順式作用元件

順式作用元件

順式作用元件(cis-acting element),位于基因的旁側,可以調控影響基因表達的核酸序列。包括啓動子(promoter) 、增強子(enhancer)、應答元件(responsive elements)等。其活性隻影響與其自身同處于一個DNA分子上的基因。其本身並不編碼蛋白質,可以與反式作用因子相互作用參與基因表達調控。

  • 中文名稱
    順式作用元件
  • 外文名稱
    Cis acting element
  • 信息
    位于基因的旁側
  • 類型
    化學元式

基本介紹

順式作用元件是指與結構基因串聯的特定DNA序列,是轉錄因子的結合位點,它們通過與轉錄因子結合而調控基因轉錄的精確起始和轉錄效率。

順式作用元件

順式作用元件在分子遺傳學領域,相對同一染色體或DNA分子而言為“順式”(cis);對不同染色體或DNA分子而言為“反式”(trans)。

順式作用元件是轉錄調節因子的結合位點,包括啓動子、增強子和沉默子。真核基因啓動子是原核啓動序列的同義語。真核啓動子是指RNA聚合酶及轉錄起始點周圍的一組轉錄控製組件,每個啓動子包括至少一個轉錄起始點以及一個以上的功能組件,轉錄調節因子即通過這些機能組件對轉錄起始發揮作用。在這些調節組件中最具典型意義的就是TATA盒子,它的共有序列是TATAAA。TATA盒子通常位于轉錄起始點上遊-25至-30區域,控製轉錄的準確性和頻率。TATA盒子是基本轉錄因子TFⅡD結合位點;TFⅡD則是RNA聚合酶結合DNA必不可少的。除TATA盒子外,GC盒子(GGGCGG)和CAAT盒子(GCCAAT)也是很多基因中常見的,它們位于起始點上遊-30至-110bp區域。 所謂增強子就是遠離轉錄起始點、決定組織特異性表達、增強啓動子轉錄活性的特異DNA序列,其發揮作用的方式與方向、距離無關。增強子與啓動子非常相似:都是由若幹組件組成,有些組件既可在增強子、又可在啓動子出現。從功能方面講,沒有增強子存在,啓動子通常不能表現活性;沒有啓動子,增強子也無法發揮作用。增強子和啓動子有時分隔很遠,有時連續或交錯覆蓋。

某些基因有負性調節元件棗抑製子(沉默子)存在。有些DNA序列既可作為正性、又可作為負性調節元件發揮順式調節作用,這取決于不同類型細胞中DNA結合因子的性質

結構組成

順式作用元件是同一DNA分子中具有轉錄調節功能的特異DNA序列。按功能特徵,真核基因順式作用元件分為啓動子、增強子及沉默子。

順式作用元件

啓動子

原核操縱子中啓動序列的同義語。真核基因啓動子是RNA聚合酶結合位點周圍的一組轉錄控製組件,每一組件含7~20bp的DNA序列。啓動子包括至少一個轉錄起始點以及一個以上的機能組件。在這些機能組件中最具典型意義的就是TATA盒,它的共有序列是TATAAAA。TATA盒通常位于轉錄起始點上遊-25~-30bp,控製轉錄起始的準確性及頻率。TATA盒是基本轉錄因子TFIID結合位點。除TATA盒外,GC盒(GGGCGG)和CAAT盒(GCCAAT)也是很多基因常見的,它們通常位于轉錄起始點上遊-30~-110bp區域。此外,還發現很多其它類型的機能組件。由TATA盒及轉錄起始點即可構成最簡單的啓動子。

增強子

增強子是遠離轉錄起始點、決定基因的時間、空間特異性表達、增強啓動子轉錄活性的DNA序列,其發揮作用的方式通常與方向、距離無關,可位于轉錄起始點的上遊或下遊。從功能上講,沒有增強子存在,啓動子通常不能表現活性;沒有啓動子時,增強子也無法發揮作用。

增強子最早是在SV40病毒中發現的長約200bp的一段DNA,可使旁側的基因轉錄效率提高100倍,其後在多種真核生物,甚至在原核生物中都發現了增強子。增強子的長度通常為100~200bp,和啓動子一樣由若幹組件構成,基本核心組件常為8~12bp,可以單拷貝或多拷貝串聯形式存在。

增強子增強子的特點:(1)增強子可提高同一條DNA鏈上基因轉錄效率,可以遠距離作用,通常距離l~4kb,個別情況下離開所調控的基因30kb仍能發揮作用,而且在基因的上遊或下遊都能起作用。

順式作用元件

(2)增強子作用與其序列的正反方向無關,將增強子方向倒置依然能起作用。而將啓動子倒置就不能起作用,可見增強子與啓動子是很不相同的。

(3)增強子要有啓動子才能發揮作用,沒有啓動子存在,增強子不能表現其活性。但增強子對啓動子沒有嚴格的專一性,同一增強子可以影響不同類型啓動子的轉錄。

(4)增強子必須與特定的蛋白質因子結合後才能發揮增強轉錄的作用。增強子一般具有組織或細胞特異性,許多增強子隻在某些細胞或組織中表現活性,是由這些細胞或組織中具有的特異性蛋白質因子所決定的。例如,人類胰島素基因5’端上遊約250個核苷酸處有一組織特異性增強子。在胰島素p細胞中有一種特異性蛋白因子,可以作用于這個區域,以增強胰島素基因的轉錄。在其他組織細胞中沒有這種蛋白因子,所以也就沒有此作用。這就是為什麽胰島素基因隻有在胰島素p細胞中才能很好表達的重要原因。

(5)大多為重復序列,一般長約50bp,適合與某些蛋白因子結合。其內部常含有一個核心序列,即(G)TGGA/TA/TA/T(G),是產生增強效應時所必需的。

(6)增強效應十分明顯,一般能使基因轉錄頻率增加10—200倍。經人巨大細胞病毒增強子增強後的珠蛋白基因表達頻率比該基因正常轉錄高600~1000倍。

(7)許多增強子還受外部信號的調控,如金屬硫蛋白的基因啓動區上遊所帶的增強子,就可以對環境中的鋅、鎘濃度做出反應。

(8)增強子的功能是可以累加的。SV40增強子序列可以被分為兩半,每一半序列本身作為增強子功能很弱,但合在一起,即使其中間插入一些別的序列,仍然是一個有效的增強子。因此,要使一個增強子失活必須在多個位點上造成突變。對SV40增強子而言,沒有任何單個的突變可以使其活力降低10倍。

增強子的作用原理:一種觀點認為,增強子為轉錄因子提供進入啓動子區的位點。另一種認為,增強子能改變染色質的構象。因為增強子區域容易發生從B—DNA到Z—DNA的構象變化。

沉默子

某些基因含有的一種負性調節元件,當其結合特異蛋白因子時,對基因轉錄起阻遏作用。某些基因有負性調節元件棗抑製子(沉默子)存在。有些DNA序列既可作為正性、又可作為負性調節元件發揮順式調節作用,這取決于不同類型細胞中DNA結合因子的性質

主要作用

順式作用元件是同一DNA分子中具有特殊功能的轉錄因子DNA結合位點和其它調控基序,在基因轉錄起始調控中起重要作用;按功能特徵分為通用調節元件如啓動子、增強子及沉默子和專一性元件如激素反應元件,cAMP反應元件;確定順式作用元件的試驗方法主要有:DNA結構分析、序列分析和基因移除或替換等,軟體預測是確定順式作用元件的另一種方法,但不同軟體預測結果差異較大,將試驗方法與軟體預測相結合能夠提高順式作用元件預測的準確性。

順式作用元件

多細胞有機體在生長、分化和發育過程中需要整合不同組織的、發育的、環境的信號調節基因表達,轉錄起始的調節是其中的重要一環。順式作用(cisacting)元件是同一DNA分子中具有轉錄調節功能的特異DNA序列,即具有特殊功能的轉錄因子DNA結合位點和其他調控基序(motif)。

其他資料

順式作用元件:真核生物中沒有操縱子,調節基因中調控序列有許多能結合調控蛋白的元件叫順式作用元件,它們往往與結構基因保持一定的距離。

反式作用因子:指和順式作用元件結合的可擴散性蛋白,包括基礎因子,上遊因子,誘導因子。

真核生物的轉錄調控是調控的最重要的途經,大多是通過順式作用元件和反式作用因子復雜的相互作用而實現的。順式作用元件(cis-actingelement)存在于基因旁側序列中能影響基因表達的序列,它們的作用是參與基因表達的調控,本身不編碼任何蛋白質,僅僅提供一個作用位點,要與反式作用因子相互作用而起作用。啓動子存在著很多順式元件,可分為以下四種類型:①核心啓動子成分,如TATA框;②上遊啓動子成分,如CAAT框,GC框,ATF結合位點;③遠上遊元件:如增強子,沉默子等;④特殊啓動子成分:如淋巴細胞中的Oct(octamer)和κB。這些元件都為不同的轉錄因子及蛋白質識別和結合來調節轉錄。

順式作用元件

反式作用因子(trans-actingfactor)通過以下不同的途經發揮調控作用:蛋白質和DNA相互作用;蛋白質和配基結合;蛋白質之間的相互作用以及蛋白質的修飾。參與基因表達調控的因子,它們與特異的靶基因的順式元件結合起作用。編碼反式作用因子的基因與被反式作用因子調控的靶序列(基因)不在同一染色體上。反式作用因子有兩個重要的功能結構域:DNA結合結構域和轉錄活化結構域,它們是其發揮轉錄調控功能的必需結構。反式作用因子可被誘導合成,其活性也受多種因素的調節。同一類序列特異性的反式作用因子由多基因家族所編碼。

與轉錄水準調節的反式作用因子通常可分為四大類(RobertG.Roeder,2004):①RNA聚合酶;②和RNA聚合酶相聯系的普遍性轉錄因子(generaltranscriptionfactor,GTFs)它們結合在靶基因的啓動子上,形成前起始復合物(pre-initiationcomplex,PIC),啓動基因的轉錄;③特異性轉錄因子(gene-specific(DNA-binding)regulatoryfactors)(如激活因子和抑製因子),一類與靶基因啓動子和增強子(或沉默子)特異結合的轉錄因子,具有細胞及基因特異性,可以增強或抑製靶基因的轉錄;④種類多樣的協調因子(coregulatoryfactors),要麽改變局部染色質的構像(如組蛋白酰基轉移酶和甲基轉移酶),對基因轉錄的起始具有推動作用,要麽直接在轉錄因子和前起始復合物之間發揮橋梁作用(如中介因子(Mediator)),推動前起始復合物(PIC)形成和發揮作用。包括:

順式作用元件

1、螺旋轉角螺旋(Helix-turn-helix):有2個螺旋,螺旋2是識別和DNA結合,一般結合于大溝;螺旋1和其它蛋白質結合。兩個螺旋由一個轉角連結。

2、鋅指結構:鋅指(zincfimger)這個名稱來源于它的結構,它由一小組保守的氨基酸和鋅離子結合,在蛋白質中形成了相對獨立的功能域,像一根根手指伸向DNA的大溝。兩種類型的DNA結合蛋白具有這種結構,一類是鋅指蛋白,另一類是甾類受體。

3、亮氨酸拉鏈(Leucineziipper)兩個蛋白之間相互作用共同建立一個轉錄復合體,在一系列轉錄因子中發現的一種模體涉及兩個相同和不同的部分構成。亮氨酸拉鏈是一種富含亮氨酸的蛋白鏈形成的二聚體模體。它本身形成二聚體同時還可以識到特殊的DNA序列。一個親水的α-螺旋在其表面的一側有疏水基因(包括亮氨酸),另一側表面帶有電荷。

4、螺旋一環一螺旋(HLH)

5、同源異形結構域(Homeodomains,HD):同源異形盒(hoomeobox)是一種編碼60aa的序列,長180bp,幾乎存在于所有真核生物中。    

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