Promotor (Genetik)

Als Promotor, auch Promoter (ursprünglich franz. promoteur, Anstifter, Initiator), werden in der Genetik bestimmte Nukleotid-Sequenzen einer DNA bezeichnet. Die Promotorsequenz ist ein essenzieller Bestandteil eines Gens. Sie liegt meistens am 5'-Ende und somit vor dem RNA-kodierenden Bereich. Die wichtigste Eigenschaft eines Promotors ist die spezifische Wechselwirkung mit bestimmten DNA-bindenden Proteinen, welche den Start der Transkription des Gens durch die RNA-Polymerase vermitteln und als Transkriptionsfaktoren bezeichnet werden. Zur Abgrenzung vom Promotor werden weiter vom Gen entfernt liegende regulatorische Sequenzen als Enhancer beziehungsweise Silencer bezeichnet. Die Grenzen zwischen den Begriffen sind jedoch fließend. Im humanen Genom sind bisher etwa 775 verschiedene Promotoren bekannt.^[1]

Bakterielle Promotoren haben eine relativ einheitliche Struktur, hier herrschen eher begrenzte Unterschiede in der genauen Nukleotid-Sequenz vor. Man spricht hier auch sequenzabhängig von starken beziehungsweise schwachen Promotoren. Die Stärke eines Promotors lässt sich dabei durch den Vergleich mit einer Konsensussequenz aus verschiedenen Promotoren vorhersagen.

Eukaryotische Promotoren zeichnen sich hingegen durch starke Unterschiede untereinander aus. Es gibt zwar auch dort einige weit verbreitete Elemente, eine allgemeine eukaryotische Promotorsequenz ist jedoch nur schwer zu charakterisieren. Daher ist es auch nicht leicht, diese durch statistische Methoden, beispielsweise in der Genvorhersage, zu erfassen.

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Allgemeine Promotorelemente

Sequenzmotive, die häufig in den Promotorsequenzen eines Genoms vorkommen, werden als allgemeine Promotorelemente bezeichnet, im Gegensatz zu spezifischen Promotorelementen, welche nur für die Regulierung der Expression eines bestimmten Gens eine Bedeutung haben. Die allgemeinen Promotorelemente binden jeweils spezifisch an die allgemeinen Transkriptionsfaktoren. Diese sind entweder notwendig für die Initiation der DNA-Transkription, oder repräsentieren bestimmte grundlegende Genregulierungsmechanismen. Die TATA-Box beziehungsweise Pribnow-Box ist ein Beispiel für ein Promotorelement, das bei fast allen Organismen in ähnlicher Form auftritt.

Der Teil eines Promotors, der nur diejenigen allgemeinen Promotorelemente enthält, welche absolut notwendig für die Transkription sind, ist der Minimal- oder Core-Promoter.

Oft werden Promotorelemente durch ihren Abstand vom Transkriptionsstartpunkt bezeichnet. Der Startpunkt hat die Bezeichnung +1, stromaufwärts gelegene Bereiche haben negatives, stromabwärts gelegene Bereiche entsprechend positives Vorzeichen. Die Null bezeichnet hierbei keine Position.

Bakterielle Promotoren

Die wichtigsten allgemeinen Transkriptionsfaktoren bei Bakterien sind die Sigma-Faktoren. Die Struktur eines Promotors ist daher vor allem davon abhängig, von welchem der Sigma-Faktoren dieser erkannt wird. Am besten untersucht sind die Verhältnisse bei dem Bakterien-Modellorganismus Escherichia coli. Die mit Abstand meisten Promotoren bei E. coli werden über den Faktor Sigma-70 erkannt.

Sigma-70-Promotor

Anhand von Konsensussequenzen lassen sich bei mit Hilfe des Sigma-70-Faktors transkribierten Genen folgende allgemeine Promotorelemente klassifizieren:

• das AT-basenpaarreiche UP-Element (für engl. upstream, stromaufwärts) oberhalb der −35-Region,
• die −35-Region, mit der Konsensussequenz: 5'-TTGACA-3',
• die −10-Region, auch Pribnow-Box, mit der Konsensussequenz: 5'-TATAAT-3'.

Außerdem gilt, dass starke Promotoren direkt vor dem Startpunkt der Transkription reich an AT-Basenpaaren sind. Dies erleichtert das für die Transkription notwendige Entwinden der Doppelhelix, da AT-Basenpaare weniger Wasserstoffbrücken als GC-Basenpaare ausbilden.

Die Konsensussequenzen geben nur einen ungefähren Anhaltspunkt für den Aufbau eines Promotors. Ein bestimmter Sigma-70-abhängiger Promotor kann an mehreren Stellen von diesen Sequenzen abweichen.

Während die −35-Region und Pribnow-Box hauptsächlich durch den Sigma-Faktor erkannt werden, kann das UP-Element direkt mit der α-Untereinheit der bakteriellen RNA-Polymerase interagieren.

Eukaryotische Promotoren

Eukaryoten haben mehrere unterschiedliche RNA-Polymerasen. Die wichtigsten sind die RNA-Polymerasen I, II und III. Jede RNA-Polymerase interagiert wiederum mit jeweils verschiedenen Transkriptionsfaktoren, und erkennt hierdurch eine ihr eigene Menge von Promotorsequenzen. Weiterhin ist die Zahl der allgemeinen Transkriptionsfaktoren bei Eukaryoten deutlich größer als bei Bakterien. Dies ist der Grund für die Vielfalt der Promotorsequenzen, die von einer bestimmten RNA-Polymerase im Zusammenspiel mit den jeweiligen Transkriptionsfaktoren erkannt werden können.

Promotoren bei Archaeen

Archaeen besitzen wie Bakterien nur eine RNA-Polymerase. Diese ist jedoch homolog zur eukaryotischen RNA-Polymerase II. Daher ähneln auch die Promotorsequenzen denjenigen der eukaryotischen RNA-Polymerase-II-Promotoren. Die Promotoraufbau bei Archaeen ist jedoch im Vergleich weniger Komplex.

Einzelnachweise

1. ↑ Elizabeth Pennisi (2007): DNA Study Forces Rethink of What It Means to Be a Gene. In: Science. Bd. 316, S. 1556-1557. PMID 17569836 doi:10.1126/science.316.5831.1556

Siehe auch

• tac-Promotor