啟動(dòng)子

啟動(dòng)子是位于結(jié)構(gòu)基因5，端上游的一段DNA序列，能夠指導(dǎo)全酶(holoenzyme)同模板正確結(jié)合，活化RNA聚合酶，啟動(dòng)基因轉(zhuǎn)錄。全酶是指酶蛋白及其輔酶構(gòu)成的有功能的復(fù)合物。RNA，聚合酶的核心酶雖可合成RNA，但不能找到模板DNA上的轉(zhuǎn)錄起始位點(diǎn)，只有帶σ因子的全酶才能專一地同啟動(dòng)子結(jié)合。RNA聚合酶沿著模板前進(jìn)，直到終止子，轉(zhuǎn)錄產(chǎn)生一條RNA鏈。通常把基因轉(zhuǎn)錄起點(diǎn)前面即5’端的序列稱為上游(upstream)，起點(diǎn)后面即3’端的序列稱為下游(downstream)。并把起點(diǎn)的位置記為十1，下游的核苷酸依次記為 2， 3，……，上游方向依次記為—1，—2，—3，……。

RNA聚合酶同啟動(dòng)子結(jié)合的區(qū)域稱為啟動(dòng)子區(qū)。將各種原核基因同RNA聚合酶全酶結(jié)合后，用DNase I水解DNA，最后得到與RAN聚合酶結(jié)合而未被水解的DNA片段，這些片段有一個(gè)由5個(gè)核苷酸(TATAA)組成的共同序列，以其發(fā)現(xiàn)者的名字命名為Pribnow框(Pribnowbox)，這個(gè)框的中央位于起點(diǎn)上游10bp處，所以又稱—10序列(—10 sequence)，后來在—35 bp處又找到另一個(gè)共同序列(TTGACA)。Hogness等在真核基因中又發(fā)現(xiàn)了類似Pribnow框的共同序列，即位于—25～—30 bp處的TATAAAAG，也稱TATA框(TATAbox)。TATA框上游的保守序列稱為上游啟動(dòng)子元件(upstream promoter element，UPE)或上游激活序列(uptreamactivatingsequence，UAS)。另外在—70～—78 bp處還有一段共同序列CCAAT，稱為CAAT框(CAAT box)

原核生物中—10區(qū)同—35區(qū)之間核苷酸數(shù)目的變動(dòng)會(huì)影響基因轉(zhuǎn)錄活性的高低，強(qiáng)啟動(dòng)子一般為17±1 bp，當(dāng)間距小于15 bp或大于20 bp時(shí)都會(huì)降低啟動(dòng)子的活性。

在真核基因中，有少數(shù)基因沒有TATA框。沒有TATA框的真核基因啟動(dòng)子序列中，有的富集GC，即有GC框；有的則沒有GC框。GC框位于—80～—110bp處的GCCACACCC或GGGCGGG序列。

TATA框的主要作用是使轉(zhuǎn)錄精確地起始；CAAT框和GC框則主要是控制 轉(zhuǎn)錄起始的頻率，特別是CAAT框?qū)D(zhuǎn)錄起始頻率的作用更大。如在TATA框同相鄰的UPE之間插入核苷酸，也會(huì)影響轉(zhuǎn)錄使之減弱。

為什么RNA聚合酶能夠僅在啟動(dòng)子處結(jié)合呢?顯然啟動(dòng)子處的核苷酸順序具有特異的形狀以便與RNA聚合酶結(jié)合，就好像酶與其底物的結(jié)構(gòu)相恰恰適合一樣。將100個(gè)以上啟動(dòng)子的順序進(jìn)行了比較，發(fā)現(xiàn)在RNA合成開始位點(diǎn)的上游大約10bp和35bp處有兩個(gè)共同的順序，稱為-10和-35序列。這兩個(gè)序列的共同順序如下,-35區(qū)“AATGTGTGGAAT”，-10區(qū)“TTGACATATATT”。大多數(shù)啟動(dòng)子均有共同順序(consensus sequence)，只有少數(shù)幾個(gè)核苷酸的差別。

-10序列又稱為Pribnow盒(原核生物)。在真核生物中相應(yīng)的序列位于-35bp處，稱為TATA盒，又稱為Goldberg-Hognessbox，是RNA聚合酶Ⅱ的結(jié)合部位。-10和-35這兩個(gè)部位都很重要:[1]RNA聚合酶能和-35和-10序列中的堿基和DNA主鏈中的磷酸基相接觸;[2]離開共同順序較遠(yuǎn)的啟動(dòng)子的活性亦較弱;[3]最重要的是，破壞啟動(dòng)子功能的突變中有75%都是改變了共同順序中的堿基，其余25%亦為離共同順序較近的。-35和-10序列相距約20bp，即大致是雙螺旋繞兩圈的長度。因?yàn)檫@兩個(gè)結(jié)合區(qū)是在DNA分子的同一側(cè)面，可見此酶是結(jié)合在雙螺旋的一面。可以想像，它能"感覺到每個(gè)結(jié)合區(qū)的溝底中堿基所產(chǎn)生的特異形狀。"

原核生物亦有少數(shù)啟動(dòng)子缺乏這兩個(gè)序列（-35和-10)之一。在這種情況下，RNA聚合酶往往不能單獨(dú)識(shí)別這種啟動(dòng)子，而需要有輔助蛋白質(zhì)的幫助。可能是這些蛋白質(zhì)因子與鄰近序列的反應(yīng)可以彌補(bǔ)啟動(dòng)子的這個(gè)缺陷。

在真核生物中，在轉(zhuǎn)錄起始位點(diǎn)上游70-80bp處有CAAT順序，也稱為CAAT盒。這一順序也是比較保守的共同順序：GCCTCAATCT。RNA聚合酶Ⅱ可以識(shí)別一順序。近年來在對(duì)家兔β珠蛋白基因CAAT順序的研究中發(fā)現(xiàn)，用人工方法誘導(dǎo)CAAT順序發(fā)生突變使家兔β珠蛋白基因的轉(zhuǎn)錄水平降低。

啟動(dòng)子中的－10和-35序列是RNA聚合酶所結(jié)合和作用必需的順序。但是附近其他DNA順序也能影響啟動(dòng)子的功能。例如，在核糖體RNA合成的起始位點(diǎn)的上游50到150核苷酸之間的順序就是對(duì)啟動(dòng)子的完全活性所必需的。如果這一段DNA順序缺失并由其他外來DNA所取代(例如克隆在質(zhì)粒DNA中的rRNA基因)，則轉(zhuǎn)錄起始的頻率將降低10倍。同樣，在其他情況下，遠(yuǎn)隔部位的富有AT的DNA順序被認(rèn)為能增進(jìn)轉(zhuǎn)錄起始的頻率。有時(shí)候上游順序可以是某些能直接激活RNA聚合酶的"激活蛋白"的結(jié)合部位。但是，上游順序往往有另外的功能。例如上游順序可以吸引拓?fù)洚悩?gòu)酶，后者可導(dǎo)致結(jié)合的局部產(chǎn)生有利于轉(zhuǎn)錄起始的超螺旋狀態(tài)。上游順序所引起的DNA結(jié)構(gòu)的微細(xì)變化可能在雙螺旋上被傳導(dǎo)到相當(dāng)遠(yuǎn)的距離，因此上游順序的變化可以影響到-10和-35區(qū)的DNA結(jié)構(gòu)細(xì)節(jié)。

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