FAKTOR TRANSKRIPCIJE: MEHANIZEM DELOVANJA, VRSTE, FUNKCIJE - BIOLOGIJA - 2025

Transkripcijski faktor je regulativni "pripomoček" beljakovine potrebne za gensko transkripcijo. Transkripcija je prvi korak v ekspresiji genov in vključuje prenos informacij, vsebovanih v DNK, v molekulo RNA, ki se nato predela, da nastanejo genski produkti.

RNA polimeraza II je encim, ki je odgovoren za prepisovanje večine evkariontskih genov in poleg nekaterih majhnih RNK ​​tvori tudi messenger RNA, ki se bodo kasneje prevedli v beljakovine. Ta encim zahteva prisotnost vrste transkripcijskih faktorjev, znanih kot splošni ali bazni transkripcijski faktorji.

Vrsta faktorja transkripcije «Zapiranje levcina» (Vir: I, Splette prek Wikimedia Commons)

Vendar to niso edini dejavniki transkripcije, ki obstajajo v naravi, saj obstajajo "splošni" proteini, tako v evkariotih kot v prokariotih in arhejah, ki sodelujejo pri uravnavanju tkivno specifičnih genskih transkripcij (v večceličnih organizmov) ali pri uravnavanju genske aktivnosti kot odziv na različne dražljaje.

Ti transkripcijski faktorji so zelo pomembni učinki in jih lahko najdemo v skoraj vseh živih organizmih, saj predstavljajo glavni vir uravnavanja genske ekspresije.

Podrobne študije različnih faktorjev transkripcije pri različnih vrstah živih organizmov kažejo, da imajo modularno strukturo, v kateri je za interakcijo z DNK odgovorno določeno območje, drugi pa povzročajo spodbujevalne ali zaviralne učinke.

Transkripcijski faktorji torej sodelujejo pri modeliranju vzorcev genske ekspresije, ki nima nič skupnega s spremembami v zaporedju DNK, temveč z epigenetskimi spremembami. Znanost, ki je odgovorna za preučevanje teh sprememb, je znana kot epigenetika.

Mehanizem delovanja

Da bi lahko opravljali svoje funkcije, morajo biti transkripcijski faktorji sposobni posebej prepoznati in se vezati na določeno zaporedje DNK, da pozitivno ali negativno vplivajo na prepisovanje tega območja DNK.

Splošni transkripcijski faktorji, ki so v osnovi enaki za transkripcijo vseh genov tipa II v evkariontih, se najprej sestavijo na promocijskem območju gena in tako usmerijo pozicioniranje encima polimeraze in "odpiranje" dvojnika propeler.

Postopek poteka v več zaporednih korakih:

- vezava splošnega transkripcijskega faktorja TFIID na zaporedje ponovitev timina (T) in adenina (A) v genu, znanem kot "polje TATA"; to povzroči izkrivljanje DNK, ki je potrebno za vezavo drugih proteinov na promocijsko regijo.

- Naknadna sestava drugih splošnih dejavnikov (TFIIB, TFIIH, TFIH, TFIIE, TFIIF itd.) In RNA polimeraze II, ki tvorijo tako imenovani kompleks iniciacije transkripcije.

- Sprostitev iniciacijskega kompleksa, fosforilacija polimeraze s faktorjem TFIIH in začetek transkripcije in sinteze molekule RNA iz zaporedja gena, ki je prepisan.

Aktivacija in zatiranje transkripcije

Kot smo že omenili, lahko "splošni" transkripcijski faktorji uravnavajo izražanje genov, bodisi pozitivno ali negativno.

Aktivacija

Nekateri od teh beljakovin vsebujejo poleg strukturnih domen, ki vežejo DNA, druge motive, znane kot aktivacijske domene, ki so bogate z ostanki kislih aminokislin, ostanki glutamina ali prolina.

Te aktivacijske domene vplivajo na elemente kompleksa splošnih transkripcijskih faktorjev ali s sorodnimi molekulami koaktivatorjev, ki neposredno komunicirajo s kompleksom. Ta interakcija povzroči bodisi spodbudo sestavljanja transkripcijskega kompleksa bodisi povečanje njegove aktivnosti.

Represija

Večina transkripcijskih faktorjev zavira transkripcijo tako, da posega v aktivnost pozitivno delujočih transkripcijskih faktorjev in blokira njihov stimulacijski učinek. Delujejo lahko tako, da blokirajo vezavo pozitivnega faktorja na DNK ali pa delujejo na dejavnike, ki inaktivirajo kromatinsko strukturo.

Drugi zaviralni dejavniki delujejo tako, da neposredno blokirajo transkripcijo, ne da bi blokirali delovanje katerega koli aktivirajočega transkripcijskega faktorja; in znižajo bazalno raven transkripcije na raven, ki je celo nižja od tiste, ki je bila dosežena ob odsotnosti aktivirajočih dejavnikov.

Tako kot aktivatorski proteini tudi represivni dejavniki neposredno ali posredno delujejo z bazalnimi ali splošnimi transkripcijskimi faktorji.

Vrste

Čeprav je večina transkripcijskih faktorjev razvrščenih glede na značilnosti ali identiteto njihovih domen, ki vežejo DNA, obstajajo tudi nekateri, ki so razvrščeni tudi kot transkripcijski faktorji, ki ne vplivajo neposredno na DNK in so znani kot transkripcijski faktorji. "Posredno".

Neposredni faktorji transkripcije

So najpogostejši dejavniki transkripcije. Imajo domene, ki vežejo DNA, in lahko aktivirajo ali zavirajo ekspresijo genov z vezavo na specifična področja DNA. Med seboj se razlikujejo, zlasti glede na svoje domene, ki vežejo DNA, in stanje oligomerizacije.

Najbolj raziskane in priznane družine te vrste dejavnikov so:

Helix-Turn-Helix (" helix-turn-helix ", HTH)

To je bila prva družina dejavnikov, ki so odkrili domene, ki vežejo DNA, in je prisoten v številnih evkariontskih in prokariotskih proteinih. Njegov motiv prepoznavanja je sestavljen iz α vijačnice, vrtenja in druge α vijačnice.

V območju zavoja imajo ohranjene domene glicina in tudi nekatere hidrofobne ostanke, ki pomagajo stabilizirati razporeditev obeh vijačnic v enoti HTH.

Domača domena

Prisotna je v velikem številu evkariontskih regulativnih proteinov. Prve sekvence so bile prepoznane v razvojnih regulacijskih proteinih Drosophila. Ta domena poleg podaljšane roke N-terminala vsebuje motiv HTH, ki veže DNK in dodatno α-vijačnico.

Cinkovi prsti

Odkrili so jih v Xenopusovem transkripcijskem faktorju TFIIIA in pokazali so se, da sodelujejo v mnogih vidikih evkariontske regulacije genov. Najdemo jih v beljakovinah, ki jih povzročajo signali diferenciacije in rasti, v proto-onkogenih in v nekaterih splošnih transkripcijskih faktorjih.

Zanje je značilno, da se ponavljajo serije 30 motivov cinkovega prsta, ki vsebujejo različne ostanke cisteina in histidina.

Steroidni receptorji

Ta družina vključuje pomembne regulativne beljakovine, ki imajo poleg domene za vezavo hormonov tudi domeno za vezavo DNA in na splošno delujejo kot aktivatorji transkripcije.

Vezne domene vsebujejo 70 ostankov, med katerimi je 8 konzerviranih cisteinskih ostankov. Nekateri avtorji menijo, da bi lahko ti dejavniki tvorili par cinkovih prstov glede na prisotnost dveh sklopov štirih cisteinov.

Zapiranje levcina in vijačnica ( vijačnica vijačnica )

Ti transkripcijski faktorji sodelujejo pri diferenciaciji in razvoju ter delujejo s tvorbo heterodimera. Domeno za zapiranje levcina opazimo v različnih evkariontskih beljakovinah, zanj pa sta značilni dve poddomeni: zapiranje levcina, ki posreduje dimerizacijo, in osnovno območje za vezavo DNA.

Β motivi listov

Najdemo jih predvsem v evkariontskih faktorjih in se odlikujejo po vezavi na DNK z antiparalnimi β-listi.

Posredni faktorji transkripcije

Ta vrsta transkripcijskega faktorja ima svoje regulativne učinke na izražanje genov ne s pomočjo neposredne interakcije z DNK, temveč z interakcijo beljakovin in beljakovin z drugimi transkripcijskimi dejavniki, ki vplivajo na DNK. Zato jih imenujemo "posredni".

Prvi, ki so ga opisali, je bil transaktivator virusa herpes simpleksa (HSV), znan kot VP16, ki se veže na faktor Oct-1, ko so celice okužene s tem virusom, in spodbudi prepisovanje specifičnega gena.

Tovrstni dejavniki, kot tisti, ki se vežejo na DNK, lahko aktivirajo ali potisnejo transkripcijo genov, zato jih imenujemo "koaktivatorji" oziroma "jedrni stiskalniki".

Uredba

Te beljakovine lahko reguliramo na dveh ravneh: v njihovi sintezi in njihovi aktivnosti, kar je odvisno od različnih spremenljivk in več situacij.

Regulacija sinteze

Uravnavanje njegove sinteze je lahko povezano s tkivno specifičnim izražanjem nekaterih transkripcijskih faktorjev. Primer tega je lahko MyoD faktor, ki se sintetizira le v celicah skeletnih mišic in je potreben za diferenciacijo njihovih nediferenciranih predhodnikov fibroblasta.

Čeprav se regulacija sinteze v osnovi uporablja za nadzor genske ekspresije v določenih celičnih vrstah in tkivih, to ni edini način, saj je prav tako regulirana sinteza dejavnikov, ki sodelujejo pri indukciji genov, ki sodelujejo v odzivu. na različne dražljaje.

Regulacija dejavnosti

Drug regulativni mehanizem za transkripcijske faktorje je uravnavanje njihove aktivnosti, ki je povezano z aktiviranjem drugih že obstoječih transkripcijskih faktorjev, ki imajo pozitivne ali negativne učinke na aktivnost določenega dejavnika.

Aktivacija teh "sekundarnih" dejavnikov se ponavadi zgodi z različnimi mehanizmi, kot so vezava ligandov, medsebojne spremembe medsebojno delovanje beljakovin in beljakovin, fosforilacija.

Vloge in pomen

Faktorji transkripcije sodelujejo v najrazličnejših procesih, kot so embrionalni razvoj, rast in diferenciacija, nadzor celičnega cikla, prilagajanje nihajočim okoljskim razmeram, vzdrževanje vzorcev sinteze beljakovin za celice in tkiva itd.

Na primer, v rastlinah imajo pomembne funkcije v obrambi in odzivanju na različne vrste stresa. Osteogenezo pri živalih je bilo določeno, da jo nadzirajo transkripcijski faktorji, pa tudi številni drugi postopki diferenciacije različnih celičnih linij.

Glede na pomen teh beljakovin v organizmih ni redko razmišljati, da bi spremembe teh regulacijskih elementov povzročile resne patološke spremembe.

Pri ljudeh so lahko patologije, povezane s transkripcijskimi dejavniki, razvojne motnje (na primer mutacije, ki povzročajo inaktivacijo transkripcijskih faktorjev), motnje v hormonskem odzivu ali raka.

Reference

1. Alberts, B., Dennis, B., Hopkin, K., Johnson, A., Lewis, J., Raff, M., … Walter, P. (2004). Bistvena celična biologija. Abingdon: Garland Science, Taylor & Francis Group.
2. Iwafuchi-doi, M., & Zaret, KS (2014). Pionirski transkripcijski faktorji pri reprogramiranju celic. Geni in razvoj, 28, 2679–2692.
3. Latchman, D. (1997). Dejavniki transkripcije: pregled. Int. J. Biochem. Celica. Biol., 29 (12), 1305-1312.
4. Latchman, DS (2007). Faktorji prepisovanja Enciklopedija znanosti o življenju, 1–5.
5. Marie, PJ (2008). Transkripcijski dejavniki, ki nadzorujejo osteoblastogenezo. Arhiv biokemije in biofizike, 473, 98-105.
6. Pabo, C., in Sauer, RT (1992). Dejavniki transkripcije: strukturne družine in načela prepoznavanja DNK. Annu Rev., 61, 1053–1095.
7. Singh, KB, Foley, RC, in Oñate-sánchez, L. (2002). Transkripcijski dejavniki v obrambni obrambi in odzivi na stres. Trenutno mnenje iz biološke rastline, 5, 430-436.