In alle organismen (met uitzondering van sommige virussen) vindt de implementatie van genetisch materiaal plaats volgens het DNA-RNA-eiwitsysteem. In de eerste fase wordt informatie herschreven (getranscribeerd) van het ene nucleïnezuur naar het andere. De eiwitten die dit proces reguleren, worden transcriptiefactoren genoemd.
Wat is transcriptie
Transcriptie is de biosynthese van een RNA-molecuul op basis van een DNA-sjabloon. Dit is mogelijk vanwege de complementariteit van bepaalde stikstofbasen waaruit nucleïnezuren bestaan. Synthese wordt uitgevoerd door gespecialiseerde enzymen - RNA-polymerasen en wordt gecontroleerd door veel regulerende eiwitten.
Het hele genoom wordt niet in één keer getranscribeerd, maar slechts een bepaald deel ervan, transcripton genaamd. De laatste omvat een promotor (de plaats van aanhechting van RNA-polymerase) en een terminator (een sequentie die de voltooiing van de synthese activeert).
Prokaryotisch transcripton is een operon dat bestaat uit verschillende structurele genen (cistronen). Op basis hiervan wordt polycistronisch RNA gesynthetiseerd,met informatie over de aminozuursequentie van een groep functioneel verwante eiwitten. Eukaryotisch transcripton bevat slechts één gen.
De biologische rol van het transcriptieproces is de vorming van template-RNA-sequenties, op basis waarvan eiwitsynthese (translatie) in ribosomen wordt uitgevoerd.
RNA-synthese in prokaryoten en eukaryoten
Het RNA-syntheseschema is hetzelfde voor alle organismen en omvat 3 fasen:
- Initiatie - hechting van het polymerase aan de promotor, activering van het proces.
- Verlenging - verlenging van de nucleotideketen in de richting van het 3'- naar het 5'-uiteinde met de sluiting van fosfodiesterbindingen tussen stikstofbasen, die complementair zijn geselecteerd aan DNA-monomeren.
- Beëindiging is de voltooiing van het syntheseproces.
In prokaryoten worden alle soorten RNA getranscribeerd door één RNA-polymerase, bestaande uit vijf protomeren (β, β', ω en twee α-subeenheden), die samen een kernenzym vormen dat in staat is de keten van ribonucleotiden te vergroten. Er is ook een extra eenheid, zonder welke de hechting van het polymerase aan de promotor onmogelijk is. Het complex van de kern en de sigmafactor wordt een holoenzym genoemd.
Ondanks het feit dat de σ-subeenheid niet altijd wordt geassocieerd met de kern, wordt deze beschouwd als onderdeel van het RNA-polymerase. In de gedissocieerde toestand kan sigma niet aan de promotor binden, alleen als onderdeel van het holo-enzym. Na voltooiing van de initiatie scheidt dit protomeer zich van de kern en wordt vervangen door een verlengingsfactor.
Featureprokaryoten is een combinatie van translatie- en transcriptieprocessen. Ribosomen voegen zich onmiddellijk bij het RNA dat begint te worden gesynthetiseerd en bouwen een aminozuurketen op. Transcriptie stopt door de vorming van een haarspeldstructuur in het terminatorgebied. In dit stadium wordt het DNA-polymerase-RNA-complex afgebroken.
In eukaryote cellen wordt transcriptie uitgevoerd door drie enzymen:
- RNA-polymerase l – synthetiseert 28S- en 18S-ribosomaal RNA.
- RNA-polymerase ll – transcribeert genen die coderen voor eiwitten en kleine nucleaire RNA's.
- RNA-polymerase III - verantwoordelijk voor de synthese van tRNA en 5S-rRNA (kleine subeenheid van ribosomen).
Geen van deze enzymen is in staat om transcriptie te initiëren zonder de deelname van specifieke eiwitten die zorgen voor interactie met de promotor. De essentie van het proces is hetzelfde als bij prokaryoten, maar elke fase is veel gecompliceerder met de deelname van een groter aantal functionele en regulerende elementen, waaronder chromatine-modificerende elementen. Alleen al in het beginstadium zijn ongeveer honderd eiwitten betrokken, waaronder een aantal transcriptiefactoren, terwijl in bacteriën één sigma-subeenheid voldoende is om aan de promotor te binden en soms is de hulp van een activator nodig.
De belangrijkste bijdrage van de biologische rol van transcriptie in de biosynthese van verschillende soorten eiwitten bepa alt de noodzaak van een strikt systeem voor het controleren van het lezen van genen.
Transcriptionele regelgeving
In geen enkele cel wordt het genetische materiaal volledig gerealiseerd: slechts een deel van de genen wordt getranscribeerd, terwijl de rest inactief is. Dit is mogelijk dankzij het complexregulerende mechanismen die bepalen uit welke DNA-segmenten en in welke hoeveelheid RNA-sequenties worden gesynthetiseerd.
In eencellige organismen heeft de differentiële activiteit van genen een adaptieve waarde, terwijl het in meercellige organismen ook de processen van embryogenese en ontogenese bepa alt, wanneer verschillende soorten weefsels worden gevormd op basis van één genoom.
Genexpressie wordt op verschillende niveaus gecontroleerd. De belangrijkste stap is de regulatie van transcriptie. De biologische betekenis van dit mechanisme is het in stand houden van de vereiste hoeveelheid van verschillende eiwitten die een cel of organisme nodig heeft op een bepaald moment van bestaan.
Er is een aanpassing van de biosynthese op andere niveaus, zoals verwerking, translatie en transport van RNA van de kern naar het cytoplasma (de laatste ontbreekt in prokaryoten). Wanneer ze positief worden gereguleerd, zijn deze systemen verantwoordelijk voor de productie van een eiwit op basis van het geactiveerde gen, wat de biologische betekenis van transcriptie is. De ketting kan echter in elk stadium worden opgehangen. Sommige regulerende kenmerken in eukaryoten (alternatieve promotors, splitsing, modificatie van polyadenellatieplaatsen) leiden tot het verschijnen van verschillende varianten van eiwitmoleculen op basis van dezelfde DNA-sequentie.
Aangezien de vorming van RNA de eerste stap is in het decoderen van genetische informatie op weg naar eiwitbiosynthese, is de biologische rol van het transcriptieproces bij het wijzigen van het celfenotype veel belangrijker dan de regulering van verwerking of translatie.
Bepaling van de activiteit van specifieke genen zoals inin zowel prokaryoten als eukaryoten komt het voor in het stadium van initiatie met behulp van specifieke schakelaars, waaronder regulerende gebieden van DNA en transcriptiefactoren (TF's). De werking van dergelijke schakelaars is niet autonoom, maar staat onder strikte controle van andere cellulaire systemen. Er zijn ook mechanismen van niet-specifieke regulatie van RNA-synthese, die zorgen voor de normale doorgang van initiatie, verlenging en beëindiging.
Het concept van transcriptiefactoren
In tegenstelling tot de regulerende elementen van het genoom, zijn transcriptiefactoren chemisch eiwitten. Door zich te binden aan specifieke DNA-gebieden, kunnen ze het transcriptieproces activeren, remmen, versnellen of vertragen.
Afhankelijk van het geproduceerde effect, kunnen de transcriptiefactoren van prokaryoten en eukaryoten worden onderverdeeld in twee groepen: activatoren (initiëren of verhogen de intensiteit van RNA-synthese) en repressoren (onderdrukken of remmen het proces). Momenteel zijn er meer dan 2000 TF's gevonden in verschillende organismen.
Transcriptionele regulatie bij prokaryoten
Bij prokaryoten vindt de controle van de RNA-synthese voornamelijk plaats in de initiatiefase vanwege de interactie van TF met een specifiek gebied van het transcripton - een operator die zich naast de promotor bevindt (soms kruisend) en, in feite is het een landingsplaats voor het regulerende eiwit (activator of repressor). Bacteriën worden gekenmerkt door een andere manier van differentiële controle van genen - de synthese van alternatieve σ-subeenheden bedoeld voor verschillende groepen promotors.
Gedeeltelijk operon-expressiekan worden gereguleerd in de stadia van verlenging en beëindiging, maar niet vanwege DNA-bindende TF's, maar vanwege eiwitten die interageren met RNA-polymerase. Deze omvatten Gre-eiwitten en de anti-terminatorfactoren Nus en RfaH.
De verlenging en beëindiging van transcriptie in prokaryoten wordt op een bepaalde manier beïnvloed door de parallelle eiwitsynthese. Bij eukaryoten zijn zowel deze processen zelf als de transcriptie- en translatiefactoren ruimtelijk gescheiden, wat betekent dat ze niet functioneel gerelateerd zijn.
Activators en repressoren
Prokaryoten hebben twee mechanismen voor transcriptieregulatie in de initiatiefase:
- positief - uitgevoerd door activator-eiwitten;
- negative - gecontroleerd door onderdrukkers.
Wanneer de factor positief wordt gereguleerd, activeert de hechting van de factor aan de operator het gen, en wanneer het negatief is, wordt het juist uitgeschakeld. Het vermogen van een regulerend eiwit om aan DNA te binden hangt af van de aanhechting van een ligand. De rol van de laatste wordt meestal gespeeld door cellulaire metabolieten met een laag molecuulgewicht, die in dit geval fungeren als co-activators en corepressors.
Het werkingsmechanisme van de repressor is gebaseerd op de overlap van promotor- en operatorregio's. Bij operons met deze structuur sluit de aanhechting van een eiwitfactor aan DNA een deel van de landingsplaats voor RNA-polymerase, waardoor de laatste de transcriptie niet kan initiëren.
Activators werken op zwakke, laagfunctionele promotors die slecht worden herkend door RNA-polymerasen of moeilijk te smelten zijn (afzonderlijke helixstrengenDNA dat nodig is om transcriptie te starten). Door zich bij de operator aan te sluiten, interageert de eiwitfactor met het polymerase, waardoor de kans op initiatie aanzienlijk wordt vergroot. Activators kunnen de intensiteit van transcriptie 1000 keer verhogen.
Sommige prokaryotische TF's kunnen zowel als activatoren als als repressors fungeren, afhankelijk van de locatie van de operator ten opzichte van de promotor: als deze regio's elkaar overlappen, remt de factor transcriptie, anders wordt deze geactiveerd.
| Ligand-functie met betrekking tot de factor | Ligandstaat | Negatieve regelgeving | Positieve Regelgeving |
| Biedt scheiding van DNA | Deelnemen | Verwijderen van het repressor-eiwit, activering van het gen | Verwijderen van activator-eiwit, genuitschakeling |
| Voegt factor toe aan DNA | Verwijderen | Repressorverwijdering, opname van transcriptie | Verwijder activator, zet transcriptie uit |
Negatieve regulatie kan worden overwogen bij het voorbeeld van het tryptofaan-operon van de bacterie E. coli, dat wordt gekenmerkt door de locatie van de operator binnen de promotorsequentie. Het repressoreiwit wordt geactiveerd door de aanhechting van twee tryptofaanmoleculen, die de hoek van het DNA-bindende domein veranderen zodat het de grote groef van de dubbele helix kan binnendringen. Bij een lage concentratie tryptofaan verliest de repressor zijn ligand en wordt weer inactief. Met andere woorden, de frequentie van transcriptie-initiatieomgekeerd evenredig met de hoeveelheid metaboliet.
Sommige bacteriële operons (bijvoorbeeld lactose) combineren positieve en negatieve regulerende mechanismen. Een dergelijk systeem is nodig wanneer één signaal niet voldoende is voor een rationele controle van expressie. Het lactose-operon codeert dus voor enzymen die de cel in transporteren en vervolgens lactose afbreken, een alternatieve energiebron die minder winstgevend is dan glucose. Daarom bindt het CAP-eiwit alleen bij een lage concentratie van het laatste aan DNA en begint de transcriptie. Dit is echter alleen aan te raden in de aanwezigheid van lactose, waarvan de afwezigheid leidt tot de activering van de Lac-repressor, die de toegang van het polymerase tot de promotor blokkeert, zelfs in de aanwezigheid van een functionele vorm van het activatoreiwit.
Vanwege de operonstructuur in bacteriën worden verschillende genen gecontroleerd door één regulerend gebied en 1-2 TF's, terwijl in eukaryoten een enkel gen een groot aantal regulerende elementen heeft, die elk afhankelijk zijn van vele andere factoren. Deze complexiteit komt overeen met het hoge organisatieniveau van eukaryoten, en vooral meercellige organismen.
Regulering van mRNA-synthese in eukaryoten
De controle van eukaryote genexpressie wordt bepaald door de gecombineerde werking van twee elementen: eiwittranscriptiefeiten (TF) en regulerende DNA-sequenties die zich naast de promotor kunnen bevinden, veel hoger dan deze, in introns of na de gen (wat het coderende gebied betekent, en niet een gen in zijn volledige betekenis).
Sommige gebieden werken als schakelaars, andere werken niet samendirect met TF, maar geef het DNA-molecuul de flexibiliteit die nodig is voor de vorming van een lusachtige structuur die het proces van transcriptionele activering begeleidt. Dergelijke gebieden worden spacers genoemd. Alle regulerende sequenties vormen samen met de promotor het gencontrolegebied.
Het is vermeldenswaard dat de werking van de transcriptiefactoren zelf slechts een onderdeel is van een complexe regulering van genetische expressie op meerdere niveaus, waarbij een groot aantal elementen samen de resulterende vector vormen, die bepa alt of RNA zal uiteindelijk worden gesynthetiseerd uit een bepaald gebied van het genoom.
Een extra factor bij de controle van transcriptie in de kerncel is een verandering in de structuur van chromatine. Hier zijn zowel totale regulatie (verzorgd door de verdeling van heterochromatine- en euchromatine-regio's) als lokale regulatie geassocieerd met een specifiek gen aanwezig. Om polymerase te laten werken, moeten alle niveaus van DNA-verdichting, inclusief het nucleosoom, worden geëlimineerd.
De diversiteit aan transcriptiefactoren in eukaryoten wordt geassocieerd met een groot aantal regelaars, waaronder versterkers, geluiddempers (versterkers en geluiddempers), evenals adapterelementen en isolatoren. Deze sites kunnen zowel dichtbij als op aanzienlijke afstand van het gen liggen (tot 50 duizend bp).
Verhogers, geluiddempers en adapterelementen
Enhancers zijn kort sequentieel DNA dat in staat is om transcriptie te activeren bij interactie met een regulerend eiwit. Benadering van de versterker tot het promotorgebied van het genwordt uitgevoerd door de vorming van een lusachtige structuur van DNA. Binding van een activator aan een versterker stimuleert ofwel de assemblage van het initiatiecomplex of helpt het polymerase tot verlenging over te gaan.
De versterker heeft een complexe structuur en bestaat uit verschillende moduleplaatsen, die elk hun eigen regulerende eiwit hebben.
Silencers zijn DNA-regio's die de mogelijkheid van transcriptie onderdrukken of volledig uitsluiten. Het werkingsmechanisme van een dergelijke schakelaar is nog onbekend. Een van de veronderstelde methoden is de bezetting van grote DNA-gebieden door speciale eiwitten van de SIR-groep, die de toegang tot initiatiefactoren blokkeren. In dit geval worden alle genen die zich binnen een paar duizend basenparen van de geluiddemper bevinden uitgeschakeld.
Adapterelementen in combinatie met TF's die eraan binden, vormen een aparte klasse van genetische schakelaars die selectief reageren op steroïde hormonen, cyclische AMP en glucocorticoïden. Dit regulerende blok is verantwoordelijk voor de reactie van de cel op een hitteschok, blootstelling aan metalen en bepaalde chemische verbindingen.
Onder de DNA-controlegebieden wordt een ander type elementen onderscheiden: isolatoren. Dit zijn specifieke sequenties die voorkomen dat transcriptiefactoren verre genen beïnvloeden. Het werkingsmechanisme van isolatoren is nog niet opgehelderd.
Eukaryote transcriptiefactoren
Als transcriptiefactoren in bacteriën alleen een regulerende functie hebben, dan is er in nucleaire cellen een hele groep TF's die voor achtergrondinitiatie zorgen, maar die tegelijkertijd direct afhankelijk zijn van binding aanDNA regulerende eiwitten. Het aantal en de variëteit van de laatste in eukaryoten is enorm. Zo is in het menselijk lichaam het aandeel sequenties dat codeert voor eiwittranscriptiefactoren ongeveer 10% van het genoom.
Tot op heden worden eukaryote TF's niet goed begrepen, evenals de werkingsmechanismen van genetische schakelaars, waarvan de structuur veel gecompliceerder is dan de modellen van positieve en negatieve regulatie in bacteriën. In tegenstelling tot de laatste wordt de activiteit van transcriptiefactoren van kerncellen niet beïnvloed door één of twee, maar door tientallen en zelfs honderden signalen die elkaar kunnen versterken, verzwakken of uitsluiten.
Aan de ene kant vereist activering van een bepaald gen een hele groep transcriptiefactoren, maar aan de andere kant kan één regulerend eiwit voldoende zijn om de expressie van verschillende genen door het cascademechanisme te activeren. Dit hele systeem is een complexe computer die signalen van verschillende bronnen (zowel extern als intern) verwerkt en hun effecten aan het eindresultaat toevoegt met een plus- of minteken.
Regulerende transcriptiefactoren in eukaryoten (activators en repressors) hebben geen interactie met de operator, zoals bij bacteriën, maar met controleplaatsen verspreid over DNA en beïnvloeden de initiatie via tussenpersonen, die mediator-eiwitten kunnen zijn, factoren van het initiatiecomplex en enzymen die de structuur van chromatine veranderen.
Met uitzondering van sommige TF's die zijn opgenomen in het pre-initiatiecomplex, hebben alle transcriptiefactoren een DNA-bindend domein datze van tal van andere eiwitten die zorgen voor de normale passage van transcriptie of fungeren als tussenpersonen bij de regulatie ervan.
Recente onderzoeken hebben aangetoond dat eukaryote TF's niet alleen de initiatie maar ook de verlenging van transcriptie kunnen beïnvloeden.
Verscheidenheid en classificatie
In eukaryoten zijn er 2 groepen eiwittranscriptiefactoren: basaal (ook wel algemeen of hoofd genoemd) en regulerend. De eerstgenoemden zijn verantwoordelijk voor de erkenning van promotors en het creëren van het pre-initiatiecomplex. Nodig om transcriptie te starten. Deze groep omvat enkele tientallen eiwitten die altijd in de cel aanwezig zijn en geen invloed hebben op de differentiële expressie van genen.
Het complex van basale transcriptiefactoren is een hulpmiddel dat qua functie vergelijkbaar is met de sigma-subeenheid in bacteriën, alleen complexer en geschikt voor alle soorten promotors.
Factoren van een ander type beïnvloeden de transcriptie door interactie met regulerende DNA-sequenties. Omdat deze enzymen genspecifiek zijn, zijn er een groot aantal. Door zich te binden aan regio's van specifieke genen, regelen ze de secretie van bepaalde eiwitten.
Classificatie van transcriptiefactoren in eukaryoten is gebaseerd op drie principes:
- mechanisme van actie;
- functionerende voorwaarden;
- structuur van het DNA-bindende domein.
Volgens het eerste kenmerk zijn er 2 klassen factoren: basaal (interactie met de promotor) en binding aan stroomopwaartse regio's (regulerende regio's stroomopwaarts van het gen). Deze soortclassificatie komt in wezen overeen met de functionele indeling van TF in algemeen en specifiek. Stroomopwaartse factoren worden verdeeld in 2 groepen, afhankelijk van de behoefte aan extra activering.
Volgens de kenmerken van het functioneren, worden constitutieve TF's onderscheiden (altijd aanwezig in elke cel) en induceerbaar (niet kenmerkend voor alle celtypen en kunnen bepaalde activeringsmechanismen vereisen). Factoren van de tweede groep zijn op hun beurt onderverdeeld in celspecifiek (deelnemen aan ontogenie, worden gekenmerkt door strikte expressiecontrole, maar vereisen geen activering) en signaalafhankelijk. Deze laatste worden onderscheiden volgens het type en de werkingswijze van het activeringssignaal.
De structurele classificatie van eiwittranscriptiefactoren is zeer uitgebreid en omvat 6 superklassen, waaronder vele klassen en families.
Werkingsprincipe
De werking van basale factoren is een cascade-assemblage van verschillende subeenheden met de vorming van een initiatiecomplex en activering van transcriptie. In feite is dit proces de laatste stap in de werking van het activator-eiwit.
Specifieke factoren kunnen transcriptie in twee stappen reguleren:
- montage van het initiatiecomplex;
- overgang naar productieve verlenging.
In het eerste geval wordt het werk van specifieke TF's beperkt tot de primaire herschikking van chromatine, evenals de rekrutering, oriëntatie en modificatie van de mediator, polymerase en basale factoren op de promotor, wat leidt tot de activering van transcriptie. Het belangrijkste element van signaaloverdracht is de bemiddelaar - een complex van 24 subeenheden die werken inals intermediair tussen het regulerende eiwit en RNA-polymerase. De volgorde van interacties is individueel voor elk gen en de bijbehorende factor.
Regulatie van verlenging wordt uitgevoerd door de interactie van de factor met het P-Tef-b-eiwit, dat RNA-polymerase helpt de pauze te overwinnen die met de promotor is geassocieerd.
Functionele structuren van TF
Transcriptiefactoren hebben een modulaire structuur en voeren hun werk uit via drie functionele domeinen:
- DNA-binding (DBD) - nodig voor herkenning en interactie met het regulerende gebied van het gen.
- Trans-activerend (TAD) – maakt interactie mogelijk met andere regulerende eiwitten, inclusief transcriptiefactoren.
- Signaalherkenning (SSD) - vereist voor de waarneming en overdracht van regelgevende signalen.
Het DNA-bindende domein heeft op zijn beurt vele typen. De belangrijkste motieven in de structuur zijn:
- "zinkvingers";
- homeodomein;
- "β"-lagen;
- loops;
- "leucine bliksem";
- spiral-loop-spiral;
- spiraal-draai-spiraal.
Dankzij dit domein "leest" de transcriptiefactor de DNA-nucleotidesequentie in de vorm van een patroon op het oppervlak van de dubbele helix. Hierdoor is specifieke herkenning van bepaalde regelgevende elementen mogelijk.
De interactie van motieven met de DNA-helix is gebaseerd op de exacte overeenkomst tussen de oppervlakken hiervanmoleculen.
Regulering en synthese van TF
Er zijn verschillende manieren om de invloed van transcriptiefactoren op transcriptie te reguleren. Deze omvatten:
- activatie - een verandering in de functionaliteit van de factor in relatie tot DNA als gevolg van fosforylering, ligandaanhechting of interactie met andere regulerende eiwitten (inclusief TF);
- translocatie - transport van een factor van het cytoplasma naar de kern;
- beschikbaarheid van de bindingsplaats - hangt af van de mate van chromatinecondensatie (in de staat van heterochromatine is DNA niet beschikbaar voor TF);
- een complex van mechanismen die ook kenmerkend zijn voor andere eiwitten (regulatie van alle processen van transcriptie tot post-translationele modificatie en intracellulaire lokalisatie).
De laatste methode bepa alt de kwantitatieve en kwalitatieve samenstelling van transcriptiefactoren in elke cel. Sommige TF's zijn in staat hun synthese te reguleren volgens het klassieke feedbacktype, wanneer hun eigen product een remmer van de reactie wordt. In dit geval stopt een bepaalde concentratie van de factor de transcriptie van het gen dat ervoor codeert.
Algemene transcriptiefactoren
Deze factoren zijn nodig om de transcriptie van genen te starten en worden in de nomenclatuur aangeduid als TFl, TFll en TFlll, afhankelijk van het type RNA-polymerase waarmee ze interageren. Elke factor bestaat uit verschillende subeenheden.
Basale TF's hebben drie hoofdfuncties:
- juiste locatie van RNA-polymerase op de promotor;
- afwikkelen van DNA-ketens in het gebied van de start van transcriptie;
- bevrijding van polymerase uitpromotor op het moment van overgang naar rek;
Bepaalde subeenheden van basale transcriptiefactoren binden aan promoterregulerende elementen. De belangrijkste is de TATA-box (niet kenmerkend voor alle genen), die zich op een afstand van "-35" nucleotiden van het beginpunt bevindt. Andere bindingsplaatsen omvatten de INR-, BRE- en DPE-sequenties. Sommige TF's maken niet rechtstreeks contact met DNA.
De groep van belangrijkste transcriptiefactoren van RNA-polymerase II omvat TFllD, TFllB, TFllF, TFllE en TFllH. De Latijnse letter aan het einde van de aanduiding geeft de volgorde van detectie van deze eiwitten aan. Zo werd als eerste de factor TFlllA, die tot het III RNA-polymerase behoort, geïsoleerd.
| Naam | Aantal eiwitsubeenheden | Functie |
| TFllD | 16 (TBP +15 TAF's) | TBP bindt aan de TATA-box en TAF's herkennen andere promotorsequenties |
| TFllB | 1 | Herkent het BRE-element, oriënteert het polymerase nauwkeurig op de startplaats |
| TFllF | 3 | Stabiliseert de polymerase-interactie met TBP en TFllB, vergemakkelijkt de aanhechting van TFllE en TFllH |
| TFllE | 2 | Verbindt en past TFllH |
| TFllH | 10 | Scheidt DNA-ketens op het punt van initiatie, bevrijdt het RNA-synthetiserende enzym van de promotor en belangrijke transcriptiefactoren (biochemieproces is gebaseerd op fosforylering van het Cer5-C-terminale domein van RNA-polymerase) |
Assemblage van basale TF vindt alleen plaats met behulp van een activator, een mediator en chromatine-modificerende eiwitten.
Specifieke TF
Door de controle van genetische expressie reguleren deze transcriptiefactoren de biosynthetische processen van zowel individuele cellen als het hele organisme, van embryogenese tot fijne fenotypische aanpassing aan veranderende omgevingsomstandigheden. De invloedssfeer van de TF omvat 3 hoofdblokken:
- ontwikkeling (embryo- en ontogenie);
- celcyclus;
- reactie op externe signalen.
Een speciale groep transcriptiefactoren regelt de morfologische differentiatie van het embryo. Deze eiwitset wordt gecodeerd door een speciale consensussequentie van 180 bp, de homeobox genaamd.
Om te bepalen welk gen moet worden getranscribeerd, moet het regulerende eiwit een specifieke DNA-plaats "vinden" en eraan binden die als een genetische schakelaar fungeert (versterker, geluiddemper, enz.). Elke dergelijke sequentie komt overeen met een of meer verwante transcriptiefactoren die de gewenste plaats herkennen vanwege het samenvallen van de chemische conformaties van een bepaald buitenste segment van de helix en het DNA-bindende domein (key-lock-principe). Voor herkenning wordt een gebied van de primaire structuur van DNA gebruikt dat de grote groef wordt genoemd.
Na binding aan DNA-actieactivator-eiwit triggert een reeks opeenvolgende stappen die leiden tot de assemblage van het pre-initiatorcomplex. Het algemene schema van dit proces is als volgt:
- Activatorbinding aan chromatine in het promotorgebied, rekrutering van ATP-afhankelijke herschikkingscomplexen.
- Chromatine-omlegging, activering van histonmodificerende eiwitten.
- Covalente modificatie van histonen, aantrekking van andere activator-eiwitten.
- Binding van extra activerende eiwitten aan het regulerende gebied van het gen.
- Betrokkenheid van een bemiddelaar en algemene TF.
- Montage van het pre-initiatiecomplex op de promotor.
- Invloed van andere activator-eiwitten, herschikking van subeenheden van het pre-initiatiecomplex.
- Start transcriptie.
De volgorde van deze gebeurtenissen kan van gen tot gen verschillen.
Met zo'n groot aantal activeringsmechanismen komt een even breed scala aan repressiemethoden overeen. Dat wil zeggen, door een van de fasen op weg naar initiatie te remmen, kan het regulerende eiwit de effectiviteit ervan verminderen of het volledig blokkeren. Meestal activeert de repressor meerdere mechanismen tegelijk, waardoor de afwezigheid van transcriptie wordt gegarandeerd.
Gecoördineerde controle van genen
Ondanks het feit dat elk transcripton zijn eigen regelsysteem heeft, hebben eukaryoten een mechanisme dat het, net als bacteriën, mogelijk maakt om groepen genen te starten of te stoppen die gericht zijn op het uitvoeren van een specifieke taak. Dit wordt bereikt door een transcriptiebepalende factor die de combinaties compleet maaktandere regulerende elementen die nodig zijn voor maximale activering of onderdrukking van het gen.
In transcriptons die onderhevig zijn aan een dergelijke regulatie, leidt de interactie van verschillende componenten tot hetzelfde eiwit, dat fungeert als de resulterende vector. Daarom beïnvloedt de activering van een dergelijke factor meerdere genen tegelijk. Het systeem werkt volgens het principe van een cascade.
Het schema van gecoördineerde controle kan worden beschouwd als het voorbeeld van ontogenetische differentiatie van skeletspiercellen, waarvan de voorlopers myoblasten zijn.
Transcriptie van genen die coderen voor de synthese van eiwitten die kenmerkend zijn voor een volwassen spiercel, wordt veroorzaakt door een van de vier myogene factoren: MyoD, Myf5, MyoG en Mrf4. Deze eiwitten activeren de synthese van zichzelf en van elkaar, en omvatten ook de genen voor de extra transcriptiefactor Mef2 en structurele spiereiwitten. Mef2 is betrokken bij de regulatie van verdere differentiatie van myoblasten, terwijl tegelijkertijd de concentratie van myogene eiwitten wordt gehandhaafd door een positief feedbackmechanisme.
