V vseh organizmih (z izjemo nekaterih virusov) poteka implementacija genskega materiala po sistemu DNK-RNA-protein. Na prvi stopnji se informacije prepišejo (prepišejo) iz ene nukleinske kisline v drugo. Beljakovine, ki uravnavajo ta proces, se imenujejo transkripcijski faktorji.
Kaj je transkripcija
Transkripcija je biosinteza molekule RNA na podlagi DNK predloge. To je mogoče zaradi komplementarnosti nekaterih dušikovih baz, ki sestavljajo nukleinske kisline. Sintezo izvajajo specializirani encimi - RNA polimeraze in jo nadzirajo številni regulatorni proteini.
Celoten genom se ne prepisuje naenkrat, ampak le določen njegov del, imenovan transkripton. Slednji vključuje promotor (mesto pritrditve RNA polimeraze) in terminator (zaporedje, ki aktivira zaključek sinteze).
Prokariontski transkripton je operon, sestavljen iz več strukturnih genov (cistronov). Na podlagi tega se sintetizira policistronska RNA,vsebuje informacije o zaporedju aminokislin skupine funkcionalno sorodnih beljakovin. Evkariotski prepis vsebuje samo en gen.
Biološka vloga procesa transkripcije je tvorba šablonskih zaporedij RNA, na podlagi katerih poteka sinteza (translacija) beljakovin v ribosomih.
sinteza RNA v prokariotih in evkariontih
Shema sinteze RNA je enaka za vse organizme in vključuje 3 stopnje:
- Iniciacija - pritrditev polimeraze na promotor, aktivacija procesa.
- Elongacija - podaljšanje nukleotidne verige v smeri od 3' do 5' konča z zapiranjem fosfodiesterskih vezi med dušikovimi bazami, ki so izbrane komplementarno monomerom DNK.
- Prekinitev je zaključek procesa sinteze.
Pri prokariotih vse vrste RNA prepisuje ena RNA polimeraza, sestavljena iz petih protomerov (β, β', ω in dveh α podenot), ki skupaj tvorijo jedro-encim, ki je sposoben povečati verigo ribonukleotidov. Obstaja tudi dodatna enota σ, brez katere je pritrditev polimeraze na promotor nemogoča. Kompleks jedra in sigma faktorja se imenuje holoencim.
Kljub dejstvu, da podenota σ ni vedno povezana z jedrom, se šteje za del RNA polimeraze. V disociiranem stanju se sigma ne more vezati na promotor, le kot del holoencima. Po zaključku iniciacije se ta protomer loči od jedra in ga nadomesti faktor raztezanja.
Funkcijaprokarioti so kombinacija procesov prevajanja in transkripcije. Ribosomi se takoj pridružijo RNA, ki se začne sintetizirati in zgraditi verigo aminokislin. Transkripcija se ustavi zaradi tvorbe lasne strukture v predelu terminatorja. Na tej stopnji se razgradi kompleks DNA-polimeraza-RNA.
V evkariontskih celicah transkripcijo izvajajo trije encimi:
- RNA polimeraza l – sintetizira 28S in 18S-ribosomsko RNA.
- RNA polimeraza ll – prepisuje gene, ki kodirajo beljakovine in majhne jedrske RNA.
- RNA polimeraza lll - odgovorna za sintezo tRNA in 5S rRNA (majhna podenota ribosomov).
Noben od teh encimov ni sposoben sprožiti transkripcije brez sodelovanja specifičnih beljakovin, ki zagotavljajo interakcijo s promotorjem. Bistvo procesa je enako kot pri prokariotih, vendar je vsaka faza veliko bolj zapletena s sodelovanjem večjega števila funkcionalnih in regulativnih elementov, vključno s tistimi, ki spreminjajo kromatin. Samo v začetni fazi je vključenih okoli sto beljakovin, vključno s številnimi transkripcijskimi faktorji, medtem ko je pri bakterijah dovolj ena sigma podenota, da se veže na promotor in včasih je potrebna pomoč aktivatorja.
Najpomembnejši prispevek biološke vloge transkripcije pri biosintezi različnih vrst beljakovin določa potrebo po strogem sistemu za nadzor branja genov.
Predpis o transkripciji
V nobeni celici ni genski material realiziran v celoti: le del genov je prepisan, ostali pa so neaktivni. To je mogoče zahvaljujoč kompleksuregulativni mehanizmi, ki določajo, iz katerih segmentov DNK in v kakšni količini bodo sintetizirana zaporedja RNA.
Pri enoceličnih organizmih ima diferencialna aktivnost genov prilagodljivo vrednost, pri večceličnih pa določa tudi procese embriogeneze in ontogeneze, ko na podlagi enega genoma nastajajo različne vrste tkiv.
Izražanje genov je nadzorovano na več ravneh. Najpomembnejši korak je regulacija transkripcije. Biološki pomen tega mehanizma je vzdrževanje potrebne količine različnih beljakovin, ki jih celica ali organizem potrebuje v določenem trenutku obstoja.
Prilagoditev biosinteze je na drugih ravneh, kot so obdelava, translacija in transport RNA iz jedra v citoplazmo (slednje pri prokariotih ni). Ko so pozitivno regulirani, so ti sistemi odgovorni za proizvodnjo proteina, ki temelji na aktiviranem genu, kar je biološki pomen transkripcije. Vendar pa je verigo v kateri koli fazi mogoče prekiniti. Nekatere regulativne značilnosti pri evkariontih (alternativni promotorji, spajanje, modifikacija poliadenelacijskih mest) vodijo do pojava različnih variant proteinskih molekul, ki temeljijo na istem zaporedju DNK.
Ker je tvorba RNA prvi korak pri dekodiranju genetskih informacij na poti do biosinteze beljakovin, je biološka vloga procesa transkripcije pri spreminjanju celičnega fenotipa veliko pomembnejša od regulacije procesiranja ali prevajanja.
Določanje aktivnosti specifičnih genov kot vtako pri prokariotih kot pri evkariontih se pojavi v fazi iniciacije s pomočjo specifičnih stikal, ki vključujejo regulativne regije DNK in transkripcijske faktorje (TF). Delovanje takšnih stikal ni avtonomno, ampak je pod strogim nadzorom drugih celičnih sistemov. Obstajajo tudi mehanizmi nespecifične regulacije sinteze RNA, ki zagotavljajo normalen prehod iniciacije, elongacije in terminacije.
Koncept transkripcijskih faktorjev
Za razliko od regulativnih elementov genoma so transkripcijski faktorji kemično beljakovine. Z vezavo na specifične regije DNK lahko aktivirajo, zavirajo, pospešijo ali upočasnijo proces transkripcije.
Glede na dosežen učinek lahko transkripcijske faktorje prokariotov in evkariontov razdelimo v dve skupini: aktivatorji (sprožijo ali povečajo intenzivnost sinteze RNA) in represorji (zavirajo ali zavirajo proces). Trenutno je bilo v različnih organizmih najdenih več kot 2000 TF.
Transkripcijska regulacija pri prokariotih
Pri prokariotih se nadzor sinteze RNA pojavlja predvsem v začetni fazi zaradi interakcije TF s specifičnim območjem transkriptona - operaterjem, ki se nahaja poleg promotorja (včasih se z njim križa) in, pravzaprav je pristajalno mesto za regulativni protein (aktivator ali represor). Za bakterije je značilen še en način diferencialne kontrole genov - sinteza alternativnih σ-podenot, namenjenih različnim skupinam promotorjev.
Delno operonski izrazse lahko uravnava v fazah elongacije in terminacije, vendar ne zaradi TF, ki vežejo DNA, temveč zaradi interakcij proteinov z RNA polimerazo. Ti vključujejo beljakovine Gre in antiterminatorna faktorja Nus in RfaH.
Na podaljšanje in prekinitev transkripcije pri prokariotih na določen način vpliva vzporedna sinteza beljakovin. Pri evkariontih so tako ti procesi sami kot transkripcijski in translacijski faktorji prostorsko ločeni, kar pomeni, da niso funkcionalno povezani.
Aktivatorji in represorji
Prokarioti imajo dva mehanizma regulacije transkripcije v začetni fazi:
- pozitivno - izvajajo ga aktivatorski proteini;
- negativno - nadzorujejo represorji.
Ko je faktor pozitivno reguliran, vezava faktorja na operaterja aktivira gen, ko je negativen, pa ga, nasprotno, izklopi. Sposobnost regulatornega proteina, da se veže na DNK, je odvisna od vezave liganda. Vlogo slednjih imajo običajno nizkomolekularni celični metaboliti, ki v tem primeru delujejo kot koaktivatorji in korepresorji.
Mehanizem delovanja represorja temelji na prekrivanju regij promotorja in operaterja. V operonih s to strukturo vezava proteinskega faktorja na DNK zapre del pristajalnega mesta za RNA polimerazo, kar preprečuje, da bi slednja sprožila transkripcijo.
Aktivatorji delujejo na šibke promotorje z nizko funkcionalnostjo, ki jih RNA polimeraze slabo prepoznajo ali jih je težko stopiti (ločeni spiralni prameniDNK, potrebna za začetek transkripcije). Ko se pridruži operaterju, proteinski faktor sodeluje s polimerazo, kar znatno poveča verjetnost iniciacije. Aktivatorji lahko povečajo intenzivnost transkripcije za 1000-krat.
Nekateri prokariontski TF lahko delujejo kot aktivatorji in represorji, odvisno od lokacije operaterja glede na promotor: če se ti predeli prekrivajo, faktor zavira transkripcijo, sicer pa sproži.
| Ligandna funkcija glede na faktor | stanje liganda | Negativna ureditev | pozitivna uredba |
| Zagotavlja ločitev od DNK | pridružitev | Odstranitev represorskega proteina, aktivacija gena | Odstranitev proteina aktivatorja, zaustavitev gena |
| Doda faktor k DNK | Izbriši | Odstranitev represorja, vključitev transkripcije | Odstrani aktivator, izklopi prepis |
Negativno regulacijo lahko obravnavamo na primeru triptofanskega operona bakterije E. coli, za katerega je značilna lokacija operaterja znotraj promotorskega zaporedja. Represorski protein se aktivira s pritrditvijo dveh molekul triptofana, ki spremenita kot domene, ki veže DNK, tako da lahko vstopi v glavni utor dvojne vijačnice. Pri nizki koncentraciji triptofana represor izgubi svoj ligand in ponovno postane neaktiven. Z drugimi besedami, pogostost začetka transkripcijeobratno sorazmerno s količino metabolita.
Nekateri bakterijski operoni (na primer laktoza) združujejo pozitivne in negativne regulativne mehanizme. Tak sistem je nujen, kadar en signal ni dovolj za racionalno kontrolo izražanja. Tako laktozni operon kodira encime, ki se transportirajo v celico in nato razgradijo laktozo, alternativni vir energije, ki je manj donosen kot glukoza. Zato se le pri nizki koncentraciji slednjega protein CAP veže na DNK in začne transkripcijo. Vendar je to priporočljivo le v prisotnosti laktoze, katere odsotnost vodi do aktivacije Lac represorja, ki blokira dostop polimeraze do promotorja tudi ob prisotnosti funkcionalne oblike aktivatorskega proteina.
Zaradi strukture operona v bakterijah več genov nadzoruje ena regulativna regija in 1-2 TF, medtem ko ima pri evkariontih en sam gen veliko število regulatornih elementov, od katerih je vsak odvisen od mnogih drugih dejavniki. Ta kompleksnost ustreza visoki ravni organiziranosti evkariontov, zlasti večceličnih organizmov.
Uravnavanje sinteze mRNA pri evkariontih
Nadzor izražanja evkariontskih genov je določen s kombiniranim delovanjem dveh elementov: proteinskih transkripcijskih dejstev (TF) in regulativnih zaporedij DNK, ki se lahko nahajajo poleg promotorja, veliko višje od njega, v intronih ali za njim. gen (kar pomeni kodirno regijo in ne gen v njegovem polnem pomenu).
Nekatera področja delujejo kot stikala, druga ne delujejoneposredno s TF, vendar dajejo molekuli DNK prožnost, ki je potrebna za tvorbo strukture, podobne zanki, ki spremlja proces aktivacije transkripcije. Takšna območja se imenujejo distančniki. Vse regulativne sekvence skupaj s promotorjem sestavljajo kontrolno regijo gena.
Omeniti velja, da je delovanje samih transkripcijskih faktorjev le del kompleksne večstopenjske regulacije genetske ekspresije, v kateri se v nastali vektor sešteje ogromno število elementov, ki določajo, ali bo RNA sčasoma sintetizirati iz določene regije genoma.
Dodaten dejavnik pri nadzoru transkripcije v jedrski celici je sprememba strukture kromatina. Tukaj sta prisotna tako popolna regulacija (ki jo zagotavlja porazdelitev regij heterokromatina in evhromatina) kot lokalna regulacija, povezana s specifičnim genom. Da bi polimeraza delovala, je treba odstraniti vse ravni stiskanja DNK, vključno z nukleosomom.
Raznolikost transkripcijskih faktorjev pri evkariontih je povezana z velikim številom regulatorjev, ki vključujejo ojačevalce, dušilce zvoka (ojačevalnike in dušilce zvoka), pa tudi elemente adapterja in izolatorje. Ta mesta se lahko nahajajo tako blizu kot na precejšnji razdalji od gena (do 50 tisoč bp).
Ojačevalci, dušilci zvoka in adapterji
Ojačevalci so kratka zaporedna DNK, ki lahko sproži transkripcijo pri interakciji z regulativnim proteinom. Približek ojačevalnika promotorski regiji genase izvaja zaradi tvorbe zankaste strukture DNK. Vezava aktivatorja na ojačevalec bodisi stimulira sestavljanje iniciacijskega kompleksa ali pa pomaga, da se polimeraza podaljšuje.
Ojačevalec ima zapleteno strukturo in je sestavljen iz več modulov, od katerih ima vsako svojo regulativno beljakovino.
Dusilniki so regije DNK, ki zavirajo ali popolnoma izključujejo možnost transkripcije. Mehanizem delovanja takšnega stikala še ni znan. Ena od hipotetiziranih metod je zasedba velikih regij DNK s posebnimi proteini skupine SIR, ki blokirajo dostop do iniciacijskih faktorjev. V tem primeru so vsi geni, ki se nahajajo znotraj nekaj tisoč baznih parov od dušilca zvoka, izklopljeni.
Adapterski elementi v kombinaciji s TF, ki se nanje vežejo, predstavljajo ločen razred genetskih stikal, ki se selektivno odzivajo na steroidne hormone, ciklični AMP in glukokortikoide. Ta regulativni blok je odgovoren za odziv celice na toplotni šok, izpostavljenost kovinam in nekaterim kemičnim spojinam.
Med kontrolnimi regijami DNK se razlikuje še ena vrsta elementov - izolatorji. To so specifične sekvence, ki preprečujejo, da bi transkripcijski faktorji vplivali na oddaljene gene. Mehanizem delovanja izolatorjev še ni pojasnjen.
evkariontski transkripcijski faktorji
Če imajo transkripcijski faktorji v bakterijah samo regulacijsko funkcijo, potem je v jedrskih celicah cela skupina TF, ki zagotavljajo začetek v ozadju, hkrati pa so neposredno odvisne od vezave naDNK regulatorni proteini. Število in raznolikost slednjih pri evkariontih je ogromna. Tako je v človeškem telesu delež sekvenc, ki kodirajo proteinske transkripcijske faktorje, približno 10 % genoma.
Evkariontske TF še niso dobro razumljene, prav tako mehanizmi delovanja genetskih stikal, katerih struktura je veliko bolj zapletena kot modeli pozitivne in negativne regulacije pri bakterijah. Za razliko od slednjega na aktivnost transkripcijskih faktorjev jedrskih celic ne vplivata en ali dva, ampak na desetine in celo stotine signalov, ki se lahko medsebojno krepijo, slabijo ali izključujejo.
Po eni strani aktivacija določenega gena zahteva celo skupino transkripcijskih faktorjev, po drugi strani pa je lahko en regulatorni protein dovolj, da sproži izražanje več genov s kaskadnim mehanizmom. Celoten ta sistem je zapleten računalnik, ki obdeluje signale iz različnih virov (tako zunanjih kot notranjih) in njihove učinke dodaja končnemu rezultatu z znakom plus ali minus.
Regulatorni transkripcijski faktorji pri evkariontih (aktivatorji in represorji) ne delujejo z operaterjem, kot pri bakterijah, ampak s kontrolnimi mesti, razpršenimi po DNK, in vplivajo na iniciacijo prek posrednikov, ki so lahko proteini mediatorji, dejavniki iniciacijskega kompleksa in encimi, ki spreminjajo strukturo kromatina.
Z izjemo nekaterih TF-jev, vključenih v prediniciacijski kompleks, imajo vsi transkripcijski faktorji domeno, ki veže DNK, ki razlikujeiz številnih drugih beljakovin, ki zagotavljajo normalen prehod transkripcije ali delujejo kot posredniki pri njeni regulaciji.
Nedavne študije so pokazale, da lahko evkariontski TF vplivajo ne le na začetek, ampak tudi na podaljšanje transkripcije.
Različica in razvrstitev
Pri evkariontih obstajata 2 skupini proteinskih transkripcijskih faktorjev: bazalni (sicer imenovani splošni ali glavni) in regulativni. Prvi so odgovorni za prepoznavanje promotorjev in ustvarjanje prediniciacijskega kompleksa. Potrebno za začetek prepisovanja. Ta skupina vključuje več deset beljakovin, ki so vedno prisotne v celici in ne vplivajo na diferencialno izražanje genov.
Kompleks bazalnih transkripcijskih faktorjev je orodje, podobno po funkciji kot sigma podenota v bakterijah, le bolj kompleksno in primerno za vse vrste promotorjev.
Dejavniki druge vrste vplivajo na transkripcijo z interakcijo z regulativnimi zaporedji DNK. Ker so ti encimi gensko specifični, jih je ogromno. Z vezavo na regije specifičnih genov nadzorujejo izločanje določenih beljakovin.
Razvrstitev transkripcijskih faktorjev pri evkariontih temelji na treh načelih:
- mehanizem delovanja;
- pogoji delovanja;
- struktura domene, ki veže DNK.
Glede na prvo značilnost obstajata 2 razreda dejavnikov: bazalni (v interakciji s promotorjem) in vezavni na zgornje regije (regulatorne regije, ki se nahajajo pred genom). Ta vrstaklasifikacija v bistvu ustreza funkcionalni delitvi TF na splošne in specifične. Faktorji na zgornjem delu so razdeljeni v 2 skupini, odvisno od potrebe po dodatni aktivaciji.
Glede na značilnosti delovanja ločimo konstitutivne TF (vedno prisotne v kateri koli celici) in inducibilne (niso značilne za vse tipe celic in lahko zahtevajo določene aktivacijske mehanizme). Faktorji druge skupine pa so razdeljeni na celično specifične (sodelujejo v ontogeniji, zanje je značilen strog nadzor ekspresije, vendar ne zahtevajo aktivacije) in odvisne od signala. Slednje se razlikujejo glede na vrsto in način delovanja aktivacijskega signala.
Strukturna klasifikacija proteinskih transkripcijskih faktorjev je zelo obsežna in vključuje 6 superrazredov, ki vključujejo številne razrede in družine.
Načelo delovanja
Delovanje bazalnih faktorjev je kaskadno sestavljanje različnih podenot s tvorbo iniciacijskega kompleksa in aktivacijo transkripcije. Pravzaprav je ta proces zadnji korak v delovanju aktivatorskega proteina.
Posebni dejavniki lahko uravnavajo prepis v dveh korakih:
- montaža iniciacijskega kompleksa;
- prehod na produktivno raztezanje.
V prvem primeru se delo specifičnih TF zmanjša na primarno preureditev kromatina, pa tudi na pridobivanje, orientacijo in modifikacijo mediatorja, polimeraze in bazalnih faktorjev na promotorju, kar vodi do aktivacije transkripcije. Glavni element prenosa signala je posrednik - kompleks 24 podenot, ki delujejo vkot posrednik med regulativnim proteinom in RNA polimerazo. Zaporedje interakcij je individualno za vsak gen in njegov ustrezen faktor.
Uravnavanje raztezanja se izvaja zaradi interakcije faktorja z proteinom P-Tef-b, ki pomaga RNA polimerazi premagati pavzo, povezano s promotorjem.
Funkcionalne strukture TF
Transkripcijski faktorji imajo modularno strukturo in opravljajo svoje delo prek treh funkcionalnih domen:
- DNA-binding (DBD) - potrebno za prepoznavanje in interakcijo z regulativno regijo gena.
- Trans-aktivacija (TAD) – omogoča interakcijo z drugimi regulativnimi beljakovinami, vključno s transkripcijskimi faktorji.
- Signal-Recognizing (SSD) - potreben za zaznavanje in prenos regulativnih signalov.
Po drugi strani ima domena, ki veže DNK, veliko vrst. Glavni motivi v njegovi strukturi vključujejo:
- "cinkovi prsti";
- homeodomain;
- "β"-sloji;
- loops;
- "levcinska strela";
- spiral-loop-spiral;
- spiral-turn-spiral.
Zahvaljujoč tej domeni transkripcijski faktor "bere" zaporedje nukleotidov DNK v obliki vzorca na površini dvojne vijačnice. Zaradi tega je možno specifično prepoznavanje določenih regulativnih elementov.
Interakcija motivov s vijačnico DNK temelji na natančnem ujemanja med površinami tehmolekule.
regulacija in sinteza TF
Obstaja več načinov za uravnavanje vpliva transkripcijskih faktorjev na transkripcijo. Ti vključujejo:
- aktivacija - sprememba funkcionalnosti faktorja glede na DNK zaradi fosforilacije, vezave liganda ali interakcije z drugimi regulativnimi proteini (vključno s TF);
- translokacija - transport faktorja iz citoplazme v jedro;
- razpoložljivost veznega mesta - odvisna od stopnje kondenzacije kromatina (v stanju heterokromatina DNK ni na voljo za TF);
- kompleks mehanizmov, ki so značilni tudi za druge beljakovine (regulacija vseh procesov od transkripcije do posttranslacijske modifikacije in znotrajcelične lokalizacije).
Zadnja metoda določa kvantitativno in kvalitativno sestavo transkripcijskih faktorjev v vsaki celici. Nekateri TF lahko uravnavajo svojo sintezo po klasični povratni vrsti, ko lastni produkt postane zaviralec reakcije. V tem primeru določena koncentracija faktorja ustavi transkripcijo gena, ki ga kodira.
Splošni transkripcijski faktorji
Ti dejavniki so potrebni za začetek transkripcije vseh genov in so v nomenklaturi označeni kot TFl, TFll in TFlll, odvisno od vrste RNA polimeraze, s katero so v interakciji. Vsak faktor je sestavljen iz več podenot.
Bazalni TF-ji opravljajo tri glavne funkcije:
- pravilna lokacija RNA polimeraze na promotorju;
- odvijanje verig DNK v območju začetka transkripcije;
- osvoboditev polimeraze izpromotor v trenutku prehoda na raztezanje;
Določene podenote bazalnih transkripcijskih faktorjev se vežejo na regulativne elemente promotorja. Najpomembnejša je škatla TATA (ni značilna za vse gene), ki se nahaja na razdalji "-35" nukleotidov od točke iniciacije. Druga vezavna mesta vključujejo zaporedja INR, BRE in DPE. Nekateri TF nimajo neposrednega stika z DNK.
Skupina glavnih transkripcijskih faktorjev RNA polimeraze ll vključuje TFllD, TFllB, TFllF, TFllE in TFllH. Latinska črka na koncu oznake označuje vrstni red odkrivanja teh beljakovin. Tako je bil prvi izoliran faktor TFlllA, ki spada v lll RNA polimerazo.
| ime | Število beljakovinskih podenot | funkcija |
| TFllD | 16 (TBP +15 TAF) | TBP se veže na polje TATA in TAF-ji prepoznajo druge promotorske sekvence |
| TFllB | 1 | Prepozna element BRE, natančno orientira polimerazo na mestu iniciacije |
| TFllF | 3 | Stabilizira interakcijo polimeraze s TBP in TFllB, olajša pritrditev TFllE in TFllH |
| TFllE | 2 | Povezuje in prilagaja TFllH |
| TFllH | 10 | Loči verige DNK na točki iniciacije, osvobodi encim, ki sintetizira RNA od promotorja in glavnih transkripcijskih faktorjev (biokemijaproces temelji na fosforilaciji Cer5-C-terminalne domene RNA polimeraze) |
Sestavljanje bazalnega TF poteka samo s pomočjo aktivatorja, mediatorja in proteinov, ki spreminjajo kromatin.
Specifični TF
Z nadzorom genetske ekspresije ti transkripcijski faktorji uravnavajo biosintetske procese tako posameznih celic kot celotnega organizma, od embriogeneze do finega fenotipskega prilagajanja spreminjajočim se okoljskim razmeram. Sfera vpliva TF vključuje 3 glavne bloke:
- razvoj (embrio- in ontogeneza);
- celični cikel;
- odziv na zunanje signale.
Posebna skupina transkripcijskih faktorjev uravnava morfološko diferenciacijo zarodka. Ta niz beljakovin je kodiran s posebnim 180 bp konsenznim zaporedjem, imenovanim homeobox.
Da bi ugotovili, kateri gen je treba prepisati, mora regulativni protein "poiskati" in se vezati na določeno mesto DNK, ki deluje kot genetsko stikalo (ojačevalec, dušilec zvoka itd.). Vsako takšno zaporedje ustreza enemu ali več sorodnim transkripcijskim faktorjem, ki prepoznajo želeno mesto zaradi sovpadanja kemičnih konformacij določenega zunanjega segmenta vijačnice in domene, ki veže DNK (načelo ključ-zaklepanje). Za prepoznavanje se uporablja območje primarne strukture DNK, imenovano glavni žleb.
Po vezavi na delovanje DNKaktivatorski protein sproži vrsto zaporednih korakov, ki vodijo do sestavljanja prediniciatorskega kompleksa. Splošna shema tega procesa je naslednja:
- Veza aktivatorja na kromatin v promotorski regiji, pridobivanje ATP-odvisnih preureditvenih kompleksov.
- Preureditev kromatina, aktivacija proteinov, ki spreminjajo histon.
- Kovalentna modifikacija histonov, privlačnost drugih aktivatorskih proteinov.
- Veza dodatnih aktivacijskih beljakovin na regulativno regijo gena.
- Udeležba mediatorja in splošni TF.
- Sestavljanje prediniciacijskega kompleksa na promotorju.
- Vpliv drugih aktivatorskih proteinov, preureditev podenot prediniciacijskega kompleksa.
- Začni prepis.
Vrstni red teh dogodkov se lahko razlikuje od gena do gena.
Tolikemu številu aktivacijskih mehanizmov ustreza enako širok nabor metod zatiranja. To pomeni, da lahko regulatorni protein z zaviranjem ene od stopenj na poti do iniciacije zmanjša svojo učinkovitost ali pa jo popolnoma blokira. Najpogosteje represor aktivira več mehanizmov hkrati, kar zagotavlja odsotnost transkripcije.
Koordiniran nadzor genov
Kljub dejstvu, da ima vsak transkripton svoj regulativni sistem, imajo evkarionti mehanizem, ki omogoča, tako kot bakterije, da sprožijo ali ustavijo skupine genov, ki so namenjene opravljanju določene naloge. To dosežemo s faktorjem, ki določa transkripcijo, ki dopolnjuje kombinacijedrugi regulativni elementi, potrebni za maksimalno aktivacijo ali supresijo gena.
V transkriptonih, za katere velja takšna regulacija, interakcija različnih komponent vodi do istega proteina, ki deluje kot nastali vektor. Zato aktivacija takega faktorja vpliva na več genov hkrati. Sistem deluje na principu kaskade.
Shemo usklajenega nadzora lahko obravnavamo na primeru ontogenetske diferenciacije celic skeletnih mišic, katerih predhodniki so mioblasti.
Transkripcijo genov, ki kodirajo sintezo beljakovin, značilnih za zrelo mišično celico, sproži kateri koli od štirih miogenih dejavnikov: MyoD, Myf5, MyoG in Mrf4. Ti proteini aktivirajo sintezo sebe in drug drugega, vključujejo pa tudi gene za dodatni transkripcijski faktor Mef2 in strukturne mišične beljakovine. Mef2 sodeluje pri uravnavanju nadaljnje diferenciacije mioblastov, hkrati pa ohranja koncentracijo miogenih proteinov s pozitivnim povratnim mehanizmom.
