We wszystkich organizmach (z wyjątkiem niektórych wirusów) wdrożenie materiału genetycznego następuje zgodnie z systemem DNA-RNA-białko. Na pierwszym etapie informacje są przepisywane (przepisywane) z jednego kwasu nukleinowego na drugi. Białka regulujące ten proces nazywane są czynnikami transkrypcyjnymi.
Co to jest transkrypcja
Transkrypcja to biosynteza cząsteczki RNA na podstawie szablonu DNA. Jest to możliwe dzięki komplementarności niektórych zasad azotowych tworzących kwasy nukleinowe. Synteza jest przeprowadzana przez wyspecjalizowane enzymy - polimerazy RNA i jest kontrolowana przez wiele białek regulatorowych.
Cały genom nie podlega transkrypcji od razu, ale tylko pewna jego część, zwana transkrypcją. Ten ostatni zawiera promotor (miejsce przyłączenia polimerazy RNA) i terminator (sekwencja aktywująca zakończenie syntezy).
Transkrypcja prokariotyczna to operon składający się z kilku genów strukturalnych (cistronów). Na jej podstawie syntetyzowany jest policistronowy RNA,zawierające informacje o sekwencji aminokwasowej grupy funkcjonalnie spokrewnionych białek. Transkrypcja eukariotyczna zawiera tylko jeden gen.
Biologiczna rola procesu transkrypcji polega na tworzeniu matrycowych sekwencji RNA, na podstawie których przeprowadza się syntezę białek (translację) w rybosomach.
Synteza RNA u prokariontów i eukariontów
Schemat syntezy RNA jest taki sam dla wszystkich organizmów i obejmuje 3 etapy:
- Inicjacja - przyłączenie polimerazy do promotora, aktywacja procesu.
- Elongacja - wydłużenie łańcucha nukleotydowego w kierunku od końca 3' do 5' z zamknięciem wiązań fosfodiestrowych między zasadami azotowymi, które są wybrane komplementarnie do monomerów DNA.
- Zakończenie jest zakończeniem procesu syntezy.
U prokariontów wszystkie rodzaje RNA są transkrybowane przez jedną polimerazę RNA, składającą się z pięciu protomerów (β, β', ω i dwóch podjednostek α), które razem tworzą rdzeń-enzym zdolny do zwiększania łańcucha rybonukleotydów. Istnieje również dodatkowa jednostka σ, bez której przyłączenie polimerazy do promotora jest niemożliwe. Kompleks rdzenia i czynnika sigma nazywany jest holoenzymem.
Pomimo faktu, że podjednostka σ nie zawsze jest powiązana z rdzeniem, jest uważana za część polimerazy RNA. W stanie zdysocjowanym sigma nie jest w stanie wiązać się z promotorem, jedynie jako część holoenzymu. Po zakończeniu inicjacji protomer oddziela się od rdzenia, zastępując go czynnikiem wydłużającym.
Funkcjaprokariota to połączenie procesów translacji i transkrypcji. Rybosomy natychmiast dołączają do RNA, które zaczyna być syntetyzowane i buduje łańcuch aminokwasów. Transkrypcja zatrzymuje się z powodu tworzenia się struktury spinki do włosów w regionie terminatora. Na tym etapie następuje rozpad kompleksu DNA-polimeraza-RNA.
W komórkach eukariotycznych transkrypcja jest przeprowadzana przez trzy enzymy:
- Polimeraza RNA l – syntetyzuje 28S i 18S-rybosomalne RNA.
- polimeraza RNA II – dokonuje transkrypcji genów kodujących białka i małe jądrowe RNA.
- polimeraza RNA Ill - odpowiedzialna za syntezę tRNA i 5S rRNA (mała podjednostka rybosomów).
Żaden z tych enzymów nie jest w stanie zainicjować transkrypcji bez udziału określonych białek, które zapewniają interakcję z promotorem. Istota procesu jest taka sama jak u prokariontów, ale każdy etap jest znacznie bardziej skomplikowany z udziałem większej liczby elementów funkcjonalnych i regulacyjnych, w tym modyfikujących chromatynę. Na samym etapie inicjacji zaangażowanych jest około stu białek, w tym szereg czynników transkrypcyjnych, podczas gdy u bakterii wystarczy jedna podjednostka sigma, aby związać się z promotorem, a czasami potrzebna jest pomoc aktywatora.
Najważniejszy wkład biologicznej roli transkrypcji w biosyntezie różnych typów białek determinuje potrzebę ścisłego systemu kontroli odczytu genów.
Przepisy transkrypcyjne
W żadnej komórce materiał genetyczny nie jest w pełni realizowany: tylko część genów podlega transkrypcji, podczas gdy reszta jest nieaktywna. Jest to możliwe dzięki kompleksowimechanizmy regulacyjne, które określają, z jakich segmentów DNA iw jakiej ilości sekwencje RNA zostaną zsyntetyzowane.
W organizmach jednokomórkowych zróżnicowana aktywność genów ma wartość adaptacyjną, podczas gdy w organizmach wielokomórkowych determinuje również procesy embriogenezy i ontogenezy, kiedy różne typy tkanek powstają na podstawie jednego genomu.
Ekspresja genów jest kontrolowana na kilku poziomach. Najważniejszym krokiem jest regulacja transkrypcji. Biologicznym znaczeniem tego mechanizmu jest utrzymanie wymaganej ilości różnych białek wymaganych przez komórkę lub organizm w określonym momencie istnienia.
Istnieje korekta biosyntezy na innych poziomach, takich jak przetwarzanie, translacja i transport RNA z jądra do cytoplazmy (ta ostatnia nie występuje u prokariotów). W przypadku pozytywnej regulacji układy te są odpowiedzialne za produkcję białka opartego na aktywowanym genie, co jest biologicznym znaczeniem transkrypcji. Jednak na każdym etapie łańcuch można zawiesić. Niektóre cechy regulacyjne u eukariontów (alternatywne promotory, splicing, modyfikacja miejsc poliadenelacji) prowadzą do pojawienia się różnych wariantów cząsteczek białka opartych na tej samej sekwencji DNA.
Ponieważ tworzenie RNA jest pierwszym krokiem w dekodowaniu informacji genetycznej na drodze do biosyntezy białek, biologiczna rola procesu transkrypcji w modyfikowaniu fenotypu komórki jest znacznie ważniejsza niż regulacja przetwarzania lub translacji.
Określenie aktywności określonych genów jak wzarówno u prokariontów, jak i eukariontów występuje na etapie inicjacji za pomocą swoistych przełączników, do których należą regiony regulatorowe DNA i czynniki transkrypcyjne (TF). Działanie takich przełączników nie jest autonomiczne, ale podlega ścisłej kontroli innych systemów komórkowych. Istnieją również mechanizmy niespecyficznej regulacji syntezy RNA, które zapewniają prawidłowy przebieg inicjacji, elongacji i terminacji.
Pojęcie czynników transkrypcyjnych
W przeciwieństwie do regulatorowych elementów genomu, czynniki transkrypcyjne są chemicznie białkami. Wiążąc się z określonymi regionami DNA, mogą aktywować, hamować, przyspieszać lub spowalniać proces transkrypcji.
W zależności od wytworzonego efektu, czynniki transkrypcyjne prokariotów i eukariontów można podzielić na dwie grupy: aktywatory (inicjują lub zwiększają intensywność syntezy RNA) i represory (tłumią lub hamują proces). Obecnie w różnych organizmach znaleziono ponad 2000 TF.
Regulacja transkrypcyjna u prokariontów
U prokariontów kontrola syntezy RNA zachodzi głównie na etapie inicjacji ze względu na interakcję TF z określonym regionem transkryptonu – operatorem, który znajduje się obok promotora (czasami się z nim przecinając) oraz, w rzeczywistości jest miejscem lądowania białka regulatorowego (aktywatora lub represora). Bakterie charakteryzują się innym sposobem zróżnicowanej kontroli genów - syntezą alternatywnych podjednostek σ przeznaczonych dla różnych grup promotorów.
Częściowe wyrażenie operonumogą być regulowane na etapach wydłużania i terminacji, ale nie z powodu TF wiążących DNA, ale z powodu białek oddziałujących z polimerazą RNA. Należą do nich białka Gre oraz czynniki antyterminatorowe Nus i RfaH.
Na wydłużenie i terminację transkrypcji u prokariontów wpływa w pewien sposób równoległa synteza białek. U eukariontów zarówno te procesy, jak i czynniki transkrypcji i translacji są przestrzennie rozdzielone, co oznacza, że nie są ze sobą funkcjonalnie powiązane.
Aktywatory i represory
Prokariota mają dwa mechanizmy regulacji transkrypcji na etapie inicjacji:
- pozytywny - przeprowadzany przez białka aktywatorowe;
- negatywne - kontrolowane przez represorów.
Gdy czynnik jest regulowany dodatnio, przyłączenie czynnika do operatora aktywuje gen, a gdy jest ujemny, przeciwnie, wyłącza go. Zdolność białka regulatorowego do wiązania się z DNA zależy od przyłączenia liganda. Rolę tych ostatnich odgrywają zazwyczaj metabolity komórkowe o niskiej masie cząsteczkowej, które w tym przypadku działają jako koaktywatory i korepresory.
Mechanizm działania represora opiera się na nakładaniu się regionów promotora i operatora. W operonach o tej strukturze przyłączenie czynnika białkowego do DNA zamyka część miejsca lądowania dla polimerazy RNA, uniemożliwiając jej inicjację transkrypcji.
Aktywatory działają na słabe promotory o niskiej funkcjonalności, które są słabo rozpoznawane przez polimerazy RNA lub są trudne do stopienia (oddzielne nici helisyDNA wymagane do zainicjowania transkrypcji). Przyłączając się do operatora, czynnik białkowy oddziałuje z polimerazą, znacznie zwiększając prawdopodobieństwo inicjacji. Aktywatory są w stanie zwiększyć intensywność transkrypcji nawet 1000 razy.
Niektóre prokariotyczne TF mogą działać zarówno jako aktywatory, jak i represory, w zależności od lokalizacji operatora w stosunku do promotora: jeśli te regiony nakładają się na siebie, czynnik hamuje transkrypcję, w przeciwnym razie wyzwala.
| Funkcja Liganda ze względu na współczynnik | Stan Ligandu | Negatywna regulacja | Pozytywna regulacja |
| Zapewnia separację od DNA | Dołączanie | Usunięcie białka represorowego, aktywacja genu | Usunięcie białka aktywującego, wyłączenie genu |
| Dodaje czynnik do DNA | Usuń | Usunięcie represora, włączenie transkrypcji | Usuń aktywator, wyłącz transkrypcję |
Regulację ujemną można rozpatrywać na przykładzie operonu tryptofanowego bakterii E. coli, który charakteryzuje się umiejscowieniem operatora w obrębie sekwencji promotora. Białko represorowe jest aktywowane przez przyłączenie dwóch cząsteczek tryptofanu, które zmieniają kąt domeny wiążącej DNA tak, że może ona wejść do głównego rowka podwójnej helisy. Przy niskim stężeniu tryptofanu represor traci swój ligand i ponownie staje się nieaktywny. Innymi słowy, częstotliwość inicjacji transkrypcjiodwrotnie proporcjonalna do ilości metabolitu.
Niektóre operony bakteryjne (na przykład laktoza) łączą pozytywne i negatywne mechanizmy regulacyjne. Taki system jest konieczny, gdy jeden sygnał nie wystarcza do racjonalnej kontroli ekspresji. Tak więc operon laktozy koduje enzymy, które transportują się do komórki, a następnie rozkładają laktozę, alternatywne źródło energii, które jest mniej opłacalne niż glukoza. Dlatego dopiero przy niskim stężeniu tego ostatniego białko CAP wiąże się z DNA i rozpoczyna transkrypcję. Jest to jednak wskazane tylko w obecności laktozy, której brak prowadzi do aktywacji represora Lac, który blokuje dostęp polimerazy do promotora nawet w obecności funkcjonalnej formy białka aktywującego.
Ze względu na strukturę operonu w bakteriach kilka genów jest kontrolowanych przez jeden region regulatorowy i 1-2 TF, podczas gdy u eukariontów pojedynczy gen ma dużą liczbę elementów regulatorowych, z których każdy jest zależny od wielu innych czynniki. Ta złożoność odpowiada wysokiemu poziomowi organizacji eukariontów, a zwłaszcza organizmów wielokomórkowych.
Regulacja syntezy mRNA u eukariontów
Kontrola ekspresji genów eukariotycznych jest determinowana przez połączone działanie dwóch elementów: faktów transkrypcji białek (TF) i regulatorowych sekwencji DNA, które mogą znajdować się obok promotora, znacznie wyżej, w intronach lub po gen (oznaczający region kodujący, a nie gen w pełnym tego słowa znaczeniu).
Niektóre obszary działają jak przełączniki, inne nie wchodzą w interakcjebezpośrednio z TF, ale nadają cząsteczce DNA elastyczność niezbędną do tworzenia struktury przypominającej pętlę, która towarzyszy procesowi aktywacji transkrypcji. Takie regiony nazywane są spacerami. Wszystkie sekwencje regulatorowe wraz z promotorem tworzą region kontrolny genu.
Warto zauważyć, że działanie samych czynników transkrypcyjnych jest tylko częścią złożonej, wielopoziomowej regulacji ekspresji genetycznej, w której ogromna liczba elementów sumuje się do powstałego wektora, co decyduje o tym, czy RNA będzie ostatecznie zostać zsyntetyzowany z określonego regionu genomu.
Dodatkowym czynnikiem kontroli transkrypcji w komórce jądrowej jest zmiana struktury chromatyny. Tutaj występuje zarówno całkowita regulacja (zapewniona przez rozmieszczenie regionów heterochromatyny i euchromatyny), jak i lokalna regulacja związana z określonym genem. Aby polimeraza działała, wszystkie poziomy zagęszczenia DNA, w tym nukleosom, muszą zostać wyeliminowane.
Różnorodność czynników transkrypcyjnych u eukariontów wiąże się z dużą liczbą regulatorów, do których należą wzmacniacze, tłumiki (wzmacniacze i tłumiki), a także elementy adaptacyjne i izolatory. Miejsca te mogą znajdować się zarówno w pobliżu, jak i w znacznej odległości od genu (do 50 tys. pz).
Wzmacniacze, tłumiki i elementy adaptacyjne
Wzmacniacze to krótkie sekwencyjne DNA zdolne do wyzwalania transkrypcji podczas interakcji z białkiem regulatorowym. Aproksymacja wzmacniacza do regionu promotora genuodbywa się dzięki tworzeniu struktury przypominającej pętlę DNA. Wiązanie aktywatora ze wzmacniaczem albo stymuluje tworzenie kompleksu inicjującego, albo pomaga polimerazie przejść do elongacji.
Wzmacniacz ma złożoną strukturę i składa się z kilku miejsc modułu, z których każde posiada własne białko regulacyjne.
Tłumiki to regiony DNA, które tłumią lub całkowicie wykluczają możliwość transkrypcji. Mechanizm działania takiego przełącznika jest wciąż nieznany. Jedną z hipotetycznych metod jest zajmowanie dużych obszarów DNA przez specjalne białka z grupy SIR, które blokują dostęp do czynników inicjacji. W takim przypadku wszystkie geny znajdujące się w promieniu kilku tysięcy par zasad od tłumika zostają wyłączone.
Elementy adaptacyjne w połączeniu z TF, które się z nimi wiążą, tworzą odrębną klasę przełączników genetycznych, które selektywnie reagują na hormony steroidowe, cykliczne AMP i glikokortykoidy. Ten blok regulacyjny odpowiada za reakcję komórki na szok cieplny, ekspozycję na metale i niektóre związki chemiczne.
Wśród regionów kontrolnych DNA wyróżnia się inny rodzaj elementów - izolatory. Są to specyficzne sekwencje, które zapobiegają wpływowi czynników transkrypcyjnych na odległe geny. Mechanizm działania izolatorów nie został jeszcze wyjaśniony.
Eukariotyczne czynniki transkrypcyjne
Jeśli czynniki transkrypcyjne w bakteriach pełnią jedynie funkcję regulacyjną, to w komórkach jądrowych istnieje cała grupa TF, które zapewniają inicjację tła, ale jednocześnie bezpośrednio zależą od wiązania zBiałka regulatorowe DNA. Liczba i różnorodność tych ostatnich u eukariontów jest ogromna. Tak więc w organizmie ludzkim udział sekwencji kodujących białkowe czynniki transkrypcyjne wynosi około 10% genomu.
Do tej pory eukariotyczne TF nie są dobrze poznane, podobnie jak mechanizmy działania przełączników genetycznych, których struktura jest znacznie bardziej skomplikowana niż modele pozytywnej i negatywnej regulacji u bakterii. W przeciwieństwie do tych ostatnich, na aktywność czynników transkrypcyjnych komórek jądrowych wpływa nie jeden lub dwa, ale dziesiątki, a nawet setki sygnałów, które mogą się wzajemnie wzmacniać, osłabiać lub wykluczać.
Z jednej strony aktywacja konkretnego genu wymaga całej grupy czynników transkrypcyjnych, ale z drugiej strony jedno białko regulatorowe może wystarczyć do wywołania ekspresji kilku genów w mechanizmie kaskadowym. Cały ten system to złożony komputer, który przetwarza sygnały z różnych źródeł (zarówno zewnętrznych, jak i wewnętrznych) i dodaje ich efekty do końcowego wyniku ze znakiem plus lub minus.
Regulacyjne czynniki transkrypcyjne u eukariontów (aktywatory i represory) nie oddziałują z operatorem, jak u bakterii, ale z miejscami kontrolnymi rozsianymi po DNA i wpływają na inicjację poprzez pośredników, którymi mogą być białka mediatorowe, czynniki kompleksu inicjacyjnego oraz enzymy zmieniające strukturę chromatyny.
Z wyjątkiem niektórych TF zawartych w kompleksie przedinicjacyjnym, wszystkie czynniki transkrypcyjne mają domenę wiążącą DNA, która odróżniaje z wielu innych białek, które zapewniają prawidłowy przebieg transkrypcji lub pośredniczą w jej regulacji.
Ostatnie badania wykazały, że eukariotyczne TF mogą wpływać nie tylko na inicjację, ale także na wydłużenie transkrypcji.
Odmiana i klasyfikacja
U eukariontów istnieją 2 grupy czynników transkrypcyjnych białek: podstawowe (inaczej nazywane ogólnymi lub głównymi) i regulacyjne. Ci pierwsi odpowiadają za rozpoznanie promotorów i stworzenie kompleksu przedinicjacyjnego. Potrzebne do rozpoczęcia transkrypcji. Ta grupa obejmuje kilkadziesiąt białek, które są zawsze obecne w komórce i nie wpływają na różnicową ekspresję genów.
Kompleks podstawowych czynników transkrypcyjnych jest narzędziem podobnym w działaniu do podjednostki sigma w bakteriach, tylko bardziej złożonym i odpowiednim dla wszystkich typów promotorów.
Czynniki innego typu wpływają na transkrypcję poprzez interakcję z regulatorowymi sekwencjami DNA. Ponieważ te enzymy są specyficzne dla genów, jest ich ogromna liczba. Wiążąc się z regionami określonych genów, kontrolują wydzielanie niektórych białek.
Klasyfikacja czynników transkrypcyjnych u eukariontów opiera się na trzech zasadach:
- mechanizm działania;
- warunki funkcjonowania;
- struktura domeny wiążącej DNA.
Zgodnie z pierwszą cechą, istnieją 2 klasy czynników: podstawowa (oddziaływanie z promotorem) i wiązanie z regionami powyżej (regiony regulatorowe zlokalizowane powyżej genu). Tego rodzajuklasyfikacja zasadniczo odpowiada podziałowi funkcjonalnemu TF na ogólne i szczegółowe. Czynniki upstream są podzielone na 2 grupy w zależności od potrzeby dodatkowej aktywacji.
Zgodnie z cechami funkcjonowania rozróżnia się konstytutywne TF (zawsze obecne w każdej komórce) i indukowalne (nie jest charakterystyczne dla wszystkich typów komórek i może wymagać pewnych mechanizmów aktywacji). Z kolei czynniki drugiej grupy dzielą się na specyficzne dla komórki (uczestniczą w ontogenezie, charakteryzują się ścisłą kontrolą ekspresji, ale nie wymagają aktywacji) i zależne od sygnału. Te ostatnie są zróżnicowane w zależności od rodzaju i sposobu działania sygnału aktywującego.
Strukturalna klasyfikacja białek transkrypcyjnych jest bardzo obszerna i obejmuje 6 superklas, które obejmują wiele klas i rodzin.
Zasada działania
Funkcjonowanie czynników podstawowych to kaskadowe składanie różnych podjednostek z utworzeniem kompleksu inicjacyjnego i aktywacją transkrypcji. W rzeczywistości proces ten jest ostatnim krokiem w działaniu białka aktywującego.
Konkretne czynniki mogą regulować transkrypcję w dwóch krokach:
- montaż kompleksu inicjacyjnego;
- przejście do produktywnego wydłużenia.
W pierwszym przypadku praca określonych TF sprowadza się do pierwotnej rearanżacji chromatyny, a także rekrutacji, orientacji i modyfikacji mediatora, polimerazy i czynników podstawowych na promotorze, co prowadzi do aktywacji transkrypcji. Głównym elementem transmisji sygnału jest mediator – zespół 24 podjednostek działających wjako pośrednik między białkiem regulatorowym a polimerazą RNA. Sekwencja interakcji jest indywidualna dla każdego genu i odpowiadającego mu czynnika.
Regulacja wydłużenia odbywa się dzięki interakcji czynnika z białkiem P-Tef-b, co pomaga polimerazie RNA przezwyciężyć przerwę związaną z promotorem.
Struktury funkcjonalne TF
Czynniki transkrypcyjne mają strukturę modułową i wykonują swoją pracę w trzech domenach funkcjonalnych:
- Wiązanie DNA (DBD) - potrzebne do rozpoznawania i interakcji z regionem regulatorowym genu.
- Trans-aktywacja (TAD) – umożliwia interakcję z innymi białkami regulatorowymi, w tym czynnikami transkrypcyjnymi.
- Rozpoznawanie sygnału (SSD) - wymagane do odbioru i transmisji sygnałów regulacyjnych.
Z kolei domena wiążąca DNA ma wiele typów. Główne motywy w jego strukturze to:
- "palce cynkowe";
- domena;
- "β"-warstwy;
- pętle;
- "błyskawica leucyny";
- spirala-pętla-spirala;
- spirala-skręcana-spirala.
Dzięki tej domenie czynnik transkrypcyjny „odczytuje” sekwencję nukleotydową DNA w postaci wzoru na powierzchni podwójnej helisy. Dzięki temu możliwe jest specyficzne rozpoznanie niektórych elementów regulacyjnych.
Interakcja motywów z helisą DNA opiera się na dokładnej zgodności między ich powierzchniamicząsteczki.
Regulacja i synteza TF
Istnieje kilka sposobów regulowania wpływu czynników transkrypcyjnych na transkrypcję. Należą do nich:
- aktywacja - zmiana funkcjonalności czynnika w stosunku do DNA w wyniku fosforylacji, przyłączenia ligandu lub interakcji z innymi białkami regulatorowymi (w tym TF);
- translokacja - transport czynnika z cytoplazmy do jądra;
- dostępność miejsca wiązania - zależy od stopnia kondensacji chromatyny (w stanie heterochromatyny DNA nie jest dostępne dla TF);
- kompleks mechanizmów charakterystycznych również dla innych białek (regulacja wszystkich procesów od transkrypcji po modyfikacje posttranslacyjne i lokalizację wewnątrzkomórkową).
Ostatnia metoda określa ilościowy i jakościowy skład czynników transkrypcyjnych w każdej komórce. Niektóre TF są w stanie regulować swoją syntezę zgodnie z klasycznym typem sprzężenia zwrotnego, gdy ich własny produkt staje się inhibitorem reakcji. W takim przypadku pewne stężenie czynnika zatrzymuje transkrypcję kodującego go genu.
Ogólne czynniki transkrypcyjne
Te czynniki są niezbędne do rozpoczęcia transkrypcji dowolnych genów i są określane w nomenklaturze jako TF1, TFII i TFIII w zależności od rodzaju polimerazy RNA, z którą wchodzą w interakcje. Każdy czynnik składa się z kilku podjednostek.
Basal TF pełnią trzy główne funkcje:
- prawidłowa lokalizacja polimerazy RNA na promotorze;
- rozwijanie łańcuchów DNA w regionie początku transkrypcji;
- uwolnienie polimerazy zpromotor w momencie przejścia do wydłużenia;
Niektóre podjednostki podstawowych czynników transkrypcyjnych wiążą się z elementami regulatorowymi promotora. Najważniejszy jest boks TATA (nie charakterystyczny dla wszystkich genów), znajdujący się w odległości „-35” nukleotydów od miejsca inicjacji. Inne miejsca wiązania obejmują sekwencje INR, BRE i DPE. Niektóre TF nie kontaktują się bezpośrednio z DNA.
Grupa głównych czynników transkrypcyjnych polimerazy RNA II obejmuje TFllD, TFllB, TFllF, TFllE i TFllH. Litera łacińska na końcu oznaczenia wskazuje kolejność wykrywania tych białek. W związku z tym jako pierwszy wyizolowano czynnik TFIIIA, który należy do polimerazy III RNA.
| Nazwa | Liczba podjednostek białkowych | Funkcja |
| TFllD | 16 (TBP +15 TAF) | TBP wiąże się z blokiem TATA, a TAF rozpoznają inne sekwencje promotorowe |
| TFllB | 1 | Rozpoznaje pierwiastek BRE, dokładnie orientuje polimerazę w miejscu inicjacji |
| TFllF | 3 | Stabilizuje oddziaływanie polimerazy z TBP i TFllB, ułatwia przyłączanie TFllE i TFllH |
| TFllE | 2 | Łączy i dostosowuje TFllH |
| TFllH | 10 | Oddziela łańcuchy DNA w miejscu inicjacji, uwalnia enzym syntetyzujący RNA od promotora i głównych czynników transkrypcyjnych (biochemiaproces opiera się na fosforylacji C-końcowej domeny Cer5 polimerazy RNA) |
Montaż podstawowego TF następuje tylko przy pomocy aktywatora, mediatora i białek modyfikujących chromatynę.
Konkretny TF
Dzięki kontroli ekspresji genetycznej te czynniki transkrypcyjne regulują procesy biosyntezy zarówno pojedynczych komórek, jak i całego organizmu, od embriogenezy do drobnej adaptacji fenotypowej do zmieniających się warunków środowiskowych. Sfera wpływów TF obejmuje 3 główne bloki:
- rozwój (zarodek i ontogeneza);
- cykl komórkowy;
- odpowiedź na sygnały zewnętrzne.
Specjalna grupa czynników transkrypcyjnych reguluje morfologiczne zróżnicowanie zarodka. Ten zestaw białek jest kodowany przez specjalną sekwencję konsensusową o wielkości 180 pz zwaną homeobox.
Aby określić, który gen powinien zostać przepisany, białko regulatorowe musi „znaleźć” i związać się z określonym miejscem DNA, które działa jak przełącznik genetyczny (wzmacniacz, tłumik itp.). Każda taka sekwencja odpowiada jednemu lub więcej pokrewnym czynnikom transkrypcyjnym, które rozpoznają pożądane miejsce dzięki zbieżności konformacji chemicznych określonego zewnętrznego segmentu helisy i domeny wiążącej DNA (zasada key-lock). Do rozpoznania używany jest region pierwotnej struktury DNA zwany głównym rowkiem.
Po związaniu się z działaniem DNAbiałko aktywatorowe uruchamia serię kolejnych etapów prowadzących do złożenia kompleksu preinicjatora. Uogólniony schemat tego procesu jest następujący:
- Wiązanie aktywatora do chromatyny w regionie promotora, rekrutacja kompleksów rearanżacji zależnych od ATP.
- Rearanżacja chromatyny, aktywacja białek modyfikujących histony.
- Kowalencyjna modyfikacja histonów, przyciąganie innych białek aktywujących.
- Wiązanie dodatkowych białek aktywujących z regionem regulatorowym genu.
- Zaangażowanie mediatora i generalnego TF.
- Montaż kompleksu preinicjacyjnego na promotorze.
- Wpływ innych białek aktywujących, rearanżacja podjednostek kompleksu preinicjacyjnego.
- Rozpocznij transkrypcję.
Kolejność tych zdarzeń może się różnić w zależności od genu.
Tak dużej liczbie mechanizmów aktywacji odpowiada równie szeroki wachlarz metod represji. Oznacza to, że hamując jeden z etapów na drodze do inicjacji, białko regulatorowe może zmniejszyć jego skuteczność lub całkowicie ją zablokować. Najczęściej represor aktywuje jednocześnie kilka mechanizmów, gwarantując brak transkrypcji.
Skoordynowana kontrola genów
Pomimo faktu, że każdy transkrypton ma swój własny system regulacyjny, eukarionty posiadają mechanizm, który pozwala, podobnie jak bakterie, uruchamiać lub zatrzymywać grupy genów mających na celu wykonanie określonego zadania. Osiąga się to dzięki czynnikowi determinującemu transkrypcję, który uzupełnia kombinacjeinne elementy regulatorowe niezbędne do maksymalnej aktywacji lub supresji genu.
W transkrypcjach podlegających takiej regulacji, interakcja różnych składników prowadzi do tego samego białka, które działa jako wektor wynikowy. Dlatego aktywacja takiego czynnika wpływa na kilka genów jednocześnie. System działa na zasadzie kaskady.
Schemat skoordynowanej kontroli można rozpatrywać na przykładzie ontogenetycznego różnicowania komórek mięśni szkieletowych, których prekursorami są mioblasty.
Transkrypcja genów kodujących syntezę białek charakterystycznych dla dojrzałej komórki mięśniowej jest wyzwalana przez jeden z czterech czynników miogenicznych: MyoD, Myf5, MyoG i Mrf4. Białka te aktywują syntezę siebie i siebie nawzajem, a także zawierają geny dodatkowego czynnika transkrypcyjnego Mef2 i strukturalnych białek mięśniowych. Mef2 bierze udział w regulacji dalszego różnicowania mioblastów, przy jednoczesnym utrzymaniu stężenia białek miogennych poprzez mechanizm dodatniego sprzężenia zwrotnego.
