Promotor

Als Promotor, auch Promoter (ursprünglich franz. promoteur, Anstifter, Initiator), wird in der Genetik ein Abschnitt auf der DNA bezeichnet, der die Expression eines Gens steuert. Dieser Abschnitt entscheidet als Transkriptionsstartpunkt über Zeitpunkt und Häufigkeit der Genexpression. Der Promoter bindet dazu ein Enzym (die RNA-Polymerase), welche die Gensequenz abliest und eine RNA-Kopie herstellt (s.Abb.). Im Bereich der Promotorregion liegen Erkennungs-Sequenzen für den Enzymkomplex der Transkription und für regulatorische Proteine.

Den meisten Genen ist ein Promotor vorgeschaltet, der sich in drei Teile aufteilt: Den Enhancer, den proximalen Promotor und den Kernpromotor (vom 5’-Ende an betrachtet). Der Kern-Promotor beinhaltet meist die zur Transkription wesentliche TATA-Box. Sie stellt den entscheidenden Punkt dar, der notwendig ist, damit die Transkription überhaupt starten kann, denn hier binden die Transkriptionsfaktoren. TATA bezeichnet dabei die Basenabfolge Thymin - Adenin - Thymin - Adenin.

Der Promotor  liegt vor dem abzulesenden Bereich des jeweiligen Gens (er gehört selbst nicht mehr dazu und wird auch nicht mit abgelesen). Er liegt stromaufwärts des Gens (am 5'-Ende des Nichtmatrizenstranges und somit in Syntheserichtung vor dem RNA-codierenden 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.

Der Promotor ist Teil der „(Gen-)regulatorischen Bereiche“. Zu ihnen gehören ebenso vom Gen weiter entfernte Nukleotid-Sequenzen, die dessen Expression dennoch beeinflussen können. Der Enhancer soll die Transkription der DNA verstärken (engl. to enhance), indem er zusätzliche Bindungsstellen des Transkriptionskomplexes an das Gen ermöglicht. Neben den Enhancern gibt es auch die Silencer, die das genaue Gegenteil bewirken. Enhancer und Silencer werden auch als cis-Elemente (lat. ’cis’ = ’auf derselben Seite wie’) bezeichnet (Kundaje A et al. 2015).

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 wie das Downstream Promoter Element, eine allgemeine eukaryotische promotor-spezifische Nukleotid-Sequenz ist jedoch nur schwer zu charakterisieren. Daher ist es auch nicht leicht, diese durch bioinformatische Methoden, beispielsweise in der Genvorhersage, zu erfassen. Deshalb werden Promotoren heute vornehmlich mit Hochdurchsatzmethoden kartiert. Dabei erlaubt die integrative Analyse von RNA-Seq-Daten, DNA-Zugänglichkeit für DNasen, Histonmodifikation und DNA-Methylierung die Zell- oder Gewebe-spezifische Identifizierung von Promotoren in ganzen Genomen (Kundaje A et al. 2015).

1. Campbell Biologie 10., aktualisierte Auflage; Reece et al.; Abb. 17.8
2. Pennisi E (2007): DNA Study Forces Rethink of What It Means to Be a Gene. Science316: 1556–1557.
3. Kundaje A et al. (2015) Integrative analysis of 111 reference human epigenomes. Nature 518: 317–330.
4. Paget MS (2015) Bacterial Sigma Factors and Anti-Sigma Factors: Structure, Function and Distribution. In: Biomolecules 5: 1245–1265.