Promotor (xenética)

Na Galipedia, a Wikipedia en galego.
1: ARN polimerase, 2: Represor, 3: Promotor, 4: Operador, 5: Lactosa, 6: lacZ, 7: lacY, 8: lacA. Arriba: O xene está esencialmente desactivado. Non hai lactosa que inhiba o represor, polo que o represor se une ao operador, o cal impide que a ARN polimerase se una ao promotor e se forme o ARNm que orixinará o encima lactase. Abaixo: O xene está activado. O disacárido lactosa inhibe o represor, permitindo que a ARN polimerase se una co promotor, e exprese os xenes que sintetizan o ARNm da lactase. Finalmente, a lactase dixire a lactosa, ata que non hai ningunha que se una ao represor. O represor entón únese ao operador, e detén a formación de lactase.

En xenética, denomínase promotor a unha rexión do ADN na que se sitúan os encimas e outros factores que inician a transcrición dun determinado xene. Os promotores están localizados nas proximidades dos xenes que transcriben e na mesma cadea en dirección 5' da cadea con sentido.

Introdución[editar | editar a fonte]

Para que teñea lugar a transcrición, o encima que sintetiza ARN, chamado ARN polimerase, debe unirse ao ADN preto do xene que se vai transcribir. Os promotores conteñen secuencias de ADN específicas e elementos de resposta que proporcionan un sitio de unión inicial para a ARN polimerase e para as proteínas chamadas factores de transcrición que recrutan a ARN polimerase. Estes factores de transcrición teñen activadores específicos ou secuencias represoras que se unen a promotores específicos e regulan así a expresión xénica.

En bacterias o promotor é recoñecido pola ARN polimerase e por un factor sigma asociado, o cal, á súa vez, é traído con frecuencia ata o promotor por unha proteína activadora, que se une ao seu propio sitio de unión no ADN cercano.

En eucariotas o proceso é máis complicado, e polo menos son necesarios sete factores diferentes para a unión dunha ARN polimerase II ao promotor.

Os promotores representan elementos críticos que poden funcionar en concerto con outras rexións reguladoras (amplificadores ou enhancers, silenciadores, elementos límite/insuladores ou insulators) para dirixir o nivel de transcrición dun xene dado.

Localización relativa[editar | editar a fonte]

Os promotores normalmente están situados en posición inmediatamente adxacente ao xene en cuestión. As posicións no promotor desígnanse en relación ao sitio de inicio da transcrición, onde empeza a transcrición dun ADN para un xene particular, é dicir, as posicións corrente arriba (antes do xene en dirección 5' ou upstream) indícanse con números negativos contando para atrás desde o -1; por exemplo -100 é unha posición situada 100 pares de bases corrente arriba.

Elementos promotores[editar | editar a fonte]

Nun promotor podemos distinguir as seguintes partes:

  • Núcleo do promotor (core promoter). É a mínima porción do promotor que se require para iniciar adecuadamente a transcrición. [1] Inclúe as seguintes partes:
  • Promotor proximal. É a secuencia proximal corrente arriba do xene que adoita conter elementos regulatorios primarios. Situada aproximadamente a 250 pares de bases corrente arriba do sitio de inicio.
    • Sitios de unión do factor de transcrición específicos.
  • Promotor distal. É a secuencia distal corrente arriba dun xene que pode conter elementos regulatorios adicionais, a miúdo cunha influencia máis débil ca a do promotor proximal.
    • Calquera outra rexión corrente arriba (pero excluíndo os amplificadores ou enhancers ou outras rexións regulatorias cunha influencia independente da posición/orientación).
    • Sitios de unión de factores de transcrición específicos.

Promotores procarióticos[editar | editar a fonte]

Nos procariotas, o promotor consta de dúas curtas secuencias situadas nas posicións -10 e -35 corrente arriba a partir do sitio de inicio da transcrición. Os factores sigma non só axudan a amplificar a unión da ARN polimerase (RNAP) ao promotor senón tamén axudan a que a ARN polimerase se una a xenes específicos para transcribilos.

  • A secuencia en posición -10 denomínase caixa de Pribnow, ou o elemento -10, e consiste nunha secuencia de seis nucleótidos; a máis común é TATAAT. [2] Fai unha función similar á caixa TATA dos eucariotas.
  • A outra secuencia en posición -35 (o elemento -35) xeralmente consiste en sete núcleótidos, frecentemente coa secuencia TTGACAT.
  • Ambas as secuencias consenso anteriores, aínda que como media están conservadas, non se atopan intactas en todos os promotores. Como media, só se encontran 3 dos 6 pares de bases de cada secuencia consenso nun promotor determinado. Non se identificou ningúnn promotor ata agora que teña intactas as secuencias consenso nas posicións -10 e -35; os promotores artificiais cunha conservación completa dos hexámeros -10/-35 viuse que transcriben a frecuencias máis baixas ca os que teñen uns poucos cambios con respecto á secuencia consenso.
  • Algúns promotores conteñen un elemento UP (secuencia consenso 5'-AAAWWTWTTTTNNNAAANNN-3'; W = A ou T; N = calquera base) centradas en -50; a presenza do elemento -35 parece ser importante para a transcrición a partir dos promotores que conteñen o elemento UP. [3]

Debe terse en conta que as secuencias promotoras antes mencionadas son recoñecidas só pola proteína sigma -70 que interacciona coa ARN polimerase procariótica. Os complexos da ARN polimerase con outros factores sigma recoñecen outras secuencias diferentes do núcleo do promotor.

   <-- corrente arriba                                                          corrente abaixo-->
5'-XXXXXXXPPPPPXXXXXXPPPPPPXXXXGGGGGGGGGGGGGGGGGGGGGGGGGGGGGGGGGGGGGGGGGGGGGGGGGGGGGXXXX-3'
           -35       -10       Xene que vai ser transcrito

(O espazado óptimo entre as secuencias -35 e -10 é 17 pares de bases.)

Probabilidade de aparición de cada nucleótido[editar | editar a fonte]

 para a secuencia -10
 T    A    T    A    A    T
77%  76%  60%  61%  56%  82%
 para a secuencia -35
 T    T    G    A    C    A
69%  79%  61%  56%  54%  54%

Promotores eucarióticos[editar | editar a fonte]

Os promotores eucarióticos son extremadamente diversos e son difíciles de caracterizar. Sitúanse tipicamente corrente arriba do xene e poden ter elementos regulatorios situados a varias quilobases de distancia do sitio de inicio da transcrición, chamados amplificadores ou enhancers. Nos eucariotas, o complexo transcricional pode causar que o ADN se dobre cara atrás sobre si mesmo, o que permite que haxa secuencias regulatorias situadas lonxe do sitio real da transcrición, que debido a ese pregamento acaban quedando fisicamente próximas ao xene. Moitos promotores eucarióticos, que supoñen entre o 10 e o 20% dos promotores de todos os xenes, [4] conteñen a caixa TATA (secuencia TATAAA), á que se une a proteína de unión á TATA, a cal axuda na formación do complexo transcricional da ARN polimerase. [1] A caixa TATA está xeralmente moi preto do sitio de inicio da transcrición (a miúdo a 50 bases).

Ás secuencias regulatorias eucarióticas promotoras únense proteínas chamadas factores de transcrición que están implicados na formación do complexo transcricional. Un exemplo é a caixa E (secuencia CACGTG), que se une a factores de transcrición da familia hélice-bucle-hélice básica (bHLH) (por exemplo, BMAL1-CLOCK, cMyc). [5]

Detección de promotores[editar | editar a fonte]

Desenvolvéronse diversos algoritmos para facilitar a detección de promotores nunha secuencia xenómica, e a predición de promotores é un elemento común de moitos métodos de predición de xenes. Unha rexión promotora está localizada antes das secuencias consenso -35 e -10. Canto máis próxima está a rexión promotora ás secuencias consenso máis frecuentemente terá lugar a transcrición dese xene. Non hai un patrón establecido para as rexións promotoras como o que hai para as secuencias consenso.

Cambios evolutivos[editar | editar a fonte]

Unha cuestión importante en bioloxía evolutiva é o grao de importancia que teñen os cambios nas secuencias dos promotores no cambio evolutivo; por exemplo, os cambios que ocorreron na liñaxe humana despois da separación da liñaxe dos chimpancés.

Algúns biólogos evolutivos, como Allan Wilson, propuxeron que a evolución no promotor ou en rexións regulatorias pode ser máis importante ca os cambios nas secuencias codificantes neses marcos temporais.

Unha razón chave para a importancia que se lle dá aos promotores é o seu potencial de incorporar sinais endócrinos e ambientais [6] como cambios na expresión xénica [7]: Unha gran variedade de cambios no ambiente extracelular ou intracelular [8] poden ter impacto na expresión xénica, dependendo da configuración exacta dun promotor dado: a combinación e arranxo [9] de secuencias específicas de ADN que constitúen o promotor define os grupos exactos de proteínas que poden unirse ao promotor, nun momento dado. [10] Unha vez que a célula recibe un estímulo fisiolóxico, patolóxico, ou farmacolóxico, modífícanse bioquimicamente varias proteínas celulares por cascadas de sinais. [6] Por medio de cambios na estrutura, determinadas proteínas adquiren a capacidade de entrar no núcleo da célula e unirse ao ADN promotor, ou a outras proteínas, as cales están xa unidas a un determinado promotor. Os complexos multiproteicos que se forman teñen o potencial de cambiar os niveis de expresión xénica. [11] Como resultado o produto xénico pode incrementarse ou decrecer dentro da célula.

Enfermidades asociadas co funcionamento anormal de promotores[editar | editar a fonte]

Aínda que OMIM é a maior fonte para recoller información sobre as relacións entre as mutacións e a variación natural da secuencia xénica e susceptibilidade a centos de enfermidades, requírese unha estratexia de investigación sofisticada para detectar enfermidades asociadas con defectos no control transcricional nas que se crea que teña unha implicación directa o promotor.

Existe unha lista de doenzas nas que as evidencias suxiren que hai algún mal funcionamento do promotor, debido a unha mutación directa dunha secuencia promotora ou pola mutación dun factor de transcrición ou coactivador transcricional.

Moitas enfermidades teñen unha etioloxía (causa) heteroxénea, o que significa que unha "doenza" son en realidade moitas doenzas diferentes a nivel molecular, aínda que os síntomas que mostran e as respostas aos tratamentos sexan idénticas. O modo en que responden aos tratamentos doenzas de diferente orixe molecular é parcialmente tratado pola farmacoxenómica.

Ademais desas doenzas hai moitos tipos de cancro no que está envolvida a regulación transcricional anormal debida á creación de xenes quiméricos por medio de translocacións cromosómicas. A intervención no número e estrutura de proteínas de unión ao promotor é un punto chave para tratar unha doenza sen afectar á expresión de xenes non relacionados que comparten elementos co xene diana. [12] Xenes nos que os cambios non son desexables poden influenciar o potencial dunha célula de facerse cancerosa e formar un tumor. [13]

Exemplos de enfermidades asociadas con cambios nos promotores[editar | editar a fonte]

Algúns casos de moitas das doenzas de orixe xenética están asociados con variacións nos promotores ou nos factores de transcrición.

Exemplos:

Promotores constitutivos e regulados[editar | editar a fonte]

Algúns promotores denomínanse constitutivos, xa que están sempre activos, e outros están regulados e só están activos en resposta a estímulos específicos.

Promotores subxenómicos[editar | editar a fonte]

Un promotor subxenómico é un promotor engadido a un virus por un xene heterólogo específico, que resulta na formación de ARNm para ese xene só.

Notas[editar | editar a fonte]

  1. 1,0 1,1 Smale, T.; Kadonaga, T. (2003). "The RNA polymerase II core promoter". Annual review of biochemistry 72: 449–479. doi:10.1146/annurev.biochem.72.121801.161520. ISSN 0066-4154. PMID 12651739.
  2. Harley, Calvin B.; Reynolds, Robert P. (March 1987). "Analysis of E. coli promoter sequences" (PDF, 0.9 MB). Nucleic Acids Research 15 (5): 2343–2361. doi:10.1093/nar/15.5.2343. ISSN 0305-1048. PMC 340638. PMID 3550697. http://nar.oxfordjournals.org/content/15/5/2343.long.
  3. Estrem, Gaal, Ross, Gourse (1998). "Identification of an UP element consensus sequence for bacterial promoters". PNAS 95 (11): 9761–9766. Bibcode 1998PNAS...95.9761E. DOI:10.1073/pnas.95.17.9761. PMC 21410. PMID 9707549. //www.pubmedcentral.nih.gov/articlerender.fcgi?tool=pmcentrez&artid=21410.
  4. Gershenzon NI, Ioshikhes IP (2005). "Synergy of human Pol II core promoter elements revealed by statistical sequence analysis". Bioinformatics 21 (8): 1295–300. DOI:10.1093/bioinformatics/bti172. PMID 15572469.
  5. Levine, M.; Tjian, R. (Jul 2003). "Transcription regulation and animal diversity". Nature 424 (6945): 147–151. doi:10.1038/nature01763. ISSN 0028-0836. PMID 12853946.
  6. 6,0 6,1 Vlahopoulos S, Zoumpourlis VC (2004). "JNK: a key modulator of intracellular signaling". Biochemistry (Mosc) 69 (8): 844–54. DOI:10.1023/B:BIRY.0000040215.02460.45. PMID 15377263.
  7. Vlahopoulos S, Boldogh I, Casola A, Brasier AR (1999). "Nuclear factor-kappaB-dependent induction of interleukin-8 gene expression by tumor necrosis factor alpha: evidence for an antioxidant sensitive activating pathway distinct from nuclear translocation". Blood 94 (6): 1878–89. PMID 10477716.
  8. Veitia RA, Nijhout HF (2006). "The robustness of the transcriptional response to alterations in morphogenetic gradients". BioEssays 28 (3): 282–9. DOI:10.1002/bies.20377. PMID 16479586.
  9. Tomilin NV (2008). "Regulation of mammalian gene expression by retroelements and non-coding tandem repeats". BioEssays 30 (4): 338–48. DOI:10.1002/bies.20741. PMID 18348251.
  10. Celniker SE, Drewell RA (2007). "Chromatin looping mediates boundary element promoter interactions". BioEssays 29 (1): 7–10. DOI:10.1002/bies.20520. PMID 17187351.
  11. Smith CL (2008). "A shifting paradigm: histone deacetylases and transcriptional activation". BioEssays 30 (1): 15–24. DOI:10.1002/bies.20687. PMID 18081007.
  12. Copland JA, Sheffield-Moore M, Koldzic-Zivanovic N, Gentry S, Lamprou G, Tzortzatou-Stathopoulou F, Zoumpourlis V, Urban RJ, Vlahopoulos SA (2009). "Sex steroid receptors in skeletal differentiation and epithelial neoplasia: is tissue-specific intervention possible?". BioEssays 31 (6): 629–41. DOI:10.1002/bies.200800138. PMID 19382224.
  13. Vlahopoulos SA, Logotheti S, Mikas D, Giarika A, Gorgoulis V, Zoumpourlis V (2008). "The role of ATF-2 in oncogenesis". BioEssays 30 (4): 314–27. DOI:10.1002/bies.20734. PMID 18348191.
  14. Hobbs, K. N.; Negri, J.; Klinnert, M.; Rosenwasser, L. J.; Borish, L. (1 December 1998). "Interleukin-10 and transforming growth factor-beta promoter polymorphisms in allergies and asthma" (Free full text). American Journal of Respiratory and Critical Care Medicine 158 (6): 1958–1962. ISSN 1073-449X. PMID 9847292. http://ajrccm.atsjournals.org/cgi/pmidlookup?view=long&pmid=9847292.
  15. Burchard, E. S.; Silverman, E. K.; Rosenwasser, L. J.; Borish, L.; Yandava, C.; Pillari, A.; Weiss, S. T.; Hasday, J. et al. (1 September 1999). "Association between a sequence variant in the IL-4 gene promoter and FEV(1) in asthma" (Free full text). American Journal of Respiratory and Critical Care Medicine 160 (3): 919–922. ISSN 1073-449X. PMID 10471619. http://ajrccm.atsjournals.org/cgi/pmidlookup?view=long&pmid=10471619.
  16. Kulozik, A. B. K. (May 1991). "Thalassemia intermedia: moderate reduction of beta globin gene transcriptional activity by a novel mutation of the proximal CACCC promoter element". Blood 77 (9): 2054–2058. ISSN 0006-4971. PMID 2018842.
  17. Petrij, F.; Giles, H.; Dauwerse, G.; Saris, J.; Hennekam, C.; Masuno, M.; Tommerup, N.; Van Ommen, J. et al. (Jul 1995). "Rubinstein-Taybi syndrome caused by mutations in the transcriptional co-activator CBP". Nature 376 (6538): 348–351. Bibcode 1995Natur.376..348P. doi:10.1038/376348a0. ISSN 0028-0836. PMID 7630403.

Véxase tamén[editar | editar a fonte]

Outros artigos[editar | editar a fonte]

Ligazóns externas[editar | editar a fonte]