Promotor (biologie)
În biologie, un promotor este o regiune a ADN - ului alcătuită din secvențe specifice numite consens, de care se leagă ARN polimeraza pentru a iniția transcrierea unei gene sau a mai multor gene ( operon ).
Structura promotorilor
Promotorii, compuși din ADN dublu catenar , se găsesc în general în amonte de gena a cărei transcriere încep și au o lungime de aproximativ 200 pb ; ARN polimeraza recunoaște ADN-ul cu catenă dublă și se leagă de acesta, deși doar o singură helix va fi folosită ca șablon pentru transcripție. Cei mai eficienți promotori sunt numiți promotori puternici , unde prin forța unui promotor ne referim la numărul de transcrieri pe care le poate începe într-un anumit timp. Promotorii constau din secvențe de nucleotide de baze intercalate cu secvențe scurte care funcționează ca module de control pentru exprimarea genelor . Tocmai aceste module caracterizează promotorii: există cele constitutive, ale căror elemente de control se pot lega omniprezent de diferiți factori de transcripție ( gene de menaj ) și de cei care răspund la factori specifici care le reglează expresia genică. Promotorii tuturor genelor care codifică proteinele au fost analizați prin compararea secvențelor ADN din amonte de mai multe gene structurale și verificarea prezenței regiunilor cu secvențe similare. Rezultatele acestor tipuri de experimente indică faptul că promotorii genelor care codifică proteinele conțin elemente promotor bazal și elemente promotor proximal.
Tipuri de promotori
Promotorii sunt divizibili în constitutivi și inductibili. Promotorii constitutivi sunt adesea asociați cu regiuni "amplificatoare", care sunt capabile să crească activitatea transcripțională de 10 până la 200 de ori, comparativ cu transcrierea în absența acestei secvențe. Amplificatorul constă dintr-o serie de module pentru asocierea cu proteine specifice care îl fac foarte asemănător în structură cu un promotor. Ele se găsesc adesea într-o regiune foarte departe de promotorul genei cu care sunt asociate. Unii amelioratori virali sunt specifici pentru o anumită gazdă, în timp ce alții (SV40, LTR de RSV și CMV) sunt activi în diferite tipuri de celule din diferite specii. Ele sunt factorii determinanți temporali și spațiali ai expresiei genelor. Exemple de promotori constitutivi sunt: promotorul genelor SV40 timpurii; principalul promotor al genelor din regiunea târzie a adenovirusului; promotorul Raus Sarcoma Virus (RSV); promotorul imediat al genelor precoce ale citomegalovirusului (CMV). Promotorii inductibili la mamifere sunt sub controlul unor potențatori specifici care, după stimuli care sunt factori de transcripție specifici, sunt activați. Acești promotori sunt puternic exploatați în ingineria genetică, atunci când este necesar să se controleze nivelul de expresie al genelor exogene. Pentru a utiliza promotori inductibili, este necesar un studiu amănunțit al sistemului care trebuie utilizat. De fapt, elementul inductor ar putea acționa nu numai asupra promotorului genei care urmează să fie exprimată, ci și în altă parte, generând răspunsuri generale care sunt adesea avantajoase. Un exemplu de promotor inductibil este cel al β-interferonului, care este indus în fibroblaste de o infecție virală și nu este funcțional în toate tipurile de celule. Pentru a-l adapta la diferite tipuri de celule este necesar să se pre-trateze celulele cu interferon, pentru a induce sinteza proteinei care recunoaște amplificatorul specific. Un alt exemplu de promotor inductibil este cel al metalotioninelor, care conțin mai multe elemente MRE (elemente metalice regulatoare), care răspund la metalele grele, cum ar fi cadmiul și zincul. Inserarea mai multor copii ale acestor elemente în amonte de promotorul genetic poate duce la o inducție dependentă de Zn a genei clonate. Alți promotori inductibili sunt, de exemplu: cel al proteinei Heat-Shock, activat în urma unui stres; care poate fi indus de glucocorticoizi, în care este complexul receptor-hormon care se translocează în nucleu și acționează direct ca factor de transcripție; care depinde de expresia antibioticului tetraciclină, care reprezintă un sistem de control al expresiei genelor bacteriene, transportat și în eucariote.
ARN polimeraza în eucariote
Trei ARN polimeraze sunt prezente în nucleul eucariotelor : fiecare dintre aceste enzime recunoaște un promotor asociat cu o anumită clasă de gene.
- ARN polimeraza I: sintetizează toate ARNr, cu excepția 5S, care este codificat în alte regiuni ale genomului
- ARN polimeraza II: sintetizează toți ARNm care, datorită aparatului ribozomal, vor fi traduse în proteine în citoplasmă, sintetizează pentru ARN-uri nucleare mici ( snARN ), adică ARN-uri mici asociate cu proteine vor forma snRNP (ribonucleoproteină nucleară mică) ) implicat în procesul de splicing și pentru ARN-urile nucleolare mici ( snoRNA-uri ). Mai mult, ARN polimeraza II sintetizează anumite tipuri de ARN, numite miARN , care sunt fundamentale pentru controlul traducerii în eucariote.
- ARN polimeraza III: sintetizează 5S rARN, U5 snARN și în final tARN ; acestea din urmă transportă aminoacidul specific care va fi inserat în lanțul polipeptidic prin recunoașterea codon-anticodon.
Motivul pentru această specificitate constă în faptul că fiecare tip de ARN polimerază recunoaște numai acei promotori care pot fi urmăriți într-o anumită clasă de gene.
Promotori eucariote și procariote
În eucariote, un singur promotor controlează în general expresia unei singure gene; de fapt, vorbim de ARNm monocistronici. Dimpotrivă, la procariote același promotor controlează expresia mai multor gene care codifică proteinele funcționale, cum ar fi operonul lac în care același promotor permite transcrierea genelor care codifică enzimele (ß-galactozidaza, transacetilaza și lactozele permeaze ) care permit bacteriilor să metabolizeze lactoza. Prin urmare, în Procariote vorbim despre ARNm policistronic. Mai mult, în procariote recunoașterea promotorului este mediată de holoenzimă, un complex format din ARN polimerază (nucleu) și factorii σ care permit identificarea promotorilor specifici. De exemplu, în E. coli, în condiții fiziologice, factorul σ70 este mai exprimat, ceea ce permite transcrierea genelor de menaj (constitutive). În condiții de stres, pe de altă parte, în celulă se exprimă factori alternativi σ care permit celulei să supraviețuiască condițiilor adverse. În timpul șocului termic, de exemplu, nivelurile de expresie ale factorului σ32 care este asociat cu ARN polimeraza cresc, legând astfel promotori specifici pentru exprimarea proteinelor necesare supraviețuirii.
Secvența de consimțământ
Secvența consens reprezintă cea mai bună succesiune de baze recunoscute de ARN polimeraza pentru a se lega de șablon și a iniția transcrierea. În procariote promotorul este format din trei părți:
- un site de inițiere (aproape întotdeauna o purină)
- o secvență situată la -10 (față de locul de început al transcrierii indicat cu +1), formată din șase perechi de baze (cu funcții analoage casetei TATA eucariote și secvenței TATAAT)
- o secvență la -35 (din nou în ceea ce privește site-ul de început al transcrierii) conținând șase perechi de baze cu secvența TTGACA.
Elementele -10 și -35 sunt separate de un fragment nespecific format din 17-19 nucleotide. Prin compararea diferiților promotori, este posibil să se deducă o secvență consens, care reprezintă cele mai frecvente regiuni -10 și -35, separate de distanțierul optim sau de 17 perechi de baze. Puțini promotori prezintă această secvență exactă, chiar dacă majoritatea sunt diferite doar pentru câteva nucleotide.
3'-XXXXXXXPPPPXXXXXXPPPPPXXXXGGGGGGGGGGGGGGGGGGGGGGGGGGGGGGGGGGGGGGGGGGGGGGGGGGGXXXXX-5 '
-35 -10 genă care trebuie transcrisă
Cele mai frecvent recunoscute nucleotide care determină secvența consens:
Secvență -10 TATAAT 77% 76% 60% 61% 56% 82%
Secvență -35 TTGACA 69% 79% 61% 56% 54% 54%
În eucariote, fiecare ARN polimerază are propriul său promotor.
Promotorul ARN polimerazei I este compus din două secvențe:
Nucleul promotorului : se extinde de la -45 la +20 și este bogat în GC, cu excepția unei secvențe bogate în AT aproape de început; de acesta se leagă un factor format din 4 proteine, inclusiv TBP. De unul singur este suficient să se garanteze începutul transcrierii.
Element promotor în amonte : se extinde de la -180 la -107 și este bogat în GC. Proteina UBF se leagă de ea.
Promotorul ARN polimerazei II este format din:
Nucleul promotorului : constând dintr-o serie de secvențe care acționează în cis necesare pentru inițierea transcrierii. Acesta leagă factorii de transcripție bazali sau generali (TFII) și este alcătuit în esență din cinci elemente:
- BRE (Element de recunoaștere TFIIB): element recunoscut de TFIIB și este situat la aproximativ -35
- Cutie TATA: site de legare pentru proteina TBP capabilă să promoveze inițierea transcripției de la sine in vitro și este situat la -25
- Secvența inițiatorului (INR): prezentă pe site-ul de început al transcrierii și împreună cu caseta TATA produce un efect sinergic
- MTE (Motif Ten Element): funcționează numai dacă este prezent și INR; poate funcționa chiar și în absența cutiei TATA sau DPE și dacă este prezentă cu cutia TATA sau DPE există un efect sinergic
- DPE (Downstream Promoter Element): situat la +30; prezent în promotori fără caseta TATA și funcționează numai dacă este prezent și INR
Elemente de reglare proximale pentru a determina când și cât de des este exprimată o genă. Acestea sunt plasate între -50 și -200 în ceea ce privește site-ul de început al transcrierii
- Cutie GC: tipică geniilor de menaj și funcționează ca intensificator
- Cutie CAAT: setată la -75 și funcționează ca intensificator
- Element de răspuns CRE la cAMP
Promotorul ARN polimerazei III poate fi de trei tipuri diferite:
- Tipul 1: se găsește în gene pentru ARN ribozomal 5S și are două elemente de control în aval de punctul de pornire al transcrierii numit boxA și boxC
- Tipul 2: prezent în genele ARNt și conține două elemente de control numite caseta A și caseta B în aval de punctul de pornire al transcrierii
- Tipul 3: prezent în genele snRNA și constă din trei elemente conservate numite Oct, PSE și TATA în amonte de punctul de pornire al transcrierii
Promotor alternativ
Unele gene au promotori alternativi, adică situsuri de legare a ARN polimerazei pe aceeași genă care este opțională față de cea principală. Ele dau naștere la diferite versiuni ale transcrierii pornind de la aceeași genă și permit obținerea unei molecule de ARN care diferă la capătul 5 'de cea referitoare la promotorul principal. Promotorii alternativi sunt prezenți în 23% gene umane (în medie 10-20%) și pornind de la un prim amplificator , care poate avea părți alternative, permit unei singure celule să sintetizeze proteine similare cu caracteristici biochimice ușor diferite.
Defectele în funcționarea promotorilor alternativi pot provoca boli genetice grave. Un exemplu semnificativ este „distrofia musculară Duchenne”, datorită mutației genei distrofinei , care guvernează producția de proteine omonime, o componentă fundamentală a structurii fibrelor musculare scheletice și cardiace.
Analiza promotorului: gene reporter
Există mai multe metode pentru studiul promotorilor, cum ar fi: utilizarea genelor reporter, analiza prin ștergere și mutageneza prin scanare prin linker. Sistemele genei reporter sunt utilizate pentru studiul regiunilor promotor sau amplificator și interacțiunea lor cu elementele trans-reglatoare. Activitatea promotorului și rolul funcțional al elementelor de control prezente sunt evaluate prin donarea regiunii în amonte de gena raportor, care este în general conținută într-o plasmidă de expresie. Acestea, după recombinare, sunt introduse în liniile celulare în care este apoi evaluată concentrația proteinei raportoare produse sau activitatea enzimatică a acesteia. Genele raportoare codifică proteinele cu activitate enzimatică specifică, care răspund diferitelor caracteristici: trebuie să fie absentă la speciile examinate și ușor de distins de orice activitate enzimatică similară din celulă; nu trebuie să dea concurență sau interferență cu alte activități enzimatice celulare; în plus, eseul trebuie să fie simplu, rapid și reproductibil. În testele celulelor eucariote, cele mai utilizate gene raportoare sunt cele care codifică enzimele bacteriene: CAT (cloramfenicol acetil-transferaza), în care există o reacție de transfer a grupelor acetil de la acetilCoA la cloramfenicol, inactivând-o, adică -cloramfenicol acetilat.este mai capabil să lege situl peptidic al ribozomilor. Analiza efectuată este o cromatografie în strat subțire; β-galactozidaza care catalizează hidroliza lactozei în glucoză și galactoză și pe măsură ce transgalactozidaza transformă lactoza în alolactoză. se folosesc substraturi cromogene sau ferogene; LUC (luciferaza) care este o enzimă derivată din licurici care catalizează o reacție care produce bioluminescență. Lumina emisă poate fi măsurată cu un luminometru, GFP (Green Fluorescent Protein), care este o proteină verde izolată din meduza Aequorea victoria, capabilă să emită fluorescență verde la iradiere cu lumină UV sau albastră. Cromoforul format este un produs post-translațional al genei. Prin urmare, dacă gena pentru GFP este introdusă într-un vector de expresie, proteina exprimată în gazdă nu necesită prezența anumitor cofactori pentru a manifesta fluorescența; GUS (β-glucuronidază).
Bibliografie
- James Watson, Backer, Bell, Gann, Molecular Biology of the Gene , Zanichelli, 2009, ISBN 978-88-08-16412-4 .
- James Watson, Baker, Bell, Molecular Biology of the Gene , Zanichelli, 2014, p. 850, ISBN 978-8808364807 .
Elemente conexe
Alte proiecte
-
Wikționarul conține dicționarul lema « promotor » -
Wikimedia Commons conține imagini sau alte fișiere despre promotor
linkuri externe
- ( EN )Promotor , în Encyclopedia Britannica , Encyclopædia Britannica, Inc.
| Controlul autorității | LCCN ( EN ) sh85107419 |
|---|
