Trình tự tăng cường (di truyền)

Trong di truyền học, trình tự tăng cường hay enhancer là một đoạn DNA ngắn (50–1500 bp) có thể được gắn với các protein (các chất hoạt hóa) giúp làm tăng khả năng phiên mã

của một gen cụ thể.^[1][2] Các protein này thường được gọi là các yếu tố phiên mã. Trình tự tăng cường là hoạt động theo kiểu cis. Chúng có thể nằm cách xa gen đến 1kmp (1.000.000 bp), ngược dòng hoặc xuôi dòng từ vị trí bắt đầu.^[2][3] Có hàng trăm ngàn trình tự tăng cường trong bộ gen của con người.^[2] Các trình tự này được tìm thấy ở cả sinh vật nhân chuẩn và sinh vật nhân sơ.^[4]

Phát hiện đầu tiên của một trình tự tăng cường nhân chuẩn là trong gen chuỗi nặng globulin miễn dịch vào năm 1983.^[5][6][7]

Trên đây là một sơ đồ bốn bước mô tả việc sử dụng một enhancer. Trong trình tự DNA này, các protein được gọi là yếu tố phiên mã liên kết với trình tự tăng cường và làm tăng hoạt động của promoter.

1. DNA
2. Enhancer
3. Promoter
4. Gen
5. Protein hoạt hóa phiên mã
6. Protein trung gian
7. RNA Polymerase

Trình tự tăng cường này, nằm trong intron lớn, giải thích tại sao promoter gen Vh khi đã sắp xếp lại thì hoạt động trong khi các promoter của gen Vh chưa sắp xếp vẫn không hoạt động.

Vị trí

Trong các tế bào nhân chuẩn, phức hợp chất cấu tạo nên nhiễm sắc thể có cấu trúc cuộn xoắn giống như cấu trúc DNA siêu xoắn ở sinh vật nhân sơ, vì vậy mặc dù trình tự tăng cường có thể xa gen về mặt chiều dài tuyến tính, nhưng về mặt không gian thì nó lại gần với promoter và gen. Điều này cho phép nó tương tác với các yếu tố phiên mã chung và RNA polymerase II.^[8] Cơ chế tương tự cũng đúng với trình tự tắt trong hệ gen của bọn nhân chuẩn. Trình tự tắt là trình tự đối nghịch với trình tự tăng cường, khi kết hợp với các yếu tố phiên mã thích hợp gọi là các chất ức chế, chúng sẽ ức chế sự phiên mã của gen. Trình tự tắt và trình tự tăng cường có thể ở gần nhau hoặc thậm chí có thể là cùng là một vùng và chỉ được phân biệt bởi yếu tố phiên mã mà chúng liên kết với.

Trình tự tăng cường có thể nằm ở ngược dòng hoặc xuôi dòng của gen mà nó điều chỉnh. Hơn nữa, trình tự tăng cường không cần phải được đặt gần vị trí bắt đầu phiên mã để ảnh hưởng đến phiên mã, vì một số trình tự đã được tìm thấy cách vài trăm nghìn cặp base ở ngược dòng hoặc xuôi dòng từ điểm bắt đầu.^[9] Các trình tự tăng cường không tác động lên vùng promoter, nhưng sẽ gắn với các protein hoạt hóa. Các protein hoạt hóa này tương tác với phức hợp trung gian, nó sẽ tuyển dụng polymerase II và các yếu tố phiên mã chung để sau đó bắt đầu phiên mã các gen. Trình tự tăng cường cũng có thể được tìm thấy trong các intron. Ngoài ra, trình tự tăng cường có thể được cắt bỏ và đưa vào những vị tríkhác trong nhiễm sắc thể, và vẫn ảnh hưởng đến phiên mã gen. Đó là một lý do mà đa hình intron có thể có ảnh hưởng mặc dù chúng không được dịch mã.^{[cần dẫn nguồn]} Các trình tự tăng cường cũng có thể được tìm thấy ở vùng exon của một gen không liên quan^[10][11][12] những chúng vẫn có thể tác động lên các gen nằm trên các nhiễm sắc thể khác.^[13]

Trình tự tăng cường sẽ gắn với protein p300-CBP và vị trí của chúng có thể được dự đoán bằng cách sử dụng ChIP-seq với họ protein đồng hoạt hóa này.^{[14][15][16][17]}

Chú thích

1. Blackwood, E. M.; Kadonaga, J. T. (1998). “Going the Distance: A Current View of Enhancer Action”. Science. 281 (5373): 60–3. doi:10.1126/science.281.5373.60. PMID 9679020.
2. ^ Pennacchio, L. A.; Bickmore, W.; Dean, A.; Nobrega, M. A.; Bejerano, G. (2013). “Enhancers: Five essential questions”. Nature Reviews Genetics. 14 (4): 288–95. doi:10.1038/nrg3458. PMC 4445073. PMID 23503198.
3. Maston, G. A.; Evans, S. K.; Green, M. R. (2006). “Transcriptional Regulatory Elements in the Human Genome”. Annual Review of Genomics and Human Genetics. 7: 29–59. doi:10.1146/annurev.genom.7.080505.115623. PMID 16719718.
4. Kulaeva, Olga I.; Nizovtseva, Ekaterina V.; Polikanov, Yury S.; Ulianov, Sergei V.; Studitsky, Vasily M. (ngày 15 tháng 12 năm 2012). “Distant Activation of Transcription: Mechanisms of Enhancer Action”. Molecular and Cellular Biology (bằng tiếng Anh). 32 (24): 4892–4897. doi:10.1128/MCB.01127-12. ISSN 0270-7306. PMC 3510544. PMID 23045397. Bản gốc lưu trữ ngày 23 tháng 3 năm 2019. Truy cập ngày 5 tháng 6 năm 2018.
5. Mercola, M; Wang, XF; Olsen, J; Calame, K (ngày 12 tháng 8 năm 1983). “Transcriptional enhancer elements in the mouse immunoglobulin heavy chain locus”. Science. 221 (4611): 663–5. doi:10.1126/science.6306772. PMID 6306772.
6. Banerji, J; Olson, L; Schaffner, W (tháng 7 năm 1983). “A lymphocyte-specific cellular enhancer is located downstream of the joining region in immunoglobulin heavy chain genes”. Cell. 33 (3): 729–40. doi:10.1016/0092-8674(83)90015-6. PMID 6409418.
7. Gillies, SD; Morrison, SL; Oi, VT; Tonegawa, S (tháng 7 năm 1983). “A tissue-specific transcription enhancer element is located in the major intron of a rearranged immunoglobulin heavy chain gene”. Cell. 33 (3): 717–28. doi:10.1016/0092-8674(83)90014-4. PMID 6409417.
8. Maston, Glenn A.; Evans, Sara K.; Green, Michael R. (ngày 1 tháng 1 năm 2006). “Transcriptional Regulatory Elements in the Human Genome”. Annual Review of Genomics and Human Genetics. 7 (1): 29–59. doi:10.1146/annurev.genom.7.080505.115623. PMID 16719718.
9. Smemo, Scott; Tena, Juan J.; Kim, Kyoung-Han; Gamazon, Eric R.; Sakabe, Noboru J.; Gómez-Marín, Carlos; Aneas, Ivy; Credidio, Flavia L.; Sobreira, Débora R. (ngày 20 tháng 3 năm 2014). “Obesity-associated variants within FTO form long-range functional connections with IRX3”. Nature. 507 (7492): 371–375. doi:10.1038/nature13138. ISSN 1476-4687. PMC 4113484. PMID 24646999.
10. Dong, X; Navratilova, P; Fredman, D; Drivenes, Ø; Becker, TS; Lenhard, B (tháng 3 năm 2010). “Exonic remnants of whole-genome duplication reveal cis-regulatory function of coding exons”. Nucleic Acids Research. 38 (4): 1071–85. doi:10.1093/nar/gkp1124. PMC 2831330. PMID 19969543.
11. Birnbaum, R. Y.; Clowney, E. J.; Agamy, O.; Kim, M. J.; Zhao, J.; Yamanaka, T.; Pappalardo, Z.; Clarke, S. L.; Wenger, A. M.; Nguyen, L.; Gurrieri, F.; Everman, D. B.; Schwartz, C. E.; Birk, O. S.; Bejerano, G.; Lomvardas, S.; Ahituv, N. (2012). “Coding exons function as tissue-specific enhancers of nearby genes”. Genome Research. 22 (6): 1059–1068. doi:10.1101/gr.133546.111. ISSN 1088-9051. PMC 3371700. PMID 22442009.
12. Eichenlaub, Michael P.; Ettwiller, Laurence; Wray, Gregory A. (ngày 1 tháng 11 năm 2011). “De Novo Genesis of Enhancers in Vertebrates”. PLoS Biology. 9 (11): e1001188. doi:10.1371/journal.pbio.1001188. PMC 3206014. PMID 22069375.
13. Spilianakis, Charalampos G.; Lalioti, Maria D.; Town, Terrence; Lee, Gap Ryol; Flavell, Richard A. (2005). “Interchromosomal associations between alternatively expressed loci”. Nature. 435 (7042): 637–45. doi:10.1038/nature03574. PMID 15880101.
14. Wang, Zhibin; Zang, Chongzhi; Cui, Kairong; Schones, Dustin E.; Barski, Artem; Peng, Weiqun; Zhao, Keji (ngày 4 tháng 9 năm 2009). “Genome-wide mapping of HATs and HDACs reveals distinct functions in active and inactive genes”. Cell. 138 (5): 1019–1031. doi:10.1016/j.cell.2009.06.049. ISSN 1097-4172. PMC 2750862. PMID 19698979.
15. Heintzman, Nathaniel D.; Hon, Gary C.; Hawkins, R. David; Kheradpour, Pouya; Stark, Alexander; Harp, Lindsey F.; Ye, Zhen; Lee, Leonard K.; Stuart, Rhona K. (ngày 7 tháng 5 năm 2009). “Histone modifications at human enhancers reflect global cell-type-specific gene expression”. Nature. 459 (7243): 108–112. doi:10.1038/nature07829. ISSN 1476-4687. PMC 2910248. PMID 19295514.
16. Visel, Axel; Blow, Matthew J.; Li, Zirong; Zhang, Tao; Akiyama, Jennifer A.; Holt, Amy; Plajzer-Frick, Ingrid; Shoukry, Malak; Wright, Crystal (ngày 12 tháng 2 năm 2009). “ChIP-seq accurately predicts tissue-specific activity of enhancers”. Nature. 457 (7231): 854–858. doi:10.1038/nature07730. ISSN 1476-4687. PMC 2745234. PMID 19212405.
17. Blow, Matthew J.; McCulley, David J.; Li, Zirong; Zhang, Tao; Akiyama, Jennifer A.; Holt, Amy; Plajzer-Frick, Ingrid; Shoukry, Malak; Wright, Crystal (ngày 1 tháng 9 năm 2010). “ChIP-Seq identification of weakly conserved heart enhancers”. Nature Genetics. 42 (9): 806–810. doi:10.1038/ng.650. ISSN 1546-1718. PMC 3138496. PMID 20729851.