TRANSKRIPTIONSFAKTOR: VERKNINGSMEKANISM, TYPER, FUNKTIONER - BIOLOGI - 2025

En transkriptionsfaktor är ett reglerande "tillbehör" -protein som är nödvändigt för gentranskription. Transkription är det första steget i genuttryck och involverar överföring av informationen i DNA till en RNA-molekyl, som därefter bearbetas för att ge upphov till genprodukter.

RNA-polymeras II är det enzym som ansvarar för transkriptionen av de flesta eukaryota gener och producerar, förutom några små RNA, messenger-RNA som senare kommer att översättas till proteiner. Detta enzym kräver närvaron av en typ av transkriptionsfaktorer kända som allmänna eller basala transkriptionsfaktorer.

Transkriptionsfaktortyp «Leucin stängning» (Källa: I, Splette via Wikimedia Commons)

Dessa är emellertid inte de enda transkriptionsfaktorer som finns i naturen, eftersom det finns "icke-generella" proteiner, både i eukaryoter och i prokaryoter och archaea, som är involverade i regleringen av vävnadsspecifik gentranskription (i multicellulära organismer) eller vid reglering av genaktivitet som svar på olika stimuli.

Dessa transkriptionsfaktorer är mycket viktiga effektorer och kan hittas i praktiskt taget alla levande organismer, eftersom de utgör den huvudsakliga källan för reglering av genuttryck.

Detaljerade studier av olika transkriptionsfaktorer i olika typer av levande organismer indikerar att de har en modulär struktur, i vilken en specifik region är ansvarig för interaktionen med DNA, medan de andra ger stimulerande eller hämmande effekter.

Transkriptionsfaktorerna deltar då i modelleringen av genuttrycksmönster som inte har något att göra med förändringar i DNA-sekvensen utan med epigenetiska förändringar. Vetenskapen som ansvarar för att studera dessa förändringar kallas epigenetik.

Handlingsmekanism

För att utföra sina funktioner måste transkriptionsfaktorer kunna specifikt känna igen och binda till en viss DNA-sekvens för att positivt eller negativt påverka transkriptionen av den regionen av DNA.

De allmänna transkriptionsfaktorerna, som i grund och botten är desamma för transkriptionen av alla typ II-gener i eukaryoter, monteras först på promotorregionen för genen, varigenom man placerar positioneringen av polymerasenzym och "öppningen" av det dubbla propeller.

Processen sker i flera på varandra följande steg:

- Bindning av den allmänna transkriptionsfaktorn TFIID till en sekvens av upprepningar av tymin (T) och adenin (A) i genen känd som "TATA-rutan"; detta orsakar en snedvridning av DNA som är nödvändig för bindning av andra proteiner till promotorregionen.

- Efterföljande sammansättning av andra allmänna faktorer (TFIIB, TFIIH, TFIH, TFIIE, TFIIF, etc.) och av RNA-polymeras II, och bildar det som kallas transkriptionsinitieringskomplexet.

- Frisättning av initieringskomplexet, fosforylering av polymeraset med TFIIH-faktorn och början av transkriptionen och syntesen av en RNA-molekyl från sekvensen av genen som transkriberas.

Aktivering och förtryck av transkription

Som diskuterats kan "icke-allmänna" transkriptionsfaktorer reglera genuttryck, antingen positivt eller negativt.

Aktivering

Vissa av dessa proteiner innehåller förutom de strukturella DNA-bindande domänerna andra motiv kända som aktiveringsdomäner, som är rika på sura aminosyrarester, glutamin- eller prolinrester.

Dessa aktiveringsdomäner interagerar med element i komplexet av allmänna transkriptionsfaktorer eller med relaterade koaktiveringsmolekyler som interagerar direkt med komplexet. Denna interaktion resulterar antingen i stimulering av sammansättningen av transkriptionskomplexet eller i ökningen av dess aktivitet.

Undertryckande

De flesta transkriptionsfaktorer hämmar transkription genom att störa aktiviteten hos positivt verkande transkriptionsfaktorer, vilket blockerar deras stimulerande effekt. De kan fungera genom att blockera bindningen av positiv faktor till DNA eller genom att agera på faktorer som inaktiverar kromatinstrukturen.

Andra hämmande faktorer verkar genom att direkt blockera transkription utan att blockera verkan av någon aktiverande transkriptionsfaktor; och de sänker basal nivå av transkription, till en nivå som är ännu lägre än den som uppnås i frånvaro av de aktiverande faktorerna.

Liksom aktivatorproteiner verkar repressorfaktorer direkt eller indirekt med basala eller allmänna transkriptionsfaktorer.

typer

Även om de flesta transkriptionsfaktorer klassificeras enligt egenskaperna eller identiteten för deras DNA-bindande domäner, finns det några, även klassificerade som transkriptionsfaktorer, som inte interagerar direkt med DNA och är kända som transkriptionsfaktorer. "Indirekt".

Direkt transkriptionsfaktorer

De är de vanligaste transkriptionsfaktorerna. De har DNA-bindande domäner och kan aktivera eller hämma genuttryck genom att binda till specifika DNA-regioner. De skiljer sig från varandra, särskilt med avseende på deras DNA-bindande domäner och deras tillstånd av oligomerisering.

De mest studerade och erkända familjerna av denna typ av faktor är:

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

Detta var den första familjen av faktorer med DNA-bindande domäner som upptäcktes, och den finns i många eukaryota och prokaryota proteiner. Dess igenkänningsmotiv består av en α-spiral, en snurrning och en andra α-spiral.

De har bevarat glycindomäner i området för svängen och även några hydrofoba rester som hjälper till att stabilisera arrangemanget av de två spiralerna i HTH-enheten.

homeodomänen

Det finns i ett stort antal eukaryota regulatoriska proteiner. De första sekvenserna känns igen i Drosophila utvecklingsreglerande proteiner. Denna domän innehåller ett HTH-motiv för att binda DNA och en ytterligare a-helix, förutom en utsträckt N-terminal arm.

Zinkfingrar

De upptäcktes i Xenopus-transkriptionsfaktorn TFIIIA och har visat sig delta i många aspekter av eukaryotisk genreglering. De finns i proteiner inducerade av differentierings- och tillväxtsignaler, i proto-onkogener och i några allmänna transkriptionsfaktorer.

De kännetecknas av närvaron av batchupprepningar av 30 zinkfingermotiv för rester innehållande olika cystein- och histidinrester.

Steroidreceptorer

Denna familj inkluderar viktiga reglerande proteiner som, utöver att ha ett domän för hormonbindning, har en DNA-bindande domän och generellt fungerar som transkriptionsaktivatorer.

Bindningsdomänerna innehåller 70 rester, bland vilka 8 är konserverade cysteinrester. Vissa författare anser att dessa faktorer kan bilda ett par zinkfingrar, med tanke på närvaron av två uppsättningar med fyra cysteiner.

Leucin stängning och helix-loop-helix (“ helix-loop-helix” )

Dessa transkriptionsfaktorer är involverade i differentiering och utveckling och funktion genom bildandet av en heterodimer. Leucinstängningsdomänen observeras i olika eukaryota proteiner och kännetecknas av två underdomäner: leucinförslutningen som förmedlar dimerisering och en basisk region för DNA-bindning.

Β arkmotiv

De finns huvudsakligen i eukaryota faktorer och kännetecknas av bindning till DNA med antiparallella ß-ark.

Indirekte transkriptionsfaktorer

Denna typ av transkriptionsfaktor utövar sina reglerande effekter på genuttryck inte genom direkt interaktion med DNA, utan genom protein-protein-interaktioner med andra transkriptionsfaktorer som interagerar med DNA. Det är därför de kallas "indirekt".

Den första som beskrivs var transaktivator av herpes simplex-viruset (HSV) känt som VP16, som binder till faktor Oct-1 när celler infekteras med detta virus, vilket stimulerar transkriptionen av en specifik gen.

Faktorer av denna typ, som de som binder till DNA, kan aktivera eller förtrycka gentranskription, varför de kallas ”koaktiverare” respektive ”korepressorer”.

förordning

Dessa proteiner kan regleras på två nivåer: i deras syntes och i deras aktivitet, vilket beror på olika variabler och flera situationer.

Reglering av syntes

Regleringen av dess syntes kan vara relaterad till vävnadsspecifikt uttryck av vissa transkriptionsfaktorer. Ett exempel på detta kan vara MyoD-faktorn, syntetiserad endast i skelettmuskelceller och som är nödvändig för differentiering av deras odifferentierade fibroblastprekursorer.

Även om syntesregleringen huvudsakligen används för att kontrollera genuttryck i specifika celltyper och vävnader är detta inte det enda sättet, eftersom syntesen av faktorer som är involverade i induktionen av gener som deltar i svaret också regleras. till olika stimuli.

Reglering av verksamheten

En annan regleringsmekanism för transkriptionsfaktorer är regleringen av deras aktivitet, som har att göra med aktiveringen av andra redan existerande transkriptionsfaktorer som har positiva eller negativa effekter på aktiviteten hos en viss faktor.

Aktiveringen av dessa "sekundära" faktorer sker vanligtvis genom olika mekanismer såsom ligandbindning, förändringar i protein-proteininteraktioner, fosforylering, bland andra.

Roller och vikt

Transkriptionsfaktorer deltar i en mängd olika processer såsom embryonal utveckling, tillväxt och differentiering, kontroll av cellcykeln, anpassning till fluktuerande miljöförhållanden, underhåll av cell- och vävnadsspecifika proteinsyntesmönster, etc.

I växter har de till exempel viktiga funktioner i försvar och som svar på olika typer av stress. Osteogenes hos djur har fastställts för att kontrolleras av transkriptionsfaktorer, liksom många andra differentieringsprocesser för olika cellinjer.

Med tanke på vikten av dessa proteiner i organismer är det inte ovanligt att tro att förändringar i dessa reglerande element kommer att orsaka allvarliga patologiska förändringar.

För människor kan patologierna förknippade med transkriptionsfaktorer vara utvecklingsstörningar (på grund av mutationer som orsakar inaktivering av till exempel transkriptionsfaktorer), störningar i hormonresponsen eller cancer.

referenser

1. Alberts, B., Dennis, B., Hopkin, K., Johnson, A., Lewis, J., Raff, M., … Walter, P. (2004). Väsentlig cellbiologi. Abingdon: Garland Science, Taylor & Francis Group.
2. Iwafuchi-doi, M., & Zaret, KS (2014). Pioneer transkriptionsfaktorer vid omprogrammering av celler. Genes & Development, 28, 2679–2692.
3. Latchman, D. (1997). Transkriptionsfaktorer: en översikt. Int. J. Biochem. Cell. Biol., 29 (12), 1305-1312.
4. Latchman, DS (2007). Transkriptionsfaktorer. Encyclopedia of Life Sciences, 1–5.
5. Marie, PJ (2008). Transkriptionsfaktorer som styr osteoblastogenes. Arkiv för biokemi och biofysik, 473, 98-105.
6. Pabo, C., & Sauer, RT (1992). Transkriptionsfaktorer: strukturfamiljer och principer för DNA-erkännande. Annu. Rev. 61, 1053-1095.
7. Singh, KB, Foley, RC, & Oñate-sánchez, L. (2002). Transkriptionsfaktorer i växtförsvar och stressrespons. Aktuellt yttrande i växtbiologi, 5, 430-436.