Në të gjithë organizmat (me përjashtim të disa viruseve), zbatimi i materialit gjenetik ndodh sipas sistemit ADN-ARN-proteina. Në fazën e parë, informacioni rishkruhet (transkriptohet) nga një acid nukleik në tjetrin. Proteinat që rregullojnë këtë proces quhen faktorë transkriptimi.
Çfarë është transkriptimi
Transkriptimi është biosinteza e një molekule ARN bazuar në një shabllon të ADN-së. Kjo është e mundur për shkak të komplementaritetit të disa bazave azotike që përbëjnë acidet nukleike. Sinteza kryhet nga enzima të specializuara - ARN polimeraza dhe kontrollohet nga shumë proteina rregullatore.
I gjithë gjenomi nuk transkriptohet menjëherë, por vetëm një pjesë e caktuar e tij, e quajtur transkripton. Ky i fundit përfshin një promotor (vendin e lidhjes së ARN polimerazës) dhe një terminator (një sekuencë që aktivizon përfundimin e sintezës).
Transkriptoni prokariotik është një operon i përbërë nga disa gjene strukturore (cistrone). Bazuar në të, sintetizohet ARN policistronike,që përmban informacion në lidhje me sekuencën e aminoacideve të një grupi proteinash të lidhura funksionalisht. Transkriptoni eukariotik përmban vetëm një gjen.
Roli biologjik i procesit të transkriptimit është formimi i sekuencave të ARN-së shabllone, në bazë të të cilave kryhet sinteza (përkthimi) e proteinave në ribozome.
Sinteza e ARN-së në prokariotët dhe eukariotët
Skema e sintezës së ARN-së është e njëjtë për të gjithë organizmat dhe përfshin 3 faza:
- Fillimi - ngjitja e polimerazës me promotorin, aktivizimi i procesit.
- Zgjatja - zgjatja e vargut nukleotid në drejtimin nga 3' në 5' përfundon me mbylljen e lidhjeve fosfodiesterike ndërmjet bazave azotike, të cilat zgjidhen plotësuese me monomerët e ADN-së.
- Përfundimi është përfundimi i procesit të sintezës.
Tek prokariotët, të gjitha llojet e ARN-së transkriptohen nga një ARN polimerazë, e përbërë nga pesë protomerë (β, β', ω dhe dy nënnjësi α), të cilat së bashku formojnë një enzimë bërthamë të aftë për të rritur zinxhirin e ribonukleotideve.. Ekziston edhe një njësi shtesë σ, pa të cilën është e pamundur ngjitja e polimerazës me promotorin. Kompleksi i bërthamës dhe faktorit sigma quhet holoenzim.
Përkundër faktit se nënnjësia σ nuk shoqërohet gjithmonë me bërthamën, ajo konsiderohet pjesë e ARN polimerazës. Në gjendjen e disociuar, sigma nuk është në gjendje të lidhet me promotorin, vetëm si pjesë e holoenzimës. Pas përfundimit të fillimit, ky protomer ndahet nga bërthama, duke u zëvendësuar nga një faktor zgjatimi.
Veçoriprokariotët është një kombinim i proceseve të përkthimit dhe transkriptimit. Ribozomet bashkohen menjëherë me ARN-në që fillon të sintetizohet dhe ndërtojnë një zinxhir aminoacidesh. Transkriptimi ndalon për shkak të formimit të një strukture flokësh në rajonin e terminatorit. Në këtë fazë, kompleksi ADN-polimerazë-ARN shpërbëhet.
Në qelizat eukariote, transkriptimi kryhet nga tre enzima:
- ARN polimeraza l – sintetizon ARN 28S dhe 18S-ribozomale.
- ARN polimeraza ll – transkripton gjenet që kodojnë proteinat dhe ARN të vogla bërthamore.
- ARN polimeraza lll - përgjegjëse për sintezën e tARN dhe 5S rRNA (nënnjësi e vogël e ribozomeve).
Asnjë nga këto enzima nuk është në gjendje të fillojë transkriptimin pa pjesëmarrjen e proteinave specifike që ofrojnë ndërveprim me promotorin. Thelbi i procesit është i njëjtë si në prokariotët, por secila fazë është shumë më e ndërlikuar me pjesëmarrjen e një numri më të madh elementësh funksionalë dhe rregullatorë, përfshirë ato modifikues të kromatinës. Vetëm në fazën e fillimit, përfshihen rreth njëqind proteina, duke përfshirë një numër faktorësh transkriptimi, ndërsa te bakteret, mjafton një nënnjësi sigma për t'u lidhur me promotorin dhe ndonjëherë nevojitet ndihma e një aktivizuesi.
Kontributi më i rëndësishëm i rolit biologjik të transkriptimit në biosintezën e llojeve të ndryshme të proteinave përcakton nevojën për një sistem të rreptë për kontrollin e leximit të gjeneve.
Rregullorja e transkriptimit
Në asnjë qelizë materiali gjenetik nuk realizohet plotësisht: vetëm një pjesë e gjeneve transkriptohet, ndërsa pjesa tjetër janë joaktive. Kjo është e mundur falë kompleksitmekanizmat rregullues që përcaktojnë se nga cilat segmente të ADN-së dhe në çfarë sasie do të sintetizohen sekuencat e ARN-së.
Tek organizmat njëqelizorë aktiviteti diferencial i gjeneve ka vlerë adaptive, ndërsa te organizmat shumëqelizorë përcakton edhe proceset e embriogjenezës dhe ontogjenezës, kur lloje të ndryshme indesh formohen në bazë të një gjenomi.
Shprehja e gjenit kontrollohet në disa nivele. Hapi më i rëndësishëm është rregullimi i transkriptimit. Kuptimi biologjik i këtij mekanizmi është ruajtja e sasisë së nevojshme të proteinave të ndryshme të kërkuara nga një qelizë ose organizëm në një moment të caktuar të ekzistencës.
Ka një rregullim të biosintezës në nivele të tjera, si përpunimi, përkthimi dhe transporti i ARN-së nga bërthama në citoplazmë (kjo e fundit mungon në prokariote). Kur rregullohen pozitivisht, këto sisteme janë përgjegjëse për prodhimin e një proteine të bazuar në gjenin e aktivizuar, që është kuptimi biologjik i transkriptimit. Sidoqoftë, në çdo fazë zinxhiri mund të pezullohet. Disa veçori rregullatore te eukariotët (promotorët alternativë, bashkimi, modifikimi i vendeve të poliadenelimit) çojnë në shfaqjen e varianteve të ndryshme të molekulave të proteinave bazuar në të njëjtën sekuencë të ADN-së.
Meqenëse formimi i ARN-së është hapi i parë në dekodimin e informacionit gjenetik në rrugën drejt biosintezës së proteinave, roli biologjik i procesit të transkriptimit në modifikimin e fenotipit qelizor është shumë më domethënës sesa rregullimi i përpunimit ose përkthimit..
Përcaktimi i aktivitetit të gjeneve specifike si nësi në prokariotët ashtu edhe në eukariotët, ajo ndodh në fazën e inicimit me ndihmën e ndërprerësve specifikë, të cilët përfshijnë rajone rregullatore të ADN-së dhe faktorët e transkriptimit (TF). Funksionimi i çelsave të tillë nuk është autonom, por është nën kontrollin e rreptë të sistemeve të tjera celulare. Ekzistojnë gjithashtu mekanizma të rregullimit jospecifik të sintezës së ARN-së, të cilët sigurojnë kalimin normal të fillimit, zgjatjes dhe përfundimit.
Koncepti i faktorëve të transkriptimit
Ndryshe nga elementët rregullues të gjenomit, faktorët e transkriptimit janë kimikisht proteina. Duke u lidhur me rajone specifike të ADN-së, ato mund të aktivizojnë, pengojnë, përshpejtojnë ose ngadalësojnë procesin e transkriptimit.
Në varësi të efektit të prodhuar, faktorët e transkriptimit të prokariotëve dhe eukariotëve mund të ndahen në dy grupe: aktivizues (fillojnë ose rrisin intensitetin e sintezës së ARN) dhe shtypës (shtypin ose pengojnë procesin). Aktualisht, më shumë se 2000 TF janë gjetur në organizma të ndryshëm.
Rregullimi transkriptues në prokariotët
Tek prokariotët, kontrolli i sintezës së ARN-së ndodh kryesisht në fazën e fillimit për shkak të ndërveprimit të TF me një rajon specifik të transkriptonit - një operator që ndodhet pranë promotorit (nganjëherë duke u kryqëzuar me të) dhe, në fakt, është një vend ulje për proteinën rregullatore (aktivizues ose represor). Bakteret karakterizohen nga një mënyrë tjetër e kontrollit diferencial të gjeneve - sinteza e nën-njësive alternative të destinuara për grupe të ndryshme promotorësh.
Shprehje pjesërisht e operonitmund të rregullohet në fazat e zgjatjes dhe përfundimit, por jo për shkak të TF-ve që lidhen me ADN-në, por për shkak të proteinave që ndërveprojnë me ARN polimerazën. Këto përfshijnë proteinat Gre dhe faktorët anti-terminues Nus dhe RfaH.
Zgjatja dhe përfundimi i transkriptimit në prokariote ndikohet në një mënyrë të caktuar nga sinteza paralele e proteinave. Te eukariotët, të dy vetë këto procese dhe faktorët e transkriptimit dhe të përkthimit janë të ndara në hapësirë, që do të thotë se ato nuk janë të lidhura funksionalisht.
Aktivizues dhe shtypës
Prokariotët kanë dy mekanizma të rregullimit të transkriptimit në fazën e fillimit:
- pozitiv - kryhet nga proteinat aktivizuese;
- negativ - i kontrolluar nga represorët.
Kur faktori rregullohet pozitivisht, lidhja e faktorit me operatorin e aktivizon gjenin dhe kur është negativ, përkundrazi, e fiket. Aftësia e një proteine rregullatore për t'u lidhur me ADN-në varet nga lidhja e një ligandi. Rolin e kësaj të fundit e luajnë zakonisht metabolitët qelizorë me peshë molekulare të ulët, të cilët në këtë rast veprojnë si koaktivizues dhe shtypës.
Mekanizmi i veprimit të represorit bazohet në mbivendosjen e rajoneve të promotorit dhe operatorit. Në operonët me këtë strukturë, ngjitja e një faktori proteinik me ADN-në mbyll një pjesë të vendit të uljes për ARN polimerazën, duke e penguar këtë të fundit të fillojë transkriptimin.
Aktivizuesit punojnë në promovues të dobët dhe me funksionalitet të ulët, të cilët njihen dobët nga polimerazat e ARN-së ose janë të vështira për t'u shkrirë (fije spirale të ndaraADN e nevojshme për të filluar transkriptimin). Duke u bashkuar me operatorin, faktori proteinik ndërvepron me polimerazën, duke rritur ndjeshëm probabilitetin e fillimit. Aktivizuesit janë në gjendje të rrisin intensitetin e transkriptimit me 1000 herë.
Disa TF prokariote mund të veprojnë edhe si aktivizues edhe si shtypës në varësi të vendndodhjes së operatorit në lidhje me promotorin: nëse këto rajone mbivendosen, faktori pengon transkriptimin, përndryshe ai shkakton.
| Funksioni ligand në lidhje me faktorin | Shteti Ligand | Rregullorja negative | Rregullorja pozitive |
| Siguron ndarje nga ADN | Joing | Heqja e proteinës represore, aktivizimi i gjenit | Heqja e proteinës së aktivizuesit, mbyllja e gjeneve |
| Shton faktor në ADN | Fshi | Heqja e represorit, përfshirja e transkriptimit | Hiq aktivizuesin, çaktivizo transkriptimin |
Rregullimi negativ mund të konsiderohet në shembullin e operonit të triptofanit të bakterit E. coli, i cili karakterizohet nga vendndodhja e operatorit brenda sekuencës së promotorit. Proteina represore aktivizohet nga bashkimi i dy molekulave të triptofanit, të cilat ndryshojnë këndin e domenit të lidhjes së ADN-së në mënyrë që të mund të hyjë në brazdë kryesore të spirales së dyfishtë. Në një përqendrim të ulët të triptofanit, represori humbet ligandin e tij dhe bëhet përsëri joaktiv. Me fjalë të tjera, frekuenca e fillimit të transkriptimitnë përpjesëtim të zhdrejtë me sasinë e metabolitit.
Disa operone bakteriale (për shembull, laktoza) kombinojnë mekanizmat rregullues pozitivë dhe negativë. Një sistem i tillë është i nevojshëm kur një sinjal nuk mjafton për kontrollin racional të shprehjes. Kështu, operoni i laktozës kodon enzimat që transportojnë në qelizë dhe më pas zbërthejnë laktozën, një burim alternativ energjie që është më pak fitimprurës se glukoza. Prandaj, vetëm në një përqendrim të ulët të kësaj të fundit, proteina CAP lidhet me ADN-në dhe fillon transkriptimin. Megjithatë, kjo këshillohet vetëm në prani të laktozës, mungesa e së cilës çon në aktivizimin e represorit Lac, i cili bllokon hyrjen e polimerazës te promotori edhe në prani të një forme funksionale të proteinës aktivizuese.
Për shkak të strukturës së operonit në baktere, disa gjene kontrollohen nga një rajon rregullator dhe 1-2 TF, ndërsa tek eukariotët, një gjen i vetëm ka një numër të madh elementësh rregullues, secili prej të cilëve varet nga shumë të tjerë. faktorët. Ky kompleksitet korrespondon me nivelin e lartë të organizimit të eukariotëve, dhe veçanërisht organizmave shumëqelizorë.
Rregullimi i sintezës së mRNA në eukariotët
Kontrolli i shprehjes së gjenit eukariotik përcaktohet nga veprimi i kombinuar i dy elementeve: fakteve të transkriptimit të proteinave (TF) dhe sekuencave rregullatore të ADN-së që mund të vendosen pranë promotorit, shumë më lart se ai, në introne ose pas gjen (që do të thotë rajoni kodues, dhe jo një gjen në kuptimin e tij të plotë).
Disa zona veprojnë si ndërprerës, të tjera nuk ndërveprojnëdrejtpërdrejt me TF, por i japin molekulës së ADN-së fleksibilitetin e nevojshëm për formimin e një strukture të ngjashme me lak që shoqëron procesin e aktivizimit transkriptues. Rajone të tilla quhen ndarëse. Të gjitha sekuencat rregullatore së bashku me promotorin përbëjnë rajonin e kontrollit të gjenit.
Vlen të përmendet se veprimi i vetë faktorëve të transkriptimit është vetëm pjesë e një rregullimi kompleks shumënivelësh të shprehjes gjenetike, në të cilin një numër i madh elementësh i shtohen vektorit që rezulton, i cili përcakton nëse ARN do të përfundimisht të sintetizohet nga një rajon i caktuar i gjenomit.
Një faktor shtesë në kontrollin e transkriptimit në qelizën bërthamore është një ndryshim në strukturën e kromatinës. Këtu, si rregullimi total (i siguruar nga shpërndarja e rajoneve të heterokromatinës dhe eukromatinës) ashtu edhe rregullimi lokal i lidhur me një gjen specifik janë të pranishëm. Që polimeraza të funksionojë, të gjitha nivelet e ngjeshjes së ADN-së, duke përfshirë nukleozomën, duhet të eliminohen.
Diversiteti i faktorëve të transkriptimit në eukariotët shoqërohet me një numër të madh rregullatorësh, të cilët përfshijnë amplifikues, silenciatorë (përmirësues dhe silenciatorë), si dhe elementë përshtatës dhe izolues. Këto vende mund të vendosen si afër dhe në një distancë të konsiderueshme nga gjeni (deri në 50 mijë bp).
Përmirësuesit, silenciatorët dhe elementët përshtatës
Përmirësuesit janë ADN-ja e shkurtër sekuenciale e aftë për të shkaktuar transkriptimin kur ndërveprojnë me një proteinë rregullatore. Përafrimi i amplifikatorit me rajonin promotor të gjenitkryhet për shkak të formimit të një strukture si lak të ADN-së. Lidhja e një aktivizuesi me një përforcues ose stimulon montimin e kompleksit fillestar ose ndihmon polimerazën të vazhdojë drejt zgjatjes.
Përmirësuesi ka një strukturë komplekse dhe përbëhet nga disa site modulesh, secila prej të cilave ka proteinën e vet rregullatore.
Heshtësit janë rajone të ADN-së që shtypin ose përjashtojnë plotësisht mundësinë e transkriptimit. Mekanizmi i funksionimit të një ndërprerësi të tillë është ende i panjohur. Një nga metodat e hipotezuara është pushtimi i zonave të mëdha të ADN-së nga proteinat speciale të grupit SIR, të cilat bllokojnë aksesin në faktorët e inicimit. Në këtë rast, të gjitha gjenet që ndodhen brenda disa mijëra çifteve bazë nga silenciatori çaktivizohen.
Elementet e përshtatësit në kombinim me TF që lidhen me to përbëjnë një klasë të veçantë të ndërruesve gjenetikë që përgjigjen në mënyrë selektive ndaj hormoneve steroide, AMP ciklike dhe glukokortikoideve. Ky bllok rregullator është përgjegjës për reagimin e qelizës ndaj goditjes nga nxehtësia, ekspozimit ndaj metaleve dhe disa përbërjeve kimike.
Ndër rajonet e kontrollit të ADN-së, dallohet një lloj tjetër elementësh - izoluesit. Këto janë sekuenca specifike që parandalojnë faktorët e transkriptimit të ndikojnë në gjenet e largëta. Mekanizmi i veprimit të izolatorëve ende nuk është sqaruar.
Faktorët e transkriptimit eukariote
Nëse faktorët e transkriptimit në baktere kanë vetëm një funksion rregullues, atëherë në qelizat bërthamore ekziston një grup i tërë TF që ofrojnë fillimin e sfondit, por në të njëjtën kohë varen drejtpërdrejt nga lidhja meProteinat rregullatore të ADN-së. Numri dhe shumëllojshmëria e këtyre të fundit në eukariotët është e madhe. Kështu, në trupin e njeriut, proporcioni i sekuencave që kodojnë faktorët e transkriptimit të proteinave është rreth 10% e gjenomit.
Deri më sot, TF-të eukariote nuk janë kuptuar mirë, si dhe mekanizmat e funksionimit të ndërprerësve gjenetikë, struktura e të cilave është shumë më e ndërlikuar sesa modelet e rregullimit pozitiv dhe negativ në baktere. Ndryshe nga ky i fundit, aktiviteti i faktorëve të transkriptimit të qelizave bërthamore nuk ndikohet nga një ose dy, por nga dhjetëra e madje qindra sinjale që mund të përforcojnë, dobësojnë ose përjashtojnë reciprokisht njëri-tjetrin.
Nga njëra anë, aktivizimi i një gjeni të caktuar kërkon një grup të tërë faktorësh transkriptimi, por nga ana tjetër, një proteinë rregullatore mund të jetë e mjaftueshme për të shkaktuar shprehjen e disa gjeneve nga mekanizmi i kaskadës. I gjithë ky sistem është një kompjuter kompleks që përpunon sinjale nga burime të ndryshme (si të jashtme ashtu edhe të brendshme) dhe shton efektet e tyre në rezultatin përfundimtar me një shenjë plus ose minus.
Faktorët rregullatorë të transkriptimit te eukariotët (aktivatorët dhe represorët) nuk ndërveprojnë me operatorin, si te bakteret, por me vendet e kontrollit të shpërndara mbi ADN dhe ndikojnë në inicimin nëpërmjet ndërmjetësve, të cilët mund të jenë proteina ndërmjetësuese, faktorë të kompleksit të inicimit. dhe enzimat që ndryshojnë strukturën e kromatinës.
Me përjashtim të disa TF-ve të përfshira në kompleksin para fillimit, të gjithë faktorët e transkriptimit kanë një domen lidhës të ADN-së që dallonato nga shumë proteina të tjera që sigurojnë kalimin normal të transkriptimit ose veprojnë si ndërmjetës në rregullimin e tij.
Studimet e fundit kanë treguar se TF eukariote mund të ndikojnë jo vetëm në fillimin, por edhe në zgjatjen e transkriptimit.
Shumëllojshmëri dhe klasifikim
Në eukariotët, ekzistojnë 2 grupe të faktorëve të transkriptimit të proteinave: bazal (të quajtur ndryshe i përgjithshëm ose kryesor) dhe rregullator. Të parët janë përgjegjës për njohjen e promotorëve dhe krijimin e kompleksit të paranisjes. Nevojitet për të filluar transkriptimin. Ky grup përfshin disa dhjetëra proteina që janë gjithmonë të pranishme në qelizë dhe nuk ndikojnë në shprehjen diferenciale të gjeneve.
Kompleksi i faktorëve të transkriptimit bazal është një mjet i ngjashëm në funksion me nën-njësinë sigma te bakteret, vetëm më kompleks dhe i përshtatshëm për të gjitha llojet e promotorëve.
Faktorët e një lloji tjetër ndikojnë në transkriptimin nëpërmjet ndërveprimit me sekuencat rregullatore të ADN-së. Meqenëse këto enzima janë specifike për gjenet, ka një numër të madh të tyre. Duke u lidhur me rajone të gjeneve specifike, ato kontrollojnë sekretimin e disa proteinave.
Klasifikimi i faktorëve të transkriptimit në eukariotët bazohet në tre parime:
- mekanizmi i veprimit;
- kushtet funksionimi;
- struktura e domenit të lidhjes së ADN-së.
Sipas veçorisë së parë, ekzistojnë 2 klasa faktorësh: bazal (ndërveprojnë me promotorin) dhe lidhës me rajonet në rrjedhën e sipërme (rajonet rregullatore të vendosura në rrjedhën e sipërme të gjenit). Ky llojklasifikimi në thelb korrespondon me ndarjen funksionale të TF në të përgjithshme dhe specifike. Faktorët në rrjedhën e sipërme ndahen në 2 grupe në varësi të nevojës për aktivizim shtesë.
Sipas veçorive të funksionimit, TF-të konstituive dallohen (gjithmonë të pranishme në çdo qelizë) dhe induktive (jo karakteristike për të gjitha llojet e qelizave dhe mund të kërkojnë mekanizma të caktuar aktivizimi). Faktorët e grupit të dytë, nga ana tjetër, ndahen në qeliza specifike (marrin pjesë në ontogjenezë, karakterizohen nga kontroll i rreptë i shprehjes, por nuk kërkojnë aktivizim) dhe të varur nga sinjali. Këto të fundit diferencohen sipas llojit dhe mënyrës së veprimit të sinjalit aktivizues.
Klasifikimi strukturor i faktorëve të transkriptimit të proteinave është shumë i gjerë dhe përfshin 6 superklasa, të cilat përfshijnë shumë klasa dhe familje.
Parimi i funksionimit
Funksionimi i faktorëve bazal është një bashkim kaskadë i nënnjësive të ndryshme me formimin e një kompleksi inicues dhe aktivizimin e transkriptimit. Në fakt, ky proces është hapi i fundit në veprimin e proteinës aktivizuese.
Faktorë specifikë mund të rregullojnë transkriptimin në dy hapa:
- montimi i kompleksit inicues;
- tranzicioni në zgjatim produktiv.
Në rastin e parë, puna e TF-ve specifike reduktohet në rirregullimin parësor të kromatinës, si dhe në rekrutimin, orientimin dhe modifikimin e ndërmjetësit, polimerazës dhe faktorëve bazalë në promotor, gjë që çon në aktivizimin. të transkriptimit. Elementi kryesor i transmetimit të sinjalit është ndërmjetësi - një kompleks prej 24 nën-njësive që veprojnë në tësi ndërmjetës ndërmjet proteinës rregulluese dhe ARN polimerazës. Sekuenca e ndërveprimeve është individuale për çdo gjen dhe faktorin përkatës të tij.
Rregullimi i zgjatjes kryhet për shkak të ndërveprimit të faktorit me proteinën P-Tef-b, e cila ndihmon ARN polimerazën të kapërcejë pauzën e lidhur me promotorin.
Strukturat funksionale të TF
Faktorët e transkriptimit kanë një strukturë modulare dhe e kryejnë punën e tyre përmes tre fushave funksionale:
- DNA-lidhja (DBD) - e nevojshme për njohjen dhe ndërveprimin me rajonin rregullator të gjenit.
- Trans-aktivizues (TAD) – lejon ndërveprimin me proteinat e tjera rregullatore, duke përfshirë faktorët e transkriptimit.
- Njohja e Sinjalit (SSD) - kërkohet për perceptimin dhe transmetimin e sinjaleve rregullatore.
Nga ana tjetër, domeni i lidhjes së ADN-së ka shumë lloje. Motivet kryesore në strukturën e tij përfshijnë:
- "gishtat zink";
- homeodomain;
- "β"-shtresa;
- loops;
- "rrufe leucine";
- spiral-loop-spiral;
- spiral-turn-spiral.
Falë këtij domeni, faktori i transkriptimit "lexon" sekuencën nukleotide të ADN-së në formën e një modeli në sipërfaqen e spirales së dyfishtë. Për shkak të kësaj, është e mundur njohja specifike e disa elementeve rregullatore.
Ndërveprimi i motiveve me spiralen e ADN-së bazohet në korrespondencën e saktë midis sipërfaqeve të këtyremolekulat.
Rregullimi dhe sinteza e TF
Ka disa mënyra për të rregulluar ndikimin e faktorëve të transkriptimit në transkriptim. Këto përfshijnë:
- aktivizimi - një ndryshim në funksionalitetin e faktorit në lidhje me ADN-në për shkak të fosforilimit, lidhjes së ligandit ose ndërveprimit me proteinat e tjera rregullatore (përfshirë TF);
- translokim - transporti i një faktori nga citoplazma në bërthamë;
- disponueshmëria e vendit të lidhjes - varet nga shkalla e kondensimit të kromatinës (në gjendjen e heterokromatinës, ADN-ja nuk është e disponueshme për TF);
- një kompleks mekanizmash që janë gjithashtu karakteristikë për proteinat e tjera (rregullimi i të gjitha proceseve nga transkriptimi deri te modifikimi pas përkthimit dhe lokalizimi ndërqelizor).
Metoda e fundit përcakton përbërjen sasiore dhe cilësore të faktorëve të transkriptimit në çdo qelizë. Disa TF janë në gjendje të rregullojnë sintezën e tyre sipas llojit klasik të reagimit, kur produkti i tij bëhet një frenues i reaksionit. Në këtë rast, një përqendrim i caktuar i faktorit ndalon transkriptimin e gjenit që e kodon atë.
Faktorët e përgjithshëm të transkriptimit
Këta faktorë janë të nevojshëm për të filluar transkriptimin e çdo gjeni dhe në nomenklaturë caktohen si TFl, TFll dhe TFlll në varësi të llojit të ARN polimerazës me të cilën ndërveprojnë. Çdo faktor përbëhet nga disa nënnjësi.
TF-të bazë kryejnë tre funksione kryesore:
- vendndodhja e saktë e ARN polimerazës në promotor;
- zbërthimi i zinxhirëve të ADN-së në rajonin e fillimit të transkriptimit;
- çlirimi i polimerazës ngapromotori në momentin e kalimit në zgjatim;
Disa nënnjësi të faktorëve bazal të transkriptimit lidhen me elementët rregullues të promotorit. Më e rëndësishmja është kutia TATA (jo karakteristike për të gjitha gjenet), e vendosur në një distancë prej "-35" nukleotide nga pika e fillimit. Vende të tjera lidhëse përfshijnë sekuencat INR, BRE dhe DPE. Disa TF nuk kontaktojnë drejtpërdrejt ADN-në.
Grupi i faktorëve kryesorë të transkriptimit të ARN polimerazës ll përfshin TFllD, TFllB, TFllF, TFllE dhe TFllH. Shkronja latine në fund të emërtimit tregon rendin e zbulimit të këtyre proteinave. Kështu, faktori TFlllA, i cili i përket ARN polimerazës lll, ishte i pari që u izolua.
| Emri | Numri i nënnjësive proteinike | Funksion |
| TFllD | 16 (TBP +15 TAF) | TBP lidhet me kutinë TATA dhe TAF-të njohin sekuenca të tjera promotore |
| TFllB | 1 | Njeh elementin BRE, orienton me saktësi polimerazën në vendin e fillimit |
| TFllF | 3 | Stabilizon ndërveprimin e polimerazës me TBP dhe TFllB, lehtëson lidhjen e TFllE dhe TFllH |
| TFllE | 2 | Lidh dhe rregullon TFllH |
| TFllH | 10 | Ndan zinxhirët e ADN-së në pikën e fillimit, çliron enzimën sintetizuese të ARN-së nga promotori dhe faktorët kryesorë të transkriptimit (biokimiaprocesi bazohet në fosforilimin e domenit Cer5-C-terminal të ARN polimerazës) |
Mbledhja e TF bazale ndodh vetëm me ndihmën e një aktivizuesi, një ndërmjetësi dhe proteinave modifikuese të kromatinës.
TF specifike
Nëpërmjet kontrollit të shprehjes gjenetike, këta faktorë transkriptimi rregullojnë proceset biosintetike si të qelizave individuale ashtu edhe të të gjithë organizmit, nga embriogjeneza deri te përshtatja e mirë fenotipike në ndryshimin e kushteve mjedisore. Sfera e ndikimit të TF përfshin 3 blloqe kryesore:
- zhvillimi (embrion- dhe ontogjeneza);
- cikli qelizor;
- përgjigje ndaj sinjaleve të jashtme.
Një grup i veçantë i faktorëve të transkriptimit rregullon diferencimin morfologjik të embrionit. Ky grup proteinash është i koduar nga një sekuencë konsensusi e veçantë 180 bp e quajtur homeobox.
Për të përcaktuar se cili gjen duhet të transkriptohet, proteina rregullatore duhet të "gjen" dhe të lidhet me një vend specifik të ADN-së që vepron si një ndërrues gjenetik (përmirësues, silenciator, etj.). Çdo sekuencë e tillë korrespondon me një ose më shumë faktorë transkriptimi të lidhur që njohin vendin e dëshiruar për shkak të rastësisë së konformacioneve kimike të një segmenti të veçantë të jashtëm të spirales dhe domenit të lidhjes së ADN-së (parimi i kyçjes së çelësit). Për njohjen, përdoret një rajon i strukturës parësore të ADN-së i quajtur brazda kryesore.
Pas lidhjes me veprimin e ADN-sëProteina aktivizues shkakton një sërë hapash të njëpasnjëshëm që çojnë në montimin e kompleksit parainiciator. Skema e përgjithësuar e këtij procesi është si më poshtë:
- Aktivatori lidhet me kromatinën në rajonin e promotorit, rekrutimi i komplekseve të riorganizimit të varur nga ATP.
- Rirregullimi i kromatinës, aktivizimi i proteinave modifikuese të histonit.
- Modifikimi kovalent i histoneve, tërheqja e proteinave të tjera aktivizuese.
- Lidhja e proteinave shtesë aktivizuese në rajonin rregullator të gjenit.
- Përfshirja e një ndërmjetësi dhe TF e përgjithshme.
- Mbledhja e kompleksit para fillimit në promotor.
- Ndikimi i proteinave të tjera aktivizuese, rirregullimi i nënnjësive të kompleksit të paranisjes.
- Filloni transkriptimin.
Radhi i këtyre ngjarjeve mund të ndryshojë nga gjeni në gjen.
Një numër kaq i madh mekanizmash aktivizimi i korrespondon një gamë po aq e gjerë metodash represioni. Kjo do të thotë, duke frenuar një nga fazat në rrugën drejt fillimit, proteina rregullatore mund të zvogëlojë efektivitetin e saj ose ta bllokojë plotësisht atë. Më shpesh, represori aktivizon disa mekanizma njëherësh, duke garantuar mungesën e transkriptimit.
Kontroll i koordinuar i gjeneve
Pavarësisht faktit se çdo transkripton ka sistemin e vet rregullues, eukariotët kanë një mekanizëm që lejon, si bakteret, të fillojnë ose ndalojnë grupe gjenesh që synojnë kryerjen e një detyre specifike. Kjo arrihet nga një faktor përcaktues i transkriptimit që plotëson kombinimetelementë të tjerë rregullatorë të nevojshëm për aktivizimin ose shtypjen maksimale të gjenit.
Në transkriptone që i nënshtrohen një rregullimi të tillë, ndërveprimi i përbërësve të ndryshëm çon në të njëjtën proteinë, e cila vepron si vektori që rezulton. Prandaj, aktivizimi i një faktori të tillë prek disa gjene njëherësh. Sistemi funksionon në parimin e një kaskade.
Skema e kontrollit të koordinuar mund të konsiderohet në shembullin e diferencimit ontogjenetik të qelizave të muskujve skeletorë, pararendësit e të cilave janë mioblastet.
Transkriptimi i gjeneve që kodojnë sintezën e proteinave karakteristike të një qelize muskulore të pjekur nxitet nga cilido prej katër faktorëve miogjenikë: MyoD, Myf5, MyoG dhe Mrf4. Këto proteina aktivizojnë sintezën e tyre dhe të njëra-tjetrës, dhe gjithashtu përfshijnë gjenet për faktorin shtesë të transkriptimit Mef2 dhe proteinat strukturore të muskujve. Mef2 është i përfshirë në rregullimin e diferencimit të mëtejshëm të mioblasteve, duke ruajtur njëkohësisht përqendrimin e proteinave miogjene me një mekanizëm reagimi pozitiv.
