順式作用元件(cis-acting element)存在于基因旁側(cè)序列中能影響基因表達的序列。順式作用元件包括啟動子、增強子、調(diào)控序列和可誘導(dǎo)元件等，它們的作用是參與基因表達的調(diào)控。順式作用元件本身不編碼任何蛋白質(zhì)，僅僅提供一個作用位點，要與反式作用因子相互作用而起作用。

中文名

順式作用元件

外文名

cis-acting element

存在于

基因旁側(cè)序列影響基因表達的序列

種類

啟動子、增強子等

元件介紹

順式作用元件是指與結(jié)構(gòu)基因串聯(lián)的特定DNA序列，是轉(zhuǎn)錄因子的結(jié)合位點，它們通過與轉(zhuǎn)錄因子結(jié)合而調(diào)控基因轉(zhuǎn)錄的精確起始和轉(zhuǎn)錄效率。

順式作用元件

順式作用元 件在分子遺傳學(xué)領(lǐng)域，相對同一染色體或DNA分子而言為“順式”（cis）；對不同染色體或DNA分子而言為“反式”（trans）。

順式作用元件是轉(zhuǎn)錄調(diào)節(jié)因子的結(jié)合位點，包括啟動子、增強子和沉默子。真核基因啟動子是原核啟動序列的同義語。真核啟動子是指RNA聚合酶及轉(zhuǎn)錄起始點周圍的一組轉(zhuǎn)錄控制組件，每個啟動子包括至少一個轉(zhuǎn)錄起始點以及一個以上的功能組件，轉(zhuǎn)錄調(diào)節(jié)因子即通過這些機能組件對轉(zhuǎn)錄起始發(fā)揮作用。在這些調(diào)節(jié)組件中最具典型意義的就是TATA盒子，它的共有序列是TATAAA。TATA盒子通常位于轉(zhuǎn)錄起始點上游-25至-30區(qū)域，控制轉(zhuǎn)錄的準(zhǔn)確性和頻率。TATA盒子是基本轉(zhuǎn)錄因子TFⅡD結(jié)合位點；TFⅡD則是RNA聚合酶結(jié)合DNA必不可少的。除TATA盒子外，GC盒子(GGGCGG)和CAAT盒子(GCCAAT)也是很多基因中常見的，它們位于起始點上游-30至-110bp區(qū)域。所謂增強子就是遠離轉(zhuǎn)錄起始點、決定組織特異性表達、增強啟動子轉(zhuǎn)錄活性的特異DNA序列，其發(fā)揮作用的方式與方向、距離無關(guān)。增強子與啟動子非常相似：都是由若干組件組成，有些組件既可在增強子、又可在啟動子出現(xiàn)。從功能方面講，沒有增強子存在，啟動子通常不能表現(xiàn)活性；沒有啟動子，增強子也無法發(fā)揮作用。增強子和啟動子有時分隔很遠，有時連續(xù)或交錯覆蓋。

結(jié)構(gòu)組成

順式作用元件

順式 作用元件是同一DNA分子中具有轉(zhuǎn)錄調(diào)節(jié)功能的特異DNA序列。按功能特性，真核基因順式作用元件分為啟動子、增強子及沉默子。啟動子

原核操縱子中啟動序列的同義語。真核基因啟動子是RNA聚合酶結(jié)合位點周圍的一組轉(zhuǎn)錄控制組件，每一組件含7~20bp的DNA序列。啟動子包括至少一個轉(zhuǎn)錄起始點以及一個以上的機能組件。在這些機能組件中最具典型意義的就是TATA盒，它的共有序列是TATAAAA。TATA盒通常位于轉(zhuǎn)錄起始點上游-25~-30bp，控制轉(zhuǎn)錄起始的準(zhǔn)確性及頻率。TATA盒是基本轉(zhuǎn)錄因子TFIID結(jié)合位點。除TATA盒外，GC盒（GGGCGG）和CAAT盒（GCCAAT）也是很多基因常見的，它們通常位于轉(zhuǎn)錄起始點上游-30~-110bp區(qū)域。此外，還發(fā)現(xiàn)很多其它類型的機能組件。由TATA盒及轉(zhuǎn)錄起始點即可構(gòu)成最簡單的啟動子。

增強子

增強子是遠離轉(zhuǎn)錄起始點、決定基因的時間、空間特異性表達、增強啟動子轉(zhuǎn)錄活性的DNA序列，其發(fā)揮作用的方式通常與方向、距離無關(guān)，可位于轉(zhuǎn)錄起始點的上游或下游。從功能上講，沒有增強子存在，啟動子通常不能表現(xiàn)活性；沒有啟動子時，增強子也無法發(fā)揮作用。

增強子最早是在SV40病毒中發(fā)現(xiàn)的長約200bp的一段DNA，可使旁側(cè)的基因轉(zhuǎn)錄效率提高100倍，其后在多種真核生物，甚至在原核生物中都發(fā)現(xiàn)了增強子。增強子的長度通常為100～200bp，和啟動子一樣由若干組件構(gòu)成，基本核心組件常為8～12bp，可以單拷貝或多拷貝串聯(lián)形式存在。

增強子

增強子增強子的特點： （1）增強子可提高同一條DNA鏈上基因轉(zhuǎn)錄效率，可以遠距離作用，通常距離l～4kb，個別情況下離開所調(diào)控的基因30kb仍能發(fā)揮作用，而且在基因的上游或下游都能起作用。

（2）增強子作用與其序列的正反方向無關(guān)，將增強子方向倒置依然能起作用。而將啟動子倒置就不能起作用，可見增強子與啟動子是很不相同的。

（3）增強子要有啟動子才能發(fā)揮作用，沒有啟動子存在，增強子不能表現(xiàn)其活性。但增強子對啟動子沒有嚴(yán)格的專一性，同一增強子可以影響不同類型啟動子的轉(zhuǎn)錄。

（4）增強子必須與特定的蛋白質(zhì)因子結(jié)合后才能發(fā)揮增強轉(zhuǎn)錄的作用。增強子一般具有組織或細胞特異性，許多增強子只在某些細胞或組織中表現(xiàn)活性，是由這些細胞或組織中具有的特異性蛋白質(zhì)因子所決定的。例如，人類胰島素基因5’端上游約250個核苷酸處有一組織特異性增強子。在胰島素p細胞中有一種特異性蛋白因子，可以作用于這個區(qū)域，以增強胰島素基因的轉(zhuǎn)錄。在其他組織細胞中沒有這種蛋白因子，所以也就沒有此作用。這就是為什么胰島素基因只有在胰島素p細胞中才能很好表達的重要原因。

（5）大多為重復(fù)序列，一般長約50bp，適合與某些蛋白因子結(jié)合。其內(nèi)部常含有一個核心序列，即(G)TGGA/TA/TA/T(G)，是產(chǎn)生增強效應(yīng)時所必需的。

（6）增強效應(yīng)十分明顯，一般能使基因轉(zhuǎn)錄頻率增加10—200倍。經(jīng)人巨大細胞病毒增強子增強后的珠蛋白基因表達頻率比該基因正常轉(zhuǎn)錄高600～1000倍。

（7）許多增強子還受外部信號的調(diào)控，如金屬硫蛋白的基因啟動區(qū)上游所帶的增強子，就可以對環(huán)境中的鋅、鎘濃度做出反應(yīng)。

（8）增強子的功能是可以累加的。SV40增強子序列可以被分為兩半，每一半序列本身作為增強子功能很弱，但合在一起，即使其中間插入一些別的序列，仍然是一個有效的增強子。因此，要使一個增強子失活必須在多個位點上造成突變。對SV40增強子而言，沒有任何單個的突變可以使其活力降低10倍。

增強子的作用原理：一種觀點認(rèn)為，增強子為轉(zhuǎn)錄因子提供進入啟動子區(qū)的位點。另一種認(rèn)為，增強子能改變?nèi)旧|(zhì)的構(gòu)象。因為增強子區(qū)域容易發(fā)生從B—DNA到Z—DNA的構(gòu)象變化。

沉默子

某些基因含有的一種負(fù)性調(diào)節(jié)元件，當(dāng)其結(jié)合特異蛋白因子時，對基因轉(zhuǎn)錄起阻遏作用。某些基因有負(fù)性調(diào)節(jié)元件棗抑制子(沉默子)存在。有些DNA序列既可作為正性、又可作為負(fù)性調(diào)節(jié)元件發(fā)揮順式調(diào)節(jié)作用，這取決于不同類型細胞中DNA結(jié)合因子的性質(zhì)。

元件作用

順式作用元件分布

順式作用元件是同一DNA分子中具有特殊功能的轉(zhuǎn)錄因子DNA結(jié)合位點和其它調(diào)控基序，在基因轉(zhuǎn)錄起始調(diào)控中起重要作用；按功能特性分為通用調(diào)節(jié)元件如啟動子、增強子及沉默子和專一性元件如激素反應(yīng)元件，cAMP反應(yīng)元件；確定順式作用元件的試驗方法主要有：DNA結(jié)構(gòu)分析、序列分析和基因刪除或替換等，軟件預(yù)測是確定順式作用元件的另一種方法，但不同軟件預(yù)測結(jié)果差異較大，將試驗方法與軟件預(yù)測相結(jié)合能夠提高順式作用元件預(yù)測的準(zhǔn)確性。

多細胞有機體在生長、分化和發(fā)育過程中需要整合不同組織的、發(fā)育的、環(huán)境的信號調(diào)節(jié)基因表達，轉(zhuǎn)錄起始的調(diào)節(jié)是其中的重要一環(huán)。順式作用(cisacting)元件是同一DNA分子中具有轉(zhuǎn)錄調(diào)節(jié)功能的特異DNA序列，即具有特殊功能的轉(zhuǎn)錄因子DNA結(jié)合位點和其他調(diào)控基序(motif)。

反式作用因子

順式作用元件：真核生物中沒有操縱子，調(diào)節(jié)基因中調(diào)控序列有許多能結(jié)合調(diào)控蛋白的元件叫順式作用元件，它們往往與結(jié)構(gòu)基因保持一定的距離。

反式作用因子：指和順式作用元件結(jié)合的可擴散性蛋白，包括基礎(chǔ)因子，上游因子，誘導(dǎo)因子。

順式作用元件

真核生物的轉(zhuǎn)錄調(diào)控是調(diào)控的最重要的途經(jīng)，大多是通過順式作用元件和反式作用因子復(fù)雜的相互作用而實現(xiàn)的。順式作用元件（cis-actingelement）存在于基因 旁側(cè)序列中能影響基因表達的序列，它們的作用是參與基因表達的調(diào)控，本身不編碼任何蛋白質(zhì)，僅僅提供一個作用位點，要與反式作用因子相互作用而起作用。啟動子存在著很多順式元件，可分為以下四種類型：①核心啟動子成分，如TATA框；②上游啟動子成分，如CAAT框，GC框，ATF結(jié)合位點；③遠上游元件：如增強子，沉默子等；④特殊啟動子成分：如淋巴細胞中的Oct(octamer)和κB。這些元件都為不同的轉(zhuǎn)錄因子及蛋白質(zhì)識別和結(jié)合來調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)錄。

反式作用因子（trans-actingfactor）通過以下不同的途經(jīng)發(fā)揮調(diào)控作用：蛋白質(zhì)和DNA相互作用；蛋白質(zhì)和配基結(jié)合；蛋白質(zhì)之間的相互作用以及蛋白質(zhì)的修飾。參與基因表達調(diào)控的因子，它們與特異的靶基因的順式元件結(jié)合起作用。編碼反式作用因子的基因與被反式作用因子調(diào)控的靶序列(基因)不在同一染色體上。反式作用因子有兩個重要的功能結(jié)構(gòu)域:DNA結(jié)合結(jié)構(gòu)域和轉(zhuǎn)錄活化結(jié)構(gòu)域，它們是其發(fā)揮轉(zhuǎn)錄調(diào)控功能的必需結(jié)構(gòu)。反式作用因子可被誘導(dǎo)合成，其活性也受多種因素的調(diào)節(jié)。同一類序列特異性的反式作用因子由多基因家族所編碼。

順式作用元件實驗

與轉(zhuǎn)錄水平調(diào)節(jié)的反式作用因子通常可分為四大類(RobertG.Roeder，2004)：①RNA聚合酶；②和RNA聚合酶相聯(lián)系的普遍性轉(zhuǎn)錄因子(generaltranscriptionfactor，GTFs)它們結(jié)合在靶基因的啟動子上，形成前起始復(fù)合物(pre-initiationcomplex，PIC)，啟動基因的轉(zhuǎn)錄；③特異性轉(zhuǎn)錄因子(gene-specific(DNA-binding)regulatoryfactors)(如激活因子和抑制因子)，一類與靶基因啟動子和 增強子(或沉默子)特異結(jié)合的轉(zhuǎn)錄因子，具有細胞及基因特異性，可以增強或抑制靶基因的轉(zhuǎn)錄；④種類多樣的協(xié)調(diào)因子(coregulatoryfactors)，要么改變局部染色質(zhì)的構(gòu)像(如組蛋白?；D(zhuǎn)移酶和甲基轉(zhuǎn)移酶)，對基因轉(zhuǎn)錄的起始具有推動作用，要么直接在轉(zhuǎn)錄因子和前起始復(fù)合物之間發(fā)揮橋梁作用(如中介因子(Mediator))，推動前起始復(fù)合物(PIC)形成和發(fā)揮作用。包括：

1、螺旋轉(zhuǎn)角螺旋（Helix-turn-helix）：有2個螺旋，螺旋2是識別和DNA結(jié)合，一般結(jié)合于大溝；螺旋1和其它蛋白質(zhì)結(jié)合。兩個螺旋由一個轉(zhuǎn)角鏈接。

2、鋅指結(jié)構(gòu)：鋅指（zincfimger）這個名稱來源于它的結(jié)構(gòu)，它由一小組保守的氨基酸和鋅離子結(jié)合，在蛋白質(zhì)中形成了相對獨立的功能域，像一根根手指伸向DNA的大溝。兩種類型的DNA結(jié)合蛋白具有這種結(jié)構(gòu)，一類是鋅指蛋白，另一類是甾類受體。

3、亮氨酸拉鏈（Leucineziipper）兩個蛋白之間相互作用共同建立一個轉(zhuǎn)錄復(fù)合體，在一系列轉(zhuǎn)錄因子中發(fā)現(xiàn)的一種模體涉及兩個相同和不同的部分構(gòu)成。亮氨酸拉鏈?zhǔn)且环N富含亮氨酸的蛋白鏈形成的二聚體模體。它本身形成二聚體同時還可以識到特殊的DNA序列。一個親水的α-螺旋在其表面的一側(cè)有疏水基因（包括亮氨酸），另一側(cè)表面帶有電荷。

4、螺旋一環(huán)一螺旋（HLH）

5、同源異形結(jié)構(gòu)域（Homeodomains，HD）：同源異形盒（hoomeobox）是一種編碼60aa的序列，長180bp，幾乎存在于所有真核生物中。