TRANSKRIPTIOKERROIN: TOIMINTAMEKANISMI, TYYPIT, TOIMINNOT - BIOLOGIA - 2025

Transkriptiotekijä on sääntelyn "lisälaite" proteiinia, jota tarvitaan geenin transkriptioon. Transkriptio on geeniekspression ensimmäinen vaihe ja siihen sisältyy DNA: n sisältämän tiedon siirtäminen RNA-molekyyliin, joka prosessoidaan myöhemmin geenituotteiden syntymiseksi.

RNA-polymeraasi II on entsyymi, joka vastaa useimpien eukaryoottisten geenien kopioinnista ja tuottaa joidenkin pienten RNA: ien lisäksi lähetti-RNA: ita, jotka myöhemmin transloidaan proteiineihin. Tämä entsyymi vaatii sellaisen tyypin transkriptiotekijöiden esiintymisen, joita kutsutaan yleisiksi tai perustranskriptiotekijöiksi.

Transkriptiotekijätyyppi «Leusiinin sulkeminen» (Lähde: I, Splette Wikimedia Commonsin kautta)

Nämä eivät kuitenkaan ole ainoita luonnossa esiintyviä transkriptiotekijöitä, koska on olemassa "ei-yleisiä" proteiineja, sekä eukaryooteissa että prokaryooteissa ja archaeassa, jotka osallistuvat kudosspesifisen geenitranskription säätelyyn (monisoluiset organismit) tai geenin aktiivisuuden säätelyssä vasteena useille ärsykkeille.

Nämä transkriptiotekijät ovat erittäin tärkeitä efektoreita, ja niitä voidaan löytää käytännöllisesti katsoen kaikissa elävissä organismeissa, koska ne edustavat geenien ilmentymisen pääasiallista lähdettä.

Yksityiskohtaiset tutkimukset erilaisista transkriptiotekijöistä erityyppisissä elävissä organismeissa osoittavat, että niillä on modulaarinen rakenne, jossa tietty alue vastaa vuorovaikutuksesta DNA: n kanssa, kun taas toisilla on stimuloivia tai estäviä vaikutuksia.

Transkriptiotekijät osallistuvat sitten geeniekspressiokuvioiden mallintamiseen, jolla ei ole mitään tekemistä DNA-sekvenssin muutosten kanssa, mutta epigeneettisten muutosten kanssa. Tiede, joka vastaa näiden muutosten tutkimisesta, tunnetaan nimellä epigenetiikka.

Toimintamekanismi

Toimintojensa suorittamiseksi transkriptiotekijöiden on kyettävä tunnistamaan spesifisesti tietty DNA-sekvenssi ja sitoutumaan siihen, jotta voidaan vaikuttaa positiivisesti tai negatiivisesti kyseisen DNA-alueen transkriptioon.

Yleiset transkriptiotekijät, jotka ovat periaatteessa samat kaikkien tyypin II geenien transkriptioon eukaryooteissa, kokoontuvat ensin geenin promoottorialueelle, johtaen siten polymeraasientsyymin sijaintiin ja kaksoispaikan "aukkoon" potkuri.

Prosessi tapahtuu useissa peräkkäisissä vaiheissa:

- Yleisen transkriptiotekijän TFIID sitoutuminen tymiinin (T) ja adeniinin (A) toistojaksoihin geenissä, joka tunnetaan nimellä "TATA-laatikko"; tämä aiheuttaa DNA: n vääristymisen, joka on välttämätöntä muiden proteiinien sitoutumiseksi promoottorialueelle.

- Muiden yleisten tekijöiden (TFIIB, TFIIH, TFIH, TFIIE, TFIIF jne.) Ja RNA-polymeraasi II: n myöhempi kokoonpano, muodostaen niin kutsutun transkription aloituskompleksin.

- Aloituskompleksin vapauttaminen, polymeraasin fosforylointi tekijällä TFIIH ja RNA-molekyylin transkription ja synteesin aloittaminen transkriptoidun geenin sekvenssistä.

Transkription aktivointi ja tukahduttaminen

Kuten keskusteltiin, "ei-yleiset" transkriptiotekijät voivat säädellä geeniekspressiota, joko positiivisesti tai negatiivisesti.

aktivointi

Jotkut näistä proteiineista sisältävät rakenteellisia DNA: ta sitovien domeenien lisäksi muita aktivointidomeeneiksi kutsuttuja motiiveja, joissa on runsaasti happamia aminohappotähteitä, glutamiini- tai proliinitähteitä.

Nämä aktivaatioalueet ovat vuorovaikutuksessa yleisten transkriptiotekijöiden kompleksin elementtien tai niiden sukulaisten koaktivaattorimolekyylien kanssa, jotka ovat vuorovaikutuksessa suoraan kompleksin kanssa. Tämä vuorovaikutus johtaa joko transkriptionaalisen kompleksin kokoonpanon stimulointiin tai sen aktiivisuuden lisääntymiseen.

tukahduttaminen

Useimmat transkriptiotekijät estävät transkriptiota häiritsemällä positiivisesti vaikuttavien transkriptiotekijöiden aktiivisuutta estämällä niiden stimuloivan vaikutuksen. Ne voivat toimia estämällä positiivisen tekijän sitoutumisen DNA: han tai vaikuttamalla tekijöihin, jotka inaktivoivat kromatiinirakenteen.

Muut estävät tekijät toimivat estämällä suoraan transkription estämättä minkään aktivoivan transkription tekijän vaikutusta; ja ne alentavat transkription perustasoa tasolle, joka on jopa alempi kuin taso, joka saavutetaan ilman aktivoivia tekijöitä.

Kuten aktivaattoriproteiineja, myös repressoritekijät vaikuttavat suoraan tai epäsuorasti perus- tai yleisten transkriptiotekijöiden kanssa.

Tyypit

Vaikka suurin osa transkriptiotekijöistä luokitellaan niiden DNA: ta sitovien domeenien ominaisuuksien tai identiteetin perusteella, on joitain, myös luokiteltuja transkriptiotekijöiksi, jotka eivät ole vuorovaikutuksessa suoraan DNA: n kanssa ja tunnetaan transkriptiotekijöinä. "Epäsuora".

Suorat transkriptiotekijät

Ne ovat yleisimmät transkriptiotekijät. Heillä on DNA: ta sitovat domeenit ja ne voivat aktivoida tai estää geeniekspression sitoutumalla DNA: n tiettyihin alueisiin. Ne eroavat toisistaan ​​etenkin DNA: ta sitovien domeeniensa ja oligomerisaation tilansa suhteen.

Tämän tyyppisiä tekijöitä tutkituimmat ja tunnustetut perheet ovat:

Helix-Turn-Helix (“ kierre-käännös-kierre ”, HTH)

Tämä oli ensimmäinen DNA: ta sitovien domeenien tekijäperhe, joka löydettiin, ja sitä on läsnä monissa eukaryoottisissa ja prokaryoottisissa proteiineissa. Sen tunnistuskuvio koostuu a-kierroksesta, spinistä ja toisesta a-kierroksesta.

Heillä on konservoitunut glysiinidomeeneja käännöksen alueella ja myös joitain hydrofobisia tähteitä, jotka auttavat stabiloimaan kahden kierukan järjestelyä HTH-yksikössä.

homeodomain

Sitä on läsnä monissa eukaryoottisissa säätelyproteiineissa. Ensimmäiset sekvenssit tunnistettiin Drosophilan kehitystä säätelevissä proteiineissa. Tämä domeeni sisältää HTH-aiheen DNA: n sitomiseksi ja ylimääräisen a-helixin laajennetun N-terminaalisen varren lisäksi.

Sinkin sormet

Ne löydettiin Xenopus-transkriptiotekijästä TFIIIA, ja niiden on osoitettu osallistuvan moniin näkökohtiin eukaryoottisen geenin säätelyssä. Niitä löytyy proteiineista, joita indusoivat erilaistumis- ja kasvusignaalit, proto-onkogeeneissä ja joissain yleisissä transkriptiotekijöissä.

Niille on tunnusomaista, että läsnä on 30 jäännössinkin sormen aiheen erätoistoja, jotka sisältävät erilaisia ​​kysteiini- ja histidiinitähteitä.

Steroidireseptorit

Tämä perhe sisältää tärkeitä säätelyproteiineja, joilla on lisäksi domeeni hormonien sitoutumiselle, joilla on myös DNA: ta sitova domeeni ja jotka toimivat yleensä transkriptionaalisina aktivaattoreina.

Sitovat domeenit sisältävät 70 tähdettä, joista 8 on konservoituneita kysteiinitähteitä. Jotkut kirjoittajat katsovat, että nämä tekijät voisivat muodostaa parin sinkkisormia, kun otetaan huomioon kahden sarjan neljä kysteiiniä.

Leusiinisuljin ja helix-loop-helix (“ helix-loop-helix”)

Nämä transkriptiotekijät ovat mukana erilaistumisessa ja kehityksessä ja toiminnassa muodostamalla heterodimeeri. Leusiinin sulkeutumisdomeeni havaitaan erilaisissa eukaryoottisissa proteiineissa, ja jolle on tunnusomaista kaksi aladomeenia: dimerisaatiota välittävä leusiinisulku ja emäksinen alue DNA: n sitoutumiseen.

Β arkkikuvat

Niitä esiintyy pääasiassa eukaryoottisissa tekijöissä, ja ne erottuvat sitoutumisesta DNA: han antiparallelisten beeta-arkkien avulla.

Epäsuorat transkriptiotekijät

Tämäntyyppinen transkriptiotekijä ei säätelee vaikutuksiaan geeniekspressioon, ei suoran vuorovaikutuksen kanssa DNA: n kanssa, vaan proteiini-proteiini-vuorovaikutusten kanssa muiden transkriptiotekijöiden kanssa, jotka ovat vuorovaikutuksessa DNA: n kanssa. Siksi niitä kutsutaan "epäsuoriksi".

Ensimmäinen kuvaus, joka oli VP16-nimellä tunnettu herpes simplex -viruksen (HSV) transaktivaattori, joka sitoutuu tekijä Oct-1: een, kun solut ovat infektoituneet tällä viruksella, stimuloi spesifisen geenin transkriptiota.

Tämän tyyppiset tekijät, kuten ne, jotka sitoutuvat DNA: han, voivat aktivoida tai tukahduttaa geenitranskription, minkä vuoksi niitä kutsutaan vastaavasti ”koaktivaattoreiksi” ja ”corepressoreiksi”.

Säätö

Näitä proteiineja voidaan säädellä kahdella tasolla: niiden synteesissä ja toiminnassa, joka riippuu eri muuttujista ja monista tilanteista.

Synteesin säätely

Sen synteesin säätely voi liittyä tiettyjen transkriptiotekijöiden kudosspesifiseen ilmentymiseen. Esimerkki tästä voi olla MyoD-tekijä, joka syntetisoidaan vain luu-lihassoluissa ja joka on välttämätön niiden erilaistumattomien fibroblastien edeltäjien erottamiseksi.

Vaikka synteesin säätelyä käytetään perustavanlaatuisesti geenien ilmentymisen hallitsemiseksi tietyissä solutyypeissä ja kudoksissa, tämä ei ole ainoa tapa, koska myös vasteeseen osallistuvien geenien induktioon liittyvien tekijöiden synteesiä säädellään. erilaisille ärsykkeille.

Toiminnan sääntely

Toinen sääntelymekanismi transkriptiotekijöille on niiden aktiivisuuden säätely, joka liittyy muiden olemassa olevien transkriptiotekijöiden aktivointiin, joilla on positiivisia tai kielteisiä vaikutuksia tietyn tekijän aktiivisuuteen.

Näiden "sekundaaristen" tekijöiden aktivoituminen tapahtuu yleensä erilaisten mekanismien, kuten ligandin sitoutumisen, proteiini-proteiini-vuorovaikutusten muutosten, fosforylaation, kautta.

Roolit ja merkitys

Transkriptiotekijät osallistuvat moniin erilaisiin prosesseihin, kuten alkion kehittymiseen, kasvuun ja erilaistumiseen, solusyklin hallintaan, sopeutumiseen vaihteleviin ympäristöolosuhteisiin, solu- ja kudosspesifisten proteiinisynteesikuvioiden ylläpitämiseen jne.

Esimerkiksi kasveissa niillä on tärkeitä tehtäviä puolustuksessa ja vastetapahtumissa erityyppisille stressille. Eläinten osteogeneesin on määritetty kontrolloivan transkriptiotekijöiden, kuten myös monien muiden erilaisten solulinjojen erilaistumisprosessien avulla.

Kun otetaan huomioon näiden proteiinien merkitys organismeissa, ei ole harvinaista ajatella, että näiden säätelyelementtien muutokset aiheuttavat vakavia patologisia muutoksia.

Ihmisten tapauksessa transkriptiotekijöihin liittyvät patologiat voivat olla kehityshäiriöitä (johtuen esimerkiksi mutaatioista, jotka aiheuttavat esimerkiksi transkriptiotekijöiden inaktivoitumisen), hormonaalisen vasteen häiriöitä tai syöpiä.

Viitteet

1. Alberts, B., Dennis, B., Hopkin, K., Johnson, A., Lewis, J., Raff, M.,… Walter, P. (2004). Oleellinen solubiologia. Abingdon: Garland Science, Taylor & Francis -ryhmä.
2. Iwafuchi-doi, M., ja Zaret, KS (2014). Pioneerin transkriptiotekijät solujen uudelleenohjelmoinnissa. Genes & Development, 28, 2679–2692.
3. Latchman, D. (1997). Transkriptiotekijät: yleiskatsaus. Int. J. Biochem. Solu. Biol., 29 (12), 1305 - 1312.
4. Latchman, DS (2007). Transkriptiotekijät. Biotieteiden tietosanakirja, 1-5.
5. Marie, PJ (2008). Osteoblastogeneesiä hallitsevat transkriptiotekijät. Biokemian ja biofysiikan arkisto, 473, 98-105.
6. Pabo, C., & Sauer, RT (1992). Transkriptiotekijät: rakenteelliset perheet ja DNA-tunnistuksen periaatteet. Annu. Rev., 61, 1053-1095.
7. Singh, KB, Foley, RC ja Oñate-sánchez, L. (2002). Transkriptiotekijät kasvien puolustuksessa ja stressivasteissa. Nykyinen lausunto kasvien biologiassa, 5, 430-436.