Ағылшыншамен салыстырыңыз: абзацты басыңыз — түпнұсқа терезеде ашылады. Абзац астындағы EN түймесі оны мәтін ішінде көрсетеді.
Мазмұны
Кіріспе
ДНК тізбегі
DNA sequence
Молекулалық биологияда TATA қорапшасы (Голдберг-Хогнес қорапшасы деп те аталады) – археялар мен эукариоттардағы гендердің негізгі промотор аймағында табылған ДНК тізбегі. TATA қорапшасының бактериялық аналогы Pribnow қорабы деп аталады, ол қысқа консенсустық тізбекке ие. TATA қорапшасы кодтамайтын ДНК тізбегі (сондай-ақ cis реттеуші элементі деп те белгілі) саналады. Ол консенсустық тізбегінің T және A негіз жұптарының қайталануымен сипатталатындығына байланысты "TATA қорапшасы" деп аталды. Консенсустық нуклеотидтер мен баламалы нуклеотидтерді салыстырғанда, зерттеушілер гомологты аймақтарды "қорапшамен" белгіледі.
In molecular biology, the TATA box (also called the Goldberg–Hogness box) is a sequence of DNA found in the core promoter region of genes in archaea and eukaryotes. The bacterial homolog of the TATA box is called the Pribnow box which has a shorter consensus sequence. The TATA box is considered a non coding DNA sequence (also known as a cis regulatory element). It was termed the "TATA box" as it contains a consensus sequence characterized by repeating T and A base pairs. When consensus nucleotides and alternative ones were compared, homologous regions were "boxed" by the researchers.
Ашылу
TATA қорабы 1978 жылы американдық биохимик Дэвид Хогнес анықтаған алғашқы эукариоттық негізгі промотор мотиві болды. Олар алғаш рет TATA тізбесін Drosophila, сүтқоректілер және вирус гендерінің 5' ДНК промотор тізбектерін талдағанда анықтады. Drosophila-да 205 негізгі промотордың 40%-дан аз бөлігінде TATA қорабы кездеседі.
The TATA box was the first eukaryotic core promoter motif to be identified in 1978 by American biochemist David Hogness They first discovered the TATA sequence while analyzing 5' DNA promoter sequences in Drosophila, mammalian, and viral genes. In Drosophila, less than 40% of 205 core promoters contain a TATA box.
Орналасқан жері
Промотор тізбектері бактериялар мен эукариоттар арасында әр түрлі болады. Эукариоттарда TATA қорапшасы Rpb4/Rbp7 транскрипцияны бастау үшін пайдаланатын бастапқы нүктеден 25 негіз жұбы жоғары орналасқан. Метазооларда TATA қорабы транскрипция басталатын жерден 30 негіз жұбы жоғарыда орналасқан. РНК полимераза II-ні тарту үшін SAGA/TATA қораптық кешенін пайдаланғанда, олар TFIID/TBP рекруттеу әдісін пайдаланатын промоторларға қарағанда күшті реттеледі және жоғары экспрессия деңгейін көрсетеді. Мысалы, ашытқыда бір зерттеуде әртүрлі *Saccharomyces* геномдарының консенсус тізбегі 5' TATA(A/T)A(A/T)(A/G) 3' екені анықталды, бірақ ашытқы гендерінің шамамен 20% ғана TATA тізбегін қамтиды. Сол сияқты, адамдарда гендердің тек 24% ғана TATA қорабы бар промотор аймақтарына ие. TATA қорабы бар гендер стресс жауаптарына және метаболизмнің белгілі бір түрлеріне қатысады және TATA-дан аз гендерге қарағанда күшті реттеледі. Жалпы, TATA-ны қамтитын гендер жасушаның өсуі, ДНК репликациясы, транскрипция және трансляция сияқты маңызды жасушалық функцияларға қатыспайды, себебі олардың жоғары реттелу қабілетіне байланысты. TBP аминқышқылының (Asn27, Asn117, Thr82, Thr173) полярлық бүйір тізбектері мен кіші саңылаудағы негіздер арасында белсеннің антипараллель β-парақтарының аймағы арқылы төрт сутекті байланыс пайда болады. Бұл екінші реттік өзара әрекеттесулер ДНК-ның иілуіне және спиральдік бұрылуға әкеледі. ДНК-ның иілу дәрежесі түрге және тізбекке байланысты. Мысалы, бір зерттеуде аденовирустың TATA промотор тізбегі (5' CGCTATAAAAGGGC 3') үлгілік байланысу тізбегі ретінде қолданылды және адам TBP-нің TATA қорабына байланысуы негізгі саңылауға қарай 97° иілуді, ал ашытқы TBP ақуызы 82° иілуді ғана тудырды. TBP/TATA қораптық кешендерінің рентгендік кристаллографиялық зерттеулері TBP байланысу процесінде ДНК шамамен 80° иіледі дегенмен келіседі. TFIIB кейін TFIID TFIIA ДНК кешеніне TATA қорабының жоғары және төмен жағындағы өзара әрекеттесу арқылы байланысады. РНК полимераза II кейін TFIIF көмегімен бұл көп ақуыздық кешенге тартылады. РНК полимераза II және әртүрлі транскрипция факторларының бұл кластері базалық транскрипциялық кешен (БТК) деп аталады. Бұл жағдайда транскрипция деңгейі төмен болады. Басқа факторлар БТК-ны транскрипция деңгейін арттыруға ынталандыруы керек. TATA қораптарының әртүрлі активаторлармен немесе репрессорлармен өзара әрекеттесуі гендердің транскрипциясына көптеген жолдармен әсер етуі мүмкін. Күшейткіштер – бұл промотор белсенділігін арттыратын, ал басушылар промотор белсенділігін төмендететін ұзақ қашықтықтағы реттеуші элементтер.
Promoter sequences vary between bacteria and eukaryotes. In eukaryotes, the TATA box is located 25 base pairs upstream of the start site that Rpb4/Rbp7 use to initiate transcription. In metazoans, the TATA box is located 30 base pairs upstream of the transcription start site. When promoters use the SAGA/TATA box complex to recruit RNA polymerase II, they are more highly regulated and display higher expression levels than promoters using the TFIID/TBP mode of recruitment. In yeast, for example, one study found that various Saccharomyces genomes had the consensus sequence 5' TATA(A/T)A(A/T)(A/G) 3', yet only about 20% of yeast genes even contained the TATA sequence. Similarly, in humans only 24% of genes have promoter regions containing the TATA box. Genes containing the TATA box tend to be involved in stress responses and certain types of metabolism and are more highly regulated when compared to TATA less genes. Generally, TATA containing genes are not involved in essential cellular functions such as cell growth, DNA replication, transcription, and translation because of their highly regulated nature. of the TATA box via a region of antiparallel β sheets in the protein. Four hydrogen bonds form between polar side chains on TBP amino acid (Asn27, Asn117, Thr82, Thr173)( and bases in the minor groove. These secondary interactions induce bending of the DNA and helical unwinding. The degree of DNA bending is species and sequence dependent. For example, one study used the adenovirus TATA promoter sequence (5' CGCTATAAAAGGGC 3') as a model binding sequence and found that human TBP binding to the TATA box induced a 97° bend toward the major groove while the yeast TBP protein only induced an 82° bend. X ray crystallography studies of TBP/TATA box complexes generally agree that the DNA goes through an ~80° bend during the process of TBP binding. TFIIB then binds to the TFIID TFIIA DNA complex through interactions both upstream and downstream of the TATA box. RNA polymerase II is then recruited to this multi protein complex with the help of TFIIF. This cluster of RNA polymerase II and various transcription factors is known as the basal transcriptional complex (BTC). In this state, it only gives a low level of transcription. Other factors must stimulate the BTC to increase transcription levels. Interaction of TATA boxes with a variety of activators or repressors can influence the transcription of genes in many ways. Enhancers are long range regulatory elements that increase promoter activity while silencers repress promoter activity.
Мутация
TATA қорабындағы мутациялар жоюдан немесе қосылудан бастап, мутацияланған генге байланысты әртүрлі әсер ететін нүктелік мутацияға дейін болуы мүмкін. Бұл мутациялар транскрипцияны бастау үшін TATA байланыстырушы ақуыздың (TBP) байланысын өзгертеді. Осының салдарынан, экспрессияланбайтын генге байланысты фенотипте өзгеріс пайда болады (3-сурет).
Mutations to the TATA box can range from a deletion or insertion to a point mutation with varying effects based on the gene that has been mutated. The mutations change the binding of the TATA binding protein (TBP) for transcription initiation. Thus, there is a resulting change in phenotype based on the gene that is not being expressed (Figure 3).
Кірістірулер немесе өшірулер
TATA қорапшасының мутацияларын зерттеудің алғашқы жұмыстарының бірі Agrobacterium tumefaciens бактериясының октопин түріндегі цитокинин генінің ДНК тізбесін қарастырды. TATA қорапшасының дубликациялануы нәтижесінде ұрықтың қабығы мен тамырлардағы ферменттік белсенділік айтарлықтай төмендейді, ал тозаңдағы ферменттік деңгей өзгеріссіз қалады. TATA қорапшасын жою ұрықтың қабығы мен тамырлардағы ферменттік белсенділіктің аздаған төмендеуіне, бірақ тозаңдағы ферменттік деңгейдің күрт төмендеуіне алып келеді. Дегенмен, HeLa жасушаларында TATAAAA-дан TATACAA-ға өзгеруі транскрипцияның 20 есеге төмендеуіне себеп болады. Бұл жеткіліксіздік салдарынан туындауы мүмкін кейбір аурулар: талассемия, өкпелік қатерлі ісік, созылмалы гемолитикалық анемия, иммуносупрессия, гемофилия B Лейден, тромбофлебит және миокард инфарктісі. Савинкова және авторлар тобы таңдалған TATA қорапшасының тізбегі мен TBP үшін KD мәнін болжауға арналған модельдеу жасады. Бұл, TBP-нің TATA қорапшасына қаншалықты берік байланысуына қарай, таңдалған мутацияның нәтижесінде туындайтын фенотиптік белгілерді тікелей болжауға мүмкіндік береді.
One of the first studies of TATA box mutations looked at a sequence of DNA from Agrobacterium tumefaciens for the octopine type cytokinin gene. A duplication of the TATA box leads to a significant decrease in enzymatic activity in the scutellum and roots, leaving pollen enzymatic levels unaffected. A deletion of the TATA box leads to a small decrease in enzymatic activity in the scutellum and roots, but a large decrease in enzymatic levels in pollen. However, a change can be seen in HeLa cells with a TATAAAA to TATACAA which leads to a 20 fold decrease in transcription. Some diseases that can be caused due to this insufficiency by specific gene transcription are: Thalassemia, lung cancer, chronic hemolytic anemia, immunosuppression, hemophilia B Leyden, and thrombophlebitis and myocardial infarction. Savinkova et al. has written a simulation to predict the KD value for a selected TATA box sequence and TBP. This can be used to directly predict the phenotypic traits resulting from a selected mutation based on how tightly TBP is binding to the TATA box.
Аурулар
TATA қораптық аймағындағы мутациялар транскрипцияны бастау үшін TATA-мен байланысатын ақуыздың (TBP) байланысына әсер етеді, бұл сырқаты бар адамдарда ауру фенотипінің пайда болуына себеп болуы мүмкін. Асқазан қатерлі ісігі TATA қорап полиморфизмімен байланысты. TATA қорабы PG2 генінің транскрипция факторының байланыс орнына ие. Бұл ген PG2 сарысуын өндіреді, ол асқазан қатерлі ісігінің биомаркері ретінде қолданылады. Ұзын TATA қораптық тізбектер асқазан қатерлі ісігін көрсететін PG2 сарысуының жоғары деңгейімен байланысты. Қысқа TATA қораптық тізбегі бар сырқаттанушылар PG2 сарысуының төмен деңгейін өндіруі мүмкін. TATA қораптық мутациялар бірнеше нейродегенеративті аурулармен байланысты. Екі ауру ерекшеленді: спиноцеребеллалық атаксия және Хантингтон ауруы. Спиноцеребеллалық атаксияда ауру фенотипі TATA-мен байланысатын ақуызда (TBP) полиглутамин қайталануының кеңеюінен туындайды. Пациенттердің ми бөліктеріндегі белок жиынтығы көрсеткендей, бұл полиглутаминді ТБП жасушаларының жиналуына әкеледі, нәтижесінде нейрондық жасушалардың жоғалуына себеп болады. TATA қорабы микроРНК-лармен нысаналанғанда, окис стресі гендерінің деңгейін арттыру арқылы шамадан тыс катаракта пайда болуы соқырлыққа әкелуі мүмкін. МикроРНК 3' трансляцияланбаған аймақты нысаналайды және окис стресімен байланысты гендердің транскрипциясын белсендіру үшін TATA қорабына байланысады. TATA қораптарындағы SNP-лер B-талассемиямен, иммунодепрессиямен және басқа да неврологиялық аурулармен байланысты. SNP-лер TBP/TATA кешенін тұрақсыздандырады, бұл TATA байланысу ақуыздарының (TBP) TATA қорабына байланысу жылдамдығын айтарлықтай төмендетеді. Бұл аурудың ауырлығына әсер ететін транскрипция деңгейінің төмендеуіне әкеледі. Зерттеулер нәтижелері әзірге in vitro өзара әрекеттесуді көрсетті, бірақ нәтижелер in vivo жағдайларымен салыстырылуы мүмкін. Гилберт синдромы UTG1A1 TATA қорап полиморфизмімен байланысты. Бұл жаңа туған нәрестелерде сарғаюдың пайда болу қаупін тудырады. МикроРНК-лар сондай-ақ ВИЧ-1 сияқты вирустардың көбеюінде де рөл атқарады. Жаңа ВИЧ-1 кодталған микроРНК вирустың өндірісін күшейтуі және TATA қораптық аймағын нысанаға алу арқылы ВИЧ-1 латенттілігін белсендіруі анықталды.
Mutations in the TATA box region affects the binding of the TATA binding protein (TBP) for transcription initiation, which may cause carriers to have a disease phenotype. Gastric cancer is correlated with TATA box polymorphism. The TATA box has a binding site for the transcription factor of the PG2 gene. This gene produces PG2 serum, which is used as a biomarker for tumours in gastric cancer. Longer TATA box sequences correlates with higher levels of PG2 serum indicating gastric cancer conditions. Carriers with shorter TATA box sequences may produce lower levels of PG2 serum. Several neurodegenerative disorders are associated TATA box mutations. Two disorders have been highlighted, spinocerebellar ataxia and Huntington's disease. In spinocerebellar ataxia, the disease phenotype is caused by expansion of the polyglutamine repeat in the TATA binding protein (TBP). An accumulation of these polyglutamine TBP cells will occur, as shown by protein aggregates in brain sections of patients, resulting in a loss of neuronal cells. Blindness can be caused by excessive cataract formation when the TATA box is targeted by microRNAs to increase the level of oxidative stress genes. MicroRNAs can target the 3' untranslated region and bind to the TATA box to activate the transcription of oxidative stress related genes. SNPs in TATA boxes are associated with B thalassemia, immunosuppression, and other neurological disorders. SNPs destabilize the TBP/TATA complex which significantly decreases the rate at which TATA binding proteins (TBP) will bind to the TATA box. This leads to lower levels of transcription affecting the severity of the disease. Results from studies have shown the interaction in vitro so far, but results may be comparable to that in vivo. Gilbert's syndrome is correlated with UTG1A1 TATA box polymorphism. This poses a risk for developing jaundice in newborns. MicroRNAs also play a role in replicating viruses such as HIV 1. Novel HIV 1 encoded microRNA have been found to enhance the production of the virus as well as activating HIV 1 latency by targeting the TATA box region.
Технология
Көптеген зерттеулерге дейін in vitro жағдайында жүргізілді, олар тек болжам жасауға мүмкіндік берді, бірақ клеткаларда қандай өзгерістер болып жатқанын нақты уақыт режимінде көрсетпеді. 2016 жылы TATA байланысу белсенділігін in vivo жағдайында көрсету мақсатында жаңа зерттеулер жүргізілді. Соңғы кезде TBP/TFIID-ге тәуелді базальды транскрипция механизмі арқылы транскрипцияны бастаудың негізгі промоторға тән механизмдері in vivo жағдайында құжатталды, бұл TATA байланысына қатысатын адам ACTB генінің SRF-ге тәуелді жоғары ағыстағы активациялық тізбегі (UAS) арқылы белсендірілуін көрсетті.
Many of the studies so far have been performed in vitro, providing only a prediction of what may happen not a real time representation of what is happening in the cells. Recent studies in 2016 have been done to demonstrate TATA binding activity in vivo. Core promoter specific mechanisms for transcription initiation by the canonical TBP/TFIID dependent basal transcription machinery has recently been documented in vivo showing the activation by SRF dependent upstream activating sequence (UAS) of the human ACTB gene involved in TATA binding.
Қатерлі ісікпен емдеу
Фармацевтикалық компаниялар жылдар бойы дәстүрлі әдістермен ДНК-ны нысанаға алған қатерлі ісікке қарсы препараттарды жасап келеді, және олардың тиімділігі дәлелденді. Дегенмен, бұл препараттардың уыттылығы ғалымдарды ДНК-мен байланысты басқа процестерді зерттеуге баулыды. Соңғы жылдары, қатерлі ісікке тән молекулалық нысаналарды табуға, мысалы, ТАТА байланысу мотиві бар ақуыз-ДНК кешендерін табуға бірлескен күш-жігер жұмсалды. Ақуыз-ДНК аралық белсенді түрін тұтқындаған қосылыстар, ДНК өңдеу кезінде жасуша үшін уытты болуы мүмкін. Мұндай қосылыстарды қамтитын препараттарға топотекан, SN 38 (топоизомераза I), доксорубицин және митоксантрон (топоизомераза II) жатады. Malus baccata var. xiaojinensis бір түрдің басқа өкілдерімен салыстырғанда, темірмен реттелетін 1-транспортер (IRT1) промоторының жоғары жағында орналасқан промоторға TATA қорабы енгізілген. Осының нәтижесінде промотордың активтілігі күшейеді, TFIID активтілігі артады, содан кейін транскрипция басталады, нәтижесінде темірге қатысты тиімді фенотип пайда болады.
Pharmaceutical companies have been designing cancer therapy drugs to target DNA in traditional methods over the years, and have proven to be successful. However, the toxicity of these drugs have pushed scientists to explore other processes related to DNA that could be targeted instead. In recent years, a collective effort has been made to find cancer specific molecular targets, such as protein DNA complexes, which include the TATA binding motif. Compounds that trap the protein DNA intermediate could result in it being toxic to the cell once they encounter a DNA processing event. Example of drugs that contain such compounds include topotecan, SN 38 (topoisomerase I), doxorubicin, and mitoxantrone (topoisomerase II). Compared to other members of the same species, Malus baccata var. xiaojinensis has a TATA box inserted in the promoter upstream of the iron regulated transporter 1 (IRT1) promoter. As a result, the promoter activity levels are enhanced, increasing TFIID activity and subsequently transcription initiation, resulting in a more iron efficient phenotype.