FAKTOR TRANSKRIPCIJE: MEHANIZAM DJELOVANJA, VRSTE, FUNKCIJE - BIOLOGIJA - 2026

Transkripcijski faktor je regulatorno „dodatne opreme” protein je potrebno za transkripcije gena. Transkripcija je prvi korak u ekspresiji gena i uključuje prijenos informacija sadržanih u DNK u RNA molekulu, koja se naknadno obrađuje da bi se stvorili genetski proizvodi.

RNA polimeraza II je enzim odgovoran za transkripciju većine eukariotskih gena i stvara, uz neke male RNK, glasnike RNA koji će se kasnije prevesti u proteine. Ovaj enzim zahtijeva prisutnost vrste faktora transkripcije poznatih kao opći ili bazni faktori transkripcije.

Vrsta faktora transkripcije «Leucinsko zatvaranje» (Izvor: I, Splette putem Wikimedia Commons)

Međutim, to nisu jedini faktori transkripcije koji postoje u prirodi, budući da postoje "neopćeniti" proteini, i u eukariotima i u prokariotu i arheji, koji su uključeni u regulaciju tkivne specifične transkripcije gena (u višećelijski organizmi) ili u regulaciji aktivnosti gena kao odgovor na razne podražaje.

Ti su faktori transkripcije vrlo važni efektori i mogu se naći u gotovo svim živim organizmima, jer predstavljaju glavni izvor regulacije ekspresije gena.

Detaljne studije različitih faktora transkripcije u različitim vrstama živih organizama pokazuju da imaju modularnu strukturu u kojoj je za interakciju s DNK odgovorno određeno područje, dok ostale proizvode stimulirajuće ili inhibicijske učinke.

Faktori transkripcije tada sudjeluju u modeliranju obrazaca ekspresije gena koji nema nikakve veze s promjenama u slijedu DNK, već s epigenetskim promjenama. Znanost koja je odgovorna za proučavanje ovih promjena poznata je kao epigenetika.

Mehanizam djelovanja

Da bi izvršili svoje funkcije, transkripcijski faktori moraju biti u stanju posebno prepoznati i vezati se za određeni slijed DNA kako bi pozitivno ili negativno utjecali na transkripciju te regije DNA.

Opći faktori transkripcije, koji su u osnovi isti za transkripciju svih gena tipa II u eukariote, sastavljaju se najprije na promotorskom području gena, usmjeravajući tako pozicioniranje enzima polimeraze i "otvaranje" dvostrukog propeler.

Proces se odvija u nekoliko uzastopnih koraka:

- Vezanje općeg transkripcijskog faktora TFIID na niz ponavljanja timina (T) i adenina (A) u genu poznatom kao "TATA kutija"; ovo uzrokuje distorziju DNA koja je potrebna za vezanje drugih proteina na promotorsku regiju.

- Naknadna skupština ostalih općih čimbenika (TFIIB, TFIIH, TFIH, TFIIE, TFIIF, itd.) I RNA polimeraze II, formirajući takozvani kompleks inicijacije transkripcije.

- Oslobađanje inicijacijskog kompleksa, fosforilacija polimeraze faktorom TFIIH i početak transkripcije i sinteze RNA molekule iz sekvence gena koji je transkribiran.

Aktivacija i suzbijanje transkripcije

Kao što je diskutirano, "neobični" faktori transkripcije mogu regulirati ekspresiju gena, bilo pozitivno ili negativno.

aktiviranje

Neki od ovih proteina sadrže, osim strukturnih domena koja vežu DNA, i ostale motive poznate kao aktivacijske domene, koji su bogati kiselim ostacima aminokiselina, glutaminom ili prolinom.

Ove aktivacijske domene djeluju s elementima kompleksa općih faktora transkripcije ili s povezanim molekulama koaktivatora koji izravno komuniciraju sa kompleksom. Ova interakcija rezultira ili poticanjem sklapanja transkripcijskog kompleksa ili povećanjem njegove aktivnosti.

suzbijanje

Većina faktora transkripcije inhibira transkripciju ometajući aktivnost pozitivnih faktora transkripcije, blokirajući njihov stimulativni učinak. Mogu djelovati blokiranjem vezanja pozitivnog faktora na DNK ili djelovanjem na čimbenike koji inaktiviraju kromatinsku strukturu.

Ostali inhibitorni čimbenici djeluju izravno blokirajući transkripciju, bez blokiranja djelovanja bilo kojeg aktivirajućeg transkripcijskog faktora; i oni smanjuju bazalnu razinu transkripcije, do razine koja je čak niža od one postignute u nedostatku aktivirajućih faktora.

Poput aktivatorskih proteina, represivni čimbenici djeluju izravno ili neizravno s bazalnim ili općim faktorima transkripcije.

vrste

Iako je većina faktora transkripcije klasificirana prema karakteristikama ili identitetu njihovih domena koja vežu DNA, postoje neki, također klasificirani kao faktori transkripcije, koji ne komuniciraju izravno s DNK i poznati su kao transkripcijski faktori. „Neizravno”.

Faktori izravne transkripcije

Oni su najčešći faktori transkripcije. Imaju domene koje vežu DNA i mogu aktivirati ili inhibirati ekspresiju gena vezanjem na specifične regije DNA. One se međusobno razlikuju pogotovo s obzirom na njihove domene koje vežu DNA i stanje oligomerizacije.

Najviše proučavane i priznate obitelji ove vrste faktora su:

Helix-Turn-Helix (" helix-turn-helix ", HTH)

Ovo je prva obitelj faktora s domenama koje vežu DNA, a prisutna je u mnogim eukariotskim i prokariotskim proteinima. Njegov motiv prepoznavanja sastoji se od α-spirali, centrifuge i druge α-spirali.

Očuvali su domene glicina u području skretanja, a također i neke hidrofobne ostatke koji pomažu u stabiliziranju rasporeda dviju spirala u HTH jedinici.

Homeodomain

Prisutan je u velikom broju eukariotskih regulatornih proteina. Prvi nizovi prepoznati su u regulacijskim proteinima Drosophila razvoja. Ova domena sadrži HTH motiv da veže DNK i dodatnu α-helix, pored produženog kraka N-kraja.

Cink prsti

Otkriveni su u Xenopus transkripcijskom faktoru TFIIIA, a dokazano je da sudjeluju u mnogim aspektima eukariotske regulacije gena. Nalaze se u proteinima induciranim diferencijacijom i signalima rasta, u proto-onkogenima i u nekim općim faktorima transkripcije.

Karakterizira ih prisutnost šaržerskih ponavljanja 30 ostataka cinkovih motiva prsta koji sadrže razne cisteinske i histidinske ostatke.

Steroidni receptori

Ova obitelj uključuje važne regulatorne proteine ​​koji, osim što imaju domenu za vezanje hormona, posjeduju i vezujuću domenu DNA i općenito djeluju kao aktivatora transkripcije.

Vezne domene sadrže 70 ostataka, među kojima je 8 sačuvanih cisteinskih ostataka. Neki autori smatraju da bi ti faktori mogli stvoriti par cinkovih prstiju, s obzirom na prisutnost dvaju skupa od četiri cisteina.

Zatvaranje leucina i helix-helix-helix („ helix-loop-helix“)

Ti su faktori transkripcije uključeni u diferencijaciju i razvoj i funkcioniraju formiranjem heterodimera. Domen zatvaranja leucina promatran je u različitim eukariotskim proteinima, a karakteriziraju ga dva poddomena: zatvaranje leucina koje posreduje dimerizacijom i osnovno područje za vezanje DNA.

Β motivi listova

Nalaze se uglavnom u eukariotskim faktorima i razlikuju se vezanjem na DNK antiparalnim β-listovima.

Indirektni faktori transkripcije

Ova vrsta faktora transkripcije djeluje na regulatorno djelovanje na ekspresiju gena ne izravnom interakcijom s DNK, nego interakcijom proteina i proteina s drugim faktorima transkripcije koji djeluju u interakciji s DNK. Zbog toga ih nazivaju "neizravnim".

Prvi koji je opisan bio je transaktivator virusa herpes simpleksa (HSV) poznat kao VP16, koji se veže na faktor Oct-1 kada su stanice zaražene ovim virusom, stimulirajući transkripciju određenog gena.

Čimbenici ove vrste, poput onih koji se vežu na DNK, mogu aktivirati ili potisnuti transkripciju gena, zbog čega ih se naziva „koaktivatorima“ i „jezgrovima“.

regulacija

Ti se proteini mogu regulirati na dvije razine: u njihovoj sintezi i u njihovoj aktivnosti, što ovisi o različitim varijablama i višestrukim situacijama.

Regulacija sinteze

Regulacija njegove sinteze može se odnositi na tkivno specifičnu ekspresiju određenih faktora transkripcije. Primjer za to može biti MyoD faktor, sintetiziran samo u stanicama skeletnih mišića i koji je potreban za diferencijaciju njihovih nediferenciranih prekursora fibroblasta.

Iako se regulacija sinteze uglavnom koristi za kontrolu ekspresije gena u specifičnim staničnim tipovima i tkivima, to nije jedini način, jer je također regulirana sinteza faktora koji sudjeluju u indukciji gena koji sudjeluju u odgovoru. na razne podražaje.

Regulacija aktivnosti

Drugi regulatorni mehanizam transkripcijskih faktora je regulacija njihove aktivnosti, koja ima veze s aktiviranjem drugih postojećih faktora transkripcije koji imaju pozitivne ili negativne učinke na aktivnost određenog čimbenika.

Aktivacija ovih "sekundarnih" faktora obično se događa različitim mehanizmima kao što su vezivanje liganda, promjene u interakcijama protein-protein, fosforilacija, između ostalog.

Uloge i značaj

Faktori transkripcije sudjeluju u širokom rasponu procesa kao što su embrionalni razvoj, rast i diferencijacija, kontrola staničnog ciklusa, prilagođavanje fluktuirajućim uvjetima okoliša, održavanje obrazaca sinteze proteina ćelija i tkiva itd.

Na primjer, u biljkama imaju važne funkcije u obrani i u reakcijama na različite vrste stresa. Osteogeneza u životinja određena je za kontrolu faktora transkripcije, kao i mnogih drugih procesa diferencijacije različitih staničnih linija.

S obzirom na važnost ovih proteina u organizmima, nije neuobičajeno misliti da će izmjene u tim regulatornim elementima uzrokovati ozbiljne patološke promjene.

U slučaju ljudi, patologije povezane s faktorima transkripcije mogu biti razvojni poremećaji (na primjer, mutacije koje uzrokuju inaktivaciju faktora transkripcije), poremećaji u hormonalnom odgovoru ili karcinomi.

Reference

1. Alberts, B., Dennis, B., Hopkin, K., Johnson, A., Lewis, J., Raff, M.,… Walter, P. (2004). Bitna stanična biologija. Abingdon: Garland Science, Taylor & Francis Group.
2. Iwafuchi-doi, M., i Zaret, KS (2014). Pionirski faktori transkripcije u reprogramiranju stanica. Geni i razvoj, 28, 2679–2692.
3. Latchman, D. (1997). Čimbenici transkripcije: pregled. Int. J. Biochem. Stanica. Biol., 29 (12), 1305-1312.
4. Latchman, DS (2007). Faktori transkripcije. Enciklopedija znanosti o životu, 1–5.
5. Marie, PJ (2008). Transkripcijski faktori koji kontroliraju osteoblastogenezu. Arhiv biokemije i biofizike, 473, 98-105.
6. Pabo, C., i Sauer, RT (1992). Čimbenici transkripcije: strukturne obitelji i principi prepoznavanja DNK. Annu. Otk. 61, 1053-1095.
7. Singh, KB, Foley, RC, i Oñate-sánchez, L. (2002). Faktori transkripcije u obrani biljaka i reakciji na stres. Trenutačno mišljenje o biljnoj biologiji, 5, 430-436.