I alle organismer (med unntak av noen virus) skjer implementeringen av genetisk materiale i henhold til DNA-RNA-proteinsystemet. På det første stadiet blir informasjon omskrevet (transkribert) fra en nukleinsyre til en annen. Proteinene som regulerer denne prosessen kalles transkripsjonsfaktorer.
Hva er transkripsjon
Transkripsjon er biosyntesen av et RNA-molekyl basert på en DNA-mal. Dette er mulig på grunn av komplementariteten til visse nitrogenholdige baser som utgjør nukleinsyrer. Syntese utføres av spesialiserte enzymer - RNA-polymeraser og kontrolleres av mange regulatoriske proteiner.
Hele genomet blir ikke transkribert på en gang, men bare en viss del av det, k alt transkripsjon. Sistnevnte inkluderer en promoter (stedet for binding av RNA-polymerase) og en terminator (en sekvens som aktiverer fullføringen av syntesen).
Prokaryot transkripsjon er et operon som består av flere strukturelle gener (cistroner). Basert på det syntetiseres polycistronisk RNA,som inneholder informasjon om aminosyresekvensen til en gruppe funksjonelt beslektede proteiner. Eukaryot transkripsjon inneholder bare ett gen.
Den biologiske rollen til transkripsjonsprosessen er dannelsen av mal-RNA-sekvenser, på grunnlag av hvilke proteinsyntese (translasjon) utføres i ribosomer.
RNA-syntese i prokaryoter og eukaryoter
RNA-synteseskjemaet er det samme for alle organismer og inkluderer 3 stadier:
- Initiering - festing av polymerasen til promoteren, aktivering av prosessen.
- Forlengelse - forlengelse av nukleotidkjeden i retning fra 3' til 5' ende med lukking av fosfodiesterbindinger mellom nitrogenholdige baser, som er valgt komplementært til DNA-monomerer.
- Oppsigelse er fullføringen av synteseprosessen.
I prokaryoter blir alle typer RNA transkribert av én RNA-polymerase, bestående av fem protomerer (β, β', ω og to α-underenheter), som sammen danner et kjerneenzym som er i stand til å øke kjeden av ribonukleotider. Det er også en ekstra enhet σ, uten hvilken binding av polymerasen til promoteren er umulig. Komplekset av kjernen og sigmafaktoren kalles et holoenzym.
Til tross for at σ-underenheten ikke alltid er assosiert med kjernen, regnes den som en del av RNA-polymerasen. I den dissosierte tilstanden er ikke sigma i stand til å binde seg til promoteren, bare som en del av holoenzymet. Etter at initieringen er fullført, separeres denne protomeren fra kjernen, og erstattes av en forlengelsesfaktor.
Funksjonprokaryoter er en kombinasjon av translasjons- og transkripsjonsprosesser. Ribosomer slutter seg umiddelbart til RNA som begynner å bli syntetisert og bygger en aminosyrekjede. Transkripsjon stopper på grunn av dannelsen av en hårnålsstruktur i terminatorområdet. På dette stadiet brytes DNA-polymerase-RNA-komplekset ned.
I eukaryote celler utføres transkripsjon av tre enzymer:
- RNA-polymerase l – syntetiserer 28S og 18S-ribosom alt RNA.
- RNA-polymerase ll – transkriberer gener som koder for proteiner og små kjernefysiske RNA-er.
- RNA-polymerase lll - ansvarlig for syntesen av tRNA og 5S rRNA (liten underenhet av ribosomer).
Ingen av disse enzymene er i stand til å initiere transkripsjon uten deltakelse av spesifikke proteiner som gir interaksjon med promoteren. Essensen av prosessen er den samme som i prokaryoter, men hvert trinn er mye mer komplisert med deltakelse av et større antall funksjonelle og regulatoriske elementer, inkludert kromatinmodifiserende. Bare på initieringsstadiet er rundt hundre proteiner involvert, inkludert en rekke transkripsjonsfaktorer, mens i bakterier er én sigma-subenhet nok til å binde seg til promoteren og noen ganger er det nødvendig med hjelp av en aktivator.
Det viktigste bidraget til den biologiske rollen til transkripsjon i biosyntesen av ulike typer proteiner avgjør behovet for et strengt system for kontroll av genavlesning.
Transkripsjonsregulering
I ingen celle er det genetiske materialet realisert i sin helhet: bare en del av genene blir transkribert, mens resten er inaktive. Dette er mulig takket være kompleksetregulatoriske mekanismer som bestemmer fra hvilke DNA-segmenter og i hvilken mengde RNA-sekvenser som skal syntetiseres.
I encellede organismer har den differensielle aktiviteten til gener en adaptiv verdi, mens den i flercellede organismer også bestemmer prosessene for embryogenese og ontogenese, når ulike typer vev dannes på grunnlag av ett genom.
Genuttrykk kontrolleres på flere nivåer. Det viktigste trinnet er reguleringen av transkripsjon. Den biologiske betydningen av denne mekanismen er å opprettholde den nødvendige mengden av forskjellige proteiner som kreves av en celle eller organisme på et bestemt eksistensøyeblikk.
Det er en justering av biosyntese på andre nivåer, som prosessering, translasjon og transport av RNA fra kjernen til cytoplasma (sistnevnte er fraværende i prokaryoter). Når de er positivt regulert, er disse systemene ansvarlige for produksjonen av et protein basert på det aktiverte genet, som er den biologiske betydningen av transkripsjon. Imidlertid kan kjeden suspenderes når som helst. Noen regulatoriske trekk i eukaryoter (alternative promotere, spleising, modifikasjon av polyadenelleringssteder) fører til utseendet til forskjellige varianter av proteinmolekyler basert på samme DNA-sekvens.
Siden dannelsen av RNA er det første trinnet i dekodingen av genetisk informasjon på veien til proteinbiosyntese, er den biologiske rollen til transkripsjonsprosessen i å modifisere cellefenotypen mye mer betydningsfull enn reguleringen av prosessering eller translasjon..
Bestemmelse av aktiviteten til spesifikke gener som ii både prokaryoter og eukaryoter forekommer det på initieringsstadiet ved hjelp av spesifikke brytere, som inkluderer regulatoriske områder av DNA og transkripsjonsfaktorer (TF). Driften av slike brytere er ikke autonom, men er under streng kontroll av andre mobilsystemer. Det er også mekanismer for uspesifikk regulering av RNA-syntese, som sikrer normal passasje av initiering, forlengelse og terminering.
Konseptet med transkripsjonsfaktorer
I motsetning til de regulatoriske elementene i genomet, er transkripsjonsfaktorer kjemisk proteiner. Ved å binde seg til spesifikke områder av DNA, kan de aktivere, hemme, fremskynde eller bremse transkripsjonsprosessen.
Avhengig av effekten som produseres, kan transkripsjonsfaktorene til prokaryoter og eukaryoter deles inn i to grupper: aktivatorer (initierer eller øker intensiteten av RNA-syntese) og repressorer (undertrykker eller hemmer prosessen). For tiden er mer enn 2000 TF-er funnet i forskjellige organismer.
Transkripsjonsregulering i prokaryoter
I prokaryoter skjer kontrollen av RNA-syntese hovedsakelig på initieringsstadiet på grunn av interaksjonen av TF med en spesifikk region av transkripsjonen - en operatør som er plassert ved siden av promoteren (noen ganger krysser den) og, faktisk er et landingssted for det regulatoriske proteinet (aktivator eller repressor). Bakterier kjennetegnes av en annen måte for differensiell kontroll av gener - syntesen av alternative σ-underenheter beregnet på forskjellige grupper av promotorer.
Delvis operon uttrykkkan reguleres i stadiene av forlengelse og terminering, men ikke på grunn av DNA-bindende TF-er, men på grunn av proteiner som interagerer med RNA-polymerase. Disse inkluderer Gre-proteiner og antiterminatorfaktorene Nus og RfaH.
Forlengelsen og termineringen av transkripsjon i prokaryoter påvirkes på en viss måte av den parallelle proteinsyntesen. Hos eukaryoter er både disse prosessene i seg selv og transkripsjons- og translasjonsfaktorene romlig atskilt, noe som betyr at de ikke er funksjonelt relatert.
Aktivatorer og undertrykkere
Prokaryoter har to mekanismer for transkripsjonsregulering på initieringsstadiet:
- positiv - utført av aktivatorproteiner;
- negativ - kontrollert av undertrykkere.
Når faktoren er positivt regulert, aktiverer tilknytningen av faktoren til operatøren genet, og når det er negativt, tvert imot, slår det det av. Evnen til et regulatorisk protein til å binde seg til DNA avhenger av festingen av en ligand. Rollen til sistnevnte spilles vanligvis av lavmolekylære cellulære metabolitter, som i dette tilfellet fungerer som koaktivatorer og corepressorer.
Repressorens virkningsmekanisme er basert på overlapping av promoter- og operatørregioner. I operoner med denne strukturen, lukker bindingen av en proteinfaktor til DNA en del av landingsstedet for RNA-polymerase, og hindrer sistnevnte i å starte transkripsjon.
Aktivatorer fungerer på svake promotere med lav funksjonalitet som er dårlig gjenkjent av RNA-polymeraser eller er vanskelige å smelte (separate helix-tråderDNA som kreves for å starte transkripsjon). Ved å bli med operatøren samhandler proteinfaktoren med polymerasen, noe som øker sannsynligheten for initiering betydelig. Aktivatorer er i stand til å øke intensiteten av transkripsjon med 1000 ganger.
Noen prokaryote TF-er kan fungere som både aktivatorer og undertrykkere avhengig av hvor operatøren befinner seg i forhold til promoteren: hvis disse områdene overlapper, hemmer faktoren transkripsjon, ellers utløses den.
| Ligand-funksjon med hensyn til faktoren | Ligand state | Negativ regulering | Positiv regulering |
| Gir separasjon fra DNA | Bli med | Fjerning av repressorproteinet, aktivering av genet | Fjerning av aktivatorprotein, genavstenging |
| Legger til faktor til DNA | Slett | Fjerning av undertrykker, inkludering av transkripsjon | Fjern aktivator, slå av transkripsjon |
Negativ regulering kan vurderes på eksemplet med tryptofan-operonen til bakterien E. coli, som er karakterisert ved plasseringen av operatøren i promotorsekvensen. Repressorproteinet aktiveres ved festing av to tryptofanmolekyler, som endrer vinkelen på det DNA-bindende domenet slik at det kan gå inn i hovedsporet i dobbelthelixen. Ved lav konsentrasjon av tryptofan mister repressoren sin ligand og blir inaktiv igjen. Med andre ord, frekvensen av transkripsjonsinitieringomvendt proporsjonal med mengden metabolitt.
Noen bakterielle operoner (for eksempel laktose) kombinerer positive og negative reguleringsmekanismer. Et slikt system er nødvendig når ett signal ikke er nok for rasjonell kontroll av uttrykk. Dermed koder laktoseoperonet for enzymer som transporterer inn i cellen og deretter bryter ned laktose, en alternativ energikilde som er mindre lønnsom enn glukose. Derfor, bare ved en lav konsentrasjon av sistnevnte, binder CAP-proteinet seg til DNA og starter transkripsjon. Dette er imidlertid kun tilrådelig i nærvær av laktose, hvis fravær fører til aktivering av Lac-repressoren, som blokkerer polymerasens tilgang til promoteren selv i nærvær av en funksjonell form av aktivatorproteinet.
På grunn av operonstrukturen i bakterier styres flere gener av én regulatorisk region og 1-2 TF-er, mens i eukaryoter har et enkelt gen et stort antall regulatoriske elementer, som hver er avhengig av mange andre faktorer. Denne kompleksiteten tilsvarer det høye organiseringsnivået til eukaryoter, og spesielt flercellede organismer.
Regulering av mRNA-syntese i eukaryoter
Kontrollen av eukaryotisk genekspresjon bestemmes av den kombinerte virkningen av to elementer: proteintranskripsjonsfakta (TF) og regulatoriske DNA-sekvenser som kan lokaliseres ved siden av promoteren, mye høyere enn den, i introner eller etter gen (som betyr den kodende regionen, og ikke et gen i sin fulle betydning).
Noen områder fungerer som brytere, andre samhandler ikkedirekte med TF, men gi DNA-molekylet den fleksibiliteten som er nødvendig for dannelsen av en løkkelignende struktur som følger prosessen med transkripsjonell aktivering. Slike regioner kalles spacere. Alle regulatoriske sekvenser sammen med promoteren utgjør genkontrollregionen.
Det er verdt å merke seg at virkningen av transkripsjonsfaktorene i seg selv bare er en del av en kompleks flernivåregulering av genetisk ekspresjon, der et stort antall elementer legger sammen til den resulterende vektoren, som bestemmer om RNA vil til slutt syntetiseres fra en bestemt region av genomet.
En tilleggsfaktor i kontrollen av transkripsjon i kjernecellen er en endring i strukturen til kromatin. Her er både total regulering (gitt av distribusjonen av heterokromatin- og eukromatinregioner) og lokal regulering assosiert med et spesifikt gen til stede. For at polymerase skal fungere, må alle nivåer av DNA-komprimering, inkludert nukleosomet, elimineres.
Mangfoldet av transkripsjonsfaktorer i eukaryoter er assosiert med et stort antall regulatorer, som inkluderer forsterkere, lyddempere (forsterkere og lyddempere), samt adapterelementer og isolatorer. Disse stedene kan være lokalisert både nær og i betydelig avstand fra genet (opptil 50 tusen bp).
Forsterkere, lyddempere og adapterelementer
Enhancers er kort sekvensielt DNA som er i stand til å utløse transkripsjon når de interagerer med et regulatorisk protein. Tilnærming av forsterkeren til promotorregionen til genetutføres på grunn av dannelsen av en løkkelignende struktur av DNA. Binding av en aktivator til en forsterker stimulerer enten sammenstillingen av initieringskomplekset eller hjelper polymerasen til å fortsette til forlengelse.
Forsterkeren har en kompleks struktur og består av flere modulnettsteder, som hver har sitt eget regulatoriske protein.
Silencers er DNA-regioner som undertrykker eller fullstendig utelukker muligheten for transkripsjon. Virkemekanismen for en slik bryter er fortsatt ukjent. En av de antatte metodene er okkupasjonen av store DNA-regioner av spesielle proteiner fra SIR-gruppen, som blokkerer tilgangen til initieringsfaktorer. I dette tilfellet er alle gener som ligger innenfor noen få tusen basepar fra lyddemperen slått av.
Adapterelementer i kombinasjon med TF-er som binder seg til dem, utgjør en egen klasse av genetiske brytere som selektivt reagerer på steroidhormoner, syklisk AMP og glukokortikoider. Denne reguleringsblokken er ansvarlig for cellens respons på varmesjokk, eksponering for metaller og visse kjemiske forbindelser.
Blant DNA-kontrollregionene skilles det ut en annen type grunnstoffer - isolatorer. Dette er spesifikke sekvenser som forhindrer at transkripsjonsfaktorer påvirker fjerne gener. Virkningsmekanismen til isolatorer er ennå ikke klarlagt.
Eukaryote transkripsjonsfaktorer
Hvis transkripsjonsfaktorer i bakterier kun har en regulerende funksjon, så er det i kjerneceller en hel gruppe TF-er som gir bakgrunnsinitiering, men som samtidig er direkte avhengige av binding tilDNA-regulerende proteiner. Antallet og variasjonen av sistnevnte i eukaryoter er enorm. I menneskekroppen er således andelen sekvenser som koder for proteintranskripsjonsfaktorer omtrent 10 % av genomet.
Til dags dato er eukaryote TF-er ikke godt forstått, og det samme er mekanismene for operasjon av genetiske brytere, hvis struktur er mye mer komplisert enn modellene for positiv og negativ regulering i bakterier. I motsetning til sistnevnte, påvirkes aktiviteten til kjernecelletranskripsjonsfaktorer ikke av én eller to, men av dusinvis og til og med hundrevis av signaler som gjensidig kan forsterke, svekke eller ekskludere hverandre.
På den ene siden krever aktivering av et bestemt gen en hel gruppe transkripsjonsfaktorer, men på den andre siden kan ett regulatorisk protein være nok til å trigge ekspresjonen av flere gener ved hjelp av kaskademekanismen. Hele dette systemet er en kompleks datamaskin som behandler signaler fra forskjellige kilder (både eksterne og interne) og legger til effektene deres til sluttresultatet med et pluss- eller minustegn.
Regulatoriske transkripsjonsfaktorer i eukaryoter (aktivatorer og repressorer) interagerer ikke med operatøren, som i bakterier, men med kontrollsteder spredt over DNA og påvirker initiering gjennom mellomledd, som kan være mediatorproteiner, faktorer i initieringskomplekset og enzymer som endrer strukturen til kromatin.
Med unntak av noen TF-er inkludert i pre-initieringskomplekset, har alle transkripsjonsfaktorer et DNA-bindende domene som skillerdem fra en rekke andre proteiner som sikrer normal passasje av transkripsjon eller fungerer som mellomledd i reguleringen.
Nylige studier har vist at eukaryote TF-er kan påvirke ikke bare initieringen, men også forlengelsen av transkripsjon.
Variasjon og klassifisering
I eukaryoter er det 2 grupper av proteintranskripsjonsfaktorer: basal (ellers k alt generell eller hoved) og regulatorisk. Førstnevnte er ansvarlige for anerkjennelsen av promotører og opprettelsen av pre-initieringskomplekset. Nødvendig for å starte transkripsjon. Denne gruppen inkluderer flere dusin proteiner som alltid er tilstede i cellen og som ikke påvirker det differensielle uttrykket av gener.
Komplekset av basale transkripsjonsfaktorer er et verktøy som i funksjon ligner på sigma-underenheten i bakterier, bare mer komplekst og egnet for alle typer promotere.
Faktorer av en annen type påvirker transkripsjon gjennom interaksjon med regulatoriske DNA-sekvenser. Siden disse enzymene er genspesifikke, er det et stort antall av dem. Ved å binde seg til områder med spesifikke gener kontrollerer de sekresjonen av visse proteiner.
Klassifisering av transkripsjonsfaktorer i eukaryoter er basert på tre prinsipper:
- virkningsmekanisme;
- funksjonsbetingelser;
- strukturen til det DNA-bindende domenet.
I henhold til den første funksjonen er det 2 klasser av faktorer: basal (samvirker med promoteren) og binding til oppstrømsregioner (regulatoriske regioner lokalisert oppstrøms for genet). Denne typenklassifisering tilsvarer i hovedsak den funksjonelle inndelingen av TF i generell og spesifikk. Oppstrømsfaktorer er delt inn i 2 grupper avhengig av behovet for ytterligere aktivering.
I henhold til funksjonsegenskapene skilles konstitutive TF-er (alltid til stede i enhver celle) og induserbare (ikke karakteristisk for alle celletyper og kan kreve visse aktiveringsmekanismer). Faktorer i den andre gruppen er på sin side delt inn i cellespesifikk (deltaker i ontogeni, er preget av streng ekspresjonskontroll, men krever ikke aktivering) og signalavhengig. De sistnevnte er differensiert i henhold til typen og virkemåten til aktiveringssignalet.
Den strukturelle klassifiseringen av proteintranskripsjonsfaktorer er svært omfattende og inkluderer 6 superklasser, som inkluderer mange klasser og familier.
Driftsprinsipp
Funksjonen til basalfaktorer er en kaskadesammenstilling av ulike underenheter med dannelse av et initieringskompleks og aktivering av transkripsjon. Faktisk er denne prosessen det siste trinnet i aktivatorproteinets handling.
Spesifikke faktorer kan regulere transkripsjon i to trinn:
- montering av initieringskomplekset;
- overgang til produktiv forlengelse.
I det første tilfellet reduseres arbeidet til spesifikke TF-er til den primære omorganiseringen av kromatin, samt rekruttering, orientering og modifikasjon av mediator, polymerase og basalfaktorer på promoteren, noe som fører til aktiveringen av transkripsjon. Hovedelementet i signaloverføring er mediatoren - et kompleks av 24 underenheter som virker innsom et mellomledd mellom det regulatoriske proteinet og RNA-polymerase. Sekvensen av interaksjoner er individuell for hvert gen og dets tilsvarende faktor.
Regulering av forlengelse utføres på grunn av interaksjonen av faktoren med P-Tef-b-proteinet, som hjelper RNA-polymerase med å overvinne pausen knyttet til promoteren.
Funksjonelle strukturer av TF
Transkripsjonsfaktorer har en modulær struktur og utfører sitt arbeid gjennom tre funksjonelle domener:
- DNA-binding (DBD) - nødvendig for gjenkjennelse og interaksjon med den regulatoriske regionen av genet.
- Trans-activating (TAD) – tillater interaksjon med andre regulatoriske proteiner, inkludert transkripsjonsfaktorer.
- Signal-Recognising (SSD) – nødvendig for oppfattelse og overføring av regulatoriske signaler.
I sin tur har det DNA-bindende domenet mange typer. Hovedmotivene i strukturen inkluderer:
- "sinkfingre";
- homeodomain;
- "β"-lag;
- loops;
- "leucin lyn";
- spiral-loop-spiral;
- spiral-sving-spiral.
Takket være dette domenet "leser" transkripsjonsfaktoren DNA-nukleotidsekvensen i form av et mønster på overflaten av dobbelthelixen. På grunn av dette er spesifikk gjenkjennelse av visse regulatoriske elementer mulig.
Samspillet mellom motiver og DNA-helixen er basert på nøyaktig samsvar mellom overflatene til dissemolekyler.
Regulering og syntese av TF
Det er flere måter å regulere påvirkningen av transkripsjonsfaktorer på transkripsjon. Disse inkluderer:
- aktivering - en endring i funksjonaliteten til faktoren i forhold til DNA på grunn av fosforylering, ligandfesting eller interaksjon med andre regulatoriske proteiner (inkludert TF);
- translokasjon - transport av en faktor fra cytoplasma til kjernen;
- tilgjengelighet av bindingsstedet - avhenger av graden av kromatinkondensasjon (i tilstanden heterochromatin er ikke DNA tilgjengelig for TF);
- et kompleks av mekanismer som også er karakteristiske for andre proteiner (regulering av alle prosesser fra transkripsjon til posttranslasjonell modifikasjon og intracellulær lokalisering).
Den siste metoden bestemmer den kvantitative og kvalitative sammensetningen av transkripsjonsfaktorer i hver celle. Noen TF-er er i stand til å regulere syntesen i henhold til den klassiske tilbakemeldingstypen, når dets eget produkt blir en inhibitor av reaksjonen. I dette tilfellet stopper en viss konsentrasjon av faktoren transkripsjonen av genet som koder for den.
Generelle transkripsjonsfaktorer
Disse faktorene er nødvendige for å starte transkripsjonen av alle gener og er i nomenklaturen utpekt som TFl, TFll og TFlll avhengig av typen RNA-polymerase de samhandler med. Hver faktor består av flere underenheter.
Basal-TF-er utfører tre hovedfunksjoner:
- korrekt plassering av RNA-polymerase på promoteren;
- avvikling av DNA-kjeder i området for starten av transkripsjon;
- frigjøring av polymerase frapromoter i øyeblikket for overgang til forlengelse;
Enkelte underenheter av basale transkripsjonsfaktorer binder seg til promoterregulatoriske elementer. Den viktigste er TATA-boksen (ikke karakteristisk for alle gener), lokalisert i en avstand på "-35" nukleotider fra initieringspunktet. Andre bindingsseter inkluderer INR-, BRE- og DPE-sekvensene. Noen TF-er kontakter ikke DNA direkte.
Gruppen av hovedtranskripsjonsfaktorer av RNA-polymerase ll inkluderer TFllD, TFllB, TFllF, TFllE og TFllH. Den latinske bokstaven på slutten av betegnelsen indikerer rekkefølgen for påvisning av disse proteinene. Dermed var faktoren TFlllA, som tilhører lll RNA-polymerasen, den første som ble isolert.
| Navn | Antall proteinunderenheter | Function |
| TFllD | 16 (TBP +15 TAFs) | TBP binder seg til TATA-boksen og TAF-er gjenkjenner andre promotersekvenser |
| TFllB | 1 | Gjenkjenner BRE-element, orienterer polymerase nøyaktig ved initieringssted |
| TFllF | 3 | Stabiliserer polymeraseinteraksjon med TBP og TFllB, forenkler feste av TFllE og TFllH |
| TFllE | 2 | Kobler til og justerer TFllH |
| TFllH | 10 | Separerer DNA-kjeder ved initieringspunktet, frigjør det RNA-syntetiserende enzymet fra promoteren og de viktigste transkripsjonsfaktorene (biokjemi)prosessen er basert på fosforylering av det Cer5-C-terminale domenet til RNA-polymerase) |
Montering av basal TF skjer kun ved hjelp av en aktivator, en mediator og kromatinmodifiserende proteiner.
Spesifikk TF
Gjennom kontrollen av genetisk uttrykk regulerer disse transkripsjonsfaktorene de biosyntetiske prosessene til både individuelle celler og hele organismen, fra embryogenese til fin fenotypisk tilpasning til skiftende miljøforhold. Innflytelsessfæren til TF inkluderer 3 hovedblokker:
- utvikling (embryo- og ontogeni);
- cellesyklus;
- respons på eksterne signaler.
En spesiell gruppe transkripsjonsfaktorer regulerer den morfologiske differensieringen av embryoet. Dette proteinsettet er kodet av en spesiell 180 bp konsensussekvens k alt homeobox.
For å bestemme hvilket gen som skal transkriberes, må det regulatoriske proteinet "finne" og binde seg til et spesifikt DNA-sted som fungerer som en genetisk bryter (enhancer, silencer, etc.). Hver slik sekvens tilsvarer en eller flere beslektede transkripsjonsfaktorer som gjenkjenner det ønskede stedet på grunn av sammenfallet av de kjemiske konformasjonene til et bestemt ytre segment av helixen og det DNA-bindende domenet (nøkkellåsprinsipp). For gjenkjennelse brukes en region av primærstrukturen til DNA k alt hovedsporet.
Etter binding til DNA-handlingaktivatorprotein utløser en rekke påfølgende trinn som fører til sammenstillingen av preinitiatorkomplekset. Det generelle opplegget for denne prosessen er som følger:
- Aktivatorbinding til kromatin i promotorregionen, rekruttering av ATP-avhengige omorganiseringskomplekser.
- Kromatin-omorganisering, aktivering av histonmodifiserende proteiner.
- Kovalent modifikasjon av histoner, tiltrekning av andre aktivatorproteiner.
- Binder ytterligere aktiverende proteiner til den regulatoriske regionen av genet.
- Involvering av mekler og generell TF.
- Montering av pre-initieringskomplekset på promoteren.
- Påvirkning av andre aktivatorproteiner, omorganisering av underenheter av pre-initieringskomplekset.
- Start transkripsjon.
Rekkefølgen på disse hendelsene kan variere fra gen til gen.
Til et så stort antall aktiveringsmekanismer tilsvarer et like bredt spekter av undertrykkingsmetoder. Det vil si at ved å hemme et av stadiene på vei til initiering, kan det regulatoriske proteinet redusere effektiviteten eller blokkere det fullstendig. Oftest aktiverer repressoren flere mekanismer samtidig, og garanterer fravær av transkripsjon.
Koordinert kontroll av gener
Til tross for at hver transkripsjon har sitt eget reguleringssystem, har eukaryoter en mekanisme som tillater, i likhet med bakterier, å starte eller stoppe grupper av gener som tar sikte på å utføre en spesifikk oppgave. Dette oppnås ved en transkripsjonsbestemmende faktor som fullfører kombinasjoneneandre regulatoriske elementer som er nødvendige for maksimal aktivering eller undertrykkelse av genet.
I transkripsjoner underlagt slik regulering, fører interaksjonen mellom forskjellige komponenter til det samme proteinet, som fungerer som den resulterende vektoren. Derfor påvirker aktiveringen av en slik faktor flere gener samtidig. Systemet fungerer etter prinsippet om en kaskade.
Opplegget med koordinert kontroll kan vurderes på eksemplet med ontogenetisk differensiering av skjelettmuskelceller, forløperne til disse er myoblaster.
Transkripsjon av gener som koder for syntesen av proteiner som er karakteristiske for en moden muskelcelle, utløses av en av fire myogene faktorer: MyoD, Myf5, MyoG og Mrf4. Disse proteinene aktiverer syntesen av seg selv og hverandre, og inkluderer også genene for den ekstra transkripsjonsfaktoren Mef2 og strukturelle muskelproteiner. Mef2 er involvert i reguleringen av ytterligere differensiering av myoblaster, samtidig som konsentrasjonen av myogene proteiner opprettholdes ved hjelp av en positiv tilbakemeldingsmekanisme.
