Fynden, rapporterade i tidskriften Nature Communications, ger en ny förståelse för hur celler kontrollerar genaktivitet och kan få konsekvenser för utvecklingen av nya läkemedel och terapier för att behandla genetiska sjukdomar, cancer och andra tillstånd.
Genpromotorer är regioner av DNA belägna strax uppströms om gener, där den genetiska informationen som bärs av DNA transkriberas till RNA-molekyler som sedan används för att producera proteiner. Promotorer styr hastigheten med vilken gener uttrycks och bestämmer hur mycket protein som produceras.
Forskare har länge känt till att promotorer innehåller specifika sekvenser av nukleotider, byggstenarna i DNA, som känns igen av proteiner som kallas transkriptionsfaktorer. Dessa transkriptionsfaktorer binder till promotorerna och initierar transkription, processen att kopiera den genetiska koden till RNA.
De specifika mekanismerna genom vilka promotorer reglerar genuttryck har dock förblivit dåligt förstådda.
I den nya studien använde forskarna en kombination av experimentella tekniker och beräkningsmodellering för att undersöka hur promotorer styr genuttrycket i bakterien *Escherichia coli*. De fann att nyckeln ligger i avståndet och arrangemanget av nukleotidsekvenserna som känns igen av transkriptionsfaktorer.
Forskarna fann att det optimala avståndet mellan dessa sekvenser, känt som "mellanrumsfönstret", är avgörande för genuttryck. När avståndet är för kort eller för långt, hämmas transkription.
Forskarna fann också att arrangemanget av dessa sekvenser, känd som "sekvenskompositionen", är viktigt för genuttryck. Promotorer med en högre densitet av de igenkända sekvenserna tenderar att vara mer aktiva, medan promotorer med en lägre densitet är mindre aktiva.
"Vår studie ger en ny förståelse för hur promotorer reglerar genuttryck", säger NIST:s Dr Michael Lynch, en av huvudförfattarna till studien. "Detta kan öppna upp nya vägar för att utveckla läkemedel och terapier för att behandla genetiska sjukdomar, cancer och andra tillstånd."
En potentiell tillämpning av denna forskning är i utvecklingen av genterapi, som syftar till att behandla sjukdomar genom att förändra uttrycket av gener. Genom att förstå hur promotorer kontrollerar genuttryck, kan forskare designa läkemedel eller terapier som riktar sig mot specifika promotorer och modifiera aktiviteten hos de gener som de kontrollerar.
Forskarna fortsätter att undersöka hur promotorer reglerar genuttryck i andra organismer, inklusive människor. De arbetar också med att utveckla nya metoder för att förutsäga aktiviteten hos promotorer, som skulle kunna användas för att designa mer effektiva genterapier.
