Eukaryota promotorer och genstrukturer

I prokaryota celler ligger fokus för regleringen av genuttryck nästan helt på nivån för initieringen av transkription. I eukaryota celler kan reglering av genuttryck emellertid ske vid alla stadier av transkription och translation, och även vid proteinstabilitet.

Möjligheter till genreglering i genuttryck i eukaryoter

De som är vanliga för prokaryoter och eukaryoter

1. Initiering av transkription
2. mRNA-stabilitet
3. Proteinstabilitet
4. Initiering av översättning

De som är unika för eukaryoter

1. Kromatinstruktur
2. RNA-bearbetning
3. Transport till cytoplasman

RNA-polymeras

Prokaryoter behöver bara en typ av RNA-polymeras för transkription. Men i eukaryoter är tre inblandade. Dessa inkluderar RNA-polymeras I, RNA-polymeras II och RNA-polymeras III.

RNA pol I

• Transkriberar ribosomala RNA
• Promotorn är placerad på -45 till +20 position
• Enkel struktur eftersom rRNA inte är vävnadsspecifika

RNA pol II

• Transkriberar mRNA
• Promotorn är placerad långt uppströms (upp till -70 000) till -25
• Komplex i struktur eftersom mRNA är vävnadsspecifikt

RNA pol III

• Transkriberar snRNA och tRNA
• Promotor placerad +50 till +100. (Observera att denna position är nedströms. Därför binder RNA-polymeras först till promotorn och backar sedan upp till det transkriptionella startstället och transkriberar sedan genom promotorn)
• Enkel struktur eftersom snRNA och tRNA inte är vävnadsspecifika

Modularitet av eukaryota promotorer

RNA-polymeraser orsakar inte självständigt initieringen av transkription. För att de skulle fungera ringde flera proteiner transkriptionsfaktorer och mediatorproteiner, måste spela in, vilket resulterar i att RNA-polymeraset binds vid promotorstället. Andra proteiner såsom de som orsakar böjning av DNA:t kan också vara nödvändiga. Att ha alla rätt transkriptionsfaktorer tillsammans säkerställer att rätt gener uttrycks vid rätt tidpunkt.

Steg i Transcriptional Complex Assembly

1. TFIID binder till TATAAA-boxen med hjälp av ett protein som kallas Tata-bindande protein (TBP) som är en del av TFIID
2. TFIIA och TFIIB binder till TFIID
3. TFIIF binder till TFIID och TFIIB medan den rekryterar RNA-polymeras II
4. Andra proteiner inklusive TFIIE och TFIIH binder till promotorn och fullbordar initieringskomplexet

De specifika proteinfaktorer som används i transkriptionskomplexet kan vara allestädes närvarande eller specifika för den funktion som krävs (t.ex. svar på värmechock eller tillväxtfaktorer), cellens lokalisering eller organismens utvecklingsfas (t.ex. embryo, spädbarn, eller vuxen).

Utan de lämpliga proteinerna kommer inget uttryck av genen att ske. Samtidigt är olämpligt uttryck av gener möjligt genom att introducera genaktiverande proteiner där de inte behövs. Detta har demonstrerats av experiment med fruktflugor utförda av Walter Jakob Gehring (1939-2014). I sitt experiment, genetiskt modifierade Gehring och hans team fluglarver för att producera ett genaktiverande protein som heter GAL4 i många olika kroppsdelar inklusive vingar, ben och antenner. Resultatet blev produktionen av flugor med ögon i dessa anatomiska positioner.

Hur proteiner kan binda DNA

Proteiner kan interagera med DNA:t via dess mindre och större lundar. Dessa lundar tillåter proteiner att komma åt element längs kanterna på upp till 6 baspar som sticker ut i dessa räfflor. Tre av de huvudsakliga mekanismerna genom vilka de kan åstadkomma detta inkluderar zinkfingermotivet, helix-turn-helix-motivet och leucinblixtlåset.

1. Zinkfingermotiv. Detta motiv kännetecknas av stabiliserande zinkjoner som skapar fingerliknande veck i proteinet. Dessa veck kan passa in i DNA:ts stora spår. Transkriptionsfaktorn TFIIIH är ett bra exempel på detta motiv.
2. Helix-turn-helix motiv. Detta motiv består av två alfahelixar, en lång och en kort, åtskilda av en prolinaminosyra. Den unika strukturen kan passa in i det stora spåret.
3. Leucin dragkedja. Detta motiv kännetecknas av en serie leucinaminosyror som förbinder två alfa-helix-peptidkedjor vilket resulterar i en korsad proteinstruktur. De “upplåsta” ändarna av korset kan passa in i det stora spåret.

Referens: Krane, D. 2021. Bio 2110 Molecular Biology Video Lecture. Wright State University – Lake Campus.