TRANSKRIPSJONSFAKTOR: VIRKNINGSMEKANISME, TYPER, FUNKSJONER - BIOLOGI - 2026

En transkripsjonsfaktor er et regulatorisk "tilbehør" -protein som er nødvendig for gentranskripsjon. Transkripsjon er det første trinnet i genuttrykk og innebærer overføring av informasjonen i DNA til et RNA-molekyl, som deretter behandles for å gi opphav til genprodukter.

RNA-polymerase II er enzymet som er ansvarlig for transkripsjon av de fleste eukaryote gener og produserer, i tillegg til noen små RNA, messenger-RNA som senere vil bli oversatt til proteiner. Dette enzymet krever tilstedeværelse av en type transkripsjonsfaktorer kjent som generelle eller basale transkripsjonsfaktorer.

Transkripsjonsfaktortype «Leucin nedleggelse» (Kilde: I, Splette via Wikimedia Commons)

Imidlertid er dette ikke de eneste transkripsjonsfaktorene som finnes i naturen, siden det er "ikke-generelle" proteiner, både i eukaryoter og i prokaryoter og archaea, som er involvert i reguleringen av vevsspesifikk gentranskripsjon (i flercellede organismer) eller ved regulering av genaktivitet som respons på forskjellige stimuli.

Disse transkripsjonsfaktorene er svært viktige effekter, og kan finnes i praktisk talt alle levende organismer, siden de representerer den viktigste kilden til regulering av genuttrykk.

Detaljerte studier av forskjellige transkripsjonsfaktorer i forskjellige typer levende organismer indikerer at de har en modulær struktur, der en spesifikk region er ansvarlig for interaksjonen med DNA, mens de andre gir stimulerende eller hemmende effekter.

Transkripsjonsfaktorene deltar da i modelleringen av genuttrykksmønstre som ikke har noe å gjøre med endringer i DNA-sekvensen, men med epigenetiske endringer. Vitenskapen som er ansvarlig for å studere disse endringene er kjent som epigenetikk.

Virkningsmekanismen

For å utføre sine funksjoner, må transkripsjonsfaktorer være i stand til spesifikt å gjenkjenne og binde seg til en bestemt DNA-sekvens for å positivt eller negativt påvirke transkripsjonen av den regionen av DNA.

De generelle transkripsjonsfaktorene, som i utgangspunktet er de samme for transkripsjonen av alle type II-gener i eukaryoter, blir samlet først på promoterområdet til genet, og styrer således posisjoneringen av polymerase-enzymet og "åpningen" av dobbelt propell.

Prosessen foregår i flere trinn på rad:

- Binding av den generelle transkripsjonsfaktoren TFIID til en sekvens med gjentakelser av timin (T) og adenin (A) i genet kjent som "TATA-boksen"; dette forårsaker en forvrengning av DNA som er nødvendig for binding av andre proteiner til promoterregionen.

- Påfølgende samling av andre generelle faktorer (TFIIB, TFIIH, TFIH, TFIIE, TFIIF, etc.) og av RNA-polymerase II, og danner det som kalles transkripsjonsinitieringskomplekset.

- Frigjøring av initieringskomplekset, fosforylering av polymerasen med TFIIH-faktoren, og begynnelsen av transkripsjonen og syntesen av et RNA-molekyl fra sekvensen til genet som blir transkribert.

Aktivering og undertrykkelse av transkripsjon

Som diskutert kan “ikke-generelle” transkripsjonsfaktorer regulere genuttrykk, enten positivt eller negativt.

aktivisering

Noen av disse proteinene inneholder, i tillegg til de strukturelle DNA-bindende domenene, andre motiver kjent som aktiveringsdomenene, som er rike på sure aminosyrerester, glutamin eller prolinrester.

Disse aktiveringsdomenene interagerer med elementer i komplekset av generelle transkripsjonsfaktorer eller med beslektede koaktiveringsmolekyler som interagerer direkte med komplekset. Denne interaksjonen resulterer enten i stimulering av sammensetningen av transkripsjonskomplekset eller i økningen av dens aktivitet.

Undertrykkelse

De fleste transkripsjonsfaktorer hemmer transkripsjon ved å forstyrre aktiviteten til positivt virkende transkripsjonsfaktorer, og blokkerer deres stimulerende effekt. De kan fungere ved å blokkere bindingen av positiv faktor til DNA eller ved å virke på faktorer som inaktiverer kromatinstrukturen.

Andre hemmende faktorer virker ved direkte blokkering av transkripsjon, uten å blokkere virkningen av noen aktiverende transkripsjonsfaktor; og de senker det basale nivået av transkripsjon, til et enda lavere nivå enn det som oppnås i fravær av aktiveringsfaktorene.

I likhet med aktivatorproteiner virker repressorfaktorer direkte eller indirekte med basale eller generelle transkripsjonsfaktorer.

typer

Selv om de fleste transkripsjonsfaktorer er klassifisert i henhold til egenskapene eller identiteten til deres DNA-bindende domener, er det noen, også klassifisert som transkripsjonsfaktorer, som ikke interagerer direkte med DNA og er kjent som transkripsjonsfaktorer. "indirekte".

Direkte transkripsjonsfaktorer

De er de vanligste transkripsjonsfaktorene. De har DNA-bindende domener og kan aktivere eller hemme genuttrykk ved å binde seg til spesifikke DNA-regioner. De skiller seg fra hverandre spesielt med hensyn til deres DNA-bindende domener og deres tilstand av oligomerisering.

De mest studerte og anerkjente familiene av denne typen faktorer er:

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

Dette var den første familien av faktorer med DNA-bindende domener som ble oppdaget, og den er til stede i mange eukaryote og prokaryote proteiner. Dets gjenkjennelsesmotiv består av en α helix, en spinn og en andre α helix.

De har bevart glycindomener i området rundt svingen og også noen hydrofobe rester som hjelper til med å stabilisere arrangementet av de to helixene i HTH-enheten.

homeodomain

Det er til stede i et stort antall eukaryote regulatoriske proteiner. De første sekvensene ble gjenkjent i Drosophila utviklingsregulerende proteiner. Dette domenet inneholder et HTH-motiv for å binde DNA og en ekstra a-helix, i tillegg til en utvidet N-terminal arm.

Sink fingre

De ble oppdaget i Xenopus transkripsjonsfaktor TFIIIA og har vist seg å delta i mange aspekter av eukaryotisk genregulering. De finnes i proteiner indusert av differensierings- og vekstsignaler, i proto-onkogener og i noen generelle transkripsjonsfaktorer.

De er preget av tilstedeværelsen av batchrepetisjoner av 30 resterende sinkfingermotiver som inneholder forskjellige cystein- og histidinrester.

Steroidreseptorer

Denne familien inkluderer viktige regulatoriske proteiner som i tillegg til å ha et domene for hormonbinding, har et DNA-bindende domene og generelt fungerer som transkripsjonelle aktivatorer.

Bindingsdomenene inneholder 70 rester, hvorav 8 er konserverte cysteinrester. Noen forfattere vurderer at disse faktorene kan danne et par sinkfingre, gitt tilstedeværelsen av to sett med fire cysteiner.

Leucine nedleggelse og helix-loop-helix (“ helix-loop-helix” )

Disse transkripsjonsfaktorene er involvert i differensiering og utvikling og funksjon ved dannelse av en heterodimer. Leucin-lukningsdomenet er observert i forskjellige eukaryote proteiner og er preget av to underdomener: leucin-lukkingen som medierer dimerisering og en basisk region for DNA-binding.

Β arkmotiver

De finnes hovedsakelig i eukaryote faktorer og skilles ved å binde til DNA av antiparallelle ß-ark.

Indirekte transkripsjonsfaktorer

Denne typen transkripsjonsfaktorer utøver sine regulatoriske effekter på genuttrykk ikke gjennom direkte interaksjon med DNA, men gjennom protein-protein-interaksjoner med andre transkripsjonsfaktorer som interagerer med DNA. Derfor kalles de for "indirekte".

Den første som ble beskrevet var transaktivatoren av herpes simplex-viruset (HSV) kjent som VP16, som binder seg til faktor Oct-1 når celler er infisert med dette viruset, og stimulerer transkripsjonen av et spesifikt gen.

Faktorer av denne typen, som de som binder seg til DNA, kan aktivere eller undertrykke gentranskripsjon, og det er grunnen til at de kalles henholdsvis “coactivators” og “corepressors”.

Regulering

Disse proteinene kan reguleres på to nivåer: i syntese og i deres aktivitet, som avhenger av forskjellige variabler og flere situasjoner.

Regulering av syntese

Reguleringen av syntesen av den kan være relatert til vevsspesifikk uttrykk for visse transkripsjonsfaktorer. Et eksempel på dette kan være MyoD-faktoren, kun syntetisert i skjelettmuskelceller, og som er nødvendig for differensieringen av deres udifferensierte fibroblastforløpere.

Selv om reguleringen av syntese hovedsakelig brukes til å kontrollere genuttrykk i spesifikke celletyper og vev, er dette ikke den eneste måten, siden syntesen av faktorer involvert i induksjon av gener som deltar i responsen også er regulert. til forskjellige stimuli.

Regulering av aktivitet

En annen reguleringsmekanisme for transkripsjonsfaktorer er regulering av deres aktivitet, som har å gjøre med aktivering av andre eksisterende transkripsjonsfaktorer som utøver positive eller negative effekter på aktiviteten til en bestemt faktor.

Aktiveringen av disse "sekundære" faktorene skjer vanligvis gjennom forskjellige mekanismer som ligandbinding, endringer i protein-protein-interaksjoner, fosforylering, blant andre.

Roller og viktighet

Transkripsjonsfaktorer deltar i en lang rekke prosesser som fosterutvikling, vekst og differensiering, kontroll av cellesyklusen, tilpasning til svingende miljøforhold, vedlikehold av celle- og vevsspesifikke proteinsyntesemønstre, etc.

I planter har de for eksempel viktige funksjoner i forsvar og i responshendelser på forskjellige typer stress. Osteogenese hos dyr har blitt bestemt å kontrolleres av transkripsjonsfaktorer, så vel som mange andre differensieringsprosesser av forskjellige cellelinjer.

Gitt viktigheten av disse proteinene i organismer, er det ikke uvanlig å tenke på at endringer i disse regulatoriske elementene vil forårsake alvorlige patologiske forandringer.

For mennesker kan patologiene assosiert med transkripsjonsfaktorer være utviklingsforstyrrelser (på grunn av mutasjoner som forårsaker inaktivering av transkripsjonsfaktorer, for eksempel), forstyrrelser i hormonresponsen eller kreftformer.

referanser

1. Alberts, B., Dennis, B., Hopkin, K., Johnson, A., Lewis, J., Raff, M., … Walter, P. (2004). Essensiell cellebiologi. Abingdon: Garland Science, Taylor & Francis Group.
2. Iwafuchi-doi, M., & Zaret, KS (2014). Pioneer transkripsjonsfaktorer i cellereprogrammering. Genes & Development, 28, 2679–2692.
3. Latchman, D. (1997). Transkripsjonsfaktorer: en oversikt. Int. J. Biochem. Celle. Biol., 29 (12), 1305-1312.
4. Latchman, DS (2007). Transkripsjonsfaktorer. Encyclopedia of Life Sciences, 1–5.
5. Marie, PJ (2008). Transkripsjonsfaktorer som styrer osteoblastogenese. Archives of Biochemistry and Biophysics, 473, 98-105.
6. Pabo, C., & Sauer, RT (1992). Transkripsjonsfaktorer: Strukturelle familier og prinsipper for DNA-anerkjennelse. Annu. Rev., 61, 1053-1095.
7. Singh, KB, Foley, RC, & Oñate-sánchez, L. (2002). Transkripsjonsfaktorer i plantevern og stressrespons. Aktuell mening i plantebiologi, 5, 430-436.