TATA框

TATA框（TATA box，又称戈德堡-霍格内斯框，Goldberg-Hogness box）是真核生物基因（gene）启动子（promoter）核心区域的一段高度保守的DNA序列（DNA sequence），是RNA聚合酶II（RNA polymerase II）识别并结合、进而启动基因转录（transcription）的关键位点之一。

目录

1. 结构与序列特征

2. 发现历史

3. 生物学功能

4. 相关蛋白质与复合物

5. 临床意义与疾病关联

6. 参考文献

结构与序列特征

TATA框通常位于转录起始位点（transcription start site, TSS）上游约-25至-35碱基对（base pairs, bp）处。其核心共有序列（consensus sequence）在真核生物中为 5‘-TATAWAW-3’（其中W代表A或T），在原核生物中类似序列常被称为普里布诺框（Pribnow box），位于-10区，序列为TATAAT。

下表总结了其典型特征：

并非所有真核基因启动子都包含典型的TATA框。许多看家基因（housekeeping gene）和某些受调控的基因使用富含GC的启动子或其他启动子元件（promoter elements），如起始子（Inr）和下游启动子元件（DPE）。

发现历史

TATA框由美国科学家David Hogness及其同事于1978年在研究果蝇（Drosophila）基因时首次发现并命名。因其富含腺嘌呤（Adenine）和胸腺嘧啶（Thymine）碱基，序列类似“TATA”，故得名。几乎同时，在原核生物中，David Pribnow也发现了类似功能的-10区序列。这一发现是分子生物学领域阐明转录调控机制的重要里程碑。

生物学功能

TATA框的主要功能是作为通用转录因子（general transcription factors）的识别与结合位点，从而指导RNA聚合酶II在正确位置组装转录起始复合物（transcription initiation complex）。

其具体作用过程可概括为：

1. TATA结合蛋白（TBP）特异性地识别并结合TATA框的DNA小沟，使DNA发生约80°的显著弯曲。

2. TBP作为转录因子IID（TFIID）复合物的核心亚基，招募其他通用转录因子（如TFIIA, TFIIB, TFIIF, TFIIE, TFIIH）。

3. 这些因子共同促进RNA聚合酶II正确定位并结合，最终形成稳定的转录起始复合物。

4. 复合物形成后，在ATP供能下，DNA双链在转录起始位点附近解开，RNA合成正式开始。

TATA框的存在通常与高表达水平和严格调控的基因相关，尤其在组织特异性表达或对外部信号响应迅速的基因中更为常见。

相关蛋白质与复合物

• TATA结合蛋白（TBP）：属于转录因子（transcription factor）家族，具有独特的马鞍形结构，专一性结合TATA框。

• 转录因子IID复合物（TFIID）：由TBP和至少13种TBP相关因子（TAFs）组成的大分子复合物，是组装前起始复合物的首个关键因子。

• RNA聚合酶II：负责转录所有蛋白质编码基因和大部分非编码RNA的酶。

• 其他通用转录因子：TFIIA、TFIIB、TFIIF、TFIIE、TFIIH等，协同作用，确保转录精确、高效起始。

临床意义与疾病关联

TATA框序列的突变或异常可能破坏转录起始复合物的正常组装，导致基因表达水平异常，进而引发疾病。例如：

• β-地中海贫血（Beta-thalassemia）：某些病例是由于β-珠蛋白基因（β-globin gene）启动子区TATA框发生点突变（如A→G），导致转录效率显著下降，血红蛋白合成不足。

• 癌症（Cancer）：一些原癌基因（oncogene）或肿瘤抑制基因（tumor suppressor gene）启动子区TATA框的突变可能改变其表达模式，参与肿瘤发生。

• 遗传性疾病：多种因关键基因转录失调导致的遗传病，其分子病因可能涉及TATA框或其结合蛋白的变异。

参考文献

1. Hogness, D.S. (1978). "The TATA box and transcriptional initiation." Cold Spring Harbor Symposia on Quantitative Biology, 42: 301-305. (经典发现文献)

2. Maston, G.A., Evans, S.K., & Green, M.R. (2006). "Transcriptional regulatory elements in the human genome." Annual Review of Genomics and Human Genetics, 7: 29-59. (综述启动子元件，包括TATA框)

3. Juven-Gershon, T., Hsu, J.Y., & Kadonaga, J.T. (2008). "Perspectives on the RNA polymerase II core promoter." Developmental Biology, 319(2): 257-265. (详述核心启动子结构与功能)

4. Orphanides, G., Lagrange, T., & Reinberg, D. (1996). "The general transcription factors of RNA polymerase II." Genes & Development, 10(21): 2657-2683. (阐述通用转录因子及起始复合物组装)

5. Antonarakis, S.E., et al. (1984). "Beta-thalassemia in American Blacks: novel mutations in the TATA box and an acceptor splice site." Proceedings of the National Academy of Sciences USA, 81(4): 1154-1158. (TATA框突变致病的经典案例)