ФАКТОР ТРАНСКРИПЦИЈЕ: МЕХАНИЗАМ ДЕЛОВАЊА, ВРСТЕ, ФУНКЦИЈЕ - БИОЛОГИЈА - 2025

Транскрипциони фактор је регулаторна "додатак" протеин неопходан за транскрипције гена. Транскрипција је први корак експресије гена и укључује пренос информација садржаних у ДНК у РНА молекулу, која се накнадно обрађује да би се добили генски производи.

РНА полимераза ИИ је ензим одговоран за транскрипцију већине еукариотских гена и ствара, поред неких малих РНА, мессенгер РНА које ће се касније превести у протеине. Овај ензим захтева присуство врсте фактора транскрипције познатих као општи или базни фактори транскрипције.

Тип фактора транскрипције «Леуцинско затварање» (Извор: И, Сплетте преко Викимедиа Цоммонс)

Међутим, ово нису једини фактори транскрипције који постоје у природи, пошто постоје "не-општи" протеини, и у еукариотама и у прокариотима и археама, који су укључени у регулацију ткивне специфичне транскрипције гена (у вишећелијски организми) или у регулацији активности гена у одговору на различите подражаје.

Ови фактори транскрипције су веома важни ефектори и могу се наћи у готово свим живим организмима, пошто представљају главни извор регулације експресије гена.

Детаљна испитивања различитих фактора транскрипције у различитим врстама живих организама показују да они имају модуларну структуру, у којој је за интеракцију са ДНК одговорна одређена регија, док остале производе стимулативне или инхибиторне ефекте.

Фактори транскрипције тада учествују у моделирању образаца експресије гена који нема никакве везе са променама у низу ДНК, већ са епигенетским променама. Наука која је одговорна за проучавање ових промена позната је као епигенетика.

Механизам дејства

Да би извршили своје функције, транскрипциони фактори морају бити у стању да специфично препознају и вежу се за одређену секвенцу ДНК да би позитивно или негативно утицали на транскрипцију тог региона ДНК.

Општи фактори транскрипције, који су у основи исти за транскрипцију свих врста ИИ гена у еукариотама, састављају се прво на промоторском региону гена, усмеравајући тако позиционирање ензима полимеразе и "отварање" двоструког пропелер.

Процес се одвија у неколико узастопних корака:

- Везање општег фактора транскрипције ТФИИД на низ понављања тимина (Т) и аденина (А) у гену познатом као "ТАТА кутија"; ово изазива изобличавање ДНК које је неопходно за везање других протеина на промоторску регију.

- Накнадно састављање других општих фактора (ТФИИБ, ТФИИХ, ТФИХ, ТФИИЕ, ТФИИФ, итд.) И РНА полимеразе ИИ, формирајући такозвани комплекс иницијације транскрипције.

- Ослобађање иницијацијског комплекса, фосфорилација полимеразе фактором ТФИИХ и почетак транскрипције и синтезе РНА молекула из секвенце гена који је преписан.

Активација и сузбијање транскрипције

Као што је речено, "не-општи" фактори транскрипције могу регулисати експресију гена, било позитивно или негативно.

Активација

Неки од ових протеина садрже, поред структуралних домена који везују ДНК, друге мотиве познате као активацијски домени, који су богати киселим остацима аминокиселина, остацима глутамина или пролина.

Ови активациони домени делују у интеракцији са елементима комплекса општих фактора транскрипције или са сродним молекулама коактиватора који директно комуницирају са комплексом. Ова интеракција резултира или стимулацијом склопа транскрипцијског комплекса или повећањем његове активности.

Репресија

Већина фактора транскрипције инхибира транскрипцију ометајући активност позитивних фактора транскрипције, блокирајући њихов стимулативни ефекат. Могу да делују блокирајући везивање позитивног фактора на ДНК или делујући на факторе који инактивирају кроматинску структуру.

Остали инхибиторни фактори делују директно блокирањем транскрипције, без блокирања деловања било ког активирајућег транскрипцијског фактора; и они смањују базни ниво транскрипције, до нивоа чак нижег од оног који је постигнут у одсуству активирајућих фактора.

Попут активаторских протеина, репресивни фактори директно или индиректно делују са базним или општим факторима транскрипције.

Врсте

Иако је већина фактора транскрипције класификована према карактеристикама или идентитету њихових домена која везују ДНК, постоје неки, такође класификовани као фактори транскрипције, који не комуницирају директно са ДНК и познати су као фактори транскрипције. "Индиректан".

Фактори директне транскрипције

Они су најчешћи фактори транскрипције. Они имају домене који везују ДНК и могу активирати или инхибирати експресију гена везањем на специфичне регионе ДНК. Они се међусобно разликују, посебно с обзиром на њихове домене који везују ДНК и стање олигомеризације.

Најтраженије и најпознатије породице ове врсте фактора су:

Хелик-Турн-Хелик („ хелик-турн-хелик “, ХТХ)

Ово је прва породица фактора са ДНА-везујућим доменима која је откривена, а присутна је у многим еукариотским и прокариотским протеинима. Његов мотив препознавања састоји се од α-спирала, центрифуге и другог α-спирала.

Очували су домене глицина у региону скретања, а такође и неке хидрофобне остатке који помажу у стабилизацији распореда двеју спирала у ХТХ јединици.

Хомеодомена

Присутан је у великом броју еукариотских регулаторних протеина. Прве секвенце препознате су у регулаторним протеинима развоја Дросопхила. Овај домен садржи ХТХ мотив да веже ДНК и додатну α-хелик, поред продуженог крака Н-терминала.

Цинк Фингерс

Откривени су у Ксенопус транскрипцијском фактору ТФИИИА и показало се да учествује у многим аспектима еукариотске регулације гена. Налазе се у протеинима индукованим диференцијацијом и сигналима раста, у прото-онкогенима и неким општим факторима транскрипције.

Карактерише их присуство серијских понављања 30 остатака цинкових мотива прста који садрже разне цистеинске и хистидинске остатке.

Стероидни рецептори

Ова породица укључује важне регулаторне протеине који, поред тога што имају домен за везивање хормона, поседују и ДНК везујући домен и углавном делују као активатори транскрипције.

Везни домени садрже 70 остатака, међу којима су 8 сачувани цистеински остаци. Неки аутори сматрају да би ови фактори могли да формирају пар цинкових прстију, с обзиром на присуство два скупа од четири цистеина.

Затварање леуцина и хелик-хелик-хелик („ хелик-лооп-хелик“ )

Ови фактори транскрипције укључују се у диференцијацију и развој и функционишу формирањем хетеродимера. Домен затварања леуцина примећен је у различитим еукариотским протеинима и карактеришу га два поддомена: затварање леуцина које посредује димеризацијом и основно подручје за везивање ДНК.

Β листови мотиви

Они се углавном налазе у еукариотским факторима и разликују се везањем за ДНК антипаралним β-листовима.

Индиректни фактори транскрипције

Ова врста фактора транскрипције врши своје регулаторне ефекте на експресију гена не директном интеракцијом са ДНК, већ интеракцијом протеина и протеина са другим факторима транскрипције који делују у интеракцији са ДНК. Због тога их називају "индиректни".

Први који је описан био је трансактиватор вируса херпес симплекса (ХСВ) познат као ВП16, који се везује за фактор Оцт-1 када су ћелије заражене овим вирусом, стимулишући транскрипцију одређеног гена.

Чимбеници ове врсте, попут оних који се везују за ДНК, могу активирати или потиснути транскрипцију гена, због чега их се назива „коактиваторима“ и „језгровима“.

Регулација

Ови протеини се могу регулисати на два нивоа: у њиховој синтези и у њиховој активности, што зависи од различитих променљивих и више ситуација.

Регулација синтезе

Регулација његове синтезе може бити повезана са експресијом одређених фактора транскрипције специфичних за ткиво. Пример за то може бити МиоД фактор, синтетизован само у ћелијама скелетних мишића и који је неопходан за диференцијацију њихових недиференцираних прекурсора фибробласта.

Иако се регулација синтезе углавном користи за контролу експресије гена у специфичним ћелијским типовима и ткивима, то није једини начин, јер је такође регулисана синтеза фактора који учествују у индукцији гена који учествују у одговору. на разне подражаје.

Регулација активности

Други регулаторни механизам за транскрипционе факторе је регулисање њихове активности, које има везе са активирањем других постојећих фактора транскрипције који имају позитивне или негативне ефекте на активност одређеног фактора.

Активација ових „секундарних“ фактора обично се одвија путем различитих механизама као што су везивање лиганда, промене у интеракцијама протеин-протеин, фосфорилација, између осталог.

Улоге и значај

Фактори транскрипције учествују у широком спектру процеса као што су ембрионални развој, раст и диференцијација, контрола ћелијског циклуса, прилагођавање флуктуирајућим условима окружења, одржавање образаца синтезе ћелија и ткива специфичних протеина итд.

На пример, у биљкама они имају важне функције у одбрани и као реакцији на различите врсте стреса. Остеогенеза код животиња је одређена да контролише транскрипционе факторе, као и многе друге процесе диференцијације различитих ћелијских линија.

С обзиром на важност ових протеина у организмима, није неуобичајено мислити да ће промене ових регулаторних елемената изазвати озбиљне патолошке промене.

У случају људи, патологије повезане са факторима транскрипције могу бити поремећаји у развоју (услед мутација које узрокују инактивацију фактора транскрипције), поремећаји у хормоналном одговору или карциноми.

Референце

1. Албертс, Б., Деннис, Б., Хопкин, К., Јохнсон, А., Левис, Ј., Рафф, М., … Валтер, П. (2004). Основна ћелијска биологија. Абингдон: Гарланд Сциенце, Таилор & Францис Гроуп.
2. Ивафуцхи-дои, М., и Зарет, КС (2014). Пионирски фактори транскрипције у репрограму ћелија. Гени и развој, 28, 2679–2692.
3. Латцхман, Д. (1997). Фактори транскрипције: преглед. Ј. Биоцхем. Ћелија. Биол., 29 (12), 1305-1312.
4. Латцхман, ДС (2007). Фактори транскрипције. Енциклопедија наука о животу, 1–5.
5. Марие, ПЈ (2008). Транскрипциони фактори који контролирају остеобластогенезу. Архив биохемије и биофизике, 473, 98-105.
6. Пабо, Ц., и Сауер, РТ (1992). Фактори транскрипције: структурне породице и принципи препознавања ДНК. Анну. Рев., 61, 1053-1095.
7. Сингх, КБ, Фолеи, РЦ, и Онате-санцхез, Л. (2002). Фактори транскрипције у одбрани биљке и реакцији на стрес. Тренутно мишљење о биологији биљака, 5, 430-436.