Наличие дистантной регуляции активности промотора с помощью элементов удаленных от него(на 100000 п.о.), т.н. upstream elements

Лекция 7

Регуляция транскрипции у эукариот

Общие принципы:

1.если у прокариот возможен синтез полицистронных мРНК, то у эукариот своеобразным функциональным аналогом полицистронной мРНК явялется сплайсинг мРНК.

2.наличие дистантной регуляции активности промотора с помощью элементов удаленных от него(на 100000 п.о.), т.н. upstream elements.

В регуляторной области эукариотических генов выявляется два типа цис-регуляторных элементов: общие и специфические.

Общие регуляторные элементы:

– ТАТА-бокс: TATA G/T A A/T. АТ-богатая последовательность расположенная за 30 п.н. до старта транскрипции. Существуют промоторы лишенные ТАТА-бокса.

– INR-консенсус: YYAN T/AYY (Y-любой пиримидин). Находится в районе старта транскрипции.

– CCAAT-элемент. Занимает положения –50 или –90.

 

Специфические регуляторные элементы.

По своему действию на активность промоторов могут быть разделены на два типа:

1.энхансеры – элементы, повышающие эффективность работы промотора;

2.сайленсеры – элементы, угнетающие работу промотора.

Специфические регуляторные элементы могут находится на значительном расстоянии от промотора и их функционирование не зависит от ориентации. В структурном отношении могут представлять собой набор повторяющихся мотивов.

В последнее время интенсивно изучается еще один тип специфических регуляторных элементов, называемых инсуляторами. Эти элементы не имеют консенсусных участков, каждый инсулятор уникален по своей последовательности. В настоящее время преобладает мнение о том, что два инсулятора структурно и функционально ограничивают группу генов, активность которых регулируется независимо от других групп генов.

 

С регуляторными элементами ДНК взаимодействуют белковые транс-факторы, которые как и регуляторные элементы можно подразделить на общие и специфические.

1.Общие транскрипционные факторы. Узнают общие регуляторные цис-элементы и участвуют в регуляции транскрипции большинства генов. Общие факторы образуют белковый комплекс, который обеспечивает связывание ДНК-зависимой РНК полимеразы с промотором нужного гена в нужное время, точное позиционирование активного центра фермента относительно первого транскрибируемого нуклеотида и активацию фермента. Поскольку эукариоты обладают тремя разными РНК-полимеразами, то в функционировании каждой из них участвуют отличающиеся наборы общих транскрипционных факторов, которые не могут быть заменены друг другом. Примерами общих факторов являются белковые комплексы, известные как TFIIB, TFIID, TFIIE, TFIIF и т.д.

2.Специфические транскрипционные факторы. Узнают специфические регуляторные цис-элементы и контролируют транскрипцию отдельных генов или их небольших групп. Специфические факторы связывают внешние стимулы, воспринимаемые клеткой, с ответом клетки на уровне экспрессии генов. В ряде случаев они привлекают к промоторной области гена белковые комплексы (адапторные, коактиваторные), которые подготавливают ДНК-матрицу к процессу транскрипции ослабляя гистон-ДНК контакты, и тем самым облегчая взаимодействие с ней общих факторов транскрипции. В других случаях специфические факторы могут взаимодействовать с общими транскрипционными факторами, тем самым привлекая их к областям активной транскрипции.

Распространенной моделью, объясняющей дистантное действие энхансеров и инсуляторов, является модель петли.

 

 

 

Петля ДНК формируется за счет белок-белковых взаимодействий между факторами, вязанными с дистантными регуляторными элементами и белковым комплексом, локализующимся в районе промотора.

 

Обнаружены также белки, связывающиеся с последовательностями инсуляторов, у части из них известна структура, но о механизмах их действия в настоящее время известно мало.

Известны инсуляторы, находящиеся внутри транспозонов (например, gypsy), однако об инсуляторов у вирусов пока ничего не известно.

 

Вначале рассмотрим системы транскрипции с участием клеточной РНК-полимеразы.

 

Транскрипция у SV40.

 

 

Гены SV40.

L

E

Е1А Е1В

E2 E3 E4

 

Истинно ранним геном можно считать E1A, транскрибируемый немодифицированной клеточной РНК-полимеразой, остальные ранние гены отсроченно ранние. Всего у SV40 четыре группы ранних генов и одна группа поздних. Среди ранних генов группы Е2 имеются те, которые кодируют вирусную РНК полимеразу и ДНК-связывающий белок.

 

Структура регуляторных областей ранних генов SV40.

	-200 -100

SP1 TATA

ATF E2F TATA E2F TATA-like

 

AP1 ATF TATA

 

2xATF ATF TATA

 

MLTF SP1

mL

 

	CREB		CBP (cAMP responsive Binding Protein)

E2F ATF ATF

 

Структура фактора транскрипции ATF:

	ATF

 

Функции белковых продуктов ранних генов.

 

Е1А. Полифункциональный белок, существующий в двух формах: полной и уменьшенной на один домен. Не обладает ДНК-связывающей активностью, но за счет белок-белковых взаимодействий контролирует транскрипцию многих клеточных генов и поздних генов SV40.

Влияние на транскрипцию Е1А осуществляет путем взаимодействия со следующими белками и белковыми комплексами.

 

1.Связываясь с р53, высвобождает ТВР из комплекса р53·ТВР. Эффект –активация транскрипции.

2.Связываясь Rb, высвобождает E2F из комплекса Rb·Е2F. Эффект – активация транскрипции генов, необходимых для входа и протекания S-фазы клеточного цикла.

3.Активирует белковый комплекс, содержащий р400· SWI/SNF (ремоделирующий комплекс) · TRRAP/PAF400 · cMic · pKAF (актиноподобный белок), а также гистонацетилазы. Эффект – активация транскрипции за счет изменения структуры хроматина.

4.Активирует медиаторный комплекс (2 Мда), содержащий CDK8 – фосфорилазу С-концевого домена (CTD) РНК-полимеразы II. Эффект – активация траскрипции.

5.Активирует транскрипцию генов факторов транскрипции, включая свой собственный ген. Эффект – активация транскрипции.

6.Инактивирует ингибиторов транскрипции. Эффект – активация транскрипции.

7.Регулирует read-through транскрипции.

8.Своим N-концевым доменом взаимодействует и при этом ингибирует гистонацетилазный комплекс CBP(p300). Эффект – подавление транскрипции, связанное со структурой хроматина.

9.Своим С-концевым доменом связывается с корепрессором траскрипции – CtBP(С-terminal Binding Protein), который ассоциирован с деацетилазой гистонов. Эффект – подавление транскрипции.

10. Инактивирует р53. Эффект – запуск апоптической программы. Следует отметить, что у вируса имеются противоапоптические механизмы (например Е1В и один из Е4 белков стабилизируют р53, защищая его от деградации в протеасоме), поэтому клетка не уходит в апоптоз.

 

Итогом работы Е1А является переход клетки в S-фазу клеточного цикла, т.е. после заражения вирусом клетка начинает делиться.