коробка СААТ
В молекулярной биологии CCAAT -бокс (также иногда сокращенно CAAT-бокс или CAT-бокс ) представляет собой особый набор нуклеотидов с консенсусной последовательностью GGCCAATCT , которые расположены на 60–100 оснований выше исходного сайта транскрипции . CAAT-бокс сигнализирует о сайте связывания РНК фактора транскрипции и обычно сопровождается консервативной консенсусной последовательностью. Это инвариантная последовательность ДНК , находящаяся примерно в минус 70 парах оснований от места начала транскрипции во многих эукариотических промоторах . Гены, содержащие этот элемент, по-видимому, требуют его для транскрипции гена в достаточных количествах. Он часто отсутствует в генах, кодирующих белки, используемые практически во всех клетках. Этот блок вместе с блоком GC известен связыванием общих факторов транскрипции. Обе эти консенсусные последовательности принадлежат регуляторному промотору . Полная экспрессия генов происходит, когда белки-активаторы транскрипции связываются с каждым модулем регуляторного промотора. Для активации блока CCAAT необходимо специфическое связывание белка. Эти белки известны как белки, связывающие боксы CCAAT/факторы связывания бокса CCAAT.
Блок CCAAT — это особенность, часто встречающаяся перед кодирующими областями эукариот, но не встречающаяся у прокариот. [ 2 ]
Последовательность консенсуса
[ редактировать ]В направлении транскрипции цепи матрицы консенсусная последовательность или расчетный порядок наиболее частых остатков для СААТ-бокса представляла собой 3'-TG ATTGG (T/C)(T/C)(A/G)- 5'. Использование круглых скобок означает, что присутствует любое основание, но не указано их относительные частоты. Например, «(Т/С)» будет означать, что предпочтительно выбирают либо тимин, либо цитозин. [ 3 ] В пределах многоклеточных животных (царство животных) комплекс основной связывающий фактор (CBF)-ДНК сохраняет высокую степень консервативности в мотиве связывания CCAAT, а также в последовательностях, фланкирующих этот пентамерный мотив. Мотив CCAAT у растений (в эксперименте использовался шпинат) немного отличается от мотива многоклеточных растений тем, что на самом деле это мотив связывания CAAT; в промоторе отсутствует один из двух остатков C пентамерного мотива, а искусственное добавление второго C не оказывает существенного влияния на активность связывания. В некоторых последовательностях CAAT-бокс полностью отсутствует. Во-вторых, окружающие нуклеотиды в растениях не соответствуют консенсусной последовательности, определенной выше Bi et al. [ 4 ]
Основной промоутер
[ редактировать ]CAAT-бокс — это так называемый основной промотор, также известный как базальный промотор или просто промотор , представляющий собой участок ДНК, который инициирует транскрипцию определенного гена. Эта область, в частности для СААТ-бокса, расположена примерно на 60–100 оснований выше (к 5'-концу), но не менее чем на 27 пар оснований от исходного сайта транскрипции или гена эукариот, в котором находится комплекс общих Факторы транскрипции связываются с РНК-полимеразой II до начала транскрипции. [ 5 ] [ 6 ] Для транскрипции важно, чтобы эти основные факторы связывания (также называемые ядерным фактором Y или NF-Y) были способны связываться с мотивом CCAAT. Эксперименты во многих лабораториях показали, что мутации мотива CCAAT, которые вызывают потерю связывания CBF, также снижают транскрипционную активность в этих промоторах, что позволяет предположить, что комплексы CBF-CCAAT необходимы для оптимальной транскрипционной активности. [ 3 ]
Связывание
[ редактировать ]В эксперименте, проведенном с основными факторами связывания (CBF) и комплексами ДНК, исследователи смогли определить предпочтительные последовательности промотора в области, расположенной над и непосредственно прилегающей к СААТ-боксу, а также в двух регионах по обе стороны от СААТ-бокса. Используя процесс выбора случайного связывания, опосредованный ПЦР , исследователи смогли показать, что последовательность «3' - (T/C)G ATTGG (T/C)(T/C)(A/G) - 5'» непосредственно фланкирует область ATTGG (CCAAT в комплементарной цепи) предпочтительно выбирали на кодирующей цепи (напротив матричной цепи). [ 3 ] [ 7 ] [ 8 ] Это было показано с использованием олигонуклеотидной последовательности (R1), которая содержала 27 случайных нуклеотидов, фланкированных определенной последовательностью из 20 нуклеотидов с каждой стороны. Хотя ни один нуклеотид не был выбран в каждом клоне по обе стороны от мотива ATTGG (CCAAT в комплементарной цепи), было несколько нуклеотидов в положениях, выбранных с высокой частотой. Наиболее примечательным в приведенной выше последовательности был остаток G на 5'-конце ATTGG. Другие остатки, также перечисленные в списке, были примечательны, но между двумя остатками существует разделение. В этом же эксперименте также была получена та же последовательность, что и показанная выше, при использовании другого олигонуклеотида (R2), который содержал ядро ATTGG и фланкирован 12 5'-случайными нуклеотидами и 10 3'-случайными нуклеотидами. Обе эти последовательности очень похожи и подтверждены в многочисленных экспериментах. Последовательности, которые фланкировали мотив ATTGG двумя остатками аденина (АА) на его 5'-конце и G(A/G) на его 3'-конце, по-видимому, ингибировали образование комплекса CBF-ДНК и впоследствии наблюдались только в 1% случаев. последовательностей промотора. [ 3 ] В другом эксперименте, проведенном с основным поздним промотором (MLP) аденовирусов от различных видов хозяев, было показано, что мутация СААТ-бокса и последовательности CCAAT, которая, как полагают, играет ключевую роль в (MLP) подгруппы Аденовирусы человека C у видов с дефицитной последовательностью СААТ. Инициация транскрипции у мутантных видов MLP была значительно снижена по сравнению с таковой у дикого типа или видов, у которых присутствовал мутант CAAT. Неспособность восстановить нормально функциональные аденовирусы, демонстрируемая СААТ-боксом, согласуется с идеей о том, что СААТ-бокс играет жизненно важную роль в MLP аденовируса и предпочтительнее других элементов транскрипции. [ 9 ]
CCAAT в растениях
[ редактировать ]Эти основные факторы связывания, или ядерные факторы (NF-Y), состоят из трех субъединиц — NF-YA, NF-YB и NF-YC. В то время как у животных каждая субъединица NF-Y кодируется одним геном, у растений наблюдается диверсификация как по структуре, так и по функциям. Семьи NF-Y состоят из от восьми до 39 членов на субъединицу. Основная причина такого разнообразия заключается в дупликациях генов и тандемных дупликациях, которые способствовали увеличению размера семейства NF-Y по сравнению с одиночными кодируемыми ядерными факторами животных. [ 10 ] Каждая субъединица содержит эволюционно консервативную часть - C-конец NF-YA, центральную часть NF-YB и N-конец NF-YC, более 70% из них у разных видов остаются консервативными. Однако соседние регионы обычно не сохраняются. [ 6 ]
субъединица НФ-Я
[ редактировать ]Семейство NF-YA кодирует факторы транскрипции, длина которых варьируется (от 207 до 347 аминокислот для M. truncatula ). Белки NF-YA обычно характеризуются двумя доменами, которые строго консервативны у всех исследованных на сегодняшний день высших эукариот. Первый домен (А1) содержит 20 аминокислот, образующих альфа-спираль , которая оказывается значимой при взаимодействии с NF-YB и NF-YC. Второй домен (А2) примыкает к домену А1 консервативной линкерной последовательностью, представляющей собой последовательность из 21 аминокислоты, жизненно важную в специфической ДНК для связывания CCAAT-бокса. Домены A1 и A2 консервативны по направлению к C-концу млекопитающих, но занимают более центральную область в субъединицах NF-YA растений. У растений субъединица NF-YA эволюционировала, чтобы регулировать развитие факультативного корневого органа, присутствующего только у бобовых растений и, как было показано, экспрессируется в корневой ткани. Было показано, что он обладает засухоустойчивыми свойствами, активизируясь во время стресса засухи в корнях и листьях. Арабидопсис . Мутанты NF-YA показали потерю функции и гиперчувствительность к засухоподобным условиям, и, напротив, сверхэкспрессия NF-YA привела к устойчивости к засухе . [ 10 ]
субъединица NF-YB
[ редактировать ]Семейство NF-YB, как и субъединица NF-YA, имеет переменную длину, однако в среднем намного меньше, чем субъединица NF-YA (90–240 аминокислот в «M. truncatula»). Они характеризуются структурой и аминокислотным составом, сходными с мотивом складки гистонов (HFM). Он состоит из трех альфа-спиралей, разделенных двумя доменами бета-цепи-петли. Было показано, что, как и NF-YA, NF-YB также улучшает устойчивость к засухе при чрезмерной экспрессии, а также способствует цветению арабидопсиса . [ 10 ]
Субъединица NF-YC
[ редактировать ]Белки NF-YC имеют промежуточный размер между белками NF-YA и NF-YB (117–292 аминокислоты в M. truncatula ), а также содержат HFM, который преобладает в белках NF-YB. Также было показано, что он участвует во времени цветения у некоторых растений (сверхэкспрессия приводит к более раннему цветению), где его влияние потенциально регулируется связыванием белка CONSTANS (CO) с субъединицей NF-YC. [ 10 ]
NF-Y комплексы
[ редактировать ]Из-за эволюционных изменений в генах, кодирующих NF-Y, у растений впоследствии появляется широкий спектр потенциальных тримерных комплексов. Например, у Arabidopsis идентифицировано 36 субъединиц транскрипционного фактора NF-Y (включая 10 субъединиц NF-YA, 13 NF-YB и 13 субъединиц NF-YC), которые теоретически могут образовывать 1690 уникальных комплексов (которые содержат по одному каждого типа). субъединицы). Это число, конечно, выше, чем то, что происходит на самом деле, поскольку некоторые субъединицы имеют специфические шаблоны связывания. Функциональный анализ генов, кодирующих NF-Y, в растениях показал, что в результате их эволюционной диверсификации по сравнению с их животными аналогами они приобрели разнообразные специфические функции, такие как развитие эмбриона, контроль времени цветения, ER-стресс, стресс засухи и образование клубеньков. и развитие корней. Это может быть лишь малая часть их возможностей, поскольку число теоретически комбинаций комплексов NF-Y настолько велико и реально создать можно только небольшую часть (менее 10% всех возможных взаимодействий подтверждено в обоих направлениях у дрожжей). ). [ 10 ]
Белки, связывающие энхансер CCAAT (C/EBP)
[ редактировать ]Другим аспектом мотива связывания CCAAT являются белки, связывающие CCAAT/энхансер (C/EBP). Они представляют собой группу факторов транскрипции из 6 членов (α-ζ), которые высококонсервативны и связываются с мотивом CCAAT. Хотя исследования этих связывающих белков начались относительно недавно, было показано, что их функция играет жизненно важную роль в клеточной пролиферации и дифференцировке, метаболизме , воспалении и иммунитете в различных клетках, особенно в гепатоцитах , адипоцитах и кроветворных клетках . [ 11 ] Например, в адипоцитах это было показано в различных экспериментах на мышах: эктопическая экспрессия этих C/EBP (C/EBPα и C/EBPβ) была способна инициировать программы дифференцировки клетки даже в отсутствие адипогенные гормоны или дифференцировка преадипоцитов в адипоциты (или жировые клетки). Кроме того, избыток этих C/EBP (в частности, C/EBPδ) вызывает ускоренный ответ. Более того, в клетках, лишенных C/EBP, или у мышей с дефицитом C/EBP, оба не способны подвергаться адипогенезу. Это приводит к гибели мышей от гипогликемии или уменьшению накопления липидов в жировой ткани. [ 12 ] C/EBP следуют за общим доменом основной лейциновой молнии (bZIP) на C-конце и способны образовывать димеры с другими C/EBP или другими факторами транскрипции. Эта димеризация позволяет C/EBP специфически связываться с ДНК через палиндромную последовательность в большой бороздке ДНК. Они регулируются различными способами, включая гормоны , митогены , цитокины , питательные вещества и другие факторы. [ 11 ]
См. также
[ редактировать ]Ссылки
[ редактировать ]- ^ Ромье, Кристоф; Коккьярелла, Фабьен; Мантовани, Роберто; Морас, Дино (24 октября 2002 г.). «Структура NF-YB/NF-YC дает представление о связывании ДНК и регуляции транскрипции с помощью фактора CCAAT NF-Y» . Журнал биологической химии . 278 (2): 1336–1345. дои : 10.1074/jbc.M209635200 . ПМИД 12401788 .
- ^ Стедман, Томас Латроп (6 декабря 2005 г.). Медицинский словарь Стедмана, Том 1 (28-е изд.). Липпинкотт Уильямс и Уилкинс. ISBN 9780781733908 .
- ^ Перейти обратно: а б с д Би, Вэйминь; Ву, Линг; Кустри, Франсуаза; Кромбрюгге, Бенуа де; Майти, Санкар Н. (17 октября 1997 г.). «Специфичность ДНК-связывания CCAAT-связывающего фактора CBF/NF-Y» . Журнал биологической химии . 272 (42): 26562–26572. дои : 10.1074/jbc.272.42.26562 .
- ^ Кузнецов Виктор; Ландсбергер, Мартин; Мёрер, Йорг; Оэлмюллер, Ральф (10 декабря 1999 г.). «Сборка связывающего комплекса СААТ-бокса на промоторе гена фотосинтеза регулируется светом, цитокинином и стадией пластид» . Журнал биологической химии . 274 (50): 36009–36014. дои : 10.1074/jbc.274.50.36009 .
- ^ Каммак, Ричард; Этвуд, Тереза; Кэмпбелл, Питер; Пэриш, Ховард; Смит, Энтони; Велла, Фрэнк; Стерлинг, Джон (2006). Оксфордский словарь биохимии и молекулярной биологии (2-е изд.). Издательство Оксфордского университета. doi : 10.1093/acref/9780198529170.001.0001 . ISBN 9780198529170 .
- ^ Перейти обратно: а б Мантовани, Роберто (18 октября 1999 г.). «Молекулярная биология CCAAT-связывающего фактора NF-Y». Джин . 239 (1): 15–27. дои : 10.1016/S0378-1119(99)00368-6 . ПМИД 10571030 .
- ^ Мантовани, Роберто (1998). «Обследование 178 блоков CCAAT, связывающих NF-Y» . Исследования нуклеиновых кислот . 26 (5): 1135–1143. дои : 10.1093/нар/26.5.1135 . ПМК 147377 . ПМИД 9469818 .
- ^ Дольфини, Дилетта; Замбелли, Федерико; Павези, Джулио; Мантовани, Роберто (15 декабря 2009 г.). «Взгляд на архитектуру промоутера из коробки CCAAT» . Клеточный цикл . 8 (24): 4127–4137. дои : 10.4161/cc.8.24.10240 . ПМИД 19946211 .
- ^ Сон, Пёнун; Янг, CSH (апрель 1998 г.). «Функциональный анализ CAAT-бокса в основном позднем промоторе аденовирусов человека подгруппы C» . Журнал вирусологии . 72 (4): 3213–3220. ПМК 109786 . ПМИД 9525647 .
- ^ Перейти обратно: а б с д и Лалум, Том; Де Мита, Стефан; Гамас, Паскаль; Боден, Маэль; Нибель, Андреас (март 2013 г.). «Факторы транскрипции, связывающие CCAAT-бокс, у растений: Y так много?». Тенденции в науке о растениях . 18 (3): 157–166. doi : 10.1016/j.tplants.2012.07.004 . ПМИД 22939172 .
- ^ Перейти обратно: а б Рамджи, Дпиак П.; Фока, Пелагия (10 мая 2002 г.). «Обзорная статья: CCAAT/белки, связывающие энхансер: структура, функции и регуляция» . Биохимический журнал . 365 (Часть 3): 561–575. дои : 10.1042/BJ20020508 . ПМЦ 1222736 . ПМИД 12006103 .
- ^ Танака, Т; Ёсида, Н; Кишимото, Т; Акира, С. (15 декабря 1997 г.). «Дефектная дифференцировка адипоцитов у мышей, лишенных гена C/EBPbeta и/или C/EBPdelta» . Журнал ЭМБО . 16 (24): 7432–7443. дои : 10.1093/emboj/16.24.7432 . ПМК 1170343 . ПМИД 9405372 .