Kõigis organismides (välja arvatud mõned viirused) toimub geneetilise materjali rakendamine vastav alt DNA-RNA-valgu süsteemile. Esimeses etapis kirjutatakse (transkribeeritakse) teave ühelt nukleiinhappelt teisele. Seda protsessi reguleerivaid valke nimetatakse transkriptsioonifaktoriteks.
Mis on transkriptsioon
Transkriptsioon on RNA molekuli biosüntees, mis põhineb DNA matriitsil. See on võimalik teatud nukleiinhappeid moodustavate lämmastikualuste komplementaarsuse tõttu. Sünteesi viivad läbi spetsiaalsed ensüümid – RNA polümeraasid ja seda kontrollivad paljud regulatoorsed valgud.
Kogu genoomi ei transkribeerita korraga, vaid ainult teatud osa sellest, mida nimetatakse transkriptsiooniks. Viimane sisaldab promootorit (RNA polümeraasi kinnituskoht) ja terminaatorit (järjestus, mis aktiveerib sünteesi lõpuleviimise).
Prokarüootne transkripton on operon, mis koosneb mitmest struktuurgeenist (tsistronitest). Selle põhjal sünteesitakse polütsistrooniline RNA,sisaldab teavet funktsionaalselt seotud valkude rühma aminohappejärjestuse kohta. Eukarüootne transkripton sisaldab ainult ühte geeni.
Transkriptsiooniprotsessi bioloogiline roll on matriits-RNA järjestuste moodustamine, mille alusel toimub ribosoomides valgusüntees (translatsioon).
RNA süntees prokarüootides ja eukarüootides
RNA sünteesiskeem on kõigi organismide jaoks sama ja sisaldab 3 etappi:
- Initsieerimine – polümeraasi kinnitumine promootori külge, protsessi aktiveerimine.
- Pikenemine – nukleotiidahela pikendamine suunas 3'-ots alt 5'-otsani koos fosfodiestersidemete sulgemisega lämmastikualuste vahel, mis valitakse komplementaarselt DNA monomeeridega.
- Lõpetamine on sünteesiprotsessi lõpuleviimine.
Prokarüootides transkribeerib igat tüüpi RNA-d üks RNA polümeraas, mis koosneb viiest protomeerist (β, β', ω ja kahest α-subühikust), mis koos moodustavad tuuma-ensüümi, mis on võimeline suurendama ribonukleotiidide ahelat.. Samuti on olemas lisaühik σ, ilma milleta pole polümeraasi kinnitumine promootori külge võimatu. Tuuma ja sigmafaktori kompleksi nimetatakse holoensüümiks.
Hoolimata asjaolust, et σ-subühik ei ole alati tuumaga seotud, peetakse seda RNA polümeraasi osaks. Dissotsieerunud olekus ei ole sigma võimeline seonduma promootoriga, vaid ainult osana holoensüümist. Pärast initsiatsiooni lõppu eraldub see protomeer südamikust ja asendatakse pikenemisteguriga.
Funktsioonprokarüootid on translatsiooni- ja transkriptsiooniprotsesside kombinatsioon. Ribosoomid ühinevad kohe sünteesima hakkava RNA-ga ja moodustavad aminohappeahela. Transkriptsioon peatub juuksenõela struktuuri moodustumise tõttu terminaatori piirkonnas. Selles etapis DNA-polümeraasi-RNA kompleks laguneb.
Eukarüootsetes rakkudes teostavad transkriptsiooni kolm ensüümi:
- RNA polümeraas l – sünteesib 28S ja 18S-ribosomaalset RNA-d.
- RNA polümeraas ll – transkribeerib valke ja väikeseid tuuma RNA-sid kodeerivaid geene.
- RNA polümeraas lll – vastutab tRNA ja 5S rRNA (ribosoomide väike subühik) sünteesi eest.
Ükski neist ensüümidest ei ole võimeline algatama transkriptsiooni ilma spetsiifiliste valkude osaluseta, mis tagavad interaktsiooni promootoriga. Protsessi olemus on sama, mis prokarüootidel, kuid iga etapp on palju keerulisem, kui osaleb suurem hulk funktsionaalseid ja regulatoorseid elemente, sealhulgas kromatiini modifitseerivaid elemente. Ainuüksi initsiatsioonifaasis on kaasatud umbes sada valku, sealhulgas mitmed transkriptsioonifaktorid, samas kui bakterites piisab ühest sigma subühikust, et seonduda promootoriga ja mõnikord on vaja ka aktivaatori abi.
Transkriptsiooni bioloogilise rolli kõige olulisem panus eri tüüpi valkude biosünteesis määrab vajaduse range süsteemi järele geenilugemise kontrollimiseks.
Transkriptsiooniregulatsioon
Üheski rakus ei realiseeru geneetiline materjal täielikult: ainult osa geenidest on transkribeeritud, ülejäänud on passiivsed. See on võimalik tänu kompleksileregulatiivsed mehhanismid, mis määravad, millistest DNA segmentidest ja millises koguses RNA järjestusi sünteesitakse.
Ainuraksete organismide puhul on geenide diferentsiaalaktiivsusel adaptiivne väärtus, samas kui paljurakulistes organismides määrab see ka embrüogeneesi ja ontogeneesi protsessid, kui ühe genoomi alusel moodustuvad erinevat tüüpi kuded.
Geeni ekspressiooni juhitakse mitmel tasandil. Kõige olulisem samm on transkriptsiooni reguleerimine. Selle mehhanismi bioloogiline tähendus on säilitada vajalik kogus erinevaid valke, mida rakk või organism vajab teatud eksisteerimise hetkel.
Teistel tasanditel, nagu RNA töötlemine, translatsioon ja transportimine tuumast tsütoplasmasse, toimub biosünteesi reguleerimine (viimane prokarüootides puudub). Kui need süsteemid on positiivselt reguleeritud, vastutavad aktiveeritud geenil põhineva valgu tootmise eest, mis on transkriptsiooni bioloogiline tähendus. Kuid igal etapil saab ketti peatada. Mõned eukarüootide regulatiivsed tunnused (alternatiivsed promootorid, splaissimine, polüadenellatsioonisaitide modifitseerimine) põhjustavad samal DNA järjestusel põhinevate valgumolekulide erinevate variantide ilmumist.
Kuna RNA moodustamine on esimene samm geneetilise informatsiooni dekodeerimisel teel valkude biosünteesini, on transkriptsiooniprotsessi bioloogiline roll raku fenotüübi muutmisel palju olulisem kui töötlemise või translatsiooni reguleerimine..
Konkreetsete geenide aktiivsuse määramine nagunii prokarüootides kui ka eukarüootides toimub see initsiatsiooni staadiumis spetsiifiliste lülitite abil, mis hõlmavad DNA ja transkriptsioonifaktorite (TF) regulatoorseid piirkondi. Selliste lülitite töö ei ole autonoomne, vaid on teiste mobiilsidesüsteemide range kontrolli all. Samuti on olemas RNA sünteesi mittespetsiifilise reguleerimise mehhanismid, mis tagavad initsiatsiooni, pikenemise ja terminatsiooni normaalse läbimise.
Transkriptsioonifaktorite mõiste
Erinev alt genoomi reguleerivatest elementidest on transkriptsioonifaktorid keemiliselt valgud. Seondudes DNA spetsiifiliste piirkondadega, võivad nad aktiveerida, pärssida, kiirendada või aeglustada transkriptsiooniprotsessi.
Olenev alt tekitatud efektist võib prokarüootide ja eukarüootide transkriptsioonifaktorid jagada kahte rühma: aktivaatorid (initsieerivad või suurendavad RNA sünteesi intensiivsust) ja repressorid (pärssivad või pärsivad protsessi). Praegu on erinevatest organismidest leitud üle 2000 TF-i.
Transkriptsiooniregulatsioon prokarüootides
Prokarüootides toimub RNA sünteesi juhtimine peamiselt initsiatsioonifaasis tänu TF interaktsioonile transkriptoni konkreetse piirkonnaga – operaatoriga, mis asub promootori kõrval (mõnikord lõikub sellega) ja tegelikult on reguleeriva valgu (aktivaatori või repressori) maandumiskoht. Baktereid iseloomustab veel üks geenide diferentsiaalse kontrolli viis – erinevate promootorirühmade jaoks mõeldud alternatiivsete σ-subühikute süntees.
Osaliselt operoni avaldissaab reguleerida pikenemise ja terminatsiooni staadiumis, kuid mitte DNA-d siduvate TF-ide, vaid RNA polümeraasiga interakteeruvate valkude tõttu. Nende hulka kuuluvad Gre valgud ja terminaatorivastased faktorid Nus ja RfaH.
Prokarüootide transkriptsiooni pikenemist ja lõpetamist mõjutab teatud viisil paralleelne valkude süntees. Eukarüootides on nii need protsessid ise kui ka transkriptsiooni- ja translatsioonifaktorid ruumiliselt eraldatud, mis tähendab, et need ei ole funktsionaalselt seotud.
Aktivaatorid ja repressorid
Prokarüootidel on initsiatsioonifaasis kaks transkriptsiooni reguleerimise mehhanismi:
- positiivne – teostavad aktivaatorvalgud;
- negatiivne – kontrollivad repressorid.
Kui tegur on positiivselt reguleeritud, aktiveerib faktori kinnitumine operaatori külge geeni ja kui see on negatiivne, siis vastupidi, lülitab selle välja. Regulatoorse valgu võime DNA-ga seonduda sõltub ligandi kinnitumisest. Viimase rolli mängivad tavaliselt madala molekulmassiga raku metaboliidid, mis sel juhul toimivad koaktivaatoritena ja korepressoridena.
Repressori toimemehhanism põhineb promootori ja operaatori piirkondade kattumisel. Sellise struktuuriga operonites sulgeb valgufaktori kinnitumine DNA-le osa RNA polümeraasi maandumiskohast, takistades viimasel transkriptsiooni algatamast.
Aktivaatorid töötavad nõrkadel madala funktsionaalsusega promootoritel, mida RNA polümeraasid halvasti ära tunnevad või mida on raske sulatada (eraldi heeliksi aheladTranskriptsiooni algatamiseks vajalik DNA). Operaatoriga liitudes interakteerub valgufaktor polümeraasiga, suurendades oluliselt initsiatsiooni tõenäosust. Aktivaatorid on võimelised suurendama transkriptsiooni intensiivsust 1000 korda.
Mõned prokarüootsed TF-id võivad sõltuv alt operaatori asukohast promootori suhtes toimida nii aktivaatoritena kui ka repressoridena: kui need piirkonnad kattuvad, pärsib tegur transkriptsiooni, vastasel juhul käivitab see.
| Ligandi funktsioon teguri suhtes | Ligandi olek | Negatiivne regulatsioon | Positiivne määrus |
| Eraldab DNA-st | Liitumine | Repressorvalgu eemaldamine, geeni aktiveerimine | Aktivaatorvalgu eemaldamine, geenide väljalülitamine |
| Lisab DNA-le teguri | Kustuta | Repressori eemaldamine, transkriptsiooni kaasamine | Eemalda aktivaator, lülita transkriptsioon välja |
Negatiivset regulatsiooni võib käsitleda bakteri E. coli trüptofaani operoni näitel, mida iseloomustab operaatori asukoht promootorjärjestuses. Repressorvalk aktiveeritakse kahe trüptofaani molekuli kinnitumisel, mis muudavad DNA-d siduva domeeni nurka nii, et see võib siseneda kaksikheeliksi peamisse soonde. Trüptofaani madala kontsentratsiooni korral kaotab repressor oma ligandi ja muutub uuesti passiivseks. Teisisõnu, transkriptsiooni initsiatsiooni sageduspöördvõrdeline metaboliidi kogusega.
Mõned bakterioperonid (näiteks laktoos) ühendavad positiivseid ja negatiivseid regulatsioonimehhanisme. Selline süsteem on vajalik, kui ühest signaalist ei piisa väljenduse ratsionaalseks juhtimiseks. Seega kodeerib laktoosioperon ensüüme, mis transpordivad rakku ja seejärel lagundavad laktoosi – alternatiivset energiaallikat, mis on glükoosist vähem tulusam. Seetõttu seondub CAP valk DNA-ga ja alustab transkriptsiooni ainult viimase madala kontsentratsiooni korral. See on siiski soovitatav ainult laktoosi juuresolekul, mille puudumine viib Lac-repressori aktiveerumiseni, mis blokeerib polümeraasi juurdepääsu promootorile isegi aktivaatorvalgu funktsionaalse vormi juuresolekul.
Operoni struktuuri tõttu bakterites kontrollib mitut geeni üks regulaatorpiirkond ja 1-2 TF-i, samas kui eukarüootides on ühes geenis suur hulk regulatoorseid elemente, millest igaüks sõltub paljudest teistest. tegurid. See keerukus vastab eukarüootide ja eriti mitmerakuliste organismide kõrgele organiseerituse tasemele.
MRNA sünteesi reguleerimine eukarüootides
Eukarüootsete geenide ekspressiooni kontrolli määrab kahe elemendi kombineeritud toime: valgu transkriptsiooni faktid (TF) ja regulatiivsed DNA järjestused, mis võivad paikneda promootori kõrval, sellest palju kõrgemal, intronites või pärast geen (mis tähendab kodeerivat piirkonda, mitte geeni selle täies tähenduses).
Mõned alad toimivad lülititena, teised aga ei suhtleotse TF-iga, kuid annavad DNA molekulile paindlikkuse, mis on vajalik transkriptsioonilise aktivatsiooni protsessiga kaasneva silmusetaolise struktuuri moodustamiseks. Selliseid piirkondi nimetatakse vahetükkideks. Kõik regulatoorsed järjestused koos promootoriga moodustavad geeni kontrollpiirkonna.
Väärib märkimist, et transkriptsioonifaktorite endi toime on vaid osa keerulisest mitmetasandilisest geneetilise ekspressiooni regulatsioonist, milles moodustub tohutul hulgal elemente, mis määrab, kas RNA lõpuks sünteesitakse teatud genoomi piirkonnast.
Täiendav tegur transkriptsiooni kontrollimisel tuumarakus on kromatiini struktuuri muutus. Siin on olemas nii täielik regulatsioon (mis annab heterokromatiini ja eukromatiini piirkondade jaotus) kui ka lokaalne regulatsioon, mis on seotud konkreetse geeniga. Et polümeraas töötaks, tuleb kõrvaldada kõik DNA tihendamise tasemed, sealhulgas nukleosoom.
Eukarüootide transkriptsioonifaktorite mitmekesisus on seotud suure hulga regulaatoritega, mille hulka kuuluvad võimendid, summutid (võimendused ja summutid), aga ka adapterelemendid ja isolaatorid. Need kohad võivad asuda nii geeni lähedal kui ka sellest märkimisväärsel kaugusel (kuni 50 tuhat aluspaari).
Tuhustajad, summutid ja adapterelemendid
Enhanserid on lühikesed järjestikused DNA-d, mis on võimelised regulatoorse valguga suhtlemisel käivitama transkriptsiooni. Võimendi lähendamine geeni promootorpiirkonnaleviiakse läbi DNA silmusetaolise struktuuri moodustumise tõttu. Aktivaatori seondumine võimendajaga kas stimuleerib initsiatsioonikompleksi moodustumist või aitab polümeraasil edasi pikeneda.
Tugevduril on keeruline struktuur ja see koosneb mitmest moodulsaidist, millest igaühel on oma reguleeriv valk.
Summutid on DNA piirkonnad, mis suruvad maha või välistavad täielikult transkriptsiooni võimaluse. Sellise lüliti töömehhanism on siiani teadmata. Üks oletatavatest meetoditest on suurte DNA piirkondade hõivamine SIR-rühma spetsiaalsete valkude poolt, mis blokeerivad juurdepääsu initsiatsioonifaktoritele. Sel juhul lülitatakse välja kõik geenid, mis asuvad summutist mõne tuhande aluspaari raadiuses.
Adapteri elemendid koos nendega seonduvate TF-idega moodustavad eraldi klassi geneetilisi lüliteid, mis reageerivad selektiivselt steroidhormoonidele, tsüklilisele AMP-le ja glükokortikoididele. See reguleeriv plokk vastutab raku reaktsiooni eest kuumašokile, metallide ja teatud keemiliste ühenditega kokkupuutele.
DNA kontrollpiirkondade hulgas eristatakse teist tüüpi elemente – isolaatoreid. Need on spetsiifilised järjestused, mis takistavad transkriptsioonifaktoritel kaugeid geene mõjutada. Isolaatorite toimemehhanism ei ole veel välja selgitatud.
Eukarüootsed transkriptsioonifaktorid
Kui bakterites on transkriptsioonifaktoritel ainult reguleeriv funktsioon, siis tuumarakkudes on terve rühm TF-e, mis tagavad taustainitsiatsiooni, kuid sõltuvad samal ajal otseselt seondumisestDNA reguleerivad valgud. Viimaste hulk ja mitmekesisus eukarüootides on tohutu. Seega on inimkehas valkude transkriptsioonifaktoreid kodeerivate järjestuste osakaal umbes 10% genoomist.
Praegu ei ole eukarüootsed TF-id hästi mõistetud, nagu ka geneetiliste lülitite töömehhanismid, mille struktuur on palju keerulisem kui bakterite positiivse ja negatiivse regulatsiooni mudelid. Erinev alt viimastest ei mõjuta tuumarakkude transkriptsioonifaktorite aktiivsust mitte üks või kaks, vaid kümned ja isegi sajad signaalid, mis võivad üksteist vastastikku tugevdada, nõrgendada või välistada.
Ühelt poolt nõuab konkreetse geeni aktiveerimine tervet rühma transkriptsioonifaktoreid, kuid teisest küljest võib piisata ühest regulaatorvalgust, et käivitada kaskaadmehhanismi abil mitme geeni ekspressioon. Kogu see süsteem on keeruline arvuti, mis töötleb erinevatest allikatest (nii välistest kui sisemistest) signaale ja lisab nende efektid lõpptulemusele pluss- või miinusmärgiga.
Reguleerivad transkriptsioonifaktorid eukarüootides (aktivaatorid ja repressorid) ei interakteeru operaatoriga, nagu bakterite puhul, vaid DNA-s hajutatud kontrollkohtadega ja mõjutavad initsiatsiooni läbi vahendajate, milleks võivad olla vahendajavalgud, initsiatsioonikompleksi tegurid. ja ensüümid, mis muudavad kromatiini struktuuri.
V.a mõned initsiatsioonieelsesse kompleksi kuuluvad TF-id, on kõigil transkriptsioonifaktoritel DNA-siduv domeen, mis eristabneid paljudest teistest valkudest, mis tagavad transkriptsiooni normaalse läbimise või toimivad selle regulatsioonis vahendajatena.
Hiljutised uuringud on näidanud, et eukarüootsed TF-id võivad mõjutada mitte ainult transkriptsiooni algust, vaid ka pikenemist.
Sort ja klassifikatsioon
Eukarüootides on 2 valkude transkriptsioonifaktorite rühma: basaalsed (muidu nimetatakse üld- või peamisteks) ja reguleerivad. Esimesed vastutavad promootorite tunnustamise ja initsiatsioonieelse kompleksi loomise eest. Vajalik transkriptsiooni alustamiseks. Sellesse rühma kuulub mitukümmend valku, mis on rakus alati olemas ja ei mõjuta geenide erinevat ekspressiooni.
Basaalsete transkriptsioonifaktorite kompleks on tööriist, mis sarnaneb funktsioonilt bakterite sigma-subühikuga, kuid on keerulisem ja sobib igat tüüpi promootoritele.
Teist tüüpi tegurid mõjutavad transkriptsiooni läbi interaktsiooni regulatiivsete DNA järjestustega. Kuna need ensüümid on geenispetsiifilised, on neid tohutult palju. Seostudes spetsiifiliste geenide piirkondadega, kontrollivad nad teatud valkude sekretsiooni.
Eukarüootide transkriptsioonifaktorite klassifikatsioon põhineb kolmel põhimõttel:
- toimemehhanism;
- töötingimused;
- DNA-d siduva domeeni struktuur.
Esimese tunnuse kohaselt on 2 tegurite klassi: basaal (koostoime promootoriga) ja seondumine ülesvoolu piirkondadega (regulatiivsed piirkonnad, mis asuvad geenist ülesvoolu). Seda sortiklassifikatsioon vastab sisuliselt TF funktsionaalsele jaotusele üldiseks ja spetsiifiliseks. Sõltuv alt täiendava aktiveerimise vajadusest jagatakse ülesvoolu tegurid kahte rühma.
Funktsioneerimise tunnuste järgi eristatakse konstitutiivseid TF-e (esinevad alati igas rakus) ja indutseeritavaid (ei ole iseloomulik kõikidele rakutüüpidele ja võivad vajada teatud aktiveerimismehhanisme). Teise rühma tegurid jagunevad omakorda rakuspetsiifilisteks (osalevad ontogeneesis, mida iseloomustab range ekspressioonikontroll, kuid ei vaja aktiveerimist) ja signaalist sõltuvateks. Viimaseid eristatakse vastav alt aktiveerimissignaali tüübile ja toimeviisile.
Valkude transkriptsioonifaktorite struktuurne klassifikatsioon on väga ulatuslik ja sisaldab 6 superklassi, mis hõlmavad paljusid klasse ja perekondi.
Tööpõhimõte
Basaalfaktorite toimimine on erinevate alaühikute kaskaadkoost initsiatsioonikompleksi moodustumisega ja transkriptsiooni aktiveerimisega. Tegelikult on see protsess aktivaatorvalgu toime viimane etapp.
Spetsiifilised tegurid võivad transkriptsiooni reguleerida kahes etapis:
- initsiatsioonikompleksi kokkupanek;
- üleminek produktiivsele pikenemisele.
Esimesel juhul taandub spetsiifiliste TF-ide töö kromatiini esmasele ümberkorraldamisele, samuti vahendaja, polümeraasi ja põhifaktorite värbamisele, orientatsioonile ja muutmisele promootoril, mis viib aktivatsioonini. transkriptsioonist. Signaali edastamise põhielement on vahendaja - 24 allüksusest koosnev kompleks, mis toimibvahendajana regulatoorse valgu ja RNA polümeraasi vahel. Interaktsioonide järjestus on iga geeni ja sellele vastava teguri puhul individuaalne.
Pikenemise reguleerimine toimub tänu faktori interaktsioonile P-Tef-b valguga, mis aitab RNA polümeraasil promootoriga seotud pausi ületada.
TF-i funktsionaalsed struktuurid
Transkriptsioonifaktorid on modulaarse ülesehitusega ja täidavad oma tööd kolme funktsionaalse domeeni kaudu:
- DNA-sidumine (DBD) – vajalik geeni regulatoorse piirkonna äratundmiseks ja interaktsiooniks.
- Trans-aktiveeriv (TAD) – võimaldab interaktsiooni teiste regulatoorsete valkudega, sealhulgas transkriptsioonifaktoritega.
- Signaalituvastus (SSD) – vajalik reguleerivate signaalide tajumiseks ja edastamiseks.
DNA-d siduval domeenil on omakorda mitut tüüpi. Selle struktuuri peamised motiivid on järgmised:
- "tsink sõrmed";
- kodudomeen;
- "β"-kihid;
- silmused;
- "leutsiini välk";
- spiraal-silmus-spiraal;
- spiraal-pööra-spiraal.
Tänu sellele domeenile "loeb" transkriptsioonifaktor DNA nukleotiidjärjestuse mustri kujul topeltheeliksi pinnal. Tänu sellele on teatud regulatiivsete elementide spetsiifiline äratundmine võimalik.
Motiivide interaktsioon DNA spiraaliga põhineb nende pindade täpsel vastavuselmolekulid.
TF-i reguleerimine ja süntees
On mitmeid viise, kuidas reguleerida transkriptsioonifaktorite mõju transkriptsioonile. Nende hulka kuuluvad:
- aktivatsioon – teguri funktsionaalsuse muutus DNA suhtes fosforüülimise, ligandi kinnitumise või interaktsiooni tõttu teiste regulatoorsete valkudega (sh TF);
- translokatsioon – faktori transport tsütoplasmast tuuma;
- sidumissaidi kättesaadavus – sõltub kromatiini kondenseerumisastmest (heterokromatiini olekus ei ole DNA TF jaoks saadaval);
- mehhanismide kompleks, mis on iseloomulikud ka teistele valkudele (kõikide protsesside reguleerimine alates transkriptsioonist kuni translatsioonijärgse modifikatsiooni ja rakusisese lokaliseerimiseni).
Viimane meetod määrab iga raku transkriptsioonifaktorite kvantitatiivse ja kvalitatiivse koostise. Mõned TF-id on võimelised reguleerima oma sünteesi klassikalise tagasiside tüübi järgi, kui tema enda toode muutub reaktsiooni inhibiitoriks. Sel juhul peatab teatud faktori kontsentratsioon seda kodeeriva geeni transkriptsiooni.
Üldised transkriptsioonifaktorid
Need tegurid on vajalikud mis tahes geenide transkriptsiooni alustamiseks ja on nomenklatuuris tähistatud kui TFl, TFll ja TFlll, olenev alt RNA polümeraasi tüübist, millega nad interakteeruvad. Iga tegur koosneb mitmest allüksusest.
Basaal-TF-id täidavad kolme peamist funktsiooni:
- RNA polümeraasi õige asukoht promootoril;
- DNA ahelate lahtikerimine transkriptsiooni alguse piirkonnas;
- polümeraasi vabaneminepromootor pikenemisele ülemineku hetkel;
Teatud basaalsete transkriptsioonifaktorite subühikud seonduvad promootori reguleerivate elementidega. Kõige olulisem on TATA kast (ei ole iseloomulik kõigile geenidele), mis asub initsiatsioonipunktist "-35" nukleotiidi kaugusel. Teiste sidumissaitide hulka kuuluvad INR, BRE ja DPE järjestused. Mõned TF-id ei võta DNA-ga otse ühendust.
RNA polümeraasi ll peamiste transkriptsioonifaktorite rühma kuuluvad TFllD, TFllB, TFllF, TFllE ja TFllH. Nimetuse lõpus olev ladina täht näitab nende valkude tuvastamise järjekorda. Seega eraldati esimesena faktor TFlllA, mis kuulub lll RNA polümeraasi.
| Nimi | Valgu allüksuste arv | Funktsioon |
| TFllD | 16 (TBP +15 TAF-i) | TBP seostub TATA-kastiga ja TAF-id tunnevad ära teised promootorjärjestused |
| TFllB | 1 | Tuvastab BRE elemendi, orienteerib polümeraasi täpselt initsiatsioonikohas |
| TFllF | 3 | Stabiliseerib polümeraasi interaktsiooni TBP ja TFllB-ga, hõlbustab TFllE ja TFllH kinnitamist |
| TFllE | 2 | Ühendab ja reguleerib TFllH |
| TFllH | 10 | Eraldab DNA ahelad initsiatsioonipunktis, vabastab RNA-d sünteesiva ensüümi promootorist ja peamistest transkriptsioonifaktoritest (biokeemiaprotsess põhineb RNA polümeraasi Cer5-C-terminaalse domeeni fosforüülimisel) |
Basaal-TF-i kokkupanek toimub ainult aktivaatori, vahendaja ja kromatiini modifitseerivate valkude abiga.
Konkreetsed TF
Läbi geneetilise ekspressiooni kontrolli reguleerivad need transkriptsioonifaktorid nii üksikute rakkude kui ka kogu organismi biosünteetilisi protsesse alates embrüogeneesist kuni peen fenotüübilise kohanemiseni muutuvate keskkonnatingimustega. TF-i mõjusfäär hõlmab 3 peamist plokki:
- areng (embrüo- ja ontogenees);
- rakutsükkel;
- reageerimine välistele signaalidele.
Spetsiaalne transkriptsioonifaktorite rühm reguleerib embrüo morfoloogilist diferentseerumist. Seda valgukomplekti kodeerib spetsiaalne 180 bp konsensusjärjestus, mida nimetatakse homeoboxiks.
Selleks, et määrata, milline geen tuleks transkribeerida, peab regulaatorvalk "leidma" ja seonduma spetsiifilise DNA saidiga, mis toimib geneetilise lülitina (võimendaja, summuti jne). Iga selline järjestus vastab ühele või mitmele seotud transkriptsioonifaktorile, mis tunnevad ära soovitud saidi spiraali konkreetse välimise segmendi ja DNA-d siduva domeeni keemiliste konformatsioonide kokkulangemise tõttu (klahviluku põhimõte). Tuvastamiseks kasutatakse DNA primaarstruktuuri piirkonda, mida nimetatakse peamiseks sooneks.
Pärast DNA-ga seondumistaktivaatorvalk käivitab rea järjestikuseid samme, mis viivad eelinitsiaatori kompleksi kokkupanemiseni. Selle protsessi üldistatud skeem on järgmine:
- Aktivaatori seondumine kromatiiniga promootorpiirkonnas, ATP-st sõltuvate ümberkorralduskomplekside värbamine.
- Kromatiini ümberkorraldamine, histooni modifitseerivate valkude aktiveerimine.
- Histoonide kovalentne modifikatsioon, teiste aktivaatorvalkude ligitõmbamine.
- Täiendavate aktiveerivate valkude sidumine geeni regulatoorse piirkonnaga.
- Vahendaja ja üldise TF-i kaasamine.
- Initsiatsioonieelse kompleksi kokkupanek promootoril.
- Teiste aktivaatorvalkude mõju, initsiatsioonieelse kompleksi alaühikute ümberkorraldamine.
- Alusta transkriptsiooni.
Nende sündmuste järjekord võib geeniti erineda.
Nii suurele hulgale aktiveerimismehhanismidele vastab võrdselt lai valik represseerimismeetodeid. See tähendab, et inhibeerides ühte etappi teel initsiatsioonini, võib reguleeriv valk vähendada oma efektiivsust või selle täielikult blokeerida. Kõige sagedamini aktiveerib repressor mitu mehhanismi korraga, tagades transkriptsiooni puudumise.
Geenide koordineeritud kontroll
Hoolimata asjaolust, et igal transkriptonil on oma regulatsioonisüsteem, on eukarüootidel mehhanism, mis võimaldab sarnaselt bakteritele käivitada või peatada teatud ülesande täitmiseks mõeldud geenirühmi. See saavutatakse transkriptsiooni määrava teguriga, mis lõpetab kombinatsioonidmuud reguleerivad elemendid, mis on vajalikud geeni maksimaalseks aktiveerimiseks või supressiooniks.
Sellise reguleerimise alla kuuluvates transkriptonites viib erinevate komponentide interaktsioon sama valguni, mis toimib saadud vektorina. Seetõttu mõjutab sellise teguri aktiveerimine mitut geeni korraga. Süsteem töötab kaskaadi põhimõttel.
Koordineeritud kontrolli skeemi võib vaadelda skeletilihasrakkude ontogeneetilise diferentseerumise näitel, mille eelkäijateks on müoblastid.
Geenide transkriptsiooni, mis kodeerivad küpsele lihasrakule iseloomulike valkude sünteesi, käivitab üks neljast müogeensest faktorist: MyoD, Myf5, MyoG ja Mrf4. Need valgud aktiveerivad enda ja üksteise sünteesi ning sisaldavad ka täiendava transkriptsioonifaktori Mef2 ja struktuursete lihasvalkude geene. Mef2 osaleb müoblastide edasise diferentseerumise reguleerimises, säilitades samal ajal müogeensete valkude kontsentratsiooni positiivse tagasiside mehhanismi abil.
