TRANSKRIPCIJAS FAKTORS: DARBĪBAS MEHĀNISMS, VEIDI, FUNKCIJAS - BIOLOĢIJA - 2025

Transkripcijas faktors ir pārvaldes "piederums" olbaltumvielas nepieciešams gēnu transkripcija. Transkripcija ir pirmais gēna ekspresijas solis, un tā ietver DNS ietvertās informācijas pārsūtīšanu uz RNS molekulu, kuru pēc tam apstrādā, lai iegūtu gēnu produktus.

RNS polimerāze II ir enzīms, kas atbild par vairuma eikariotisko gēnu transkripciju, un papildus dažām mazām RNS rada Messenger Messenger, kuras vēlāk tiks pārveidotas olbaltumvielās. Šim fermentam nepieciešama tāda tipa transkripcijas faktoru klātbūtne, kas pazīstami kā vispārējie vai bazālie transkripcijas faktori.

Transkripcijas faktora tips «Leicīna slēgšana» (Avots: I, Splette caur Wikimedia Commons)

Tomēr šie nav vienīgie dabā pastāvošie transkripcijas faktori, jo ir "vispārīgi" olbaltumvielas gan eikariotos, gan prokariotos un arhaea, kas ir iesaistīti audos specifiskā gēna transkripcijas regulēšanā ( daudzšūnu organismi) vai gēnu aktivitātes regulēšanā, reaģējot uz dažādiem stimuliem.

Šie transkripcijas faktori ir ļoti svarīgi efektori, un tos var atrast praktiski visos dzīvos organismos, jo tie ir galvenais gēnu ekspresijas regulēšanas avots.

Sīki pētījumi par dažādiem transkripcijas faktoriem dažāda veida dzīvajos organismos norāda, ka tiem ir modulāra struktūra, kurā par mijiedarbību ar DNS ir atbildīgs noteikts reģions, bet pārējiem ir stimulējoša vai inhibējoša iedarbība.

Tad transkripcijas faktori piedalās gēnu ekspresijas modeļu modelēšanā, kam nav nekā kopīga ar izmaiņām DNS secībā, bet gan ar epiģenētiskām izmaiņām. Zinātne, kas ir atbildīga par šo izmaiņu izpēti, ir pazīstama kā epiģenētika.

Darbības mehānisms

Lai veiktu savas funkcijas, transkripcijas faktoriem jāspēj īpaši atpazīt un saistīties ar noteiktu DNS secību, lai pozitīvi vai negatīvi ietekmētu šī DNS reģiona transkripciju.

Vispārējie transkripcijas faktori, kas principā ir vienādi visu II tipa gēnu transkripcijai eikariotos, vispirms samontējas uz gēna promocijas reģionu, tādējādi virzot polimerāzes enzīma novietojumu un dubultā "atvēršanu". dzenskrūve.

Process notiek vairākos secīgos posmos:

- vispārējā transkripcijas faktora TFIID saistīšana ar timīna (T) un adenīna (A) atkārtojumu secību gēnā, kas pazīstams kā “TATA lodziņš”; tas izraisa DNS izkropļojumus, kas nepieciešami citu olbaltumvielu saistīšanai ar promotora reģionu.

- Turpmākā citu vispārīgo faktoru (TFIIB, TFIIH, TFIH, TFIIE, TFIIF utt.) Un RNS polimerāzes II salikšana, veidojot tā saukto transkripcijas ierosināšanas kompleksu.

- Iniciācijas kompleksa atbrīvošana, polimerāzes fosforilēšana ar TFIIH koeficientu un RNS molekulas transkripcijas un sintēzes sākums no transkribētā gēna secības.

Transkripcijas aktivizēšana un apspiešana

Kā apspriests, "vispārīgi" transkripcijas faktori var pozitīvi vai negatīvi regulēt gēna ekspresiju.

Aktivizēšana

Daži no šiem proteīniem papildus strukturālajiem DNS saistošajiem domēniem satur arī citus motīvus, kas pazīstami kā aktivēšanas domēni, kuri ir bagāti ar skābām aminoskābju, glutamīna vai prolīna atlikumiem.

Šie aktivizācijas domēni mijiedarbojas ar vispārējo transkripcijas faktoru kompleksa elementiem vai ar saistītām koaktyvatora molekulām, kas tieši mijiedarbojas ar kompleksu. Šīs mijiedarbības rezultātā tiek stimulēta transkripcijas kompleksa montāža vai palielināta tā aktivitāte.

Represijas

Lielākā daļa transkripcijas faktoru kavē transkripciju, traucējot pozitīvi darbojošos transkripcijas faktoru aktivitāti, bloķējot to stimulējošo iedarbību. Viņi var darboties, bloķējot pozitīvā faktora saistīšanos ar DNS vai iedarbojoties uz faktoriem, kas inaktivē hromatīna struktūru.

Citi kavējošie faktori darbojas, tieši bloķējot transkripciju, neaizkavējot neviena aktivizējošā transkripcijas faktora darbību; un tie samazina transkripcijas pamatlīmeni līdz līmenim, kas ir vēl zemāks par līmeni, kas tiek sasniegts, ja nav aktivējošo faktoru.

Tāpat kā aktivatora olbaltumvielas, arī represori faktori tieši vai netieši iedarbojas uz bazālajiem vai vispārējiem transkripcijas faktoriem.

Veidi

Lai arī lielāko daļu transkripcijas faktoru klasificē pēc to DNS saistošo domēnu īpašībām vai identitātes, ir arī daži, arī klasificēti kā transkripcijas faktori, kuri tieši neiedarbojas uz DNS un ir pazīstami kā transkripcijas faktori. "Netiešais".

Tiešie transkripcijas faktori

Tie ir visizplatītākie transkripcijas faktori. Viņiem ir DNS saistoši domēni un tie var aktivizēt vai kavēt gēnu ekspresiju, saistoties ar noteiktiem DNS reģioniem. Tie atšķiras viens no otra, jo īpaši attiecībā uz DNS saistošajiem domēniem un oligomerizācijas stāvokli.

Visizpētītākās un atzītākās šāda veida faktoru ģimenes ir:

Spirāle-pagrieziena spirāle (“ spirāle-pagrieziena spirāle ”, HTH)

Šī bija pirmā faktoru saime, kurā tika atklāti DNS saistošie domēni, un tā ir sastopama daudzos eikariotu un prokariotu proteīnos. Tās atpazīšanas motīvs sastāv no α spirāles, griešanās un otrās α spirāles.

Viņiem ir saglabājušies glicīna domēni pagrieziena reģionā un arī daži hidrofobiski atlikumi, kas palīdz stabilizēt divu spirāļu izvietojumu HTH vienībā.

Mājas domēns

Tas atrodas daudzos eikariotu regulējošos proteīnos. Pirmās sekvences tika atpazītas Drosophila attīstības regulējošajos proteīnos. Šajā domēnā ir HTH motīvs saistīt DNS un papildus α-spirāle papildus paplašinātai N-gala daļai.

Cinka pirksti

Tie tika atklāti ksenopusa transkripcijas faktorā TFIIIA, un ir pierādīts, ka tie piedalās daudzos eikariotu gēnu regulēšanas aspektos. Tie ir atrodami olbaltumvielās, ko izraisa diferenciācija un augšanas signāli, proto onkogēnos un dažos vispārējos transkripcijas faktoros.

Viņiem raksturīga 30 atkārtotu cinka pirkstu motīvu sērijas atkārtošanās, kas satur dažādas cisteīna un histidīna atliekas.

Steroīdu receptori

Šajā saimē ietilpst svarīgi proteīni, kuriem papildus domēnam, kas piesaista hormonus, ir arī DNS saistošs domēns un tie parasti darbojas kā transkripcijas aktivētāji.

Saistošie domēni satur 70 atlikumus, starp kuriem 8 ir konservēti cisteīna atlikumi. Daži autori uzskata, ka šie faktori varētu veidot cinka pirkstu pāri, ņemot vērā divu četru cisteīnu komplektu klātbūtni.

Leicīna aizdare un spirāles-cilpas-spirāles (“ spirāles-cilpu-spirāles” )

Šie transkripcijas faktori ir iesaistīti diferenciācijā un attīstībā un funkcionēšanā, veidojot heterodimēru. Leicīna slēgšanas domēns tiek novērots dažādos eikariotu proteīnos, un to raksturo divi apakšdomēni: leicīna slēgšana, kas veic dimerizācijas starpniecību, un pamata reģions DNS saistīšanai.

Β lokšņu motīvi

Tie galvenokārt atrodami eikariotiskos faktoros, un tos izšķir ar saistīšanos ar DNS ar antiparalēlām β-loksnēm.

Netiešie transkripcijas faktori

Šāda veida transkripcijas faktors regulējošo iedarbību uz gēnu ekspresiju izdara nevis tiešā mijiedarbībā ar DNS, bet gan olbaltumvielu-olbaltumvielu mijiedarbībā ar citiem transkripcijas faktoriem, kas mijiedarbojas ar DNS. Tāpēc tos sauc par “netiešiem”.

Pirmais, kas tika aprakstīts, bija herpes simplex vīrusa (HSV) trans-aktivators, kas pazīstams kā VP16, kas saistās ar faktoru Oct-1, kad šūnas ir inficētas ar šo vīrusu, stimulējot specifiska gēna transkripciju.

Šāda veida faktori, piemēram, tie, kas saistās ar DNS, var aktivizēt vai nomāc gēnu transkripciju, tāpēc tos attiecīgi sauc par “koaktyvatoriem” un “corepressoriem”.

Regula

Šīs olbaltumvielas var regulēt divos līmeņos: to sintēzē un darbībā, kas ir atkarīga no dažādiem mainīgajiem un vairākām situācijām.

Sintēzes regulēšana

Tās sintēzes regulēšana var būt saistīta ar noteiktu transkripcijas faktoru ekspresiju audos. Tā piemērs var būt MyoD faktors, kas sintezēts tikai skeleta muskuļu šūnās un kas nepieciešams to nediferencēto fibroblastu prekursoru diferenciācijai.

Kaut arī sintēzes regulēšana galvenokārt tiek izmantota, lai kontrolētu gēnu ekspresiju noteiktos šūnu tipos un audos, tas nav vienīgais veids, jo tiek regulēta arī to faktoru sintēze, kas iesaistīti reakcijā iesaistīto gēnu indukcijā. uz dažādiem stimuliem.

Darbības regulēšana

Vēl viens transkripcijas faktoru regulēšanas mehānisms ir to aktivitātes regulēšana, kas ir saistīta ar citu jau esošu transkripcijas faktoru aktivizēšanu, kas pozitīvi vai negatīvi ietekmē konkrēta faktora aktivitāti.

Šo "sekundāro" faktoru aktivizācija parasti notiek, izmantojot dažādus mehānismus, piemēram, saistīšanos ar ligandiem, izmaiņām olbaltumvielu-olbaltumvielu mijiedarbībā, fosforilēšanu.

Lomas un nozīme

Transkripcijas faktori piedalās ļoti dažādos procesos, piemēram, embrionālās attīstības, augšanas un diferenciācijas, šūnu cikla kontroles, adaptācijas mainīgajos vides apstākļos, šūnu un audu specifisko olbaltumvielu sintēzes modeļu uzturēšanā utt.

Piemēram, augos tām ir svarīgas funkcijas aizsardzībā un reakcijā uz dažāda veida stresu. Ir noteikts, ka dzīvnieku osteoģenēzi kontrolē transkripcijas faktori, kā arī daudzi citi dažādu šūnu līniju diferenciācijas procesi.

Ņemot vērā šo olbaltumvielu nozīmi organismos, nav nekas neparasts domāt, ka šo normatīvo elementu izmaiņas radīs nopietnas patoloģiskas izmaiņas.

Cilvēkiem patoloģijas, kas saistītas ar transkripcijas faktoriem, var būt attīstības traucējumi (piemēram, mutāciju dēļ, kas izraisa transkripcijas faktoru inaktivāciju), traucējumi hormonālajā atbildē vai vēzis.

Atsauces

1. Alberts, B., Deniss, B., Hopkins, K., Džonsons, A., Lūiss, J., Rafs, M., … Valters, P. (2004). Būtiskā šūnu bioloģija. Abingdons: Garland Science, Taylor & Francis grupa.
2. Iwafuchi-doi, M., & Zaret, KS (2014). Pionieru transkripcijas faktori šūnu pārprogrammēšanā. Genes & Development, 28, 2679–2692.
3. Latchman, D. (1997). Transkripcijas faktori: pārskats. Int. J. Biochem. Šūna. Biol., 29 (12), 1305-1312.
4. Latchman, DS (2007). Transkripcijas faktori. Dzīves zinātņu enciklopēdija, 1. – 5.
5. Marija, PJ (2008). Transkripcijas faktori, kas kontrolē osteoblastoģenēzi. Bioķīmijas un biofizikas arhīvs, 473, 98-105.
6. Pabo, C., & Sauer, RT (1992). Transkripcijas faktori: strukturālās ģimenes un DNS atpazīšanas principi. Annu. Rev., 61, 1053-1095.
7. Singh, KB, Foley, RC, & Oñate-sánchez, L. (2002). Augu aizsardzības un stresa reakciju transkripcijas faktori. Pašreizējais atzinums augu bioloģijā, 5, 430-436.