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10.3:

Sequências Cis-regulatórias

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Biologie moléculaire
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Cis-regulatory Sequences

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Transcriptional regulators are proteins that bind to short, specific stretches of non-coding DNA, known as cis-regulatory sequences. These essential components for gene regulation are present throughout the genome.  Transcription regulators can bind to cis-regulatory sequences on DNA in its double helix form. The helical form of DNA has two grooves that differ in size. The wider groove, known as the major groove, is more accessible than the smaller minor groove, resulting in most of the interactions occurring at the major groove.   The edges of the nitrogenous bases are exposed along the grooves and are capable of hydrogen bonding and other noncovalent interactions.  This binding of transcriptional regulators is sequence-specific; however, closely related sequences are also recognized. This association is highly stable due to the multiple non-covalent interactions involved.  Cis-regulatory sequences can govern every aspect of gene transcription, including the inhibition or initiation of transcription, as well as the rate of transcription.  They can be broadly classified into those that are in close proximity to the site of transcription and those that are thousands of base pairs away. The ones that are close are usually part of the promoter sequences that initiate gene transcription. Those that are farther away can participate in either enhancing or silencing the transcription. Often the compact packing of the DNA in the chromosome causes these sequences to be spatially close to the gene that they regulate even if they are far away in the sequence.  A combination of several cis-regulatory sequences controls the expression of most genes. Rarely, a gene will be under the control of only a single sequence.

10.3:

Sequências Cis-regulatórias

As sequências de regulação cis são fragmentos curtos de DNA não codificante que estão presentes nos mesmos cromossomas que os genes que regulam. Estes fragmentos servem como locais de ligação para reguladores transcricionais, proteínas responsáveis pelo controlo da transcrição genética e da expressão genética diferencial pelos tipos de células em eucariotas. As sequências de regulação cis podem estar próximas do gene de interesse ou a milhares de bases de distância na sequência de DNA; no entanto, as sequências que estão mais distantes estão muitas vezes espacialmente localizadas perto do gene que regulam devido à compactação apertada do DNA no cromossoma. As que estão próximas na sequência regulam o início da transcrição genética, enquanto que as que estão mais afastadas, aumentam ou silenciam a transcrição genética. Os efeitos de várias sequências de regulação cis regulam transcricionalmente a maioria dos genes; no entanto, ocasionalmente, uma única sequência de regulação cis regula a transcrição de um gene.

Os factores de transcrição ligam-se às sequências de regulação cis quando o DNA está na sua forma helicoidal dupla. Os reguladores transcricionais ligam-se a sequências específicas, mas também são capazes de se ligar a sequências estreitamente relacionadas. A hélice dupla tem dois tipos de sulcos: o mais pequeno, sulco menor, e o maior, sulco maior. Os factores de regulação são mais susceptíveis de se ligarem aos sulcos maiores do DNA devido ao seu tamanho. Os reguladores de transcrição reconhecem sequências de regulação cis específicas pelas características químicas presentes nas extremidades dos pares de bases nitrogenadas. Por exemplo, as bases têm diferentes dadores e aceitadores de ligações de hidrogénio expostos ao longo do sulco que podem formar ligações de hidrogénio com os reguladores transcricionais. Como muitas interações não covalentes também estão envolvidas nesta ligação, a associação é altamente estável. 

Suggested Reading

  1. Alberts et al., 6th edition; pages 373-375
  2. Bakkali, M. (2011). Microevolution of cis-regulatory elements: an example from the pair-rule segmentation gene fushi tarazu in the Drosophila melanogaster subgroup. PloS one, 6(11).