КОЕФІЦІЄНТ ТРАНСКРИПЦІЇ: МЕХАНІЗМ ДІЇ, ВИДИ, ФУНКЦІЇ - БІОЛОГІЯ - 2025

Фактор транскрипції є нормативним «аксесуар» білок , необхідний для транскрипції гена. Транскрипція є першим етапом експресії генів і передбачає передачу інформації, що міститься в ДНК, до молекули РНК, яка згодом обробляється для отримання генних продуктів.

РНК-полімераза II - це фермент, відповідальний за транскрипцію більшості еукаріотичних генів і виробляє, крім деяких невеликих РНК, месенджерні РНК, які згодом будуть перетворюватися на білки. Цей фермент вимагає наявності типу факторів транскрипції, відомих як загальні чи базальні фактори транскрипції.

Тип коефіцієнта транскрипції «Закриття лейцину» (Джерело: I, Splette через Wikimedia Commons)

Однак це не єдині фактори транскрипції, які існують у природі, оскільки існують "незагальні" білки, як у еукаріотів, так і в прокаріотів та археях, які беруть участь у регуляції тканин-специфічної транскрипції генів (у багатоклітинні організми) або в регуляції активності генів у відповідь на різні подразники.

Ці фактори транскрипції є надзвичайно важливими ефекторами, і їх можна знайти практично у всіх живих організмах, оскільки вони є основним джерелом регуляції експресії генів.

Детальні дослідження різних факторів транскрипції в різних типах живих організмів свідчать про те, що вони мають модульну структуру, в якій конкретна область відповідає за взаємодію з ДНК, а інші виробляють стимулюючі чи гальмівні ефекти.

Отже, фактори транскрипції беруть участь у моделюванні моделей експресії генів, що не має нічого спільного зі змінами послідовності ДНК, а з епігенетичними змінами. Наука, яка відповідає за вивчення цих змін, відома як епігенетика.

Механізм дії

Для виконання своїх функцій фактори транскрипції повинні бути здатні спеціально розпізнавати та зв'язуватися з певною послідовністю ДНК, щоб позитивно чи негативно впливати на транскрипцію цієї області ДНК.

Загальні фактори транскрипції, які в основному однакові для транскрипції всіх генів типу II в еукаріоти, збираються спочатку на промоторну область гена, тим самим направляючи позиціонування ферменту полімерази та "відкриття" двійника пропелер.

Процес відбувається в кілька послідовних етапів:

- зв'язування загального фактора транскрипції TFIID з послідовністю повторів тиміну (T) та аденіну (A) в гені, відомому як "коробка TATA"; це викликає спотворення ДНК, необхідне для зв’язування інших білків з промоторною областю.

- подальша збірка інших загальних факторів (TFIIB, TFIIH, TFIH, TFIIE, TFIIF тощо) та РНК-полімерази II, що утворює так званий комплекс ініціації транскрипції.

- Вивільнення комплексу ініціації, фосфорилювання полімерази фактором TFIIH та початок транскрипції та синтезу молекули РНК із послідовності гена, який транскрибується.

Активація та придушення транскрипції

Як обговорювалося, "незагальні" фактори транскрипції можуть регулювати експресію генів, як позитивно, так і негативно.

Активація

Деякі з цих білків містять, крім структурних доменів, що зв'язують ДНК, інші мотиви, відомі як активаційні домени, багаті кислими амінокислотними залишками, залишками глутаміну або проліну.

Ці доміни активації взаємодіють з елементами комплексу загальних факторів транскрипції або з спорідненими молекулами коактиватора, які взаємодіють безпосередньо із комплексом. Ця взаємодія призводить або до стимуляції складання транскрипційного комплексу, або до підвищення його активності.

Репресія

Більшість факторів транскрипції гальмують транскрипцію, втручаючись у активність транскрипційних факторів з позитивною дією, блокуючи їх стимулюючу дію. Вони можуть працювати, блокуючи зв'язування позитивного фактора з ДНК або діючи на фактори, що інактивують структуру хроматину.

Інші інгібіторні фактори діють, безпосередньо блокуючи транскрипцію, не блокуючи дії жодного активуючого транскрипційного фактора; і вони знижують базовий рівень транскрипції до рівня, навіть нижчого, ніж досягнутий за відсутності активуючих факторів.

Як і активаторні білки, репресорні фактори прямо чи опосередковано діють з базальними або загальними факторами транскрипції.

Типи

Хоча більшість факторів транскрипції класифікуються за характеристиками або ідентичністю їх доменів, що зв'язують ДНК, є деякі, також класифіковані як фактори транскрипції, які не взаємодіють безпосередньо з ДНК і відомі як фактори транскрипції. "Непрямі".

Фактори прямої транскрипції

Вони є найпоширенішими факторами транскрипції. Вони мають домени, що зв'язують ДНК, і можуть активувати або інгібувати експресію гена шляхом зв'язування з певними ділянками ДНК. Вони відрізняються один від одного, особливо стосовно домен, що зв'язують ДНК, та стану олігомеризації.

Найбільш вивченими та визнаними сім'ями цього типу факторів є:

Helix-Turn-Helix (" спіраль-поворот-спіраль ", HTH)

Це було перше сімейство факторів, що виявили ДНК-зв'язуючі домени, і він присутній у багатьох еукаріотичних та прокаріотичних білках. Мотив її розпізнавання складається з спіралі α, спіна та другої спіралі α.

Вони зберегли домени гліцину в області повороту, а також деякі гідрофобні залишки, які допомагають стабілізувати розташування двох спіралей у блоці HTH.

Гомеодомен

Він присутній у великій кількості еукаріотичних регуляторних білків. Перші послідовності були розпізнані в регуляторних білках розвитку Drosophila. Цей домен містить мотив HTH для зв'язування ДНК та додаткову α-спіраль, на додаток до розширеного плеча N-кінцевих.

Цинкові пальці

Їх було виявлено в факторі транскрипції Xenopus TFIIIA і було показано, що вони беруть участь у багатьох аспектах регуляції еукаріотичних генів. Вони містяться в білках, індукованих сигналами диференціації та росту, в протоонкогенах та деяких загальних факторах транскрипції.

Вони характеризуються наявністю повторних партій 30 мотивів цинкового пальця, що містять різні залишки цистеїну та гістидину.

Стероїдні рецептори

Це сімейство включає важливі регуляторні білки, які крім того, що мають домен для зв'язування гормонів, мають домен, що зв'язує ДНК, і, як правило, діють як активатори транскрипції.

Зв'язуючі домени містять 70 залишків, серед яких 8 - консервовані залишки цистеїну. Деякі автори вважають, що ці фактори можуть утворювати пару цинкових пальців, враховуючи наявність двох наборів з чотирьох цистеїнів.

Закриття лейцину і спіраль-спіраль-спіраль (" спіраль-петля-спіраль" )

Ці фактори транскрипції беруть участь у диференціації та розвитку та функціонують шляхом утворення гетеродимера. Домен замикання лейцину спостерігається в різних еукаріотичних білках і характеризується двома субдоменами: закриттям лейцину, що опосередковує дімеризацію, і основною областю для зв'язування ДНК.

Β аркуші мотивів

В основному вони містяться в еукаріотичних факторах і відрізняються зв'язуванням з ДНК антипаралельними β-листами.

Непрямі фактори транскрипції

Цей тип транскрипційного фактора чинить регуляторний вплив на експресію генів не через пряму взаємодію з ДНК, а через взаємодію білка і білка з іншими факторами транскрипції, які взаємодіють з ДНК. Саме тому їх називають «непрямими».

Першим був описаний транс-активатор вірусу простого герпесу (ВПГ), відомий як VP16, який зв'язується з фактором жовтня-1, коли клітини заражені цим вірусом, стимулюючи транскрипцію певного гена.

Фактори цього типу, а також ті, що зв'язуються з ДНК, можуть активувати або пригнічувати транскрипцію генів, тому їх називають відповідно "коактиваторами" та "серцевинними репресорами".

Регулювання

Ці білки можуть регулюватися на двох рівнях: в їх синтезі та в їх активності, що залежить від різних змінних та багатьох ситуацій.

Регуляція синтезу

Регуляція його синтезу може бути пов'язана з тканинно-специфічною експресією певних факторів транскрипції. Прикладом цього може бути фактор MyoD, який синтезується лише в клітинах скелетних м’язів і який необхідний для диференціювання їх недиференційованих попередників фібробластів.

Хоча регуляція синтезу використовується в основному для контролю експресії генів у конкретних типах клітин і тканинах, це не єдиний спосіб, оскільки також регулюється синтез факторів, що беруть участь в індукції генів, які беруть участь у відповіді. до різних подразників.

Регулювання діяльності

Іншим регуляторним механізмом транскрипційних факторів є регуляція їх активності, яка пов'язана з активізацією інших наявних факторів транскрипції, які чинять позитивні чи негативні наслідки на активність певного фактора.

Активізація цих "вторинних" факторів зазвичай відбувається через різні механізми, такі як зв'язування ліганду, зміни взаємодій білок-білок, фосфорилювання серед інших.

Ролі та значення

Фактори транскрипції беруть участь у найрізноманітніших процесах, таких як ембріональний розвиток, ріст та диференціювання, контроль клітинного циклу, адаптація до коливальних умов навколишнього середовища, підтримка специфічних для клітинних і тканин моделей синтезу білків тощо.

Наприклад, у рослин вони виконують важливі функції в обороні та у подіях реагування на різні типи стресу. Остеогенез у тварин визначався під контролем факторів транскрипції, а також багатьох інших процесів диференціації різних клітинних ліній.

Зважаючи на важливість цих білків в організмах, не рідкість думати, що зміни в цих регуляторних елементах спричинить серйозні патологічні зміни.

Що стосується людей, то патології, пов’язані з факторами транскрипції, можуть бути порушеннями розвитку (через мутації, що спричиняють інактивацію факторів транскрипції, наприклад), порушення гормональної відповіді або ракові захворювання.

Список літератури

1. Alberts, B., Dennis, B., Hopkin, K., Johnson, A., Lewis, J., Raff, M., … Walter, P. (2004). Основна клітинна біологія. Абінгдон: Гарленд Наук, Тейлор і Френсіс Груп.
2. Iwafuchi-doi, M., & Zaret, KS (2014). Піонерні фактори транскрипції при перепрограмуванні клітин. Гени та розвиток, 28, 2679–2692.
3. Latchman, D. (1997). Фактори транскрипції: огляд. Інт. J. Biochem. Осередок. Biol., 29 (12), 1305-1312.
4. Latchman, DS (2007). Фактори транскрипції Енциклопедія наук про життя, 1–5.
5. Marie, PJ (2008). Транскрипційні фактори, що контролюють остеобластогенез. Архів біохімії та біофізики, 473, 98-105.
6. Pabo, C., & Sauer, RT (1992). Фактори транскрипції: структурні сім'ї та принципи розпізнавання ДНК. Ану. Вип., 61, 1053-1095.
7. Сінгх, KB, Foley, RC, & Oñate-sánchez, L. (2002). Фактори транскрипції у захисті рослин та реакції на стрес. Поточна думка з біології рослин, 5, 430-436.