ТРАНСКРИПЦИОНЕН ФАКТОР: МЕХАНИЗЪМ НА ДЕЙСТВИЕ, ВИДОВЕ, ФУНКЦИИ - БИОЛОГИЯ - 2025

А транскрипционен фактор е регулаторен протеин "аксесоар" необходимо за генна транскрипция. Транскрипцията е първата стъпка в генната експресия и включва прехвърлянето на информацията, съдържаща се в ДНК, в молекула на РНК, която впоследствие се обработва, за да доведе до генетични продукти.

РНК полимераза II е ензимът, отговорен за транскрипцията на повечето еукариотни гени и произвежда в допълнение към някои малки РНК месинджърни РНК, които по-късно ще бъдат преобразувани в протеини. Този ензим изисква наличието на вид фактори на транскрипция, известни като общи или основни фактори на транскрипция.

Тип транскрипционен фактор «Затваряне на левцин» (Източник: I, Splette чрез Wikimedia Commons)

Това обаче не са единствените фактори на транскрипция, които съществуват в природата, тъй като има "не-общи" протеини, както в еукариотите, така и в прокариотите и археите, които участват в регулацията на тъканно-специфичната генна транскрипция (в многоклетъчни организми) или в регулацията на генната активност в отговор на различни стимули.

Тези транскрипционни фактори са изключително важни ефекти и могат да бъдат намерени във почти всички живи организми, тъй като представляват основния източник на регулация на генната експресия.

Подробни проучвания на различни транскрипционни фактори при различни видове живи организми показват, че те имат модулна структура, в която конкретен регион е отговорен за взаимодействието с ДНК, докато останалите произвеждат стимулиращия или инхибиращия ефект.

Тогава факторите на транскрипция участват в моделирането на модели на генна експресия, което няма нищо общо с промените в последователността на ДНК, а с епигенетичните промени. Науката, която е отговорна за изучаването на тези промени, е известна като епигенетика.

Механизъм на действие

За да изпълняват функциите си, транскрипционните фактори трябва да могат да разпознават конкретно и да се свързват към определена ДНК последователност, за да повлияят положително или отрицателно върху транскрипцията на този участък от ДНК.

Общите транскрипционни фактори, които са основно еднакви за транскрипцията на всички гени тип II в еукариоти, се събират първо върху промоторната област на гена, като по този начин насочват позиционирането на ензима полимераза и "отварянето" на двойника перка.

Процесът протича в няколко последователни стъпки:

- Свързване на общия транскрипционен фактор TFIID с последователност на повторения на тимин (Т) и аденин (А) в гена, известен като "кутията на TATA"; това причинява изкривяване на ДНК, което е необходимо за свързването на други протеини с промоторния регион.

- Последващо сглобяване на други общи фактори (TFIIB, TFIIH, TFIH, TFIIE, TFIIF и др.) И на РНК полимераза II, образуващи така наречения комплекс за започване на транскрипция.

- Освобождаване на инициационния комплекс, фосфорилиране на полимеразата с фактор TFIIH и началото на транскрипцията и синтеза на РНК молекула от последователността на гена, който е транскрибиран.

Активиране и потискане на транскрипцията

Както беше обсъдено, "не-общи" транскрипционни фактори могат да регулират генната експресия, положително или отрицателно.

активиране

Някои от тези протеини съдържат в допълнение към структурните ДНК-свързващи домени, други мотиви, известни като активиращи домени, които са богати на киселинни аминокиселинни остатъци, глутамин или пролин остатъци.

Тези активационни домейни взаимодействат с елементи от комплекса от общи транскрипционни фактори или със свързани коактиваторни молекули, които взаимодействат директно с комплекса. Това взаимодействие води или до стимулиране на сглобяването на транскрипционния комплекс, или до повишаване на неговата активност.

потискане

Повечето фактори на транскрипция инхибират транскрипцията, като пречат на активността на положително действащите транскрипционни фактори, блокирайки стимулиращия им ефект. Те могат да работят, като блокират свързването на положителен фактор с ДНК или като действат върху фактори, които инактивират хроматиновата структура.

Други инхибиторни фактори действат чрез директно блокиране на транскрипцията, без да блокират действието на който и да е активиращ транскрипционен фактор; и те намаляват базалното ниво на транскрипция до ниво, дори по-ниско от това, постигнато при липса на активиращи фактори.

Подобно на активаторните протеини, репресорните фактори действат пряко или косвено с базални или общи фактори на транскрипция.

Видове

Въпреки че повечето транскрипционни фактори са класифицирани според характеристиките или идентичността на техните ДНК-свързващи домейни, има някои, също класифицирани като транскрипционни фактори, които не взаимодействат директно с ДНК и са известни като транскрипционни фактори. "Непряк".

Фактори на директна транскрипция

Те са най-често срещаните фактори на транскрипция. Те имат ДНК-свързващи домейни и могат да активират или инхибират генната експресия чрез свързване към специфични региони на ДНК. Те се различават един от друг, особено по отношение на техните ДНК-свързващи домейни и тяхното състояние на олигомеризация.

Най-проучените и признати семейства от този тип фактори са:

Helix-Turn-Helix („ спирала-завиване-спирала “, HTH)

Това беше първото семейство фактори с ДНК-свързващи домейни, които бяха открити и той присъства в много еукариотни и прокариотни протеини. Мотивът му за разпознаване се състои от α спирала, завъртане и втора α спирала.

Те са запазили глициновите домейни в областта на завоя, а също и някои хидрофобни остатъци, които помагат за стабилизиране на подреждането на двете спирали в HTH блока.

хомеодоменен

Той присъства в голям брой регулаторни протеини на еукариот. Първите последователности бяха разпознати в регулаторни протеини за развитие на Drosophila. Този домейн съдържа HTH мотив за свързване на ДНК и допълнителна α-спирала в допълнение към разширена N-крайна рамена.

Цинкови пръсти

Те са открити в транскрипционния фактор на Xenopus TFIIIA и е доказано, че участват в много аспекти на еукариотичната регулация на гените. Те се намират в протеини, индуцирани чрез сигнали за диференциация и растеж, в прото-онкогени и в някои общи фактори на транскрипция.

Те се характеризират с наличието на партидни повторения на 30 остатъчни цинкови мотиви, съдържащи различни цистеинови и хистидинови остатъци.

Стероидни рецептори

Това семейство включва важни регулаторни протеини, които освен че имат домен за свързване с хормони, притежават ДНК свързващ домен и обикновено действат като транскрипционни активатори.

Свързващите домейни съдържат 70 остатъка, сред които 8 са запазени цистеинови остатъци. Някои автори смятат, че тези фактори могат да образуват двойка цинкови пръсти, като се има предвид наличието на два набора от четири цистеина.

Затваряне на левцин и спирала-спирала-спирала („ спирала-спирала-спирала“)

Тези транскрипционни фактори участват в диференциацията и развитието и функционират чрез образуването на хетеродимер. Доменът за затваряне на левцин се наблюдава в различни еукариотни протеини и се характеризира с два поддомена: затваряне на левцин, което медиира димеризация и основен участък за свързване на ДНК.

Β листни мотиви

Те се намират главно в еукариотни фактори и се отличават чрез свързване към ДНК чрез антипаралелни β-листове.

Косвени транскрипционни фактори

Този тип транскрипционен фактор упражнява своите регулаторни ефекти върху генната експресия не чрез пряко взаимодействие с ДНК, а чрез протеин-протеинови взаимодействия с други транскрипционни фактори, които взаимодействат с ДНК. Ето защо те се наричат ​​„косвени“.

Първият, който беше описан, беше транс-активаторът на вируса на „херпес симплекс“ (HSV), известен като VP16, който се свързва с фактор Окт-1, когато клетките са заразени с този вирус, стимулирайки транскрипцията на специфичен ген.

Фактори от този тип, като тези, които се свързват с ДНК, могат да активират или потискат генната транскрипция, поради което те се наричат ​​съответно "коактиватори" и "коректори".

регулиране

Тези протеини могат да бъдат регулирани на две нива: в техния синтез и в тяхната активност, което зависи от различни променливи и множество ситуации.

Регулация на синтеза

Регулацията на неговия синтез може да бъде свързана с тъканно-специфичната експресия на определени транскрипционни фактори. Пример за това може да бъде MyoD фактор, синтезиран само в клетките на скелетните мускули и който е необходим за диференцирането на техните недиференцирани фибробластни предшественици.

Въпреки че регулацията на синтеза се използва основно за контрол на генната експресия в специфични клетъчни типове и тъкани, това не е единственият начин, тъй като също се регулира синтеза на фактори, участващи в индуцирането на гени, които участват в отговора. до различни стимули.

Регулиране на дейността

Друг регулаторен механизъм за транскрипционните фактори е регулирането на тяхната активност, което е свързано с активирането на други съществуващи транскрипционни фактори, които оказват положителни или отрицателни ефекти върху активността на определен фактор.

Активирането на тези „вторични“ фактори обикновено става чрез различни механизми като свързване на лиганда, промени в взаимодействието протеин-протеин, фосфорилиране, наред с други.

Роли и значение

Транскрипционните фактори участват в голямо разнообразие от процеси като ембрионално развитие, растеж и диференциация, контрол на клетъчния цикъл, адаптиране към колебателните условия на околната среда, поддържане на специфични за клетките и тъканите модели на протеинови синтези и др.

Например, в растенията те имат важни функции в защитата и при реакции на различни видове стрес. Остеогенезата при животни е определена да се контролира от транскрипционни фактори, както и много други процеси на диференциация на различни клетъчни линии.

Като се има предвид значението на тези протеини в организмите, не е необичайно да се мисли, че промените в тези регулаторни елементи ще доведат до сериозни патологични изменения.

При хората патологиите, свързани с транскрипционните фактори, могат да бъдат нарушения в развитието (поради мутации, които причиняват инактивиране на транскрипционни фактори, например), нарушения в хормоналния отговор или ракови заболявания.

Препратки

1. Alberts, B., Dennis, B., Hopkin, K., Johnson, A., Lewis, J., Raff, M.,… Walter, P. (2004). Съществена клетъчна биология. Abingdon: Garland Science, Taylor & Francis Group.
2. Iwafuchi-doi, M., & Zaret, KS (2014). Пионерни транскрипционни фактори в клетъчното препрограмиране. Гени и развитие, 28, 2679–2692.
3. Latchman, D. (1997). Фактори на транскрипция: Обзор. Int. J. Biochem. Cell. Biol., 29 (12), 1305-1312.
4. Latchman, DS (2007). Транскрипционни фактори. Енциклопедия на науките за живота, 1–5.
5. Мари, PJ (2008). Транскрипционни фактори, контролиращи остеобластогенезата. Архив по биохимия и биофизика, 473, 98-105.
6. Pabo, C., & Sauer, RT (1992). Транскрипционни фактори: структурни семейства и принципи за разпознаване на ДНК. Annu. Откр., 61, 1053-1095.
7. Singh, KB, Foley, RC, & Oñate-sánchez, L. (2002). Транскрипционни фактори в защитата на растенията и реакциите на стрес. Текущо становище в биологията на растенията, 5, 430-436.