Informations

16.3B : Enhancers et répresseurs transcriptionnels - Biologie

16.3B : Enhancers et répresseurs transcriptionnels - Biologie


We are searching data for your request:

Forums and discussions:
Manuals and reference books:
Data from registers:
Wait the end of the search in all databases.
Upon completion, a link will appear to access the found materials.

Les amplificateurs augmentent le taux de transcription des gènes, tandis que les répresseurs diminuent le taux de transcription.

Objectifs d'apprentissage

  • Expliquer comment les activateurs et les répresseurs régulent l'expression des gènes

Points clés

  • Les amplificateurs peuvent être situés en amont d'un gène, dans la région codante du gène, en aval d'un gène ou à des milliers de nucléotides.
  • Lorsqu'une protéine de flexion de l'ADN se lie à l'amplificateur, la forme de l'ADN change, ce qui permet aux interactions entre les activateurs et les facteurs de transcription de se produire.
  • Les répresseurs répondent aux stimuli externes pour empêcher la liaison des facteurs de transcription activants.
  • Les corépresseurs peuvent réprimer l'initiation de la transcription en recrutant l'histone désacétylase.
  • La désactylation des histones augmente la charge positive sur les histones, ce qui renforce l'interaction entre les histones et l'ADN, rendant l'ADN moins accessible à la transcription.

Mots clés

  • rehausseur: une courte région de l'ADN qui peut augmenter la transcription des gènes
  • répresseur: toute protéine qui se lie à l'ADN et régule ainsi l'expression des gènes en diminuant le taux de transcription
  • activateur: tout produit chimique ou agent qui régule un ou plusieurs gènes en augmentant le taux de transcription

Enhancers et transcription

Dans certains gènes eucaryotes, il existe des régions qui aident à augmenter ou à améliorer la transcription. Ces régions, appelées amplificateurs, ne sont pas nécessairement proches des gènes qu'elles amplifient. Ils peuvent être situés en amont d'un gène, dans la région codante du gène, en aval d'un gène, ou peuvent être à des milliers de nucléotides.

Les régions amplificatrices sont des séquences ou des sites de liaison pour les facteurs de transcription. Lorsqu'une protéine de flexion de l'ADN se lie à un activateur, la forme de l'ADN change. Ce changement de forme permet à l'interaction entre les activateurs liés aux amplificateurs et les facteurs de transcription liés à la région promotrice et à l'ARN polymérase de se produire. Alors que l'ADN est généralement représenté par une ligne droite en deux dimensions, il s'agit en fait d'un objet en trois dimensions. Par conséquent, une séquence de nucléotides à des milliers de nucléotides peut se replier et interagir avec un promoteur spécifique.

Désactiver les gènes : répresseurs transcriptionnels

Comme les cellules procaryotes, les cellules eucaryotes ont également des mécanismes pour empêcher la transcription. Les répresseurs transcriptionnels peuvent se lier aux régions promotrices ou amplificatrices et bloquer la transcription. Comme les activateurs transcriptionnels, les répresseurs répondent aux stimuli externes pour empêcher la liaison des facteurs de transcription activateurs.

Un corépresseur est une protéine qui diminue l'expression des gènes en se liant à un facteur de transcription qui contient un domaine de liaison à l'ADN. Le corépresseur est incapable de lier l'ADN par lui-même. Le corépresseur peut réprimer l'initiation de la transcription en recrutant l'histone désacétylase, qui catalyse l'élimination des groupes acétyle des résidus lysine. Cela augmente la charge positive sur les histones, ce qui renforce l'interaction entre les histones et l'ADN, rendant l'ADN moins accessible au processus de transcription.


16.3B : Enhancers et répresseurs transcriptionnels - Biologie

Comme la transcription, la traduction est contrôlée par des protéines qui se lient et initient le processus. En traduction, avant que la synthèse des protéines puisse commencer, l'assemblage des ribosomes doit être terminé. Il s'agit d'un processus en plusieurs étapes.

Dans l'assemblage des ribosomes, les grandes et petites sous-unités ribosomiques et un ARNt initiateur (ARNtje) contenant le premier acide aminé de la chaîne polypeptidique finale se rassemblent tous au niveau du codon de début de traduction sur un ARNm pour permettre le début de la traduction. Premièrement, la petite sous-unité ribosomique se lie à l'ARNtje qui porte la méthionine chez les eucaryotes et les archées et porte la N-formyl-méthionine chez les bactéries. (Parce que l'ARNtje porte un acide aminé, on dit qu'il est chargé.) Ensuite, la petite sous-unité ribosomique avec l'ARNt chargéje toujours lié scanne le long du brin d'ARNm jusqu'à ce qu'il atteigne le codon de départ AUG, qui indique où la traduction commencera. Le codon de départ établit également le cadre de lecture pour le brin d'ARNm, ce qui est crucial pour synthétiser la séquence correcte d'acides aminés. Un décalage dans le cadre de lecture entraîne une mauvaise traduction de l'ARNm. L'anticodon sur l'ARNtje se lie ensuite au codon d'initiation par appariement de bases. Le complexe constitué d'ARNm, d'ARNt chargéje, et la petite sous-unité ribosomique s'attache à la grande sous-unité ribosomique, ce qui complète l'assemblage du ribosome. Ces composants sont réunis à l'aide de protéines appelées facteurs d'initiation qui se lient à la petite sous-unité ribosomique lors de l'initiation et se trouvent dans les trois domaines de la vie. De plus, la cellule dépense de l'énergie GTP pour aider à former le complexe d'initiation. Une fois l'assemblage du ribosome terminé, l'ARNt chargéje est positionné dans le site P du ribosome et le site A vide est prêt pour le prochain aminoacyl-ARNt. La synthèse du polypeptide commence et procède toujours de l'extrémité N-terminale à l'extrémité C-terminale, appelée direction N-à-C.

Chez les eucaryotes, plusieurs protéines du facteur d'initiation eucaryote (eIF) aident à l'assemblage des ribosomes. Le facteur d'initiation eucaryote-2 (eIF-2) est actif lorsqu'il se lie au guanosine triphosphate (GTP). Le GTP étant lié à celui-ci, la protéine eIF-2 se lie à la petite sous-unité ribosomique 40S. Ensuite, l'ARNt initiateur chargé de méthionine (Met-ARNtje) s'associe au complexe ribosomal GTP-eIF-2/40S, et une fois que tous ces composants sont liés les uns aux autres, ils sont collectivement appelés le complexe 43S.

Les facteurs d'initiation eucaryotes eIF1, eIF3, eIF4 et eIF5 aident à amener le complexe 43S à la coiffe 5′-m 7 G d'un ARNm à traduire. Une fois lié à l'ARNm’s 5′ m 7 G cap, le complexe 43S commence à descendre l'ARNm jusqu'à ce qu'il atteigne le codon d'initiation AUG au début du cadre de lecture de l'ARNm’s. Les séquences autour de l'AUG peuvent aider à garantir que l'AUG correct est utilisé comme codon d'initiation dans l'ARNm.

Une fois que le complexe 43S est à l'AUG d'initiation, l'ARNt-Met est positionné sur l'AUG. L'anticodon sur l'ARNtje- Rencontre des paires de bases avec le codon AUG. À ce stade, le GTP lié à eIF2 dans le complexe 43S est hydrolysé en GDP + phosphate et de l'énergie est libérée. Cette énergie est utilisée pour libérer l'eIF2 (avec le GDP lié) du complexe 43S, laissant la sous-unité ribosomique 40S et l'ARNtje-Met au site de début de traduction de l'ARNm.

Ensuite, eIF5 avec GTP lié se lie à la sous-unité ribosomique 40S complexée à l'ARNm et à l'ARNtje-Rencontré. L'eIF5-GTP permet à la grande sous-unité ribosomique 60S de se lier. Une fois que la sous-unité ribosomique 60S arrive, eIF5 hydrolyse son GTP lié en GDP + phosphate, et de l'énergie est libérée. Cette énergie alimente l'assemblage des deux sous-unités ribosomiques dans le ribosome 80S intact, avec l'ARNt-Met dans son site P tout en étant également associé au codon d'initiation AUG sur l'ARNm. La traduction est prête à commencer.

La liaison de eIF-2 à la sous-unité ribosomique 40S est contrôlée par phosphorylation. Si eIF-2 est phosphorylé, il subit un changement de conformation et ne peut pas se lier au GTP. Par conséquent, le complexe 43S ne peut pas se former correctement et la traduction est entravée. Lorsque eIF-2 reste non phosphorylé, il se lie à la sous-unité ribosomique 40S et traduit activement la protéine.

Complexe d'initiation à la traduction: L'expression des gènes peut être contrôlée par des facteurs qui se lient au complexe d'initiation de la traduction.

La capacité d'assembler complètement le ribosome affecte directement la vitesse à laquelle la traduction se produit. Mais la synthèse des protéines est également régulée à divers autres niveaux, notamment la synthèse d'ARNm, la synthèse d'ARNt, la synthèse d'ARNr et la synthèse de facteur d'initiation eucaryote. L'altération de l'un de ces composants affecte la vitesse à laquelle la traduction peut se produire.


16.4 Régulation des gènes transcriptionnels eucaryotes

Dans cette section, vous explorerez la question suivante :

Connexion pour les cours AP ®

Pour démarrer la transcription, les facteurs de transcription généraux doivent d'abord se lier à une zone spécifique de l'ADN appelée boîte TATA, puis recruter l'ARN polymérase à cet emplacement. De plus, d'autres zones de l'ADN appelées régions amplificatrices aident à augmenter la transcription. Les facteurs de transcription peuvent se lier aux régions amplificatrices pour augmenter ou empêcher la transcription.

Les informations présentées et les exemples mis en évidence dans la section soutiennent les concepts décrits dans la grande idée 3 du cadre du programme d'études en biologie AP ® . Les objectifs d'apprentissage énumérés dans le cadre du programme d'études fournissent une base transparente pour le cours de biologie AP ®, une expérience de laboratoire basée sur l'enquête, des activités pédagogiques et des questions d'examen AP ®. Un objectif d'apprentissage fusionne le contenu requis avec une ou plusieurs des sept pratiques scientifiques

Grande idée 3 Les systèmes vivants stockent, récupèrent, transmettent et répondent aux informations essentielles aux processus de la vie.
Compréhension durable 3.B L'expression de l'information génétique fait intervenir des mécanismes cellulaires et moléculaires.
Connaissances essentielles 3.B.1 La régulation génique entraîne une expression génétique différentielle, conduisant à une spécialisation cellulaire
Pratique scientifique 7.1 L'étudiant peut relier des phénomènes et des modèles à des échelles spatiales et temporelles.
Objectif d'apprentissage 3.18 L'étudiant est capable de décrire le lien entre la régulation de l'expression des gènes et les différences observées entre différents types d'organismes
Connaissances essentielles 3.B.1 La régulation génique entraîne une expression génique différentielle, conduisant à une spécialisation cellulaire
Pratique scientifique 7.1 L'étudiant peut connecter des phénomènes et des modèles à des échelles spatiales et temporelles
Objectif d'apprentissage 3.19 L'étudiant est capable de décrire le lien entre la régulation de l'expression des gènes et les différences observées entre les individus d'une population
Connaissances essentielles 3.B.1 La régulation génique entraîne une expression génique différentielle, conduisant à une spécialisation cellulaire.
Pratique scientifique 6.2 L'étudiant peut construire des explications de phénomènes basées sur des preuves produites par des pratiques scientifiques
Objectif d'apprentissage 3.20 L'étudiant est capable d'expliquer comment la régulation de l'expression des gènes est essentielle pour les processus et les structures qui soutiennent une fonction cellulaire efficace.
Connaissances essentielles 3.B.1 1 La régulation génique entraîne une expression génique différentielle, conduisant à une spécialisation cellulaire.
Pratique scientifique 1.4 L'étudiant peut utiliser des représentations et des modèles pour analyser des situations ou résoudre des problèmes qualitativement et quantitativement.
Objectif d'apprentissage 3.21 L'étudiant peut utiliser des représentations pour décrire comment la régulation des gènes influence les produits et la fonction cellulaires.

Soutien aux enseignants

Demandez aux élèves de créer une représentation visuelle à l'aide de papier de couleur qui montre la transcription de l'ADN et le rôle des activateurs et des répresseurs dans la transcription.

Les questions du défi de la pratique scientifique contiennent des questions de test supplémentaires pour cette section qui vous aideront à vous préparer à l'examen AP. Ces questions portent sur les normes suivantes :
[APLO 3.18]

Comme les cellules procaryotes, la transcription de gènes chez les eucaryotes nécessite les actions d'une ARN polymérase pour se lier à une séquence en amont d'un gène pour initier la transcription. Cependant, contrairement aux cellules procaryotes, l'ARN polymérase eucaryote nécessite d'autres protéines, ou facteurs de transcription, pour faciliter l'initiation de la transcription. Les facteurs de transcription sont des protéines qui se lient à la séquence promotrice et à d'autres séquences régulatrices pour contrôler la transcription du gène cible. L'ARN polymérase à elle seule ne peut pas initier la transcription dans les cellules eucaryotes. Les facteurs de transcription doivent d'abord se lier à la région promotrice et recruter l'ARN polymérase sur le site pour que la transcription soit établie.

L'activité des facteurs de transcription peut réguler l'expression différentielle des gènes dans les cellules, entraînant le développement de différents produits et fonctions cellulaires. Par exemple, les scientifiques ont découvert que les caractères sexuels primaires sont régulés par plusieurs gènes Figure 16.9. Dans la mouche des fruits Drosophile, les slx le gène détermine le sexe. Ce gène est exprimé lorsque l'organisme possède deux copies du chromosome X. Le produit du gène pour slx se lie à l'ARNm du tra gène et régule son épissage. En présence de slx, tra est épissé dans sa forme féminine et influence l'expression de dsx et fru aboutir à des caractéristiques sexuelles féminines. En l'absence de slx, tra est épissé dans sa forme masculine et les caractéristiques sexuelles masculines en résultent.

Lien vers l'apprentissage

Voir le processus de transcription - la fabrication d'ARN à partir d'une matrice d'ADN - sur ce site.

  1. L'ADN se déroule, les facteurs de transcription se lient, le complexe de terminaison se forme et l'ADN polymérase ajoute des nucléotides à l'ARNm.
  2. L'ADN se déroule, les facteurs de transcription se lient et l'ARN polymérase ajoute des nucléotides à l'ARNm.
  3. Le complexe de transcription se forme, les facteurs de transcription ajoutent des nucléotides à l'ARNm en formation et l'ARNm se déconnecte de l'ADN.
  4. L'élongation se produit, suivie de la formation du complexe d'initiation de la transcription et de la déconnexion du brin d'ARNm de l'ADN.

Le promoteur et les machines de transcription

Les gènes sont organisés pour faciliter le contrôle de l'expression des gènes. La région promotrice est immédiatement en amont de la séquence codante. Cette région peut être courte (seulement quelques nucléotides de long) ou assez longue (des centaines de nucléotides de long). Plus le promoteur est long, plus l'espace disponible pour la liaison des protéines est important. Cela ajoute également plus de contrôle au processus de transcription. La longueur du promoteur est spécifique d'un gène et peut différer considérablement d'un gène à l'autre. Par conséquent, le niveau de contrôle de l'expression des gènes peut également différer considérablement d'un gène à l'autre. Le but du promoteur est de lier des facteurs de transcription qui contrôlent l'initiation de la transcription.

Dans la région promotrice, juste en amont du site de démarrage de la transcription, réside la boîte TATA. Cette boîte est simplement une répétition de dinucléotides thymine et adénine (littéralement, répétitions TATA). L'ARN polymérase se lie au complexe d'initiation de la transcription, permettant à la transcription de se produire. Pour initier la transcription, un facteur de transcription (TFIID) est le premier à se lier à la boîte TATA. La liaison de TFIID recrute d'autres facteurs de transcription, notamment TFIIB, TFIIE, TFIIF et TFIIH à la boîte TATA. Une fois ce complexe assemblé, l'ARN polymérase peut se lier à sa séquence amont. Lorsqu'elle est liée avec les facteurs de transcription, l'ARN polymérase est phosphorylée. Cela libère une partie de la protéine de l'ADN pour activer le complexe d'initiation de la transcription et place l'ARN polymérase dans la bonne orientation pour commencer la transcription. protéines médiatrices (Figure 16.10).

En plus des facteurs de transcription généraux, d'autres facteurs de transcription peuvent se lier au promoteur pour réguler la transcription des gènes. Ces facteurs de transcription se lient aux promoteurs d'un ensemble spécifique de gènes. Ce ne sont pas des facteurs de transcription généraux qui se lient à chaque complexe promoteur, mais sont recrutés dans une séquence spécifique sur le promoteur d'un gène spécifique. Il existe des centaines de facteurs de transcription dans une cellule qui se lient chacun spécifiquement à un motif de séquence d'ADN particulier. Lorsque les facteurs de transcription se lient au promoteur juste en amont du gène codé, on parle de cis-élément agissant, car il se trouve sur le même chromosome juste à côté du gène. La région à laquelle se lie un facteur de transcription particulier est appelée site de liaison du facteur de transcription. Les facteurs de transcription répondent aux stimuli environnementaux qui amènent les protéines à trouver leurs sites de liaison et à initier la transcription du gène nécessaire.

Enhancers et transcription

Dans certains gènes eucaryotes, il existe des régions qui aident à augmenter ou à améliorer la transcription. Ces régions, appelées amplificateurs, ne sont pas nécessairement proches des gènes qu'elles amplifient. Ils peuvent être situés en amont d'un gène, dans la région codante du gène, en aval d'un gène, ou peuvent être à des milliers de nucléotides.

Les régions amplificatrices sont des séquences ou des sites de liaison pour les facteurs de transcription. Lorsqu'une protéine de flexion de l'ADN se lie, la forme de l'ADN change (figure 16.10). Ce changement de forme permet l'interaction des activateurs liés aux amplificateurs avec les facteurs de transcription liés à la région promotrice et à l'ARN polymérase. Alors que l'ADN est généralement représenté par une ligne droite en deux dimensions, il s'agit en fait d'un objet en trois dimensions. Par conséquent, une séquence de nucléotides à des milliers de nucléotides peut se replier et interagir avec un promoteur spécifique.

Désactiver les gènes : répresseurs transcriptionnels

Comme les cellules procaryotes, les cellules eucaryotes ont également des mécanismes pour empêcher la transcription. Les répresseurs transcriptionnels peuvent se lier aux régions promotrices ou amplificatrices et bloquer la transcription. Comme les activateurs transcriptionnels, les répresseurs répondent à des stimuli externes pour empêcher la liaison des facteurs de transcription activateurs.


Amplificateurs, répresseurs et promoteurs

Dans l'épisode de ce mois-ci, nous allons revenir sur un sujet auquel la plupart des lecteurs, peut-être même tous, ont été exposés dans un cours de premier cycle très éloigné, mais peut-être pas beaucoup en profondeur ou avec son importance pour les maladies génétiques humaines rendues très claires en dehors de quelques cas particuliers. Voici un test rapide : réfléchissez à la question : « Les mutations dans ou directement adjacentes aux régions codantes des gènes sont-elles les seules susceptibles de conduire à des états pathologiques ? » Si votre réaction immédiate est de répondre par un « Oui », cet article est pour vous. (Si vous avez répondu « Non », vous voudrez peut-être continuer à lire et voir si votre logique est bonne !)

Revenons à un peu de biologie moléculaire très basique. Le génome contient des gènes, qui sont des régions d'ADN qui sont transcrites en ARN dans certains cas, cet ARN est lui-même directement fonctionnel (des choses comme les ARNt ou le composant 18S du ribosome, par exemple) mais dans la plupart des cas, l'ARN est un ARNm, portant une séquence codant pour une protéine qui est traduite par la machinerie ribosomique en une série d'acides aminés liés de manière covalente - une protéine - qui, par nature, des chimies de chaînes latérales variées et de leurs interactions électrostatiques, de liaison hydrogène et hydrophobes se replie jusqu'à un minimum d'énergie thermodynamique pour créer une enzyme fonctionnelle ou une protéine structurelle. Les mutations - les modifications de la séquence d'ADN sous-jacente - au sein de l'une de ces régions codantes sont statistiquement susceptibles de provoquer des changements de fonction indésirables dans le produit protéique final, bien qu'il soit « probable » qu'il y ait un rappel que de telles mutations peuvent être silencieuses (c'est-à-dire ne pas provoquer de protéine changement de séquence), ou non nocif (provoquant un changement qui n'a pas d'impact significatif), ou même éventuellement avantageux, donnant un produit biologiquement plus adapté.

Ce que ce résumé compressé d'environ deux ans de cours de biologie de premier cycle omet, c'est que ces gènes dans l'ADN ne se transcrivent pas comme par magie en ARN par eux-mêmes. Sachant que seule une petite fraction du génome humain porte des gènes réels tels que définis ci-dessus, il existe d'autres éléments de séquence d'ADN dont le seul rôle est de marquer l'emplacement des gènes et de contrôler leur niveau d'expression (transcription en ARN). Il existe trois types particulièrement importants de ces éléments de contrôle, appelés promoteurs, amplificateurs et répresseurs et, comme nous le verrons ci-dessous, les mutations de l'un d'entre eux peuvent avoir des effets aussi graves (ou pires) que les mutations des séquences codantes.

Promoteurs : le gardien proximal d'un gène

Les promoteurs sont des séquences relativement courtes (environ 100 à 1 000 paires de bases de long) toujours situées directement en amont (5', par rapport au brin codant pour l'ADN) du gène qu'ils contrôlent ("drive", dans le jargon habituel). Ces séquences contiennent des éléments qui recrutent dans les ARN polymérases responsables de la transcription du gène. De manière très simpliste, si une séquence de promoteur définie particulière dans un type de cellule et un environnement particuliers est au maximum efficace pour recruter l'ARN polymérase - appelons cela une activité de 100 pour cent - alors des variations dans la séquence peuvent se produire, ce qui réduit cette activité (moins d'ARN est produit par unité de temps ). Certains changements sont plus perturbateurs que d'autres, et en combinaison, il n'est pas difficile d'imaginer comment les variations d'une "meilleure" séquence de promoteur peuvent conduire à un potentiel pour une gamme lisse de taux d'expression basaux, de moins de 1% à 100% d'expression. C'est une bonne chose du point de vue d'une cellule, car cela permet à différents gènes d'avoir leurs niveaux d'expression adaptés à la quantité à l'état stable de produit génique nécessaire.

L'ajout (littéralement) d'une couche de complexité ici est que les promoteurs ne se lient pas directement à l'ARN polymérase. Au lieu de cela, ils contiennent des sous-séquences plus courtes, qui sont reconnues comme des sites de liaison pour une classe de protéines appelées facteurs de transcription (TF). 20 paires de bases) et leur propre niveau de capacité à recruter dans l'ARN polymérase. Beaucoup ont également, directement ou indirectement, des sites de liaison allostériques (secondaires) où des ligands tels que des métabolites ou des hormones peuvent se lier et influencer le niveau d'activité du facteur de transcription. En fait, c'est l'interaction complexe de tous ces différents facteurs de transcription et de leurs ligands modulateurs qui est au cœur de la définition des différents types de cellules, et un hépatocyte se comporte différemment d'une cellule épithéliale bien que les deux aient le même ADN. recevant des signaux différents », qui contrôlent leurs niveaux d'expression relatifs de divers gènes.

Il est alors facile de comprendre comment une mutation au sein d'un promoteur, modifiant un site de liaison de TF, peut entraîner des problèmes non pas par un changement dans la fonction du produit génique mature, mais par une variation du niveau d'expression du produit. Une régulation à la hausse ou à la baisse indésirable d'un gène peut avoir de graves conséquences et s'il est assez malheureux que cela se produise dans un gène qui à son tour contrôle l'expression ou l'activité d'autres gènes, tout un ensemble de gènes peut voir ses niveaux modifiés par un seul changement de nucléotide. . Dans presque tous les cas, ce n'est pas pour le mieux et un tel changement entraîne un état pathologique.

Le lecteur se souviendra que nous avons commencé cette section en précisant qu'un promoteur est toujours directement en amont d'un gène. L'espacement entre le promoteur et le site de démarrage de la transcription (où le premier nucléotide d'ARN sera déposé dans un transcrit naissant) est également important, de sorte que les mutations d'insertion ou de délétion, même celles qui ne modifient pas directement les sites de liaison TF spécifiques, peuvent avoir un impact le niveau d'expression des gènes. Un exemple de ceci immédiatement familier à tous les lecteurs serait la maladie de Huntington. Ici, un élément génétique instable se situe entre le promoteur et le site de démarrage de la transcription. Normalement, l'espacement est acceptable et des niveaux suffisants d'ARNm du gène Huntington sont transcrits, mais pendant la réplication cellulaire, l'élément instable peut avoir de l'ADN supplémentaire inséré, éloignant le promoteur du début du gène. Au fur et à mesure que cela se produit, le promoteur est moins efficace pour faire chuter les niveaux de transcription et de transcription. Si l'insertion est petite et que la baisse de l'expression est faible, la maladie manifeste ne se produit pas, mais elle est considérée comme un état « porteur », où une expansion supplémentaire fera chuter l'expression des gènes en dessous des niveaux requis pour une fonction normale, et les résultats de la pathologie de la maladie. (Porteur dans ce sens n'est pas strictement identique au sens de la génétique mendélienne, d'où les guillemets.)

L'essentiel est que pour chaque gène, non seulement la séquence de la section codante est importante pour le bon fonctionnement, mais il y a toujours une région promotrice adjacente qui est sensible aux mutations qui peuvent avoir de graves répercussions cliniques. Un gène peut avoir une séquence codante de type sauvage parfaite et pourtant ne pas fonctionner comme nécessaire.

Amplificateurs et répresseurs

La bonne nouvelle concernant les promoteurs, c'est que nous savons où les trouver. En fait, en séquençant et en examinant un grand nombre d'entre eux dans divers contextes, et en identifiant les différents TF qui lient leurs sites de liaison et leurs ligands, nous comprenons, pouvons trouver, et dans le bon contexte, même manipuler des promoteurs à volonté pour faire des choses telles que comme créer une expression génique spécifique aux tissus.

Les amplificateurs et les répresseurs sont cependant plus difficiles. Ce sont des éléments de séquence d'ADN qui peuvent également moduler les niveaux d'expression des gènes (vers le haut pour les amplificateurs et vers le bas pour les répresseurs, comme on peut le deviner). Comme les promoteurs, ce sont des éléments de paires de bases courtes (50 à 1 000) et au sein de cet élément porteront des sites de liaison (souvent, sous forme de copies répétées) pour les protéines qui peuvent influencer les taux de transcription au niveau des gènes voisins. À proximité est un terme intentionnellement vague, car il peut aller jusqu'à 1 million de paires de bases du gène qu'il influence, et ils peuvent être en amont ou en aval, c'est-à-dire 5 'ou 3' - du gène. Ils sont au moins limités à une action en cis ou en d'autres termes, sur le même chromosome contigu que le gène, mais les identifier en relation avec un gène particulier peut être difficile. Considérant le cas d'une séquence amplificatrice hypothétique, trouver des niveaux d'expression étonnamment bas d'un gène autrement intact avec une séquence promoteur apparemment normale serait le premier indice que des séquences amplificatrices pourraient être impliquées. Si un certain nombre de ces cas pouvaient être trouvés et que la région génomique flanquant le gène impacté pouvait être séquencée, l'identification de toutes les zones de changement génétique du type sauvage en commun parmi ces cas serait un endroit pour rechercher des éléments amplificateurs. On s'attendrait à ce que les dommages (altération ou suppression de séquence) de ceux-ci réduisent l'expression des gènes. L'image miroir de ceci en un sens est un répresseur, qui partage les mêmes caractéristiques mais qui, dans son état normal, réduit l'expression du gène. Des mutations au niveau d'un site répresseur provoquent alors une régulation positive indésirable de l'expression des gènes.

Comment les amplificateurs et les répresseurs fonctionnent-ils sur de si grandes distances - et peut-être plus intéressant encore, comment se fait-il qu'ils soient spécifiques ? C'est-à-dire qu'un activateur ou un répresseur agira généralement sur un gène distal particulier, mais d'autres gènes proches de celui influencé peuvent ne pas être influencés. La réponse à cette question est peut-être quelque peu décevante, car il n'y a rien d'étonnant à cela, car l'activateur ou le répresseur n'est pas, spatialement, loin du gène qu'il régule. En d'autres termes, les activateurs et les répresseurs sont capables de travailler sur des cibles distales séquentiellement en raison de l'organisation de la chromatine. En enveloppant et en compactant les chromosomes pour qu'ils s'adaptent à l'intérieur d'un noyau cellulaire, des éléments de séquence distants peuvent être placés physiquement adjacents les uns aux autres de telle sorte qu'une protéine liant un élément de séquence touche directement et en influence un autre. Le lecteur avisé notera cependant que pour que cela fonctionne de manière fiable, l'emballage et l'organisation des gènes doivent se produire de manière reproductible de telle sorte que les deux sections chromosomiques puissent être considérées comme proches. Un lecteur encore plus astucieux pourrait en outre deviner que si l'organisation et l'emballage des chromosomes changent de manière fiable au cours des étapes du cycle cellulaire, on pourrait envisager des activateurs ou des répresseurs qui ne peuvent exercer une influence qu'à des moments spécifiques.

Conclusion

Le message à retenir de tout ce qui précède est que non, ce n'est pas seulement la séquence codante d'un gène donné qui peut muter et influencer la fonction biologique du gène. Cela a des implications possibles pour les informations relatives portées par le séquençage du génome entier par rapport aux projets de séquençage de l'exome entier, mais c'est un sujet pour un autre mois.


Les gènes sont organisés pour faciliter le contrôle de l'expression des gènes. La région promotrice est immédiatement en amont de la séquence codante. Cette région peut être courte (seulement quelques nucléotides de long) ou assez longue (des centaines de nucléotides de long). Plus le promoteur est long, plus l'espace disponible pour la liaison des protéines est important. Cela ajoute également plus de contrôle au processus de transcription. La longueur du promoteur est spécifique d'un gène et peut différer considérablement d'un gène à l'autre. Par conséquent, le niveau de contrôle de l'expression des gènes peut également différer considérablement d'un gène à l'autre. Le but de la promoteur est de lier des facteurs de transcription qui contrôlent l'initiation de la transcription.

Dans la région du promoteur central, 25 à 35 bases en amont du site de démarrage de la transcription, réside la boîte TATA. La boîte TATA a la séquence consensus de 5'-TATAAA-3'. La boîte TATA est le site de liaison d'un complexe protéique appelé TFIID, qui contient une protéine de liaison à TATA. La liaison de TFIID recrute d'autres facteurs de transcription, notamment TFIIB, TFIIE, TFIIF et TFIIH. Certains de ces facteurs de transcription aident à lier l'ARN polymérase au promoteur, et d'autres aident à activer le complexe d'initiation de la transcription.

En plus de la boîte TATA, d'autres sites de liaison se trouvent dans certains promoteurs. Certains biologistes préfèrent restreindre la plage du promoteur eucaryote au promoteur central, ou site de liaison à la polymérase, et appellent ces sites supplémentaires des éléments proximaux du promoteur, car ils se trouvent généralement à quelques centaines de paires de bases en amont du site de démarrage de la transcription. . Des exemples de ces éléments sont la boîte CAAT, avec la séquence consensus 5'-CCAAT-3' et la boîte GC, avec la séquence consensus 5'-GGGCGG-3'. Des facteurs de transcription spécifiques peuvent se lier à ces éléments proximaux promoteurs pour réguler la transcription des gènes. Un gène donné peut avoir sa propre combinaison de ces sites de liaison spécifiques au facteur de transcription. Il existe des centaines de facteurs de transcription dans une cellule, dont chacun se lie spécifiquement à un motif de séquence d'ADN particulier. Lorsque les facteurs de transcription se lient au promoteur juste en amont du gène codé, il est appelé élément agissant en cis, car il se trouve sur le même chromosome juste à côté du gène. Les facteurs de transcription répondent aux stimuli environnementaux qui amènent les protéines à trouver leurs sites de liaison et à initier la transcription du gène nécessaire.


Biologie 171

À la fin de cette section, vous serez en mesure d'effectuer les opérations suivantes :

  • Discuter du rôle des facteurs de transcription dans la régulation des gènes
  • Expliquer comment les activateurs et les répresseurs régulent l'expression des gènes

Comme les cellules procaryotes, la transcription de gènes chez les eucaryotes nécessite l'action d'une ARN polymérase pour se lier à une séquence d'ADN en amont d'un gène afin d'initier la transcription. Cependant, contrairement aux cellules procaryotes, l'ARN polymérase eucaryote nécessite d'autres protéines, ou facteurs de transcription, pour faciliter l'initiation de la transcription. L'ARN polymérase à elle seule ne peut pas initier la transcription dans les cellules eucaryotes. Il existe deux types de facteurs de transcription qui régulent la transcription eucaryote : Facteurs de transcription généraux (ou basaux) se lier à la région promotrice centrale pour aider à la liaison de l'ARN polymérase. Facteurs de transcription spécifiques se lier à diverses régions en dehors de la région du promoteur central et interagir avec les protéines au niveau du promoteur central pour améliorer ou réprimer l'activité de la polymérase.

Regardez le processus de transcription (vidéo) - la fabrication d'ARN à partir d'une matrice d'ADN.

Le promoteur et les machines de transcription

Les gènes sont organisés pour faciliter le contrôle de l'expression des gènes. La région promotrice est immédiatement en amont de la séquence codante. Cette région peut être courte (seulement quelques nucléotides de long) ou assez longue (des centaines de nucléotides de long). Plus le promoteur est long, plus l'espace disponible pour la liaison des protéines est important. Cela ajoute également plus de contrôle au processus de transcription. La longueur du promoteur est spécifique d'un gène et peut différer considérablement d'un gène à l'autre. Par conséquent, le niveau de contrôle de l'expression des gènes peut également différer considérablement d'un gène à l'autre. Le but du promoteur est de lier des facteurs de transcription qui contrôlent l'initiation de la transcription.

Dans la région du promoteur central, 25 à 35 bases en amont du site de démarrage de la transcription, réside la boîte TATA. La boîte TATA a la séquence consensus de 5'-TATAAA-3'. La boîte TATA est le site de liaison d'un complexe protéique appelé TFIID, qui contient une protéine de liaison à TATA. La liaison de TFIID recrute d'autres facteurs de transcription, notamment TFIIB, TFIIE, TFIIF et TFIIH. Certains de ces facteurs de transcription aident à lier l'ARN polymérase au promoteur, et d'autres aident à activer le complexe d'initiation de la transcription.

En plus de la boîte TATA, d'autres sites de liaison se trouvent dans certains promoteurs. Certains biologistes préfèrent restreindre la plage du promoteur eucaryote au promoteur central, ou site de liaison à la polymérase, et appellent ces sites supplémentaires des éléments proximaux du promoteur, car ils se trouvent généralement à quelques centaines de paires de bases en amont du site de démarrage de la transcription. . Des exemples de ces éléments sont la boîte CAAT, avec la séquence consensus 5'-CCAAT-3' et la boîte GC, avec la séquence consensus 5'-GGGCGG-3'. Des facteurs de transcription spécifiques peuvent se lier à ces éléments proximaux promoteurs pour réguler la transcription des gènes. Un gène donné peut avoir sa propre combinaison de ces sites de liaison spécifiques au facteur de transcription. Il existe des centaines de facteurs de transcription dans une cellule, dont chacun se lie spécifiquement à un motif de séquence d'ADN particulier. Lorsque les facteurs de transcription se lient au promoteur juste en amont du gène codé, il est appelé élément agissant en cis, car il se trouve sur le même chromosome juste à côté du gène. Les facteurs de transcription répondent aux stimuli environnementaux qui amènent les protéines à trouver leurs sites de liaison et à initier la transcription du gène nécessaire.

Enhancers et transcription

Dans certains gènes eucaryotes, il existe des régions supplémentaires qui aident à augmenter ou à améliorer la transcription. Ces régions, appelées amplificateurs, ne sont pas nécessairement proches des gènes qu'elles amplifient. Ils peuvent être situés en amont d'un gène, dans la région codante du gène, en aval d'un gène, ou peuvent être à des milliers de nucléotides.

Les régions amplificatrices sont des séquences ou des sites de liaison pour des facteurs de transcription spécifiques. Lorsqu'un facteur de transcription protéique se lie à sa séquence amplificatrice, la forme de la protéine change, lui permettant d'interagir avec les protéines au niveau du site promoteur. Cependant, étant donné que la région amplificatrice peut être éloignée du promoteur, l'ADN doit se plier pour permettre aux protéines des deux sites d'entrer en contact. Les protéines de flexion de l'ADN aident à plier l'ADN et à rapprocher les régions amplificatrices et promotrices ((Figure)). Ce changement de forme permet l'interaction des protéines activatrices spécifiques liées aux amplificateurs avec les facteurs de transcription généraux liés à la région promotrice et à l'ARN polymérase.


Désactiver les gènes : répresseurs transcriptionnels

Comme les cellules procaryotes, les cellules eucaryotes ont également des mécanismes pour empêcher la transcription. Les répresseurs transcriptionnels peuvent se lier aux régions promotrices ou amplificatrices et bloquer la transcription. Comme les activateurs transcriptionnels, les répresseurs répondent aux stimuli externes pour empêcher la liaison des facteurs de transcription activateurs.

Résumé de la section

Pour démarrer la transcription, les facteurs de transcription généraux, tels que TFIID, TFIIB et autres, doivent d'abord se lier à la boîte TATA et recruter l'ARN polymérase à cet emplacement. Des facteurs de transcription supplémentaires peuvent également se lier à d'autres éléments régulateurs au niveau du promoteur pour augmenter ou empêcher la transcription. En plus des séquences promotrices, les régions amplificatrices aident à augmenter la transcription. Les amplificateurs peuvent être en amont, en aval, dans un gène lui-même ou sur d'autres chromosomes. Des facteurs de transcription spécifiques liés aux régions amplificatrices peuvent soit augmenter soit empêcher la transcription.

Réponse libre

Une mutation dans la région promotrice peut altérer la transcription d'un gène. Décrivez comment cela peut arriver.

Une mutation dans la région du promoteur peut modifier le site de liaison d'un facteur de transcription qui se lie normalement pour augmenter la transcription. La mutation pourrait soit diminuer la capacité du facteur de transcription à se lier, diminuant ainsi la transcription, soit augmenter la capacité du facteur de transcription à se lier, augmentant ainsi la transcription.

Que pourrait-il se passer si une cellule avait trop d'un facteur de transcription activateur présent ?

Si trop d'un facteur de transcription d'activation était présent, alors la transcription serait augmentée dans la cellule. Cela pourrait conduire à des altérations dramatiques de la fonction cellulaire.

Un scientifique identifie un site potentiel de régulation de la transcription 300 pb en aval d'un gène et émet l'hypothèse qu'il s'agit d'un répresseur. Quelle expérience (avec des résultats) pourrait-il réaliser pour étayer cette hypothèse ?

Le moyen le plus simple de tester son hypothèse serait de muter le site dans une cellule et de surveiller les niveaux du transcrit d'ARNm fabriqué à partir du gène. Si les niveaux de transcription augmentent dans la cellule mutée, alors le site réprime la transcription.

Glossaire


Résumé

Le développement, la morphologie et la fonction cellulaires sont régis par des modèles précis d'expression des gènes. Ceux-ci sont établis par l'action coordonnée d'éléments régulateurs génomiques appelés activateurs ou cis-modules réglementaires. Plus de 30 ans après la découverte initiale des activateurs, bon nombre de leurs propriétés ont été élucidées, mais malgré des efforts importants, nous n'avons qu'une image incomplète des activateurs dans les génomes animaux. Dans cette revue, nous discutons de la façon dont les propriétés des séquences d'amplificateurs et de la chromatine sont utilisées pour prédire les amplificateurs dans les études à l'échelle du génome. Nous couvrons également les méthodes à haut débit récemment développées qui permettent le test direct et l'identification des activateurs sur la base de leur activité. Enfin, nous discutons des avancées technologiques récentes et des défis actuels dans le domaine de la génomique réglementaire.


Les gènes sont organisés pour faciliter le contrôle de l'expression des gènes. La région promotrice est immédiatement en amont de la séquence codante. Cette région peut être courte (seulement quelques nucléotides de long) ou assez longue (des centaines de nucléotides de long). Plus le promoteur est long, plus l'espace disponible pour la liaison des protéines est important. Cela ajoute également plus de contrôle au processus de transcription. La longueur du promoteur est spécifique d'un gène et peut différer considérablement d'un gène à l'autre. Par conséquent, le niveau de contrôle de l'expression des gènes peut également différer considérablement d'un gène à l'autre. Le but du promoteur est de lier des facteurs de transcription qui contrôlent l'initiation de la transcription.

Dans la région promotrice, juste en amont du site de démarrage de la transcription, réside la boîte TATA. Cette boîte est simplement une répétition de dinucléotides thymine et adénine (littéralement, répétitions TATA). L'ARN polymérase se lie au complexe d'initiation de la transcription, permettant à la transcription de se produire. Pour initier la transcription, un facteur de transcription (TFIID) est le premier à se lier à la boîte TATA. La liaison de TFIID recrute d'autres facteurs de transcription, notamment TFIIB, TFIIE, TFIIF et TFIIH à la boîte TATA. Une fois ce complexe assemblé, l'ARN polymérase peut se lier à sa séquence amont. Lorsqu'elle est liée avec les facteurs de transcription, l'ARN polymérase est phosphorylée. Cela libère une partie de la protéine de l'ADN pour activer le complexe d'initiation de la transcription et place l'ARN polymérase dans la bonne orientation pour commencer la transcription. protéines médiatrices (Figure).

Un amplificateur est une séquence d'ADN qui favorise la transcription. Chaque amplificateur est composé de courtes séquences d'ADN appelées éléments de contrôle distaux. Les activateurs liés aux éléments de contrôle distaux interagissent avec les protéines médiatrices et les facteurs de transcription. Deux gènes différents peuvent avoir le même promoteur mais des éléments de contrôle distaux différents, permettant une expression génique différentielle.

En plus des facteurs de transcription généraux, d'autres facteurs de transcription peuvent se lier au promoteur pour réguler la transcription des gènes. Ces facteurs de transcription se lient aux promoteurs d'un ensemble spécifique de gènes. Ce ne sont pas des facteurs de transcription généraux qui se lient à chaque complexe promoteur, mais sont recrutés dans une séquence spécifique sur le promoteur d'un gène spécifique. Il existe des centaines de facteurs de transcription dans une cellule qui se lient chacun spécifiquement à un motif de séquence d'ADN particulier. Lorsque les facteurs de transcription se lient au promoteur juste en amont du gène codé, on parle de cis-élément agissant, car il se trouve sur le même chromosome juste à côté du gène. La région à laquelle se lie un facteur de transcription particulier est appelée site de liaison du facteur de transcription. Les facteurs de transcription répondent aux stimuli environnementaux qui amènent les protéines à trouver leurs sites de liaison et à initier la transcription du gène nécessaire.


Amplificateurs, répresseurs et promoteurs.

Dans l'épisode de ce mois-ci, nous allons revisiter un sujet auquel la plupart - peut-être même tous - les lecteurs ont été exposés dans un cours de premier cycle lointain, mais peut-être pas beaucoup en profondeur ou avec son importance pour les maladies génétiques humaines rendues très claires en dehors de quelques cas particuliers. Voici un test rapide : réfléchissez à la question : « Les mutations dans ou directement adjacentes aux régions codantes des gènes sont-elles les seules susceptibles de conduire à des états pathologiques ? » Si votre réaction immédiate est de répondre par un « Oui », cet article est pour vous. (Si vous avez répondu « Non », vous voudrez peut-être continuer à lire et voir si votre logique est bonne !)

Revenons à un peu de biologie moléculaire très basique. Le génome contient des gènes, qui sont des régions d'ADN qui sont transcrites en ARN dans certains cas, cet ARN est lui-même directement fonctionnel (des choses comme les ARNt ou le composant 18S du ribosome, par exemple) mais dans la plupart des cas, l'ARN est un ARNm, portant une séquence codant pour une protéine qui est traduite par la machinerie ribosomique en une série d'acides aminés liés de manière covalente - une protéine - qui, par la nature des chimies des chaînes latérales variées et de leurs interactions électrostatiques, de liaison hydrogène et hydrophobes, se replie jusqu'à un minimum d'énergie pour créer une enzyme fonctionnelle ou une protéine structurelle. Les mutations - les modifications de la séquence d'ADN sous-jacente - au sein de n'importe laquelle de ces régions codantes sont statistiquement susceptibles de provoquer des changements de fonction indésirables dans le produit protéique final, bien qu'il soit "probable" qu'il soit rappelé que de telles mutations peuvent être silencieuses (c'est-à-dire ne pas causer un changement de séquence protéique), ou non nocif (provoquant un changement qui n'a pas d'impact significatif), ou même éventuellement avantageux, donnant un produit biologiquement plus adapté.

What that compressed summary of about two years' worth of undergrad biology courses omits, is that these genes in ones DNA don't just magically transcribe to RNA on their own. Bearing in mind that only a small fraction of the human genome carries actual genes as defined above, there exist other DNA sequence elements whose sole role is to mark where genes are, and to control their level of expression (transcription to RNA). There are three particularly significant types of these control elements, called promoters, enhancers, and repressors and as we'll see below, mutations in any of these can have effects as serious (or worse) than mutations in coding sequences.

Promoters: the proximal gatekeeper for a gene

Promoters are relatively short sequences (roughly 100 to 1,000 base pairs in length) always found directly upstream (5', with respect to the DNA coding strand) of the gene they control ("drive," in usual parlance). These sequences contain elements which recruit in RNA polymerases responsible for transcribing the gene. Very simplistically, if a particular defined promoter sequence in a particular cell type and setting is maximally efficient at recruiting RNA polymerase--let's call that 100 percent activity--then variations in the sequence can occur which reduce this activity (less RNA is made per unit time). Some changes are more disruptive than others, and in combinations it's not hard to envision how variations from a "best" promoter sequence can lead to potential for a smooth range of basal expression rates, from sub 1 percent to full 100 percent expression. That's a great thing from a cell's standpoint, because it allows different genes to have their expression levels tailored to the steady state amount of gene product needed.

Adding (literally) a layer of complexity here is that promoters don't directly bind RNA polymerase. Instead, they contain shorter sub-sequences, which are recognized as binding sites for a class of proteins known as transcription factors (TFs) there are a great many of these, each with their own preferred DNA sequence binding site (usually short, 10-20 base pairs) and their own level of ability to recruit in RNA polymerase. Many also have, either directly or indirectly, allosteric (secondary) binding sites where ligands such as metabolites or hormones can bind and influence the transcription factor's level of activity. In fact, it's the complex interaction of all these different transcription factors and their modulating ligands which is at the core of how different cell types are defined, and a hepatocyte behaves differently than an epithelial cell despite both having the same DNA--they're "receiving different signals"--which control their relative expression levels of various genes.

It is easy to grasp then how a mutation within a promoter, changing a TF binding site, can lead to problems not through a change in the function of the mature gene product, but through variation in expression level of the product. Undesirable either up or down regulation of a gene can have serious consequences and if it's unfortunate enough to happen in a gene which in turn controls the expression or activity of other genes, a whole set of genes can have their levels altered by a single nucleotide change. In almost all cases, that's not for the best and such a change results in a disease state.

The reader will recall that we started this section by stating that a promoter is always directly upstream of a gene. The spacing between the promoter and the transcriptional start site (where first RNA nucleotide will be laid down in a nascent transcript) is also important, so insertion or deletion mutations--even ones which don't directly change any specific TF binding sites--can impact the gene expression level. An example of this immediately familiar to all readers would be Huntington's Disease. Here, an unstable genetic element lies between the promoter and the transcriptional start site. Normally the spacing is acceptable and sufficient levels of the Huntington gene mRNA are transcribed however during cell replication the unstable element can have additional DNA inserted, moving the promoter away from the start of the gene. As this happens, the promoter is less efficient at driving transcription and transcript levels fall. If the insertion is small and drop in expression is low, overt disease does not occur but it's considered a "carrier" state, where further expansion will drop gene expression below levels required for normal function, and disease pathology results. (Carrier in this sense is not strictly identical to the meaning in Mendelian genetics, thus the quotation marks.)

The bottom line is that for every gene, not only is the coding section sequence important for proper function, but there's always an adjacent promoter region which is susceptible to mutations which can have serious clinical repercussions. A gene might have a perfect wild type coding sequence and yet not function as needed.

The good news about promoters is that we know where to find them. In fact, by sequencing and examining large numbers of them in various contexts, and identifying the various TPs that bind their binding sites and their ligands, we understand, can find, and in the right context, even manipulate promoters at will to do things such as create tissue specific gene expression.

Enhancers and repressors however are more challenging. These are DNA sequence elements which can also modulate gene expression levels (upwards for enhancers, and downwards for repressors, as one might guess). Like promoters, they are short (50-1,000) base pair elements, and within this element will carry binding sites (often, as repeated copies) for proteins which can influence transcription rates at nearby genes. Nearby is an intentionally vague term though, as it can range up to 1 million base pairs away from the gene it influences, and they can be either upstream or downstream--that is, 5' or 3'--to the gene. They are at least restricted to action in cis or in other words, on the same contiguous chromosome as the gene, but identifying them in relationship to a particular gene can be challenging. Considering the case of a hypothetical enhancer sequence, finding unexpectedly low expression levels of an otherwise intact gene with apparently normal promoter sequence would be first clue that enhancer sequences might be involved. If a number of such cases could be found and genomic region flanking the impacted gene can be sequenced, identification of any areas of genetic change from wild type in common among these cases would be a place to look for enhancer elements. Damage (sequence alteration or deletion) of these would be expected to reduce gene expression. The mirror image of this in a sense is a repressor, which shares the same characteristics but which in its normal state reduces expression of the gene. Mutations at a repressor site then cause an undesirable upregulation in gene expression.

How do enhancers and repressors work across such large distances--and perhaps more interestingly, how is it that they're specific? That is, an enhancer or repressor will usually act on a particular distal gene, yet other genes near the one influenced may not be influenced. The answer to this is perhaps somewhat disappointing, as there's nothing amazing the answer is, because the enhancer or repressor is not, spatially, far away from the gene it regulates. In other words, enhancers and repressors are able to work on sequentially distal targets due to chromatin organization. By wrapping and compacting chromosomes to fit inside a cell nucleus, distant sequence elements can be placed physically adjacent to one another such that a protein binding one sequence element is directly touching and influencing another. The astute reader will note however that in order for this to work reliably, the gene packing and organization must occur reproducibly such that the two chromosome sections can be relied upon to be in proximity. An even more astute reader might further guess that if chromosome organization and packing changes in a reliable fashion during steps of the cell cycle, one might envision enhancers or repressors which can only exert influence at specific times.

The take home message from all of the above is that no, it's not just the coding sequence of any given gene which can mutate and influence biological function of the gene. This has possible implications for the relative information carried by whole genome sequencing vs whole exome sequencing projects--but that's a topic for another month,

John Brunstein, PhD, is a member of the MLO Editorial Advisory Board. He serves as President and Chief Science Officer for British Columbia-based PathoID, Inc., which provides consulting for development and validation of molecular assays.


Réponse libre

A mutation within the promoter region can alter transcription of a gene. Describe how this can happen.

Une mutation dans la région du promoteur peut modifier le site de liaison d'un facteur de transcription qui se lie normalement pour augmenter la transcription. La mutation pourrait soit diminuer la capacité du facteur de transcription à se lier, diminuant ainsi la transcription, soit augmenter la capacité du facteur de transcription à se lier, augmentant ainsi la transcription.

What could happen if a cell had too much of an activating transcription factor present?

Si trop d'un facteur de transcription d'activation était présent, alors la transcription serait augmentée dans la cellule. Cela pourrait conduire à des altérations dramatiques de la fonction cellulaire.