CCAAT-kutija
U molekulskoj biologiji, CCAAT kutija (također ponekad skraćeno CAAT box ili CAT-kutija) je poseban obrazac nukleotida sa konsenzusnom sekvencomGGCCAATCT koja se javlja uzvodno za 60–100 baza do početnog transkripcijskog mjesta. CAAT kutija signalizira mjesto vezivanja za RNK a sekvencatranskripcijski faktor, i obično je praćena konzerviranom konsenzusnom sekvencom. To je invarijantna sekvenca DNK na oko minus 70 parova baza od porijekla transkripcije kod mnogih eukariotskih promotora. Čini se da geni koji imaju ovaj element zahtijevaju da bi gen bio transkribovan u dovoljnim količinama. Često ga nema u genima koji kodiraju proteine u gotovo svim ćelijama. Ovaj okvir zajedno sa GC-kutijom poznat je po vezivanju općih faktora transkripcije. Obje ove konsenzusne sekvence pripadaju regulatornom promotoru. Potpuna ekspresija gena nastaje kada se proteini aktivatora transkripcije vežu za svaki modul unutar regulatornog promotora. Za aktivaciju CCAAT-kutije potrebno je vezivanje specifično za proteine. Ovi proteini su poznati kao CCAAT-kutijski vezujući proteini/CCAAT-kutijski veujući faktori.
CCAAT-kutija je obilježje koje se često nalazi prije regije kodiranja kod eukariota, ali se ne nalazi kod prokariota.[2]
Konsenzusna sekvenca
urediU pravcu transkripcije šablonskog lanca, konsenzusna sekvenca, ili izračunati redosled najčešćih ostataka, za CAAT-kutiju je bio 3'-TG ATTGG (T/C)(T/C)(A /G)-5'. Upotreba zagrada označava da je prisutna bilo koja baza, ali nije specificirana njihova relativna frekvencija. Na primjer, "(T/C)" bi značilo da se prvenstveno biraju za ili timin ili citozin.[3] Unutar Metazoa (životinjsko carstvo), kompleks faktora vezivanja jezgra (CBF)-DNK zadržava visok stepen konzerviranosti unutar CCAAT motiva vezivanja, kao i sekvence koje prate ovaj pentamerni motiv. CCAAT-motiv u biljkama (u eksperimentu je korišten špinat) malo se razlikuje od metazoa po tome što je zapravo CAAT vezni motiv; promotoru nedostaje jedan od dva C ostatka iz pentamernog motiva, a vieštačko dodavanje drugog C nema značajne efekte na aktivnost vezivanja. Nekim sekvencama u potpunosti nedostaje CAAT-kutija. Drugo, okolni nukleotidi u biljkama se ne poklapaju sa konsenzusnom sekvencom iznad koju su odredili Bi et al.[4]
Jezgarni promotor
urediCAAT-kutija je ono što je poznato kao promotor jezgra, takođe poznat kao bazni promotor ili jednostavno promotor, je region DNK koji inicira transkripciju određenog gena. Ova regija, posebno za CAAT-kutiju, nalazi se oko 60-100 baza uzvodno (prema 5' kraju), ali ne manje od 27 parova baza dalje, od početnog mjesta transkripcije ili eukariotski gen u kojem se kompleks općih transkripcijskih faktora vezuje za RNK-polimerazu II prije početka transkripcije.[5][6] Za transkripciju je bitno da se ovi ključni faktori vezivanja (također nazvani nuklearni faktor Y ili NF-Y) mogu vezati za CCAAT-motiv. Eksperimenti u mnogim laboratorijama pokazali su da mutacije CCAAT motiva koje uzrokuju gubitak vezivanja CBF-a također smanjuju aktivnost transkripcije u ovim promotorima, sugerirajući da su CBF-CCAAT kompleksi neophodni za optimalnu transkripcijsku aktivnost.[3]
Vezivanje
urediU eksperimentu sprovedenom sa faktorima vezivanja jezgra (CBF) i DNK kompleksima, istraživači su bili u mogućnosti da odrede preferencijalne sekvence promotora u regionu iznad i neposredno uz CAAT-kutiju, i dva regiona sa obje strane CAAT-kutije. Koristeći PCRom posredovani proces slučajnog odabira vezivanja, uspjeli su pokazati da sekvenca "3' - (T/C)G ATTGG (T/C)(T/C)(A/ G) - 5'" koji neposredno sa strane ATTGG regiona (CCAAT u komplementarnom lancu) je preferencijalno odabrana na kodirajućoj sekvenci (suprotno od šablonskog lanca).[3][7][8] Ovo je prikazano upotrebom oligonukleotidne sekvence (R1) koja je sadržavala 27 nasumičnih nukleotida, okruženih definisarom sekvencom od 20 nukleotida sa svake strane. Iako nijedan nukleotid nije odabran u svakom klonu s obje strane ATTGG motiva (CCAAT u komplementarnom lancu), bilo je nekoliko nukleotida na pozicijama odabranim sa visokom frekvencijom. Najznačajniji iz gornje sekvence bio je G ostatak prema 5' kraju ATTGG. Ostali navedeni ostaci su također bili uočljivi, ali postoji podjela između dva ostatka. Ovaj isti eksperiment je također dao istu sekvencu kao što je gore prikazano kada se koristi drugačiji oligonukleotid (R2) koji je sadržavao ATTGG jezgro i okružen sa 12 5' nasumičnih nukleotida i 10 3' nasumičnih nukleotida. Obje ove sekvence su vrlo slične i potvrđene u više eksperimenata. Za sekvence koje su okruživale ATTGG motiv sa dva adeninska ostatka (AA) na njegovom 5' kraju i G(A/G) na njegovom 3' kraju, izgleda da je inhibirala formiranje CBF-DNK kompleksa i kasnije se dogodila u samo 1% promotorskih sekvenci.[3] U drugom eksperimentu izvedenom sa glavnim kasnim promotorom (MLP) adenovirusa iz raznih vrsta domaćina, pokazano je da mutacija CAAT kutije i CCAAT sekvence, za koju se smatra da imaju ključnu ulogu u (MLP) podgrupe C ljudskih adenovirusa, kod vrsta sa manjkom CAAT sekvence. Inicijacija transkripcije kod mutantnih MLP vrsta je značajno smanjena u poređenju sa onim kod divljeg tipa ili vrsta u kojima je postojao CAAT mutant. Neuspjeh u obnavljanju normalno funkcionalnih adenovirusa, koji pokazuje CAAT kutija, u skladu je s idejom da CAAT kutija ima vitalnu ulogu u MLP-u adenovirusa i da je preferirana u odnosu na druge transkripcijske elemente.[9]
CCAAT u biljkama
urediOvi osnovni faktori vezivanja, ili jedarni faktori (NF-Y), sastoje se od tri podjedinice – NF-YA, NF-YB i NF-YC. Dok je kod životinja svaka NF-Y podjedinica kodirana jednim genom, kod biljaka je došlo do diverzifikacije u strukturi i funkciji. Porodice NF-Y sastoje se od osam do 39 članova po podjedinici. Veliki razlog za ovu diverzifikaciju je zbog umnožavanja gena i tandemskih duplikacija, koji su pomogli da se doprinese većoj veličini porodice NF-Y u poređenju sa pojedinačnim kodiranim životinjskim jedarnim faktorima.[10] Svaka podjedinica sadrži evolucijski konzervirani dio – C-terminalni NF-YA, središnji dio NF-YB i N-terminalni NF-YC, više od 70% njih preko vrsta ostaje konzervirana. Međutim, susjedne regije uglavnom nisu konzervirane.[6]
NF-YA podjedinica
urediPorodica NF-YA kodira faktore transkripcije koji su varijabilne dužine (između 207 i 347 aminokiselina za M. truncatula). NF-YA proteine općenito karakteriziraju dva domena koji su snažno konzervirani u svim višim eukariotima koji su do sada istraženi. Prvi domen (A1) sadrži 20 aminokiselina koje formiraju alfa-heliks koji se čini značajnom u svojim interakcijama sa NF-YB i NF-YC. Drugi domen (A2) susjedni je domenu A1 sa konzerviranom sekvencom povezivača je sekvenca od 21 aminokiseline koja je vitalna u specifičnom DNK za vezivanje CCAAT-kutije. A1 i A2 domeni su konzervirani prema C-terminalu sisara, ali zauzimaju centralniji region u podjedinicama NF-YA biljaka. U biljkama, NF-YA podjedinica je evoluirala, kako bi regulirala razvoj fakultativnog korijenskog organa koji je prisutan samo u mahunarkama i pokazao se izraženijim u tkivu korijena. Pokazalo se da ima svojstva otporna na sušu, koja se povećava tokom stresa od suše u korijenu i listovima roda Arabidopsis. NF-YA mutanti su pokazali gubitak funkcije i preosjetljivost na uslove slične suši, a suprotno tome, prekomjerna ekspresija NF-YA je rezultirala otpornost na sušu.[10]
NF-YB podjedinica
urediPorodica NF-YB je, slično NF-YA podjedinici, varijabilne dužine, međutim, u prosjeku je mnogo manja od podjedinice NF-YA (90-240 aminokiselina u "M. truncatula"). Okarakterizirani su strukturom i sastavom aminokiselina sličnim histonskom naborskom motivu (HFM). Sastoji se od tri alfa-heliksa razdvojena sa dva domena beta lančane petlje. Slično NF-YA, pokazalo se da NF-YB također poboljšava otpornost na sušu kada je pretjerano eksprimiran, kao i promociju cvjetanja kod Arabidopsis.[10]
NF-YC podjedinica
urediNF-YC proteini su srednja veličina između NF-YA i NF-YB proteina (117–292 aminokiseline u M. truncatula) i također sadrže HFM koji prevladava u NF-YB proteinima. Također se pokazalo da je uključen u vrijeme cvjetanja kod određenih biljaka (pretjerana ekspresija dovodi do ranijeg cvjetanja) gdje je njegov uticaj potencijalno reguliran vezivanjem proteina CONSTANS (CO) na NF-YC podjedinicu.[10]
NF-Y kompleksi
urediZbog evolucijske promjene gena koji kodiraju NF-Y u biljkama, one kasnije imaju veliki raspon potencijalnih trimernih kompleksa. Naprimjer, u rodu Arabidopsis identificirano je 36 podjedinica NF-Y transkripcijskog faktora (uključujući 10 NF-YA, 13 NF-YB i 13 NF-YC podjedinicu) koje bi teorijski mogle formirati 1.690 jedinstvenih kompleksa (koji sadrže po jednu od svake vrste podjedinice). Ovaj broj je, naravno, veći od onoga što se stvarno dešava, jer neke podjedinice imaju specifične obrasce vezivanja. Funkcionalne analize gena koji kodiraju NF-Y u biljkama pokazale su da su, kao rezultat njihove evolucijske diverzifikacije u odnosu na njihove životinjske parnjake, stekle različite specifične funkcije, kao što su razvoj embrija, kontrola vremena cvjetanja, ER-stres, stres od suše i nodula i razvoj korijena. Ovo može biti samo mali dio njihovih mogućnosti, budući da je broj teorijskih kombinacija NF-Y kompleksa toliko velik i da se samo mali dio zapravo može stvoriti (manje od 10% svih mogućih interakcija potvrđeno je u oba smjera u kvascima).[10]
CCAAT pojačivači vezujućih proteina (C/EBP)
urediDrugi aspekt motiva vezivanja CCAAT je Ccaat-pojačivač-vezujući proteini (C/EBP-i). Oni su grupa faktora transkripcije od 6 članova (α-ζ), koji su visoko konzervirani i vezuju se za CCAAT motiv. Dok su istraživanja ovih vezujućih proteina relativno nedavna, pokazalo se da njihova funkcija ima vitalnu ulogu u ćelijskoj proliferaciji i diferencijaciji, metabolizmu, upalama i imunosti u različitim ćelijama, ali posebno hepatocitima, adipocitima, i hematopoetskim ćelijama.[11] Naprimjer, u adipocitima, to je pokazano u različitim eksperimentima s miševima: ektopijska ekspresija ovih C/EBP (C/EBPα i C/EBPβ) bila je u stanju da pokrene programe diferencijacije ćelije, čak i u odsustvu adipogenih hormona, ili diferencijacija preadipocita u adipocite (ili masne ćelije). Osim toga, prevelika količina ovih C/EBP (konkretno, C/EBPδ) uzrokuje ubrzani odgovor. Štaviše, u ćelijama kojima nedostaje C/EBP ili kod miševa sa nedostatkom C/EBP, oba nisu u stanju da se podvrgnu adipogenezi. To dovodi do uginuća miševa od hipoglikemije, ili smanjene akumulacije lipida u masnom tkivu.[12] C/EBP prate opći osnovni-leucinski zatvarač (bZIP) domen na C-terminalu i mogu da formiraju dimere sa drugim C/EBP ili drugim faktorima transkripcije. Ova dimerizacija omogućava C/EBP da se specifično vežu za DNK preko palindromske sekvence u glavnom žlijebu DNK. Regulišu se na različite načine, uključujući hormone, mitogene, citokine, nutrijente i druge različite faktore.[11]
Također pogledajte
urediReference
uredi- ^ Romier, Christophe; Cocchiarella, Fabienne; Mantovani, Roberto; Moras, Dino (24. 10. 2002). "The NF-YB/NF-YC Structure Gives Insight into DNA Binding and Transcription Regulation by CCAAT Factor NF-Y". The Journal of Biological Chemistry. 278 (2): 1336–1345. doi:10.1074/jbc.M209635200. PMID 12401788.
- ^ Stedman, Thomas Lathrop (6. 12. 2005). Stedman's Medical Dictionary, Volume 1 (28th izd.). Lippincott Williams & Wilkins. ISBN 9780781733908.
- ^ a b c d Bi, Weimin; Wu, Ling; Coustry, Francoise; Crombrugghe, Benoit de; Maity, Sankar N. (17. 10. 1997). "DNA Binding Specificity of the CCAAT-binding Factor CBF/NF-Y". The Journal of Biological Chemistry. 272 (42): 26562–26572. doi:10.1074/jbc.272.42.26562.
- ^ Kusnetsov, Victor; Landsberger, Martin; Meurer, Jorg; Oelmuller, Ralf (10. 12. 1999). "The Assembly of the CAAT-box Binding Complex at a Photosynthesis Gene Promoter Is Regulated by Light, Cytokinin, and the Stage of the Plastids". The Journal of Biological Chemistry. 274 (50): 36009–36014. doi:10.1074/jbc.274.50.36009.
- ^ Cammack, Richard; Atwood, Teresa; Campbell, Peter; Parish, Howard; Smith, Anthony; Vella, Frank; Stirling, John (2006). Oxford Dictionary of Biochemistry and Molecular Biology (2 izd.). Oxford University Press. doi:10.1093/acref/9780198529170.001.0001. ISBN 9780198529170.
- ^ a b Mantovani, Roberto (18. 10. 1999). "The molecular biology of the CCAAT-binding factor NF-Y". Gene. 239 (1): 15–27. doi:10.1016/S0378-1119(99)00368-6. PMID 10571030.
- ^ Mantovani, Roberto (1998). "A survey of 178 NF-Y binding CCAAT boxes". Nucleic Acids Research. 26 (5): 1135–1143. doi:10.1093/nar/26.5.1135. PMC 147377. PMID 9469818.
- ^ Dolfini, Diletta; Zambelli, Federico; Pavesi, Giulio; Mantovani, Roberto (15. 12. 2009). "A perspective of promoter architecture from the CCAAT box". Cell Cycle. 8 (24): 4127–4137. doi:10.4161/cc.8.24.10240. PMID 19946211.
- ^ Song, Byeongwoon; Young, C. S. H. (april 1998). "Functional Analysis of the CAAT Box in the Major Late Promoter of the Subgroup C Human Adenoviruses". Journal of Virology. 72 (4): 3213–3220. PMC 109786. PMID 9525647.
- ^ a b c d e Laloum, Tom; De Mita, Stephane; Gamas, Pascal; Baudin, Mael; Niebel, Andreas (mart 2013). "CCAAT-box binding transcription factors in plants: Y so many?". Trends in Plant Science. 18 (3): 157–166. doi:10.1016/j.tplants.2012.07.004. PMID 22939172.
- ^ a b Ramji, Dpiak P.; Foka, Pelagia (10. 5. 2002). "Review Article: CCAAT/enhancer-binding proteins: structure, function and regulation". Biochemical Journal. 365 (Pt 3): 561–575. doi:10.1042/BJ20020508. PMC 1222736. PMID 12006103.
- ^ Tanaka, T; Yoshida, N; Kishimoto, T; Akira, S (15. 12. 1997). "Defective adipocyte differentiation in mice lacking the C/EBPbeta and/or C/EBPdelta gene". The EMBO Journal. 16 (24): 7432–7443. doi:10.1093/emboj/16.24.7432. PMC 1170343. PMID 9405372.