Cis-regulatorische Modul

Cis-regulatorische Modul ist eine Strecke von DNA, üblicherweise 100-1000 DNA-Basenpaaren in der Länge, wo eine Reihe von Transkriptionsfaktoren binden können, und regulieren die Expression von Genen in der Nähe und zu regulieren ihre Transkriptionsraten. Sie werden als cis markiert, weil sie in der Regel auf dem gleichen DNA wie die Gene sie im Gegensatz zu trans, die Auswirkungen auf die Gene nicht auf demselben Strang befindet oder weiter entfernt, wie Transkriptionsfaktoren bezeichnet Kontrolle befindet. Einem Cis-Element kann mehrere Gene zu regulieren, und umgekehrt kann ein Gen haben verschiedene cis-regulatorische modules.Cis regulatorische Module führen ihre Funktion durch die Integration der aktive Transkriptionsfaktoren und den damit verbundenen Cofaktoren zu einem bestimmten Zeitpunkt und in die Zelle, in der diese Informationen zu lesen und ein Ausgangs gegeben ist.

Gen-Regulation in Abhängigkeit von einem cis-regulatorische Modul

Cis-regulatorische Module sind eine von mehreren Arten von funktionellen regulatorischen Elementen. Regulatorische Elemente sind Bindungsstellen für Transkriptionsfaktoren, die an der Genregulation beteiligt sind. Cis-regulatorische Module führen eine große Menge an Entwicklungsinformationsverarbeitung. Cis-regulatorische Module sind nicht zufällige Clustern an ihren spezifizierten Zielstelle, die Transkriptionsfaktor-Bindungsstellen enthalten.

Die ursprüngliche Definition dargestellt cis-regulatorische Module als Verstärker der cis-wirkende DNA, die die Rate der Transkription von einem verknüpften Promotors erhöht. Allerdings hat diese Definition geändert, um cis-regulatorische Module als eine DNA-Sequenz mit Transkriptionsfaktor-Bindungsstellen, die in modularen Strukturen gruppiert sind, einschließlich -but nicht zu-Locus-Kontrollregionen, Promotoren, Enhancer, Silencer, Grenzkontrollelemente und andere beschränkt definieren Modulatoren.

Cis-regulatorische Module können in drei Klassen eingeteilt werden; Enhancer, die positiv-Genexpression zu regulieren; Isolatoren, die indirekt durch die Interaktion mit anderen in der Nähe cis-regulatorische Module arbeiten; und Schalldämpfer, die auszuschalten Expression von Genen.

Das Design des cis-regulatorischen Modulen derart ist, dass Transkriptionsfaktoren und epigenetische Modifikationen dienen als Eingänge und der Ausgang des Moduls wird der Befehl an den Transkriptionsmaschinerie, was wiederum bestimmt die Geschwindigkeit der Gentranskription oder ob er eingeschaltet ist zurückgegeben oder off. Es gibt zwei Arten von Transkriptionsfaktor-Eingänge: diejenigen, die, wenn das Zielgen exprimiert werden soll, zu bestimmen, und solche, die als Funktionstreiber, die nur während bestimmter Situationen während der Entwicklung ins Spiel kommen, dienen. Diese Eingaben können von verschiedenen Zeitpunkten kommen, können unterschiedliche Signalliganden darstellen oder können aus verschiedenen Bereichen oder Linien von Zellen kommen. Allerdings bleibt noch viel bekannt.

Zusätzlich wird die Regulation der Chromatinstruktur und Kernorganisation spielen auch eine Rolle bei der Bestimmung und Steuerung der Funktion des cis-regulatorische Module. Somit Genregulation Funktionen bieten eine einzigartige Eigenschaft eines cis-regulatorische Modul betreffend die Konzentrationen der Transkriptionsfaktoren an die Promotor-Aktivitäten. Die Herausforderung besteht darin GRFs zusagen. Diese Herausforderung bleibt ungelöst. In der Regel tun Genregulation Funktionen nicht Boolesche Logik, obwohl in einigen Fällen die Approximation der Booleschen Logik ist immer noch sehr nützlich.

Die Boolesche Logik Annahme,

Innerhalb der Übernahme der Booleschen Logik, Prinzipien für den Betrieb dieser Module beinhaltet die Konstruktion des Moduls, das die regulatorische Funktion bestimmt. In Bezug auf die Entwicklungs Diese Module können sowohl positive als auch negative Ausgaben zu erzeugen. Der Ausgang jedes Moduls ist ein Produkt der verschiedenen Operationen, die damit ausgeführt. Gemeinsame Operationen umfassen "ODER" -Logik Gateway Dieser Entwurf zeigt, dass in einer Ausgabe wird gegeben, wenn entweder Eingang gegeben werden. "UND" Logik-Gateway In diesem Entwurf erforderlich sind zwei verschiedene regulatorische Faktoren, um sicherzustellen, dass eine positive Ausgabeergebnisse. "Kippschalter" - dieser Entwurf tritt auf, wenn das Signal-Ligand abwesend ist, während der Transkriptionsfaktor vorhanden ist; Diese Transkriptionsfaktor endet als dominant Repressor wirken. Wenn jedoch das Signal-Liganden vorhanden ist die Rolle des Transkriptionsfaktors als Repressor beseitigt ist und die Transkription erfolgen kann.

Anderen Booleschen Verknüpfungen können ebenso auftreten, wie Sequenz-spezifische transkriptionale Repressoren, die, wenn sie an die cis-regulatorischen Modulleitungs binden, um einen Ausgang von Null. Zeigen neben Einfluß der verschiedenen Verknüpfungen, die Ausgabe eines "cis" Aufsichtsrechtliche Modul wird auch durch vorherige Ereignisse beeinflusst werden. 4) cis-regulatorische Module müssen mit anderen regulatorischen Elementen zu interagieren. In den meisten Fällen, auch mit der Anwesenheit von funktionellen Überschneidungen zwischen cis-regulatorische Module eines Gens, Ein- und Ausgänge der Module sind in der Regel nicht die gleichen sein.

Während die Übernahme der Booleschen Logik ist wichtig für die Systembiologie, zeigen detaillierte Studien, dass im Allgemeinen die Logik der Genregulation nicht Boolean. Das bedeutet zum Beispiel, dass im Falle von cis-regulatorischen Modul durch zwei Transkriptionsfaktoren reguliert wird, experimentell bestimmt Genregulation Funktionen können von den 16 möglichen booleschen Funktionen von zwei Variablen beschrieben. Nicht Boolean Erweiterungen des genregulatorische Logik vorgeschlagen worden, um dieses Problem zu beheben.

Identifizierung und rechnerische Vorhersage des CRMs

Neben experimentelles Bestimmen CRM, gibt es verschiedene Algorithmen für Bioinformatik Vorhersage sie. Die meisten Algorithmen versuchen, für signifikante Kombinationen von Transkriptionsfaktor-Bindungsstellen in Promotorsequenzen coexprimiert Genen zu suchen. Fortgeschrittenere Verfahren kombinieren die Suche nach signifikanten Motive mit Korrelation der Genexpression Datensätze zwischen Transkriptionsfaktoren und Zielgene. Wurden beide Methoden implementiert, beispielsweise in der ModuleMaster. Andere Programme für die Identifizierung und Vorhersage von cis-regulatorischen Modulen erstellt sind:

Stubb verwendet Hidden-Markov-Modelle, um statistisch signifikante Cluster von Transkriptionsfaktor-Kombinationen zu identifizieren. Es verwendet auch eine zweite bezogenen Genom, um die Vorhersagegenauigkeit des Modells zu verbessern.

Bayes'sche Netzwerke verwenden einen Algorithmus, der vor Ort Vorhersagen und gewebespezifische Expression Daten für Transkriptionsfaktoren und Zielgene von Interesse verbindet. Dieses Modell verwendet auch Regressionsbäume, um die Beziehung zwischen dem identifizierten cis-regulatorische Modul und der möglichen Bindungs ​​Satz von Transkriptionsfaktoren darstellen.

CRÈME prüfen, Gruppen von Zielstellen für Transkriptionsfaktoren von Interesse. Das Programm verwendet eine Datenbank bestätigt Transkriptionsfaktor-Bindungsstellen, die über das menschliche Genom anno wurden. Ein Suchalgorithmus auf die Daten festgelegt, um mögliche Kombinationen von Transkriptionsfaktoren, die Bindungsstellen, die in der Nähe der Promotor des Gens Satz von Interesse sind, zu identifizieren, angewendet. Die möglichen cis-regulatorische Module werden dann statistisch ausgewertet und die signifikante Kombinationen grafisch dargestellt

Aktive cis-regulatorische Module in einer genomischen Sequenz wurden schwer zu identifizieren. Probleme entstehen, weil oft Identifikations Wissenschaftler finden sich mit einem kleinen Satz von bekannten Transkriptionsfaktoren, so wird es schwieriger, statistisch signifikante Cluster von Transkriptionsfaktor-Bindungsstellen zu identifizieren. Zusätzlich hohen Kosten schränken die Verwendung von großen Gesamtgenom Tiling Arrays.

Einstufung des cis-regulatorische Module

Cis-regulatorische Module können von der Informationsverarbeitung, die sie kodieren, und die Gestaltung des Transkriptionsfaktor-Bindungsstellen charakterisiert werden. Zusätzlich sind cis-regulatorische Module auch von der Art, wie sie Einfluss auf die Wahrscheinlichkeit, Proportion und Transkriptionsrate gekennzeichnet. Sehr kooperativ und koordiniert cis-regulatorische Module werden als Enhanceosomen eingestuft. Die Architektur und die Anordnung von Transkriptionsfaktor-Bindungsstellen sind kritisch wegen einer Unterbrechung der Anordnung koennten die Funktion. Functional flexible cis-regulatorische Module Billboards genannt. Ihre Transkriptions Ausgang ist der Summationseffekt der gebundenen Transkriptionsfaktoren. Enhancer Einfluss auf die Wahrscheinlichkeit, dass ein Gen aktiviert wird, haben jedoch wenig oder keine Wirkung auf die Geschwindigkeit. Die binäre Antwortmodell wirkt wie ein Ein- / Ausschalter für die Transkription. Dieses Modell erhöht oder verringert sich die Menge an Zellen, die ein Gen zu transkribieren, aber das hat keine Auswirkung auf die Transkriptionsrate. Rheostatic Antwortmodell beschreibt cis-regulatorische Module als Regulatoren der Einleitung Transkriptionsrate seines zugehörigen Gens.

Wirkungsweise

Cis-regulatorische Module ihren Zielgenen über große Entfernungen zu regulieren. Verschiedene Modelle wurden vorgeschlagen, um die Art, wie diese Module mit ihren Zielgenpromotor kommunizieren zu beschreiben. Dazu gehören die DNA-Screening Model, die DNA-Sequenz Looping-Modell und dem erleichterten Tracking-Modell. In der DNA-Scanning Modell, den Transkriptionsfaktor und Cofaktor komplexe Form an der cis-regulatorische Modul und dann weiter entlang der DNA-Sequenz bewegen, bis er das Ziel-Gen-Promotor findet. Im Umschlingungsbereich Modell bindet der Transkriptionsfaktor auf die cis-regulatorischen Modul, das bewirkt, dass die Umschlingung der DNA-Sequenz und ermöglicht die Interaktion mit der Ziel-Gen-Promotor. Der Transkriptionsfaktor-cis-regulatorische Modulkomplex bewirkt, dass die Umschlingung der DNA-Sequenz langsam in Richtung Zielpromotor und bildet eine stabile geschleift Konfiguration. Die erleichterten Tracking-Modell vereint Teile der beiden Vorgängermodelle.

Cis-regulatorische Modul in Genregulationsnetz

Die Funktion eines Genregulationsnetz hängt von der Architektur der Knoten, deren Funktion ist abhängig von den mehreren cis-regulatorischen Modulen. Das Layout der cis-regulatorische Module können genügend Informationen, um räumliche und zeitliche Muster der Genexpression zu erzeugen. Während der Entwicklung jeder Domäne, wobei jede Domäne stellt eine unterschiedliche räumliche Regionen des Embryos, der Genexpression unter der Kontrolle von verschiedenen regulatorischen cis-Modul sein. Die Gestaltung der regulatorischen Module helfen bei der Herstellung von Rückmeldungen, Vorsteuerung und Querregelungsschleifen.

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