Kaikissa organismeissa (joitakin viruksia lukuun ottamatta) geneettisen materiaalin käyttöönotto tapahtuu DNA-RNA-proteiinijärjestelmän mukaisesti. Ensimmäisessä vaiheessa tiedot kirjoitetaan (transkriptoidaan) nukleiinihaposta toiseen. Tätä prosessia sääteleviä proteiineja kutsutaan transkriptiotekijöiksi.
Mikä on transkriptio
Transkriptio on RNA-molekyylin biosynteesi, joka perustuu DNA-templaattiin. Tämä on mahdollista tiettyjen nukleiinihappoja muodostavien typpipitoisten emästen komplementaarisuuden vuoksi. Synteesiä suorittavat erikoistuneet entsyymit - RNA-polymeraasit, ja sitä säätelevät monet säätelyproteiinit.
Koko genomia ei kopioida kerralla, vaan vain tietty osa siitä, nimeltään transkripti. Jälkimmäinen sisältää promoottorin (RNA-polymeraasin kiinnittymiskohta) ja terminaattorin (sekvenssi, joka aktivoi synteesin loppuunsaattamisen).
Prokaryoottinen transkripti on operoni, joka koostuu useista rakennegeeneistä (cistroneista). Sen perusteella syntetisoidaan polykistronista RNA:ta,sisältää tietoa toiminnallisesti samank altaisten proteiinien ryhmän aminohapposekvenssistä. Eukaryoottinen transkripti sisältää vain yhden geenin.
Transkriptioprosessin biologinen rooli on templaatti-RNA-sekvenssien muodostuminen, joiden perusteella proteiinisynteesi (translaatio) tapahtuu ribosomeissa.
RNA-synteesi prokaryooteissa ja eukaryooteissa
RNA-synteesikaavio on sama kaikille organismeille ja sisältää 3 vaihetta:
- Aloitus - polymeraasin kiinnittäminen promoottoriin, prosessin aktivointi.
- Pidentyminen - nukleotidiketjun pidentäminen suunnassa 3'-päästä 5'-päähän sulkemalla fosfodiesterisidokset typpipitoisten emästen välillä, jotka on valittu komplementaarisesti DNA-monomeereille.
- Päättäminen on synteesiprosessin päättyminen.
Prokaryooteissa kaikki RNA-tyypit transkriptoi yksi RNA-polymeraasi, joka koostuu viidestä protomeerista (β, β', ω ja kahdesta α-alayksiköstä), jotka yhdessä muodostavat ydinentsyymin, joka pystyy lisäämään ribonukleotidiketjua.. On myös lisäyksikkö σ, jota ilman polymeraasin kiinnittyminen promoottoriin on mahdotonta. Ytimen ja sigmatekijän kompleksia kutsutaan holoentsyymiksi.
Huolimatta siitä tosiasiasta, että σ-alayksikkö ei aina liity ytimeen, sitä pidetään osana RNA-polymeraasia. Dissosioituneessa tilassa sigma ei pysty sitoutumaan promoottoriin, vain osana holoentsyymiä. Initioinnin päätyttyä tämä protomeeri erottuu ytimestä ja korvataan venymäkertoimella.
Ominaisuusprokaryootit on yhdistelmä translaatio- ja transkriptioprosesseja. Ribosomit liittyvät välittömästi RNA:han, joka alkaa syntetisoitua ja rakentaa aminohappoketjun. Transkriptio pysähtyy, koska terminaattorialueelle muodostuu hiusneularakenne. Tässä vaiheessa DNA-polymeraasi-RNA-kompleksi hajoaa.
Eukaryoottisoluissa transkription suorittaa kolme entsyymiä:
- RNA-polymeraasi l – syntetisoi 28S- ja 18S-ribosomaalista RNA:ta.
- RNA-polymeraasi ll – transkriptoi proteiineja ja pieniä tuman RNA:ita koodaavia geenejä.
- RNA-polymeraasi lll - vastaa tRNA:n ja 5S rRNA:n (ribosomien pieni alayksikkö) synteesistä.
Mikään näistä entsyymeistä ei pysty aloittamaan transkriptiota ilman erityisten proteiinien osallistumista, jotka tarjoavat vuorovaikutuksen promoottorin kanssa. Prosessin olemus on sama kuin prokaryooteissa, mutta jokainen vaihe on paljon monimutkaisempi, kun mukana on suurempi määrä toiminnallisia ja sääteleviä elementtejä, mukaan lukien kromatiinia muokkaavat. Pelkästään aloitusvaiheessa mukana on noin sata proteiinia, mukaan lukien useita transkriptiotekijöitä, kun taas bakteereissa yksi sigma-alayksikkö riittää sitoutumaan promoottoriin ja joskus tarvitaan aktivaattorin apua.
Transkription biologisen roolin tärkein panos erityyppisten proteiinien biosynteesissä määrittää tiukan geeninlukemisen hallintajärjestelmän tarpeen.
Transkription säätely
Yhdessäkään solussa geneettinen materiaali ei ole realisoitunut kokonaan: vain osa geeneistä transkriptoidaan, kun taas loput ovat passiivisia. Tämä on mahdollista kompleksin ansiostasäätelymekanismit, jotka määräävät, mistä DNA-segmenteistä ja missä määrin RNA-sekvenssejä syntetisoidaan.
Yksisoluisissa organismeissa geenien differentiaalisella aktiivisuudella on adaptiivinen arvo, kun taas monisoluisissa organismeissa se määrää myös alkion ja ontogeneesin prosessit, kun yhden genomin pohj alta muodostuu erilaisia kudoksia.
Geenin ilmentymistä ohjataan useilla tasoilla. Tärkein vaihe on transkription säätely. Tämän mekanismin biologinen tarkoitus on ylläpitää tarvittava määrä erilaisia proteiineja, joita solu tai organismi tarvitsee tietyllä olemassaolon hetkellä.
Biosynteesiä säädellään muilla tasoilla, kuten RNA:n prosessoinnissa, translaatiossa ja kuljetuksessa ytimestä sytoplasmaan (jälkimmäinen puuttuu prokaryooteista). Positiivisesti säädeltyinä nämä järjestelmät ovat vastuussa aktivoituun geeniin perustuvan proteiinin tuotannosta, mikä on transkription biologinen merkitys. Ketju voidaan kuitenkin ripustaa missä tahansa vaiheessa. Jotkin eukaryoottien säätelyominaisuudet (vaihtoehtoiset promoottorit, silmukointi, polyadenellaatiokohtien modifikaatio) johtavat proteiinimolekyylien eri varianttien ilmaantumiseen, jotka perustuvat samaan DNA-sekvenssiin.
Koska RNA:n muodostuminen on ensimmäinen askel geneettisen tiedon dekoodauksessa matkalla proteiinien biosynteesiin, transkriptioprosessin biologinen rooli solun fenotyypin muuttamisessa on paljon tärkeämpi kuin prosessoinnin tai translaation säätely..
Tiettyjen geenien aktiivisuuden määrittäminen, kuten kohdassasekä prokaryooteissa että eukaryooteissa se tapahtuu aloitusvaiheessa spesifisten kytkimien avulla, jotka sisältävät DNA:n säätelyalueita ja transkriptiotekijöitä (TF:t). Tällaisten kytkimien toiminta ei ole itsenäistä, vaan se on muiden solukkojärjestelmien tiukan valvonnan alaista. On olemassa myös RNA-synteesin epäspesifisen säätelyn mekanismeja, jotka varmistavat normaalin aloituksen, elongaation ja lopetuksen kulkemisen.
Transkriptiotekijöiden käsite
Toisin kuin genomin säätelyelementit, transkriptiotekijät ovat kemiallisesti proteiineja. Sitoutumalla tiettyihin DNA:n alueisiin ne voivat aktivoida, estää, nopeuttaa tai hidastaa transkriptioprosessia.
Tuotetun vaikutuksen mukaan prokaryoottien ja eukaryoottien transkriptiotekijät voidaan jakaa kahteen ryhmään: aktivaattorit (käynnistävät RNA-synteesin tai lisäävät sen intensiteettiä) ja repressorit (suppressorit tai estävät prosessia). Tällä hetkellä eri organismeista on löydetty yli 2000 TF:tä.
Transkription säätely prokaryooteissa
Prokaryooteilla RNA-synteesin säätely tapahtuu pääasiassa aloitusvaiheessa johtuen TF:n vuorovaikutuksesta transkription tietyn alueen kanssa - operaattorin, joka sijaitsee promoottorin vieressä (joskus leikkaamassa sen kanssa) ja, itse asiassa on säätelyproteiinin (aktivaattorin tai repressorin) laskeutumispaikka. Bakteereille on tunnusomaista toinen tapa hallita geenejä eri tavalla - eri promoottoriryhmille tarkoitettujen vaihtoehtoisten σ-alayksiköiden synteesi.
Osittain operonilausekevoidaan säädellä elongaatio- ja lopetusvaiheissa, mutta ei DNA:ta sitovien TF:iden, vaan RNA-polymeraasin kanssa vuorovaikutuksessa olevien proteiinien vuoksi. Näitä ovat Gre-proteiinit ja anti-terminaattoritekijät Nus ja RfaH.
Prokaryoottien transkription pidentymiseen ja lopettamiseen vaikuttaa tietyllä tavalla rinnakkaisproteiinisynteesi. Eukaryooteissa sekä itse nämä prosessit että transkriptio- ja translaatiotekijät ovat spatiaalisesti erotettuja, mikä tarkoittaa, että ne eivät ole toiminnallisesti sukua.
Aktivaattorit ja repressorit
Prokaryooteilla on kaksi transkription säätelymekanismia aloitusvaiheessa:
- positiivinen - aktivaattoriproteiinien suorittama;
- negatiivinen - repressorien hallitsema.
Kun tekijä on positiivisesti säädelty, tekijän kiinnittyminen operaattoriin aktivoi geenin, ja kun se on negatiivinen, se päinvastoin sammuttaa sen. Säätelyproteiinin kyky sitoutua DNA:han riippuu ligandin kiinnittymisestä. Jälkimmäisen roolia ovat yleensä alhaisen molekyylipainon omaavat solumetaboliitit, jotka tässä tapauksessa toimivat koaktivaattoreina ja ydinpressoreina.
Repressorin vaikutusmekanismi perustuu promoottori- ja operaattorialueiden päällekkäisyyteen. Tämän rakenteen omaavissa operoneissa proteiinitekijän kiinnittyminen DNA:han sulkee osan RNA-polymeraasin laskeutumiskohdasta, estäen jälkimmäistä aloittamasta transkriptiota.
Aktivaattorit toimivat heikkojen, vähäfunktionaalisten promoottoreiden kanssa, jotka RNA-polymeraasit tunnistavat huonosti tai joita on vaikea sulattaa (erilliset heliksisäikeetTranskription aloittamiseen tarvittava DNA). Liittymällä operaattoriin proteiinitekijä on vuorovaikutuksessa polymeraasin kanssa, mikä lisää merkittävästi aloituksen todennäköisyyttä. Aktivaattorit pystyvät lisäämään transkription intensiteettiä 1000 kertaa.
Jotkin prokaryoottiset TF:t voivat toimia sekä aktivaattoreina että repressoreina riippuen operaattorin sijainnista promoottoriin nähden: jos nämä alueet menevät päällekkäin, tekijä estää transkription, muuten se laukaisee.
| Ligandifunktio suhteessa tekijään | Ligandin tila | Negatiivinen sääntely | Positiivinen asetus |
| Erottaa DNA:sta | Liityssä | Repressoriproteiinin poisto, geenin aktivointi | Aktivaattoriproteiinin poisto, geenin sammutus |
| Lisää tekijää DNA:han | Poista | Repressorin poisto, transkription sisällyttäminen | Poista aktivaattori, laita transkriptio pois päältä |
Negatiivista säätelyä voidaan harkita E. coli -bakteerin tryptofaanioperonin esimerkissä, jolle on tunnusomaista operaattorin sijainti promoottorisekvenssissä. Repressoriproteiini aktivoituu kiinnittämällä kaksi tryptofaanimolekyyliä, jotka muuttavat DNA:ta sitovan domeenin kulmaa niin, että se pääsee kaksoiskierteen pääuraan. Pienellä tryptofaanipitoisuudella repressori menettää ligandinsa ja muuttuu jälleen inaktiiviseksi. Toisin sanoen transkription alkamistaajuuskääntäen verrannollinen metaboliitin määrään.
Jotkut bakteerioperonit (esimerkiksi laktoosi) yhdistävät positiivisia ja negatiivisia säätelymekanismeja. Tällainen järjestelmä on välttämätön, kun yksi signaali ei riitä ilmaisun järkevään ohjaukseen. Siten laktoosioperoni koodaa entsyymejä, jotka kulkeutuvat soluun ja sitten hajottavat laktoosia, vaihtoehtoista energialähdettä, joka on vähemmän kannattava kuin glukoosi. Siksi CAP-proteiini sitoutuu DNA:han ja aloittaa transkription vain viimeksi mainitun alhaisella pitoisuudella. Tämä on kuitenkin suositeltavaa vain laktoosin läsnä ollessa, jonka puuttuminen johtaa Lac-repressorin aktivoitumiseen, mikä estää polymeraasin pääsyn promoottoriin jopa aktivaattoriproteiinin toiminnallisen muodon läsnä ollessa.
Bakteereiden operonirakenteen vuoksi useita geenejä ohjaa yksi säätelyalue ja 1-2 TF:tä, kun taas eukaryooteissa yhdessä geenissä on suuri määrä säätelyelementtejä, joista jokainen on riippuvainen monista muista tekijät. Tämä monimutkaisuus vastaa eukaryoottien ja erityisesti monisoluisten organismien korkeaa organisoitumistasoa.
MRNA-synteesin säätely eukaryooteissa
Eukaryoottisten geenien ilmentymisen säätely määräytyy kahden elementin yhteisvaikutuksena: proteiinin transkriptiofaktaat (TF) ja säätelevät DNA-sekvenssit, jotka voivat sijaita promoottorin vieressä, paljon sitä korkeammalla, introneissa tai sen jälkeen. geeni (tarkoittaa koodaavaa aluetta, ei geeniä sen täydessä merkityksessä).
Jotkin alueet toimivat kytkiminä, toiset eivät ole vuorovaikutuksessasuoraan TF:n kanssa, mutta antavat DNA-molekyylille joustavuutta, joka tarvitaan silmukkamaisen rakenteen muodostumiseen, joka seuraa transkription aktivaatioprosessia. Tällaisia alueita kutsutaan välikkeiksi. Kaikki säätelysekvenssit yhdessä promoottorin kanssa muodostavat geenin kontrollialueen.
On syytä huomata, että itse transkriptiotekijöiden toiminta on vain osa monimutkaista geneettisen ilmentymisen monitasoista säätelyä, jossa v altava määrä elementtejä summautuu tuloksena olevaan vektoriin, joka määrittää, tuleeko RNA. lopulta syntetisoidaan tietystä genomin alueesta.
Lisätekijä transkription säätelyssä tumasolussa on kromatiinin rakenteen muutos. Tässä on läsnä sekä kokonaissäätely (joka tarjoaa heterokromatiini- ja eukromatiinialueiden jakautuminen) että tiettyyn geeniin liittyvä paikallinen säätely. Jotta polymeraasi toimisi, kaikki DNA:n tiivistymistasot, mukaan lukien nukleosomi, on poistettava.
Eukaryoottien transkriptiotekijöiden monimuotoisuus liittyy suureen määrään säätimiä, joihin kuuluvat vahvistimet, äänenvaimentimet (tehostimet ja äänenvaimentimet) sekä sovitinelementit ja eristimet. Nämä kohdat voivat sijaita sekä lähellä geeniä että huomattavan etäisyyden päässä siitä (jopa 50 tuhatta bp).
Tehostimet, äänenvaimentimet ja sovitinelementit
Tehostajat ovat lyhyttä peräkkäistä DNA:ta, joka pystyy laukaisemaan transkription vuorovaikutuksessa säätelyproteiinin kanssa. Vahvistimen lähentäminen geenin promoottorialueeseensuoritetaan DNA:n silmukkamaisen rakenteen muodostumisen vuoksi. Aktivaattorin sitoutuminen tehostajaan joko stimuloi aloituskompleksin muodostumista tai auttaa polymeraasia etenemään pidentymään.
Tehostajalla on monimutkainen rakenne ja se koostuu useista moduulikohdista, joista jokaisella on oma säätelyproteiininsa.
Vaimentimet ovat DNA-alueita, jotka estävät tai sulkevat kokonaan pois transkription mahdollisuuden. Tällaisen kytkimen toimintamekanismia ei vielä tunneta. Yksi oletetuista menetelmistä on suurten DNA-alueiden miehittäminen SIR-ryhmän erityisillä proteiineilla, jotka estävät pääsyn aloitustekijöihin. Tässä tapauksessa kaikki geenit, jotka sijaitsevat muutaman tuhannen emäsparin sisällä äänenvaimentimesta, kytketään pois päältä.
Sovitinelementit yhdessä niihin sitoutuvien TF:iden kanssa muodostavat erillisen geneettisten kytkimien luokan, jotka vastaavat selektiivisesti steroidihormoneihin, sykliseen AMP:hen ja glukokortikoideihin. Tämä säätelylohko on vastuussa solun vasteesta lämpöshokkiin, altistumiseen metalleille ja tietyille kemiallisille yhdisteille.
DNA-kontrollialueiden joukossa erotetaan toisentyyppisiä elementtejä - eristeitä. Nämä ovat spesifisiä sekvenssejä, jotka estävät transkriptiotekijöitä vaikuttamasta kaukaisiin geeneihin. Eristeiden vaikutusmekanismia ei ole vielä selvitetty.
Eukaryoottiset transkriptiotekijät
Jos transkriptiotekijöillä on bakteereissa vain säätelevä tehtävä, niin tumasoluissa on kokonainen joukko TF:itä, jotka antavat taustaaloituksen, mutta ovat samalla suoraan riippuvaisia sitoutumisestaDNA:ta säätelevät proteiinit. Jälkimmäisten määrä ja monimuotoisuus eukaryooteissa on v altava. Siten ihmiskehossa proteiinien transkriptiotekijöitä koodaavien sekvenssien osuus on noin 10 % genomista.
Tähän mennessä eukaryoottisia TF:itä ei tunneta hyvin, samoin kuin geneettisten kytkimien toimintamekanismeja, joiden rakenne on paljon monimutkaisempi kuin bakteerien positiivisen ja negatiivisen säätelyn mallit. Toisin kuin jälkimmäinen, tumasolujen transkriptiotekijöiden aktiivisuuteen ei vaikuta yksi tai kaksi, vaan kymmenet ja jopa sadat signaalit, jotka voivat vahvistaa, heikentää tai sulkea pois toisiaan.
Yhtäältä tietyn geenin aktivoituminen vaatii kokonaisen ryhmän transkriptiotekijöitä, mutta toisa alta yksi säätelyproteiini voi riittää laukaisemaan useiden geenien ilmentymisen kaskadimekanismilla. Tämä koko järjestelmä on monimutkainen tietokone, joka käsittelee signaaleja eri lähteistä (sekä ulkoisista että sisäisistä) ja lisää niiden vaikutukset lopputulokseen plus- tai miinusmerkillä.
Eukaryoottien säätelevät transkriptiotekijät (aktivaattorit ja repressorit) eivät ole vuorovaikutuksessa operaattorin kanssa, kuten bakteereissa, vaan DNA:n yli hajallaan olevien kontrollikohtien kanssa ja vaikuttavat aloitukseen välittäjien kautta, jotka voivat olla välittäjäproteiineja, aloituskompleksin tekijöitä. ja entsyymejä, jotka muuttavat kromatiinin rakennetta.
Joitakin esialoituskompleksiin sisältyviä TF:itä lukuun ottamatta kaikilla transkriptiotekijöillä on DNA:ta sitova domeeni, joka erottaaniitä lukuisista muista proteiineista, jotka varmistavat transkription normaalin kulun tai toimivat välittäjinä sen säätelyssä.
Viimeaikaiset tutkimukset ovat osoittaneet, että eukaryoottiset TF:t voivat vaikuttaa transkription alkamisen lisäksi myös transkription pidentymiseen.
Lajike ja luokittelu
Eukaryooteissa on 2 proteiinien transkriptiotekijöiden ryhmää: perus (jota kutsutaan muuten yleisiksi tai pääasiallisiksi) ja säätelytekijöiksi. Ensimmäiset ovat vastuussa promoottorien tunnustamisesta ja esialoituskompleksin luomisesta. Tarvitaan transkription aloittamiseen. Tähän ryhmään kuuluu useita kymmeniä proteiineja, jotka ovat aina läsnä solussa eivätkä vaikuta geenien erilaiseen ilmentymiseen.
Perustranskriptiotekijöiden kompleksi on toiminn altaan samanlainen työkalu kuin bakteerien sigma-alayksikkö, mutta monimutkaisempi ja sopii kaikentyyppisille promoottorille.
Toisen tyyppiset tekijät vaikuttavat transkriptioon vuorovaikutuksen kautta säätelevien DNA-sekvenssien kanssa. Koska nämä entsyymit ovat geenispesifisiä, niitä on v altava määrä. Sitoutumalla tiettyjen geenien alueisiin ne säätelevät tiettyjen proteiinien eritystä.
Eukaryoottien transkriptiotekijöiden luokittelu perustuu kolmeen periaatteeseen:
- toimintamekanismi;
- toimintaolosuhteet;
- DNA:ta sitovan domeenin rakenne.
Ensimmäisen ominaisuuden mukaan on olemassa 2 luokkaa tekijöitä: perus (vuorovaikutus promoottorin kanssa) ja sitoutuminen ylävirran alueisiin (säätelyalueet, jotka sijaitsevat ylävirtaan geenistä). Tämänk altainenluokitus vastaa olennaisesti TF:n toiminnallista jakoa yleiseen ja erityiseen. Ylävirran tekijät on jaettu 2 ryhmään lisäaktivointitarpeen mukaan.
Toiminnan ominaisuuksien mukaan konstitutiiviset TF:t erotetaan (eli aina missä tahansa solussa) ja indusoituvat (ei tyypillistä kaikille solutyypeille ja saattavat vaatia tiettyjä aktivaatiomekanismeja). Toisen ryhmän tekijät puolestaan on jaettu soluspesifisiin (osallistuvat ontogeneesiin, niille on ominaista tiukka ilmentymiskontrolli, mutta ne eivät vaadi aktivointia) ja signaaliriippuvaisiin. Viimeksi mainitut erotetaan aktivointisignaalin tyypin ja toimintatavan mukaan.
Proteiinin transkriptiotekijöiden rakenteellinen luokitus on erittäin laaja ja sisältää 6 superluokkaa, jotka sisältävät monia luokkia ja perheitä.
Toimintaperiaate
Perustekijöiden toiminta on eri alayksiköiden kaskadikokoonpanoa, jossa muodostuu aloituskompleksi ja aktivoidaan transkriptio. Itse asiassa tämä prosessi on viimeinen vaihe aktivaattoriproteiinin toiminnassa.
Tietyt tekijät voivat säädellä transkriptiota kahdessa vaiheessa:
- aloituskompleksin kokoonpano;
- siirtyminen tuottavaan pidennykseen.
Ensimmäisessä tapauksessa tiettyjen TF:iden työ rajoittuu kromatiinin ensisijaiseen uudelleenjärjestelyyn sekä välittäjän, polymeraasin ja perustekijöiden värväämiseen, orientaatioon ja modifiointiin promoottorissa, mikä johtaa aktivaatioon. transkriptiosta. Signaalinsiirron pääelementti on välittäjä - 24 alayksikön kompleksi, joka toimiivälittäjänä säätelyproteiinin ja RNA-polymeraasin välillä. Vuorovaikutusjärjestys on yksilöllinen jokaiselle geenille ja sitä vastaavalle tekijälle.
Pidentymisen säätely johtuu tekijän vuorovaikutuksesta P-Tef-b-proteiinin kanssa, mikä auttaa RNA-polymeraasia voittamaan promoottoriin liittyvän tauon.
TF:n toiminnalliset rakenteet
Transkriptiotekijöillä on modulaarinen rakenne ja ne suorittavat työnsä kolmen toiminnallisen alueen kautta:
- DNA-sidos (DBD) - tarvitaan tunnistamiseen ja vuorovaikutukseen geenin säätelyalueen kanssa.
- Trans-aktivoiva (TAD) – mahdollistaa vuorovaikutuksen muiden säätelyproteiinien kanssa, mukaan lukien transkriptiotekijät.
- Signal-Recognizing (SSD) - tarvitaan säädösten signaalien havaitsemiseen ja lähettämiseen.
DNA:ta sitovalla domeenilla puolestaan on monia tyyppejä. Sen rakenteen tärkeimmät motiivit ovat:
- "sinkkisormet";
- kotiverkkotunnus;
- "β"-kerrokset;
- silmukat;
- "leusiinisalama";
- spiraali-silmukka-spiraali;
- spiraali-käännös-spiraali.
Tämän domeenin ansiosta transkriptiotekijä "lukee" DNA:n nukleotidisekvenssin kuvion muodossa kaksoiskierteen pinnalla. Tästä johtuen tiettyjen sääntelyelementtien erityinen tunnustaminen on mahdollista.
Motiivien vuorovaikutus DNA-kierteen kanssa perustuu näiden pintojen täsmälliseen vastaavuuteenmolekyylejä.
TF:n säätely ja synteesi
On olemassa useita tapoja säädellä transkriptiotekijöiden vaikutusta transkriptioon. Näitä ovat:
- aktivaatio - muutos tekijän toiminnallisuudessa suhteessa DNA:han, joka johtuu fosforylaatiosta, ligandin kiinnittymisestä tai vuorovaikutuksesta muiden säätelyproteiinien kanssa (mukaan lukien TF);
- translokaatio - tekijän kuljetus sytoplasmasta tumaan;
- sitoutumiskohdan saatavuus - riippuu kromatiinin kondensaatioasteesta (heterokromatiinin tilassa DNA ei ole saatavilla TF:lle);
- yhdistelmä mekanismeja, jotka ovat tyypillisiä myös muille proteiineille (kaikkien prosessien säätely transkriptiosta translaation jälkeiseen modifikaatioon ja solunsisäiseen lokalisointiin).
Viimeinen menetelmä määrittää transkriptiotekijöiden kvantitatiivisen ja laadullisen koostumuksen kussakin solussa. Jotkut TF:t pystyvät säätelemään synteesiä klassisen palautetyypin mukaan, kun sen omasta tuotteesta tulee reaktion estäjä. Tässä tapauksessa tekijän tietty pitoisuus pysäyttää sitä koodaavan geenin transkription.
Yleiset transkriptiotekijät
Nämä tekijät ovat välttämättömiä minkä tahansa geenin transkription aloittamiseksi, ja ne on nimetty nimikkeistössä TFl:ksi, TFll:ksi ja TFlll:ksi riippuen RNA-polymeraasin tyypistä, jonka kanssa ne ovat vuorovaikutuksessa. Jokainen tekijä koostuu useista alayksiköistä.
Perus-TF:t suorittavat kolme päätoimintoa:
- RNA-polymeraasin oikea sijainti promoottorissa;
- DNA-ketjujen purkaminen transkription alun alueella;
- polymeraasin vapautuminenpromoottori pidentymiseen siirtymisen hetkellä;
Tietyt perustranskriptiotekijöiden alayksiköt sitoutuvat promoottorin säätelyelementteihin. Tärkein on TATA-laatikko (ei ominaisuus kaikille geeneille), joka sijaitsee "-35" nukleotidin etäisyydellä aloituspisteestä. Muita sitoutumiskohtia ovat INR-, BRE- ja DPE-sekvenssit. Jotkut TF:t eivät ota suoraan yhteyttä DNA:han.
RNA-polymeraasi ll:n tärkeimpien transkriptiotekijöiden ryhmään kuuluvat TFllD, TFllB, TFllF, TFllE ja TFllH. Latinalainen kirjain nimityksen lopussa osoittaa näiden proteiinien havaitsemisjärjestyksen. Siten tekijä TFlllA, joka kuuluu lll-RNA-polymeraasiin, eristettiin ensimmäisenä.
| Nimi | Proteiinialayksiköiden lukumäärä | Toiminto |
| TFllD | 16 (TBP +15 TAF:a) | TBP sitoutuu TATA-laatikkoon ja TAF:t tunnistavat muut promoottorisekvenssit |
| TFllB | 1 | Tunnistaa BRE-elementin, suuntaa polymeraasin tarkasti aloituskohdassa |
| TFllF | 3 | Stabiloi polymeraasivuorovaikutusta TBP:n ja TFllB:n kanssa, helpottaa TFllE:n ja TFllH:n kiinnittämistä |
| TFllE | 2 | Yhdistää ja säätää TFllH |
| TFllH | 10 | Erottelee DNA-ketjut aloituskohdassa, vapauttaa RNA:ta syntetisoivan entsyymin promoottorista ja tärkeimmistä transkriptiotekijöistä (biokemia)prosessi perustuu RNA-polymeraasin Cer5-C-terminaalisen domeenin fosforylaatioon) |
Perus-TF:n kokoaminen tapahtuu vain aktivaattorin, välittäjän ja kromatiinia modifioivien proteiinien avulla.
Erityinen TF
Geneettisen ilmentymisen hallinnan kautta nämä transkriptiotekijät säätelevät sekä yksittäisten solujen että koko organismin biosynteettisiä prosesseja alkion synnystä hienoon fenotyyppiseen sopeutumiseen muuttuviin ympäristöolosuhteisiin. TF:n vaikutuspiiri sisältää 3 päälohkoa:
- kehitys (alkio- ja ontogenetiikka);
- solukierto;
- vastaus ulkoisiin signaaleihin.
Erityinen ryhmä transkriptiotekijöitä säätelee alkion morfologista erilaistumista. Tätä proteiinisarjaa koodaa erityinen 180 bp:n konsensussekvenssi, jota kutsutaan homeoboxiksi.
Jotta määritetään, mikä geeni tulee transkriptoida, säätelyproteiinin täytyy "löytää" ja sitoutua tiettyyn DNA-kohtaan, joka toimii geneettisenä kytkimenä (tehostin, äänenvaimennin jne.). Jokainen tällainen sekvenssi vastaa yhtä tai useampaa toisiinsa liittyvää transkriptiotekijää, joka tunnistaa halutun kohdan johtuen kierteen tietyn ulkosegmentin ja DNA:ta sitovan domeenin kemiallisten konformaatioiden yhteensattumisesta (avainlukitusperiaate). Tunnistamiseen käytetään DNA:n primäärirakenteen aluetta, jota kutsutaan pääuraksi.
DNA-toimintaan sitoutumisen jälkeenaktivaattoriproteiini laukaisee sarjan peräkkäisiä vaiheita, jotka johtavat esiinitiaattorikompleksin kokoamiseen. Tämän prosessin yleinen kaavio on seuraava:
- Aktivaattorin sitoutuminen kromatiiniin promoottorialueella, ATP-riippuvaisten uudelleenjärjestelykompleksien värvääminen.
- Kromatiinin uudelleenjärjestely, histonia modifioivien proteiinien aktivointi.
- Histonien kovalenttinen modifikaatio, muiden aktivaattoriproteiinien houkutteleminen.
- Sitoutuu lisää aktivoivia proteiineja geenin säätelyalueelle.
- Sovittelijan ja yleisen TF:n osallistuminen.
- Initiation-kompleksin kokoaminen promoottoriin.
- Muiden aktivaattoriproteiinien vaikutus, esialoituskompleksin alayksiköiden uudelleenjärjestely.
- Aloita transkriptio.
Näiden tapahtumien järjestys voi vaihdella geenistä toiseen.
Tällaista suurta määrää aktivointimekanismeja vastaa yhtä laaja valikoima tukahduttamismenetelmiä. Toisin sanoen inhiboimalla jotakin aloitusvaiheista säätelyproteiini voi heikentää tehokkuuttaan tai estää sen kokonaan. Useimmiten repressori aktivoi useita mekanismeja kerralla, mikä takaa transkription puuttumisen.
Geenien koordinoitu hallinta
Huolimatta siitä, että jokaisella transkriptionilla on oma säätelyjärjestelmänsä, eukaryooteilla on mekanismi, joka mahdollistaa bakteerien tapaan geeniryhmien käynnistämisen tai pysäyttämisen tietyn tehtävän suorittamiseen. Tämä saavutetaan transkription määräävällä tekijällä, joka täydentää yhdistelmätmuut säätelyelementit, jotka ovat välttämättömiä geenin maksimaaliseen aktivoitumiseen tai suppressioon.
Tällaisen säätelyn alaisissa transkriptoneissa eri komponenttien vuorovaikutus johtaa samaan proteiiniin, joka toimii tuloksena olevana vektorina. Siksi tällaisen tekijän aktivoituminen vaikuttaa useisiin geeneihin kerralla. Järjestelmä toimii kaskadin periaatteella.
Koordinoidun hallinnan kaaviota voidaan tarkastella luurankolihassolujen ontogeneettisen erilaistumisen esimerkissä, jonka esiasteita ovat myoblastit.
Kypsälle lihassolulle ominaista proteiinien synteesiä koodaavien geenien transkription laukaisee mikä tahansa neljästä myogeenisestä tekijästä: MyoD, Myf5, MyoG ja Mrf4. Nämä proteiinit aktivoivat itsensä ja toistensa synteesiä ja sisältävät myös geenit lisätranskriptiotekijälle Mef2 ja rakenteelliset lihasproteiinit. Mef2 osallistuu myoblastien lisäerilaistumisen säätelyyn, samalla kun se ylläpitää myogeenisten proteiinien pitoisuutta positiivisen palautemekanismin avulla.
