Visos organismos (izņemot dažus vīrusus) ģenētiskā materiāla ieviešana notiek saskaņā ar DNS-RNS-proteīnu sistēmu. Pirmajā posmā informācija tiek pārrakstīta (transkribēta) no vienas nukleīnskābes uz otru. Olb altumvielas, kas regulē šo procesu, sauc par transkripcijas faktoriem.
Kas ir transkripcija
Transkripcija ir RNS molekulas biosintēze, kuras pamatā ir DNS veidne. Tas ir iespējams, pateicoties noteiktu slāpekļa bāzu komplementaritātei, kas veido nukleīnskābes. Sintēzi veic specializēti enzīmi - RNS polimerāzes, un to kontrolē daudzi regulējošie proteīni.
Viss genoms netiek transkribēts uzreiz, bet tikai noteikta tā daļa, ko sauc par transkripciju. Pēdējā ietver promotoru (RNS polimerāzes piesaistes vietu) un terminatoru (sekvenci, kas aktivizē sintēzes pabeigšanu).
Prokariotu transkripts ir operons, kas sastāv no vairākiem strukturāliem gēniem (cistroniem). Pamatojoties uz to, tiek sintezēta policistroniskā RNS,satur informāciju par funkcionāli radniecīgu proteīnu grupas aminoskābju secību. Eikariotu transkripts satur tikai vienu gēnu.
Transkripcijas procesa bioloģiskā loma ir šablonu RNS sekvenču veidošanās, uz kuru pamata ribosomās tiek veikta proteīnu sintēze (translācija).
RNS sintēze prokariotos un eikariotos
RNS sintēzes shēma ir vienāda visiem organismiem un ietver 3 posmus:
- Iniciācija - polimerāzes piesaiste promotoram, procesa aktivizēšana.
- Pagarinājums - nukleotīdu ķēdes pagarināšana virzienā no 3' līdz 5' galam ar fosfodiestera saišu slēgšanu starp slāpekļa bāzēm, kuras tiek atlasītas komplementāri DNS monomēriem.
- Pārtraukšana ir sintēzes procesa pabeigšana.
Prokariotos visu veidu RNS transkribē viena RNS polimerāze, kas sastāv no pieciem protomēriem (β, β', ω un divām α apakšvienībām), kas kopā veido enzīmu kodolu, kas spēj palielināt ribonukleotīdu ķēdi.. Ir arī papildu vienība σ, bez kuras nav iespējama polimerāzes piesaiste promotoram. Kodola un sigmas faktora kompleksu sauc par holoenzīmu.
Neskatoties uz to, ka σ apakšvienība ne vienmēr ir saistīta ar kodolu, tā tiek uzskatīta par RNS polimerāzes daļu. Disociētā stāvoklī sigma nespēj saistīties ar promotoru, tikai kā daļa no holoenzīma. Pēc iniciācijas pabeigšanas šis protomērs atdalās no kodola un tiek aizstāts ar pagarinājuma koeficientu.
Funkcijaprokarioti ir tulkošanas un transkripcijas procesu kombinācija. Ribosomas nekavējoties pievienojas RNS, kas sāk sintezēties, un veido aminoskābju ķēdi. Transkripcija apstājas, jo terminatora reģionā veidojas matadata struktūra. Šajā posmā DNS-polimerāzes-RNS komplekss sadalās.
Eukariotu šūnās transkripciju veic trīs fermenti:
- RNS polimerāze l – sintezē 28S un 18S ribosomu RNS.
- RNS polimerāze ll – transkribē gēnus, kas kodē proteīnus un mazās kodola RNS.
- RNS polimerāze lll - atbild par tRNS un 5S rRNS (maza ribosomu apakšvienība) sintēzi.
Neviens no šiem fermentiem nespēj uzsākt transkripciju bez specifisku proteīnu līdzdalības, kas nodrošina mijiedarbību ar promotoru. Procesa būtība ir tāda pati kā prokariotiem, taču katrs posms ir daudz sarežģītāks, piedaloties lielākam skaitam funkcionālo un regulējošo elementu, ieskaitot hromatīnu modificējošos. Iniciācijas stadijā vien ir iesaistīti aptuveni simts proteīnu, tostarp vairāki transkripcijas faktori, savukārt baktērijās pietiek ar vienu sigmas apakšvienību, lai saistās ar promotoru, un dažreiz ir nepieciešama aktivatora palīdzība.
Svarīgākais transkripcijas bioloģiskās nozīmes ieguldījums dažādu veidu proteīnu biosintēzē nosaka nepieciešamību pēc stingras sistēmas gēnu nolasīšanas kontrolei.
Transkripcijas noteikumi
Nevienā šūnā ģenētiskais materiāls netiek realizēts pilnībā: tiek pārrakstīta tikai daļa gēnu, bet pārējie ir neaktīvi. Tas ir iespējams, pateicoties kompleksamregulējošie mehānismi, kas nosaka, no kuriem DNS segmentiem un kādā daudzumā tiks sintezētas RNS sekvences.
Vienšūnu organismos gēnu diferenciālajai aktivitātei ir adaptīva vērtība, savukārt daudzšūnu organismos tā nosaka arī embrioģenēzes un ontoģenēzes procesus, kad uz viena genoma pamata veidojas dažāda veida audi.
Gēnu izteiksme tiek kontrolēta vairākos līmeņos. Vissvarīgākais solis ir transkripcijas regulēšana. Šī mehānisma bioloģiskā jēga ir uzturēt nepieciešamo dažādu proteīnu daudzumu, kas šūnai vai organismam nepieciešams noteiktā pastāvēšanas brīdī.
Notiek biosintēzes pielāgošana citos līmeņos, piemēram, RNS apstrāde, translācija un transportēšana no kodola uz citoplazmu (pēdējās nav prokariotos). Ja šīs sistēmas ir pozitīvi regulētas, tās ir atbildīgas par proteīna ražošanu, pamatojoties uz aktivēto gēnu, kas ir transkripcijas bioloģiskā nozīme. Tomēr jebkurā posmā ķēdi var apturēt. Dažas eikariotu regulējošās iezīmes (alternatīvie promotori, splicēšana, poliadenelācijas vietu modifikācijas) izraisa dažādu proteīnu molekulu variantu parādīšanos, kuru pamatā ir viena un tā pati DNS secība.
Tā kā RNS veidošanās ir pirmais solis ģenētiskās informācijas dekodēšanā ceļā uz proteīnu biosintēzi, tad transkripcijas procesa bioloģiskā loma šūnu fenotipa modifikācijā ir daudz nozīmīgāka nekā apstrādes vai translācijas regulēšana..
Konkrētu gēnu aktivitātes noteikšana, kā norādītsgan prokariotos, gan eikariotos tas notiek iniciācijas stadijā ar īpašu slēdžu palīdzību, kas ietver DNS un transkripcijas faktoru (TF) regulējošos reģionus. Šādu slēdžu darbība nav autonoma, bet ir stingrā citu šūnu sistēmu kontrolē. Ir arī RNS sintēzes nespecifiskas regulēšanas mehānismi, kas nodrošina normālu iniciācijas, pagarinājuma un terminācijas pāreju.
Transkripcijas faktoru jēdziens
Atšķirībā no genoma regulējošajiem elementiem, transkripcijas faktori ķīmiski ir proteīni. Saistoties ar noteiktiem DNS reģioniem, tie var aktivizēt, kavēt, paātrināt vai palēnināt transkripcijas procesu.
Atkarībā no radītā efekta prokariotu un eikariotu transkripcijas faktorus var iedalīt divās grupās: aktivatori (ierosina vai palielina RNS sintēzes intensitāti) un represori (nomāc vai kavē procesu). Šobrīd dažādos organismos ir atrasti vairāk nekā 2000 TF.
Transkripcijas regulēšana prokariotos
Prokariotos RNS sintēzes kontrole galvenokārt notiek iniciācijas stadijā, jo TF mijiedarbojas ar noteiktu transkripta reģionu – operatoru, kas atrodas blakus promotoram (dažreiz ar to krustojas) un, patiesībā tā ir regulējošā proteīna (aktivatora vai represora) nosēšanās vieta. Baktērijām raksturīgs cits gēnu diferenciālās kontroles veids - alternatīvu σ-apakšvienību sintēze, kas paredzēta dažādām promotoru grupām.
Daļēji operona izteiksmevar regulēt pagarinājuma un izbeigšanās stadijās, bet ne DNS saistošo TF dēļ, bet gan proteīnu mijiedarbības ar RNS polimerāzi dēļ. Tajos ietilpst Gre proteīni un antiterminatora faktori Nus un RfaH.
Transkripcijas pagarināšanos un pārtraukšanu prokariotos noteiktā veidā ietekmē paralēlā proteīnu sintēze. Eikariotos gan paši šie procesi, gan transkripcijas un translācijas faktori ir telpiski atdalīti, kas nozīmē, ka tie nav funkcionāli saistīti.
Aktivatori un represori
Prokariotiem ir divi transkripcijas regulēšanas mehānismi iniciācijas stadijā:
- pozitīvs - veic aktivatorproteīni;
- negatīvs - kontrolē represori.
Kad faktors ir pozitīvi regulēts, faktora piesaiste operatoram aktivizē gēnu, un, kad tas ir negatīvs, gluži pretēji, tas to izslēdz. Regulējošā proteīna spēja saistīties ar DNS ir atkarīga no liganda piesaistes. Pēdējo lomu parasti spēlē zemas molekulmasas šūnu metabolīti, kas šajā gadījumā darbojas kā koaktivatori un korepresori.
Represora darbības mehānisms ir balstīts uz promotora un operatora reģionu pārklāšanos. Operonos ar šādu struktūru proteīna faktora piesaiste DNS aizver daļu no RNS polimerāzes nosēšanās vietas, neļaujot pēdējai uzsākt transkripciju.
Aktivatori darbojas uz vājiem, zemas funkcionalitātes promotoriem, kurus RNS polimerāzes slikti atpazīst vai ir grūti izkausēt (atsevišķas spirāles pavedieniDNS, kas nepieciešama transkripcijas uzsākšanai). Pievienojoties operatoram, proteīna faktors mijiedarbojas ar polimerāzi, ievērojami palielinot iniciācijas varbūtību. Aktivatori spēj palielināt transkripcijas intensitāti 1000 reizes.
Daži prokariotu TF var darboties gan kā aktivatori, gan represori atkarībā no operatora atrašanās vietas attiecībā pret promotoru: ja šie reģioni pārklājas, faktors kavē transkripciju, pretējā gadījumā tas izraisa.
| Ligand funkcija attiecībā pret faktoru | Ligand stāvoklis | Negatīvs regulējums | Pozitīvs regulējums |
| Nodrošina atdalīšanu no DNS | Pievienojas | Represora proteīna noņemšana, gēna aktivizēšana | Aktivatorproteīna noņemšana, gēnu izslēgšana |
| Pievieno faktoru DNS | Dzēst | Represora noņemšana, transkripcijas iekļaušana | Noņemiet aktivatoru, izslēdziet transkripciju |
Negatīvu regulējumu var aplūkot, piemēram, baktērijas E. coli triptofāna operona piemērā, ko raksturo operatora atrašanās vieta promotora secībā. Represora proteīns tiek aktivizēts, piestiprinoties divām triptofāna molekulām, kas maina DNS saistošā domēna leņķi, lai tas varētu iekļūt dubultās spirāles galvenajā rievā. Pie zemas triptofāna koncentrācijas represors zaudē savu ligandu un atkal kļūst neaktīvs. Citiem vārdiem sakot, transkripcijas uzsākšanas biežumsapgriezti proporcionāls metabolīta daudzumam.
Daži baktēriju operoni (piemēram, laktoze) apvieno pozitīvus un negatīvus regulējošos mehānismus. Šāda sistēma ir nepieciešama, ja racionālai izteiksmes kontrolei nepietiek ar vienu signālu. Tādējādi laktozes operons kodē fermentus, kas transportē šūnā un pēc tam sadala laktozi – alternatīvu enerģijas avotu, kas ir mazāk izdevīgs nekā glikoze. Tāpēc tikai zemā pēdējā koncentrācijā CAP proteīns saistās ar DNS un sāk transkripciju. Tomēr tas ir ieteicams tikai laktozes klātbūtnē, kuras trūkums izraisa Lac represora aktivāciju, kas bloķē polimerāzes piekļuvi promotoram pat aktivatora proteīna funkcionālas formas klātbūtnē.
Pateicoties operonu struktūrai baktērijās, vairākus gēnus kontrolē viens regulējošais reģions un 1-2 TF, savukārt eikariotos vienam gēnam ir liels skaits regulējošo elementu, no kuriem katrs ir atkarīgs no daudziem citiem. faktoriem. Šī sarežģītība atbilst eikariotu un jo īpaši daudzšūnu organismu augstajam organizācijas līmenim.
MRNS sintēzes regulēšana eikariotos
Eukariotu gēnu ekspresijas kontroli nosaka divu elementu kombinēta darbība: proteīnu transkripcijas fakti (TF) un regulējošās DNS sekvences, kuras var atrasties blakus promotoram, daudz augstāk par to, intronos vai pēc gēns (kas nozīmē kodējošo reģionu, nevis gēnu tā pilnā nozīmē).
Daži apgabali darbojas kā slēdži, bet citi nesadarbojastieši ar TF, bet dod DNS molekulai elastību, kas nepieciešama, lai veidotos cilpai līdzīga struktūra, kas pavada transkripcijas aktivācijas procesu. Šādus reģionus sauc par starplikām. Visas regulējošās sekvences kopā ar promotoru veido gēnu kontroles reģionu.
Ir vērts atzīmēt, ka pašu transkripcijas faktoru darbība ir tikai daļa no sarežģītas daudzlīmeņu ģenētiskās ekspresijas regulēšanas, kurā iegūtajam vektoram tiek pievienots milzīgs elementu skaits, kas nosaka, vai RNS galu galā tiks sintezēts no noteikta genoma reģiona.
Papildu faktors transkripcijas kontrolē kodolšūnā ir izmaiņas hromatīna struktūrā. Šeit ir gan kopējais regulējums (ko nodrošina heterohromatīna un eihromatīna reģionu sadalījums), gan lokālais regulējums, kas saistīts ar konkrētu gēnu. Lai polimerāze darbotos, ir jānovērš visi DNS sablīvēšanās līmeņi, tostarp nukleosoma.
Eukariotu transkripcijas faktoru daudzveidība ir saistīta ar lielu skaitu regulatoru, kas ietver pastiprinātājus, klusinātājus (pastiprinātājus un klusinātājus), kā arī adaptera elementus un izolatorus. Šīs vietas var atrasties gan gēna tuvumā, gan ievērojamā attālumā no tā (līdz 50 tūkst. bp).
Pastiprinātāji, klusinātāji un adaptera elementi
Pastiprinātāji ir īsa secīga DNS, kas spēj izraisīt transkripciju, mijiedarbojoties ar regulējošo proteīnu. Pastiprinātāja tuvināšana gēna promotora reģionamtiek veikta DNS cilpveida struktūras veidošanās dēļ. Aktivatora saistīšanās ar pastiprinātāju vai nu stimulē iniciācijas kompleksa veidošanos, vai arī palīdz polimerāzei turpināties pagarināšanā.
Pastiprinātājam ir sarežģīta struktūra, un tas sastāv no vairākām moduļu vietām, no kurām katrai ir savs regulējošais proteīns.
Klusinātāji ir DNS reģioni, kas nomāc vai pilnībā izslēdz transkripcijas iespēju. Šāda slēdža darbības mehānisms joprojām nav zināms. Viena no hipotēzētajām metodēm ir lielu DNS reģionu aizņemšana ar īpašiem SIR grupas proteīniem, kas bloķē piekļuvi iniciācijas faktoriem. Šajā gadījumā visi gēni, kas atrodas dažu tūkstošu bāzes pāru attālumā no trokšņa slāpētāja, tiek izslēgti.
Adaptera elementi kombinācijā ar TF, kas ar tiem saistās, veido atsevišķu ģenētisko slēdžu klasi, kas selektīvi reaģē uz steroīdu hormoniem, ciklisko AMP un glikokortikoīdiem. Šis regulējošais bloks ir atbildīgs par šūnas reakciju uz karstuma šoku, metālu un noteiktu ķīmisko savienojumu iedarbību.
Starp DNS kontroles reģioniem izšķir cita veida elementus - izolatorus. Tās ir specifiskas sekvences, kas neļauj transkripcijas faktoriem ietekmēt attālos gēnus. Izolatoru darbības mehānisms vēl nav noskaidrots.
Eukariotu transkripcijas faktori
Ja baktērijās transkripcijas faktoriem ir tikai regulējoša funkcija, tad kodolšūnās ir vesela grupa TF, kas nodrošina fona iniciāciju, bet tajā pašā laikā ir tieši atkarīgi no saistīšanās arDNS regulējošie proteīni. Pēdējo skaits un daudzveidība eikariotos ir milzīgs. Tādējādi cilvēka organismā proteīnu transkripcijas faktorus kodējošo sekvenču īpatsvars ir aptuveni 10% no genoma.
Līdz šim eikariotu TF nav labi izprotami, tāpat kā ģenētisko slēdžu darbības mehānismi, kuru struktūra ir daudz sarežģītāka nekā baktēriju pozitīvās un negatīvās regulēšanas modeļi. Atšķirībā no pēdējās, kodolšūnu transkripcijas faktoru darbību ietekmē nevis viens vai divi, bet desmitiem un pat simtiem signālu, kas var viens otru pastiprināt, vājināt vai izslēgt.
No vienas puses, konkrēta gēna aktivizēšanai nepieciešama vesela transkripcijas faktoru grupa, bet, no otras puses, ar vienu regulējošo proteīnu var pietikt, lai ar kaskādes mehānismu izraisītu vairāku gēnu ekspresiju. Visa šī sistēma ir sarežģīts dators, kas apstrādā signālus no dažādiem avotiem (gan ārējiem, gan iekšējiem) un pievieno to efektus gala rezultātam ar plusa vai mīnusa zīmi.
Regulējošie transkripcijas faktori eikariotos (aktivatori un represori) mijiedarbojas nevis ar operatoru, kā baktērijās, bet gan ar kontroles vietām, kas izkaisītas pa DNS un ietekmē iniciāciju caur starpniekiem, kas var būt mediatoru proteīni, iniciācijas kompleksa faktori. un fermenti, kas maina hromatīna struktūru.
Izņemot dažus TF, kas iekļauti pirmsiniciācijas kompleksā, visiem transkripcijas faktoriem ir DNS saistošs domēns, kas atšķirtos no daudziem citiem proteīniem, kas nodrošina normālu transkripcijas pāreju vai darbojas kā starpnieki tās regulēšanā.
Nesenie pētījumi liecina, ka eikariotu TF var ietekmēt ne tikai transkripcijas sākšanos, bet arī pagarinājumu.
Šķirne un klasifikācija
Eukariotos ir 2 olb altumvielu transkripcijas faktoru grupas: bazālais (citādi saukts par vispārīgo vai galveno) un regulējošais. Pirmie ir atbildīgi par veicinātāju atzīšanu un pirmsiniciācijas kompleksa izveidi. Nepieciešams, lai sāktu transkripciju. Šajā grupā ietilpst vairāki desmiti proteīnu, kas vienmēr atrodas šūnā un neietekmē gēnu diferenciālo ekspresiju.
Bazālo transkripcijas faktoru komplekss ir rīks, kas pēc funkcijām ir līdzīgs sigmas apakšvienībai baktērijās, tikai sarežģītāks un piemērots visu veidu promotoriem.
Cita veida faktori ietekmē transkripciju, mijiedarbojoties ar regulējošām DNS sekvencēm. Tā kā šie fermenti ir specifiski gēniem, to ir ļoti daudz. Saistoties ar specifisku gēnu reģioniem, tie kontrolē noteiktu proteīnu sekrēciju.
Eukariotu transkripcijas faktoru klasifikācija balstās uz trim principiem:
- darbības mehānisms;
- darbības apstākļi;
- DNS saistošā domēna struktūra.
Saskaņā ar pirmo pazīmi, ir 2 faktoru klases: bazālais (mijiedarbība ar promotoru) un saistīšanās ar augšteces reģioniem (regulējošie reģioni, kas atrodas augšpus gēna). Šāda veidaklasifikācija pēc būtības atbilst TF funkcionālajam iedalījumam vispārīgajā un specifiskajā. Augšupējie faktori ir sadalīti 2 grupās atkarībā no nepieciešamības pēc papildu aktivizēšanas.
Atbilstoši funkcionēšanas pazīmēm izšķir konstitutīvos TF (vienmēr atrodas jebkurā šūnā) un inducējamus (nav raksturīgi visiem šūnu tipiem, un tiem var būt nepieciešami noteikti aktivizācijas mehānismi). Otrās grupas faktori savukārt iedalās šūnspecifiskajos (piedalās ontoģenēzē, raksturo stingra ekspresijas kontrole, bet neprasa aktivizāciju) un signāla atkarīgos. Pēdējie tiek diferencēti atkarībā no aktivizējošā signāla veida un darbības veida.
Olb altumvielu transkripcijas faktoru strukturālā klasifikācija ir ļoti plaša un ietver 6 virsklases, kas ietver daudzas klases un ģimenes.
Darbības princips
Bazālo faktoru funkcionēšana ir dažādu apakšvienību kaskādes komplektācija ar iniciācijas kompleksa veidošanos un transkripcijas aktivizēšanu. Patiesībā šis process ir pēdējais solis aktivatora proteīna darbībā.
Īpaši faktori var regulēt transkripciju divos posmos:
- iniciācijas kompleksa montāža;
- pāreja uz produktīvu pagarināšanu.
Pirmajā gadījumā konkrētu TF darbs tiek samazināts līdz primārajai hromatīna pārkārtošanai, kā arī mediatora, polimerāzes un bazālo faktoru piesaistīšanai, orientācijai un modificēšanai uz promotora, kas noved pie aktivācijas. transkripcijas. Signāla pārraides galvenais elements ir starpnieks - 24 apakšvienību komplekss, kas darbojaskā starpnieks starp regulējošo proteīnu un RNS polimerāzi. Mijiedarbības secība ir individuāla katram gēnam un tam atbilstošajam faktoram.
Pagarinājuma regulēšana tiek veikta, pateicoties faktora mijiedarbībai ar P-Tef-b proteīnu, kas palīdz RNS polimerāzei pārvarēt ar promotoru saistīto pauzi.
TF funkcionālās struktūras
Transkripcijas faktoriem ir modulāra struktūra un tie darbojas trīs funkcionālās jomās:
- DNS saistīšanās (DBD) - nepieciešama atpazīšanai un mijiedarbībai ar gēna regulējošo reģionu.
- Trans-activating (TAD) - ļauj mijiedarboties ar citiem regulējošiem proteīniem, tostarp transkripcijas faktoriem.
- Signālu atpazīšanas (SSD) - nepieciešams regulējošo signālu uztveršanai un pārraidīšanai.
Savukārt DNS saistošajam domēnam ir daudz veidu. Galvenie motīvi tās struktūrā ir šādi:
- "cinka pirksti";
- mājasdomēns;
- "β"-slāņi;
- cilpas;
- "leicīna zibens";
- spirāle-cilpa-spirāle;
- spirāle-pagriež-spirāle.
Pateicoties šim domēnam, transkripcijas faktors "nolasa" DNS nukleotīdu secību parauga veidā uz dubultās spirāles virsmas. Sakarā ar to ir iespējama atsevišķu regulējošo elementu īpaša atzīšana.
Motīvu mijiedarbība ar DNS spirāli balstās uz precīzu atbilstību starp šo virsmu virsmāmmolekulas.
TF regulēšana un sintēze
Ir vairāki veidi, kā regulēt transkripcijas faktoru ietekmi uz transkripciju. Tie ietver:
- aktivācija - faktora funkcionalitātes izmaiņas attiecībā pret DNS fosforilēšanās, ligandu piesaistes vai mijiedarbības ar citiem regulējošiem proteīniem (ieskaitot TF) dēļ;
- translokācija - faktora transportēšana no citoplazmas uz kodolu;
- saistīšanās vietas pieejamība - atkarīga no hromatīna kondensācijas pakāpes (heterohromatīna stāvoklī TF nav pieejama DNS);
- mehānismu komplekss, kas raksturīgs arī citiem proteīniem (visu procesu regulēšana no transkripcijas līdz pēctranslācijas modifikācijai un intracelulārai lokalizācijai).
Pēdējā metode nosaka transkripcijas faktoru kvantitatīvo un kvalitatīvo sastāvu katrā šūnā. Daži TF spēj regulēt savu sintēzi atbilstoši klasiskajam atgriezeniskās saites veidam, kad savs produkts kļūst par reakcijas inhibitoru. Šajā gadījumā noteikta faktora koncentrācija aptur to kodējošā gēna transkripciju.
Vispārīgi transkripcijas faktori
Šie faktori ir nepieciešami, lai sāktu jebkuru gēnu transkripciju, un nomenklatūrā tie ir apzīmēti kā TFl, TFll un TFlll atkarībā no RNS polimerāzes veida, ar kuru tie mijiedarbojas. Katrs faktors sastāv no vairākām apakšvienībām.
Bazālie TF veic trīs galvenās funkcijas:
- pareiza RNS polimerāzes atrašanās vieta uz promotora;
- DNS ķēžu attīšana transkripcijas sākuma reģionā;
- polimerāzes atbrīvošanās noveicinātājs pārejas brīdī uz pagarinājumu;
Noteiktas bazālo transkripcijas faktoru apakšvienības saistās ar promotora regulējošiem elementiem. Vissvarīgākā ir TATA kaste (nav raksturīga visiem gēniem), kas atrodas "-35" nukleotīdu attālumā no iniciācijas punkta. Citas saistīšanās vietas ietver INR, BRE un DPE sekvences. Daži TF tieši nesazinās ar DNS.
RNS polimerāzes ll galveno transkripcijas faktoru grupā ietilpst TFllD, TFllB, TFllF, TFllE un TFllH. Latīņu burts apzīmējuma beigās norāda šo olb altumvielu noteikšanas secību. Tādējādi faktors TFlllA, kas pieder lll RNS polimerāzei, bija pirmais, kas tika izolēts.
| Vārds | Proteīna apakšvienību skaits | Funkcija |
| TFllD | 16 (TBP +15 TAF) | TBP saistās ar TATA lodziņu, un TAF atpazīst citas promotora sekvences |
| TFllB | 1 | Atpazīst BRE elementu, precīzi orientē polimerāzi iniciācijas vietā |
| TFllF | 3 | Stabilizē polimerāzes mijiedarbību ar TBP un TFllB, atvieglo TFllE un TFllH pievienošanu |
| TFllE | 2 | Savieno un regulē TFllH |
| TFllH | 10 | Atdala DNS ķēdes iniciācijas punktā, atbrīvo RNS sintezējošo enzīmu no promotora un galvenajiem transkripcijas faktoriem (bioķīmijaprocess ir balstīts uz RNS polimerāzes Cer5-C-termināla domēna fosforilāciju) |
Bazālā TF salikšana notiek tikai ar aktivatora, mediatora un hromatīnu modificējošu proteīnu palīdzību.
Īpaša TF
Izmantojot ģenētiskās ekspresijas kontroli, šie transkripcijas faktori regulē gan atsevišķu šūnu, gan visa organisma biosintēzes procesus, sākot no embrioģenēzes līdz smalkai fenotipiskajai adaptācijai mainīgiem vides apstākļiem. TF ietekmes sfērā ietilpst 3 galvenie bloki:
- attīstība (embrio- un ontoģenēze);
- šūnu cikls;
- reakcija uz ārējiem signāliem.
Īpaša transkripcijas faktoru grupa regulē embrija morfoloģisko diferenciāciju. Šo olb altumvielu komplektu kodē īpaša 180 bp konsensa secība, ko sauc par homeobox.
Lai noteiktu, kurš gēns ir jātranskribē, regulējošajam proteīnam ir "jāatrod" un jāsaistaas ar konkrētu DNS vietu, kas darbojas kā ģenētiskais slēdzis (pastiprinātājs, klusinātājs utt.). Katra šāda secība atbilst vienam vai vairākiem saistītiem transkripcijas faktoriem, kas atpazīst vēlamo vietu konkrēta ārējā spirāles segmenta un DNS saistošā domēna ķīmisko konformāciju sakritības dēļ (taustiņu bloķēšanas princips). Atpazīšanai tiek izmantots DNS primārās struktūras reģions, ko sauc par galveno rievu.
Pēc saistīšanās ar DNS darbībuaktivatora proteīns izraisa virkni secīgu darbību, kas noved pie preiniciatora kompleksa montāžas. Šī procesa vispārīgā shēma ir šāda:
- Aktivatora saistīšanās ar hromatīnu promotora reģionā, no ATP atkarīgu pārkārtošanās kompleksu piesaiste.
- Hromatīna pārkārtošanās, histonu modificējošu proteīnu aktivizēšana.
- Histonu kovalentā modifikācija, citu aktivatoru proteīnu piesaiste.
- Papildu aktivējošo proteīnu saistīšana ar gēna regulējošo reģionu.
- Starpnieka un vispārējā TF iesaistīšana.
- Pirmsiniciācijas kompleksa montāža uz veicinātāja.
- Citu aktivatorproteīnu ietekme, pirmsiniciācijas kompleksa apakšvienību pārkārtošanās.
- Sākt transkripciju.
Šo notikumu secība var atšķirties atkarībā no gēna.
Tik lielam aktivizācijas mehānismu skaitam atbilst tikpat plašs apspiešanas metožu klāsts. Tas ir, inhibējot kādu no posmiem ceļā uz uzsākšanu, regulējošais proteīns var samazināt tā efektivitāti vai pilnībā to bloķēt. Visbiežāk represors aktivizē vairākus mehānismus vienlaikus, garantējot transkripcijas neesamību.
Koordinēta gēnu kontrole
Neskatoties uz to, ka katram transkriptam ir sava regulējošā sistēma, eikariotiem ir mehānisms, kas ļauj, tāpat kā baktērijām, iedarbināt vai apturēt gēnu grupas, kuru mērķis ir veikt konkrētu uzdevumu. To panāk ar transkripciju noteicošo faktoru, kas pabeidz kombinācijasciti regulējošie elementi, kas nepieciešami gēna maksimālai aktivizēšanai vai nomākšanai.
Transkriptonos, uz kuriem attiecas šāds regulējums, dažādu komponentu mijiedarbība noved pie viena un tā paša proteīna, kas darbojas kā iegūtais vektors. Tāpēc šāda faktora aktivizēšana ietekmē vairākus gēnus vienlaikus. Sistēma darbojas pēc kaskādes principa.
Koordinētās kontroles shēmu var aplūkot, piemēram, skeleta muskuļu šūnu ontoģenētiskās diferenciācijas piemērā, kuru priekšteči ir mioblasti.
Gēnu, kas kodē nobriedušai muskuļu šūnai raksturīgo proteīnu sintēzi, transkripciju izraisa jebkurš no četriem miogēniem faktoriem: MyoD, Myf5, MyoG un Mrf4. Šie proteīni aktivizē sevis un viens otra sintēzi, kā arī ietver papildu transkripcijas faktora Mef2 gēnus un strukturālos muskuļu proteīnus. Mef2 ir iesaistīts mioblastu tālākas diferenciācijas regulēšanā, vienlaikus saglabājot miogēno proteīnu koncentrāciju ar pozitīvas atgriezeniskās saites mehānismu.
