TRANSKRIPTIONSFAKTOR: HANDLINGSMEKANISME, TYPER, FUNKTIONER - BIOLOGI - 2025

En transkriptionsfaktor er et regulatorisk "tilbehør" -protein, der er nødvendigt til gentranskription. Transkription er det første trin i genekspression og involverer overførslen af ​​informationen indeholdt i DNA til et RNA-molekyle, som derefter behandles for at give anledning til genprodukter.

RNA-polymerase II er det enzym, der er ansvarligt for transkriptionen af ​​de fleste eukaryote gener og producerer ud over nogle små RNA'er messenger-RNA'er, der senere vil blive oversat til proteiner. Dette enzym kræver tilstedeværelse af en type transkriptionsfaktorer kendt som generelle eller basale transkriptionsfaktorer.

Transkriptionsfaktortype «Leucin lukning» (Kilde: I, Splette via Wikimedia Commons)

Dette er imidlertid ikke de eneste transkriptionsfaktorer, der findes i naturen, da der er "ikke-generelle" proteiner, både i eukaryoter og i prokaryoter og archaea, der er involveret i reguleringen af ​​vævsspecifik gentranskription (i multicellulære organismer) eller ved regulering af genaktivitet som respons på forskellige stimuli.

Disse transkriptionsfaktorer er meget vigtige effekter og kan findes i stort set alle levende organismer, da de repræsenterer den vigtigste kilde til regulering af genekspression.

Detaljerede undersøgelser af forskellige transkriptionsfaktorer i forskellige typer af levende organismer indikerer, at de har en modulopbygget struktur, hvor en specifik region er ansvarlig for interaktionen med DNA, mens de andre producerer de stimulerende eller hæmmende effekter.

Transkriptionsfaktorerne deltager derefter i modelleringen af ​​genekspressionsmønstre, der ikke har noget at gøre med ændringer i DNA-sekvensen, men med epigenetiske ændringer. Den videnskab, der er ansvarlig for at studere disse ændringer, kaldes epigenetik.

Handlingsmekanisme

For at udføre deres funktioner skal transkriptionsfaktorer være i stand til specifikt at genkende og binde til en bestemt DNA-sekvens for positivt eller negativt at påvirke transkriptionen af ​​den region af DNA.

Generelle transkriptionsfaktorer, der stort set er de samme for transkriptionen af ​​alle type II-gener i eukaryoter, samles først på promotorregionen af ​​genet og styrer således positioneringen af ​​polymerase-enzymet og "åbningen" af dobbelt propel.

Processen finder sted i flere trin på hinanden følgende:

- Binding af den generelle transkriptionsfaktor TFIID til en sekvens af gentagelser af thymin (T) og adenin (A) i genet kendt som "TATA-boksen"; dette forårsager en forvrængning af DNA'et, der er nødvendigt for binding af andre proteiner til promotorregionen.

- Efterfølgende samling af andre generelle faktorer (TFIIB, TFIIH, TFIH, TFIIE, TFIIF osv.) Og af RNA-polymerase II, der danner det, der kaldes transkriptionstartningskomplekset.

- Frigivelse af initieringskomplekset, phosphorylering af polymerasen ved faktor TFIIH og begyndelsen af ​​transkription og syntese af et RNA-molekyle fra sekvensen af ​​genet, der transkriberes.

Aktivering og undertrykkelse af transkription

Som diskuteret kan "ikke-generelle" transkriptionsfaktorer regulere genekspression, enten positivt eller negativt.

Aktivering

Nogle af disse proteiner indeholder foruden de strukturelle DNA-bindende domæner andre motiver, der er kendt som aktiveringsdomæner, som er rige på sure aminosyrerester, glutamin- eller prolinrester.

Disse aktiveringsdomæner interagerer med elementer i komplekset af generelle transkriptionsfaktorer eller med beslægtede koaktiveringsmolekyler, der interagerer direkte med komplekset. Denne interaktion resulterer enten i stimulering af samlingen af ​​det transkriptionelle kompleks eller i forøgelsen af ​​dets aktivitet.

Undertrykkelse

De fleste transkriptionsfaktorer hæmmer transkription ved at forstyrre aktiviteten af ​​positivt virkende transkriptionsfaktorer, hvilket blokerer deres stimulerende virkning. De kan arbejde ved at blokere bindingen af ​​positiv faktor til DNA eller ved at påvirke faktorer, der inaktiverer kromatinstrukturen.

Andre hæmmende faktorer virker ved direkte at blokere transkription uden at blokere virkningen af ​​nogen aktiverende transkriptionsfaktor; og de sænker det basale niveau af transkription til et niveau, der er endnu lavere end det, der opnås i fravær af aktiveringsfaktorer.

Ligesom aktivatorproteiner fungerer repressorfaktorer direkte eller indirekte med basale eller generelle transkriptionsfaktorer.

typer

Selvom de fleste transkriptionsfaktorer klassificeres i henhold til egenskaberne eller identiteten af ​​deres DNA-bindende domæner, er der nogle, også klassificeret som transkriptionsfaktorer, der ikke interagerer direkte med DNA og er kendt som transkriptionsfaktorer. "Indirekte".

Direkte transkriptionsfaktorer

De er de mest almindelige transkriptionsfaktorer. De har DNA-bindende domæner og kan aktivere eller inhibere genekspression ved at binde til specifikke områder af DNA. De adskiller sig fra hinanden især med hensyn til deres DNA-bindende domæner og deres tilstand af oligomerisering.

De mest studerede og anerkendte familier af denne type faktorer er:

Helix-Turn-Helix (“ helix-turn-helix ”, HTH)

Dette var den første familie af faktorer med DNA-bindende domæner, der blev opdaget, og det er til stede i mange eukaryote og prokaryote proteiner. Dets genkendelsesmotiv består af en α-helix, en spin og en anden α-helix.

De har bevarede glycindomæner i regionen af ​​drejningen og også nogle hydrofobe rester, der hjælper med at stabilisere arrangementet af de to heliketter i HTH-enheden.

homeodomæne

Det er til stede i et stort antal eukaryote regulatoriske proteiner. De første sekvenser blev genkendt i Drosophila udviklingsregulerende proteiner. Dette domæne indeholder et HTH-motiv til at binde DNA og en yderligere a-helix ud over en udvidet N-terminal arm.

Zink fingre

De blev opdaget i Xenopus-transkriptionsfaktoren TFIIIA og har vist sig at deltage i mange aspekter af eukaryot genregulering. De findes i proteiner induceret af differentierings- og vækstsignaler, i proto-oncogener og i nogle generelle transkriptionsfaktorer.

De er kendetegnet ved tilstedeværelsen af ​​batch-gentagelser af 30 resterende zinkfingermotiver indeholdende forskellige cystein- og histidinrester.

Steroidreceptorer

Denne familie inkluderer vigtige regulatoriske proteiner, der ud over at have et domæne til hormonbinding har et DNA-bindende domæne og generelt fungerer som transkriptionelle aktivatorer.

Bindingsdomænerne indeholder 70 rester, hvoraf 8 er konserverede cysteinrester. Nogle forfattere mener, at disse faktorer kunne danne et par zinkfingre i betragtning af tilstedeværelsen af ​​to sæt med fire cysteiner.

Leucin lukning og helix-loop-helix (“ helix-loop-helix”)

Disse transkriptionsfaktorer er involveret i differentiering og udvikling og funktion ved dannelsen af ​​en heterodimer. Leucin-lukningsdomænet observeres i forskellige eukaryote proteiner og er kendetegnet ved to underdomæner: leucin-lukningen, som medierer dimerisering og en basisk region til DNA-binding.

Β arkmotiver

De findes hovedsageligt i eukaryote faktorer og adskilles ved binding til DNA af antiparallelle ß-ark.

Indirekte transkriptionsfaktorer

Denne type transkriptionsfaktor udøver sine regulatoriske virkninger på genekspression ikke gennem direkte interaktion med DNA, men gennem protein-protein-interaktioner med andre transkriptionsfaktorer, der interagerer med DNA. Derfor kaldes de "indirekte".

Den første, der blev beskrevet, var transaktivatoren af ​​herpes simplex-virus (HSV) kendt som VP16, som binder til faktor Oct-1, når celler inficeres med denne virus, hvilket stimulerer transkriptionen af ​​et specifikt gen.

Faktorer af denne type, ligesom dem, der binder til DNA, kan aktivere eller undertrykke gentranskription, hvilket er grunden til, at de kaldes henholdsvis "koaktivatorer" og "korepressorer".

Regulering

Disse proteiner kan reguleres på to niveauer: i deres syntese og i deres aktivitet, der afhænger af forskellige variabler og flere situationer.

Regulering af syntese

Reguleringen af ​​dens syntese kan være relateret til den vævsspecifikke ekspression af visse transkriptionsfaktorer. Et eksempel på dette kan være MyoD-faktoren, der kun er syntetiseret i skeletmuskelceller, og som er nødvendig for differentiering af deres udifferentierede fibroblastforstadier.

Selvom reguleringen af ​​syntese hovedsageligt bruges til at kontrollere genekspression i specifikke celletyper og væv, er dette ikke den eneste måde, da syntesen af ​​faktorer, der er involveret i induktionen af ​​gener, der deltager i responsen, også er reguleret. til forskellige stimuli.

Regulering af aktivitet

En anden reguleringsmekanisme for transkriptionsfaktorer er reguleringen af ​​deres aktivitet, der har at gøre med aktiveringen af ​​andre allerede eksisterende transkriptionsfaktorer, der udøver positive eller negative effekter på aktiviteten af ​​en bestemt faktor.

Aktiveringen af ​​disse "sekundære" faktorer forekommer normalt gennem forskellige mekanismer, såsom ligandbinding, ændringer i protein-protein-interaktioner, phosphorylering, blandt andre.

Roller og betydning

Transkriptionsfaktorer deltager i en lang række processer såsom embryonal udvikling, vækst og differentiering, kontrol af cellecyklussen, tilpasning til svingende miljøforhold, vedligeholdelse af celle- og vævsspecifikke proteinsyntesemønstre osv.

I planter har de for eksempel vigtige funktioner i forsvar og som responsbegivenheder på forskellige typer stress. Osteogenese hos dyr er blevet bestemt til at kontrolleres af transkriptionsfaktorer såvel som mange andre differentieringsprocesser for forskellige cellelinjer.

I betragtning af vigtigheden af ​​disse proteiner i organismer er det ikke ualmindeligt at tro, at ændringer i disse regulerende elementer vil forårsage alvorlige patologiske ændringer.

I tilfælde af mennesker kan patologier, der er forbundet med transkriptionsfaktorer, være udviklingsforstyrrelser (på grund af mutationer, der for eksempel forårsager inaktivering af transkriptionsfaktorer), forstyrrelser i den hormonelle respons eller kræftformer.

Referencer

1. Alberts, B., Dennis, B., Hopkin, K., Johnson, A., Lewis, J., Raff, M.,… Walter, P. (2004). Væsentlig cellebiologi. Abingdon: Garland Science, Taylor & Francis Group.
2. Iwafuchi-doi, M., & Zaret, KS (2014). Pioneer transkriptionsfaktorer i cellereprogrammering. Genes & Development, 28, 2679–2692.
3. Latchman, D. (1997). Transkriptionsfaktorer: et overblik. Int. J. Biochem. Celle. Biol., 29 (12), 1305-1312.
4. Latchman, DS (2007). Transkriptionsfaktorer. Encyclopedia of Life Sciences, 1–5.
5. Marie, PJ (2008). Transkriptionsfaktorer, der kontrollerer osteoblastogenese. Arkiv for biokemi og biofysik, 473, 98-105.
6. Pabo, C., & Sauer, RT (1992). Transkriptionsfaktorer: Strukturfamilier og principper for DNA-anerkendelse. Annu. Rev., 61, 1053-1095.
7. Singh, KB, Foley, RC, & Oñate-sánchez, L. (2002). Transkriptionsfaktorer i plantens forsvar og stressresponser. Aktuel udtalelse inden for plantebiologi, 5, 430-436.