順式作用元件

順式 作用元件是同一DNA分子中具有轉(zhuǎn)錄調(diào)節(jié)功能的特異DNA序列。按功能特性，真核基因順式作用元件分為啟動子、增強(qiáng)子及沉默子。

原核操縱子中啟動序列的同義語。真核基因啟動子是RNA聚合酶結(jié)合位點周圍的一組轉(zhuǎn)錄控制組件，每一組件含7~20bp的DNA序列。啟動子包括至少一個轉(zhuǎn)錄起始點以及一個以上的機(jī)能組件。在這些機(jī)能組件中最具典型意義的就是TATA盒，它的共有序列是TATAAAA。TATA盒通常位于轉(zhuǎn)錄起始點上游-25~-30bp，控制轉(zhuǎn)錄起始的準(zhǔn)確性及頻率。TATA盒是基本轉(zhuǎn)錄因子TFIID結(jié)合位點。除TATA盒外，GC盒(GGGCGG)和CAAT盒(GCCAAT)也是很多基因常見的，它們通常位于轉(zhuǎn)錄起始點上游-30~-110bp區(qū)域。此外，還發(fā)現(xiàn)很多其它類型的機(jī)能組件。由TATA盒及轉(zhuǎn)錄起始點即可構(gòu)成最簡單的啟動子。

增強(qiáng)子是遠(yuǎn)離轉(zhuǎn)錄起始點、決定基因的時間、空間特異性表達(dá)、增強(qiáng)啟動子轉(zhuǎn)錄活性的DNA序列，其發(fā)揮作用的方式通常與方向、距離無關(guān)，可位于轉(zhuǎn)錄起始點的上游或下游。從功能上講，沒有增強(qiáng)子存在，啟動子通常不能表現(xiàn)活性;沒有啟動子時，增強(qiáng)子也無法發(fā)揮作用。

增強(qiáng)子最早是在SV40病毒中發(fā)現(xiàn)的長約200bp的一段DNA，可使旁側(cè)的基因轉(zhuǎn)錄效率提高100倍，其后在多種真核生物，甚至在原核生物中都發(fā)現(xiàn)了增強(qiáng)子。增強(qiáng)子的長度通常為100~200bp，和啟動子一樣由若干組件構(gòu)成，基本核心組件常為8~12bp，可以單拷貝或多拷貝串聯(lián)形式存在。

增強(qiáng)子增強(qiáng)子的特點: (1)增強(qiáng)子可提高同一條DNA鏈上基因轉(zhuǎn)錄效率，可以遠(yuǎn)距離作用，通常距離l~4kb，個別情況下離開所調(diào)控的基因30kb仍能發(fā)揮作用，而且在基因的上游或下游都能起作用。

(2)增強(qiáng)子作用與其序列的正反方向無關(guān)，將增強(qiáng)子方向倒置依然能起作用。而將啟動子倒置就不能起作用，可見增強(qiáng)子與啟動子是很不相同的。

(3)增強(qiáng)子要有啟動子才能發(fā)揮作用，沒有啟動子存在，增強(qiáng)子不能表現(xiàn)其活性。但增強(qiáng)子對啟動子沒有嚴(yán)格的專一性，同一增強(qiáng)子可以影響不同類型啟動子的轉(zhuǎn)錄。

(4)增強(qiáng)子必須與特定的蛋白質(zhì)因子結(jié)合后才能發(fā)揮增強(qiáng)轉(zhuǎn)錄的作用。增強(qiáng)子一般具有組織或細(xì)胞特異性，許多增強(qiáng)子只在某些細(xì)胞或組織中表現(xiàn)活性，是由這些細(xì)胞或組織中具有的特異性蛋白質(zhì)因子所決定的。例如，人類胰島素基因5'端上游約250個核苷酸處有一組織特異性增強(qiáng)子。在胰島素p細(xì)胞中有一種特異性蛋白因子，可以作用于這個區(qū)域，以增強(qiáng)胰島素基因的轉(zhuǎn)錄。在其他組織細(xì)胞中沒有這種蛋白因子，所以也就沒有此作用。這就是為什么胰島素基因只有在胰島素p細(xì)胞中才能很好表達(dá)的重要原因。

(5)大多為重復(fù)序列，一般長約50bp，適合與某些蛋白因子結(jié)合。其內(nèi)部常含有一個核心序列，即(G)TGGA/TA/TA/T(G)，是產(chǎn)生增強(qiáng)效應(yīng)時所必需的。

(6)增強(qiáng)效應(yīng)十分明顯，一般能使基因轉(zhuǎn)錄頻率增加10-200倍。經(jīng)人巨大細(xì)胞病毒增強(qiáng)子增強(qiáng)后的珠蛋白基因表達(dá)頻率比該基因正常轉(zhuǎn)錄高600~1000倍。

(7)許多增強(qiáng)子還受外部信號的調(diào)控，如金屬硫蛋白的基因啟動區(qū)上游所帶的增強(qiáng)子，就可以對環(huán)境中的鋅、鎘濃度做出反應(yīng)。

(8)增強(qiáng)子的功能是可以累加的。SV40增強(qiáng)子序列可以被分為兩半，每一半序列本身作為增強(qiáng)子功能很弱，但合在一起，即使其中間插入一些別的序列，仍然是一個有效的增強(qiáng)子。因此，要使一個增強(qiáng)子失活必須在多個位點上造成突變。對SV40增強(qiáng)子而言，沒有任何單個的突變可以使其活力降低10倍。

增強(qiáng)子的作用原理:一種觀點認(rèn)為，增強(qiáng)子為轉(zhuǎn)錄因子提供進(jìn)入啟動子區(qū)的位點。另一種認(rèn)為，增強(qiáng)子能改變?nèi)旧|(zhì)的構(gòu)象。因為增強(qiáng)子區(qū)域容易發(fā)生從B-DNA到Z-DNA的構(gòu)象變化。

某些基因含有的一種負(fù)性調(diào)節(jié)元件，當(dāng)其結(jié)合特異蛋白因子時，對基因轉(zhuǎn)錄起阻遏作用。某些基因有負(fù)性調(diào)節(jié)元件棗抑制子(沉默子)存在。有些DNA序列既可作為正性、又可作為負(fù)性調(diào)節(jié)元件發(fā)揮順式調(diào)節(jié)作用，這取決于不同類型細(xì)胞中DNA結(jié)合因子的性質(zhì)。

順式作用元件:真核生物中沒有操縱子，調(diào)節(jié)基因中調(diào)控序列有許多能結(jié)合調(diào)控蛋白的元件叫順式作用元件，它們往往與結(jié)構(gòu)基因保持一定的距離。

反式作用因子:指和順式作用元件結(jié)合的可擴(kuò)散性蛋白，包括基礎(chǔ)因子，上游因子，誘導(dǎo)因子。

真核生物的轉(zhuǎn)錄調(diào)控是調(diào)控的最重要的途經(jīng)，大多是通過順式作用元件和反式作用因子復(fù)雜的相互作用而實現(xiàn)的。順式作用元件(cis-actingelement)存在于基因 旁側(cè)序列中能影響基因表達(dá)的序列，它們的作用是參與基因表達(dá)的調(diào)控，本身不編碼任何蛋白質(zhì)，僅僅提供一個作用位點，要與反式作用因子相互作用而起作用。啟動子存在著很多順式元件，可分為以下四種類型:①核心啟動子成分，如TATA框;②上游啟動子成分，如CAAT框，GC框，ATF結(jié)合位點;③遠(yuǎn)上游元件:如增強(qiáng)子，沉默子等;④特殊啟動子成分:如淋巴細(xì)胞中的Oct(octamer)和κB。這些元件都為不同的轉(zhuǎn)錄因子及蛋白質(zhì)識別和結(jié)合來調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)錄。

反式作用因子(trans-actingfactor)通過以下不同的途經(jīng)發(fā)揮調(diào)控作用:蛋白質(zhì)和DNA相互作用;蛋白質(zhì)和配基結(jié)合;蛋白質(zhì)之間的相互作用以及蛋白質(zhì)的修飾。參與基因表達(dá)調(diào)控的因子,它們與特異的靶基因的順式元件結(jié)合起作用。編碼反式作用因子的基因與被反式作用因子調(diào)控的靶序列(基因)不在同一染色體上。反式作用因子有兩個重要的功能結(jié)構(gòu)域:DNA結(jié)合結(jié)構(gòu)域和轉(zhuǎn)錄活化結(jié)構(gòu)域,它們是其發(fā)揮轉(zhuǎn)錄調(diào)控功能的必需結(jié)構(gòu)。反式作用因子可被誘導(dǎo)合成,其活性也受多種因素的調(diào)節(jié)。同一類序列特異性的反式作用因子由多基因家族所編碼。

與轉(zhuǎn)錄水平調(diào)節(jié)的反式作用因子通?？煞譃樗拇箢?RobertG.Roeder，2004):①RNA聚合酶;②和RNA聚合酶相聯(lián)系的普遍性轉(zhuǎn)錄因子(generaltranscriptionfactor，GTFs)它們結(jié)合在靶基因的啟動子上，形成前起始復(fù)合物(pre-initiationcomplex，PIC)，啟動基因的轉(zhuǎn)錄;③特異性轉(zhuǎn)錄因子(gene-specific(DNA-binding)regulatoryfactors)(如激活因子和抑制因子)，一類與靶基因啟動子和增強(qiáng)子(或沉默子)特異結(jié)合的轉(zhuǎn)錄因子，具有細(xì)胞及基因特異性，可以增強(qiáng)或抑制靶基因的轉(zhuǎn)錄;④種類多樣的協(xié)調(diào)因子(coregulatoryfactors)，要么改變局部染色質(zhì)的構(gòu)像(如組蛋白酰基轉(zhuǎn)移酶和甲基轉(zhuǎn)移酶)，對基因轉(zhuǎn)錄的起始具有推動作用，要么直接在轉(zhuǎn)錄因子和前起始復(fù)合物之間發(fā)揮橋梁作用(如中介因子(Mediator))，推動前起始復(fù)合物(PIC)形成和發(fā)揮作用。包括:

1、螺旋轉(zhuǎn)角螺旋(Helix-turn-helix):有2個螺旋，螺旋2是識別和DNA結(jié)合，一般結(jié)合于大溝;螺旋1和其它蛋白質(zhì)結(jié)合。兩個螺旋由一個轉(zhuǎn)角鏈接。

2、鋅指結(jié)構(gòu):鋅指(zincfimger)這個名稱來源于它的結(jié)構(gòu)，它由一小組保守的氨基酸和鋅離子結(jié)合，在蛋白質(zhì)中形成了相對獨立的功能域，像一根根手指伸向DNA的大溝。兩種類型的DNA結(jié)合蛋白具有這種結(jié)構(gòu)，一類是鋅指蛋白，另一類是甾類受體。

3、亮氨酸拉鏈(Leucineziipper)兩個蛋白之間相互作用共同建立一個轉(zhuǎn)錄復(fù)合體，在一系列轉(zhuǎn)錄因子中發(fā)現(xiàn)的一種模體涉及兩個相同和不同的部分構(gòu)成。亮氨酸拉鏈?zhǔn)且环N富含亮氨酸的蛋白鏈形成的二聚體模體。它本身形成二聚體同時還可以識到特殊的DNA序列。一個親水的α-螺旋在其表面的一側(cè)有疏水基因(包括亮氨酸)，另一側(cè)表面帶有電荷。

4、螺旋一環(huán)一螺旋(HLH)

5、同源異形結(jié)構(gòu)域(Homeodomains，HD):同源異形盒(hoomeobox)是一種編碼60aa的序列，長180bp，幾乎存在于所有真核生物中。

順式作用元件是指與結(jié)構(gòu)基因串聯(lián)的特定DNA序列，是轉(zhuǎn)錄因子的結(jié)合位點，它們通過與轉(zhuǎn)錄因子結(jié)合而調(diào)控基因轉(zhuǎn)錄的精確起始和轉(zhuǎn)錄效率。

順式作用元 件在分子遺傳學(xué)領(lǐng)域，相對同一染色體或DNA分子而言為"順式"(cis);對不同染色體或DNA分子而言為"反式"(trans)。

順式作用元件是轉(zhuǎn)錄調(diào)節(jié)因子的結(jié)合位點，包括啟動子、增強(qiáng)子和沉默子。真核基因啟動子是原核啟動序列的同義語。真核啟動子是指RNA聚合酶及轉(zhuǎn)錄起始點周圍的一組轉(zhuǎn)錄控制組件，每個啟動子包括至少一個轉(zhuǎn)錄起始點以及一個以上的功能組件，轉(zhuǎn)錄調(diào)節(jié)因子即通過這些機(jī)能組件對轉(zhuǎn)錄起始發(fā)揮作用。在這些調(diào)節(jié)組件中最具典型意義的就是TATA盒子，它的共有序列是TATAAA。TATA盒子通常位于轉(zhuǎn)錄起始點上游-25至-30區(qū)域，控制轉(zhuǎn)錄的準(zhǔn)確性和頻率。TATA盒子是基本轉(zhuǎn)錄因子TFⅡD結(jié)合位點;TFⅡD則是RNA聚合酶結(jié)合DNA必不可少的。除TATA盒子外，GC盒子(GGGCGG)和CAAT盒子(GCCAAT)也是很多基因中常見的，它們位于起始點上游-30至-110bp區(qū)域。 所謂增強(qiáng)子就是遠(yuǎn)離轉(zhuǎn)錄起始點、決定組織特異性表達(dá)、增強(qiáng)啟動子轉(zhuǎn)錄活性的特異DNA序列，其發(fā)揮作用的方式與方向、距離無關(guān)。增強(qiáng)子與啟動子非常相似:都是由若干組件組成，有些組件既可在增強(qiáng)子、又可在啟動子出現(xiàn)。從功能方面講，沒有增強(qiáng)子存在，啟動子通常不能表現(xiàn)活性;沒有啟動子，增強(qiáng)子也無法發(fā)揮作用。增強(qiáng)子和啟動子有時分隔很遠(yuǎn)，有時連續(xù)或交錯覆蓋。

某些基因有負(fù)性調(diào)節(jié)元件棗抑制子(沉默子)存在。有些DNA序列既可作為正性、又可作為負(fù)性調(diào)節(jié)元件發(fā)揮順式調(diào)節(jié)作用，這取決于不同類型細(xì)胞中DNA結(jié)合因子的性質(zhì)。

順式作用元件是同一DNA分子中具有特殊功能的轉(zhuǎn)錄因子DNA結(jié)合位點和其它調(diào)控基序，在基因轉(zhuǎn)錄起始調(diào)控中起重要作用;按功能特性分為通用調(diào)節(jié)元件如啟動子、增強(qiáng)子及沉默子和專一性元件如激素反應(yīng)元件，cAMP反應(yīng)元件; 確定順式作用元件的試驗方法主要有:DNA結(jié)構(gòu)分析、序列分析和基因刪除或替換等，軟件預(yù)測是確定順式作用元件的另一種方法，但不同軟件預(yù)測結(jié)果差異較大，將試驗方法與軟件預(yù)測相結(jié)合能夠提高順式作用元件預(yù)測的準(zhǔn)確性。

多細(xì)胞有機(jī)體在生長、分化和發(fā)育過程中需要整合不同組織的、發(fā)育的、環(huán)境的信號調(diào)節(jié)基因表達(dá)，轉(zhuǎn)錄起始的調(diào)節(jié)是其中的重要一環(huán)。順式作用(cisacting)元件是同一DNA分子中具有轉(zhuǎn)錄調(diào)節(jié)功能的特異DNA序列，即具有特殊功能的轉(zhuǎn)錄因子DNA結(jié)合位點和其他調(diào)控基序(motif)。