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10.7:

La regione promotore negli eucarioti

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Biologia Molecolare
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The Eukaryotic Promoter Region

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Il promotore è un regolatore principale dell’espressione genica, che contiene siti di legame per RNA polimerasi, l’enzima responsabile della trascrizione, 00:00:10.740 00:00:14.250 e fattori di trascrizione che facilitano o inibiscono il legame di RNA polimerasi. La regione promotrice si trova principalmente a monte del gene che la regola. Ha caratteristiche strutturali distinte, come una struttura curva con la capacità di piegarsi quando i regolatori trascrizionali si legano a bassa stabilità termodinamica, per la presenza di regioni AT-ricche.Negli eucarioti, questa regione di controllo trascrizionale è più complessa che nei procarioti. Oltre al promotore core, i geni eucariotici, hanno molte sequenze cis-regolatrici aggiuntive che che i fattori di trascrizione possono legare. La RNA polimerasi procariotica richiede un fattore sigma per legarsi al promotore, mentre le RNA polimerasi eucariotiche richiedono diversi regolatori di questo tipo.Inoltre, le tre diverse RNA polimerasi negli eucarioti che si legano a promotori distinti richiedono differenti regolatori trascrizionali. Il promotore eucariotico di nucleo contiene diversi segnali che lavorano insieme in varie combinazioni per consentire il legame dell’RNA polimerasi. La TATA box è altamente conservata tra gli organismi.Le TATA box sono solitamente presenti nei geni e mostrano alti livelli di espressione specifica delle cellule, come le proteine coinvolte nella differenziazione cellulare. Iniziatori e elementi promotori downstream o a valle, consistono in sequenze degenerate che seguono uno specifico modello di nucleotidi, anche se la loro esatta sequenza varia. L’elemento iniziatore è il motivo promotore più comune.Può aiutare a mantenere i livelli basali di trascrizione o a lavorare insieme alle TATA box, per migliorare il legame dei fattori di trascrizione. L’elemento promotore downstream, è situato a valle del sito di inizio della trascrizione ed è stato inizialmente trovato in promotori privi di TATA box. Il DPE lavora spesso in combinazione con l’elemento iniziatore per regolare la trascrizione.Le isole CpG sono costituite da sezioni di DNA dove una citosina è seguita da una guanina. Le isole CpG di solito regolano la pulizia;geni, che sono continuamente espressi in piccole quantità e non richiedono alti livelli di trascrizione.

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La regione promotore negli eucarioti

The eukaryotic promoter region is a segment of DNA located upstream of a gene. It contains an RNA polymerase binding site, a transcription start site, and several cis-regulatory sequences.  The proximal promoter region is located in the vicinity of the gene and has cis-regulatory sequences and the core promoter. The core promoter is the binding site for RNA polymerase and is usually located between -35 and +35 nucleotides from the transcription start site. The distal promoter regions are cis-regulatory sequences, thousands of base pairs away from a gene. The length of a promoter region can vary significantly from gene to gene.

The core promoter contains characteristic motifs where general transcription factors can bind and recruit RNA polymerase.  The TATA box is a motif located 25-30 base pairs upstream from the transcription start site. It is more flexible and less thermodynamically stable than other promoter motifs due to its high A-T content, allowing the efficient binding of the transcription machinery. It is found in genes that require high levels of expression under specific conditions, such as those genes involved in cell differentiation. The TATA box is often flanked by a set of short nucleotide motifs, known as B-recognition elements.  Transcription Factor II B,  an important component involved in the assembly of the transcription machinery at the TATA box, binds to these B-elements.

The Initiator element, composed of the degenerate sequence YYANWYY*, contains the transcription start site.  Downstream of the initiator element is another characteristic motif, known as the downstream promoter element (DPE), made up of the degenerate sequence RGWYVT. The TATA box and the DPE regulate similar types of genes, and a eukaryotic promoter can have either a TATA box or a DPE. The initiator element can function synergistically either with a TATA box or DPE to regulate transcription.

The CpG islands are another type of core promoter motif that regulates the expression of other types of genes,  like housekeeping genes, that require constant expression in small amounts. They are called CpG islands because they contain sequences that are high in cytosine followed by guanine. The “p” represents the phosphodiester bond that links C to G. CpG islands are also known to occur in distal promoter regions.

*R codes for either A or G; W codes for either A or T; Y codes for C or T; V codes for A or G or C;  and N codes for any of the four bases.

Suggested Reading

  1. Alberts, Bruce, et al. Molecular Biology of the Cell. 6th ed. Garland Science, 2017. pp: 384-385
  2. Lodish, Harvey, et al. Molecular Cell Biology. 8th ed. W.H. Freeman and Company, 2016. pp: 371-372.
  3. Kiran, K., Ansari, S. A., Srivastava, R., Lodhi, N., Chaturvedi, C. P., Sawant, S. V., & Tuli, R. (2006). The TATA-box sequence in the basal promoter contributes to determining light-dependent gene expression in plants. Plant physiology, 142(1), 364–376. https://doi.org/10.1104/pp.106.084319
  4. Kanhere, A., & Bansal, M. (2005). Structural properties of promoters: similarities and differences between prokaryotes and eukaryotes. Nucleic acids research, 33(10), 3165–3175. https://doi.org/10.1093/nar/gki627
  5. Kutach, A. K., & Kadonaga, J. T. (2000). The downstream promoter element DPE appears to be as widely used as the TATA box in Drosophila core promoters. Molecular and cellular biology, 20(13), 4754–4764. https://doi.org/10.1128/mcb.20.13.4754-4764.2000
  6. Yella, V. R., & Bansal, M. (2017). DNA structural features of eukaryotic TATA-containing and TATA-less promoters. FEBS open bio, 7(3), 324–334. https://doi.org/10.1002/2211-5463.12166