Transregulatorische Elemente (TRE) sind DNA-Sequenzen, die für vorgelagerte Regulatoren (d. h. trans-wirkende Faktoren ) kodieren, welche die Expression entfernt liegender Gene modifizieren oder regulieren können. [ 1 ] Trans-wirkende Faktoren interagieren mit cis-regulatorischen Elementen, um die Genexpression zu regulieren. [ 2 ] TRE vermitteln über trans-wirkende Faktoren Expressionsprofile einer Vielzahl von Genen. [ 3 ] Während TRE-Mutationen die Genexpression beeinflussen, sind sie auch einer der Hauptfaktoren für die evolutionäre Divergenz der Genexpression. [ 3 ]
Trans- vs. cis-Elemente
Transregulatorische Elemente wirken durch eine intermolekulare Wechselwirkung zwischen zwei verschiedenen Molekülen und werden daher als „ trans-aktiv “ bezeichnet . Beispielsweise (1) ein transkribiertes und translatiertes Transkriptionsfaktorprotein , das vom transregulatorischen Element abgeleitet ist, und (2) ein DNA- Regulationselement , das sich in der Nähe des regulierten Gens befindet. Dies steht im Gegensatz zu cisregulatorischen Elementen , die durch eine intramolekulare Wechselwirkung zwischen verschiedenen Teilen desselben Moleküls wirken: (1) einem Gen und (2) einem benachbarten Regulationselement für dieses Gen im selben DNA-Molekül. Darüber hinaus beeinflusst jedes transregulatorische Element eine große Anzahl von Genen auf beiden Allelen [ 2 ] , während cisregulatorische Elemente allelspezifisch sind [ 1 , 2 ] und nur Gene in ihrer unmittelbaren Umgebung regulieren.
Exon- und Promotorsequenzen der Gene sind deutlich stärker konserviert als die Gene in cis- und trans-regulatorischen Elementen. [ 3 ] Daher weisen sie eine höhere Resistenz gegenüber genetischer Divergenz auf, behalten aber ihre Anfälligkeit für Mutationen in vorgelagerten Regulatoren. [ 3 ] Dies unterstreicht die Bedeutung der genetischen Divergenz innerhalb von Arten aufgrund von cis- und trans-regulatorischen Varianten.
Trans- und cis-regulatorische Elemente haben sich im großen Maßstab rasch gemeinsam entwickelt, um die Genexpression aufrechtzuerhalten. [ 2 ] [ 3 ] [ 4 ] Sie wirken oft in entgegengesetzte Richtungen: Das eine Element erhöht, das andere verringert die Expression, um ihre jeweiligen Effekte auf die Exon- und Promotorsequenzen, auf die sie wirken, auszugleichen. [ 2 ] [ 3 ] Andere Evolutionsmodelle, wie die unabhängige Evolution von trans- oder cis-regulatorischen Elementen, wurden in regulatorischen Systemen als unvereinbar angesehen. [ 3 ] [ 5 ] Es wird angenommen, dass die Koevolution der beiden regulatorischen Elemente auf denselben Ursprung zurückgeht. [ 3 ] [ 4 ]
TRE stellt eher eine evolutionäre Beschränkung als ein cis-regulatorisches Element dar, was die Hypothese nahelegt, dass TRE-Mutationen durch CRE-Mutationen korrigiert werden [ 3 ] , um die Stabilität der Genexpression aufrechtzuerhalten. Dies ist biologisch plausibel, da TRE eine Vielzahl von Genen beeinflusst und CRE einen kompensatorischen Effekt auf spezifische Gene hat. [ 1 ] [ 2 ] Nach einer TRE-Mutation trägt die Akkumulation von CRE-Mutationen zur Feinabstimmung des Mutationseffekts bei. [ 3 ]
Beispiele

Trans-wirkende Faktoren können anhand ihrer Wechselwirkungen mit den regulierten Genen, cis-wirkenden Elementen der Gene oder den Genprodukten kategorisiert werden.
DNA-Bindung
DNA-bindende Trans-Faktoren regulieren die Genexpression, indem sie in das Gen selbst oder in Cis-Elemente des Gens eingreifen, was zu Veränderungen der Transkriptionsaktivität führt. Dies kann die direkte Initiierung der Transkription [ 6 ] , die Förderung oder die Repression der Aktivität von Transkriptionsproteinen [ 7 ] umfassen.
Konkrete Beispiele sind:
DNA-Editierung
DNA-Editierungsproteine verändern die Gensequenz dauerhaft und damit die Genexpression der Zelle. [ 8 ] [ 9 ] Alle Nachkommen der Zelle erben die veränderte Gensequenz. [ 10 ] DNA-Editierungsproteine sind häufig Bestandteil des Immunsystems von Prokaryoten und Eukaryoten und ermöglichen eine hohe Variabilität der Genexpression als Anpassung an verschiedene Pathogene. [ 11 ]
Konkrete Beispiele sind:
mRNA-Prozessierung
Die mRNA-Prozessierung stellt eine Form der posttranskriptionellen Regulation dar , die hauptsächlich in Eukaryoten stattfindet. 3′-Spaltung/Polyadenylierung und 5′-Capping erhöhen die Gesamtstabilität der RNA, und das Vorhandensein des 5′-Caps ermöglicht die Ribosomenbindung für die Translation. RNA-Splicing ermöglicht die Expression verschiedener Proteinvarianten desselben Gens. [ 12 ]
Konkrete Beispiele sind:
mRNA-Bindung
Die Bindung von mRNA ermöglicht die Repression der Proteinübersetzung durch direkte Blockierung, Abbau oder Spaltung der mRNA. [ 13 ] [ 14 ] Bestimmte mRNA-Bindungsmechanismen weisen eine hohe Spezifität auf und können bei bestimmten Virusinfektionen als eine Form der intrinsischen Immunantwort wirken. [ 15 ] Bestimmte segmentierte RNA-Viren können die virale Genexpression auch durch RNA-Bindung an ein anderes Genomsegment regulieren; die Details dieses Mechanismus sind jedoch noch unklar. [ 16 ]
Konkrete Beispiele sind:
Siehe auch
Referenzen
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