Promoottori (genetiikka) – DNA:n alue, joka käynnistää geenin transkription
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.
1: RNA-polymeraasi, 2: repressori, 3: promoottori, 4: operaattori, 5: laktoosi, 6: lacZ, 7: lacY, 8: lacA . Ylhäällä: Geeni on sammutettu. Laktoosia ei ole estämässä repressoria, joten repressori sitoutuu operaattoriin. Tämä estää RNA-polymeraasia sitoutumasta promoottoriin ja valmistamasta laktaasia. Alhaalla: Geeni on kytketty päälle. Laktoosi estää repressoria. Tämä sallii RNA-polymeraasin sitoutua promoottoriin ja ilmentää geenejä. Geenit syntetisoivat nyt laktaasia. Lopulta laktaasi pilkkoo kaiken laktoosin, kunnes sitä ei enää ole jäljellä, jotta se voisi sitoutua repressoriin. Tämän jälkeen repressori sitoutuu operaattoriin ja lopettaa laktaasin valmistuksen.
Yleiskatsaus
Jotta transkriptio voisi tapahtua, RNA:ta valmistavan entsyymin, RNA-polymeraasin, on kiinnityttävä DNA:han geenin lähellä.
Promoottorit sisältävät erityisiä DNA-sekvenssejä, jotka antavat RNA-polymeraasille paikan sitoutua. Myös muut proteiinit auttavat tätä tapahtumaan. Jotkin voivat myös estää sitä tapahtumasta. Koko asiaa kutsutaan "geeniekspression säätelyksi".
RNA-polymeraasi ja toinen proteiini tunnistavat promoottorin.
Prosessi on monimutkaisempi. Tarvitaan vähintään seitsemän eri tekijää, jotta RNA-polymeraasi II voi sitoutua promoottoriin.
Promoottorit ovat tärkeitä DNA:n osia. Ne toimivat yhdessä muiden säätelyalueiden kanssa. Yhdessä ne säätävät geenin transkription tasoa. Geenit siis kytkeytyvät päälle, kun niitä tarvitaan, ja sammuvat, kun niitä ei tarvita. Kun ne ovat päällä, niitä säädetään ylös- tai alaspäin tarpeen mukaan.
