ÁTÍRÁSI TÉNYEZŐ: HATÁSMECHANIZMUS, TÍPUSOK, FUNKCIÓK - BIOLÓGIA - 2026

A transzkripciós faktor egy szabályozó "kiegészítő" protein, amely a gén transzkripciójához szükséges. A transzkripció a génexpresszió első lépése, és magában foglalja a DNS-ben lévő információ átvitelét egy RNS-molekulához, amelyet később feldolgoznak géntermékek előállításához.

Az RNS-polimeráz II az az enzim, amely a legtöbb eukarióta gén transzkripciójáért felelős, és néhány apró RNS mellett olyan hírvivő RNS-eket termel, amelyek később fehérjékké fordulnak. Ehhez az enzimhez szükség van egyfajta transzkripciós faktornak, amelyet általános vagy alapvető transzkripciós faktoroknak neveznek.

«Leucin bezárása» típusú átírási tényező (Forrás: I, Splette a Wikimedia Commons segítségével)

Ez azonban nem csak a természetben létező transzkripciós faktor, mivel vannak olyan „nem általános” fehérjék, mind az eukariótákban, mind a prokariótákban és az archaában, amelyek részt vesznek a szövet-specifikus gén transzkripció szabályozásában (többsejtű szervezetek) vagy a gének aktivitásának szabályozásában, különféle stimulusokra reagálva.

Ezek a transzkripciós faktorok nagyon fontos effektorok, és gyakorlatilag minden élő szervezetben megtalálhatók, mivel ezek képezik a génkifejezés fő szabályozási forrását.

A különböző transzkripciós faktorok részletes tanulmányozása az élő organizmusok különböző típusaiban azt mutatják, hogy ezek moduláris felépítésűek, ahol egy meghatározott régió felelős a DNS-sel való kölcsönhatásért, míg a többi stimuláló vagy gátló hatást fejt ki.

A transzkripciós faktorok tehát részt vesznek a gén expressziós mintázatok modellezésében, amelynek semmi köze nincs a DNS-szekvencia változásaihoz, hanem az epigenetikus változásokhoz. A változások tanulmányozásáért felelős tudomány epigenetika néven ismert.

A cselekvés mechanizmusa

Funkcióik elvégzéséhez a transzkripciós faktoroknak képesnek kell lenniük arra, hogy specifikusan felismerjék és kötődjenek egy adott DNS-szekvenciához, hogy pozitívan vagy negatívan befolyásolják a DNS ezen régiójának transzkripcióját.

Az általános transzkripciós faktorok, amelyek alapvetően megegyeznek az összes II. Típusú gén transzkripciójával az eukariótákban, először a gén promóter régiójában helyezkednek el, ezáltal irányítva a polimeráz enzim pozícióját és a kettős "nyílását" propeller.

A folyamat több egymást követő lépésben zajlik:

- A TFIID általános transzkripciós faktor kötődése a "TATA box" néven ismert génben a timin (T) és adenin (A) ismétléseinek sorozatával; ez a DNS torzulását okozza, amely szükséges a többi fehérje kötődéséhez a promoter régióhoz.

- Más általános tényezők (TFIIB, TFIIH, TFIH, TFIIE, TFIIF stb.) És az RNS-polimeráz II későbbi összeszerelése, amely a transzkripció iniciációs komplexének nevezik.

- A iniciációs komplex felszabadítása, a polimeráz foszforilációja a TFIIH faktorral, és egy RNS-molekula transzkripciójának és szintézisének megkezdése a transzkripciós gén szekvenciájából.

A transzkripció aktiválása és elnyomása

Amint azt tárgyaltuk, a "nem általános" transzkripciós faktorok pozitív vagy negatív módon szabályozzák a gén expresszióját.

Aktiválás

Ezen fehérjék egy része a szerkezeti DNS-kötő domének mellett más, aktivációs doméneknek nevezett motívumokat is tartalmaz, amelyek gazdag savas aminosavmaradványokban, glutamin- vagy prolinmaradványokban.

Ezek az aktivációs domének kölcsönhatásba lépnek az általános transzkripciós faktorok komplexének vagy a kapcsolódó koativátormolekulákkal, amelyek közvetlenül kölcsönhatásba lépnek a komplextel. Ez az interakció vagy a transzkripciós komplex összeállításának stimulációját, vagy annak aktivitásának fokozását eredményezi.

Elnyomás

A legtöbb transzkripciós faktor gátolja a transzkripciót azáltal, hogy megzavarja a pozitív hatású transzkripciós faktorok aktivitását, gátolja ezek stimuláló hatását. Működhetnek úgy, hogy blokkolják a pozitív faktor DNS-hez való kötődését, vagy olyan tényezőkre hatnak, amelyek inaktiválják a kromatin szerkezetét.

Más gátló tényezők úgy hatnak, hogy közvetlenül blokkolják a transzkripciót, anélkül, hogy blokkolnák bármelyik aktiváló transzkripciós faktort; és csökkentik a transzkripció alapszintjét, még alacsonyabb szintre, mint az aktiváló tényezők hiányában.

Az aktivátor fehérjékhez hasonlóan a represszor faktorok közvetlenül vagy közvetve is hatnak a bazális vagy általános transzkripciós faktorokkal.

típusai

Bár a legtöbb transzkripciós tényezőt a DNS-kötő domén tulajdonságaik vagy identitásuk alapján osztályozzuk, vannak olyanok, amelyek szintén transzkripciós faktoroknak vannak besorolva, amelyek nem lépnek kölcsönhatásba a DNS-sel, és transzkripciós faktorokként ismertek. "Közvetett".

Közvetlen transzkripciós tényezők

Ezek a leggyakoribb transzkripciós faktorok. DNS-kötő doménekkel rendelkeznek, és aktiválhatják vagy gátolhatják a gén expresszióját a DNS specifikus régióihoz való kötődéssel. Különösen különböznek egymástól DNS-kötő domének és oligomerizációs állapotuk tekintetében.

Az ilyen típusú tényezők leginkább tanulmányozott és elismert családjai:

Helix-Turn-Helix („ spirál-turn-spirál ”, HTH)

Ez volt a DNS-kötő doménekkel felfedezett faktorok első családja, amely számos eukarióta és prokarióta fehérjében megtalálható. A felismerési motívuma egy α-spirálból, egy spinből és egy második α-spirálból áll.

Konzervált glicin doménekkel rendelkeznek a fordulás környékén, valamint néhány hidrofób maradékkal, amelyek segítenek stabilizálni a két helika elrendezését a HTH egységben.

homeodomain

Nagyon sok eukarióta szabályozó fehérjében van jelen. Az első szekvenciákat felismerték a Drosophila fejlődési szabályozó fehérjékben. Ez a domén tartalmaz egy HTH motívumot a DNS megkötésére és egy további α-hélixet, egy kiterjesztett N-terminális kar mellett.

Cink ujjak

Felismerték őket a TFIIIA Xenopus transzkripciós faktorban, és kimutatták, hogy részt vesznek az eukarióta génszabályozás számos szempontjában. Ezek megtalálhatók a differenciálódás és növekedési szignálok által indukált fehérjékben, a proto-onkogénekben és néhány általános transzkripciós faktorban.

Különböző cisztein- és hisztidinmaradékokat tartalmazó 30 maradék cinkujj-motívum szakaszos ismétlései jellemzik őket.

Szteroid receptorok

Ez a család fontos szabályozó fehérjéket tartalmaz, amelyek amellett, hogy rendelkeznek egy doménnek a hormonkötésre, tartalmaznak egy DNS-kötő domént és általában transzkripciós aktivátorokként működnek.

A kötő domének 70 maradékot tartalmaznak, amelyek közül 8 konzervált cisztein maradékot tartalmaz. Egyes szerzők úgy vélik, hogy ezek a tényezők pár cinkujjot képezhetnek, figyelembe véve a két cisztein két készletét.

Leucin zárás és spirál-hurok-spirál („ spirál-hurok-spirál”)

Ezek a transzkripciós faktorok részt vesznek a differenciálásban és a fejlődésben, valamint a heterodimer képződésével történő működésében. A leucinzáródási domént megfigyelték a különféle eukariótafehérjékben, és két aldomainnal jellemezhetők: a dimerizációt közvetítő leucinzárással és a DNS-kötés alapvető régiójával.

Β lap motívumok

Ezeket elsősorban eukarióta tényezőkben találják meg, és megkülönböztetik az antiparallel β-lemezek DNS-hez történő kötődését.

Közvetett transzkripciós tényezők

Az ilyen típusú transzkripciós faktor nem a DNS-sel való közvetlen interakció révén gyakorolja szabályozó hatását a gén expressziójára, hanem a protein-protein kölcsönhatások révén más transzkripciós faktorokkal, amelyek kölcsönhatásba lépnek a DNS-sel. Ezért hívják őket "közvetettnek".

Az elsõként a herpes simplex vírus (HSV) transzaktivátorát nevezték el, amely VP16 néven ismert, amely kötődik az Oct-1 faktorhoz, amikor a sejteket megfertõzik ezzel a vírussal, stimulálva egy adott gén transzkripcióját.

Az ilyen típusú faktorok, mint például azok, amelyek a DNS-hez kötődnek, aktiválhatják vagy visszaszoríthatják a génátírást, ezért nevezik őket „koaktivátoroknak” és „corepressoroknak”.

Szabályozás

Ezek a fehérjék két szinten szabályozhatók: szintézisükben és aktivitásukban, amely különböző változóktól és több helyzetetől függ.

A szintézis szabályozása

Szintézisének szabályozása összefügghet bizonyos transzkripciós faktorok szövetspecifikus expressziójával. Erre példa lehet a MyoD tényező, amelyet csak a vázizomsejtekben szintetizálnak, és amely differenciálatlan fibroblast prekurzorok megkülönböztetéséhez szükséges.

Bár a szintézis szabályozását alapvetően a génexpresszió szabályozására használják bizonyos sejttípusokban és szövetekben, ez nem csak az, mert a válaszban részt vev gének indukciójában részt vev tényezök szintézisét szintén szabályozzák. különböző ingerekre.

A tevékenység szabályozása

A transzkripciós faktorok másik szabályozási mechanizmusa aktivitásuk szabályozása, amely más, már létező transzkripciós faktorok aktiválásával kapcsolatos, amelyek pozitív vagy negatív hatást gyakorolnak egy adott faktor aktivitására.

Ezen "szekunder" tényezők aktiválása általában különböző mechanizmusokon keresztül zajlik, mint például ligandumkötés, többek között a fehérje-fehérje kölcsönhatások megváltozása, a foszforiláció.

Szerepek és fontosság

A transzkripciós faktorok számos olyan folyamatban részt vesznek, mint az embrionális fejlődés, növekedés és differenciálódás, a sejtciklus szabályozása, az ingadozó környezeti feltételekhez való alkalmazkodás, a sejt- és szövetspecifikus proteinszintézis mintáinak fenntartása stb.

Például a növényekben fontos szerepet töltenek be a védekezésben és a különféle stressz kezelésére adott reakciókban. Az állatok csontritkulását transzkripciós faktorok, valamint a különféle sejtvonalak sokféle más differenciálódási folyamata szabályozza.

Tekintettel ezen fehérjék fontosságára a szervezetekben, nem ritka az a vélemény, hogy ezekben a szabályozó elemekben bekövetkező változások súlyos kóros elváltozásokat okoznak.

Emberek esetében a transzkripciós faktorokkal kapcsolatos patológiák lehetnek fejlődési rendellenességek (például a transzkripciós faktorok inaktivációját okozó mutációk miatt), a hormonális válasz rendellenességei vagy a rákok.

Irodalom

1. Alberts, B., Dennis, B., Hopkin, K., Johnson, A., Lewis, J., Raff, M.,… Walter, P. (2004). Alapvető sejtbiológia. Abingdon: Garland Science, Taylor és Francis csoport.
2. Iwafuchi-doi, M., és Zaret, KS (2014). Pioneer transzkripciós faktorok a sejtek újraprogramozásában. Genes & Development, 28, 2679–2692.
3. Latchman, D. (1997). Átírási tényezők: áttekintés. Int. J. Biochem. Sejt. Biol., 29 (12), 1305-1312.
4. Latchman, DS (2007). Átírási tényezők. Élettudományi enciklopédia, 1–5.
5. Marie, PJ (2008). Az osteoblastogenezist szabályozó transzkripciós faktorok. Biokémiai és Biofizikai Archívum, 473, 98-105.
6. Pabo, C. és Sauer, RT (1992). Transzkripciós tényezők: A DNS felismerésének strukturális családjai és alapelvei. Annu. Rev., 61, 1053-1095.
7. Singh, KB, Foley, RC és Oñate-sánchez, L. (2002). Transzkripciós tényezők a növényvédelemben és a stresszválaszok. Jelenlegi vélemény a növénybiológiában, 5, 430-436.