Genetiikassa promoottori on DNA:n osa, joka käynnistää geenin transkription. Promoottori määrittää tarkasti transkription alkamiskohdan eli transcription start site (TSS) ja toimii sidospaikkana RNA-polymeraasille sekä lukuisille transkriptiofaktoreille, jotka säätelevät geenin ilmentymistä.

Promoottorit ovat lähellä geenejä, joita ne transkriboivat. Ne sijaitsevat samassa DNA-juosteessa ja yleensä "ylävirtaan" eli geenin 5'-päähän nähden (eli ennen kodavaa aluetta). Promoottoreita voidaan jakaa core-promoottereihin (lähellä TSS:ää sijaitsevat peruselementit) ja proksimaalisiin tai distaalisiin säätelyalueisiin, jotka vaikuttavat transkription määrään ja ajoitukseen.

Promoottorit voivat olla noin 100–1000 emäsparia pitkiä, mutta core-alue voi olla lyhyempi. Promoottorin koko ja rakenne vaihtelevat lajeittain ja geenityypeittäin.

Promoottorin rakenne ja tunnusmerkit

  • Bakteerit: Tyypillisessä bakteeripromoottorissa on kaksi usein tunnistettavaa konsensussekvenssiä, niin sanotut -35 (esim. TTGACA) ja -10 (TATAAT, myös Pribnowin laatikko) alueet, joiden väli on noin 15–19 emäsparia. RNA-polymeraasi ja sigma-faktori tunnistavat nämä elementit aloittaakseen transkription.
  • Eukaryootit: Eukaryooteilla core-promootteriin voi kuulua TATA-laatikko (esim. TATAAA noin -25…-30), Inr (initiator), DPE ja muita elementtejä. Monilla geeneillä on myös CpG-saaria promotoreissaan.
  • RNA-polymeraasityypit: Eri RNA-polymeraasit (I, II, III) tunnistavat eri promoottereita; RNA-polymeraasi II vastaa proteiineja koodaavien geenien (mRNA) transkriptiosta.

Säätely ja toiminta

Promoottorin toiminta riippuu sekä DNA-sekvenssistä että siihen sitoutuvista proteiineista:

  • Transkriptiofaktorit (aktivaattorit ja repressorit) sitoutuvat promootteriin tai lähellä oleviin säätelyelementteihin ja säätelevät polymeraasin rekrytoitumista ja aktivointia.
  • Epigeneettiset merkit, kuten DNA-metyylaatio ja histonien modifikaatiot, voivat muuttaa promootorin avoimuutta kromatiinissa ja siten estää tai edistää transkriptiota.
  • Etäisyyden ja kromatiinin rakenne vuoksi myös kauempana sijaitsevat enhancers-alueet voivat vaikuttaa promoottorin toimintaan DNA:n kääntymisen kautta.

Biologinen merkitys ja sovellukset

  • Promoottorin sekvenssin muutokset voivat johtaa sairausilmiöihin: esimerkiksi promootterimutaatioilla voidaan alentaa geenin ilmentymistä ja aiheuttaa perinnöllisiä sairauksia tai osallistua syövän kehittymiseen (esim. TERT-promootterin mutaatiot).
  • Bioteknologiassa käytetään erilaisia promoottoreita geenien ilmentämiseen; vahvat viruspromoottorit (esim. CMV) ja kudos- tai induktio-spesifiset promoottorit ovat yleisiä työkaluja.
  • Tutkimuksessa promoottoreiden toimintaa tutkitaan mm. reporterigeenikokeilla, ChIP-analyysillä (chromatin immunoprecipitation) ja DNase-footprintingillä.

Erikoistapauksia

  • Vaihtoehtoiset promoottorit: Monet geenit käyttävät useampaa promoottoria, joista kukin voi toimia eri olosuhteissa tai kudoksissa, mikä tuottaa vaihtoehtoisia transkripteja.
  • Kaksisuuntaiset promoottorit: Joissain genomialueissa yksi promoottorialue voi käynnistää kaksi vastakkaiseen suuntaan sijaitsevaa transkriptiota.

Yhteenvetona: promoottori on keskeinen elementti geenin ilmentymisen ohjauksessa — se määrittää transkription alkamiskohdan, rekrytoi transkriptiokoneiston ja toimii liittopintana lukuisille säätelytekijöille, joilla solut voivat hienosäätää proteiinintuotantoa.