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Lexikon der Biologie: Promotor

Promotor m [spätlatein., = Vermehrer], 1) Promoter, derjenige DNA-Bereich (Desoxyribonucleinsäuren) eines Gens, durch den der Initiationspunkt und die Initiationshäufigkeit (Initiation) der Transkription (RNA-Synthese) festgelegt werden. Promotoren müssen allgemein im Zusammenspiel mit Proteinen (sog. Transkriptionsfaktoren; bei Prokaryoten spielen das cAMP bindende Protein sowie Sigma-Faktoren eine Rolle) eine Wechselwirkung zwischen RNA-Polymerase und der Kontrollregion von Genen (inkorrekte Bezeichnung Kontrollgene) zustandebringen. Prokaryotische Promotoren ( vgl. Abb. ) enthalten als Signalstrukturen eine Erkennungsstelle etwa an Position –35 (–35-Region; Consensus-Sequenz: TTGACA) und eine Bindestelle etwa an Position –10 (die sog. Pribnow-Box; Consensus-Sequenz: TATAATG) vor der eigentlichen Startstelle für DNA-abhängige RNA-Polymerase, die in der Regel als +1 bezeichnet wird (Lactose-Operon [Abb.]; Galactose-Operon [Abb.]). Bei Eukaryoten ( vgl. Abb. ) müssen mindestens 3 verschiedene Promotor-Typen unterschieden werden, die von den 3 jeweils für die Synthese von mRNA (messenger-RNA), rRNA (ribosomale RNA) und tRNA (transfer-RNA) unterschiedlichen RNA-Polymerasen als Signalstrukturen erkannt werden. In einigen Fällen können aber bestimmte Promotorbereiche auch von mehreren RNA-Polymerasen erkannt werden. Am besten charakterisiert sind die Promotorelemente für die Transkription von Protein-Genen durch RNA-Polymerase II ( Genregulation ): Die sog. CAAT-Box liegt etwa zwischen Position –70 und –80 vor der Transkriptionsstartstelle (Beginn der mRNA und Position, die durch Capping modifiziert wird), die sog. TATA-Box (Goldberg-Hogness-Box; Consensus-Sequenz:

) etwa an Position –25. Die CAAT-Box kann in beiden Orientierungen wirken und steuert die Effizienz der Transkription („Promotorstärke“), während die TATA-Box den exakten Startpunkt der Transkription festlegt und für die Initiation der Transkription von Bedeutung ist. Promotoren von konstitutiv exprimierten Genen beinhalten oft noch die sog. GC-Box, die auch in mehreren, unterschiedlich orientierten Kopien vorhanden sein kann. Für einzelne Promotoren sind Anzahl und Lage der Elemente sowie deren Orientierung (obwohl die Transkription immer nur in eine Richtung verläuft!) unterschiedlich. Als weitere Signale, welche die Effizienz der Transkription von Protein-Genen steigern können, wurden sog. enhancer gefunden, die weit entfernt von der eigentlichen Transkriptionsstartstelle liegen können (5'- oder 3'-terminal) und deren Wirkung nicht von der Orientierung zur Transkriptionsrichtung der betreffenden Gene abhängt. Promotoren für die Transkription der großen rRNA-Gene durch RNA-Polymerase I bestehen aus einem sog. Promotorkern, der den Startpunkt umgibt (etwa von Position –45 bis +20) und für die Initiation ausreicht, und einem zwischen Position –107 und –180 gelegenen Kontrollelement, das die Effizienz der Transkription steigert. Beide Elemente sind extrem GC-reich und sind zu 85% homolog. Die von RNA-Polymerase III erkannten Promotoren befinden sich bei Genen für small nuclear RNA wie üblich upstream, bei tRNA- und 5SrRNA-Genen jedoch downstream zur eigentlichen Startstelle (interne Kontrollregionen). In beiden Fällen bestehen die Promotoren aus getrennten Sequenzelementen, bei upstream gelegenen Promotoren entspricht eines der Elemente der TATA-Box von Polymerase-II-Promotoren. Für die Positionierung aller 3 RNA-Polymerasen ist die Wechselwirkung mit dem generellen Transkriptionsfaktor TBP (TATA-Bindeprotein) essentiell. TBP ist in der Regel Bestandteil eines oligomeren Proteinkomplexes (SL1 bei Polymerase I, TFIID bei Polymerase II [TATA-Bindeprotein assoziierte Faktoren], TFIIIB bei Polymerase III) und bindet an Promotoren mit TATA-Box direkt über diese, bei solchen ohne TATA-Box indirekt über Proteinfaktoren, die spezifische Protein-DNA-Interaktionen mit anderen Sequenzelementen einzugehen vermögen. – Methoden zur Promotoranalyse sind u.a. in-vitro-Mutagenese, in-vitro-Transkription, in-vivo-Analyse mittels Reportergenen, Northern-Technik (blotting-Techniken), Nuclear-run-on-Transkription, RNase-Schutzexperimente, run-off-Transkription. Genregulation. 2) Tumorpromotoren.

G.St./M.B.

Lit.: Nover, L. (ed.): Plant promotors and transcription factors. Berlin 1994.



Promotor

1 Sequenzen prokaryotischer Promotoren:
a Promotor des Escherichia coli-Lactose-Operons.
Beide DNA-Stränge (RNA-ähnlicher Strang oben, codogener Strang unten) sowie der 5'-terminale Teil der entstehenden RNA sind dargestellt.
b Weitere Promotoren aus dem Genom des Lambda-Phagen bzw. von E.coli. Nur die RNA-ähnlichen DNA-Stränge sind aufgeführt. Promotor-verstärkende Mutationen sind durch offene, nach oben gerichtete Pfeile markiert. Promotor-schwächende Mutationen durch geschlossene, nach unten weisende Pfeile.
λ PL = linker Promotor der Transkriptionskontrollregion des Lambda-Phagen; E.coli tRNAtyr = Promotor des tRNAtyr-Gens aus E.coli; E.coli Str = Promotor des Streptomycin-Resistenz-Gens aus E.coli; E.coli trp = Promotor des Tryptophan-Operons aus E.coli; E.coli lac I = Promotor des Repressors für das Lactose-Operon in E.coli; λ PRM = „Maintenance“-Promotor des CI-Gens in der Transkriptionskontrollregion des Lambda-Phagen.
c Consensus-Sequenzen von Erkennungs- und Bindestellen. Dabei wurden alle bekannten Promotor-Sequenzen (nicht nur die in a und b aufgeführten) berücksichtigt.
2 Nucleotidhäufigkeiten und Consensus-Sequenz eukaryotischer Promotoren. Die Angaben beziehen sich auf den RNA-ähnlichen DNA-Strang. Py steht für Cytosin oder Thymin.

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