Sa lahat ng organismo (maliban sa ilang mga virus), ang pagpapatupad ng genetic material ay nangyayari ayon sa DNA-RNA-protein system. Sa unang yugto, ang impormasyon ay muling isinulat (na-transcribe) mula sa isang nucleic acid patungo sa isa pa. Ang mga protina na kumokontrol sa prosesong ito ay tinatawag na transcription factor.
Ano ang transkripsyon
Ang
Transcription ay ang biosynthesis ng RNA molecule batay sa DNA template. Ito ay posible dahil sa complementarity ng ilang nitrogenous base na bumubuo sa mga nucleic acid. Ang synthesis ay isinasagawa ng mga espesyal na enzyme - RNA polymerases at kinokontrol ng maraming regulatory protein.
Ang buong genome ay hindi na-transcribe nang sabay-sabay, ngunit isang partikular na bahagi lamang nito, na tinatawag na transcripton. Kasama sa huli ang isang promoter (ang site ng attachment ng RNA polymerase) at isang terminator (isang sequence na nagpapagana sa pagkumpleto ng synthesis).
Ang
Prokaryotic transcripton ay isang operon na binubuo ng ilang structural genes (cistrons). Batay dito, ang polycistronic RNA ay na-synthesize,naglalaman ng impormasyon tungkol sa pagkakasunud-sunod ng amino acid ng isang pangkat ng mga protina na nauugnay sa paggana. Ang eukaryotic transcripton ay naglalaman lamang ng isang gene.
Ang biological na papel ng proseso ng transkripsyon ay ang pagbuo ng mga template ng RNA sequence, batay sa kung saan ang synthesis ng protina (pagsasalin) ay isinasagawa sa mga ribosome.
RNA synthesis sa prokaryotes at eukaryotes
Ang RNA synthesis scheme ay pareho para sa lahat ng organismo at may kasamang 3 yugto:
- Initiation - attachment ng polymerase sa promoter, activation ng proseso.
- Elongation - extension ng nucleotide chain sa direksyon mula 3' hanggang 5' na nagtatapos sa pagsasara ng phosphodiester bonds sa pagitan ng nitrogenous bases, na napiling pandagdag sa DNA monomer.
- Ang pagwawakas ay ang pagkumpleto ng proseso ng synthesis.
Sa prokaryotes, ang lahat ng uri ng RNA ay na-transcribe ng isang RNA polymerase, na binubuo ng limang protomer (β, β', ω at dalawang α subunits), na magkasamang bumubuo ng isang core-enzyme na may kakayahang tumaas ang chain ng ribonucleotides. Mayroon ding karagdagang yunit σ, kung wala ito ay imposible ang attachment ng polymerase sa promoter. Ang complex ng core at ang sigma factor ay tinatawag na holoenzyme.
Sa kabila ng katotohanan na ang σ subunit ay hindi palaging nauugnay sa core, ito ay itinuturing na bahagi ng RNA polymerase. Sa dissociated state, ang sigma ay hindi makakagapos sa promoter, bilang bahagi lamang ng holoenzyme. Pagkatapos makumpleto ang pagsisimula, humiwalay ang protomer na ito sa core, na pinapalitan ng isang elongation factor.
TampokAng prokaryotes ay isang kumbinasyon ng mga proseso ng pagsasalin at transkripsyon. Ang mga ribosome ay agad na sumali sa RNA na nagsisimulang ma-synthesize at bumuo ng isang amino acid chain. Humihinto ang transkripsyon dahil sa pagbuo ng istraktura ng hairpin sa rehiyon ng terminator. Sa yugtong ito, nasisira ang DNA-polymerase-RNA complex.
Sa mga eukaryotic cell, ang transkripsyon ay isinasagawa ng tatlong enzyme:
- RNA polymerase l – synthesize ang 28S at 18S-ribosomal RNA.
- RNA polymerase ll – nagsasalin ng mga gene na nag-encode ng mga protina at maliliit na nuclear RNA.
- RNA polymerase lll - responsable para sa synthesis ng tRNA at 5S rRNA (maliit na subunit ng ribosome).
Wala sa mga enzyme na ito ang may kakayahang magsimula ng transkripsyon nang walang paglahok ng mga partikular na protina na nagbibigay ng pakikipag-ugnayan sa promoter. Ang kakanyahan ng proseso ay kapareho ng sa mga prokaryote, ngunit ang bawat yugto ay mas kumplikado sa pakikilahok ng isang mas malaking bilang ng mga functional at regulatory elements, kabilang ang mga chromatin-modifying. Sa yugto ng pagsisimula lamang, humigit-kumulang isang daang protina ang nasasangkot, kabilang ang isang bilang ng mga salik ng transkripsyon, habang sa bakterya, ang isang subunit ng sigma ay sapat na upang magbigkis sa promoter at kung minsan ay kailangan ang tulong ng isang activator.
Ang pinakamahalagang kontribusyon ng biological na papel ng transkripsyon sa biosynthesis ng iba't ibang uri ng protina ay tumutukoy sa pangangailangan para sa isang mahigpit na sistema para sa pagkontrol sa pagbabasa ng gene.
Transcriptional regulation
Sa walang cell ay ganap na natanto ang genetic material: bahagi lamang ng mga gene ang na-transcribe, habang ang iba ay hindi aktibo. Ito ay posible salamat sa complexmga mekanismo ng regulasyon na tumutukoy mula sa kung aling mga segment ng DNA at kung anong dami ng mga sequence ng RNA ang isasa-synthesize.
Sa mga unicellular organism, ang differential activity ng mga gene ay may adaptive value, habang sa mga multicellular organism ay tinutukoy din nito ang mga proseso ng embryogenesis at ontogenesis, kapag ang iba't ibang uri ng tissue ay nabuo batay sa isang genome.
Ang expression ng gene ay kinokontrol sa ilang antas. Ang pinakamahalagang hakbang ay ang regulasyon ng transkripsyon. Ang biological na kahulugan ng mekanismong ito ay upang mapanatili ang kinakailangang dami ng iba't ibang protina na kinakailangan ng isang cell o organismo sa isang partikular na sandali ng pag-iral.
May pagsasaayos ng biosynthesis sa iba pang mga antas, tulad ng pagproseso, pagsasalin at transportasyon ng RNA mula sa nucleus patungo sa cytoplasm (ang huli ay wala sa mga prokaryote). Kapag positibong kinokontrol, ang mga sistemang ito ay responsable para sa paggawa ng isang protina batay sa activated gene, na siyang biological na kahulugan ng transkripsyon. Gayunpaman, sa anumang yugto ay maaaring masuspinde ang kadena. Ang ilang mga regulatory feature sa eukaryotes (alternative promoters, splicing, modification ng polyadenellation site) ay humahantong sa paglitaw ng iba't ibang variant ng mga molekula ng protina batay sa parehong pagkakasunud-sunod ng DNA.
Dahil ang pagbuo ng RNA ay ang unang hakbang sa pag-decode ng genetic na impormasyon sa daan patungo sa biosynthesis ng protina, ang biological na papel ng proseso ng transkripsyon sa pagbabago ng cell phenotype ay higit na makabuluhan kaysa sa regulasyon ng pagproseso o pagsasalin..
Pagpapasiya ng aktibidad ng mga partikular na gene tulad ng sasa parehong mga prokaryotes at eukaryotes, ito ay nangyayari sa yugto ng pagsisimula sa tulong ng mga tiyak na switch, na kinabibilangan ng mga rehiyon ng regulasyon ng DNA at transcription factor (TFs). Ang operasyon ng naturang mga switch ay hindi nagsasarili, ngunit nasa ilalim ng mahigpit na kontrol ng iba pang mga cellular system. Mayroon ding mga mekanismo ng hindi partikular na regulasyon ng RNA synthesis, na nagsisiguro sa normal na pagpasa ng initiation, elongation at termination.
Ang konsepto ng transcription factor
Hindi tulad ng mga regulatory elements ng genome, ang transcription factor ay mga kemikal na protina. Sa pamamagitan ng pagbubuklod sa mga partikular na rehiyon ng DNA, maaari nilang i-activate, pigilan, pabilisin o pabagalin ang proseso ng transkripsyon.
Depende sa epektong ginawa, ang mga transcription factor ng prokaryotes at eukaryotes ay maaaring nahahati sa dalawang grupo: mga activator (nagsisimula o nagpapataas ng intensity ng RNA synthesis) at mga repressor (sugpuin o pinipigilan ang proseso). Sa kasalukuyan, higit sa 2000 TF ang natagpuan sa iba't ibang organismo.
Transcriptional regulation sa prokaryotes
Sa prokaryotes, ang kontrol ng RNA synthesis ay nangyayari pangunahin sa yugto ng pagsisimula dahil sa pakikipag-ugnayan ng TF sa isang partikular na rehiyon ng transcripton - isang operator na matatagpuan sa tabi ng promoter (kung minsan ay nakikipag-intersecting dito) at, sa katunayan, ay isang landing site para sa regulatory protein (activator o repressor). Ang bacteria ay nailalarawan sa pamamagitan ng isa pang paraan ng differential control ng mga gene - ang synthesis ng mga alternatibong σ-subunit na nilayon para sa iba't ibang grupo ng mga promoter.
Partly operon expressionay maaaring i-regulate sa mga yugto ng pagpahaba at pagwawakas, ngunit hindi dahil sa DNA-binding TFs, ngunit dahil sa mga protina na nakikipag-ugnayan sa RNA polymerase. Kabilang dito ang mga Gre protein at ang anti-terminator factor na Nus at RfaH.
Ang pagpahaba at pagwawakas ng transkripsyon sa mga prokaryote ay naiimpluwensyahan sa isang tiyak na paraan ng parallel protein synthesis. Sa mga eukaryote, ang mga prosesong ito mismo at ang mga salik ng transkripsyon at pagsasalin ay spatial na pinaghihiwalay, na nangangahulugan na ang mga ito ay hindi nauugnay sa pagganap.
Mga activator at repressor
Ang mga prokaryote ay may dalawang mekanismo ng regulasyon ng transkripsyon sa yugto ng pagsisimula:
- positibo - isinasagawa ng mga activator protein;
- negatibo - kinokontrol ng mga repressor.
Kapag ang factor ay positibong kinokontrol, ang attachment ng factor sa operator ay nag-a-activate sa gene, at kapag ito ay negatibo, sa kabaligtaran, ito ay pinapatay ito. Ang kakayahan ng isang regulatory protein na magbigkis sa DNA ay depende sa attachment ng isang ligand. Ang papel ng huli ay karaniwang ginagampanan ng mababang molekular na timbang na mga cellular metabolite, na sa kasong ito ay gumaganap bilang mga coactivator at corepressor.
Ang mekanismo ng pagkilos ng repressor ay batay sa overlap ng mga rehiyon ng promoter at operator. Sa mga operon na may ganitong istraktura, ang attachment ng isang protein factor sa DNA ay nagsasara ng bahagi ng landing site para sa RNA polymerase, na pumipigil sa huli na magsimula ng transkripsyon.
Gumagana ang mga activator sa mahina, mababang functionality na promoter na hindi gaanong nakikilala ng RNA polymerases o mahirap matunaw (hiwalay na mga helix strandKinakailangan ng DNA upang simulan ang transkripsyon). Sa pamamagitan ng pagsali sa operator, ang protein factor ay nakikipag-ugnayan sa polymerase, na makabuluhang pinapataas ang posibilidad ng pagsisimula. Nagagawa ng mga activator na pataasin ng 1000 beses ang intensity ng transcription.
Maaaring kumilos ang ilang prokaryotic TF bilang parehong mga activator at repressor depende sa lokasyon ng operator na may kaugnayan sa promoter: kung mag-overlap ang mga rehiyong ito, pinipigilan ng factor ang transkripsyon, kung hindi man ay magti-trigger ito.
| Ligand function na may kinalaman sa factor | Ligand state | Negatibong regulasyon | Positibong Regulasyon |
| Nagbibigay ng paghihiwalay sa DNA | Sumali | Pag-alis ng repressor protein, pag-activate ng gene | Pag-alis ng activator protein, pag-shutdown ng gene |
| Nagdaragdag ng salik sa DNA | Delete | Pag-alis ng repressor, pagsasama ng transkripsyon | Alisin ang activator, i-off ang transcription |
Maaaring isaalang-alang ang negatibong regulasyon sa halimbawa ng tryptophan operon ng bacterium E. coli, na nailalarawan sa lokasyon ng operator sa loob ng sequence ng promoter. Ang repressor protein ay isinaaktibo sa pamamagitan ng pagkakabit ng dalawang tryptophan molecule, na nagbabago sa anggulo ng DNA-binding domain upang makapasok ito sa major groove ng double helix. Sa mababang konsentrasyon ng tryptophan, nawawala ang ligand ng repressor at nagiging hindi aktibo muli. Sa madaling salita, ang dalas ng pagsisimula ng transkripsyoninversely proportional sa dami ng metabolite.
Ang ilang bacterial operon (halimbawa, lactose) ay pinagsasama ang mga positibo at negatibong mekanismo ng regulasyon. Ang ganitong sistema ay kinakailangan kapag ang isang senyas ay hindi sapat para sa makatwirang kontrol sa pagpapahayag. Kaya, ang lactose operon ay nag-encode ng mga enzyme na naghahatid sa cell at pagkatapos ay sinisira ang lactose, isang alternatibong mapagkukunan ng enerhiya na hindi gaanong kumikita kaysa sa glucose. Samakatuwid, sa mababang konsentrasyon lamang ng huli, ang protina ng CAP ay nagbubuklod sa DNA at nagsisimula ng transkripsyon. Gayunpaman, ito ay ipinapayong lamang sa pagkakaroon ng lactose, ang kawalan nito ay humahantong sa pag-activate ng Lac repressor, na humaharang sa pag-access ng polymerase sa promoter kahit na sa pagkakaroon ng isang functional form ng activator protein.
Dahil sa operon structure sa bacteria, maraming gene ang kinokontrol ng isang regulatory region at 1-2 TFs, habang sa eukaryotes, ang isang gene ay may malaking bilang ng regulatory elements, na ang bawat isa ay nakadepende sa marami pang iba. mga kadahilanan. Ang pagiging kumplikadong ito ay tumutugma sa mataas na antas ng organisasyon ng mga eukaryote, at lalo na ang mga multicellular na organismo.
Regulation ng mRNA synthesis sa eukaryotes
Ang kontrol ng eukaryotic gene expression ay tinutukoy ng pinagsamang pagkilos ng dalawang elemento: protein transcription facts (TF) at mga regulatory DNA sequence na maaaring matatagpuan sa tabi ng promoter, na mas mataas kaysa rito, sa mga intron o pagkatapos ng gene (nangangahulugang ang coding region, at hindi isang gene sa buong kahulugan nito).
May mga lugar na nagsisilbing switch, ang iba ay hindi nakikipag-ugnayandirekta sa TF, ngunit bigyan ang molekula ng DNA ng flexibility na kinakailangan para sa pagbuo ng isang istraktura na tulad ng loop na kasama ng proseso ng transcriptional activation. Ang mga nasabing rehiyon ay tinatawag na mga spacer. Ang lahat ng mga regulatory sequence kasama ang promoter ay bumubuo sa gene control region.
Nararapat tandaan na ang pagkilos mismo ng mga salik ng transkripsyon ay bahagi lamang ng isang kumplikadong multi-level na regulasyon ng genetic expression, kung saan ang malaking bilang ng mga elemento ay nagdaragdag sa nagreresultang vector, na tumutukoy kung ang RNA ay sa kalaunan ay ma-synthesize mula sa isang partikular na rehiyon ng genome.
Ang karagdagang salik sa kontrol ng transkripsyon sa nuclear cell ay isang pagbabago sa istruktura ng chromatin. Dito, parehong kabuuang regulasyon (ibinigay ng pamamahagi ng heterochromatin at euchromatin na mga rehiyon) at lokal na regulasyon na nauugnay sa isang tiyak na gene ay naroroon. Para gumana ang polymerase, dapat alisin ang lahat ng antas ng DNA compaction, kabilang ang nucleosome.
Ang pagkakaiba-iba ng mga transcription factor sa eukaryotes ay nauugnay sa isang malaking bilang ng mga regulator, na kinabibilangan ng mga amplifier, silencer (mga enhancer at silencer), pati na rin ang mga elemento ng adapter at insulator. Matatagpuan ang mga site na ito sa malapit at sa medyo malayong distansya mula sa gene (hanggang 50 thousand bp).
Mga Enhancer, silencer, at elemento ng adapter
Ang mga Enhancer ay maikling sequential DNA na may kakayahang mag-trigger ng transkripsyon kapag nakikipag-ugnayan sa isang regulatory protein. Approximation ng amplifier sa promoter region ng geneay isinasagawa dahil sa pagbuo ng isang katulad na loop na istraktura ng DNA. Ang pagbubuklod ng isang activator sa isang enhancer ay maaaring pasiglahin ang pagpupulong ng initiation complex o tinutulungan ang polymerase na magpatuloy sa pagpahaba.
Ang enhancer ay may isang kumplikadong istraktura at binubuo ng ilang mga module site, bawat isa ay may sariling regulatory protein.
Ang
Silencers ay mga rehiyon ng DNA na pumipigil o ganap na nagbubukod sa posibilidad ng transkripsyon. Ang mekanismo ng pagpapatakbo ng naturang switch ay hindi pa rin alam. Ang isa sa mga hypothesized na pamamaraan ay ang pagsakop sa malalaking rehiyon ng DNA ng mga espesyal na protina ng pangkat ng SIR, na humaharang sa pag-access sa mga kadahilanan ng pagsisimula. Sa kasong ito, naka-off ang lahat ng gene na matatagpuan sa loob ng ilang libong base pairs mula sa silencer.
Ang mga elemento ng adapter kasama ng mga TF na nagbubuklod sa mga ito ay bumubuo ng isang hiwalay na klase ng mga genetic switch na piling tumutugon sa mga steroid hormone, cyclic AMP at glucocorticoids. Ang regulatory block na ito ay responsable para sa pagtugon ng cell sa heat shock, pagkakalantad sa mga metal at ilang partikular na compound ng kemikal.
Sa mga rehiyon ng kontrol ng DNA, ang isa pang uri ng mga elemento ay nakikilala - mga insulator. Ito ay mga partikular na sequence na pumipigil sa transcription factor na maapektuhan ang malalayong gene. Ang mekanismo ng pagkilos ng mga insulator ay hindi pa naipapaliwanag.
Eukaryotic transcription factor
Kung ang transcription factor sa bacteria ay may regulatory function lamang, sa mga nuclear cell ay mayroong isang buong grupo ng mga TF na nagbibigay ng background na pagsisimula, ngunit sa parehong oras ay direktang nakadepende sa pagbubuklod saMga protina ng regulasyon ng DNA. Ang bilang at pagkakaiba-iba ng huli sa mga eukaryote ay napakalaki. Kaya, sa katawan ng tao, ang proporsyon ng mga sequence na nag-encode ng mga salik ng transcription ng protina ay humigit-kumulang 10% ng genome.
Sa ngayon, ang mga eukaryotic TF ay hindi pa rin nauunawaan, gayundin ang mga mekanismo ng pagpapatakbo ng mga genetic switch, na ang istraktura ay mas kumplikado kaysa sa mga modelo ng positibo at negatibong regulasyon sa bakterya. Hindi tulad ng huli, ang aktibidad ng mga salik ng transkripsyon ng nuclear cell ay hindi apektado ng isa o dalawa, ngunit ng dose-dosenang at kahit na daan-daang mga signal na maaaring magkaparehong palakasin, pahinain o ibukod ang isa't isa.
Sa isang banda, ang pag-activate ng isang partikular na gene ay nangangailangan ng isang buong pangkat ng mga transcription factor, ngunit sa kabilang banda, ang isang regulatory protein ay maaaring sapat upang ma-trigger ang pagpapahayag ng ilang gene sa pamamagitan ng cascade mechanism. Ang buong system na ito ay isang kumplikadong computer na nagpoproseso ng mga signal mula sa iba't ibang pinagmulan (parehong panlabas at panloob) at idinaragdag ang mga epekto ng mga ito sa panghuling resulta na may plus o minus sign.
Ang mga regulatory transcription factor sa eukaryotes (activators at repressors) ay hindi nakikipag-ugnayan sa operator, tulad ng sa bacteria, ngunit may mga control site na nakakalat sa DNA at nakakaapekto sa pagsisimula sa pamamagitan ng mga intermediary, na maaaring maging mediator proteins, factor ng initiation complex at mga enzyme na nagbabago sa istruktura ng chromatin.
Maliban sa ilang TF na kasama sa pre-initiation complex, lahat ng transcription factor ay may DNA-binding domain na nagpapakilalaang mga ito mula sa maraming iba pang mga protina na tumitiyak sa normal na pagpasa ng transkripsyon o nagsisilbing mga tagapamagitan sa regulasyon nito.
Ipinakita ng mga kamakailang pag-aaral na ang mga eukaryotic TF ay maaaring makaapekto hindi lamang sa pagsisimula kundi pati na rin sa pagpapahaba ng transkripsyon.
Iba-iba at pag-uuri
Sa mga eukaryote, mayroong 2 pangkat ng mga salik ng transkripsyon ng protina: basal (tinatawag na pangkalahatan o pangunahing) at regulatory. Ang una ay may pananagutan para sa pagkilala sa mga promotor at ang paglikha ng pre-initiation complex. Kailangan upang simulan ang transkripsyon. Kasama sa grupong ito ang ilang dosenang protina na palaging nasa cell at hindi nakakaapekto sa differential expression ng mga gene.
Ang complex ng basal transcription factors ay isang tool na katulad ng function sa sigma subunit sa bacteria, mas kumplikado lang at angkop para sa lahat ng uri ng promoter.
Ang mga salik ng ibang uri ay nakakaapekto sa transkripsyon sa pamamagitan ng pakikipag-ugnayan sa mga regulatory sequence ng DNA. Dahil ang mga enzyme na ito ay partikular sa gene, mayroong isang malaking bilang ng mga ito. Sa pamamagitan ng pagbubuklod sa mga rehiyon ng mga partikular na gene, kinokontrol nila ang pagtatago ng ilang partikular na protina.
Ang pag-uuri ng mga salik ng transkripsyon sa mga eukaryote ay batay sa tatlong prinsipyo:
- mekanismo ng pagkilos;
- kondisyon sa paggana;
- istruktura ng DNA-binding domain.
Ayon sa unang feature, mayroong 2 klase ng mga salik: basal (nakipag-ugnayan sa promoter) at nagbubuklod sa mga upstream na rehiyon (regulatory region na matatagpuan sa upstream ng gene). Ang ganitong urimahalagang tumutugma ang klasipikasyon sa functional division ng TF sa pangkalahatan at tiyak. Ang mga upstream factor ay nahahati sa 2 pangkat depende sa pangangailangan para sa karagdagang pag-activate.
Ayon sa mga feature ng paggana, ang mga constitutive TF ay nakikilala (laging naroroon sa anumang cell) at inducible (hindi katangian ng lahat ng uri ng cell at maaaring mangailangan ng ilang partikular na mekanismo ng pag-activate). Ang mga kadahilanan ng pangalawang pangkat, sa turn, ay nahahati sa cell-specific (lumahok sa ontogeny, ay nailalarawan sa pamamagitan ng mahigpit na kontrol sa pagpapahayag, ngunit hindi nangangailangan ng pag-activate) at umaasa sa signal. Naiiba ang huli ayon sa uri at mode ng pagkilos ng signal sa pag-activate.
Napakalawak ng structural classification ng protein transcription factor at may kasamang 6 na superclass, na kinabibilangan ng maraming klase at pamilya.
Prinsipyo ng operasyon
Ang paggana ng mga basal na kadahilanan ay isang cascade assembly ng iba't ibang mga subunit na may pagbuo ng isang initiation complex at activation ng transcription. Sa katunayan, ang prosesong ito ay ang huling hakbang sa pagkilos ng activator protein.
Maaaring kontrolin ng mga partikular na salik ang transkripsyon sa dalawang hakbang:
- assembly ng initiation complex;
- transition to productive elongation.
Sa unang kaso, ang gawain ng mga partikular na TF ay nabawasan sa pangunahing muling pagsasaayos ng chromatin, pati na rin ang pangangalap, oryentasyon at pagbabago ng tagapamagitan, polymerase at basal na mga kadahilanan sa promoter, na humahantong sa pag-activate ng transkripsyon. Ang pangunahing elemento ng paghahatid ng signal ay ang tagapamagitan - isang complex ng 24 subunits na kumikilosbilang isang tagapamagitan sa pagitan ng regulatory protein at RNA polymerase. Ang pagkakasunud-sunod ng mga pakikipag-ugnayan ay indibidwal para sa bawat gene at ang katumbas nitong salik.
Isinasagawa ang regulasyon ng pagpahaba dahil sa pakikipag-ugnayan ng factor sa P-Tef-b protein, na tumutulong sa RNA polymerase na malampasan ang pause na nauugnay sa promoter.
Mga functional na istruktura ng TF
Ang mga salik ng transkripsyon ay may modular na istraktura at ginagawa ang mga ito sa pamamagitan ng tatlong functional na domain:
- DNA-binding (DBD) - kailangan para sa pagkilala at pakikipag-ugnayan sa rehiyon ng regulasyon ng gene.
- Trans-activating (TAD) – nagbibigay-daan sa pakikipag-ugnayan sa iba pang regulatory protein, kabilang ang transcription factor.
- Signal-Recognizing (SSD) - kinakailangan para sa perception at transmission ng mga regulatory signal.
Sa turn, ang DNA-binding domain ay may maraming uri. Kabilang sa mga pangunahing motibo sa istruktura nito ang:
- "zinc fingers";
- homeodomain;
- "β"-layers;
- loops;
- "leucine lightning";
- spiral-loop-spiral;
- spiral-turn-spiral.
Salamat sa domain na ito, "binabasa" ng transcription factor ang DNA nucleotide sequence sa anyo ng pattern sa ibabaw ng double helix. Dahil dito, posible ang partikular na pagkilala sa ilang partikular na elemento ng regulasyon.
Ang pakikipag-ugnayan ng mga motif sa DNA helix ay batay sa eksaktong pagkakatugma sa pagitan ng mga ibabaw ng mga itomga molekula.
Regulation at synthesis ng TF
May ilang paraan para i-regulate ang impluwensya ng transcription factor sa transcription. Kabilang dito ang:
- activation - isang pagbabago sa functionality ng factor na nauugnay sa DNA dahil sa phosphorylation, ligand attachment o pakikipag-ugnayan sa iba pang regulatory proteins (kabilang ang TF);
- translocation - transportasyon ng isang factor mula sa cytoplasm patungo sa nucleus;
- availability ng binding site - depende sa antas ng chromatin condensation (sa estado ng heterochromatin, hindi available ang DNA para sa TF);
- isang kumplikadong mga mekanismo na katangian din ng iba pang mga protina (regulasyon ng lahat ng proseso mula sa transkripsyon hanggang sa post-translational modification at intracellular localization).
Tinutukoy ng huling paraan ang quantitative at qualitative na komposisyon ng transcription factor sa bawat cell. Nagagawa ng ilang TF na i-regulate ang kanilang synthesis ayon sa klasikal na uri ng feedback, kapag ang sarili nitong produkto ay naging isang inhibitor ng reaksyon. Sa kasong ito, ang isang tiyak na konsentrasyon ng salik ay humihinto sa transkripsyon ng gene na nag-e-encode nito.
General transcription factor
Ang mga salik na ito ay kinakailangan upang simulan ang transkripsyon ng anumang mga gene at itinalaga sa nomenclature bilang TFl, TFll at TFlll depende sa uri ng RNA polymerase kung saan nakikipag-ugnayan ang mga ito. Ang bawat salik ay binubuo ng ilang mga subunit.
Ang mga Basal TF ay gumaganap ng tatlong pangunahing function:
- tamang lokasyon ng RNA polymerase sa promoter;
- pag-unwinding ng mga chain ng DNA sa rehiyon ng pagsisimula ng transkripsyon;
- pagpalaya ng polymerase mula sapromoter sa sandali ng paglipat sa pagpahaba;
Ang ilang partikular na subunit ng basal transcription factor ay nagbubuklod sa mga elemento ng regulasyon ng promoter. Ang pinakamahalaga ay ang TATA box (hindi katangian ng lahat ng mga gene), na matatagpuan sa layo na "-35" na mga nucleotide mula sa punto ng pagsisimula. Kasama sa iba pang mga nagbubuklod na site ang mga pagkakasunud-sunod ng INR, BRE at DPE. Ang ilang TF ay hindi direktang nakikipag-ugnayan sa DNA.
Ang pangkat ng mga pangunahing transcription factor ng RNA polymerase ll ay kinabibilangan ng TFllD, TFllB, TFllF, TFllE at TFllH. Ang Latin na titik sa dulo ng pagtatalaga ay nagpapahiwatig ng pagkakasunud-sunod ng pagtuklas ng mga protina na ito. Kaya, ang factor na TFlllA, na kabilang sa lll RNA polymerase, ang unang nahiwalay.
| Pangalan | Bilang ng mga subunit ng protina | Function |
| TFllD | 16 (TBP +15 TAF) | TBP ay nagbubuklod sa TATA box at nakikilala ng mga TAF ang iba pang mga sequence ng promoter |
| TFllB | 1 | Kinikilala ang elemento ng BRE, tumpak na ini-orient ang polymerase sa lugar ng pagsisimula |
| TFllF | 3 | Pinapatatag ang pakikipag-ugnayan ng polymerase sa TBP at TFllB, pinapadali ang pag-attach ng TFllE at TFllH |
| TFllE | 2 | Kumokonekta at inaayos ang TFllH |
| TFllH | 10 | Naghihiwalay sa mga chain ng DNA sa punto ng pagsisimula, pinapalaya ang RNA-synthesizing enzyme mula sa promoter at mga pangunahing transcription factor (biochemistryang proseso ay batay sa phosphorylation ng Cer5-C-terminal domain ng RNA polymerase) |
Ang pagpupulong ng basal TF ay nangyayari lamang sa tulong ng isang activator, isang tagapamagitan at mga chromatin-modifying proteins.
Tiyak na TF
Sa pamamagitan ng kontrol ng genetic expression, kinokontrol ng mga transcription factor na ito ang mga biosynthetic na proseso ng parehong indibidwal na mga cell at ng buong organismo, mula sa embryogenesis hanggang sa fine phenotypic adaptation hanggang sa pagbabago ng mga kondisyon sa kapaligiran. Ang saklaw ng impluwensya ng TF ay may kasamang 3 pangunahing bloke:
- development (embryo- at ontogeny);
- cell cycle;
- tugon sa mga panlabas na signal.
Isang espesyal na pangkat ng mga salik ng transkripsyon ang kumokontrol sa morphological differentiation ng embryo. Ang set ng protina na ito ay naka-encode ng isang espesyal na 180 bp consensus sequence na tinatawag na homeobox.
Upang matukoy kung aling gene ang dapat i-transcribe, ang regulatory protein ay dapat "hanapin" at itali sa isang partikular na DNA site na nagsisilbing genetic switch (enhancer, silencer, atbp.). Ang bawat naturang pagkakasunud-sunod ay tumutugma sa isa o higit pang nauugnay na mga kadahilanan ng transkripsyon na kumikilala sa nais na site dahil sa pagkakaisa ng mga kemikal na conformation ng isang partikular na panlabas na segment ng helix at ang DNA-binding domain (key-lock na prinsipyo). Para sa pagkilala, ginagamit ang isang rehiyon ng pangunahing istruktura ng DNA na tinatawag na major groove.
Pagkatapos magbigkis sa pagkilos ng DNAAng activator protein ay nagpapalitaw ng isang serye ng mga sunud-sunod na hakbang na humahantong sa pagpupulong ng preinitiator complex. Ang pangkalahatang pamamaraan ng prosesong ito ay ang mga sumusunod:
- Activator na nagbubuklod sa chromatin sa promoter region, recruitment ng ATP-dependent rearrangement complexes.
- Pag-aayos ng Chromatin, pag-activate ng mga protinang nagbabago ng histone.
- Covalent modification ng mga histone, atraksyon ng iba pang activator proteins.
- Pagbubuklod ng karagdagang mga nagpapa-activate na protina sa rehiyon ng regulasyon ng gene.
- Paglahok ng isang tagapamagitan at pangkalahatang TF.
- Assembly ng pre-initiation complex sa promoter.
- Impluwensiya ng iba pang mga activator protein, muling pagsasaayos ng mga subunit ng pre-initiation complex.
- Simulan ang transkripsyon.
Ang pagkakasunud-sunod ng mga kaganapang ito ay maaaring mag-iba sa bawat gene.
Sa napakaraming mga mekanismo ng activation mayroong katumbas na pantay na malawak na hanay ng mga paraan ng panunupil. Iyon ay, sa pamamagitan ng pagpigil sa isa sa mga yugto sa daan patungo sa pagsisimula, maaaring bawasan ng regulatory protein ang pagiging epektibo nito o ganap na harangan ito. Kadalasan, ina-activate ng repressor ang ilang mekanismo nang sabay-sabay, na ginagarantiyahan ang kawalan ng transkripsyon.
Koordinadong kontrol ng mga gene
Sa kabila ng katotohanan na ang bawat transcripton ay may sariling sistema ng regulasyon, ang mga eukaryote ay may mekanismo na nagpapahintulot, tulad ng bacteria, na simulan o ihinto ang mga grupo ng mga gene na naglalayong magsagawa ng isang partikular na gawain. Ito ay nakakamit sa pamamagitan ng isang transkripsyon sa pagtukoy sa kadahilanan na kumukumpleto sa mga kumbinasyoniba pang mga elemento ng regulasyon na kinakailangan para sa maximum na pag-activate o pagsugpo sa gene.
Sa mga transcript na napapailalim sa naturang regulasyon, ang pakikipag-ugnayan ng iba't ibang bahagi ay humahantong sa parehong protina, na gumaganap bilang nagreresultang vector. Samakatuwid, ang pag-activate ng naturang kadahilanan ay nakakaapekto sa ilang mga gene nang sabay-sabay. Gumagana ang system sa prinsipyo ng isang cascade.
Maaaring isaalang-alang ang scheme ng coordinated control sa halimbawa ng ontogenetic differentiation ng skeletal muscle cells, ang mga precursor nito ay myoblasts.
Transkripsyon ng mga gene na nag-e-encode ng synthesis ng mga protina na katangian ng isang mature na selula ng kalamnan ay na-trigger ng alinman sa apat na myogenic na salik: MyoD, Myf5, MyoG at Mrf4. Ang mga protina na ito ay nagpapagana ng synthesis ng kanilang mga sarili at ng bawat isa, at kasama rin ang mga gene para sa karagdagang transcription factor na Mef2 at mga istrukturang protina ng kalamnan. Ang Mef2 ay kasangkot sa regulasyon ng karagdagang pagkakaiba-iba ng mga myoblast, habang sabay na pinapanatili ang konsentrasyon ng mga myogenic na protina sa pamamagitan ng isang positibong mekanismo ng feedback.
