Promoter (Genetik)

Als Promotor, auch Promoter (ursprünglich franz. promoteur, Anstifter, Initiator), wird in der Genetik eine DNA-Sequenz bezeichnet, die die regulierte Expression eines Gens ermöglicht. Die Promotorsequenz ist ein essenzieller Bestandteil eines Gens. Sie liegt am 5'-Ende und somit vor dem RNA-kodierenden Bereich. Die wichtigste Eigenschaft eines Promotors ist die spezifische Wechselwirkung mit bestimmten DNA-bindenden Proteinen, welche den Start der Transkription des Gens durch die RNA-Polymerase vermitteln und als Transkriptionsfaktoren bezeichnet werden.

Der Promotor ist Teil der „(Gen-)regulatorischen Sequenzen“. Zu ihnen gehören ebenso vom Gen weiter entfernte Sequenzen, die dessen Expression dennoch beeinflussen können. So haben Enhancer-Sequenzen einen fördernden Einfluss auf die Expression, während Silencer diese vermindern. Im humanen Genom sind bisher etwa 775 verschiedene Promotoren bekannt.^[1]

Bakterielle Promotoren haben eine relativ einheitliche Struktur, hier herrschen eher begrenzte Unterschiede in der genauen Nukleotid-Sequenz vor. Man spricht hier auch sequenzabhängig von starken beziehungsweise schwachen Promotoren. Die Stärke eines Promotors lässt sich dabei durch den Vergleich mit einer Konsensussequenz aus verschiedenen Promotoren vorhersagen.

Eukaryotische Promotoren zeichnen sich hingegen durch starke Unterschiede untereinander aus. Es gibt zwar auch dort einige weit verbreitete Elemente, eine allgemeine eukaryotische Promotorsequenz ist jedoch nur schwer zu charakterisieren. Daher ist es auch nicht leicht, diese durch bioinformatische Methoden, beispielsweise in der Genvorhersage, zu erfassen.

Allgemeine Promotorelemente

Sequenzmotive, die häufig in den Promotorsequenzen eines Genoms vorkommen, werden als allgemeine Promotorelemente bezeichnet, im Gegensatz zu spezifischen Promotorelementen, welche nur für die Regulierung der Expression eines bestimmten Gens eine Bedeutung haben. Die allgemeinen Transkriptionsfaktoren binden jeweils spezifisch an die allgemeinen Promotorelemente. Diese sind entweder notwendig für die Initiation der DNA-Transkription, oder repräsentieren bestimmte grundlegende Genregulierungsmechanismen. Die TATA-Box beziehungsweise Pribnow-Box ist ein Beispiel für ein Promotorelement, das bei fast allen Organismen in ähnlicher Form auftritt.

Der Teil eines Promotors, der nur diejenigen allgemeinen Promotorelemente enthält, welche absolut notwendig für die Transkription sind, ist der Minimal- oder Core-Promoter.

Oft werden Promotorelemente durch ihren Abstand vom Transkriptionsstartpunkt bezeichnet. Der Startpunkt hat die Bezeichnung +1, stromaufwärts gelegene Bereiche haben negatives, stromabwärts gelegene Bereiche entsprechend positives Vorzeichen. Die Null bezeichnet hierbei keine Position.

Bakterielle Promotoren

Die wichtigsten allgemeinen Transkriptionsfaktoren bei Bakterien sind die Sigma-Faktoren. Die Struktur eines Promotors ist daher vor allem davon abhängig, von welchem der Sigma-Faktoren er erkannt wird. Am besten untersucht sind die Verhältnisse bei dem Bakterien-Modellorganismus Escherichia coli. Die mit Abstand meisten Promotoren bei E. coli werden über den Faktor Sigma-70 erkannt.

Sigma-70-Promotor

Anhand von Konsensussequenzen lassen sich bei Genen, die mit Hilfe des Sigma-70-Faktors transkribiert wurden, folgende allgemeine Promotorelemente klassifizieren:

• das AT-basenpaarreiche UP-Element (für engl. upstream, stromaufwärts) oberhalb der −35-Region,
• die −35-Region, mit der Konsensussequenz: 5'-TTGACA-3',
• die −10-Region, auch Pribnow-Box, mit der Konsensussequenz: 5'-TATAAT-3'.

Außerdem gilt, dass starke Promotoren direkt vor dem Startpunkt der Transkription reich an AT-Basenpaaren sind. Dies erleichtert das für die Transkription notwendige Entwinden der Doppelhelix, da AT-Basenpaare weniger Wasserstoffbrücken als GC-Basenpaare ausbilden.

Die Konsensussequenzen geben nur einen ungefähren Anhaltspunkt für den Aufbau eines Promotors. Ein bestimmter Sigma-70-abhängiger Promotor kann an mehreren Stellen von diesen Sequenzen abweichen.

Während die −35-Region und Pribnow-Box hauptsächlich durch den Sigma-Faktor erkannt werden, kann das UP-Element direkt mit der α-Untereinheit der bakteriellen RNA-Polymerase interagieren.

Eukaryotische Promotoren

Eukaryoten haben nur drei RNA-Polymerasen, nämlich RNA-Polymerase I, II und III. RNA Polymerase I transkribiert rRNA (ribosomale RNA), RNA Polymerase II transkribiert mRNA und snRNA (small nuclear RNA) und die RNA Polymerase III trankskribiert tRNA, snRNA und 5S rRNA. Jede RNA-Polymerase interagiert wiederum mit jeweils verschiedenen Transkriptionsfaktoren, und erkennt für jede Polymerase spezifische Bindungsstellen für Transkriptionsfaktoren, den Promoterbereich selbst und URS (upstream regulatory sequences). Weiterhin ist die Zahl der allgemeinen Transkriptionsfaktoren bei Eukaryoten deutlich größer als bei Bakterien. Am Promoter können sich dem nach eigene Initiationskomplexe bilden, die die Transkription positiv oder negativ beeinflussen können. Dies ist der Grund für die Vielfalt der Promotorsequenzen, die von einer bestimmten RNA-Polymerase im Zusammenspiel mit den jeweiligen Transkriptionsfaktoren erkannt werden können.

Promotoren bei Archaeen

Archaeen besitzen wie Bakterien nur eine RNA-Polymerase. Diese ist jedoch homolog zur eukaryotischen RNA-Polymerase II. Daher ähneln auch die Promotorsequenzen denjenigen der eukaryotischen RNA-Polymerase-II-Promotoren. Die Promotoraufbau bei Archaeen ist jedoch im Vergleich weniger Komplex.

Einzelnachweise

1. ↑ Elizabeth Pennisi (2007): DNA Study Forces Rethink of What It Means to Be a Gene. In: Science. Bd. 316, S. 1556-1557. PMID 17569836 doi:10.1126/science.316.5831.1556

Literatur

• Rolf Knippers: Molekulare Genetik. 8. Auflage. Georg Thieme Verlag, 2001. ISBN 3-13-477008-3

Siehe auch

• tac-Promotor