Regulatorna sekvenca

**Regulatorna sekvenca** je segment molekula nukleinske kiseline koji je sposoban povećati ili smanjiti ekspresiju specifičnih gena unutar organizma. Regulacija ekspresije gena je bitna karakteristika svih živih organizama i virusa.

## Opis
skog proteina kojeg kodira gen. Regulatorna sekvenca kontroliše kada i gdje se dešava ekspresija za regiju koja kodira protein (crveno). Regije promotora i pojačivač (žuto) regulišu transkripciju gena u pre-iRNK, koja je modificirana kako bi se uklonili introni (svijetlosiva) i dodali 5' kapa i poli-A rep (tamnosiva). Neprevedene regije iRNK 5' i 3' (plavo) regulišu translaciju u konačni proteinski proizvod.]]
U DNK, regulacija ekspresije gena se normalno odvija na nivou biosinteze RNK (transkripcija). To se postiže putem sekvencno specifičnog vezivanja proteina (transkripcijskih faktora) koji aktiviraju ili inhibiraju transkripciju. Transkripcijski faktori mogu djelovati kao aktivatori, represori ili oboje. Represori često djeluju tako što sprječavaju RNK-polimerazu da formira produktivni kompleks s transkripcijskom inicijacijskom regijom (promotor), dok aktivatori olakšavaju formiranje produktivnog kompleksa. Nadalje, pokazalo se da su DNK motivi prediktivni za epigenomske modifikacije, što sugerira da transkripcijski faktori imaju ulogu u regulaciji epigenoma.
[thumb|400px|Struktura [prokariotskog operona gena koji kodiraju proteine. Regulatorna sekvenca kontroliše kada se dešava ekspresija za više regija za kodiranje proteina (crveno). Regije promptora, operatora i pojačivača (žuto) regulišu transkripciju gena u iRNK. neprevedene regije iRNK (plavo) regulišu translaciju u konačne proteinske produkte.]]

U RNK, regulacija se može odvijati na nivou biosinteze proteina (translacije), cijepanja RNK, prerade RNK ili terminacije transkripcije. Regulatorne sekvence su često povezane sa molekulama informacijske RNK (iRNK), gdje se koriste za kontrolu biogeneze ili translacije iRNL. Različite biološke molekule mogu se vezati za RNK, kako bi ostvarile ovu regulaciju, uključujući proteine (npr. translacijske represore i faktore splajsovanja), druge molekule RNK (npr. miRNK) i male molekule, u slučaju ribosklopki.

## Aktivacija i implementacija
Regulatorna sekvenca DNK ne reguliše osim ako nije aktivirana. Različite regulatorne sekvence se aktiviraju, a zatim implementiraju svoju regulaciju različitim mehanizmima.

### Aktivacija i implementacija pojačivača
Ekspresija gena kod sisara može biti pojačana kada se signali prenose na promotore povezane s genima. *Cis*-regulatorne sekvence DNK koje se nalaze u regijama DNK udaljenim od gena promotora mogu imati vrlo velike efekte na ekspresiju gena, pri čemu neki geni prolaze kroz i do 100 puta veću ekspresiju zbog takve *cis*-regulatorne sekvence. Ove *cis*-regulatorne sekvence uključuju pojačivače, prigušivače, izolatore i elemente vezivanja. AMeđu ovom konstelacijom sekvenci, pojačivači i njihovi povezani proteini transkripcijskih faktora imaju vodeću ulogu u regulaciji ekspresije gena.

Pojačivači su sekvence genoma koje su glavni elementi regulacije gena. Pojačivači kontrolišu programe ekspresije gena specifične za tip ćelije, najčešće tako što se kreću kroz velike udaljenosti kako bi došli u fizičku blizinu s promotorima svojih ciljnih gena.  Višestruki pojačivači, svaki često na desetinama ili stotinama hiljada nukleotida udaljenih od svojih ciljnih gena, povezuju se s promotorima svojih ciljnih gena i koordiniraju jedni s drugima kako bi kontrolirali ekspresiju svog zajedničkog ciljnog gena.) uglavnom se vežu za specifične motive na pojačivaču  i mala kombinacija ovih transkripcijskih faktora vezanih za pojačivač, kada se DNK petljom dovedu blizu promotora, upravljaju nivoom transkripcije ciljnog gena. Medijator (koaktivator) (kompleks koji se obično sastoji od oko 26 proteina u interagirajućoj strukturi) prenosi regulatorne signale od transkripcijskih faktora vezanih za DNK pojačivača direktno do enzima RNK polimeraze II (RNKP II) vezanog za promotor.

Pojačivači, kada su aktivni, uglavnom se transkribiraju s oba lanca DNK s RNK-polimerazama koje djeluju u dva različita smjera, proizvodeći dvije eRNK kao što je prikazano na slici.  Neaktivni pojačivač može biti vezan za neaktivni transkripcijski faktor. Fosforilacija transkripcijskog faktora može ga aktivirati, a taj aktivirani transkripcijski faktor zatim može aktivirati pojačivač za koji je vezan (pogledajte malu crvenu zvjezdicu koja predstavlja fosforilaciju transkripcijskog faktora vezanog za pojačivač na ilustraciji).  Aktivirani pojačivač započinje transkripciju svoje RNK prije aktiviranja promotora kako bi se pokrenula transkripcija glasničke RNK iz ciljnog gena.

Vezujuća mjesta transkripcijskih faktora unutar pojačivača (vidi sliku iznad) obično su dugačka oko 10 baznih parova, iako mogu varirati od samo nekoliko do oko 20 baznih parova.  Pojačivači obično imaju oko 10 mjesta vezivanja transkripcijskih faktora unutar prosječnog mjesta pojačivača od oko 204 bazna para. Ispitivanjem regulatornih interakcija između pojačivača i gena koje se javljaju u 352 tipa ćelija i tkiva, pronađeno je više od 13 miliona aktivnih pojačivača.

#### Super-pojačivač
thumb|435x435px|Super-pojačivač je skup tipičnih pojačivača koji potiče visok nivo transkripcije ciljnog gena

Dok su pojačivači potrebni za transkripciju gena u ćeliji iznad niskih nivoa, skup pojačivača, poznat kao super-pojačivač, može uzrokovati transkripciju ciljnog gena na još višim nivoima. Super-pojačivači obično podstiču gene potrebne za identitet ćelije da se eksprimiraju na visokim nivoima. Kod karcinoma, super-pojačivač može također podstaknuti ekspresiju određenog onkogena na visokom nivou. baznih parova u dužini) koji, svi zajedno, regulišu ekspresiju ciljnog gena.  Geni vođeni super-pojačivačima eksprimiraju se na znatno višim nivoima od ekspresije gena pod kontrolom tipičnih pojačivača.  Osim toga, arhitektonski protein YY1 (označen uparenim crvenim cik-cak linijama) pomaže u održavanju petlji zajedno koje dovode tipične pojačivače do njihovog ciljnog gena u super-pojačivaču. Stoga, mnogi proteini su u bliskoj vezi sa super-pojačivačem. Ovi proteini uglavnom imaju strukturiranu domenu, kao i rep sa unutrašnje neuređenom regijom (IDR). Mnogi IDR-ovi ovih proteina međusobno djeluju, formirajući gel koji isključuje vodu ili fazno odvojen kondenzat oko super-pojačivača. i super-poboljšivač Wapa.  Mišji super-pojačivač α-globina ima pet tipičnih pojačivača unutar samog super-pojačivača. Samo kada djeluju zajedno, oni povećavaju transkripciju *α-globinskog gena* za 450 puta.

Super-pojačivači mogu zauzimati regije genoma duge oko 10.000 do 60.000 nukleotida. dok su tipični pojačivači dugi oko 204 bazna para.

Iako su super-pojačivači aktivni samo na oko 2,5% – 10,9% aktivno transkribiranih mjesta u ćeliji, oni regrutuju transkripcijske mašinerije aktivnije nego tipični pojedinačni pojačivači. Super-pojačivači u ćeliji koriste oko 12% do 36% RNK polimeraza, medijatorskih proteina, BRD4 proteina i drugih transkripcijskih mašina ćelije. In most tissues of mammals, on average, 70% to 80% of CpG cytosines are methylated (forming 5-methyl-CpG, or 5-mCpG).  Metilirani citozini unutar CpG sekvenci često se javljaju u grupama, nazvanim CpG-otoci. Oko 59% promotorskih sekvenci ima CpG otok, dok samo oko 6% pojačivačkih sekvenci ima CpG-otok. CpG-otoci predstavljaju regulatorne sekvence, jer ako su CpG otoci metilirani u promotoru gena, to može smanjiti ili utišati ekspresiju gena.

Metilacija DNK reguliše ekspresiju gena putem interakcije sa proteinima koji vezuju metil (MBD) proteinima, kao što su MeCP2, MBD1 i MBD2. Ovi MBD proteini se najjače vežu za visoko metilirane CpG otoci.  Ovi MBD proteini imaju i metil-CpG-vezujući domen i transkripcijski represivni domen.  Oko 94% mjesta vezivanja transkripcijskih faktora koja su povezana sa genima koji reaguju na signal nalaze se u pojačivačima, dok se samo oko 6% takvih mjesta nalazi u promotorima.  U genomu sisara postoji oko 12.000 mjesta vezivanja za EGR1, a oko polovina mjesta vezivanja za EGR1 nalazi se u promotorima, a polovina u pojačivačima. Ekspresiju EGR1 u različitim tipovima ćelija mogu stimulirati faktori rasta, neurotransmiteri, hormoni, stres i povreda.  Indukcija određenih dvolančanih prekida specifična je u odnosu na indukujući signal. Kada se neuroni aktiviraju *in vitro*, u njihovim genomima se javljaju samo 22 dvolančana prekida izazvana TOP2B-om. Međutim, kada se kontekstualno uslovljavanje straha provodi kod miša, ovo uslovljavanje uzrokuje stotine genski povezanih DSB-ova u medijalnom prefrontalnom korteksu i hipokampusu, koji su važni za učenje i pamćenje.

Takvi TOP2B-indukovani dvolančani prekidi praćeni su sa najmanje četiri enzima nehomolognog spajanja krajeva (NHEJ) puta popravke DNK (DNA-PKcs, KU70, KU80 i DNK LIGAZA IV) (vidi sliku). Ovi enzimi popravljaju dvolančane prekide u roku od oko 15 minuta do dva sata.  Dvostruki prekidi lanca u promotoru su stoga povezani sa TOP2B i najmanje ova četiri enzima za popravak. Ovi proteini su istovremeno prisutni na jednom nukleosomu promotora (u DNK sekvenci omotanoj oko jednog nukleosoma postoji oko 147 nukleotida) koji se nalazi blizu mjesta početka transkripcije njihovog ciljnog gena.  TOP1 uzrokuje prekide jednog lanca u određenim regulatornim sekvencama pojačivača DNK kada je signaliziran specifičnim transkripcijskim faktorom koji veže pojačivač. Konzervirane nekodirajuće sekvence često sadrže regulatorne regije, te su stoga često predmet ovih analiza.
* CAAT-kutija
* CCAAT-kutija
* Operator (genetika)
* Pribnow-kutija
* TATA-kutija
* SECIS-element, iRNK
* Poliadenilacija signal, iRNK
* A-kutija
* Z-kutija
* C-kutija
* E-kutija
* G-kutija

### Insulinski gen 
Regulatorne sekvence za insulinski gen su:
* A5
* Z
* negativni regulatorni element (NRE)
* C2
* E2
* A3
* cAMP-odgovorni element
* A2
* Vezivanje CAAT pojačivača (CEB)
* C1
* E1
* G1

## Također pogledajte
* Gen regulator
* Regulatorni gen
* Regulacija ekspresije gena
* *Cis*-djelujući element
* Mreža regulatornih gena
* Otvorena baza podataka o regulatornim anotacijama
* Operon
* Mjesto vezivanja DNK
* Promotor
* *Trans*-djelujući faktor
* ORegAnno

## Reference
## Vanjski linkovi
* ORegAnno - Otvorena baza podataka regulatornih anotacija 
* ReMap - baza podataka transkripcijskih regulatora


Kategorija:Ekspresija gena