Regulator-Gen - Regulator gene

Genregulatorischer Weg

Ein Regulatorgen , Regulator oder Regulatorgen ist ein Gen, das an der Kontrolle der Expression eines oder mehrerer anderer Gene beteiligt ist. Regulatorische Sequenzen , die regulatorische Gene codieren, befinden sich oft am fünf Prime-Ende (5') zur Startstelle der Transkription des Gens, das sie regulieren. Darüber hinaus können diese Sequenzen auch am Drei-Prime-Ende (3') zur Transkriptionsstartstelle gefunden werden . In beiden Fällen, unabhängig davon, ob die regulatorische Sequenz vor (5') oder nach (3') des von ihr regulierten Gens auftritt, ist die Sequenz oft viele Kilobasen von der Transkriptionsstartstelle entfernt. Ein Regulatorgen kann ein Protein kodieren oder auf RNA- Ebene wirken , wie im Fall von Genen, die microRNAs kodieren . Ein Beispiel für ein Regulatorgen ist ein Gen, das für ein Repressorprotein kodiert, das die Aktivität eines Operators hemmt (ein Gen, das Repressorproteine ​​bindet und somit die Translation von RNA zu Protein über RNA-Polymerase hemmt ).

In Prokaryonten kodieren Regulatorgene oft für Repressorproteine . Repressorproteinen binden an Betreiber oder Promoter , die Verhütung von RNA - Polymerase aus transkribiert RNA. Sie werden normalerweise ständig exprimiert, sodass die Zelle immer einen Vorrat an Repressormolekülen zur Verfügung hat. Induktoren bewirken, dass Repressorproteine ​​ihre Form ändern oder anderweitig unfähig werden, DNA zu binden , was es der RNA-Polymerase ermöglicht, die Transkription fortzusetzen. Regulatorgene können innerhalb eines Operons , benachbart dazu oder weit davon entfernt liegen.

Andere regulatorische Gene kodieren für Aktivatorproteine . Ein Aktivator bindet an eine Stelle des DNA-Moleküls und bewirkt eine Erhöhung der Transkription eines nahe gelegenen Gens. In Prokaryonten ist ein bekanntes Aktivatorprotein das Katabolitenaktivatorprotein (CAP), das an der positiven Kontrolle des lac-Operons beteiligt ist .

Bei der Regulation der Genexpression , die in der evolutionären Entwicklungsbiologie (evo-devo) untersucht wurde, spielen sowohl Aktivatoren als auch Repressoren eine wichtige Rolle.

Regulatorische Gene können auch als positive oder negative Regulatoren beschrieben werden, basierend auf den Umweltbedingungen, die die Zelle umgeben. Positive Regulatoren sind regulatorische Elemente, die die Bindung der RNA-Polymerase an die Promotorregion ermöglichen, wodurch die Transkription ermöglicht wird. Hinsichtlich des lac-Operons wäre der positive Regulator der CRP-cAMP-Komplex, der nahe der Stelle des Transkriptionsstarts der lac-Gene gebunden werden muss. Die Bindung dieses positiven Regulators ermöglicht es der RNA-Polymerase, erfolgreich an den Promotor der lac-Gensequenz zu binden, was die Transkription von lac-Genen vorantreibt; lacZ , lacY und lacA . Negative Regulatoren sind regulatorische Elemente, die die Bindung der RNA-Polymerase an die Promotorregion blockieren und so die Transkription unterdrücken. In Bezug auf das lac-Operon wäre der negative Regulator der lac-Repressor, der an den Promotor an derselben Stelle bindet, an der die RNA-Polymerase normalerweise bindet. Die Bindung des lac-Repressors an die Bindungsstelle der RNA-Polymerase hemmt die Transkription der lac-Gene. Nur wenn ein Corepressor an den lac-Repressor gebunden ist, ist die Bindungsstelle für die RNA-Polymerase frei, um die Transkription der lac-Gene durchzuführen.

Genregulatorische Elemente

Promotoren befinden sich am Anfang des Gens und dienen als die Stelle, an der sich die Transkriptionsmaschinerie zusammensetzt und die Transkription des Gens beginnt. Enhancer schalten die Promoter an bestimmten Orten, Zeiten und Ebenen ein und können einfach als „Promoter des Promoters“ definiert werden. Es wird angenommen, dass Silencer die Genexpression zu bestimmten Zeitpunkten und Orten abschalten. Isolatoren, auch Grenzelemente genannt, sind DNA-Sequenzen, die cis-regulatorische Grenzen bilden, die verhindern, dass die regulatorischen Elemente eines Gens benachbarte Gene beeinflussen. Das allgemeine Dogma ist, dass diese regulatorischen Elemente durch die Bindung von Transkriptionsfaktoren , Proteinen, die an spezifische DNA-Sequenzen binden , aktiviert werden und die mRNA- Transkription kontrollieren . Es könnte mehrere Transkriptionsfaktoren geben, die an ein regulatorisches Element binden müssen, um es zu aktivieren. Darüber hinaus binden mehrere andere Proteine, sogenannte Transkriptions-Cofaktoren, an die Transkriptionsfaktoren selbst, um die Transkription zu kontrollieren.

Negative Regulatoren

Negative Regulatoren wirken, um die Transkription oder Translation zu verhindern. Beispiele wie cFLIP Unterdrückungs - Zelltod - Mechanismen zu pathologischen Störungen führen wie Krebs und damit eine entscheidende Rolle dabei spielen , drug resistance . Die Umgehung solcher Akteure ist eine Herausforderung in der Krebstherapie . Zu den negativen Regulatoren des Zelltods bei Krebs gehören cFLIP , die Bcl 2 - Familie , Survivin , HSP , IAP , NF - B , Akt , mTOR und FADD .

Erkennung

Es gibt verschiedene Techniken, um regulatorische Gene nachzuweisen, aber von den vielen gibt es einige, die häufiger verwendet werden als andere. Einer dieser wenigen wird ChIP-Chip genannt. ChIP-Chip ist eine In-vivo- Technik, die verwendet wird, um genomische Bindungsstellen für Transkriptionsfaktoren in Zweikomponenten-Systemantwortregulatoren zu bestimmen . In-vitro- Mikroarray- basierter Assay (DAP-Chip) kann verwendet werden, um Genziele und Funktionen von Zweikomponenten- Signaltransduktionssystemen zu bestimmen. Dieser Assay macht sich die Tatsache zunutze , dass Reaktionsregulatoren phosphoryliert und somit in vitro mit niedermolekularen Donoren wie Acetylphosphat aktiviert werden können .

Phylogenetischer Fußabdruck

Das phylogenetische Footprinting ist eine Technik, die multiple Sequenz-Alignments verwendet , um die Orte konservierter Sequenzen wie regulatorischer Elemente zu bestimmen . Neben multiplen Sequenz-Alignments erfordert das phylogenetische Footprinting auch statistische Raten von konservierten und nicht-konservierten Sequenzen. Unter Verwendung der Informationen, die durch mehrfache Sequenz-Alignments und statistische Raten bereitgestellt werden, kann man die am besten konservierten Motive in den interessierenden orthologen Regionen identifizieren .

Verweise

Externe Links