rna聚合酶ii的启动子有哪些基本元件,各元件的作用是什么

rna聚合酶ii的启动子有哪些基本元件,各元件的作用是什么,第1张

真核生物启动子有三类,分别由RNA聚合酶Ⅰ、Ⅱ和Ⅲ进行转录。 类别Ⅰ(class Ⅰ)启动子: 只控制rRNA前体基因的转录,转录产物经切割和加工后生成各种成熟rRNA。 类别Ⅰ启动子由两部分保守序列组成: 核心启动子(core promoter):位于转录起点附近,从-45至+20; 上游控制元件(upstream control element,UCE):位于-180至-107; RNA聚合酶Ⅰ对其转录需要2种因子参与: UBF1:一条M为97000的多肽链,结合在上述两部分的富含GC区; 1个TBP,即TATA结合蛋白(TATA-binding protein,TBP); SL1:一个四聚体蛋白,含有 3个不同的转录辅助因子TAFⅠ; 在SL1因子介导下RNA聚合酶Ⅰ结合在转录起点上并开始转录。

类别Ⅱ(class Ⅱ)启动子: 类别Ⅱ启动子涉及众多编码蛋白质的基因表达的控制。 该类启动子包含4类控制元件:

1基本启动子(basal promoter):序列为中心在-25至-30左右的7 bp保守区,TATAAAA/T, 称为TATA框或Goldberg-Hogness 框。与RNA聚合酶的定位有关,DNA双链在此解开并决定转录的起点位置。失去TATA框,转录将在许多位点上开始。

2起始子(initiator):转录起点位置处的一保守序列,共有序列为:PyPyANT(A)PyPy Py为嘧啶碱(C或T),N为任意碱基,A为转录的起点。DNA在此解开并起始转录。

3上游元件(upstream factor):普遍存在的上游元件有CAAT框、GC框和八聚体(octamer) 框等。CAAT框的共有序列是GCCAATCT,GC框的共有序列为GGGCGG和CCGCCC,八聚体框含有8bp,共有序列为ATGCAAAT;

4应答元件(response element):诱导调节产生的转录激活因子与靶基因上的应答元件结合。 如热休克效应元件 HSE 的共有序列是 CNNGAANNTCCNNG,可被热休克因子HSF识别和作用;血清效应元件SRE的共有序列CCATATTAGG,可被血清效应因子SRF识别和作用。

参与RNA聚合酶Ⅱ转录起始的各类因子数目很大,可分为3类:

1通用因子(general factor):作用于基本启动子上的辅助因子称为通用(转录)因子(GTF), 或基本转录因子(basal transcription),为任何细胞类别Ⅱ启动子起始转录所必需,以TFⅡⅩ来表示,其中Ⅹ按发现先后次序用英文字母定名,如TFⅡA、TFⅡD、TFⅡH。 2上游因子(upstream factor):或转录辅助因子(transcription ancillary factor),是指识别上 游元件的转录因子。

3可诱导因子(inducible factor):在真核生物中,与细胞类型和发育阶段相关的基因表达, 主要通过转录因子的重新合成来进行调节的,是长期的过程。对外界刺激的快速反应则主要通过转录激活物(transcription activator)的可诱导调节。这些诱导的转录激活因子与靶基因上所谓应答元件相结合。

类别Ⅲ(class Ⅲ)启动子: 类别Ⅲ启动子为RNA聚合酶Ⅲ所识别,他涉及一些小分子RNA的转录。 RNA聚合酶Ⅲ的启动子有3种类型结构:

1类型1基因内启动子:如5S rRNA

基因的启动子,位于转录起点下游,即在基因内部,是 下游启动子,有两个框架序列,被3种辅助因子所识别。5S

rRNA基因的启动子包括框架A(box A)、中间元件(intermediate element

)和框架C(box C)3个元件组成。TFⅢA结合在框架A上,然后促使TFⅢC结合,后者结合导致TFⅢB结合到转录起点附近,并引导RNA聚合酶Ⅲ结合在起点上。TFⅢB使RNA聚合酶Ⅲ正确定位,起“定位因子”(positioning factor)作用。

2类型2基因内启动子:如tRNA基因的启动子,有两个控制元件,分别为框架A和框架B。 TFⅢC结合框架B,其结合区域包括框架A和框架B,然后导致TFⅢB结合到转录起点附近,并引导RNA聚合酶Ⅲ结合在起点上。

3上游启动子:如snRNA基因的启动子,位于转录起点上游。有3个上游元件:OCT(八 聚体基序 octamer motif)、PSE(邻近序列元件 proximal sequence element)、TATA元件。在RNA聚合酶Ⅲ的上游启动子中,只有靠近起点存在TATA元件,就能起始转录。然而PSE和OCT元件的存在将会增加转录效率。

原核表达系统中通常使用的可调控的启动子有lac(乳糖启动子)、trp(色氨酸启动子)、tac(乳糖和色氨酸的杂合启动子)

、lpl

(l噬菌体的左向启动子)、t7噬菌体启动子等。

(1)lac启动子:它来自大肠杆菌的乳糖操纵子,是dna分子上一段有方向的核苷酸序列,由阻遏蛋白基因(laci)、启动基因(p)、操纵基因(o)和编码3个与乳糖利用有关的酶的基因结构所组成。lac启动子受分解代谢系统的正调控和阻遏物的负调控。正调控通过cap(catabolite

gene

activation

protein)因子和camp来激活启动子,促使转录进行。负调控则是由调节基因产生lacz阻遏蛋白,该阻遏蛋白能与操纵基因结合阻止转录。乳糖及某些类似物如iptg可与阻遏蛋白形成复合物,使其构型改变,不能与o基因结合,从而解除这种阻遏,诱导转录发生。

(2)trp启动子:它来自大肠杆菌的色氨酸操纵子,其阻遏蛋白必须与色氨酸结合才有活性。当缺乏色氨酸时,该启动子开始转录。当色氨酸较丰富时,则停止转录。b-吲哚丙烯酸可竞争性抑制色氨酸与阻遏蛋白的结合,解除阻遏蛋白的活性,促使trp启动子转录。

(3)tac启动子:tac启动子是一组由lac和trp启动子人工构建的杂合启动子,受lac阻遏蛋白的负调节,它的启动能力比lac和trp都强。其中tac

1是由trp启动子的-35区加上一个合成的46

bp

dna片段(包括pribnow

盒)和lac操纵基因构成,tac

12是由trp的启动子-35区和lac启动子的-10区,加上lac操纵子中的操纵基因部分和sd序列融合而成。tac启动子受iptg的诱导。

(4)lpl启动子:它来自l噬菌体早期左向转录启动子,是一种活性比trp启动子高11倍左右的强启动子。lpl启动子受控于温度敏感的阻遏物

cits857。在低温(30℃)时,cits857阻遏蛋白可阻遏pl启动子转录。在高温(45℃)时,cits857蛋白失活,阻遏解除,促使pl启动子转录。系统由于受cits857作用,尤其适合于表达对大肠杆菌有毒的基因产物,缺点是温度转换不仅可诱导pl启动子,也可诱导热休克基因,其中有一些热休克基因编码蛋白酶。如果用l噬菌体ci+溶源菌,并用丝裂霉素c或萘啶酮酸进行诱导,可缓解这一矛盾。

(5)t7噬菌体启动子:它是来自t7噬菌体的启动子,具有高度的特异性,只有t7rna聚合酶才能使其启动,故可以使克隆化基因独自得到表达。t7rna聚合酶的效率比大肠杆菌

rna聚合酶高5倍左右,它能使质粒沿模板连续转录几周,许多外源终止子都不能有效地终止它的序列,因此它可转录某些不能被大肠杆菌rna聚合酶有效转录的序列。这个系统可以高效表达其他系统不能有效表达的基因。但要注意用这种启动子时宿主中必须含有t7rna聚合酶。应用t7噬菌体表达系统需要2个条件:第一是具有t7噬菌体rna聚合酶,它可以由感染的l噬菌体或由插入大肠杆菌染色体上的一个基因拷贝产生;第二是在一个待表达基因上游带有t7噬菌体启动子的载体。


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