啟動(dòng)子結(jié)構(gòu)和功能研究進(jìn)展

王婧 李冰 劉翠翠 朱陣 張繼瑜

（中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院蘭州畜牧與獸藥研究所 農(nóng)業(yè)部獸用藥物創(chuàng)制重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，蘭州 730050）

啟動(dòng)子結(jié)構(gòu)和功能研究進(jìn)展

王婧 李冰 劉翠翠 朱陣 張繼瑜

（中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院蘭州畜牧與獸藥研究所 農(nóng)業(yè)部獸用藥物創(chuàng)制重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，蘭州 730050）

轉(zhuǎn)錄起始是一種最重要的表達(dá)調(diào)節(jié)方式，通過多種蛋白質(zhì)與啟動(dòng)子的配位結(jié)合起始轉(zhuǎn)錄，參與基因的表達(dá)調(diào)控過程。而啟動(dòng)子作為基因表達(dá)調(diào)控的重要順式作用原件，在原核和真核生物中均存在。對核心啟動(dòng)子結(jié)構(gòu)特征中多種保守順式調(diào)控原件及基本轉(zhuǎn)錄因子的結(jié)構(gòu)和功能進(jìn)行了闡述。

啟動(dòng)子 結(jié)構(gòu) 順式作用元件 功能 轉(zhuǎn)錄因子

生物體所具有的遺傳性狀，稱之為表型，表型是基因型與外界環(huán)境因素相互作用的結(jié)果。傳統(tǒng)研究認(rèn)為，除環(huán)境因素影響外，生物體表型多態(tài)性主要是由于相關(guān)基因編碼區(qū)突變造成的。近年研究發(fā)現(xiàn)，兩個(gè)相近物種的蛋白質(zhì)組成基本相同，卻表現(xiàn)出明顯的生理學(xué)差異。因此，越來越多的學(xué)者認(rèn)為，物種間的差異不僅是基因水平上的不同，而且基因表達(dá)調(diào)控在其中起很重要的作用?；虮磉_(dá)調(diào)控是在不同層次上受到不同的調(diào)節(jié)因素控制的，這種調(diào)控機(jī)制不僅決定著基因的表達(dá)水平，也決定著基因表達(dá)的時(shí)空順序。多種因素參與基因的表達(dá)調(diào)控過程，如今已發(fā)現(xiàn)的有染色質(zhì)折疊、轉(zhuǎn)錄起始、堿基多聚腺苷酸化、mRNA剪接、mRNA穩(wěn)定性和翻譯起始等［1］。其中轉(zhuǎn)錄起始作為最主要的一種表達(dá)調(diào)節(jié)方式，通過多種蛋白質(zhì)與啟動(dòng)子的配位結(jié)合起始轉(zhuǎn)錄。

啟動(dòng)子在原核和真核生物中均存在，是一段供RNA聚合酶識(shí)別和結(jié)合的DNA序列，通常位于基因5'端上游區(qū)。在輔助因子參與下RNA聚合酶識(shí)別并結(jié)合在啟動(dòng)子區(qū)，開啟轉(zhuǎn)錄起始過程，因此，啟動(dòng)子是基因表達(dá)調(diào)控的重要順式作用元件，該序列與RNA聚合酶以及其他蛋白輔助因子的相互作用是啟動(dòng)子調(diào)控的關(guān)鍵。

1 核心啟動(dòng)子結(jié)構(gòu)特征

啟動(dòng)子通過活化RNA聚合酶和相關(guān)轉(zhuǎn)錄因子，使之與模板DNA特異性結(jié)合形成轉(zhuǎn)錄起始復(fù)合物，調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)錄的起始過程。RNA聚合酶有效地識(shí)別并結(jié)合在啟動(dòng)子區(qū)，決定著目的基因的特異性轉(zhuǎn)錄。轉(zhuǎn)錄起始過程是基因表達(dá)調(diào)控的關(guān)鍵階段，RNA聚合酶與啟動(dòng)子區(qū)的特異性結(jié)合影響轉(zhuǎn)錄起始過程，而啟動(dòng)子的結(jié)構(gòu)特征決定它與RNA聚合酶的親和力，從而調(diào)控目的基因的轉(zhuǎn)錄水平。核心啟動(dòng)子通常由一些短的保守序列組成，如：轉(zhuǎn)錄起始位點(diǎn)、TATA框、CAAT框、BRE元件、DPE元件和MTE元件等（圖1）［2］，這些序列的結(jié)構(gòu)特征決定著啟動(dòng)子同RNA聚合酶的識(shí)別、結(jié)合及起始轉(zhuǎn)錄過程。

1.1 轉(zhuǎn)錄起始位點(diǎn)

轉(zhuǎn)錄起始位點(diǎn)由起始子（Initiator，Inr）組成，該處序列改變主要影響基因的轉(zhuǎn)錄速率。起始子作為特異性的核心啟動(dòng)子元件位于轉(zhuǎn)錄起點(diǎn)附近，由一段保守的序列組成。研究發(fā)現(xiàn)，真核生物啟動(dòng)子均包含起始子序列，其中人類的Inr為YYANWYY，果蠅為TCAKTY，擬南芥由YR（R為轉(zhuǎn)錄起點(diǎn)）構(gòu)成［3］。計(jì)算機(jī)分析真核生物啟動(dòng)子序列發(fā)現(xiàn)，果蠅Inr序列為TCAGTY，同研究發(fā)現(xiàn)的果蠅Inr序列基本相同，但是人類Inr序列計(jì)算機(jī)分析顯示為YR，同實(shí)際發(fā)現(xiàn)的人類Inr序列顯著不同，造成該結(jié)果出現(xiàn)的原因可能是由于哺乳動(dòng)物中存在大量的散在的啟動(dòng)子序列［4］。Inr是核心啟動(dòng)子起始轉(zhuǎn)錄的特異性序列，通常以A為轉(zhuǎn)錄起點(diǎn)（+1）。Inr能夠和轉(zhuǎn)錄因子TFⅡD特異性結(jié)合，促使DNA鏈在此處解開并起始轉(zhuǎn)錄［5］。

1.2 TATA框

TATA框（Goldberg-Hogness box）是最早發(fā)現(xiàn)的富含AT堿基對的基本啟動(dòng)子序列元件。在昆蟲、高等植物和哺乳動(dòng)物的細(xì)胞基因組中，TATA框均位于Inr位點(diǎn)上游約-25至-30位點(diǎn)處，但在低等真核生物中，TATA框位于Inr位點(diǎn)上游約-80至-100位點(diǎn)。TATA框由8對共有堿基TATAWAAR組成，其中5'端的T位于Inr轉(zhuǎn)錄起點(diǎn)上游-31或-30處，TATA框的功能同原核生物啟動(dòng)子的-10序列相似，與RNA聚合酶特異性識(shí)別并決定RNA聚合酶的位置［6］。TATA框存在于包括酵母在內(nèi)的多種真核生物啟動(dòng)子上，其啟動(dòng)子區(qū)均包含TATA框，但哺乳動(dòng)物啟動(dòng)子區(qū)中僅有約10%-15%的含有TATA框，研究顯示，含有TATA框的基因?qū)D(zhuǎn)錄調(diào)控更加敏感。TATA框能特異性結(jié)合由多種轉(zhuǎn)錄因子和RNA聚合酶形成的轉(zhuǎn)錄前起始復(fù)合物（Transcription preinitiation complex，PIC），進(jìn)而調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)錄起始。轉(zhuǎn)錄起始過程主要分為兩步：首先，PIC通過募集轉(zhuǎn)錄因子并結(jié)合RNA聚合酶定位于TATA框；然后PIC釋放RNA聚合酶開啟基因轉(zhuǎn)錄過程。當(dāng)PIC持續(xù)結(jié)合在TATA框，能重復(fù)啟動(dòng)基因轉(zhuǎn)錄過程，從而促進(jìn)基因表達(dá)水平增高。其中最先結(jié)合在TATA框的轉(zhuǎn)錄因子是TFⅡD，其作為一種寡聚蛋白，是TATA框結(jié)合蛋白（TATA-binding protein，TBP）和多種TBP聯(lián)結(jié)因子（TBP-associated factor，TAF）組成的復(fù)合物。TBP通過結(jié)合于DNA小溝處的TATA框，使DNA彎曲成約80，有利于雙鏈DNA解開［7］。

1.3 CAAT框

CAAT框（CAAT box）是較早發(fā)現(xiàn)的真核生物啟動(dòng)子元件之一，位于Inr下游約-75位點(diǎn)處。CAAT框的共有序列是GCCAATCT，在真核生物基因組中CAAT框的序列高度保守。CAAT框作為最基本的啟動(dòng)子元件，能夠結(jié)合通用轉(zhuǎn)錄因子（General transcription factor，GTF）家族的CP1、CP2和核因子NF-1［8］。而轉(zhuǎn)錄因子C/EBP蛋白是含有4個(gè)重復(fù)亮氨酸結(jié)構(gòu)單位的同源二聚體，可以同時(shí)與CAAT框和增強(qiáng)子序列兩個(gè)特定的位點(diǎn)相結(jié)合，從而控制轉(zhuǎn)錄起始的頻率。研究發(fā)現(xiàn)，CAAT框距轉(zhuǎn)錄起始點(diǎn)Inr較遠(yuǎn)時(shí)，仍然能發(fā)揮調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)錄起始頻率的功效，且正反兩種取向均可發(fā)揮作用，CAAT框?qū)A基突變十分敏感，一旦缺失或突變將導(dǎo)致轉(zhuǎn)錄效率的急劇降低，但是突變對啟動(dòng)子的特異性沒有影響［9］。

1.4 BRE元件

BRE元件（TFⅡB recognition element，BRE）最初作為調(diào)節(jié)因子TFⅡB的結(jié)合序列被發(fā)現(xiàn)，BRE約占TATA框的10%-30%，并定位于TATA框上游。TFⅡB作為基本的轉(zhuǎn)錄起始因子之一，TFⅡB的主要功能是使RNA聚合酶正確定位，起“定位因子（Positioning factor）”作用［10］。后來有學(xué)者發(fā)現(xiàn)另一個(gè)TFⅡB識(shí)別位點(diǎn)BREd（Downstream TFⅡB recognition element，BREd）， 與BRE不 同，BREd定位于TATA框下游。而且因BREd的出現(xiàn)，將先前發(fā)現(xiàn)的BRE重新命名為BREu［11］。研究顯示，BREu和BREd共同結(jié)合TATA框來調(diào)節(jié)基本轉(zhuǎn)錄水平，它們可以極大地提高基本啟動(dòng)子的低水平轉(zhuǎn)錄活性［12］。然而研究果蠅Hox基因發(fā)現(xiàn)，BREu作為轉(zhuǎn)錄因子Caudal的特異性抑制劑，發(fā)揮抑制Hox基因轉(zhuǎn)錄活性的功效［13］。

1.5 DPE元件

DPE元 件（Downstream core promoter element，DPE）作為TFⅡD識(shí)別的啟動(dòng)子序列元件，位于Inr下游約+28至+33位點(diǎn)處。從果蠅到人類啟動(dòng)子區(qū)均發(fā)現(xiàn)DPE元件的存在，而且其序列高度保守，但酵母啟動(dòng)子區(qū)不含DPE元件。研究發(fā)現(xiàn)，在DPE存在的啟動(dòng)子中，一般不存在其他啟動(dòng)子元件，DPE元件和Inr的距離決定著啟動(dòng)子的轉(zhuǎn)錄活性。在不含TATA框的啟動(dòng)子中，DPE作為轉(zhuǎn)錄激活子特異性識(shí)別的序列促進(jìn)基因轉(zhuǎn)錄起始。在果蠅Hox基因中，幾乎所有Hox基因家族成員啟動(dòng)子均沒有TATA框，推測DPE是該基因的轉(zhuǎn)錄激活元件［14］。后續(xù)研究發(fā)現(xiàn)，Caudal蛋白作為激活DPE元件的特異性識(shí)別因子，調(diào)節(jié)Hox基因的表達(dá)。進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn)，Caudal蛋白除能夠特異性識(shí)別DPE元件外，BREu與TATA框結(jié)合能夠部分抑制Caudal的作用，因此Caudal蛋白的激活作用因啟動(dòng)子元件不同，發(fā)揮不同的轉(zhuǎn)錄激活功效（圖2），在DPE元件存在時(shí)發(fā)揮最強(qiáng)的激活作用，在TATA框存在但不含BREu元件時(shí)激活作用較弱，在BREu和TATA框同時(shí)存在時(shí)基因的轉(zhuǎn)錄活性最低［15］。

1.6 MTE元件

MTE元件（Motiften element，MTE）是過表達(dá)基因啟動(dòng)子序列的功能性激活啟動(dòng)子元件，MTE定位于DPE元件上游，處于Inr下游+18至+27位點(diǎn)，該序列元件在果蠅和人類基因組DNA中高度保守。DNaseⅠ足跡法證實(shí)，MTE元件同DPE元件相似，都是轉(zhuǎn)錄因子TFⅡD特異性識(shí)別的序列元件［16］。MTE元件的功能同Inr相關(guān)，但可以單獨(dú)激活TATA框和DPE元件，MTE元件可以分別和TATA框或DPE元件發(fā)揮協(xié)同作用。參考以上啟動(dòng)子元件，有學(xué)者設(shè)計(jì)了包含Inr、TATA框、DPE和MTE元件的超級啟動(dòng)子（Super core promoter，SCP），SCP在體外培養(yǎng)細(xì)胞中具有很高的轉(zhuǎn)錄活性，進(jìn)一步同轉(zhuǎn)錄增強(qiáng)子結(jié)合后，能夠調(diào)控基因高效表達(dá)［16］。

2 基本轉(zhuǎn)錄因子

真核生物的啟動(dòng)子主要有3類，分別由RNA聚合酶Ⅰ、RNA聚合酶Ⅱ和RNA聚合酶Ⅲ進(jìn)行轉(zhuǎn)錄，而且每一種酶均有其識(shí)別的不同類型的啟動(dòng)子［17］。RNA聚合酶Ⅰ轉(zhuǎn)錄45S rRNA前體；RNA聚合酶Ⅱ轉(zhuǎn)錄所有編碼蛋白質(zhì)的基因和部分核內(nèi)小RNA；RNA聚合酶Ⅲ轉(zhuǎn)錄包括tRNA、5S rRNA和snRNA等［17］。其中RNA聚合酶Ⅰ和RNA聚合酶Ⅲ識(shí)別的啟動(dòng)子，組成的順式作用元件種類有限，而RNA聚合酶Ⅱ的啟動(dòng)子序列由各種順式作用元件組成，分散在轉(zhuǎn)錄起點(diǎn)上約200 bp范圍內(nèi)。RNA聚合酶Ⅱ識(shí)別的核心啟動(dòng)子包括轉(zhuǎn)錄起點(diǎn)附近-40至+40位點(diǎn)的范圍，包括幾乎所有上述的啟動(dòng)子區(qū)順式作用元件。研究發(fā)現(xiàn)，純化的RNA聚合酶Ⅱ能夠以DNA為模板合成RNA，但是不能與核心啟動(dòng)子識(shí)別，因此必須借助各種轉(zhuǎn)錄因子才能結(jié)合到核心啟動(dòng)子上［17］。

目前已發(fā)現(xiàn)的基本轉(zhuǎn)錄因子有TFⅡA（Transcription Factor for RNA polymerase Ⅱ A，TFⅡA）、TF-ⅡB、TFⅡD、TFⅡE、TFⅡF和TFⅡH。體外研究發(fā)現(xiàn)，純化的RNA聚合酶Ⅱ結(jié)合轉(zhuǎn)錄因子TFⅡB、TF-ⅡD、TFⅡE、TFⅡF和TFⅡH，能夠促使含TATA框的核心啟動(dòng)子轉(zhuǎn)錄，而相同的轉(zhuǎn)錄因子參與卻不能激活含DPE元件的核心啟動(dòng)子轉(zhuǎn)錄活性［18］。另外，NC2（Negative cofactor 2）作為含TATA框核心啟動(dòng)子的阻抑物，同時(shí)又是含DPE元件的核心啟動(dòng)子的激活物。部分TATA框和DPE元件核心啟動(dòng)子的激活具有可控性，TBP激活TATA框核心啟動(dòng)子轉(zhuǎn)錄活性的同時(shí)，能夠抑制DPE元件核心啟動(dòng)子活性，而且NC2和Mot1能夠阻斷TBP同DNA的結(jié)合，進(jìn)而抑制TBP與TATA框的結(jié)合，發(fā)揮促進(jìn)DPE元件核心啟動(dòng)子轉(zhuǎn)錄，抑制TATA框核心啟動(dòng)子轉(zhuǎn)錄的功能［19］。

TFⅡD是參與核心啟動(dòng)子識(shí)別最關(guān)鍵的轉(zhuǎn)錄因子之一，為一種寡聚蛋白，是由TBP和12種TAF組成的復(fù)合物。其中TBP亞基能夠結(jié)合于DNA小溝處的TATA框，使DNA彎曲成約80，促進(jìn)雙鏈DNA解開。TAF1和TAF2亞基能夠識(shí)別Inr，其中的TAF1亞基靠近DCE元件。TAF6和TAF9亞基識(shí)別并定位于DPE元件（圖3）［20］。TFⅡD也可以和RNA聚合酶Ⅱ的C端結(jié)構(gòu)域直接作用，從而使RNA聚合酶Ⅱ定位于Inr，起始轉(zhuǎn)錄過程［21］。除TFⅡD介導(dǎo)的啟動(dòng)子識(shí)別過程外，還有多種核心啟動(dòng)子識(shí)別機(jī)制存在。

研究證實(shí)，同TFⅡD的功能相似，其他的基本轉(zhuǎn)錄因子也參與早期轉(zhuǎn)錄過程，TFⅡA具有促進(jìn)TBP同TATA框結(jié)合的作用，當(dāng)TFⅡD通過TAF識(shí)別并定位于啟動(dòng)子上后，TFⅡA隨后結(jié)合到該蛋白DNA復(fù)合物上，發(fā)揮穩(wěn)定TFⅡD同啟動(dòng)子結(jié)合的功能。TFⅡB有兩個(gè)結(jié)構(gòu)域，分別結(jié)合TBP和TFⅡF/ pol Ⅱ復(fù)合物，TFⅡB和TBP相互結(jié)合有助于促進(jìn)聚合酶Ⅱ與核心啟動(dòng)子的識(shí)別和定位，TFⅡB可以結(jié)合在啟動(dòng)子序列的BREu和BREd元件區(qū)，并穩(wěn)定TBP同TATA框的結(jié)合［22］。TFⅡF由兩個(gè)亞基組成，較大的亞基具有依賴ATP的DNA解螺旋酶活性，可能參與起點(diǎn)DNA的解鏈過程；較小的亞基能與RNA聚合酶Ⅱ穩(wěn)定結(jié)合，維持TFⅡF與RNA聚合酶Ⅱ形成的復(fù)合物，直至轉(zhuǎn)入延伸階段，大部分轉(zhuǎn)錄因子均離去，只有TFⅡF與一些延伸因子參與其中。TFⅡF除與轉(zhuǎn)錄過程有關(guān)外，還參與DNA損傷的切除修復(fù)過程［23］。TFⅡE在RNA聚合酶Ⅱ的幫助下能夠進(jìn)入啟動(dòng)子結(jié)合位點(diǎn)，進(jìn)而引入TFⅡH。TFⅡE和TFⅡH均為多亞基因子，雖然二者與轉(zhuǎn)錄的起始反應(yīng)無關(guān)，但是發(fā)揮啟動(dòng)子清除作用，為轉(zhuǎn)錄起始轉(zhuǎn)入延伸階段做準(zhǔn)備。TFⅡH具有ATP酶、解螺旋酶和激酶等多種酶活性，其中它的激酶活性能夠催化RNA聚合酶Ⅱ大亞基羧基端結(jié)構(gòu)域多個(gè)位點(diǎn)磷酸化，促使轉(zhuǎn)錄復(fù)合物構(gòu)象改變，進(jìn)而促進(jìn)轉(zhuǎn)錄過程［24］。

3 增強(qiáng)子

在真核細(xì)胞基因組中除啟動(dòng)子外，能夠促進(jìn)基因轉(zhuǎn)錄的保守序列稱為增強(qiáng)子。增強(qiáng)子早在1981年首次從DNA病毒SV40中發(fā)現(xiàn)，位于轉(zhuǎn)錄起點(diǎn)上游約200 bp處，由兩個(gè)串聯(lián)的正向重復(fù)的72 bp序列組成，刪除該序列后顯著降低了SV40基因的轉(zhuǎn)錄活性，證明該序列能大大提高基因的表達(dá)水平，因此稱為增強(qiáng)子。目前發(fā)現(xiàn)的增強(qiáng)子通常是由重復(fù)的8-12 bp“核心序列”組成的，SV40增強(qiáng)子的核心序列是GGTGTGGAAAG。研究表明，SV40增強(qiáng)子不僅能夠促進(jìn)自身啟動(dòng)子轉(zhuǎn)錄，而且能促進(jìn)激活所用通過重組與其相連的啟動(dòng)子，包括哺乳動(dòng)物、禽類及其他病毒基因［25］。同啟動(dòng)子相比，增強(qiáng)子有兩個(gè)明顯的特點(diǎn)：一是增強(qiáng)子與啟動(dòng)子的相對位置不固定，但同樣能夠發(fā)揮增強(qiáng)轉(zhuǎn)錄作用。增強(qiáng)子無論在啟動(dòng)子上游或下游，甚至和啟動(dòng)子間隔幾千個(gè)堿基對，只要位于同一DNA分子上均能發(fā)揮作用。當(dāng)增強(qiáng)子附近同時(shí)存在多個(gè)啟動(dòng)子時(shí)，優(yōu)先作用于最近的啟動(dòng)子。增強(qiáng)子的這一特性，可能是由于DNA分子具有一定的柔性，可以任意彎曲，因此結(jié)合在增強(qiáng)子上的激活因子能夠與轉(zhuǎn)錄復(fù)合物相互作用。二是增強(qiáng)子無方向限制。增強(qiáng)子按正反方向插入均能發(fā)揮作用，這一點(diǎn)同啟動(dòng)子有顯著不同［26］。

在酵母中存在類似的增強(qiáng)子，稱為上游激活序列（Upstream activation sequence，UAS）。UAS能在兩個(gè)方向并位于啟動(dòng)子上游的任何距離處發(fā)揮作用，但在啟動(dòng)子下游則無作用。多數(shù)增強(qiáng)子的增強(qiáng)效應(yīng)具有顯著的組織特異性，它往往優(yōu)先或只能在某種特定類型的細(xì)胞中表現(xiàn)功能。研究證實(shí)，免疫球蛋白基因的增強(qiáng)子只有在B淋巴胞內(nèi)表現(xiàn)出最高的活性。胰島素和胰凝乳蛋白酶基因增強(qiáng)子同樣具有很強(qiáng)的組織特異性［27］。而且許多病毒要求一定的宿主范圍可能和增強(qiáng)子的特異性有關(guān)。

上述研究增強(qiáng)子性質(zhì)發(fā)現(xiàn)，細(xì)胞內(nèi)存在一些特異的蛋白能夠和增強(qiáng)子相互作用，介導(dǎo)增強(qiáng)子遠(yuǎn)距離和無方向性的作用于最近的啟動(dòng)子，促使啟動(dòng)子易于和RNA聚合酶Ⅱ或轉(zhuǎn)錄復(fù)合物結(jié)合，從而影響轉(zhuǎn)錄［28］。足跡法顯示，增強(qiáng)子常位于DNA酶的超敏感部位。所有的增強(qiáng)子中均有一段由嘧啶-嘌呤殘基交替組成的堿基序列，這種序列極易形成Z-DNA型，據(jù)此推測在增強(qiáng)子序列形成一小段Z-DNA后，增強(qiáng)子才有功能［29］。除組織專一型增強(qiáng)子外，還存在一類誘導(dǎo)型增強(qiáng)子。研究小鼠乳腺腫瘤病毒發(fā)現(xiàn)，糖類固醇激素能激活該病毒啟動(dòng)子的轉(zhuǎn)錄活性，在轉(zhuǎn)錄起點(diǎn)上游約100 bp處有一段序列，能夠結(jié)合激素及其蛋白受體復(fù)合物，從而起始基因的轉(zhuǎn)錄。后續(xù)研究發(fā)現(xiàn)，該序列在啟動(dòng)子任一方向及不同距離時(shí)均能發(fā)揮作用，推測該序列為糖類固醇激素誘導(dǎo)型的增強(qiáng)子［30］。增強(qiáng)子作用機(jī)制研究表明，增強(qiáng)子與啟動(dòng)子上游調(diào)控元件并無本質(zhì)區(qū)別，某些保守序列在二者中都有，只是在增強(qiáng)子中相對更加集中。

4 展望

上述研究表明，核心啟動(dòng)子元件和基本轉(zhuǎn)錄因子的共同作用調(diào)控轉(zhuǎn)錄活性，負(fù)責(zé)和RNA聚合酶結(jié)合，啟動(dòng)最基本的轉(zhuǎn)錄過程，決定了基因表達(dá)的起始點(diǎn)和效率。核心啟動(dòng)子和基本轉(zhuǎn)錄因子結(jié)構(gòu)和功能的多樣性，導(dǎo)致生物體在遺傳進(jìn)化過程的表型多態(tài)性。因此通過研究轉(zhuǎn)錄相關(guān)序列和蛋白因子的作用機(jī)理，為闡明基因表達(dá)的調(diào)控機(jī)制提供條件。但是除核心啟動(dòng)子外，在轉(zhuǎn)錄起始點(diǎn)更上游位置存在著促使基因基本或特異性表達(dá)的順式作用元件，如增強(qiáng)子、沉默子和一些沒有統(tǒng)一結(jié)構(gòu)的序列等，它們可能對基因的特異性表達(dá)起重要的作用，但是由于結(jié)構(gòu)和功能的復(fù)雜性，很難將它們分離鑒定。目前能夠分離并應(yīng)用的只有核心啟動(dòng)子元件及其相關(guān)的基本轉(zhuǎn)錄因子，通過構(gòu)建含有TATA框和DPE元件的載體，不僅為基因功能的研究奠定基礎(chǔ)，同時(shí)也為進(jìn)一步揭示基因的表達(dá)調(diào)控機(jī)制創(chuàng)造條件。

［1］Bajic VB, Brent MR, Brown RH, et al. Performance assessment of promoter predictions on ENCODE regions in the EGASP experiment［J］. Genome Biol, 2006, 7（Suppl 1：S3）：1-13.

［2］Barroso-delJesus A, Romero-Lopez C, Lucena-Aguilar G, et al. Embryonic stem cell-specific miR302-367 cluster：human gene structure and functional characterization of its core promoter［J］. Mol Cell Biol, 2008, 28（21）：6609-6619.

［3］Luse DS. Promoter clearance by RNA polymerase II［J］. Biochim Biophys Acta, 2013, 1829（1）：63-68.

［4］Campbell EA, Muzzin O, Chlenov M, et al. Structure of the bacterial RNA polymerase promoter specificity sigma subunit［J］. Mol Cell, 2002, 9（3）：527-539.

［5］Ding W, Bellusci S, Shi W, et al. Genomic structure and promoter characterization of the human Sprouty4 gene, a novel regulator of lung morphogenesis［J］. Am J Physiol Lung Cell Mol Physiol, 2004, 287（1）：L52-59.

［6］Emoto M, Miki M, Sarker AH, et al. Structure and transcription promoter activity of mouse flap endonuclease 1 gene：alternative splicing and bidirectional promoter［J］. Gene, 2005, 357（1）：47-54.

［7］Chai X, Chen W, Napoli JL. Structure, promoter and chromosomal localization of rdh6［J］. Gene, 2001, 274（1-2）：27-33.

［8］Hernandez-Rodriguez CS, Ferre J, Herrero S. Genomic structure and promoter analysis of pathogen-induced repat genes from Spodopteraexigua［J］. Insect Mol Biol, 2009, 18（1）：77-85.

［9］Kharitonova MA, Vershinina VI, Morozova OV, et al. The role of the promoter structure in the efficiency of the expression of guanylspecific ribonucleases from Bacillus intermedius and Bacillus pumilus］［J］. Mol Gen Mikrobiol Virusol, 2006（4）：15-19.

［10］Labrador M, Corces VG. Phosphorylation of histone H3 during transcriptional activation depends on promoter structure［J］. Genes Dev, 2003, 17（1）：43-48.

［11］Laenen K, Haegeman G, Vanhoenacker P. Structure of the human 5-HT7 receptor gene and characterization of its promoter region［J］. Gene, 2007, 391（1-2）：252-263.

［12］Lawson J, Wheldrake JF, Dunbar AJ. Genomic structure and promoter characterization of the gene encoding the ErbB ligand betacellulin［J］. Biochim Biophys Acta, 2002, 1576（1-2）：183-190.

［13］Li SF, Fujita F, Hirai M, et al. Genomic structure and characterization of the promoter region of the human NAK gene［J］. Gene, 2003, 304：57-64.

［14］Luo J, Cun W, Che Y, et al. Analysis of HSV-I ICP22 effects on HCMV major immediate-early promoter structure［J］. Sci China C Life Sci, 2007, 50（3）：292-297.

［15］Martin CT, Esposito EA, Theis K, et al. Structure and function in promoter escape by T7 RNA polymerase［J］. Prog Nucleic Acid Res Mol Biol, 2005, 80：323-347.

［16］Marsman J, Horsfield JA. Long distance relationships：enhancerpromoter communication and dynamic gene transcription［J］. Biochim Biophys Acta, 2012, 1819（11-12）：1217-1227.

［17］ Putthoff P, Akyuz N, Kutsche M, et al. Structure of the murine tenascin-R gene and functional characterisation of the promoter［J］. Biochem Biophys Res Commun, 2003, 308（4）：940-949.

［18］Toscano-Garibay JD, Aquino-Jarquin G. Regulation exerted by miRNAs in the promoter and UTR sequences：MDR1/P-gp expression as a particular case［J］. DNA Cell Biol, 2012, 31（8）：1358-1364.

［19］Shavandi M, Sadeghizadeh M, Khajeh K, et al. Genomic structure and promoter analysis of the dsz operon for dibenzothiophene biodesulfurization from Gordonia alkanivorans RIPI90A［J］. Appl Microbiol Biotechnol, 2010, 87（4）：1455-1461.

［20］Sobocki T, Sobocka MB, Babinska A, et al. Genomic structure, organization and promoter analysis of the human F11R/F11 receptor/junctional adhesion molecule-1/JAM-A［J］. Gene, 2006, 366（1）：128-144.

［21］Stohr J. Prion protein aggregation and fibrillogenesis in vitro［J］. Subcell Biochem, 2012, 65：91-108.

［22］Thomas AV, Broers AD, Vandegaart HF, et al. Genomic structure, promoter analysis and expression of the porcine（Sus scrofa）TLR4 gene［J］. Mol Immunol, 2006, 43（6）：653-659.

［23］ Tobias CM, Chow EK. Structure of the cinnamyl-alcohol dehydrogenase gene family in rice and promoter activity of a member associated with lignification［J］. Planta, 2005, 220（5）：678-688.

［24］Yan BX, Ma JX. Promoter-associated RNAs and promoter-targeted RNAs［J］. Cell Mol Life Sci, 2012, 69（17）：2833-2842.

［25］Young CS. The structure and function of the adenovirus major late promoter［J］. Curr Top Microbiol Immunol, 2003, 272：213-249.

［26］Zhang CK, Lin W, Cai YN, et al. Characterization of the genomic structure and tissue-specific promoter of the human nuclear receptor NR5A2（hB1F）gene［J］. Gene, 2001, 273（2）：239-249.

［27］Burden S, Lin YX, Zhang R. Improving promoter prediction for the NNPP2.2 algorithm：a case study using Escherichia coli DNA sequences［J］. Bioinformatics, 2005, 21（5）：601-607.

［28］Dikstein R. The unexpected traits associated with core promoter elements［J］.Transcription, 2011, 2（5）：201-206.

［29］Zhang MQ. Computational analyses of eukaryotic promoters［J］. BMC Bioinformatics, 2007, 8（Suppl 6）：S3.

［30］Xia Y, Saitoh T, Ueda K, et al. Characterization of the human alpha-synuclein gene：Genomic structure, transcription start site, promoter region and polymorphisms［J］. J Alzheimers Dis, 2001, 3（5）：485-494.

（責(zé)任編輯 狄艷紅）

Advances of the Studies on Structure and Function of Promoter

Wang Jing Li Bing Liu Cuicui Zhu Zhen Zhang Jiyu
（Key Laboratory for Veterinary Drug Innovation，Ministry of Agriculture，Lanzhou Institute of Husbandry and Veterinary Pharmaceutical Science，Chinese Academy of Agricultural Sciences，Lanzhou 730050）

Gene expression and its regulation are dependent, on to a great extent, on transciption. An elementary transciption reaction is initiated by the recognition of regulatory regions and especially promoters. Promoters is the cis-regulatory element of gene expression and its regulation, exsit in eukaryotes and prokaryotes. This paper expounded on the general characteristics and the function of promoter segment and cis-element functions.

Promoter Structure cis-acting elements Function Transcription factor

2013-11-22

國家肉牛牦牛產(chǎn)業(yè)技術(shù)體系建設(shè)專項(xiàng)資金（CARS-38）

王婧，女，博士研究生，研究方向：獸醫(yī)藥理學(xué)與新藥創(chuàng)制；E-mail：kenhtsjj@163.com

張繼瑜，男，研究員，博士生導(dǎo)師，研究方向：獸用藥物及其基礎(chǔ)；E-mail：infzjy@sina.com