關(guān)于RNA聚合酶Ⅱ核心啟動(dòng)子的概述

1、分子生物學(xué)作業(yè)姓名： 班級(jí)： 學(xué)號(hào)： 日期：2013年12月21日關(guān)于RNA聚合酶核心啟動(dòng)子的概述Perspectives On The RNA Polymerase II Core PromoterBiochemical Society Transactions, 2006, 34(Pt 6): 1047-1050.摘要：RNA聚合酶核心啟動(dòng)子是一個(gè)在轉(zhuǎn)錄過程中關(guān)鍵的但又容易被忽略的元件。核心啟動(dòng)子被定義為DNA的延伸，它涵蓋了RNA的起始位點(diǎn)，典型的核心啟動(dòng)子大約有40到50核苷酸的長度，它指導(dǎo)基因轉(zhuǎn)錄的起始。在過去，人們推測核心啟動(dòng)子在功能上是通用的，轉(zhuǎn)錄起始是通過一種共享通用的機(jī)制進(jìn)行

2、的。最近的研究表明，各種核心啟動(dòng)子在結(jié)構(gòu)和功能上都存在相當(dāng)多的差異。存在大量的DNA元件作用于核心啟動(dòng)子的活性，給定核心啟動(dòng)子的特定性能是由這些核心啟動(dòng)子修飾因子的有無決定的。已知的核心啟動(dòng)子元件包括TATA盒子、Inr（起始子）、BREuATA盒子的上游的BRE TFB（RNA聚合酶的轉(zhuǎn)錄因子）識(shí)別元件和BREd（TATA盒子下游的BRE）、MTE（十基序元件）、DCE（下游核心元件）和DPE（下游核心啟動(dòng)子元件）。在這這篇文章中，我們將要提供一些關(guān)于RNA聚合酶核心啟動(dòng)子的當(dāng)前的和未來的問題的概述。前言：核心啟動(dòng)子是轉(zhuǎn)錄的入口許多生物學(xué)現(xiàn)象取決于合適的轉(zhuǎn)錄調(diào)控。在真核生物中，在已知的核酸R

3、NA聚合酶中，RNA聚合酶對(duì)編碼蛋白質(zhì)的基因的轉(zhuǎn)錄的貢獻(xiàn)最大。在這個(gè)過程中最重要的步驟是是否決定起始轉(zhuǎn)錄。包括一些作用因子在內(nèi)的許多復(fù)合事件引導(dǎo)轉(zhuǎn)錄起始。然而，是否開始基因轉(zhuǎn)錄最終決定于核心啟動(dòng)子。因此，在一些方面，核心啟動(dòng)子是轉(zhuǎn)錄過程的入口。集中式與分散式轉(zhuǎn)錄起始聚合酶的核心啟動(dòng)子通常被定義為引導(dǎo)轉(zhuǎn)錄起始的DNA延伸。這個(gè)定義可能看似簡單。在實(shí)踐中，尤其是在脊椎動(dòng)物中，兩種不同的轉(zhuǎn)錄起始策略已經(jīng)被觀察到。首先是集中式轉(zhuǎn)錄，它的轉(zhuǎn)錄起始發(fā)生在單核苷酸或幾個(gè)核苷酸的一個(gè)狹窄的區(qū)域內(nèi)。集中轉(zhuǎn)錄發(fā)生核心啟動(dòng)子，它包含TATA盒子、Inr（起始子）和PDB（下游核心啟動(dòng)子元件）等序列基元。值得注意的是

4、,這些核心啟動(dòng)子基序位于相對(duì)于+ 1開始的不同位置。第二種是分散的轉(zhuǎn)錄，它發(fā)生在多個(gè)弱的啟動(dòng)位點(diǎn)上，這些位點(diǎn)廣泛分布在大約50到150個(gè)核苷酸殘基的范圍里。典型的分散式轉(zhuǎn)錄發(fā)生在CpG島上，CpG島是富含GC的DNA延伸（典型的長度是0.5k到2k個(gè)堿基對(duì)），它通常和看家基因有關(guān)。分散式轉(zhuǎn)錄的起始可能取決于多個(gè)弱的核心啟動(dòng)子的存在。盡管我們估計(jì)大約三分之一的人類啟動(dòng)子都包含CpG島，但分散式轉(zhuǎn)錄的機(jī)制還有待研究。在本文的其余部分,我們將描述集中式轉(zhuǎn)錄起始的研究，集中式轉(zhuǎn)錄遠(yuǎn)比分散式轉(zhuǎn)錄研究得徹底。在簡單的有機(jī)體，如果蠅和酵母，轉(zhuǎn)錄主要通過集中式起始來發(fā)生的。然而，在未來，弄懂用于分散式起始轉(zhuǎn)錄

5、的因素和機(jī)制是非常重要的。結(jié)果：通用/基礎(chǔ)的轉(zhuǎn)錄因子純化的RNA聚合酶本身沒有能力識(shí)別和精確起始轉(zhuǎn)錄。聚合酶需要額外的輔助因子，它們通常被稱為GTFs（通用轉(zhuǎn)錄因子）或“基礎(chǔ)轉(zhuǎn)錄因子”，以起始轉(zhuǎn)錄（對(duì)于綜述，見5）。介導(dǎo)TATA依賴的轉(zhuǎn)錄的GTFs已被純化和鑒定。這些因子被稱為TFIIA（RNA聚合酶的轉(zhuǎn)錄因子A）、TFIIB、TFIID、TFIIE、TFIIF和TFIIH。TFD是一種多亞基蛋白復(fù)合物，它包含TBP（TATA盒子結(jié)合蛋白）和超過10個(gè)TAF（TBP相關(guān)因子）。TBP和TAP一樣都涉及核心啟動(dòng)子的識(shí)別。TFB也和核心啟動(dòng)子上的著名基序BREs（TFB識(shí)別元件）相互作用。值得注意

6、的是，通用轉(zhuǎn)錄因子并不是在所有的核心啟動(dòng)子上都起作用。例如，基于TATA盒子的GTFs不會(huì)介導(dǎo)從DPE依賴的核心啟動(dòng)子開始的轉(zhuǎn)錄。通用的基礎(chǔ)轉(zhuǎn)錄因子很可能是不存在的。核心啟動(dòng)子一個(gè)典型的核心啟動(dòng)子包含RNA起始位點(diǎn)并擴(kuò)展到相對(duì)于+1位置的上下游的大約35個(gè)核苷酸殘基的區(qū)域。所以核心啟動(dòng)子通常大約有40到50個(gè)核苷酸長度，盡管有時(shí)候它們有70到80個(gè)核苷酸的長度。核心啟動(dòng)子的活性是由招募像THD和THB的GTFs的序列基序的有無賦予的。這些核心啟動(dòng)子基序定位在相對(duì)+1轉(zhuǎn)錄起始位點(diǎn)的特定位點(diǎn)，如圖1所示。最先發(fā)現(xiàn)和最知名的核心啟動(dòng)子元件是TATA盒子，它是在果蠅組蛋白基因測序的過程中發(fā)現(xiàn)的7。In

7、r基序是在比較包含啟動(dòng)子位點(diǎn)的序列時(shí)確定的8，然后它在功能上被定義為一種分散式的核心啟動(dòng)子元件9。在分析純化的TPD和缺少TATA的基因結(jié)合的過程中，PDE被發(fā)現(xiàn)10、11。MTE（十基序元件）實(shí)在一項(xiàng)計(jì)算和功能分析的組合研究中被發(fā)現(xiàn)的12、13。另外，DCE（下游核心元件）實(shí)在珠蛋白的分析中被確定的14、15。TATA、Inr、MTE、DPE和DCE都是多亞基TFD復(fù)合物的識(shí)別位點(diǎn)。所以，TFD是在核心啟動(dòng)子結(jié)合過程中的關(guān)鍵性因子。存在兩種BRE，分別為BREu和RBEd（他們分別是在TATA盒子上游和下游的BRE）16、17。如上所述，BRE基序和TFD基礎(chǔ)轉(zhuǎn)錄因子相互作用。下面是核心啟動(dòng)

8、子的一些性質(zhì)。TATA盒子可以通過自身或者與其他諸如Inr的核心作用元件協(xié)作來促進(jìn)轉(zhuǎn)錄。所以，TATA盒子可以獨(dú)自賦予啟動(dòng)子活性。有Inr加入的TATA盒子有時(shí)可以專注于包含Inr的一個(gè)或一些位點(diǎn)的轉(zhuǎn)錄起始。Inr圍繞著轉(zhuǎn)錄起始位點(diǎn)，似乎最通常出現(xiàn)的是核心啟動(dòng)子元件。Inr自身可以很弱地引導(dǎo)轉(zhuǎn)錄，但是它通常和其他核心啟動(dòng)子元件一起被發(fā)現(xiàn)。PDE和Inr合作下起作用，MTE也需要和Inr協(xié)作起作用，無論DPE還是MTE在Inr缺失的情況下都不能使核心啟動(dòng)子顯示活性。大多數(shù)含有DPE或者M(jìn)TE的核心啟動(dòng)子缺乏TATA盒子，反之亦然。當(dāng)然，有一些啟動(dòng)子同時(shí)包含MTE和TATA盒子基序。另外，MTE和

9、DPE之間、MTE和TATA盒子孩子間的協(xié)作已經(jīng)被觀察到。BREu和BREd基序是TATA盒子的擴(kuò)展。已經(jīng)觀察到，BRE基序根據(jù)上下文，對(duì)核心啟動(dòng)子的活性有積極或消極的作用16-18。有趣地注意到，Inr可以和序列特異的例如Sp1（特異蛋白1）等激活子發(fā)生作用19。鑒于CpG島通常包含多種Sp1結(jié)合位點(diǎn)，我，在缺少TATA的CpG島上的分散式轉(zhuǎn)錄起始可能是通過Sp1位點(diǎn)與Inr或者弱的Inr相似序列的協(xié)作來實(shí)現(xiàn)的。實(shí)際上，不存在通用的核心啟動(dòng)子元件。相反，每一種基序僅存在于核心啟動(dòng)子的一個(gè)子集里。例如，盡管TATA盒子廣為人知，但是最近的研究標(biāo)明人類核心啟動(dòng)子中只有10%到15%中存在TATA

10、盒子20-22。此外，在未來極有可能有許多其他的核心啟動(dòng)子基序?qū)⒈话l(fā)現(xiàn)。核心啟動(dòng)子元件的顯著特點(diǎn)是什么？一個(gè)核心啟動(dòng)子元件和其他影響轉(zhuǎn)錄活性的DNA序列有什么不同？我們有理由這樣問。下面的一些指導(dǎo)，對(duì)確定DNA序列基序是否是一個(gè)核心啟動(dòng)子元件可能有用有用。首先，在幾個(gè)不同的核心啟動(dòng)子里確定和表征任何推定的核心啟動(dòng)子基序是重要的，也就是說，標(biāo)明該序列確實(shí)是一個(gè)基序（即重復(fù)序列）而不是一段孤立的序列是必要的。第二，DNA序列對(duì)于轉(zhuǎn)錄活性應(yīng)該是重要的。有一個(gè)尤其有用的方法，通過一系列的突變來掃描整個(gè)推定的核心啟動(dòng)子元件。以這種方式，可以判斷這個(gè)基序是否是一個(gè)離散的序列。也就是說，基序里的突變應(yīng)該影響

11、轉(zhuǎn)錄活性，而側(cè)翼的突變應(yīng)該是中性的（除非側(cè)翼序列包含另一個(gè)核心啟動(dòng)子的基序）。第三，如果DNA基序是一個(gè)TFIID或TFIIB等基礎(chǔ)/通用轉(zhuǎn)錄因子的識(shí)別位點(diǎn)，那么它可能是一個(gè)核心啟動(dòng)子元件。此外，通過突變分析等闡明基序與基礎(chǔ)/通用轉(zhuǎn)錄因子的結(jié)合會(huì)影響轉(zhuǎn)錄活性也是重要的。第四，核心啟動(dòng)子基序在相對(duì)于轉(zhuǎn)錄起始位點(diǎn)（或者到Inr基序）的特定位置可以達(dá)到最佳的效果。例如，MTE和DPF基序相對(duì)Inr有一個(gè)嚴(yán)格的間距要求。Inr與MTP、Inr與DPE之間間距的一個(gè)核苷酸的增加或減少會(huì)造成核心啟動(dòng)子活性的數(shù)倍下降12,23。TATA盒子在相對(duì)與起始位點(diǎn)的位置上也展示出獨(dú)特但是缺少剛性的偏好。（具體地說，

12、TATA盒子上游的T大多數(shù)情況下在相對(duì)于有義序列的A的-31的位置。）所以，如果潛在的核心啟動(dòng)子基序展示出相對(duì)于RNA起始位點(diǎn)的位置偏好這個(gè)基序就很有可能和基礎(chǔ)轉(zhuǎn)錄過程有關(guān)。第五，當(dāng)把推定的核心啟動(dòng)子基序加入到分離的核心啟動(dòng)子中去時(shí)觀察轉(zhuǎn)錄活性能否增加是非常有用的。例如，DPE被發(fā)現(xiàn)能夠重新激活失去TATA盒子的突變序列10。此外，MTE可以重新激活失去DPE或者TATA盒子的突變序列13。這些實(shí)驗(yàn)表明，功能的獲得取決于基序的增加，基序突變可能導(dǎo)致功能的完全喪失。最后，值得注意的是，這些指導(dǎo)規(guī)則對(duì)所有核心啟動(dòng)子元件不是全部必要的。相反，這些問題是驗(yàn)證新的推定的核心啟動(dòng)子基序的研究的全面考慮。討論：核心啟動(dòng)子是一個(gè)調(diào)控元件核心啟動(dòng)子功能的多樣性標(biāo)明了核心啟動(dòng)子結(jié)構(gòu)的多樣性。不同的核心啟動(dòng)子表現(xiàn)出對(duì)基礎(chǔ)/通用轉(zhuǎn)錄因子 6,24 不同的要求。此外，一些轉(zhuǎn)錄增強(qiáng)子對(duì)含有DPE或TATA基序的核心啟動(dòng)子有功能25,26。這些實(shí)驗(yàn)表明，核心啟動(dòng)子不僅對(duì)轉(zhuǎn)錄起始位點(diǎn)的特化很重要，對(duì)調(diào)控元件也很重要。這個(gè)問題已經(jīng)在最近的一些其他綜述上廣泛討論了1-4。對(duì)于本文的目的，讓讀者體會(huì)到核心啟動(dòng)子結(jié)構(gòu)和活性的多樣性及用這些知識(shí)設(shè)計(jì)和解釋實(shí)驗(yàn)是有益的。例如，轉(zhuǎn)錄增強(qiáng)子的研究通常也包括帶有TATA依