FAKTOR TRANSKRIPCIE: MECHANIZMUS ÚČINKU, TYPY, FUNKCIE - BIOLÓGIE - 2026

Transkripčný faktor je regulačná "príslušenstvo" proteín nevyhnutný pre génovú transkripciu. Transkripcia je prvým krokom v génovej expresii a zahŕňa prenos informácií obsiahnutých v DNA na molekulu RNA, ktorá sa následne spracováva za vzniku génových produktov.

RNA polymeráza II je enzým zodpovedný za transkripciu väčšiny eukaryotických génov a produkuje, okrem niektorých malých RNA, messengerové RNA, ktoré sa neskôr prenesú na proteíny. Tento enzým vyžaduje prítomnosť typu transkripčných faktorov známych ako všeobecné alebo bazálne transkripčné faktory.

Typ transkripčného faktora «Leucínový uzáver» (Zdroj: I, Splette cez Wikimedia Commons)

Nejedná sa však iba o transkripčné faktory, ktoré existujú v prírode, pretože existujú „ne-všeobecné“ proteíny, a to ako v eukaryotoch, tak v prokaryotoch a archaeach, ktoré sa podieľajú na regulácii tkanivovo špecifických génových transkripcií (v viacbunkové organizmy) alebo pri regulácii génovej aktivity v reakcii na rôzne podnety.

Tieto transkripčné faktory sú veľmi dôležité efektory a možno ich nájsť prakticky vo všetkých živých organizmoch, pretože predstavujú hlavný zdroj regulácie génovej expresie.

Podrobné štúdie rôznych transkripčných faktorov v rôznych typoch živých organizmov naznačujú, že majú modulárnu štruktúru, v ktorej je špecifická oblasť zodpovedná za interakciu s DNA, zatiaľ čo iné vyvolávajú stimulačné alebo inhibičné účinky.

Transkripčné faktory sa potom podieľajú na modelovaní vzorov génovej expresie, ktoré nemajú nič spoločné so zmenami v sekvencii DNA, ale s epigenetickými zmenami. Veda, ktorá je zodpovedná za štúdium týchto zmien, sa nazýva epigenetika.

Mechanizmus akcie

Aby transkripčné faktory mohli vykonávať svoje funkcie, musia byť schopné špecificky rozpoznať a viazať sa na konkrétnu sekvenciu DNA, aby pozitívne alebo negatívne ovplyvnili transkripciu tejto oblasti DNA.

Všeobecné transkripčné faktory, ktoré sú v podstate rovnaké pre transkripciu všetkých génov typu II v eukaryotoch, sa najskôr skladajú z promótorovej oblasti génu, čím sa riadi umiestnenie polymerázového enzýmu a „otvorenie“ dvojitého génu. vrtule.

Proces prebieha v niekoľkých po sebe nasledujúcich krokoch:

- väzba všeobecného transkripčného faktora TFIID na sekvenciu opakovaní tymínu (T) a adenínu (A) v géne známom ako „TATA box“; to spôsobuje skreslenie DNA, ktoré je potrebné na naviazanie ďalších proteínov na promótorovú oblasť.

- Následné zostavenie ďalších všeobecných faktorov (TFIIB, TFIIH, TFIH, TFIIE, TFIIF, atď.) A RNA polymerázy II, čím sa vytvorí tzv. Iniciačný komplex transkripcie.

- Uvoľnenie iniciačného komplexu, fosforylácia polymerázy faktorom TFIIH a začiatok transkripcie a syntézy molekuly RNA zo sekvencie transkribovaného génu.

Aktivácia a potlačenie transkripcie

Ako bolo diskutované, „ne-všeobecné“ transkripčné faktory môžu regulovať génovú expresiu, buď pozitívne alebo negatívne.

aktivácia

Niektoré z týchto proteínov obsahujú, okrem štruktúrnych domén viažucich DNA, ďalšie motívy známe ako aktivačné domény, ktoré sú bohaté na kyslé aminokyselinové zvyšky, glutamínové alebo prolínové zvyšky.

Tieto aktivačné domény interagujú s prvkami komplexu všeobecných transkripčných faktorov alebo so súvisiacimi koaktivačnými molekulami, ktoré interagujú priamo s komplexom. Výsledkom tejto interakcie je buď stimulácia zostavenia transkripčného komplexu alebo zvýšenie jeho aktivity.

represie

Väčšina transkripčných faktorov inhibuje transkripciu tak, že interferuje s aktivitou pozitívne pôsobiacich transkripčných faktorov a blokuje ich stimulačný účinok. Môžu pôsobiť tak, že blokujú väzbu pozitívneho faktora na DNA alebo pôsobia na faktory, ktoré inaktivujú chromatínovú štruktúru.

Iné inhibičné faktory pôsobia priamo blokovaním transkripcie bez blokovania pôsobenia akéhokoľvek aktivačného transkripčného faktora; a znižujú základnú hladinu transkripcie na úroveň ešte nižšiu, ako je hladina dosiahnutá v neprítomnosti aktivačných faktorov.

Podobne ako aktivátorové proteíny, represorové faktory pôsobia priamo alebo nepriamo s bazálnymi alebo všeobecnými transkripčnými faktormi.

druhy

Hoci väčšina transkripčných faktorov je klasifikovaná podľa charakteristík alebo identity ich domén viažucich DNA, existuje niekoľko, tiež klasifikovaných ako transkripčné faktory, ktoré neinteragujú priamo s DNA a sú známe ako transkripčné faktory. "Nepriame".

Priame transkripčné faktory

Sú to najbežnejšie transkripčné faktory. Majú domény viažuce DNA a môžu aktivovať alebo inhibovať génovú expresiu väzbou na špecifické oblasti DNA. Líšia sa navzájom, najmä čo sa týka ich domén viažucich DNA a ich stavu oligomerizácie.

Najstudovanejšie a najuznávanejšie rodiny tohto typu faktorov sú:

Helix-Turn-Helix („ helix-turn-helix “, HTH)

Bola to prvá rodina faktorov s objavenými doménami viažucimi DNA, ktorá je prítomná v mnohých eukaryotických a prokaryotických proteínoch. Jeho rozpoznávací motív sa skladá z a špirály, rotácie a druhého a špirály.

Majú konzervované glycínové domény v oblasti zákruty a tiež niektoré hydrofóbne zvyšky, ktoré pomáhajú stabilizovať usporiadanie dvoch helixov v HTH jednotke.

homeodoména

Je prítomný vo veľkom počte eukaryotických regulačných proteínov. Prvé sekvencie boli rozpoznané vo vývojových regulačných proteínoch Drosophila. Táto doména obsahuje HTH motív na naviazanie DNA a ďalší a-helix okrem predĺženého N-koncového ramena.

Zinkové prsty

Objavili sa v transkripčnom faktore Xenopus TFIIIA a ukázalo sa, že sa podieľajú na mnohých aspektoch eukaryotickej génovej regulácie. Nachádzajú sa v proteínoch indukovaných diferenciačnými a rastovými signálmi, v protoonkogénoch a v niektorých všeobecných transkripčných faktoroch.

Vyznačujú sa prítomnosťou šaržových opakovaní 30 zinkových prstových motívov obsahujúcich rôzne zvyšky cysteínu a histidínu.

Steroidné receptory

Táto rodina zahŕňa dôležité regulačné proteíny, ktoré majú okrem domény pre hormonálnu väzbu aj doménu viažucu DNA a všeobecne pôsobia ako transkripčné aktivátory.

Väzbové domény obsahujú 70 zvyškov, medzi ktorými je 8 konzervovaných cysteínových zvyškov. Niektorí autori sa domnievajú, že tieto faktory by mohli tvoriť pár zinkových prstov, vzhľadom na prítomnosť dvoch súborov štyroch cysteínov.

Leucínový uzáver a špirála-slučka-špirála („ špirála-slučka-špirála“ )

Tieto transkripčné faktory sa podieľajú na diferenciácii a vývoji a funkcii vytvorením heterodiméru. Leukínová uzatváracia doména je pozorovaná v rôznych eukaryotických proteínoch a vyznačuje sa dvoma subdoménami: leucínovým uzáverom, ktorý sprostredkuje dimerizáciu a bázickú oblasť pre väzbu DNA.

Β motívy listov

Vyskytujú sa hlavne v eukaryotických faktoroch a vyznačujú sa väzbou na DNA pomocou antiparalelných β-listov.

Nepriame transkripčné faktory

Tento typ transkripčného faktora má svoje regulačné účinky na génovú expresiu nie prostredníctvom priamej interakcie s DNA, ale prostredníctvom interakcie proteín-proteín s inými transkripčnými faktormi, ktoré interagujú s DNA. Preto sa nazývajú „nepriame“.

Prvý, ktorý bude opísaný, bol trans-aktivátor vírusu herpes simplex (HSV) známy ako VP16, ktorý sa pri infekcii buniek týmto vírusom viaže na faktor Oct-1 a stimuluje transkripciu špecifického génu.

Faktory tohto typu, ako sú tie, ktoré sa viažu na DNA, môžu aktivovať alebo potlačiť génovú transkripciu, preto sa nazývajú „koaktivátory“ a „Corepresory“.

predpis

Tieto proteíny môžu byť regulované na dvoch úrovniach: v ich syntéze a v ich aktivite, ktorá závisí od rôznych premenných a viacerých situácií.

Regulácia syntézy

Regulácia jeho syntézy môže súvisieť s tkanivovo špecifickou expresiou určitých transkripčných faktorov. Príkladom môže byť faktor MyoD, ktorý sa syntetizuje iba v bunkách kostrových svalov a ktorý je potrebný na diferenciáciu ich nediferencovaných prekurzorov fibroblastov.

Aj keď regulácia syntézy sa v zásade používa na kontrolu génovej expresie v špecifických typoch buniek a tkanivách, nie je to jediný spôsob, pretože je regulovaná aj syntéza faktorov zapojených do indukcie génov, ktoré sa zúčastňujú na odpovedi. na rôzne podnety.

Regulácia činnosti

Ďalším regulačným mechanizmom pre transkripčné faktory je regulácia ich aktivity, ktorá súvisí s aktiváciou iných už existujúcich transkripčných faktorov, ktoré majú pozitívne alebo negatívne účinky na aktivitu konkrétneho faktora.

K aktivácii týchto „sekundárnych“ faktorov zvyčajne dochádza okrem iného rôznymi mechanizmami, ako je väzba ligandu, zmeny v interakciách proteín-proteín, fosforylácia.

Úlohy a význam

Transkripčné faktory sa podieľajú na mnohých procesoch, ako je embryonálny vývoj, rast a diferenciácia, kontrola bunkového cyklu, prispôsobenie sa meniacim sa okolitým podmienkam, udržiavanie vzorcov syntézy proteínov špecifických pre bunky a tkanivá, atď.

Napríklad v rastlinách majú dôležité funkcie pri obrane a pri reakciách na rôzne typy stresu. Zistilo sa, že osteogenéza u zvierat je kontrolovaná transkripčnými faktormi, ako aj mnohými ďalšími diferenciačnými procesmi rôznych bunkových línií.

Vzhľadom na dôležitosť týchto proteínov v organizmoch nie je neobvyklé myslieť si, že zmeny týchto regulačných prvkov spôsobia vážne patologické zmeny.

V prípade ľudí môžu byť patológiami spojenými s transkripčnými faktormi vývojové poruchy (napríklad v dôsledku mutácií, ktoré spôsobujú inaktiváciu transkripčných faktorov), poruchy hormonálnej odpovede alebo rakoviny.

Referencie

1. Alberts, B., Dennis, B., Hopkin, K., Johnson, A., Lewis, J., Raff, M., … Walter, P. (2004). Esenciálna bunková biológia. Abingdon: Garland Science, Taylor & Francis Group.
2. Iwafuchi-doi, M. a Zaret, KS (2014). Priekopnícke transkripčné faktory v preprogramovaní buniek. Genes & Development, 28, 2679 - 2692.
3. Latchman, D. (1997). Faktory transkripcie: Prehľad. Int. J. Biochem. Bunka. Biol., 29 (12), 1305-1312.
4. Latchman, DS (2007). Faktory transkripcie. Encyklopédia vied o živote, 1-5.
5. Marie, PJ (2008). Transkripčné faktory riadiace osteoblastogenézu. Archives of Biochemistry and Biophysics, 473, 98-105.
6. Pabo, C., & Sauer, RT (1992). Faktory transkripcie: štrukturálne rodiny a princípy rozpoznávania DNA. Annu. 61, 1053 - 1095, Rev.
7. Singh, KB, Foley, RC, a Oñate-sánchez, L. (2002). Faktory transkripcie pri obrane rastlín a stresové reakcie. Aktuálne stanovisko v Plant Biology, 5, 430-436.