Войти
Модуль регулирования для стран СНГ (CRM ) представляет собой участок ДНК, обычно длиной 100–1000 пар оснований ДНК, где несколько факторов транскрипции могут связываться и регулировать экспрессию рядом генов и регулируют скорость их транскрипции. Они помечены как цис, потому что они обычно расположены на той же цепи ДНК, что и гены, которые они контролируют, в отличие от транс, который относится к эффектам на гены, расположенные не на той же цепи или дальше, например транскрипция факторы. Один цис-регуляторный элемент может регулировать несколько генов, и, наоборот, один ген может иметь несколько цис-регуляторных модулей. Цис-регуляторные модули выполняют свою функцию, интегрируя активные факторы транскрипции и связанные с ними кофакторы в определенное время и в определенном месте в клетке, где эта информация считывается и выдается результат.
Диаграмма, показывающая, на каких стадиях экспрессии пути ДНК-мРНК-белок можно контролировать Цис-регуляторные модули являются одним из нескольких типов функциональных регулирующие элементы. Регуляторные элементы представляют собой сайты связывания факторов транскрипции, которые участвуют в регуляции генов. Модули цис-регулирования выполняют большой объем обработки информации о развитии. Цис-регуляторные модули представляют собой неслучайные кластеры в их указанном целевом сайте, которые содержат сайты связывания факторов транскрипции.
В первоначальном определении цис-регуляторные модули представлены как энхансеры цис-действующей ДНК, которые увеличивают скорость транскрипции из связанный промоутер. Однако это определение было изменено, чтобы определить цис-регуляторные модули как последовательность ДНК с сайтами связывания факторов транскрипции, которые сгруппированы в модульные структуры, включая - но не ограничиваясь ими - области контроля локуса, промоторы, энхансеры, сайленсеры, элементы пограничного контроля и другие модуляторы.
Цис-регуляторные модули можно разделить на три класса; энхансеры, которые положительно регулируют экспрессию генов; инсуляторы, которые работают косвенно, взаимодействуя с другими близлежащими цис-регуляторными модулями; и сайленсеры, которые выключают экспрессию генов.
Дизайн цис-регуляторных модулей таков, что факторы транскрипции и эпигенетические модификации служат в качестве входы, а выходом модуля является команда, отдаваемая аппарату транскрипции, который, в свою очередь, определяет скорость транскрипции гена или то, включен он или выключен. Существует два типа входных факторов транскрипции: те, которые определяют, когда должен быть экспрессирован целевой ген, и те, которые служат в качестве функциональных драйверов, которые вступают в игру только в определенных ситуациях во время развития. Эти входные данные могут поступать из разных временных точек, могут представлять разные сигнальные лиганды или могут исходить из разных доменов или клонов клеток. Однако многое еще остается неизвестным.
Кроме того, регуляция структуры хроматина и ядерной организации также играет роль в определении и контроле функции цис-регуляторных модулей. Таким образом, функции регуляции генов (GRF) обеспечивают уникальную характеристику цис-регуляторного модуля (CRM), связывая концентрации факторов транскрипции (вход) с активностью промотора (выход). Задача состоит в том, чтобы предсказать GRF. Эта проблема до сих пор остается нерешенной. В общем, функции генной регуляции не используют булеву логику, хотя в некоторых случаях приближение булевой логики все еще очень полезно.
В рамках допущения булевой логики принципы, управляющие работой этих модулей, включают дизайн модуля, который определяет регулирующую функцию. Что касается разработки, эти модули могут генерировать как положительные, так и отрицательные результаты. Выходные данные каждого модуля являются результатом различных операций, выполняемых над ним. Общие операции включают «ИЛИ» логический вентиль - эта конструкция указывает, что на выходе будет задано, когда задан любой вход [3]. Логический вентиль «И» - в этой конструкции необходимы два различных регулирующих фактора, чтобы гарантировать положительный результат на выходе. «Тумблеры» - эта конструкция возникает, когда сигнальный лиганд отсутствует, а фактор транскрипции присутствует; этот фактор транскрипции действует как доминирующий репрессор. Однако, как только сигнальный лиганд присутствует, роль фактора транскрипции как репрессора устраняется, и может происходить транскрипция.
Могут происходить и другие логические операции, такие как специфичные для последовательности репрессоры транскрипции, которые когда они связываются с цис-регуляторным модулем, дают нулевой выход. Кроме того, помимо влияния различных логических операций, на выход модуля регулирования «цис» также будут влиять предшествующие события. 4) Цис-регуляторные модули должны взаимодействовать с другими регуляторными элементами. По большей части, даже при наличии функционального перекрытия между цис-регуляторными модулями гена, входы и выходы модулей, как правило, не совпадают.
Хотя предположение булевой логики важно для систем биологии, подробные исследования показывают, что в целом логика регуляции генов не является булевой. Это означает, например, что в случае цис-регуляторного модуля, регулируемого двумя факторами транскрипции, экспериментально определенные функции генной регуляции не могут быть описаны с помощью 16 возможных булевых функций двух переменных. Для исправления этой проблемы были предложены небулевы расширения логики регуляции генов.
Помимо экспериментального определения CRM, существуют различные биоинформатики алгоритмы их прогнозирования. Большинство алгоритмов пытаются найти значимые комбинации сайтов связывания факторов транскрипции (сайты связывания ДНК ) в промоторных последовательностях коэкспрессируемых генов. Более продвинутые методы сочетают поиск значимых мотивов с корреляцией в наборах данных экспрессии генов между факторами транскрипции и генами-мишенями. Оба метода были реализованы, например, в ModuleMaster. Другие программы, созданные для идентификации и прогнозирования цис-регуляторных модулей, включают:
INSECT 2.0 - это веб-сервер, который позволяет осуществлять поиск цис-регуляторных модулей по всему геному. Программа полагается на определение строгих ограничений среди сайтов связывания факторов транскрипции (TFBS), составляющих модуль, с целью уменьшения количества ложных срабатываний. INSECT разработан так, чтобы быть удобным для пользователя, поскольку он позволяет автоматически извлекать последовательности и несколько визуализаций и ссылок на сторонние инструменты, чтобы помочь пользователям найти те экземпляры, которые с большей вероятностью являются настоящими нормативными сайтами. Алгоритм INSECT 2.0 был ранее опубликован, а алгоритм и теория, лежащие в его основе, объяснены в
Стубб использует скрытые модели Маркова для выявления статистически значимых кластеров комбинаций факторов транскрипции. Он также использует второй родственный геном для повышения точности предсказания модели.
Байесовские сети используют алгоритм, который объединяет предсказания сайтов и данные тканеспецифической экспрессии для факторов транскрипции и интересующих генов-мишеней. В этой модели также используются деревья регрессии, чтобы отобразить взаимосвязь между идентифицированным цис-регуляторным модулем и возможным набором связывания факторов транскрипции.
CRÈME исследует кластеры сайтов-мишеней для выявления представляющих интерес факторов транскрипции. Эта программа использует базу данных подтвержденных сайтов связывания факторов транскрипции, которые были аннотированы в геноме человека. Алгоритм поиска применяется к набору данных для идентификации возможных комбинаций факторов транскрипции, которые имеют сайты связывания, близкие к промотору интересующего набора генов. Затем возможные цис-регуляторные модули подвергаются статистическому анализу, и значимые комбинации представляются графически.
Активные цис-регуляторные модули в геномной последовательности трудно идентифицировать. Проблемы с идентификацией возникают из-за того, что ученые часто сталкиваются с небольшим набором известных факторов транскрипции, что затрудняет идентификацию статистически значимых кластеров сайтов связывания факторов транскрипции. Кроме того, высокая стоимость ограничивает использование больших массивов фрагментов всего генома .
Цис-регуляторные модули могут быть охарактеризованы обработкой информации, которую они кодируют, и организацией их сайтов связывания факторов транскрипции. Кроме того, цис-регуляторные модули также характеризуются тем, как они влияют на вероятность, пропорцию и скорость транскрипции. Сильно кооперативные и скоординированные цис-регуляторные модули классифицируются как энхансомы. Архитектура и расположение сайтов связывания факторов транскрипции имеют решающее значение, потому что нарушение их расположения может аннулировать функцию. Функциональные гибкие модули регулирования стран СНГ называются рекламными щитами. Их транскрипционный выход является суммирующим эффектом связанных факторов транскрипции. Энхансеры влияют на вероятность активации гена, но практически не влияют на скорость. Модель двоичного ответа действует как переключатель включения / выключения для транскрипции. Эта модель увеличит или уменьшит количество клеток, транскрибирующих ген, но не влияет на скорость транскрипции. Модель реостатического ответа описывает цис-регуляторные модули как регуляторы скорости инициации транскрипции связанного с ним гена.
Цис-регуляторные модули могут регулировать свои гены-мишени на больших расстояниях. Было предложено несколько моделей для описания способа, которым эти модули могут связываться с промотором их целевого гена. К ним относятся модель сканирования ДНК, модель петли последовательности ДНК и упрощенная модель отслеживания. В модели сканирования ДНК комплекс фактора транскрипции и кофактора формируется в цис-регуляторном модуле, а затем продолжает двигаться по последовательности ДНК, пока не обнаружит промотор гена-мишени. В модели образования петель фактор транскрипции связывается с цис-регуляторным модулем, который затем вызывает образование петли последовательности ДНК и позволяет взаимодействовать с промотором целевого гена. Комплекс фактора транскрипции с цис-регуляторным модулем вызывает медленное образование петли последовательности ДНК по направлению к промотору-мишени и формирует стабильную петлевую конфигурацию. Модель упрощенного отслеживания объединяет части двух предыдущих моделей.
Функция регуляторной сети генов зависит от архитектуры узлов, функция которых зависит от нескольких цис-регуляторных модулей. Расположение цис-регуляторных модулей может предоставить достаточно информации для создания пространственных и временных паттернов экспрессии генов. Во время развития каждый домен, где каждый домен представляет разные пространственные области эмбриона, экспрессии генов будет находиться под контролем разных цис-регуляторных модулей. Конструкция регуляторных модулей помогает в создании обратной связи, прямой связи и перекрестных регуляторных петель.
