顺式作用元件

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顺式作用元件顺式作用元件(cis-actingelement)存在于基因旁侧序列中能影响基因表达的序列。顺式作用元件包括启动子增强子调控序列和可诱导元件等,它们的作用是参与基因表达的调控。顺式作用元件本身不编码任何蛋白质,仅仅提供一个作用位点,要与反式作用因子相互作用而起作用。

目录

元件介绍

顺式作用元件是指与结构基因串联的特定DNA序列,是转录因子的结合位点,它们通过与转录因子结合而调控基因转录的精确起始和转录效率。

顺式作用元

顺式作用元件

件在分子遗传学领域,相对同一染色体或DNA分子而言为“顺式”(cis);对不同染色体或DNA分子而言为“反式”(trans)。  

结构组成

顺式

顺式作用元件

作用元件是同一DNA分子中具有转录调节功能的特异DNA序列。按功能特性,真核基因顺式作用元件分为启动子、增强子及沉默子。  

启动子

原核操纵子中启动序列的同义语。真核基因启动子是RNA聚合酶结合位点周围的一组转录控制组件,每一组件含7~20bp的DNA序列。启动子包括至少一个转录起始点以及一个以上的机能组件。在这些机能组件中最具典型意义的就是TATA盒,它的共有序列是TATAAAA。TATA盒通常位于转录起始点上游-25~-30bp,控制转录起始的准确性及频率。TATA盒是基本转录因子TFIID结合位点。除TATA盒外,GC盒(GGGCGG)和CAAT盒(GCCAAT)也是很多基因常见的,它们通常位于转录起始点上游-30~-110bp区域。此外,还发现很多其它类型的机能组件。由TATA盒及转录起始点即可构成最简单的启动子。  

增强子

增强子是远离转录起始点、决定基因的时间、空间特异性表达、增强启动子转录活性的DNA序列,其发挥作用的方式通常与方向、距离无关,可位于转录起始点的上游或下游。从功能上讲,没有增强子存在,启动子通常不能表现活性;没有启动子时,增强子也无法发挥作用。 增强子最早是在SV40病毒中发现的长约200bp的一段DNA,可使旁侧的基因转录效率提高100倍,其后在多种真核生物,甚至在原核生物中都发现了增强子。增强子的长度通常为100~200bp,和启动子一样由若干组件构成,基本核心组件常为8~12bp,可以单拷贝或多拷贝串联形式存在。

增强子增强子的特点:

增强子

(1)增强子可提高同一条DNA链上基因转录效率,可以远距离作用,通常距离l~4kb,个别情况下离开所调控的基因30kb仍能发挥作用,而且在基因的上游或下游都能起作用。

(2)增强子作用与其序列的正反方向无关,将增强子方向倒置依然能起作用。而将启动子倒置就不能起作用,可见增强子与启动子是很不相同的。

(3)增强子要有启动子才能发挥作用,没有启动子存在,增强子不能表现其活性。但增强子对启动子没有严格的专一性,同一增强子可以影响不同类型启动子的转录。

(4)增强子必须与特定的蛋白质因子结合后才能发挥增强转录的作用。增强子一般具有组织或细胞特异性,许多增强子只在某些细胞或组织中表现活性,是由这些细胞或组织中具有的特异性蛋白质因子所决定的。例如,人类胰岛素基因5’端上游约250个核苷酸处有一组织特异性增强子。在胰岛素p细胞中有一种特异性蛋白因子,可以作用于这个区域,以增强胰岛素基因的转录。在其他组织细胞中没有这种蛋白因子,所以也就没有此作用。这就是为什么胰岛素基因只有在胰岛素p细胞中才能很好表达的重要原因。

(5)大多为重复序列,一般长约50bp,适合与某些蛋白因子结合。其内部常含有一个核心序列,即(G)TGGA/TA/TA/T(G),是产生增强效应时所必需的。

(6)增强效应十分明显,一般能使基因转录频率增加10-200倍。经人巨大细胞病毒增强子增强后的珠蛋白基因表达频率比该基因正常转录高600~1000倍。

(7)许多增强子还受外部信号的调控,如金属硫蛋白的基因启动区上游所带的增强子,就可以对环境中的锌、镉浓度做出反应。

(8)增强子的功能是可以累加的。SV40增强子序列可以被分为两半,每一半序列本身作为增强子功能很弱,但合在一起,即使其中间插入一些别的序列,仍然是一个有效的增强子。因此,要使一个增强子失活必须在多个位点上造成突变。对SV40增强子而言,没有任何单个的突变可以使其活力降低10倍。增强子的作用原理:一种观点认为,增强子为转录因子提供进入启动子区的位点。另一种认为,增强子能改变染色质构象。因为增强子区域容易发生从B—DNA到Z—DNA的构象变化。  

沉默子

某些基因含有的一种负性调节元件,当其结合特异蛋白因子时,对基因转录起阻遏作用。  

元件作用

顺式作用元件是同一DNA分子中具有特殊功能的转录因子DNA结合位点和其它调控基序,在基因转录起始调控中起重要作用;按功能特性分为通用调节元件如启动子、增强子及沉默子和专一性元件如激素反应元件,cAMP反应元件;

顺式作用元件分布

确定顺式作用元件的试验方法主要有:DNA结构分析、序列分析和基因删除或替换等,软件预测是确定顺式作用元件的另一种方法,但不同软件预测结果差异较大,将试验方法与软件预测相结合能够提高顺式作用元件预测的准确性。

多细胞有机体在生长、分化和发育过程中需要整合不同组织的、发育的、环境的信号调节基因表达,转录起始的调节是其中的重要一环。顺式作用(cisacting)元件是同一DNA分子中具有转录调节功能的特异DNA序列,即具有特殊功能的转录因子DNA结合位点和其他调控基序(motif)。  

与反式作用因子关系

顺式作用元件:真核生物中没有操纵子,调节基因中调控序列有许多能结合动中调控蛋白的元件叫顺式作用元件,它们往往与结构基因保持一定的距离。

反式作用因子:指和顺式作用元件结合的可扩散性蛋白,包括基础因子,上游因子,诱导因子。

真核生物的转录调控是调控的最重要的途经,大多是通过顺式作用元件和反式作用因子复杂的相互作用而实现的。顺式作用元件(cis-actingelement)存在于基因

顺式作用元件

旁侧序列中能影响基因表达的序列,它们的作用是参与基因表达的调控,本身不编码任何蛋白质,仅仅提供一个作用位点,要与反式作用因子相互作用而起作用。启动子存在着很多顺式元件,可分为以下四种类型:①核心启动子成分,如TATA框;②上游启动子成分,如CAAT框,GC框,ATF结合位点;③远上游元件:如增强子,沉默子等;④特殊启动子成分:如淋巴细胞中的Oct(octamer)和κB。这些元件都为不同的转录因子及蛋白质识别和结合来调节转录。

反式作用因子(trans-actingfactor)通过以下不同的途经发挥调控作用:蛋白质和DNA相互作用;蛋白质和配基结合;蛋白质之间的相互作用以及蛋白质的修饰。参与基因表达调控的因子,它们与特异的靶基因的顺式元件结合起作用。编码反式作用因子的基因与被反式作用因子调控的靶序列(基因)不在同一染色体上。反式作用因子有两个重要的功能结构域:DNA结合结构域和转录活化结构域,它们是其发挥转录调控功能的必需结构。反式作用因子可被诱导合成,其活性也受多种因素的调节。同一类序列特异性的反式作用因子由多基因家族所编码。

转录水平调节的反式作用因子通常可分为四大类(RobertG.Roeder,2004):①RNA聚合酶;②和RNA聚合酶相联系的普遍性转录因子(generaltranscriptionfactor,GTFs)它们结合在靶基因的启动子上,形成前起始复合物(pre-initiationcomplex,PIC),启动基因的转录;③特异性转录因子(gene-specific(DNA-binding)regulatoryfactors)(如激活因子抑制因子),一类与靶基因启动子和

顺式作用元件实验

增强子(或沉默子)特异结合的转录因子,具有细胞及基因特异性,可以增强或抑制靶基因的转录;④种类多样的协调因子(coregulatoryfactors),要么改变局部染色质的构像(如组蛋白酰基转移酶甲基转移酶),对基因转录的起始具有推动作用,要么直接在转录因子和前起始复合物之间发挥桥梁作用(如中介因子(Mediator)),推动前起始复合物(PIC)形成和发挥作用。包括:

1、螺旋转角螺旋(Helix-turn-helix):有3个螺旋,螺旋3是识别和DNA结合,一般结合于大沟;螺旋1和2和其它蛋白质结合。

2、锌指结构:锌指(zincfimger)这个名称来源于它的结构,它由一小组保守的氨基酸和锌离子结合,在蛋白质中形成了相对独立的功能域,像一根根手指伸向DNA的大沟。两种类型的DNA结合蛋白具有这种结构,一类是锌指蛋白,另一类是甾类受体

3、亮氨酸拉链(Leucineziipper)两个蛋白之间相互作用共同建立一个转录复合体,在一系列转录因子中发现的一种模体涉及两个相同和不同的部分构成。亮氨酸拉链是一种富含亮氨酸的蛋白链形成的二聚体模体。它本身形成二聚体同时还可以识到特殊的DNA序列。一个亲水的α-螺旋在其表面的一侧有疏水基因(包括亮氨酸),另一侧表面带有电荷。

4、螺旋一环一螺旋(HLH)

5、同源异形结构域(Homeodomains,HD):同源异形盒(hoomeobox)是一种编码60aa的序列,长180bp,几乎存在于所有真核生物中。

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