FAKTOR TRANSKRIPCE: MECHANISMUS ÚČINKU, TYPY, FUNKCE - BIOLOGIE - 2025

Transkripční faktor je regulační „příslušenství“ protein nezbytný pro genovou transkripci. Transkripce je prvním krokem genové exprese a zahrnuje přenos informací obsažených v DNA na molekulu RNA, která je následně zpracována za vzniku genových produktů.

RNA polymeráza II je enzym zodpovědný za transkripci většiny eukaryotických genů a kromě některých malých RNA produkuje messengerové RNA, které budou později převedeny na proteiny. Tento enzym vyžaduje přítomnost typu transkripčních faktorů známých jako obecné nebo bazální transkripční faktory.

Typ transkripčního faktoru «uzavření Leucinu» (Zdroj: I, Splette přes Wikimedia Commons)

Nejedná se však o jediné transkripční faktory, které existují v přírodě, protože existují „ne-obecné“ proteiny, a to jak v eukaryotech, tak v prokaryotech a archaea, které se podílejí na regulaci tkáňové transkripce genů (v vícebuněčných organismů) nebo při regulaci genové aktivity v reakci na různé podněty.

Tyto transkripční faktory jsou velmi důležité efektory a lze je nalézt prakticky ve všech živých organismech, protože představují hlavní zdroj regulace genové exprese.

Podrobné studie různých transkripčních faktorů v různých typech živých organismů naznačují, že mají modulární strukturu, ve které je konkrétní oblast zodpovědná za interakci s DNA, zatímco ostatní vyvolávají stimulační nebo inhibiční účinky.

Transkripční faktory se tedy účastní modelování genových expresních vzorců, které nemají nic společného se změnami v sekvenci DNA, ale s epigenetickými změnami. Věda, která je zodpovědná za studium těchto změn, se nazývá epigenetika.

Mechanismus účinku

Aby mohly transkripční faktory vykonávat své funkce, musí být schopny specificky rozpoznávat a vázat se na konkrétní sekvenci DNA, aby pozitivně nebo negativně ovlivnily transkripci této oblasti DNA.

Obecné transkripční faktory, které jsou v zásadě stejné pro transkripci všech genů typu II v eukaryotech, se nejdříve sestaví do promotorové oblasti genu, čímž se řídí umístění polymerázového enzymu a „otevření“ dvojnásobku vrtule.

Proces probíhá v několika po sobě jdoucích krocích:

- Vazba obecného transkripčního faktoru TFIID na sekvenci opakování tyminu (T) a adeninu (A) v genu známém jako „TATA box“; to způsobuje zkreslení DNA, které je nezbytné pro vazbu dalších proteinů na promotorovou oblast.

- Následné shromáždění dalších obecných faktorů (TFIIB, TFIIH, TFIH, TFIIE, TFIIF atd.) A RNA polymerázy II, čímž se vytvoří tzv. Komplex iniciace transkripce.

- Uvolnění iniciačního komplexu, fosforylace polymerázy faktorem TFIIH a začátek transkripce a syntézy molekuly RNA ze sekvence transkribovaného genu.

Aktivace a potlačení transkripce

Jak již bylo uvedeno, "ne-obecné" transkripční faktory mohou regulovat genovou expresi, buď pozitivně, nebo negativně.

Aktivace

Některé z těchto proteinů obsahují, kromě strukturních domén vázajících DNA, další motivy známé jako aktivační domény, které jsou bohaté na kyselé aminokyselinové zbytky, glutaminové nebo prolinové zbytky.

Tyto aktivační domény interagují s prvky komplexu obecných transkripčních faktorů nebo se souvisejícími koaktivačními molekulami, které interagují přímo s komplexem. Tato interakce vede buď ke stimulaci sestavení transkripčního komplexu, nebo ke zvýšení jeho aktivity.

Represe

Většina transkripčních faktorů inhibuje transkripci tím, že narušuje aktivitu pozitivně působících transkripčních faktorů a blokuje jejich stimulační účinek. Mohou fungovat tak, že blokují vazbu pozitivního faktoru na DNA nebo působí na faktory, které inaktivují chromatinovou strukturu.

Jiné inhibiční faktory působí přímým blokováním transkripce, aniž by blokovaly účinek jakéhokoli aktivačního transkripčního faktoru; a snižují základní úroveň transkripce na úroveň ještě nižší, než je úroveň dosažená v nepřítomnosti aktivačních faktorů.

Stejně jako aktivátorové proteiny, represorové faktory působí přímo nebo nepřímo s bazálními nebo obecnými transkripčními faktory.

Typy

Ačkoli většina transkripčních faktorů je klasifikována podle charakteristik nebo identity jejich domén vázajících DNA, existují některé, také klasifikované jako transkripční faktory, které neinteragují přímo s DNA a jsou známé jako transkripční faktory. "Nepřímý".

Přímé transkripční faktory

Jsou to nejčastější transkripční faktory. Mají domény vázající DNA a mohou aktivovat nebo inhibovat expresi genu vazbou na specifické oblasti DNA. Liší se od sebe zvláště s ohledem na své DNA vazebné domény a jejich stav oligomerizace.

Nejstudovanější a nejuznávanější rodiny tohoto typu faktoru jsou:

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

Toto byla první rodina faktorů s DNA-vazebnými doménami, které byly objeveny, a je přítomna v mnoha eukaryotických a prokaryotických proteinech. Jeho rozpoznávací motiv se skládá z a helixu, spinu a druhého a helixu.

Mají konzervované glycinové domény v oblasti zatáčky a také některé hydrofobní zbytky, které pomáhají stabilizovat uspořádání dvou helixů v HTH jednotce.

Homeodomain

Je přítomen ve velkém počtu eukaryotických regulačních proteinů. První sekvence byly rozpoznávány u vývojových regulačních proteinů Drosophila. Tato doména obsahuje HTH motiv vázající DNA a další a-helix, kromě rozšířeného N-koncového ramene.

Zinkové prsty

Byly objeveny v transkripčním faktoru Xenopus TFIIIA a bylo prokázáno, že se účastní mnoha aspektů regulace eukaryotických genů. Nacházejí se v proteinech indukovaných diferenciací a růstovými signály, v protoonkogenech a v některých obecných transkripčních faktorech.

Vyznačují se přítomností šaržových opakování 30 zbytkových zinkových prstových motivů obsahujících různé zbytky cysteinu a histidinu.

Steroidní receptory

Tato rodina zahrnuje důležité regulační proteiny, které, kromě toho, že mají doménu pro vazbu hormonů, mají doménu vázající DNA a obecně působí jako transkripční aktivátory.

Vazebné domény obsahují 70 zbytků, mezi nimiž je 8 konzervovaných cysteinových zbytků. Někteří autoři se domnívají, že tyto faktory by mohly tvořit pár zinkových prstů, vzhledem k přítomnosti dvou sad čtyř cysteinů.

Leucinový uzávěr a helix-loop-helix („ helix-loop-helix“)

Tyto transkripční faktory jsou zapojeny do diferenciace a vývoje a funkce tvorbou heterodimeru. Leucinová uzavírací doména je pozorována v různých eukaryotických proteinech a vyznačuje se dvěma subdoménami: leucinovým uzávěrem, který zprostředkovává dimerizaci a základní oblast pro vazbu DNA.

Β motivy listů

Vyskytují se hlavně v eukaryotických faktorech a vyznačují se vazbou na DNA pomocí antiparalelních β-listů.

Nepřímé transkripční faktory

Tento typ transkripčního faktoru má regulační účinky na genovou expresi nikoli přímou interakcí s DNA, ale interakcí protein-protein s jinými transkripčními faktory, které interagují s DNA. Proto se nazývají „nepřímé“.

Jako první byl popsán transaktivátor viru herpes simplex (HSV) známý jako VP16, který se váže na faktor Oct-1, když jsou buňky infikovány tímto virem, což stimuluje transkripci specifického genu.

Faktory tohoto typu, jako jsou ty, které se vážou na DNA, mohou aktivovat nebo potlačit transkripci genu, a proto se nazývají „koaktivátory“ a „corepresory“.

Nařízení

Tyto proteiny mohou být regulovány na dvou úrovních: v jejich syntéze a v jejich aktivitě, která závisí na různých proměnných a více situacích.

Regulace syntézy

Regulace jeho syntézy může souviset s tkáňově specifickou expresí určitých transkripčních faktorů. Příkladem může být faktor MyoD, syntetizovaný pouze v buňkách kosterních svalů a který je nezbytný pro diferenciaci jejich nediferencovaných prekurzorů fibroblastů.

Ačkoli regulace syntézy se používá hlavně pro kontrolu genové exprese ve specifických typech buněk a tkání, není to jediný způsob, protože je také regulována syntéza faktorů zapojených do indukce genů, které se účastní reakce. na různé podněty.

Regulace činnosti

Dalším regulačním mechanismem pro transkripční faktory je regulace jejich aktivity, která souvisí s aktivací dalších již existujících transkripčních faktorů, které mají pozitivní nebo negativní účinky na aktivitu konkrétního faktoru.

K aktivaci těchto "sekundárních" faktorů obvykle dochází prostřednictvím různých mechanismů, jako je například vazba ligandu, změny v interakcích protein-protein, fosforylace, mimo jiné.

Role a význam

Faktory transkripce se účastní celé řady procesů, jako je embryonální vývoj, růst a diferenciace, kontrola buněčného cyklu, přizpůsobení se měnícím se podmínkám prostředí, udržování vzorců syntézy proteinů specifické pro buňky a tkáně atd.

Například v rostlinách mají důležité funkce při obraně a při reakcích na různé typy stresu. Osteogeneze u zvířat byla stanovena jako kontrolovaná transkripčními faktory a také mnoha dalšími diferenciačními procesy různých buněčných linií.

Vzhledem k významu těchto proteinů v organismech není neobvyklé si myslet, že změny těchto regulačních prvků způsobí vážné patologické změny.

V případě lidí mohou být patologiemi spojenými s transkripčními faktory vývojové poruchy (v důsledku mutací, které způsobují inaktivaci transkripčních faktorů), poruchy hormonální odpovědi nebo rakoviny.

Reference

1. Alberts, B., Dennis, B., Hopkin, K., Johnson, A., Lewis, J., Raff, M.,… Walter, P. (2004). Základní buněčná biologie. Abingdon: Garland Science, Taylor & Francis Group.
2. Iwafuchi-doi, M., & Zaret, KS (2014). Průkopnické transkripční faktory v přeprogramování buněk. Genes & Development, 28, 2679–2692.
3. Latchman, D. (1997). Faktory transkripce: Přehled. Int. J. Biochem. Buňka. Biol., 29 (12), 1305-1312.
4. Latchman, DS (2007). Faktory transkripce. Encyklopedie věd o životě, 1–5.
5. Marie, PJ (2008). Transkripční faktory regulující osteoblastogenezi. Archives of Biochemistry and Biophysics, 473, 98-105.
6. Pabo, C., & Sauer, RT (1992). Faktory transkripce: strukturální rodiny a principy rozpoznávání DNA. Annu. 61, 1053-1095.
7. Singh, KB, Foley, RC a Oñate-sánchez, L. (2002). Faktory transkripce v obraně rostlin a stresových reakcích. Aktuální stanovisko v Plant Biology, 5, 430-436.