utvikling, differensiering og vekst av celler og vev krever nøyaktig regulert mønstre av genuttrykk. Enhancers arbeid som cis-regulatoriske elementer for å formidle både romlig og temporal kontroll av utviklingen ved å slå på transkripsjon i bestemte celler og/eller repressing det i andre celler. Dermed bestemt kombinasjon av transkripsjonfaktorer og andre DNA-bindende proteiner i en utvikling av vev styrer hvilke gener vil bli uttrykt i at vevet. Enhancers at de samme genet for å bli brukt i ulike prosesser i tid og rom.,
Identifisering og characterizationEdit
Tradisjonelt, enhancers ble identifisert av enhancer felle teknikker ved hjelp av en reporter gen eller ved sammenlignende sekvens analyse og computational genomics. I genetisk føyelig modeller som bananflue Drosophila melanogaster, for eksempel, en reporter konstruere slike som lacZ genet kan være tilfeldig integrert i genomet ved hjelp av en P-element transposon. Hvis reporter gen integreres i nærheten av en enhancer, dens uttrykk vil reflektere uttrykk drevet av at enhancer., Dermed, farging, flyr for LacZ uttrykk eller aktivitet og kloning sekvensen rundt integrering nettstedet tillater identifisering av enhancer rekkefølge.
utvikling av næringslivet i byen og epigenomic teknologier, men har dramatisk endret utsiktene for cis-forskrifter og-moduler (CRM) – funnet., Neste generasjons sekvensering (NGS) metoder nå aktivere høy gjennomstrømning av funksjonelle CRM-discovery-analyser, og den sterkt økende mengder av tilgjengelige data, inkludert store biblioteker av transkripsjonsfaktor-bindende nettstedet (TFBS) motiver, samlinger av forklart, validert CRMs, og omfattende epigenetisk data på tvers av mange celletyper, er å gjøre nøyaktige computational CRM funnet et oppnåelig mål. Et eksempel på NGS-basert tilnærming kalt DNase-seq har aktivert identifisering av nucleosome-utladet, eller åpne chromatin regioner, som kan inneholde CRM., Mer nylig teknikker som ATAC-seq har blitt utviklet som krever mindre starter materiale. Nucelosome utarmet regioner kan bli identifisert i vivo gjennom uttrykk for Dam methylase, noe som åpner for større kontroll av celle-type bestemt enhancer identifikasjon.Beregningsmetoder inkluderer sammenlignende genomics, clustering av kjent eller spådd TF-bindende områder, og tilsyn maskin-learning tilnærminger trent på kjent CRMs., Alle disse metodene har vist seg effektive for CRM-funnet, men hver har sine egne grunner og begrensninger, og hver er underlagt et større eller mindre antall falske positive identifikasjoner.I den komparative genomics tilnærming, sekvens bevaring av ikke-kodende regioner kan være en indikasjon på enhancers. Sekvenser fra flere arter er justert, og konserverte regioner er identifisert i beregninger., Identifisert sekvenser kan da være koblet til en reporter gen, for eksempel grønt fluorescerende protein eller lacZ å avgjøre in vivo mønster av genuttrykk produsert av enhancer når injiseres i et embryo. mRNA uttrykk av reporter kan bli visualisert ved in situ hybridisering, som gir et mer direkte mål på enhancer aktivitet, siden det ikke er utsatt for kompleksiteten av oversettelse og protein folding., Selv om mye bevis har pekt på at sekvensen bevaring for kritisk utviklingsmessige enhancers, annet arbeid har vist at funksjonen av enhancers kan bli bevart med liten eller ingen primær-sekvens bevaring. For eksempel RET enhancers i mennesker har svært liten sekvens bevaring dem i zebrafisk, men begge arter’ sekvenser produserer nesten identiske mønstre av reporter gen uttrykk i zebrafisk., På samme måte, i svært skilte seg insekter (atskilt med rundt 350 millioner år), tilsvarende gen uttrykk mønstre av flere viktige gener ble funnet å være regulert gjennom tilsvarende utgjorde CRMs selv om disse CRMs viser ikke nevneverdig sekvens bevaring påvises ved standard sekvens justering metoder som BLAST.
I segmentering av insectsEdit
enhancers å bestemme tidlig segmentering i Drosophila melanogaster embryo som er blant de beste preget utviklingsmessige enhancers., I tidlig fly embryo, gapet gentranskripsjon faktorer er ansvarlige for å aktivere og repressing en rekke segmentering gener, for eksempel par regelen gener. Gapet gener er uttrykt i blokkene langs anterior-posterior aksen av fly sammen med andre maternal effekt transkripsjon faktorer, og dermed skape soner i forskjellige kombinasjoner av transkripsjonfaktorer er uttrykt. Paret-regelen gener er atskilt fra hverandre av ikke-uttrykke celler. Dessuten striper uttrykk for ulike par-regelen gener er motvirket av et par celle diameter fra hverandre., Dermed, unike kombinasjoner av par-regelen genuttrykk skape romlig domener sammen anterior-posterior-aksen for å konfigurere hver av de 14 individuelle segmentene. 480 bp enhancer ansvarlig for kjøring i skarpe stripe to av de par-regelen genet selv-hoppet over (eva) har blitt godt karakterisert. Den enhancer inneholder 12 forskjellige bindende områder for mors og gap gentranskripsjon faktorer. Aktivere og repressing områder overlapper hverandre i rekkefølge., Eva er bare uttrykkes i en smal stripe av celler som inneholder høye konsentrasjoner av utløsere og lav konsentrasjon av repressors for denne enhancer rekkefølge. Andre enhancer regioner drive eva uttrykk i 6 andre striper i embryoet.
I virveldyr patterningEdit
å Etablere kroppen aksene er et kritisk punkt i dyr utvikling. Under musen embryonalutvikling, Nodal, en transforming growth factor beta superfamily ligand, er et sentralt gen som er involvert i patterning både anterior-posterior-aksen og høyre / venstre-aksen i de tidlige embryo., Nodal genet inneholder to enhancers: den Proksimale Epiblast Enhancer (TISSE) og Asymmetrisk Enhancer (ASE). PEE er oppstrøms av-Nodal genet og stasjoner Nodal uttrykk i den delen av primitiv strek som vil skille i node (også referert til som den opprinnelige noden). PEE slår på Nodal uttrykk i respons til en kombinasjon av Wnt signaliserer pluss en annen, ukjent signal, og dermed medlem av LSF/TCF transkripsjonsfaktor familie sannsynlig binder seg til en TCF bindende nettstedet i cellene i noden., Diffusjon av-Nodal bort fra den noden som danner en gradient som deretter mønstre den strekker seg anterior-posterior aksen av embryoet. Den ASE er en intronic enhancer bundet av gaffelen hodet domene transkripsjonsfaktor Fox1. Tidlig i utviklingen, Fox1-drevet Nodal uttrykk etablerer visceral endoderm. Senere i utviklingen, Fox1 binding til ASE-stasjoner Nodal uttrykket på venstre side av den laterale plate mesoderm, og dermed etablere venstre-høyre asymmetri nødvendig for asymmetrisk organ utvikling i mesoderm.,
å Etablere tre bakterie lag under gastrulation er et annet kritisk punkt i dyr utvikling. Hver av de tre bakterie lag har unike mønstre av genuttrykk som fremmer deres differensiering og utvikling. Den endoderm er angitt tidlig i utviklingen av Gata4 uttrykk, og Gata4 går på direkte gut morphogenesis senere. Gata4 uttrykk er kontrollert i de tidlige embryo av en intronic enhancer som binder annen forkhead domene transkripsjonsfaktor, FoxA2., I utgangspunktet enhancer stasjoner bred genuttrykk i hele fosteret, men uttrykket blir raskt begrenset til endoderm, noe som tyder på at andre repressors kan være involvert i sin begrensning. Sent i utvikling, den samme enhancer begrenser uttrykk for vev som vil bli magen og bukspyttkjertelen. En ekstra enhancer er ansvarlig for å opprettholde Gata4 uttrykk i endoderm i løpet av den mellomliggende stadier av gut utvikling.,
Flere enhancers fremme utviklingsmessige robustnessEdit
Noen gener som er involvert i kritiske utviklingsmessige prosesser inneholde flere enhancers av overlappende funksjon. Sekundær enhancers, eller «skygge enhancers», kan bli funnet mange kilobases bort fra primær-enhancer («primære» refererer vanligvis til den første enhancer oppdaget, som er ofte nærmere genet den regulerer). På sin egen, hver enhancer stasjoner nesten identiske mønstre av genuttrykk. Er de to enhancers virkelig overflødige?, Nyere forskning har vist at flere enhancers tillate frukt fluer for å overleve miljø perturbasjon, for eksempel en økning i temperatur. Når reist på en forhøyet temperatur, en enkelt enhancer noen ganger ikke klarer å drive komplett mønster av ytringsfriheten, mens tilstedeværelse av både enhancers tillater normal genuttrykk.