پروموتر در ژنتیک چیست؟ مروری بر پروموترها و انواع آن
پروموتر در ژنتیک به بخشی از DNA گفته می‌شود که رونویسی یک ژن از آنجا آغاز می‌شود. در نزدیکی توالی پروموتر، فعال کننده‌هایی قرار دارند که میزان بیان ژن را افزایش می‌دهند. پروموترها جزء حیاتی وکتورهای بیانی هستند زیرا اتصال RNA پلیمراز به DNA را کنترل می‌کنند. RNA پلیمراز، DNA را به mRNA رونویسی می‌کند که در نهایت به یک پروتئین عملکردی ترجمه می‌شود. بنابراین منطقه پروموتر کنترل می‌کند که چه زمانی و در کجا ژن مورد نظر شما در ارگانیسم بیان می‌شود.
در ادامه قصد داریم به بررسی عملکرد و انواع پروموتر در ژنتیک بپردازیم.
پروموتر در ژنتیک چیست؟
همانطور که در بخش مقدمه گفته شد، پروموتر (promoter) ناحیه‌ای از DNA است که در آن رونویسی یک ژن آغاز می شود.
پروموترها حدود 100 الی1000 جفت باز طول دارند و در مجاورت و معمولاً بالا دست رشته کد کننده ژن رونویسی قرار دارند.
رشته کد کننده، رشته DNA است که توالی آن با رونوشت mRNA تولید شده مطابقت دارد. رشته آنتی سنس به عنوان رشته الگو یا رشته غیر کد کننده نامیده می‌شود. زیرا این رشته‌ای است که توسط RNA پلیمراز رونویسی می‌شود.
توالی‌های DNA در ناحیه پروموتر قرار دارند و یک محل اتصال پایدار برای RNA پلیمراز و فاکتورهای رونویسی فراهم می‌کنند. فاکتورهای رونویسی پروتئین‌هایی هستند که RNA پلیمراز را جذب کرده و رونویسی DNA به mRNA را کنترل و تنظیم می‌کنند.
اتصال پروموتر در باکتری‌ها در مقایسه با یوکاریوتها بسیار متفاوت است. در باکتری‌ها، هسته RNA پلیمراز به یک فاکتور سیگما مرتبط برای شناسایی و اتصال پروموتر نیاز دارد.
از سوی دیگر، فرآیند در یوکاریوتها بسیار پیچیده‌تر است. یوکاریوتها به حداقل هفت فاکتور رونویسی نیاز دارند تا RNA پلیمراز II (یک RNA پلیمراز مخصوص یوکاریوت) به یک پروموتر متصل شود.
ناحیه پروموتر در ژنتیک
پروموتر در ژنتیک دارای سه بخش اصلی است: پروموتر مرکزی، پروموتر پروگزیمال و پروموتر دیستال. در زیر ویژگی‌های این مناطق در سلول‌های یوکاریوتی توضیح داده شده است.
پروموتر مرکزی (Core Promoter)
اولین ناحیه پروموتر در ژنتیک، ناحیه پروموتر مرکزی یا هسته پروموتر است. این ناحیه در نزدیکی کدون شروع (start codon) قرار دارد و حاوی محل اتصال RNA پلیمراز، TATA و محل شروع رونویسی (TSS) است. RNA پلیمراز به طور پایدار به این ناحیه یعنی هسته پروموتور متصل می‌شود و رونویسی رشته الگو میتواند آغاز شود. TATA یک توالی DNA (5′-TATAAA-3′) در ناحیه هسته پروموتر است که در آن پروتئین‌ها و هیستون‌های فاکتور رونویسی عمومی می‌توانند به هم متصل شوند. هیستون‌ها پروتئین هایی هستند که در سلول‌های یوکاریوتی یافت می شوند و DNA را در نوکلئوزوم‌ها بسته بندی می‌کنند.
اتصال هیستون از شروع رونویسی جلوگیری می‌کند در حالی که عوامل رونویسی باعث شروع رونویسی می‌شوند. فقط یوکاریوتها و آرکی‌ها (باکتری های باستانی) حاوی TATA هستند. بیشتر پروکاریوت‌ها دارای دنباله‌ای هستند که تصور می‌شود از نظر عملکردی معادل TATA هستند . این دنباله Pribnow نام دارد که معمولاً از شش نوکلئوتید ( TATAAT ) تشکیل شده است.
کدون دنباله‌ای از سه نوکلئوتید DNA یا RNA است که با یک اسید آمینه خاص یا سیگنال توقف در طول سنتز پروتئین مطابقت دارد.
پروموتر پروگزیمال (Proximal Promoter)
ناحیه دوم پروموتر در ژنتیک، پروموتر پروگزیمال است. این ناحیه در بالادست هسته پروموتر قرار دارد که حاوی بسیاری از عناصر تنظیم کننده اولیه است. پروموتر پروگزیمال تقریباً 250 جفت باز در بالادست TSS یافت می‌شود. پروموتر پروگزیمال محلی است که فاکتورهای رونویسی عمومی در آن متصل می‌شوند.
پروموتر دیستال (Distal Promoter)
قسمت نهایی ناحیه پروموتر در ژنتیک، پروموتر دیستال نامیده می‌شود که در بالادست پروموتر پروگزیمال قرار دارد. پروموتر دیستال همچنین حاوی محل های اتصال فاکتور رونویسی است، اما عمدتا حاوی عناصر تنظیمی است.
پروموتر یوکاریوتی
تفاوت اصلی بین سلول‌های پروکاریوتی و یوکاریوتی این است که یک هسته و سایر اندامک‌های متصل به غشاء فقط در سلول های یوکاریوتی وجود دارند.
پروموتر در ژنتیک موجودات مختلف متفاوت است.
پروموترهای یوکاریوتی بسیار پیچیده‌تر و متنوع‌تر از پروموترهای پروکاریوتی هستند. پروموترهای یوکاریوتی طیف وسیعی از توالی‌های DNA را در بر می‌گیرند. پروموترهای یوکاریوتی از نظر ساختار آنقدر پیچیده هستند که DNA تمایل دارد به سمت خود جمع شود. به این معنی که چند توالی DNA که از نظر فیزیکی دور از محل بیان ژن هستند نیز می‌توانند بر رونویسی یک ژن خاص تأثیر بگذارند.
پروموترهای یوکاریوتی رایج مورد استفاده در تحقیقات
|
Promoter |
Expression |
Description |
| CMV | Constitutive | Strong mammalian promoter from human cytomegalovirus |
| EF1a | Constitutive | Strong mammalian promoter from human elongation factor 1 alpha |
| CAG | Constitutive | Strong hybrid mammalian promoter |
| PGK | Constitutive | Mammalian promoter from phosphorylate kinase gene |
| TRE | Inducible | Tetracycline response element promoter |
| U6 | Constitutive | Human U6 nuclear promoter for small RNA expression |
| UAS | Specific | Drosophila promoter containing Gal4 binding sites |
پروموتر در ژنتیک باکتریایی
پروموترها در باکتری‌ها حاوی دو توالی DNA کوتاه هستند که در موقعیت‌های 10- و 35- از محل شروع رونویسی (TSS) قرار دارند. Pribnow (TATAAT) در موقعیت 10 – قرار دارد و برای شروع رونویسی ضروری است. موقعیت 35 – معمولاً از دنباله TTGACA تشکیل شده است و این عنصر سرعت رونویسی را کنترل می‌کند. سلول‌های باکتریایی حاوی فاکتورهای سیگما هستند که به RNA پلیمراز در اتصال به ناحیه پروموتر کمک می‌کند.
نقش پروموتر در اپرون‌ها
اگرچه رونویسی باکتریایی ساده‌تر از رونویسی یوکاریوتی است. اما باکتری‌ها هم سیستم‌های پیچیده تنظیم ژن مانند اپرون‌ها (Operons) را دارند. اپرون‌ها مجموعه‌ای از ژن‌های مختلف هستند که توسط یک پروموتر و اپراتور کنترل می‌شوند. اپرون‌ها در پروکایوت‌ها، به ویژه باکتری‌ها رایج هستند، اما در یوکاریوتها نیز دیده شده‌اند. اپرون شامل یک پروموتر است که توسط RNA پلیمراز شناسایی می‌شود. اپراتور نیز بخشی از DNA است که در آن یک سرکوب کننده یا فعال کننده میتواند متصل شود.
پروموترهای رایج باکتریایی مورد استفاده در تحقیقات
| Promoter | Expression | Description |
| T7 | Constitutive but requires T7 RNA polymerase | Promoter from T7 bacteriophage |
| Sp6 | Constitutive but requires Sp6 RNA polymerase | Promoter from Sp6 bacteriophage |
| lac | Constitutive in the absence of lac repressor (lacI or lacIq). Can be induced by IPTG or lactose | Promoter from Lac operon |
| araBad | Inducible by arabinose | Promoter of the arabinose metabolic operon |
| trp | Repressible by tryptophan | Promoter from E. coli tryptophan operon |
| Ptac | Regulated like the lac promoter | Hybrid promoter of lac and trp |
انواع پروموتر RNA پلیمراز
پروموترهای RNA پلیمراز، اتصال RNA پلیمراز به DNA را برای شروع رونویسی ژن‌ها کنترل می‌کنند. سه نوع RNA پلیمراز وجود دارد که همگی ژن‌های مختلف را رونویسی می‌کنند.
RNA پلیمراز I : ژن‌های کد کننده RNA ریبوزومی (rRNA) را که جزء اصلی ساختار ریبوزوم سلول است رونویسی می‌کند. ریبوزوم ها محل سنتز پروتئین هستند که در آن mRNA به پروتئین ترجمه می‌شود.
RNA پلیمراز II: پیام رسان (mRNA) را رونویسی می‌کند که مسئول ارائه یک الگوی پایدار برای ترجمه یک پروتئین است.
RNA پلیمراز III: ژن‌های کدکننده RNAهای انتقالی (tRNA) را رونویسی می‌کند. این‌ها در واقع مولکول‌های آداپتوری هستند که مسئول رساندن اسیدهای آمینه به ریبوزوم هنگام سنتز پروتئین‌ها می‌باشند. RNA پلیمراز III همچنین RNA های کوچکی مانند shRNA و gRNA را رونویسی می‌کند.
تفاوت بین پرایمر و پروموتر در ژنتیک
تفاوت اصلی بین پرایمر و پروموتر در ژنتیک در این است که پرایمر یک توالی DNA کوتاه سنتز شده تجاری است که در PCR برای تقویت یک توالی DNA هدف استفاده می‌شود. در حالی که پروموتر یک توالی DNA خاص است که یک محل اتصال اولیه مطمئن برای RNA پلیمراز و فاکتورهای رونویسی را فراهم می‌کند.
تفاوت بین تقویت کننده و پروموتر در ژنتیک
بین تقویت کننده (Enhancer) و پروموتور در ژنتیک نیز تفاوت‌هایی وجود دارد. تقویت کننده‌ها و پروموترها عناصر تنظیم کننده ژن هستند. آن‌ها امتدادی از DNA هستند که به رونویسی یوکاریوتی و پروکاریوتی کمک می‌کنند. پروموترها شروع کننده رونویسی هستند و تقویت کننده‌ها سطح رونویسی را افزایش می‌دهند.
تقویت کننده‌ها در ناحیه پروموتر عمل نمی‌کنند. اما به جذب فاکتورهای رونویسی کمک می‌کنند که سرعت رونویسی را افزایش می‌دهد.
سخن پایانی
همانطور که در این مطلب گفته شد، پروموتر یک توالی DNA است که در بالادست یا در انتهای محل شروع رونویسی یک ژن قرار دارد. پروموتر یک محل اتصال برای RNA پلیمراز و عناصر تنظیمی خاص به منظور شروع رونویسی ژن فراهم می‌کند. در این مطلب سعی کردیم سه نوع مهم از پروموتور در ژنتیک را بررسی کنیم. ضمن آن هم مروری بر پروموتور در موجودات مختلف و تفاوت‌های آن با پرایمر و تقویت کننده داشته باشیم. امیدواریم این مطلب مورد توجه شما قرار گرفته باشد.
