Кіріспе

ДНК тізбегі

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.

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.

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.

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).

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.

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.

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.

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.