Ген - регулятор , регулирующий орган или регулирующий ген представляет собой ген , участвует в контроле экспрессии одного или нескольких других генов. Регуляторные последовательности , которые кодируют регуляторные гены, часто находятся на пяти основных концах (5 ') от стартового сайта транскрипции гена, который они регулируют. Кроме того, эти последовательности также можно найти на трех основных концах (3 ') от сайта начала транскрипции . В обоих случаях, независимо от того, находится ли регуляторная последовательность до (5 ') или после (3') гена, который она регулирует, последовательность часто составляет много килобаз.от начала транскрипции. Ген-регулятор может кодировать белок или работать на уровне РНК , как в случае генов, кодирующих микроРНК . Примером регулирующего гена является ген, который кодирует репрессорный белок, который ингибирует активность оператора (ген, который связывает репрессорные белки, таким образом подавляя трансляцию РНК в белок через РНК-полимеразу ). [1]
У прокариот гены-регуляторы часто кодируют репрессорные белки . Репрессор белки связываются с операторами или промоторы , предотвращающих РНК - полимеразы из транскрибировать РНК. Обычно они постоянно экспрессируются, поэтому в клетке всегда есть запас репрессорных молекул. [2] Индукторы заставляют репрессорные белки изменять форму или иным образом становиться неспособными связывать ДНК , позволяя РНК-полимеразе продолжать транскрипцию. Гены-регуляторы могут быть расположены внутри оперона , рядом с ним или далеко от него. [3]
Другие регуляторные гены кодируют белки-активаторы . Активатор связывается с участком молекулы ДНК и вызывает усиление транскрипции соседнего гена. У прокариот хорошо известным белком-активатором является белок- активатор катаболита (CAP), участвующий в положительном контроле над lac-опероном .
В регуляции экспрессии генов , изучаемой в эволюционной биологии развития (evo-DevO), важную роль играют как активаторы, так и репрессоры. [4]
Регуляторные гены также можно описать как положительные или отрицательные регуляторы в зависимости от условий окружающей среды, окружающей клетку. Положительные регуляторы - это регуляторные элементы, которые позволяют РНК-полимеразе связываться с промоторной областью, тем самым обеспечивая возможность транскрипции. Что касается lac-оперона, положительным регулятором может быть комплекс CRP-cAMP, который должен быть связан близко к месту начала транскрипции генов lac. Связывание этого положительного регулятора позволяет РНК-полимеразе успешно связываться с промотором последовательности гена lac, что способствует транскрипции генов lac; лаковые Z , лаковые Y , и лаковые . Отрицательные регуляторы представляют собой регуляторные элементы, которые препятствуют связыванию РНК-полимеразы с промоторной областью, таким образом подавляя транскрипцию. С точки зрения lac-оперона, отрицательным регулятором может быть lac-репрессор, который связывается с промотором в том же самом сайте, с которым обычно связывается РНК-полимераза. Связывание репрессора lac с сайтом связывания РНК-полимеразы ингибирует транскрипцию генов lac. Только тогда, когда корепрессор связан с lac-репрессором, сайт связывания будет свободен для РНК-полимеразы для выполнения транскрипции генов lac. [5] [6] [7]
Регуляторные элементы генов
Промоторы находятся в начале гена и служить в качестве места , где транскрипции машины собирает и транскрипции гена начинается. Энхансеры включают промоторы в определенных местах, в определенное время и на определенных уровнях, и их можно просто определить как «промоторы промотора». Считается, что глушители отключают экспрессию генов в определенные моменты времени и в определенных местах. Инсуляторы, также называемые граничными элементами, представляют собой последовательности ДНК, которые создают цис-регуляторные границы, которые не позволяют регуляторным элементам одного гена влиять на соседние гены. Общая догма состоит в том, что эти регуляторные элементы активируются за счет связывания факторов транскрипции , белков, которые связываются со специфическими последовательностями ДНК, и контроля транскрипции мРНК . Может существовать несколько факторов транскрипции, которым необходимо связываться с одним регуляторным элементом, чтобы активировать его. Кроме того, несколько других белков, называемых кофакторами транскрипции, связываются с самими факторами транскрипции, чтобы контролировать транскрипцию. [8] [9]
Отрицательные регуляторы
Отрицательные регуляторы препятствуют транскрипции или трансляции. Примеры, такие как cFLIP, подавляют механизмы гибели клеток, приводящие к патологическим нарушениям , таким как рак , и, таким образом, играют решающую роль в устойчивости к лекарствам . Обход таких действующих лиц является сложной задачей в лечении рака . [10] Отрицательные регуляторы гибели клеток при раке включают cFLIP , семейство Bcl 2 , сурвивин , HSP , IAP , NF-κB , Akt , mTOR и FADD . [10]
Обнаружение
Существует несколько различных методов обнаружения регуляторных генов, но из многих некоторые используются чаще, чем другие. Один из таких избранных называется ChIP-chip. ChIP-chip - это метод in vivo , используемый для определения сайтов связывания генома для факторов транскрипции в двухкомпонентных регуляторах ответа системы. Анализ на основе микрочипов in vitro (DAP-chip) можно использовать для определения генных мишеней и функций двухкомпонентных систем передачи сигналов . Этот анализ использует тот факт, что регуляторы ответа могут фосфорилироваться и, таким образом, активироваться in vitro с использованием доноров малых молекул, таких как ацетилфосфат . [11] [12]
Филогенетический след
Филогенетический след - метод, который использует множественное выравнивание последовательностей для определения местоположения консервативных последовательностей, таких как регуляторные элементы. Помимо множественного выравнивания последовательностей, филогенетический след также требует статистических показателей консервативных и неконсервативных последовательностей. Используя информацию, предоставленную множественным выравниванием последовательностей и статистическими показателями, можно идентифицировать наиболее консервативные мотивы в интересующих ортологичных областях. [13] [14]
Рекомендации
- ^ "Регуляторный ген - Биологический онлайн-словарь" . www.biology-online.org . Проверено 6 февраля 2016 .
- ^ Биология Кэмпбелла - концепции и связи, 7-е издание . Pearson Education. 2009. С. 210–211.
- ^ Майер, Джин. «БАКТЕРИОЛОГИЯ - ГЛАВА ДЕВЯТАЯ ГЕНЕТИЧЕСКИЕ РЕГУЛЯТОРНЫЕ МЕХАНИЗМЫ» . Микробиология и иммунология в Интернете . Медицинский факультет Университета Южной Каролины . Проверено 30 декабря 2012 года .
- ^ Судзуки, Дэвид (2005). Введение в генетический анализ . Сан-Франциско: WH Freeman. ISBN 978-0-7167-4939-4.
- ^ Касадабан, Малкольм Дж. (1976-07-05). «Регулирование регуляторного гена пути арабинозы, araC». Журнал молекулярной биологии . 104 (3): 557–566. DOI : 10.1016 / 0022-2836 (76) 90120-0 . PMID 781294 .
- ^ Вонг, Ой Кван; Гутхольд, Мартин; Эри, Дороти А; Геллес, Джефф (2008). «Интерконвертируемый Lac-репрессор – петли ДНК, обнаруженные в экспериментах с одной молекулой» . PLOS Биология . 6 (9): e232. DOI : 10.1371 / journal.pbio.0060232 . PMC 2553838 . PMID 18828671 .
- ^ Цзян, Сяофэн; Пан, Хуэй; Набхан, Джозеф Ф .; Кришнан, Рамасвами; Козиол-Уайт, Синтия; Панеттьери, Рейнольд А .; Лу, Цюань (2012-05-01). «Новый скрининг РНКи на основе EST показывает критическую роль фарнезилдифосфатсинтазы в интернализации и подавлении β2-адренорецепторов» . Журнал FASEB . 26 (5): 1995–2007. DOI : 10.1096 / fj.11-193870 . ISSN 0892-6638 . PMC 3336790 . PMID 22278941 .
- ^ Хан, Аршад Х .; Лин, Энди; Смит, Десмонд Дж. (24 сентября 2012 г.). «Открытие и характеристика экзонных регуляторных элементов транскрипции человека» . PLOS ONE . 7 (9): e46098. DOI : 10.1371 / journal.pone.0046098 . ISSN 1932-6203 . PMC 3454335 . PMID 23029400 .
- ^ Ахитув, Надав (2012). Ахитув, Надав (ред.). Элементы регуляции генов . Регуляторные последовательности генов и болезни человека (2012) . DOI : 10.1007 / 978-1-4614-1683-8 . ISBN 978-1-4614-1682-1. S2CID 40483427 .
- ^ а б Разаги, Али; Хайманн, Кирстен; Шеффер, Патрик М .; Гибсон, Спенсер Б. (10.01.2018). «Отрицательные регуляторы путей гибели клеток при раке: взгляд на биомаркеры и таргетную терапию». Апоптоз . 23 (2): 93–112. DOI : 10.1007 / s10495-018-1440-4 . ISSN 1360-8185 . PMID 29322476 . S2CID 3424489 .
- ^ Kogelman, Lisette JA; Чирера, Сюзанна; Жернакова, Дарья В; Фредхольм, Мерете; Franke, Lude; Кадармидин, Хаджа Н. (30 сентября 2014 г.). «Идентификация сетей генов коэкспрессии, регуляторных генов и путей ожирения на основе секвенирования РНК жировой ткани на модели свиней» . BMC Medical Genomics . 7 : 57. DOI : 10,1186 / 1755-8794-7-57 . ISSN 1755-8794 . PMC 4183073 . PMID 25270054 .
- ^ Раджив, Лара; Лунинг, Эрик Дж .; Мухопадхьяй, Айндрила (2014). «Метод ДНК-аффинно-очищенного чипа (DAP-чип) для определения генных мишеней для бактериальных двухкомпонентных регуляторных систем | Протокол» . Журнал визуализированных экспериментов (89): e51715. DOI : 10.3791 / 51715 . PMC 4233932 . PMID 25079303 . Проверено 8 апреля 2016 .
- ^ Сатия, Рахул; Новак, Адам; Миклош, Иштван; Люнгсё, Руна; Хайн, Йотун (28 августа 2009 г.). «BigFoot: байесовское выравнивание и филогенетический след с MCMC» . BMC Evolutionary Biology . 9 : 217. DOI : 10.1186 / 1471-2148-9-217 . ISSN 1471-2148 . PMC 2744684 . PMID 19715598 .
- ^ Бланшетт, Матьё; Томпа, Мартин (01.05.2002). "Открытие регулирующих элементов вычислительным методом для филогенетического следа" . Геномные исследования . 12 (5): 739–748. DOI : 10.1101 / gr.6902 . ISSN 1088-9051 . PMC 186562 . PMID 11997340 .
Внешние ссылки
- База данных факторов транскрипции растений
- Регулятор + ген в Национальной медицинской библиотеке США по предметным заголовкам по медицинским предметам (MeSH)
- http://www.news-medical.net/life-sciences/Gene-Expression-Techniques.aspx
- http://www.britannica.com/science/regulator-gene
- https://www.boundless.com/biology/textbooks/boundless-biology-textbook/gene-expression-16/regulation-of-gene-expression-111/prokaryotic-versus-eukaryotic-gene-expression-453-11678/