Element transregulacyjny
Elementy transregulatorowe (TRE) to sekwencje DNA kodujące regulatory upstream (tj. czynniki działające w trans ), które mogą modyfikować lub regulować ekspresję odległych genów. Czynniki działające w układzie trans wchodzą w interakcję z elementami regulatorowymi cis w celu regulacji ekspresji genów. TRE pośredniczy w profilach ekspresji dużej liczby genów poprzez czynniki działające w trans. Chociaż mutacje TRE wpływają na ekspresję genów, jest to również jeden z głównych czynników napędzających ewolucyjne rozbieżności w ekspresji genów.
Elementy trans kontra elementy cis
Elementy transregulacyjne działają poprzez interakcję międzycząsteczkową między dwiema różnymi cząsteczkami, dlatego mówi się, że „ działają w trans ”. Na przykład (1) transkrybowane i tłumaczone białko czynnika transkrypcyjnego pochodzące z elementu trans-regulatorowego; oraz (2) element regulatorowy DNA , który sąsiaduje z regulowanym genem. Kontrastuje to z elementami cis-regulatorowymi , które działają wewnątrzcząsteczkowo interakcja między różnymi częściami tej samej cząsteczki: (1) gen; oraz (2) sąsiadujący element regulatorowy dla tego genu w tej samej cząsteczce DNA. Dodatkowo każdy element trans-regulatorowy wpływa na dużą liczbę genów na obu allelach, podczas gdy element cis-regulatorowy jest specyficzny dla allelu i kontroluje tylko geny znajdujące się w pobliżu.
Sekwencje eksonowe i promotorowe genów są znacznie bardziej konserwatywne niż geny w elementach cis- i trans-regulatorowych. W związku z tym mają wyższą odporność na rozbieżności genetyczne, ale zachowują swoją podatność na mutacje w regulatorach znajdujących się powyżej. Podkreśla to znaczenie dywergencji genetycznej w obrębie gatunku ze względu na warianty cis- i trans-regulatorowe.
Elementy trans- i cis-regulatorowe szybko współewoluowały na dużą skalę, aby utrzymać ekspresję genów. Często działają w przeciwnych kierunkach, jedna regulacja w górę, a druga regulacja w dół, aby zrekompensować ich wpływ na gen egzoniczny i promotorowy, na który działają. Inne modele ewolucyjne, takie jak niezależna ewolucja elementów trans- lub cis-regulacyjnych, zostały uznane za niezgodne w systemach regulacyjnych. Sugerowano, że koewolucja dwóch elementów regulatorowych wynika z tej samej linii.
TRE jest bardziej ograniczeniem ewolucyjnym niż elementem cis-regulatorowym, co sugeruje hipotezę, że mutacje TRE są korygowane przez mutacje CRE w celu utrzymania stabilności ekspresji genów. Ma to sens biologiczny ze względu na wpływ TRE na szeroki zakres genów i kompensacyjny wpływ CRE na określone geny. Po mutacji TRE nagromadzenie mutacji CRE działa w celu precyzyjnego dostrojenia efektu mutacji.
Przykłady
Czynniki działające w układzie trans można podzielić na kategorie według ich interakcji z regulowanymi genami, elementami genów działającymi w układzie cis lub produktami genów.
Wiązanie DNA
Wiążące DNA czynniki trans-działające regulują ekspresję genów poprzez zakłócanie samego genu lub elementów genu działających w układzie cis, co prowadzi do zmian w aktywności transkrypcyjnej. Może to być bezpośrednia inicjacja transkrypcji, promocja lub represja aktywności białek transkrypcyjnych.
Konkretne przykłady obejmują:
edycja DNA
Białka edytujące DNA edytują i trwale zmieniają sekwencję genów, a następnie ekspresję genów w komórce. Wszystkie potomstwo komórki odziedziczy zmodyfikowaną sekwencję genu. Białka edytujące DNA często biorą udział w systemie odpowiedzi immunologicznej zarówno prokariotów, jak i eukariontów, zapewniając dużą zmienność ekspresji genów w adaptacji do różnych patogenów.
Konkretne przykłady obejmują:
przetwarzanie mRNA
Przetwarzanie mRNA działa jako forma regulacji potranskrypcyjnej, co ma miejsce głównie u eukariontów. Rozszczepienie 3 '/poliadenylacja i czapeczka 5' zwiększają ogólną stabilność RNA, a obecność czapeczki 5' umożliwia wiązanie rybosomu w celu translacji. Splicing RNA umożliwia ekspresję różnych wariantów białek z tego samego genu.
Konkretne przykłady obejmują:
wiązanie mRNA
Wiązanie mRNA umożliwia represję translacji białek poprzez bezpośrednie blokowanie, degradację lub cięcie mRNA. Pewne mechanizmy wiązania mRNA mają wysoką specyficzność, co może działać jako forma wewnętrznej odpowiedzi immunologicznej podczas niektórych infekcji wirusowych. Niektóre segmentowane wirusy RNA mogą również regulować ekspresję genów wirusowych poprzez wiązanie RNA innego segmentu genomu, jednak szczegóły tego mechanizmu są nadal niejasne.
Konkretne przykłady obejmują:
Zobacz też