Eukaryoten: Silencer und Enhancer

Enhancer und Silencer sind zusätzliche Kontrollsequenzen

Eine RNA-Polymerase kann sich nicht ohne weiteres an einen Promotor binden, erst müssen sich bestimmte Transkriptionsfaktoren am Promotor befinden.

Zum Teil sehr weit vor dem Promotor liegen auf der DNA Enhancer- und Silencer-Regionen. Hierbei handelt es sich um Kontrollsequenzen, die die Transkription verstärken oder unterdrücken. Damit die Enhancer bzw. Silencer aktiv werden können, müssen sie zuvor weitere Transkriptionsfaktoren binden, und zwar bestimmte Regulationsproteine.

Ein direkt vor einem Promotor liegender Enhancer oder Silencer könnte durch sein gebundenes Regulationsprotein die RNA-Polymerase direkt beeinflussen. Wie aber funktionieren Kontrollsequenzen, die weit vor dem zugehörigen Promotor liegen?

Eine Möglichkeit wäre, dass die an die Enhancer bzw. Silencer gebundenen Proteine Moleküle herstellen, die dann die RNA-Polymerase beeinflussen, ähnlich wie zum Beispiel Lactose den lac-Repressor beeinflusst.

Eine andere und wahrscheinlichere Möglichkeit ist die, dass die Regulationsproteine, die an einen Enhancer oder Silencer gebunden sind, direkten Kontakt mit den Transkriptionsfaktoren aufnehmen, die an den Promotor gebunden sind. Dadurch würde sich eine Schleife in der DNA bilden. Irgendwie hat das dann wiederum Auswirkungen auf die Aktivität der RNA-Polymerase.

Eine kleine Bildertour

Arbeitsweise eines Enhancers
Autor: Ulrich Helmich 2023, Lizenz: siehe Seitenende

1. Auf diesem Bild sieht man die DNA mit dem Promotor (grün), dem Operator (rot) sowie einem weit davon entfernten Enhancer (blau). Außerdem sind ein Trankriptionsfaktor (grün) , ein Regulatorprotein (blau), ein Effektor (grün) und die RNA-Polymerase (blau) zu sehen.
2. Hier hat sich der Transkriptionsfaktor an den Promotor gesetzt, und das Regulatorprotein wurde durch den Effektor aktiviert, z.B. durch ein Hormon, das von außen in die Zelle eingedrungen ist. Daraufhin setzt sich das Regulatorprotein an den Enhancer.
3. Das Regulatorprotein und der Transkriptionsfaktor vereinigen sich zu einem Komplex, dadurch wird die DNA zu einer Schleife geformt. Jetzt erst kann die RNA-Polymerase an den Promotor andocken und mit der Transkription beginnen.

Sexualhormone aktivieren bestimmte Gene von außerhalb der Zelle

Kommen wir nun zur "Anwendung" des bisher Gesagten. Dazu betrachten wir ein bekanntes Beispiel, nämlich die Wirkung von Sexualhormonen auf ihre Zielzellen.

Hormone gehören zu den primären Botenstoffen, ähnlich wie die Neurotransmitter. Sie werden in bestimmten Zellen hergestellt und verbreiten sich über die Blutbahn. Bestimmte Zellen, die Zielzellen, haben spezifische Rezeptoren für diese Hormone in ihrer Membran. An diese Rezeptoren können die Hormon-Moleküle nach dem Schlüssel-Schloss-Prinzip andocken und dann verschiedene Dinge bewirken.

Manche Hormone aktivieren zum Beispiel eine Adenylat-Zyklase auf der Innenseite der Membran, die dann cAMP herstellt - einen sekundären Botenstoff. Dieses cAMP wiederum kann direkt zum Zellkern wandern und bestimmte Gene aktivieren (siehe z.B. Einfluss von Glucose auf das lac-Operon), oder es kann bestimmte Enzyme des Zellplasmas aktivieren, die dann ihrerseits Stoffe herstellen, die zum Zellkern wandern und dort Gene aktivieren oder auch hemmen.

Bestimmte Hormone wandern zusammen mit ihrem Rezeptor in das Zellplasma und bewirken dort allerlei Effekte. Die Sexualhormone gehören zu dieser Gruppe von Hormonen.

Der Hormon-Rezeptor-Komplex wandert in den Zellkern und bindet sich dort an einen Enhancer. Mit seinem anderen Ende nimmt der Komplex Kontakt zum Promotor bzw. zu den an den Promotor gebundenen Transkriptionsfaktoren auf; es kommt zur Schleifenbildung:

Ein Hormon-Rezeptor-Komplex aktiviert die RNA-Polymerase
Autor: Ulrich Helmich, Lizenz: siehe Seitenende

Die obige Abbildung kann man jetzt so interpretieren: Die blaue Kugel oben ist der Hormon-Rezeptor-Komplex (blau = Rezeptor, grün = Hormon). Die grüne Ellipse unten ist die RNA-Polymerase, und das grüne Rechteck unten ist ein Transkriptionsfaktor, der an den Promotor gebunden ist.