Gen regulatorowy

Szlak regulacyjny genów

Gen regulatorowy , regulatorowy lub gen regulatorowy to gen zaangażowany w kontrolowanie ekspresji jednego lub większej liczby innych genów. Sekwencje regulatorowe , które kodują geny regulatorowe, często znajdują się na pięciu głównych końcach (5') miejsca startu transkrypcji genu, który regulują. Ponadto sekwencje te można również znaleźć na trzech głównych końcach (3') miejsca startu transkrypcji . W obu przypadkach, niezależnie od tego, czy sekwencja regulatorowa występuje przed (5'), czy po (3') genie, który reguluje, sekwencja jest często oddalona o wiele kilozasad od miejsca startu transkrypcji. Gen regulatorowy może kodować białko lub działać na poziomie RNA , jak w przypadku genów kodujących mikroRNA . Przykładem genu regulatorowego jest gen kodujący represorowe , które hamuje aktywność operatora ( gen, który wiąże białka represorowe, hamując w ten sposób translację RNA do białka przez polimerazę RNA ).

U prokariotów geny regulatorowe często kodują białka represorowe . Białka represorowe wiążą się z operatorami lub promotorami , zapobiegając transkrypcji RNA przez polimerazę RNA. Zwykle ulegają one ciągłej ekspresji, więc komórka zawsze ma pod ręką zapas cząsteczek represorowych. Induktory powodują, że białka represorowe zmieniają kształt lub w inny sposób stają się niezdolne do wiązania DNA , umożliwiając polimerazie RNA kontynuację transkrypcji. Geny regulatorowe mogą znajdować się w operonie , w sąsiedztwie lub daleko od niego.

Inne geny regulatorowe kodują białka aktywujące . Aktywator wiąże się z miejscem na cząsteczce DNA i powoduje wzrost transkrypcji pobliskiego genu. U prokariotów dobrze znanym białkiem aktywatorowym jest białko aktywatora katabolitu (CAP), zaangażowane w pozytywną kontrolę operonu lac .

W regulacji ekspresji genów , badanej w ewolucyjnej biologii rozwoju (evo-devo), ważną rolę odgrywają zarówno aktywatory, jak i represory.

Geny regulatorowe można również opisać jako regulatory dodatnie lub ujemne, w zależności od warunków środowiskowych otaczających komórkę. Pozytywne regulatory to elementy regulacyjne, które umożliwiają wiązanie polimerazy RNA z regionem promotora, umożliwiając w ten sposób zajście transkrypcji. Jeśli chodzi o operon lac, regulatorem dodatnim byłby kompleks CRP-cAMP, który musi być związany blisko miejsca startu transkrypcji genów lac. Wiązanie tego pozytywnego regulatora umożliwia polimerazie RNA skuteczne wiązanie się z promotorem sekwencji genu lac, który przyspiesza transkrypcję genów lac; lac Z , lac Y , i lak A. Negatywne regulatory to elementy regulatorowe, które utrudniają wiązanie polimerazy RNA z regionem promotora, hamując w ten sposób transkrypcję. Jeśli chodzi o operon lac, negatywnym regulatorem byłby represor lac, który wiąże się z promotorem w tym samym miejscu, w którym normalnie wiąże się polimeraza RNA. Wiązanie represora lac z miejscem wiązania polimerazy RNA hamuje transkrypcję genów lac. Tylko wtedy, gdy korepresor jest związany z represorem lac, miejsce wiązania będzie wolne dla polimerazy RNA do przeprowadzenia transkrypcji genów lac.

Elementy regulatorowe genów

Promotory znajdują się na początku genu i służą jako miejsce, w którym gromadzi się mechanizm transkrypcji i rozpoczyna się transkrypcja genu. Wzmacniacze włączają promotorów w określonych miejscach, czasie i na określonych poziomach i można je po prostu zdefiniować jako „promotorzy promotora”. Uważa się, że tłumiki wyłączają ekspresję genów w określonych punktach czasowych i lokalizacjach. Izolatory, zwane także elementami brzegowymi, to sekwencje DNA, które tworzą cis-regulatory granice, które zapobiegają wpływowi elementów regulatorowych jednego genu na sąsiednie geny. Ogólnym dogmatem jest to, że te elementy regulacyjne są aktywowane przez wiązanie czynników transkrypcyjnych , białek, które wiążą się z określonymi sekwencjami DNA i kontrolują transkrypcję mRNA . Może istnieć kilka czynników transkrypcyjnych, które muszą związać się z jednym elementem regulatorowym, aby go aktywować. Ponadto kilka innych białek, zwanych kofaktorami transkrypcyjnymi, wiąże się z samymi czynnikami transkrypcyjnymi, aby kontrolować transkrypcję.

Negatywne regulatory

Negatywne regulatory działają, aby zapobiec transkrypcji lub translacji. Przykłady, takie jak cFLIP , hamują mechanizmy śmierci komórkowej prowadzące do zaburzeń patologicznych, takich jak rak , a tym samym odgrywają kluczową rolę w lekooporności . Omijanie takich aktorów jest wyzwaniem w terapii onkologicznej . Negatywne regulatory śmierci komórek w raku obejmują cFLIP , rodzinę Bcl ₂ , surwiwinę , HSP , IAP , NF-κB , Akt , mTOR i FADD .

Wykrycie

Istnieje kilka różnych technik wykrywania genów regulatorowych, ale spośród wielu jest kilka, które są używane częściej niż inne. Jeden z tych wybranych nazywa się ChIP-chip. ChIP-chip to technika in vivo stosowana do określania genomowych miejsc wiązania czynników transkrypcyjnych w regulatorach odpowiedzi układu dwuskładnikowego. Test oparty na mikromacierzy in vitro (DAP-chip) można wykorzystać do określenia docelowych genów i funkcji dwuskładnikowych systemów transdukcji sygnału . Ten test wykorzystuje fakt, że regulatory odpowiedzi mogą być fosforylowane, a tym samym aktywowane in vitro przy użyciu dawców małych cząsteczek, takich jak fosforan acetylu .

Ślad filogenetyczny

Ślad filogenetyczny to technika, która wykorzystuje wiele dopasowań sekwencji w celu określenia lokalizacji konserwowanych sekwencji, takich jak elementy regulatorowe. Wraz z dopasowaniem wielu sekwencji, filogenetyczny ślad stopy wymaga również statystycznych wskaźników konserwatywnych i niezakonserwowanych sekwencji. Korzystając z informacji dostarczonych przez wiele dopasowań sekwencji i wskaźników statystycznych, można zidentyfikować najlepiej zachowane motywy w interesujących regionach ortologicznych .

Linki zewnętrzne