真核生物的啟動子與轉錄起始

按照慣例，真核生物的啟動子更加複雜。真核生物有三種RNAP，所以有相應的三類啟動子。RNAP I負責轉錄rRNA，對應的是I類（class I）啟動子，由核心啟動子（-45至+20）和上遊控制元件（-180至-107）構成。

小RNA對應的III類啟動子又有3種類型，其中5 S rRNA基因和tRNA基因的啟動子都屬於下遊啟動子，即位於轉錄起點下遊。其內部包含box A、box B、boxC等元件，需要由TFIIIA、TFIIIC等轉錄因子識別。而snRNA的啟動子位於轉錄起點上遊。

RNAP III的啟動子與轉錄過程。Biochem

研究最多的還是II類啟動子，對應轉錄蛋白質編碼基因的RNAP II（Pol II）。其TATA box相當於原核的Pribnow box，位於-25至-32位；在大約-80位有CAAT box，相當於原核的-35序列；另外還有GC box和八聚體（octamer）box，以及一些應答元件（responseelement）等。

TATA box又稱為基本啟動子（basal promoter），它與上遊的TFIIB識別元件（TFIIB recognition element，BRE）、以轉錄起始位點為中心的起始子(initiator, Inr)，以及下遊啟動子元件(downstream promoter element, DPE)一起構成核心啟動子，其它均稱為上遊元件。

在真核生物的轉錄調控中，另一種常用的順式元件是增強子（enhancer）。增強子是與輔因子和轉錄因子（TFs）結合的DNA元件，能夠通過直接刺激啟動子（通常通過染色質環）來增加其靶基因的轉錄水平。

啟動子的位置是確定的，即與基因之間有特定的距離和方向。增強子則不同，它可能與其調節的啟動子相距數千Kb，可以在上遊或下遊。當處於非活性狀態時，二者不會靠近。但在活性狀態下，增強子通過形成環狀結構而在三維空間上接近啟動子，並將相應轉錄因子募集到該區域，從而促進基因表達。

轉錄調控與染色質結構密切相關。活性增強子通常沒有核小體結構，以利於TF的結合。而其附近的組蛋白經常具有表觀遺傳標記，例如H3K4me1（組蛋白H3的4位賴氨酸單甲基化）和H3K27的乙醯化（H3K27ac）。而H3K4的三甲基化（H3K4me3）通常在基因啟動子上富集。

參與轉錄調控的順式元件還包括絕緣子（insulator）和沉默子（silencer）等。前者可以隔絕某些順式元件對基因表達的調控作用，也可以防止異染色質擴散；後者抑制某一區域內的轉錄。

真核生物的轉錄起始同樣分為3個步驟，先識別啟動子形成封閉的前起始複合物，然後DNA解鏈形成開放複合物；最後通過「啟動子解脫」過渡到延伸階段。

原核生物的初始封閉複合物（RPC）由RNAP和promoter構成，而真核生物的啟動子識別還需要很多轉錄因子（transcription factor，TF），它們起著類似σ因子的作用。真核生物的初始封閉複合物稱為前起始複合物（preinitiation complex，PIC），其中包括中介體複合物（mediator complex）和多種通用轉錄因子（GTF），如TFIIA，TFIIB，TFIID，TFIIE，TFIIF和TFIIH。

TFIID是真核mRNA基因的核心啟動子識別因子，是一個很大的組裝體，分子量大於1 MD。它包括TATA結合蛋白（TBP）和13-14個不同的TBP相關因子（TAF）。TFIID識別DNA上的核心啟動子區域，隨後募集Pol II，TFIIH和Mediator複合物，組裝前起始複合物。

Mediator（中介體）也是一個分子量上兆的巨大複合物，參與PIC的募集與組裝。它與Pol II大亞基Rpb1的羧端結構域（CTD）相互作用，當CTD非磷酸化時二者結合，磷酸化後就會分離。中介體也參與轉錄調控，根據其組分不同而對轉錄其促進或抑制作用。

當TFIIH被募集之後，TFIIH相關的解旋酶會促進轉錄泡的形成，並允許模板DNA進入Pol II活性位點。這樣就啟動了RNA合成，在Pol II活性位點內產生雜合雙鏈。

RNA不斷延伸，但複合體與啟動子的結合仍然存在，從而阻止了聚合酶向前移動，因而不斷積累應力。在形成大於10 nt的RNA後，轉錄泡的上遊區域坍塌，從而允許模板鏈和編碼鏈DNA重新結合。

有人認為該過程獲得的能量可以推動聚合酶向前運動，使啟動子解脫步驟得以實現。當然啟動子解脫也是一個複雜的過程，還涉及Pol II羧端結構域（CTD）的磷酸化等過程。CTD的磷酸化可以幹擾其與中介體（Mediator）的結合，協助與啟動子的脫離。

現已陸續發現，在轉錄起始過程中，會有多種RNA參與。例如，增強子會轉錄出增強子RNA（eRNA），可以穩定染色質環，還可能參與轉錄延伸過程。

一些轉錄組研究表明，多數基因的啟動子區域會轉錄出一些非編碼RNA，稱為啟動子相關非編碼RNA（promoter-associated noncoding RNAs，pancRNAs）。它們可能通過順式元件作用促進或抑制轉錄，已有多種模型（J Exp Clin Cancer Res. 2020 Mar 17;39(1):51.）。

上世紀60年代就已經發現，原核和真核RNA聚合酶可以利用2-8 nt的RNA 在體外引發轉錄起始。2011年，Goldman等人在銅綠假單胞菌（Pseudomonas aeruginosa）中發現，2-4 nt 的nanoRNA（納米RNA）可在體內引發轉錄起始（Mol Cell. 2011 Jun 24; 42(6): 817–825.）。

這種極小的RNA可被特異性的寡核糖核酸酶（Orn）降解，Orn的失活會導致nanoRNA積累並引發廣泛的RNA轉錄。所以nanoRNA介導的啟動可以作為一種基因表達調控方式。