Tüm organizmalarda (bazı virüsler hariç), genetik materyalin uygulanması DNA-RNA-protein sistemine göre gerçekleşir. İlk aşamada, bilgi bir nükleik asitten diğerine yeniden yazılır (kopyalanır). Bu süreci düzenleyen proteinlere transkripsiyon faktörleri denir.
Transkripsiyon nedir
Transkripsiyon, bir DNA şablonuna dayalı bir RNA molekülünün biyosentezidir. Bu, nükleik asitleri oluşturan belirli azotlu bazların tamamlayıcılığı nedeniyle mümkündür. Sentez, özel enzimler - RNA polimerazlar tarafından gerçekleştirilir ve birçok düzenleyici protein tarafından kontrol edilir.
Genomun tamamı bir kerede kopyalanmaz, sadece transkripton adı verilen belirli bir kısmı kopyalanır. İkincisi, bir promotör (RNA polimerazın bağlanma yeri) ve bir terminatör (sentezin tamamlanmasını aktive eden bir dizi) içerir.
Prokaryotik transkripton, birkaç yapısal genden (cistron) oluşan bir operondur. Buna dayanarak, polisistronik RNA sentezlenir,fonksiyonel olarak ilişkili bir grup proteinin amino asit dizisi hakkında bilgi içerir. Ökaryotik transkripton sadece bir gen içerir.
Transkripsiyon işleminin biyolojik rolü, ribozomlarda protein sentezinin (çevirinin) gerçekleştirildiği şablon RNA dizilerinin oluşumudur.
Prokaryotlarda ve ökaryotlarda RNA sentezi
RNA sentez şeması tüm organizmalar için aynıdır ve 3 aşama içerir:
- Başlatma - polimerazın promotöre bağlanması, sürecin aktivasyonu.
- Uzama - DNA monomerlerini tamamlayıcı olarak seçilen azotlu bazlar arasındaki fosfodiester bağlarının kapanmasıyla nükleotit zincirinin 3' ila 5' ucu yönünde uzaması.
- Sonlandırma, sentez sürecinin tamamlanmasıdır.
Prokaryotlarda, tüm RNA türleri, birlikte ribonükleotit zincirini artırabilen bir çekirdek enzim oluşturan beş protomerden (β, β', ω ve iki α alt biriminden oluşan) bir RNA polimeraz tarafından kopyalanır.. Ayrıca, polimerazın promotöre bağlanmasının imkansız olduğu ek bir birim σ vardır. Çekirdek ve sigma faktörünün kompleksine holoenzim denir.
σ alt biriminin her zaman çekirdekle ilişkili olmamasına rağmen, RNA polimerazın bir parçası olarak kabul edilir. Ayrışmış durumda, sigma yalnızca holoenzimin bir parçası olarak promotöre bağlanamaz. Başlatma tamamlandıktan sonra, bu protomer çekirdekten ayrılarak bir uzama faktörü ile değiştirilir.
Özellikprokaryotlar, translasyon ve transkripsiyon işlemlerinin bir kombinasyonudur. Ribozomlar hemen sentezlenmeye başlayan RNA'ya katılır ve bir amino asit zinciri oluşturur. Terminatör bölgede saç tokası yapısının oluşması nedeniyle transkripsiyon durur. Bu aşamada DNA-polimeraz-RNA kompleksi parçalanır.
Ökaryotik hücrelerde, transkripsiyon üç enzim tarafından gerçekleştirilir:
- RNA polimeraz l – 28S ve 18S-ribozomal RNA'yı sentezler.
- RNA polimeraz ll – proteinleri ve küçük nükleer RNA'ları kodlayan genleri kopyalar.
- RNA polimeraz III - tRNA ve 5S rRNA (ribozomların küçük alt birimi) sentezinden sorumludur.
Bu enzimlerin hiçbiri, promotör ile etkileşim sağlayan spesifik proteinlerin katılımı olmadan transkripsiyonu başlatamaz. Sürecin özü prokaryotlardakiyle aynıdır, ancak her aşama, kromatin değiştirici olanlar da dahil olmak üzere daha fazla sayıda işlevsel ve düzenleyici öğenin katılımıyla çok daha karmaşıktır. Yalnızca başlatma aşamasında, bir dizi transkripsiyon faktörü de dahil olmak üzere yaklaşık yüz protein dahil olurken, bakterilerde promotöre bağlanmak için bir sigma alt birimi yeterlidir ve bazen bir aktivatörün yardımına ihtiyaç duyulur.
Çeşitli protein türlerinin biyosentezinde transkripsiyonun biyolojik rolünün en önemli katkısı, gen okumasını kontrol etmek için katı bir sisteme olan ihtiyacı belirler.
Transkripsiyonel düzenleme
Hiçbir hücrede genetik materyal tam olarak gerçekleşmez: genlerin sadece bir kısmı kopyalanır, geri kalanı etkin değildir. Bu kompleks sayesinde mümkündürhangi DNA segmentlerinden ve hangi miktarda RNA dizilerinin sentezleneceğini belirleyen düzenleyici mekanizmalar.
Tek hücreli organizmalarda, genlerin farklı aktivitesinin uyarlanabilir bir değeri vardır, çok hücreli organizmalarda ise aynı genom temelinde farklı doku türleri oluşturulduğunda embriyogenez ve ontogenez süreçlerini belirler.
Gen ifadesi birkaç düzeyde kontrol edilir. En önemli adım, transkripsiyonun düzenlenmesidir. Bu mekanizmanın biyolojik anlamı, belirli bir varoluş anında bir hücre veya organizmanın ihtiyaç duyduğu çeşitli proteinlerin gerekli miktarını korumaktır.
RNA'nın çekirdekten sitoplazmaya işlenmesi, çevrilmesi ve taşınması gibi diğer seviyelerde biyosentezin ayarlanması vardır (ikincisi prokaryotlarda yoktur). Pozitif olarak düzenlendiğinde, bu sistemler, transkripsiyonun biyolojik anlamı olan aktive edilmiş gene dayalı bir proteinin üretiminden sorumludur. Ancak, herhangi bir aşamada zincir askıya alınabilir. Ökaryotlardaki bazı düzenleyici özellikler (alternatif promotörler, ekleme, poliadenelasyon bölgelerinin modifikasyonu), aynı DNA dizisine dayalı farklı protein molekülleri varyantlarının ortaya çıkmasına neden olur.
RNA oluşumu, protein biyosentezine giden yolda genetik bilginin kodunun çözülmesinde ilk adım olduğundan, transkripsiyon sürecinin hücre fenotipini değiştirmedeki biyolojik rolü, işleme veya çevirinin düzenlenmesinden çok daha önemlidir..
Belirli genlerin aktivitesinin aşağıdaki gibi belirlenmesihem prokaryotlarda hem de ökaryotlarda, DNA'nın düzenleyici bölgelerini ve transkripsiyon faktörlerini (TF'ler) içeren spesifik anahtarların yardımıyla başlatma aşamasında gerçekleşir. Bu tür anahtarların çalışması özerk değildir, ancak diğer hücresel sistemlerin sıkı denetimi altındadır. Ayrıca başlama, uzama ve sonlandırmanın normal geçişini sağlayan RNA sentezinin spesifik olmayan düzenleme mekanizmaları da vardır.
Transkripsiyon faktörleri kavramı
Genomun düzenleyici unsurlarının aksine, transkripsiyon faktörleri kimyasal olarak proteinlerdir. DNA'nın belirli bölgelerine bağlanarak transkripsiyon sürecini aktive edebilir, inhibe edebilir, hızlandırabilir veya yavaşlatabilirler.
Üretilen etkiye bağlı olarak, prokaryotların ve ökaryotların transkripsiyon faktörleri iki gruba ayrılabilir: aktivatörler (RNA sentezini başlatır veya yoğunluğunu arttırır) ve baskılayıcılar (süreci bastırır veya inhibe eder). Şu anda, çeşitli organizmalarda 2000'den fazla TF bulunmuştur.
Prokaryotlarda transkripsiyonel düzenleme
Prokaryotlarda, RNA sentezinin kontrolü, TF'nin transkriptonun belirli bir bölgesiyle - promotörün yanında bulunan (bazen onunla kesişen) bir operatörle etkileşimi nedeniyle esas olarak başlatma aşamasında gerçekleşir ve, aslında düzenleyici proteinin (aktivatör veya baskılayıcı) iniş yeridir. Bakteriler, genlerin diferansiyel kontrolünün başka bir yolu ile karakterize edilir - farklı promotör grupları için amaçlanan alternatif σ- alt birimlerinin sentezi.
Kısmen operon ifadesiuzama ve sonlandırma aşamalarında düzenlenebilir, ancak DNA'ya bağlanan TF'ler nedeniyle değil, RNA polimeraz ile etkileşime giren proteinler nedeniyle. Bunlara Gre proteinleri ve anti-terminatör faktörler Nus ve RfaH dahildir.
Prokaryotlarda transkripsiyonun uzaması ve sonlandırılması, paralel protein sentezi tarafından belirli bir şekilde etkilenir. Ökaryotlarda hem bu süreçlerin kendisi hem de transkripsiyon ve translasyon faktörleri uzamsal olarak ayrılmıştır, bu da işlevsel olarak ilişkili olmadıkları anlamına gelir.
Aktivatörler ve baskılayıcılar
Prokaryotların başlangıç aşamasında iki transkripsiyon düzenleme mekanizması vardır:
- pozitif - aktivatör proteinler tarafından gerçekleştirilir;
- negatif - baskılayıcılar tarafından kontrol edilir.
Faktör pozitif olarak düzenlendiğinde faktörün operatöre bağlanması geni aktive eder, negatif olduğunda ise tam tersine kapatır. Düzenleyici bir proteinin DNA'ya bağlanma yeteneği, bir ligandın bağlanmasına bağlıdır. İkincisinin rolü genellikle düşük moleküler ağırlıklı hücresel metabolitler tarafından oynanır, bu durumda bu durumda koaktivatör ve koruyucu olarak hareket eder.
Baskılayıcının etki mekanizması, hızlandırıcı ve operatör bölgelerinin örtüşmesine dayanır. Bu yapıya sahip operonlarda, bir protein faktörünün DNA'ya bağlanması, RNA polimeraz için iniş bölgesinin bir kısmını kapatarak ikincisinin transkripsiyonu başlatmasını önler.
Aktivatörler, RNA polimerazları tarafından yeterince tanınmayan veya eritilmesi zor olan zayıf, düşük işlevselliğe sahip promotörler üzerinde çalışır (ayrı sarmal iplikler). Transkripsiyonu başlatmak için gerekli DNA). Operatöre katılarak, protein faktörü polimeraz ile etkileşime girerek başlama olasılığını önemli ölçüde artırır. Aktivatörler, transkripsiyon yoğunluğunu 1000 kat artırabilir.
Bazı prokaryotik TF'ler, operatörün promotöre göre konumuna bağlı olarak hem etkinleştirici hem de baskılayıcı olarak hareket edebilir: bu bölgeler çakışırsa, faktör transkripsiyonu engeller, aksi takdirde tetikler.
| Faktöre göre ligand işlevi | Ligand durumu | Olumsuz düzenleme | Olumlu Düzenleme |
| DNA'dan ayrılmayı sağlar | Katılma | Baskılayıcı proteinin çıkarılması, genin aktivasyonu | Aktivatör proteinin çıkarılması, gen kapanması |
| DNA'ya faktör ekler | Sil | Baskılayıcı kaldırma, transkripsiyon ekleme | Etkinleştiriciyi kaldırın, transkripsiyonu kapatın |
Negatif düzenleme, operatörün promotör sekansı içindeki konumu ile karakterize edilen E. coli bakterisinin triptofan operonu örneğinde düşünülebilir. Baskılayıcı protein, çift sarmalın ana oluğuna girebilmesi için DNA bağlama alanının açısını değiştiren iki triptofan molekülünün bağlanmasıyla aktive edilir. Düşük bir triptofan konsantrasyonunda, baskılayıcı ligandını kaybeder ve tekrar inaktif hale gelir. Başka bir deyişle, transkripsiyon başlatma sıklığımetabolit miktarı ile ters orantılıdır.
Bazı bakteriyel operonlar (örneğin, laktoz) pozitif ve negatif düzenleyici mekanizmaları birleştirir. Böyle bir sistem, ifadenin rasyonel kontrolü için bir sinyal yeterli olmadığında gereklidir. Böylece, laktoz operonu, hücreye taşınan ve daha sonra glikozdan daha az karlı olan alternatif bir enerji kaynağı olan laktozu parçalayan enzimleri kodlar. Bu nedenle, yalnızca ikincisinin düşük bir konsantrasyonunda, CAP proteini DNA'ya bağlanır ve transkripsiyona başlar. Bununla birlikte, bu sadece, yokluğu, aktivatör proteinin fonksiyonel bir formunun varlığında bile polimerazın promotöre erişimini engelleyen Lac represörünün aktivasyonuna yol açan laktoz varlığında tavsiye edilir.
Bakterilerdeki operon yapısı nedeniyle, birkaç gen bir düzenleyici bölge ve 1-2 TF tarafından kontrol edilirken, ökaryotlarda tek bir gen, her biri diğer birçok kişiye bağlı olan çok sayıda düzenleyici elemente sahiptir. faktörler. Bu karmaşıklık, ökaryotların ve özellikle çok hücreli organizmaların yüksek düzeyde örgütlenmesine karşılık gelir.
Ökaryotlarda mRNA sentezinin düzenlenmesi
Ökaryotik gen ekspresyonunun kontrolü, iki elementin birleşik hareketi ile belirlenir: protein transkripsiyon gerçekleri (TF) ve promotörün yanında, ondan çok daha yüksekte, intronlarda veya promotordan sonra yer alabilen düzenleyici DNA dizileri. gen (tam anlamıyla bir gen değil, kodlama bölgesi anlamına gelir).
Bazı alanlar anahtar görevi görür, diğerleri etkileşime girmezdoğrudan TF ile değil, DNA molekülüne, transkripsiyonel aktivasyon sürecine eşlik eden ilmek benzeri bir yapının oluşumu için gerekli esnekliği verir. Bu tür bölgelere aralayıcılar denir. Promotörle birlikte tüm düzenleyici diziler, gen kontrol bölgesini oluşturur.
Transkripsiyon faktörlerinin etkisinin, genetik ekspresyonun karmaşık, çok seviyeli düzenlemesinin yalnızca bir parçası olduğunu belirtmekte fayda var; burada, RNA'nın başarılı olup olmayacağını belirleyen çok sayıda öğenin ortaya çıkan vektöre eklendiği. sonunda genomun belirli bir bölgesinden sentezlenebilir.
Nükleer hücrede transkripsiyonun kontrolünde ek bir faktör, kromatin yapısındaki bir değişikliktir. Burada hem toplam düzenleme (heterokromatin ve ökromatin bölgelerinin dağılımı ile sağlanır) hem de belirli bir gen ile ilişkili yerel düzenleme mevcuttur. Polimerazın çalışması için, nükleozom dahil tüm DNA sıkıştırma seviyeleri ortadan kaldırılmalıdır.
Ökaryotlardaki transkripsiyon faktörlerinin çeşitliliği, amplifikatörler, susturucular (arttırıcılar ve susturucular) ile adaptör elemanları ve yalıtkanları içeren çok sayıda düzenleyici ile ilişkilidir. Bu siteler, genin hem yakınında hem de oldukça uzak bir yerde bulunabilir (50 bin bp'ye kadar).
Geliştiriciler, susturucular ve adaptör elemanları
Güçlendiriciler, düzenleyici bir protein ile etkileşime girdiğinde transkripsiyonu tetikleyebilen kısa sıralı DNA'dır. Amplifikatörün genin promotör bölgesine yaklaştırılmasıDNA'nın ilmek benzeri bir yapısının oluşması nedeniyle gerçekleştirilir. Bir aktivatörün bir güçlendiriciye bağlanması, ya başlatma kompleksinin toplanmasını uyarır ya da polimerazın uzamaya devam etmesine yardımcı olur.
Geliştirici karmaşık bir yapıya sahiptir ve her biri kendi düzenleyici proteinine sahip birkaç modül bölgesinden oluşur.
Susturucular, transkripsiyon olasılığını baskılayan veya tamamen ortadan kaldıran DNA bölgeleridir. Böyle bir anahtarın çalışma mekanizması hala bilinmemektedir. Öngörülen yöntemlerden biri, başlatma faktörlerine erişimi engelleyen SIR grubunun özel proteinleri tarafından geniş DNA bölgelerinin işgal edilmesidir. Bu durumda susturucudan birkaç bin baz çifti içinde bulunan tüm genler kapatılır.
Adaptör elemanları, kendilerine bağlanan TF'lerle kombinasyon halinde, steroid hormonlarına, siklik AMP'ye ve glukokortikoidlere seçici olarak yanıt veren ayrı bir genetik anahtar sınıfını oluşturur. Bu düzenleyici blok, hücrenin ısı şokuna, metallere ve belirli kimyasal bileşiklere maruz kalmasına tepkisinden sorumludur.
DNA kontrol bölgeleri arasında başka bir element türü ayırt edilir - yalıtkanlar. Bunlar, transkripsiyon faktörlerinin uzak genleri etkilemesini önleyen spesifik dizilerdir. İzolatörlerin etki mekanizması henüz aydınlatılamamıştır.
Ökaryotik transkripsiyon faktörleri
Bakterilerdeki transkripsiyon faktörlerinin yalnızca düzenleyici bir işlevi varsa, o zaman nükleer hücrelerde arka plan başlatma sağlayan, ancak aynı zamanda doğrudan bağlanmaya bağlı olan bir dizi TF vardır. DNA düzenleyici proteinler. Ökaryotlarda ikincisinin sayısı ve çeşitliliği çok büyüktür. Böylece insan vücudunda protein transkripsiyon faktörlerini kodlayan dizilerin oranı genomun yaklaşık %10'u kadardır.
Bugüne kadar ökaryotik TF'ler ve yapısı bakterilerdeki pozitif ve negatif düzenleme modellerinden çok daha karmaşık olan genetik anahtarların çalışma mekanizmaları iyi anlaşılmamıştır. İkincisinden farklı olarak, nükleer hücre transkripsiyon faktörlerinin aktivitesi bir veya ikiden değil, birbirini karşılıklı olarak güçlendirebilen, zayıflatabilen veya dışlayabilen düzinelerce hatta yüzlerce sinyalden etkilenir.
Bir yandan, belirli bir genin aktivasyonu, bir dizi transkripsiyon faktörü gerektirir, ancak diğer yandan, kademeli mekanizma ile birkaç genin ekspresyonunu tetiklemek için bir düzenleyici protein yeterli olabilir. Tüm bu sistem, farklı kaynaklardan (hem harici hem de dahili) gelen sinyalleri işleyen ve bunların etkilerini bir artı veya eksi işaretiyle nihai sonuca ekleyen karmaşık bir bilgisayardır.
Ökaryotlarda (aktivatörler ve baskılayıcılar) düzenleyici transkripsiyon faktörleri, bakterilerde olduğu gibi operatör ile etkileşime girmez, ancak DNA üzerine dağılmış kontrol bölgeleri ile etkileşime girer ve aracı proteinler, başlatma kompleksinin faktörleri olabilen aracılar aracılığıyla başlatmayı etkiler. ve kromatinin yapısını değiştiren enzimler.
Ön başlatma kompleksine dahil edilen bazı TF'ler dışında, tüm transkripsiyon faktörlerinin ayırt edici bir DNA bağlama alanı vardır.bunlar, transkripsiyonun normal geçişini sağlayan veya düzenlenmesinde aracı görevi gören çok sayıda başka proteinden gelir.
Son çalışmalar, ökaryotik TF'lerin sadece transkripsiyonun başlamasını değil, aynı zamanda uzamasını da etkileyebileceğini göstermiştir.
Çeşitlilik ve sınıflandırma
Ökaryotlarda 2 grup protein transkripsiyon faktörü vardır: bazal (genel veya ana olarak adlandırılır) ve düzenleyici. İlki, destekçilerin tanınmasından ve başlangıç öncesi kompleksin oluşturulmasından sorumludur. Transkripsiyona başlamak için gerekli. Bu grup, hücrede her zaman bulunan ve genlerin diferansiyel ekspresyonunu etkilemeyen birkaç düzine protein içerir.
Bazal transkripsiyon faktörlerinin kompleksi, işlev olarak bakterilerdeki sigma alt birimine benzer bir araçtır, yalnızca daha karmaşıktır ve tüm promotör türleri için uygundur.
Başka tipteki faktörler, düzenleyici DNA dizileriyle etkileşim yoluyla transkripsiyonu etkiler. Bu enzimler gene özgü olduğundan, çok sayıda vardır. Belirli genlerin bölgelerine bağlanarak belirli proteinlerin salgılanmasını kontrol ederler.
Ökaryotlarda transkripsiyon faktörlerinin sınıflandırılması üç prensibe dayanmaktadır:
- eylem mekanizması;
- işleyen koşullar;
- DNA bağlama alanının yapısı.
İlk özelliğe göre, 2 faktör sınıfı vardır: bazal (promotör ile etkileşime girer) ve yukarı akış bölgelerine bağlanma (genin üst akışında bulunan düzenleyici bölgeler). Bu türsınıflandırma esasen TF'nin genel ve özel olarak işlevsel bölünmesine karşılık gelir. Yukarı akış faktörleri, ek aktivasyon ihtiyacına bağlı olarak 2 gruba ayrılır.
İşlevsellik özelliklerine göre, kurucu TF'ler ayırt edilir (herhangi bir hücrede her zaman bulunur) ve indüklenebilirdir (tüm hücre tiplerinin özelliği değildir ve belirli aktivasyon mekanizmaları gerektirebilir). İkinci grubun faktörleri, sırayla, hücreye özgü (ontojeniye katılır, katı ekspresyon kontrolü ile karakterize edilir, ancak aktivasyon gerektirmez) ve sinyale bağlı olarak ayrılır. İkincisi, etkinleştirici sinyalin türü ve eylem moduna göre ayırt edilir.
Protein transkripsiyon faktörlerinin yapısal sınıflandırması çok kapsamlıdır ve birçok sınıf ve aileyi içeren 6 üst sınıf içerir.
Çalışma prensibi
Bazal faktörlerin işleyişi, bir başlatma kompleksinin oluşumu ve transkripsiyonun aktivasyonu ile çeşitli alt birimlerin kademeli bir birleşimidir. Aslında bu süreç, aktivatör proteinin eylemindeki son adımdır.
Belirli faktörler, transkripsiyonu iki adımda düzenleyebilir:
- başlatma kompleksinin montajı;
- üretken uzamaya geçiş.
İlk durumda, belirli TF'lerin çalışması, kromatinin birincil yeniden düzenlenmesinin yanı sıra aracının alınması, yönlendirilmesi ve modifikasyonu, promotör üzerindeki polimeraz ve bazal faktörlerin aktivasyonuna yol açar. transkripsiyon. Sinyal iletiminin ana unsuru aracıdır - içinde hareket eden 24 alt birimden oluşan bir kompleksdüzenleyici protein ve RNA polimeraz arasında bir aracı olarak. Etkileşim dizisi, her gen ve ona karşılık gelen faktör için ayrıdır.
Uzama regülasyonu, faktörün P-Tef-b proteini ile etkileşimi nedeniyle gerçekleştirilir, bu da RNA polimerazın promotörle ilişkili duraklamayı aşmasına yardımcı olur.
TF
'nin fonksiyonel yapıları
Transkripsiyon faktörleri modüler bir yapıya sahiptir ve çalışmalarını üç işlevsel alan üzerinden gerçekleştirir:
- DNA-bağlayıcı (DBD) - genin düzenleyici bölgesi ile tanınma ve etkileşim için gereklidir.
- Trans-aktive edici (TAD) – transkripsiyon faktörleri dahil olmak üzere diğer düzenleyici proteinlerle etkileşime izin verir.
- Sinyal Tanıma (SSD) - düzenleyici sinyallerin algılanması ve iletimi için gereklidir.
Sırasıyla, DNA bağlama alanının birçok türü vardır. Yapısındaki ana motifler şunları içerir:
- "çinko parmaklar";
- homeodomain;
- "β"-katmanları;
- döngüler;
- "lösin yıldırımı";
- spiral-döngü-spiral;
- spiral-dönüş-spiral.
Bu alan sayesinde, transkripsiyon faktörü DNA nükleotid dizisini çift sarmalın yüzeyinde bir model şeklinde "okur". Bu nedenle, belirli düzenleyici unsurların özel olarak tanınması mümkündür.
Motiflerin DNA sarmalı ile etkileşimi, bunların yüzeyleri arasındaki tam yazışmaya dayanmaktadır.moleküller.
TF
düzenlenmesi ve sentezi
Transkripsiyon faktörlerinin transkripsiyon üzerindeki etkisini düzenlemenin birkaç yolu vardır. Bunlar şunları içerir:
- aktivasyon - fosforilasyon, ligand bağlanması veya diğer düzenleyici proteinlerle (TF dahil) etkileşim nedeniyle DNA ile ilişkili faktörün işlevselliğinde bir değişiklik;
- translokasyon - bir faktörün sitoplazmadan çekirdeğe taşınması;
- Bağlanma bölgesinin mevcudiyeti - kromatin yoğunlaşmasının derecesine bağlıdır (heterokromatin durumunda, DNA TF için mevcut değildir);
- diğer proteinlerin de özelliği olan bir mekanizmalar kompleksi (transkripsiyondan translasyon sonrası modifikasyona ve hücre içi lokalizasyona kadar tüm süreçlerin düzenlenmesi).
Son yöntem, her hücredeki transkripsiyon faktörlerinin nicel ve nitel bileşimini belirler. Bazı TF'ler, kendi ürünü reaksiyonun bir inhibitörü olduğunda, sentezlerini klasik geri besleme tipine göre düzenleyebilir. Bu durumda, faktörün belirli bir konsantrasyonu onu kodlayan genin transkripsiyonunu durdurur.
Genel transkripsiyon faktörleri
Bu faktörler, herhangi bir genin transkripsiyonunu başlatmak için gereklidir ve etkileşime girdikleri RNA polimerazın tipine bağlı olarak terminolojide TFl, TFll ve TFlll olarak adlandırılır. Her faktör birkaç alt birimden oluşur.
Bazal TF'ler üç ana işlevi yerine getirir:
- Promotörde RNA polimerazın doğru konumu;
- transkripsiyonun başladığı bölgede DNA zincirlerinin çözülmesi;
- polimerazın serbest bırakılmasıuzamaya geçiş anında destekleyici;
Bazal transkripsiyon faktörlerinin belirli alt birimleri, destekleyici düzenleyici unsurlara bağlanır. En önemlisi, başlama noktasından "-35" nükleotid mesafesinde bulunan TATA kutusudur (tüm genlerin özelliği değildir). Diğer bağlanma bölgeleri, INR, BRE ve DPE dizilerini içerir. Bazı TF'ler doğrudan DNA ile bağlantı kurmaz.
RNA polimeraz II'nin ana transkripsiyon faktörleri grubu, TFllD, TFllB, TFllF, TFllE ve TFllH'yi içerir. Tanımlamanın sonundaki Latin harfi, bu proteinlerin tespit sırasını gösterir. Böylece, Ill RNA polimeraza ait olan faktör TFlllA, ilk izole edilen faktör oldu.
| Ad | Protein alt birimlerinin sayısı | İşlev |
| TFllD | 16 (TBP +15 TSK) | TBP, TATA kutusuna bağlanır ve TAF'lar diğer promotör dizilerini tanır |
| TFllB | 1 | BRE elementini tanır, polimerazı başlatma bölgesinde doğru bir şekilde yönlendirir |
| TFllF | 3 | TBP ve TFllB ile polimeraz etkileşimini stabilize eder, TFllE ve TFllH |
| TFllE | 2 | TFllH |
| TFllH | 10 | Başlangıç noktasında DNA zincirlerini ayırır, RNA sentezleyen enzimi promotörden ve ana transkripsiyon faktörlerinden (biyokimya) kurtarır.işlem, RNA polimerazın Cer5-C-terminal alanının fosforilasyonuna dayanır) |
Bazal TF'nin montajı yalnızca bir aktivatör, bir aracı ve kromatin değiştirici proteinlerin yardımıyla gerçekleşir.
Özel TF
Genetik ifadenin kontrolü yoluyla, bu transkripsiyon faktörleri, embriyogenezden ince fenotipik adaptasyona ve değişen çevresel koşullara kadar hem bireysel hücrelerin hem de tüm organizmanın biyosentetik süreçlerini düzenler. TF'nin etki alanı 3 ana blok içerir:
- gelişim (embriyo- ve ontogeny);
- hücre döngüsü;
- harici sinyallere yanıt.
Özel bir transkripsiyon faktörleri grubu, embriyonun morfolojik farklılaşmasını düzenler. Bu protein seti, homeobox adı verilen 180 bp'lik özel bir konsensüs dizisi tarafından kodlanmıştır.
Hangi genin kopyalanması gerektiğini belirlemek için, düzenleyici protein, genetik anahtar (arttırıcı, susturucu vb.) olarak işlev gören belirli bir DNA bölgesini "bulmalı" ve ona bağlanmalıdır. Bu tür her bir dizi, sarmalın belirli bir dış bölümünün kimyasal konformasyonlarının ve DNA bağlama alanının (anahtar kilidi ilkesi) çakışmasından dolayı istenen bölgeyi tanıyan bir veya daha fazla ilgili transkripsiyon faktörüne karşılık gelir. Tanıma için, DNA'nın birincil yapısının ana oluk adı verilen bir bölgesi kullanılır.
DNA eylemine bağlandıktan sonraaktivatör proteini, ön başlatıcı kompleksin bir araya gelmesine yol açan bir dizi ardışık adımı tetikler. Bu sürecin genelleştirilmiş şeması aşağıdaki gibidir:
- Promotör bölgesinde kromatine aktivatör bağlanması, ATP'ye bağlı yeniden düzenleme komplekslerinin alınması.
- Kromatinin yeniden düzenlenmesi, histon değiştirici proteinlerin aktivasyonu.
- Histonların kovalent modifikasyonu, diğer aktivatör proteinlerin çekiciliği.
- Ek aktive edici proteinlerin genin düzenleyici bölgesine bağlanması.
- Bir arabulucu ve genel TF'nin katılımı.
- Promotörde ön başlatma kompleksinin montajı.
- Diğer aktivatör proteinlerin etkisi, ön başlatma kompleksinin alt birimlerinin yeniden düzenlenmesi.
- Transkripsiyona başlayın.
Bu olayların sırası genden gene değişebilir.
Bu kadar çok sayıda aktivasyon mekanizmasına eşit derecede geniş bir baskı yöntemi yelpazesi karşılık gelir. Yani düzenleyici protein, başlama yolundaki aşamalardan birini engelleyerek etkinliğini az altabilir veya tamamen bloke edebilir. Çoğu zaman, baskılayıcı aynı anda birkaç mekanizmayı harekete geçirerek, transkripsiyonun yokluğunu garanti eder.
Genlerin koordineli kontrolü
Her transkriptonun kendi düzenleyici sistemine sahip olmasına rağmen, ökaryotların bakteriler gibi belirli bir görevi gerçekleştirmeyi amaçlayan gen gruplarını başlatmasına veya durdurmasına izin veren bir mekanizması vardır. Bu, kombinasyonları tamamlayan bir transkripsiyon belirleyici faktör ile elde edilir.genin maksimum aktivasyonu veya baskılanması için gerekli diğer düzenleyici unsurlar.
Böyle bir düzenlemeye tabi olan transkriptonlarda, farklı bileşenlerin etkileşimi, sonuçta ortaya çıkan vektör olarak işlev gören aynı proteine yol açar. Bu nedenle, böyle bir faktörün aktivasyonu, aynı anda birkaç geni etkiler. Sistem kaskad prensibine göre çalışır.
Koordineli kontrol şeması, öncüleri miyoblast olan iskelet kası hücrelerinin ontogenetik farklılaşması örneği üzerinde düşünülebilir.
Olgun bir kas hücresinin özelliği olan proteinlerin sentezini kodlayan genlerin transkripsiyonu, dört miyojenik faktörden herhangi biri tarafından tetiklenir: MyoD, Myf5, MyoG ve Mrf4. Bu proteinler kendilerinin ve birbirlerinin sentezini aktive eder ve ayrıca ek transkripsiyon faktörü Mef2 için genleri ve yapısal kas proteinlerini içerir. Mef2, pozitif bir geri besleme mekanizması ile miyojenik proteinlerin konsantrasyonunu aynı anda korurken, miyoblastların daha fazla farklılaşmasının düzenlenmesinde rol oynar.
