is 'n transkripsiefaktor (TFIID) die eerste wat aan die TATA-boks bind. Binding van TFIID werf ander transkripsiefaktore, insluitend TFIIB, TFIIE, TFIIF en TFIIH na die TATA-boks. Sodra hierdie kompleks saamgestel is, kan RNA-polimerase aan sy stroomopvolgorde bind. Wanneer dit saam met die transkripsiefaktore gebind word, word RNA-polimerase gefosforileer. Dit stel 'n deel van die proteïen uit die DNA vry om die transkripsie-inisiasiekompleks te aktiveer en plaas RNA-polimerase in die korrekte oriëntasie om transkripsie te begin DNA-buig proteïen bring die versterker, wat 'n redelike afstand van die geen af ​​kan wees, in kontak met transkripsiefaktore en mediatorproteïene (Figuur 16.10).

Benewens die algemene transkripsiefaktore, kan ander transkripsiefaktore aan die promotor bind om geentranskripsie te reguleer. Hierdie transkripsiefaktore bind aan die promotors van 'n spesifieke stel gene. Hulle is nie algemene transkripsiefaktore wat aan elke promotorkompleks bind nie, maar word gewerf na 'n spesifieke volgorde op die promotor van 'n spesifieke geen. Daar is honderde transkripsiefaktore in 'n sel wat elkeen spesifiek aan 'n spesifieke DNS-volgorde-motief bind. Wanneer transkripsiefaktore net stroomop van die gekodeerde geen aan die promotor bind, word daar na verwys as 'n cis-werkende element , want dit is op dieselfde chromosoom net langs die geen. Die gebied waaraan 'n spesifieke transkripsiefaktor bind, word die transkripsiefaktor-bindingsplek genoem. Transkripsiefaktore reageer op omgewingstimuli wat veroorsaak dat die proteïene hul bindingsplekke vind en transkripsie van die geen wat nodig is, inisieer.

Versterkers en transkripsie

In sommige eukariotiese gene is daar gebiede wat help om transkripsie te verhoog of te verbeter. Hierdie streke, wat versterkers genoem word, is nie noodwendig naby aan die gene wat hulle versterk nie. Hulle kan stroomop van 'n geen geleë wees, binne die koderende gebied van die geen, stroomaf van 'n geen, of kan duisende nukleotiede weg wees.

Versterkerstreke is bindende volgordes, of plekke, vir transkripsiefaktore. Wanneer 'n DNA-buigende proteïen bind, verander die vorm van die DNA (Figuur 16.10). Hierdie vormverandering maak voorsiening vir die interaksie van die aktiveerders wat aan die versterkers gebind is met die transkripsiefaktore wat aan die promotorgebied en die RNA-polimerase gebind is. Terwyl DNS oor die algemeen as 'n reguit lyn in twee dimensies uitgebeeld word, is dit eintlik 'n driedimensionele voorwerp. Daarom kan 'n nukleotiedvolgorde duisende nukleotiede weg vou en met 'n spesifieke promotor in wisselwerking tree.

Skakel gene af: transkripsionele onderdrukkers

Soos prokariotiese selle, het eukariotiese selle ook meganismes om transkripsie te voorkom. Transkripsionele onderdrukkers kan aan promotor- of versterkerstreke bind en transkripsie blokkeer. Soos die transkripsionele aktiveerders, reageer onderdrukkers op eksterne stimuli om die binding van aktiverende transkripsiefaktore te voorkom.


Versterkers, onderdrukkers en bevorderaars

In hierdie maand se episode gaan ons weer 'n onderwerp bespreek waaraan die meeste - moontlik selfs al - lesers in 'n verre voorgraadse kursus blootgestel is, maar moontlik nie in baie diepte of met die betekenis daarvan vir menslike genetiese siektes wat baie duidelik gemaak is buite die 'n paar spesiale gevalle. Hier is 'n vinnige toets: oorweeg die vraag: "Is mutasies in of direk aangrensend aan koderende streke van gene die enigste wat waarskynlik tot siektetoestande sal lei?" As jou onmiddellike reaksie is om dit met 'n "Ja" te antwoord, is hierdie artikel vir jou. (As jy "Nee" geantwoord het, wil jy dalk in elk geval verder lees en kyk of jou logika reg is!)

Kom ons gaan terug na 'n paar baie basiese molekulêre biologie. Die genoom bevat gene, wat streke van DNA is wat na RNA getranskribeer word in sommige gevalle is hierdie RNA self direk funksioneel (dinge soos tRNA's of die 18S-komponent van die ribosoom, byvoorbeeld), maar in die meeste gevalle is die RNA 'n mRNA, wat 'n proteïenkoderende volgorde dra wat deur die ribosomale masjinerie vertaal word in 'n kovalent aangehegte reeks aminosure - 'n proteïen - wat uit die aard van die gevarieerde sykettingchemie en hul elektrostatiese, waterstofbinding en hidrofobiese interaksies opvou tot 'n termodinamiese energie-minima toestand om 'n funksionele ensiem of strukturele proteïen te skep. Mutasies—veranderinge aan die onderliggende DNS-volgorde—binne enige van hierdie koderende gebiede sal statisties waarskynlik ongewenste veranderinge van funksie in die finale proteïenproduk veroorsaak, hoewel daar “waarskynlik” ’n herinnering is dat sulke mutasies stil kan wees (wat beteken dat hulle nie ’n proteïen veroorsaak nie volgordeverandering), of nie skadelik nie (wat 'n verandering veroorsaak wat nie beduidende impak het nie), of selfs moontlik voordelig, wat 'n biologies meer geskikte produk lewer.

Wat daardie saamgeperste opsomming van ongeveer twee jaar se voorgraadse biologiekursusse weglaat, is dat hierdie gene in die DNA nie net op hul eie magies na RNA transkribeer nie. Met inagneming dat slegs 'n klein fraksie van die menslike genoom werklike gene dra soos hierbo gedefinieer, bestaan ​​daar ander DNA-volgorde-elemente wie se enigste rol is om te merk waar gene is, en om hul uitdrukkingsvlak (transkripsie na RNA) te beheer. Daar is drie besonder beduidende tipes van hierdie kontrole-elemente, genoem promotors, versterkers en onderdrukkers en soos ons hieronder sal sien, kan mutasies in enige van hierdie effekte hê wat so ernstig (of erger) as mutasies in koderingsvolgordes is.

Promotors: die proksimale hekwagter vir 'n geen

Promotors is relatief kort reekse (ongeveer 100 tot 1 000 basispare lank) wat altyd direk stroomop (5', met betrekking tot die DNA-koderingstring) van die geen wat hulle beheer ("dryf", in gewone taalgebruik) gevind word. Hierdie reekse bevat elemente wat in RNA-polimerases werf wat verantwoordelik is vir die transkripsie van die geen. Baie simplisties, as 'n bepaalde gedefinieerde promotorvolgorde in 'n spesifieke seltipe en omgewing maksimaal doeltreffend is om RNA-polimerase te werf—kom ons noem dit 100 persent aktiwiteit—dan kan variasies in die volgorde voorkom wat hierdie aktiwiteit verminder (minder RNA word per tydseenheid gemaak ). Sommige veranderinge is meer ontwrigtend as ander, en in kombinasies is dit nie moeilik om te sien hoe variasies van 'n "beste" promotorvolgorde kan lei tot potensiaal vir 'n gladde reeks van basale uitdrukkingskoerse, van sub 1 persent tot volle 100 persent uitdrukking. Dit is 'n wonderlike ding uit 'n sel se oogpunt, want dit laat verskillende gene toe om hul uitdrukkingsvlakke aan te pas by die konstante hoeveelheid geenproduk wat benodig word.

Deur (letterlik) 'n laag van kompleksiteit hier by te voeg, is dat promotors nie direk RNA-polimerase bind nie. In plaas daarvan bevat hulle korter sub-sekwensies, wat erken word as bindingsplekke vir 'n klas proteïene bekend as transkripsiefaktore (TF's). Daar is 'n groot aantal hiervan, elk met hul eie voorkeur DNA-volgorde-bindingsplek (gewoonlik kort, 10- 20 basispare) en hul eie vlak van vermoë om in RNA-polimerase te werf. Baie het ook, hetsy direk of indirek, allosteriese (sekondêre) bindingsplekke waar ligande soos metaboliete of hormone kan bind en die transkripsiefaktor se vlak van aktiwiteit kan beïnvloed. Trouens, dit is die komplekse interaksie van al hierdie verskillende transkripsiefaktore en hul modulerende ligande wat die kern vorm van hoe verskillende seltipes gedefinieer word, en 'n hepatosiet tree anders op as 'n epiteelsel ten spyte daarvan dat albei dieselfde DNA het - hulle is " verskillende seine ontvang”—wat hul relatiewe uitdrukkingsvlakke van verskeie gene beheer.

Dit is dan maklik om te begryp hoe 'n mutasie binne 'n promotor, wat 'n TF-bindingsplek verander, tot probleme kan lei nie deur 'n verandering in die funksie van die volwasse geenproduk nie, maar deur variasie in uitdrukkingsvlak van die produk. Ongewenste op- of afregulering van 'n geen kan ernstige gevolge hê en as dit ongelukkig genoeg is om in 'n geen te gebeur wat op sy beurt die uitdrukking of aktiwiteit van ander gene beheer, kan 'n hele stel gene se vlakke verander word deur 'n enkele nukleotiedverandering . In byna alle gevalle is dit nie die beste nie en so 'n verandering lei tot 'n siektetoestand.

Die leser sal onthou dat ons hierdie afdeling begin het deur te sê dat 'n promotor altyd direk stroomop van 'n geen is. Die spasiëring tussen die promotor en die transkripsionele beginplek (waar die eerste RNA-nukleotied in 'n ontluikende transkripsie neergelê sal word) is ook belangrik, so invoegings- of verwyderingsmutasies - selfs dié wat nie enige spesifieke TF-bindingsplekke direk verander nie - kan 'n impak hê die vlak van geenuitdrukking. 'n Voorbeeld hiervan wat onmiddellik aan alle lesers bekend is, is Huntington se siekte. Hier lê 'n onstabiele genetiese element tussen die promotor en die transkripsionele beginplek. Normaalweg is die spasiëring aanvaarbaar en voldoende vlakke van die Huntington geen mRNA word getranskribeer, maar tydens selreplikasie kan die onstabiele element addisionele DNA ingevoeg hê, wat die promotor wegbeweeg van die begin van die geen. Soos dit gebeur, is die promotor minder doeltreffend om transkripsie te bestuur en transkripsievlakke daal. As die invoeging klein is en die afname in uitdrukking laag is, vind openlike siekte nie plaas nie, maar dit word as 'n "draer"-toestand beskou, waar verdere uitbreiding geenuitdrukking sal laat daal tot onder die vlakke wat nodig is vir normale funksie, en siektepatologie tot gevolg sal hê. (Draer in hierdie sin is nie streng identies aan die betekenis in Mendeliaanse genetika nie, dus die aanhalingstekens.)

Die slotsom is dat vir elke geen, nie net die koderende seksie-volgorde belangrik is vir behoorlike funksie nie, maar daar is altyd 'n aangrensende promotorstreek wat vatbaar is vir mutasies wat ernstige kliniese gevolge kan hê. 'n Geen kan 'n perfekte wildtipe koderingsvolgorde hê en tog nie funksioneer soos nodig nie.

Versterkers en onderdrukkers

Die goeie nuus oor promotors is dat ons weet waar om hulle te vind. Trouens, deur groot getalle van hulle in verskillende kontekste te volgorde en te ondersoek, en die verskillende TF's te identifiseer wat hul bindingsplekke en hul ligande bind, verstaan ​​ons, kan ons vind, en in die regte konteks, selfs promotors na willekeur manipuleer om dinge te doen soos as weefselspesifieke geenuitdrukking skep.

Versterkers en onderdrukkers is egter meer uitdagend. Dit is DNA-volgorde-elemente wat ook geenuitdrukkingvlakke kan moduleer (opwaarts vir versterkers, en afwaarts vir onderdrukkers, soos 'n mens kan raai). Soos promotors, is hulle kort (50-1 000) basispaarelemente, en binne hierdie element sal bindingsplekke (dikwels as herhaalde kopieë) vir proteïene dra wat transkripsietempo's by nabygeleë gene kan beïnvloed. Naby is egter 'n doelbewus vae term, aangesien dit tot 1 miljoen basispare weg van die geen wat dit beïnvloed kan wissel, en hulle kan stroomop of stroomaf wees - dit wil sê 5' of 3' - na die geen. Hulle is ten minste beperk tot aksie in cis of met ander woorde, op dieselfde aaneenlopende chromosoom as die geen, maar om hulle in verhouding tot 'n spesifieke geen te identifiseer, kan uitdagend wees. As die geval van 'n hipotetiese versterkervolgorde in ag geneem word, sal die vind van onverwags lae uitdrukkingsvlakke van 'n andersins ongeskonde geen met oënskynlik normale promotorvolgorde eerste leidraad wees dat versterkervolgorde betrokke kan wees. As 'n aantal van sulke gevalle gevind kon word en genomiese gebiede wat die geimpakteerde geen flankeer kan opeenvolging bepaal word, sal identifikasie van enige areas van genetiese verandering van wilde tipe in gemeen onder hierdie gevalle 'n plek wees om te soek na versterker elemente. Beskadiging (volgordeverandering of delesie) hiervan sal na verwagting geenuitdrukking verminder. Die spieëlbeeld hiervan is in 'n sekere sin 'n onderdrukker, wat dieselfde kenmerke deel, maar wat in sy normale toestand die uitdrukking van die geen verminder. Mutasies by 'n onderdrukkerplek veroorsaak dan 'n ongewenste opregulering in geenuitdrukking.

Hoe werk versterkers en onderdrukkers oor sulke groot afstande - en miskien meer interessant, hoe is dit dat hulle spesifiek is? Dit wil sê, 'n versterker of onderdrukker sal gewoonlik op 'n spesifieke distale geen optree, maar ander gene naby die een wat beïnvloed word, mag dalk nie beïnvloed word nie. Die antwoord hierop is miskien ietwat teleurstellend, want daar is niks verstommend nie, die antwoord is, want die versterker of onderdrukker is nie, ruimtelik, ver weg van die geen wat dit reguleer nie. Met ander woorde, versterkers en onderdrukkers is in staat om op opeenvolgende distale teikens te werk as gevolg van chromatienorganisasie. Deur chromosome te vou en te verdig om binne 'n selkern te pas, kan verafgeleë volgorde-elemente fisies langs mekaar geplaas word, sodat 'n proteïen wat een volgorde-element bind, direk aan 'n ander raak en 'n ander beïnvloed. Die skerpsinnige leser sal egter opmerk dat om dit betroubaar te laat werk, die geenpakking en organisasie reproduseerbaar moet plaasvind sodat daar op die twee chromosoomafdelings staatgemaak kan word om in die nabyheid te wees. 'n Selfs meer skerpsinnige leser kan verder raai dat as chromosoomorganisasie en -verpakking op 'n betroubare wyse verander tydens stappe van die selsiklus, 'n mens versterkers of onderdrukkers kan voorstel wat slegs op spesifieke tye invloed kan uitoefen.

Afsluiting

Die boodskap van al die bogenoemde is dat nee, dit is nie net die koderingsvolgorde van enige gegewe geen wat die biologiese funksie van die geen kan muteer en beïnvloed nie. Dit het moontlike implikasies vir die relatiewe inligting wat deur heelgenoomvolgordebepaling vs hele eksoomvolgordebepalingsprojekte gedra word - maar dit is 'n onderwerp vir nog 'n maand.


Gene word georganiseer om die beheer van geenuitdrukking makliker te maak. Die promotorgebied is onmiddellik stroomop van die koderende volgorde. Hierdie gebied kan kort (slegs 'n paar nukleotiede lank) of redelik lank (honderde nukleotiede lank) wees. Hoe langer die promotor, hoe meer beskikbare spasie vir proteïene om te bind. Dit voeg ook meer beheer by die transkripsieproses. Die lengte van die promotor is geen-spesifiek en kan dramaties verskil tussen gene. Gevolglik kan die vlak van beheer van geenuitdrukking ook redelik dramaties tussen gene verskil. Die doel van die promotor is om transkripsiefaktore te bind wat die aanvang van transkripsie beheer.

Binne die kernpromotorstreek, is 25 tot 35 basisse stroomop van die transkripsionele beginplek, die TATA-boks. Die TATA-boks het die konsensusvolgorde van 5'-TATAAA-3'. Die TATA-boks is die bindingsplek vir 'n proteïenkompleks genaamd TFIID, wat 'n TATA-bindende proteïen bevat. Binding van TFIID werf ander transkripsiefaktore, insluitend TFIIB, TFIIE, TFIIF en TFIIH. Sommige van hierdie transkripsiefaktore help om die RNA-polimerase aan die promotor te bind, en ander help om die transkripsie-inisiasiekompleks te aktiveer.

Benewens die TATA-boks, word ander bindingsplekke in sommige promotors gevind. Sommige bioloë verkies om die omvang van die eukariotiese promotor te beperk tot die kernpromotor, of polimerase-bindingsplek, en verwys na hierdie addisionele plekke as promotor-proksimale elemente, omdat hulle gewoonlik binne 'n paar honderd basispare stroomop van die transkripsionele beginplek gevind word. . Voorbeelde van hierdie elemente is die CAAT-boks, met die konsensusvolgorde 5'-CCAAT-3' en die GC-boks, met die konsensusvolgorde 5'-GGGCGG-3'. Spesifieke transkripsiefaktore kan aan hierdie promotor-proksimale elemente bind om geentranskripsie te reguleer. 'n Gegewe geen kan sy eie kombinasie van hierdie spesifieke transkripsie-faktor bindingsplekke hê. Daar is honderde transkripsiefaktore in 'n sel, wat elkeen spesifiek aan 'n spesifieke DNS-volgorde-motief bind. Wanneer transkripsiefaktore net stroomop van die gekodeerde geen aan die promotor bind, word daarna verwys as 'n cis-werkende element, want dit is op dieselfde chromosoom net langs die geen. Transkripsiefaktore reageer op omgewingstimuli wat veroorsaak dat die proteïene hul bindingsplekke vind en transkripsie van die geen wat nodig is, inisieer.


Biologie 171

Aan die einde van hierdie afdeling sal jy die volgende kan doen:

  • Bespreek die rol van transkripsiefaktore in geenregulering
  • Verduidelik hoe versterkers en onderdrukkers geenuitdrukking reguleer

Soos prokariotiese selle, vereis die transkripsie van gene in eukariote die werking van 'n RNA-polimerase om aan 'n DNS-volgorde stroomop van 'n geen te bind om transkripsie te inisieer. Anders as prokariotiese selle, benodig die eukariotiese RNA-polimerase egter ander proteïene, of transkripsiefaktore, om transkripsie-inisiasie te vergemaklik. RNA-polimerase kan op sigself nie transkripsie in eukariotiese selle inisieer nie. Daar is twee tipes transkripsiefaktore wat eukariotiese transkripsie reguleer: Algemene (of basale) transkripsiefaktore bind aan die kernpromotorstreek om te help met die binding van RNA-polimerase. Spesifieke transkripsiefaktore bind aan verskeie streke buite die kernpromotorstreek en interaksie met die proteïene by die kernpromotor om die aktiwiteit van die polimerase te versterk of te onderdruk.

Kyk na die proses van transkripsie (video)—die maak van RNA vanaf 'n DNA-sjabloon.

Die promotor en die transkripsiemasjinerie

Gene word georganiseer om die beheer van geenuitdrukking makliker te maak. Die promotorgebied is onmiddellik stroomop van die koderende volgorde. Hierdie gebied kan kort (slegs 'n paar nukleotiede lank) of redelik lank (honderde nukleotiede lank) wees. Hoe langer die promotor, hoe meer beskikbare spasie vir proteïene om te bind. Dit voeg ook meer beheer by die transkripsieproses. Die lengte van die promotor is geen-spesifiek en kan dramaties verskil tussen gene. Gevolglik kan die vlak van beheer van geenuitdrukking ook redelik dramaties tussen gene verskil. Die doel van die promotor is om transkripsiefaktore te bind wat die aanvang van transkripsie beheer.

Binne die kernpromotorstreek, is 25 tot 35 basisse stroomop van die transkripsionele beginplek, die TATA-boks. Die TATA-boks het die konsensusvolgorde van 5'-TATAAA-3'. Die TATA-boks is die bindingsplek vir 'n proteïenkompleks genaamd TFIID, wat 'n TATA-bindende proteïen bevat. Binding van TFIID werf ander transkripsiefaktore, insluitend TFIIB, TFIIE, TFIIF en TFIIH. Sommige van hierdie transkripsiefaktore help om die RNA-polimerase aan die promotor te bind, en ander help om die transkripsie-inisiasiekompleks te aktiveer.

Benewens die TATA-boks, word ander bindingsplekke in sommige promotors gevind. Sommige bioloë verkies om die omvang van die eukariotiese promotor te beperk tot die kernpromotor, of polimerase-bindingsplek, en verwys na hierdie addisionele plekke as promotor-proksimale elemente, omdat hulle gewoonlik binne 'n paar honderd basispare stroomop van die transkripsionele beginplek gevind word. . Voorbeelde van hierdie elemente is die CAAT-boks, met die konsensusvolgorde 5'-CCAAT-3' en die GC-boks, met die konsensusvolgorde 5'-GGGCGG-3'. Spesifieke transkripsiefaktore kan aan hierdie promotor-proksimale elemente bind om geentranskripsie te reguleer. 'n Gegewe geen kan sy eie kombinasie van hierdie spesifieke transkripsie-faktor bindingsplekke hê. Daar is honderde transkripsiefaktore in 'n sel, wat elkeen spesifiek aan 'n spesifieke DNS-volgorde-motief bind. Wanneer transkripsiefaktore net stroomop van die gekodeerde geen aan die promotor bind, word daarna verwys as 'n cis-werkende element, want dit is op dieselfde chromosoom net langs die geen. Transkripsiefaktore reageer op omgewingstimuli wat veroorsaak dat die proteïene hul bindingsplekke vind en transkripsie van die geen wat nodig is, begin.

Versterkers en transkripsie

In sommige eukariotiese gene is daar bykomende streke wat help om transkripsie te verhoog of te verbeter. Hierdie streke, wat versterkers genoem word, is nie noodwendig naby aan die gene wat hulle versterk nie. Hulle kan stroomop van 'n geen geleë wees, binne die koderende gebied van die geen, stroomaf van 'n geen, of kan duisende nukleotiede weg wees.

Versterkerstreke is bindende volgordes, of plekke, vir spesifieke transkripsiefaktore. Wanneer 'n proteïentranskripsiefaktor aan sy versterkervolgorde bind, verander die vorm van die proteïen, wat dit in staat stel om met proteïene op die promotorterrein te reageer. Aangesien die versterkergebied egter ver van die promotor kan wees, moet die DNA buig om die proteïene by die twee plekke in aanraking te laat kom. DNA-buigproteïene help om die DNA te buig en die versterker- en promotorstreke bymekaar te bring ((Figuur)). Hierdie vormverandering maak voorsiening vir die interaksie van die spesifieke aktiveerderproteïene wat aan die versterkers gebind is met die algemene transkripsiefaktore wat aan die promotorstreek en die RNA-polimerase gebind is.


Skakel gene af: transkripsionele onderdrukkers

Soos prokariotiese selle, het eukariotiese selle ook meganismes om transkripsie te voorkom. Transkripsionele onderdrukkers kan aan promotor- of versterkerstreke bind en transkripsie blokkeer. Soos die transkripsionele aktiveerders, reageer onderdrukkers op eksterne stimuli om die binding van aktiverende transkripsiefaktore te voorkom.

Afdeling Opsomming

Om transkripsie te begin, moet algemene transkripsiefaktore, soos TFIID, TFIIB, en ander, eers aan die TATA-boks bind en RNA-polimerase na daardie plek werf. Bykomende transkripsiefaktore kan ook aan ander regulatoriese elemente by die promotor bind om transkripsie te verhoog of te voorkom. Benewens promotorvolgordes, help versterkerstreke om transkripsie te versterk. Versterkers kan stroomop, stroomaf, binne 'n geen self, of op ander chromosome wees. Spesifieke transkripsiefaktore gebind aan versterkerstreke kan transkripsie óf verhoog óf voorkom.

Gratis reaksie

'n Mutasie binne die promotorstreek kan transkripsie van 'n geen verander. Beskryf hoe dit kan gebeur.

'n Mutasie in die promotorstreek kan die bindingsplek verander vir 'n transkripsiefaktor wat normaalweg bind om transkripsie te verhoog. Die mutasie kan óf die vermoë van die transkripsiefaktor om te bind verminder, en sodoende transkripsie verminder, óf dit kan die vermoë van die transkripsiefaktor om te bind verhoog, en sodoende transkripsie verhoog.

Wat kan gebeur as 'n sel te veel van 'n aktiverende transkripsiefaktor teenwoordig het?

As te veel van 'n aktiverende transkripsiefaktor teenwoordig was, sou transkripsie in die sel verhoog word. Dit kan lei tot dramatiese veranderinge in selfunksie.

'n Wetenskaplike identifiseer 'n potensiële transkripsiereguleringsplek 300bp stroomaf van 'n geen en veronderstel dat dit 'n onderdrukker is. Watter eksperiment (met resultate) kon hy uitvoer om hierdie hipotese te ondersteun?

Die maklikste manier om sy hipotese te toets, sal wees om die plek in 'n sel te muteer en vlakke van die mRNA-transkripsie wat van die geen gemaak word, te monitor. As die vlakke van transkripsie in die gemuteerde sel toeneem, dan het die terrein transkripsie onderdruk.

Woordelys


Abstrak

Sellulêre ontwikkeling, morfologie en funksie word beheer deur presiese patrone van geenuitdrukking. Dit word gevestig deur die gekoördineerde werking van genomiese regulatoriese elemente bekend as versterkers of cis-regulatoriese modules. Meer as 30 jaar na die aanvanklike ontdekking van versterkers, is baie van hul eienskappe toegelig, maar ten spyte van groot pogings, het ons slegs 'n onvolledige beeld van versterkers in dieregenome. In hierdie oorsig bespreek ons ​​hoe eienskappe van versterkervolgordes en chromatien gebruik word om versterkers in genoomwye studies te voorspel. Ons dek ook onlangs ontwikkelde hoë-deursetmetodes wat die direkte toetsing en identifikasie van versterkers op grond van hul aktiwiteit moontlik maak. Laastens bespreek ons ​​onlangse tegnologiese vooruitgang en huidige uitdagings op die gebied van regulatoriese genomika.


Gene word georganiseer om die beheer van geenuitdrukking makliker te maak. Die promotorgebied is onmiddellik stroomop van die koderende volgorde. Hierdie gebied kan kort (slegs 'n paar nukleotiede lank) of redelik lank (honderde nukleotiede lank) wees. Hoe langer die promotor, hoe meer beskikbare spasie vir proteïene om te bind. Dit voeg ook meer beheer by die transkripsieproses. Die lengte van die promotor is geen-spesifiek en kan dramaties verskil tussen gene. Gevolglik kan die vlak van beheer van geenuitdrukking ook redelik dramaties tussen gene verskil. Die doel van die promotor is om transkripsiefaktore te bind wat die aanvang van transkripsie beheer.

Binne die promotorstreek, net stroomop van die transkripsionele beginplek, is die TATA-boks. Hierdie boks is bloot 'n herhaling van timien en adenien dinukleotiede (letterlik, TATA herhalings). RNA-polimerase bind aan die transkripsie-inisiasiekompleks, wat transkripsie moontlik maak. Om transkripsie te begin, is 'n transkripsiefaktor (TFIID) die eerste wat aan die TATA-boks bind. Binding van TFIID werf ander transkripsiefaktore, insluitend TFIIB, TFIIE, TFIIF en TFIIH na die TATA-boks. Sodra hierdie kompleks saamgestel is, kan RNA-polimerase aan sy stroomopvolgorde bind. Wanneer dit saam met die transkripsiefaktore gebind word, word RNA-polimerase gefosforileer. This releases part of the protein from the DNA to activate the transcription initiation complex and places RNA polymerase in the correct orientation to begin transcription DNA-bending protein brings the enhancer, which can be quite a distance from the gene, in contact with transcription factors and mediator proteins (Figure).

An enhancer is a DNA sequence that promotes transcription. Each enhancer is made up of short DNA sequences called distal control elements. Activators bound to the distal control elements interact with mediator proteins and transcription factors. Two different genes may have the same promoter but different distal control elements, enabling differential gene expression.

In addition to the general transcription factors, other transcription factors can bind to the promoter to regulate gene transcription. These transcription factors bind to the promoters of a specific set of genes. They are not general transcription factors that bind to every promoter complex, but are recruited to a specific sequence on the promoter of a specific gene. There are hundreds of transcription factors in a cell that each bind specifically to a particular DNA sequence motif. When transcription factors bind to the promoter just upstream of the encoded gene, it is referred to as a cis-acting element , because it is on the same chromosome just next to the gene. The region that a particular transcription factor binds to is called the transcription factor binding site . Transcription factors respond to environmental stimuli that cause the proteins to find their binding sites and initiate transcription of the gene that is needed.


Enhancers, repressors, and promoters.

In this month's episode, we're going to revisit a topic that most--possibly even all--readers were exposed to in some far distant undergraduate course, but possibly not in much depth or with its significance to human genetic diseases made very clear outside of a few special cases. Here's a quick test: consider the question, "Are mutations in or directly adjacent to coding regions of genes the only ones likely to lead to disease states?" If your immediate reaction is to answer this with a "Yes," this article is for you. (If you answered "No," you might want to read on anyway and see if your logic is right!)

Let's go back to some very basic molecular biology. The genome contains genes, which are regions of DNA which get transcribed to RNA in some cases this RNA is itself directly functional (things like tRNAs or the 18S component of the ribosome, for instance) but in most cases, the RNA is an mRNA, carrying a protein coding sequence which is translated by the ribosomal machinery into a covalently attached series of amino acids--a protein--which by nature of the varied side chain chemistries and their electrostatic, hydrogen bond, and hydrophobic interactions folds up to a thermodynamic energy minima state to create a functional enzyme or structural protein. Mutations--changes to the underlying DNA sequence--within any of this coding region are statistically likely to cause unwanted changes of function in the final protein product, although "likely" there is a reminder that such mutations can be silent (meaning not causing a protein sequence change), or not harmful (causing a change which doesn't have significant impact), or even possibly advantageous, yielding a biologically more fit product.

What that compressed summary of about two years' worth of undergrad biology courses omits, is that these genes in ones DNA don't just magically transcribe to RNA on their own. Bearing in mind that only a small fraction of the human genome carries actual genes as defined above, there exist other DNA sequence elements whose sole role is to mark where genes are, and to control their level of expression (transcription to RNA). There are three particularly significant types of these control elements, called promoters, enhancers, and repressors and as we'll see below, mutations in any of these can have effects as serious (or worse) than mutations in coding sequences.

Promoters: the proximal gatekeeper for a gene

Promoters are relatively short sequences (roughly 100 to 1,000 base pairs in length) always found directly upstream (5', with respect to the DNA coding strand) of the gene they control ("drive," in usual parlance). These sequences contain elements which recruit in RNA polymerases responsible for transcribing the gene. Very simplistically, if a particular defined promoter sequence in a particular cell type and setting is maximally efficient at recruiting RNA polymerase--let's call that 100 percent activity--then variations in the sequence can occur which reduce this activity (less RNA is made per unit time). Some changes are more disruptive than others, and in combinations it's not hard to envision how variations from a "best" promoter sequence can lead to potential for a smooth range of basal expression rates, from sub 1 percent to full 100 percent expression. That's a great thing from a cell's standpoint, because it allows different genes to have their expression levels tailored to the steady state amount of gene product needed.

Adding (literally) a layer of complexity here is that promoters don't directly bind RNA polymerase. Instead, they contain shorter sub-sequences, which are recognized as binding sites for a class of proteins known as transcription factors (TFs) there are a great many of these, each with their own preferred DNA sequence binding site (usually short, 10-20 base pairs) and their own level of ability to recruit in RNA polymerase. Many also have, either directly or indirectly, allosteric (secondary) binding sites where ligands such as metabolites or hormones can bind and influence the transcription factor's level of activity. In fact, it's the complex interaction of all these different transcription factors and their modulating ligands which is at the core of how different cell types are defined, and a hepatocyte behaves differently than an epithelial cell despite both having the same DNA--they're "receiving different signals"--which control their relative expression levels of various genes.

It is easy to grasp then how a mutation within a promoter, changing a TF binding site, can lead to problems not through a change in the function of the mature gene product, but through variation in expression level of the product. Undesirable either up or down regulation of a gene can have serious consequences and if it's unfortunate enough to happen in a gene which in turn controls the expression or activity of other genes, a whole set of genes can have their levels altered by a single nucleotide change. In almost all cases, that's not for the best and such a change results in a disease state.

The reader will recall that we started this section by stating that a promoter is always directly upstream of a gene. The spacing between the promoter and the transcriptional start site (where first RNA nucleotide will be laid down in a nascent transcript) is also important, so insertion or deletion mutations--even ones which don't directly change any specific TF binding sites--can impact the gene expression level. An example of this immediately familiar to all readers would be Huntington's Disease. Here, an unstable genetic element lies between the promoter and the transcriptional start site. Normally the spacing is acceptable and sufficient levels of the Huntington gene mRNA are transcribed however during cell replication the unstable element can have additional DNA inserted, moving the promoter away from the start of the gene. As this happens, the promoter is less efficient at driving transcription and transcript levels fall. If the insertion is small and drop in expression is low, overt disease does not occur but it's considered a "carrier" state, where further expansion will drop gene expression below levels required for normal function, and disease pathology results. (Carrier in this sense is not strictly identical to the meaning in Mendelian genetics, thus the quotation marks.)

The bottom line is that for every gene, not only is the coding section sequence important for proper function, but there's always an adjacent promoter region which is susceptible to mutations which can have serious clinical repercussions. A gene might have a perfect wild type coding sequence and yet not function as needed.

The good news about promoters is that we know where to find them. In fact, by sequencing and examining large numbers of them in various contexts, and identifying the various TPs that bind their binding sites and their ligands, we understand, can find, and in the right context, even manipulate promoters at will to do things such as create tissue specific gene expression.

Enhancers and repressors however are more challenging. These are DNA sequence elements which can also modulate gene expression levels (upwards for enhancers, and downwards for repressors, as one might guess). Like promoters, they are short (50-1,000) base pair elements, and within this element will carry binding sites (often, as repeated copies) for proteins which can influence transcription rates at nearby genes. Nearby is an intentionally vague term though, as it can range up to 1 million base pairs away from the gene it influences, and they can be either upstream or downstream--that is, 5' or 3'--to the gene. They are at least restricted to action in cis or in other words, on the same contiguous chromosome as the gene, but identifying them in relationship to a particular gene can be challenging. Considering the case of a hypothetical enhancer sequence, finding unexpectedly low expression levels of an otherwise intact gene with apparently normal promoter sequence would be first clue that enhancer sequences might be involved. If a number of such cases could be found and genomic region flanking the impacted gene can be sequenced, identification of any areas of genetic change from wild type in common among these cases would be a place to look for enhancer elements. Damage (sequence alteration or deletion) of these would be expected to reduce gene expression. The mirror image of this in a sense is a repressor, which shares the same characteristics but which in its normal state reduces expression of the gene. Mutations at a repressor site then cause an undesirable upregulation in gene expression.

How do enhancers and repressors work across such large distances--and perhaps more interestingly, how is it that they're specific? That is, an enhancer or repressor will usually act on a particular distal gene, yet other genes near the one influenced may not be influenced. The answer to this is perhaps somewhat disappointing, as there's nothing amazing the answer is, because the enhancer or repressor is not, spatially, far away from the gene it regulates. In other words, enhancers and repressors are able to work on sequentially distal targets due to chromatin organization. By wrapping and compacting chromosomes to fit inside a cell nucleus, distant sequence elements can be placed physically adjacent to one another such that a protein binding one sequence element is directly touching and influencing another. The astute reader will note however that in order for this to work reliably, the gene packing and organization must occur reproducibly such that the two chromosome sections can be relied upon to be in proximity. An even more astute reader might further guess that if chromosome organization and packing changes in a reliable fashion during steps of the cell cycle, one might envision enhancers or repressors which can only exert influence at specific times.

The take home message from all of the above is that no, it's not just the coding sequence of any given gene which can mutate and influence biological function of the gene. This has possible implications for the relative information carried by whole genome sequencing vs whole exome sequencing projects--but that's a topic for another month,

John Brunstein, PhD, is a member of the MLO Editorial Advisory Board. He serves as President and Chief Science Officer for British Columbia-based PathoID, Inc., which provides consulting for development and validation of molecular assays.


Gratis reaksie

A mutation within the promoter region can alter transcription of a gene. Describe how this can happen.

'n Mutasie in die promotorstreek kan die bindingsplek verander vir 'n transkripsiefaktor wat normaalweg bind om transkripsie te verhoog. Die mutasie kan óf die vermoë van die transkripsiefaktor om te bind verminder, en sodoende transkripsie verminder, óf dit kan die vermoë van die transkripsiefaktor om te bind verhoog, en sodoende transkripsie verhoog.

What could happen if a cell had too much of an activating transcription factor present?

As te veel van 'n aktiverende transkripsiefaktor teenwoordig was, sou transkripsie in die sel verhoog word. Dit kan lei tot dramatiese veranderinge in selfunksie.