Vo všetkých organizmoch (s výnimkou niektorých vírusov) prebieha implementácia genetického materiálu podľa systému DNA-RNA-proteín. V prvej fáze sa informácie prepisujú (prepisujú) z jednej nukleovej kyseliny na druhú. Proteíny, ktoré regulujú tento proces, sa nazývajú transkripčné faktory.
Čo je prepis
Trankripcia je biosyntéza molekuly RNA založená na šablóne DNA. Je to možné vďaka komplementarite určitých dusíkatých báz, ktoré tvoria nukleové kyseliny. Syntéza je vykonávaná špecializovanými enzýmami - RNA polymerázami a je riadená mnohými regulačnými proteínmi.
Neprepisuje sa celý genóm naraz, ale iba jeho určitá časť, nazývaná transkripcia. Ten obsahuje promótor (miesto pripojenia RNA polymerázy) a terminátor (sekvencia, ktorá aktivuje dokončenie syntézy).
Prokaryotický transkriptón je operón pozostávajúci z niekoľkých štruktúrnych génov (cistrónov). Na jej základe sa syntetizuje polycistronická RNA,obsahujúce informácie o sekvencii aminokyselín skupiny funkčne príbuzných proteínov. Eukaryotický transkript obsahuje iba jeden gén.
Biologickou úlohou procesu transkripcie je tvorba templátových RNA sekvencií, na základe ktorých prebieha syntéza proteínov (translácia) v ribozómoch.
Syntéza RNA u prokaryotov a eukaryotov
Schéma syntézy RNA je rovnaká pre všetky organizmy a zahŕňa 3 stupne:
- Iniciácia - pripojenie polymerázy na promótor, aktivácia procesu.
- Predĺženie - predĺženie nukleotidového reťazca v smere od 3' do 5' konca s uzavretím fosfodiesterových väzieb medzi dusíkatými bázami, ktoré sú vybrané komplementárne k monomérom DNA.
- Ukončenie je dokončenie procesu syntézy.
U prokaryotov sú všetky typy RNA transkribované jednou RNA polymerázou, pozostávajúcou z piatich protomérov (β, β', ω a dvoch α podjednotiek), ktoré spolu tvoria jadrový enzým schopný zväčšiť reťazec ribonukleotidov. Existuje tiež ďalšia jednotka σ, bez ktorej nie je možné pripojenie polymerázy na promótor. Komplex jadra a sigma faktora sa nazýva holoenzým.
Napriek skutočnosti, že podjednotka σ nie je vždy spojená s jadrom, považuje sa za súčasť RNA polymerázy. V disociovanom stave sa sigma nedokáže viazať na promótor, iba ako súčasť holoenzýmu. Po dokončení iniciácie sa tento protomér oddelí od jadra a je nahradený faktorom predĺženia.
Funkciaprokaryotov je kombináciou procesov translácie a transkripcie. Ribozómy sa okamžite pripájajú k RNA, ktorá sa začína syntetizovať a vytvárajú reťazec aminokyselín. Transkripcia sa zastaví v dôsledku vytvorenia vlásenkovej štruktúry v oblasti terminátora. V tomto štádiu sa komplex DNA-polymeráza-RNA rozpadne.
V eukaryotických bunkách transkripciu vykonávajú tri enzýmy:
- RNA polymeráza l – syntetizuje 28S a 18S-ribozomálnu RNA.
- RNA polymeráza II – prepisuje gény kódujúce proteíny a malé jadrové RNA.
- RNA polymeráza III – zodpovedná za syntézu tRNA a 5S rRNA (malá podjednotka ribozómov).
Žiadny z týchto enzýmov nie je schopný iniciovať transkripciu bez účasti špecifických proteínov, ktoré zabezpečujú interakciu s promótorom. Podstata procesu je rovnaká ako u prokaryotov, ale každé štádium je oveľa komplikovanejšie s účasťou väčšieho počtu funkčných a regulačných prvkov, vrátane tých, ktoré modifikujú chromatín. Len v iniciačnej fáze je zapojených asi sto proteínov vrátane množstva transkripčných faktorov, zatiaľ čo v baktériách stačí jedna sigma podjednotka na naviazanie na promótor a niekedy je potrebná pomoc aktivátora.
Najdôležitejší príspevok biologickej úlohy transkripcie v biosyntéze rôznych typov proteínov určuje potrebu prísneho systému kontroly čítania génov.
Prepisové nariadenie
V žiadnej bunke nie je genetický materiál plne realizovaný: iba časť génov je prepísaná, zatiaľ čo zvyšok je neaktívny. To je možné vďaka komplexuregulačné mechanizmy, ktoré určujú, z ktorých segmentov DNA a v akom množstve sa budú syntetizovať sekvencie RNA.
U jednobunkových organizmov má rozdielna aktivita génov adaptačnú hodnotu, pričom u mnohobunkových organizmov určuje aj procesy embryogenézy a ontogenézy, kedy na základe jedného genómu vznikajú rôzne typy tkanív.
Génová expresia je riadená na niekoľkých úrovniach. Najdôležitejším krokom je regulácia transkripcie. Biologický význam tohto mechanizmu spočíva v udržiavaní požadovaného množstva rôznych proteínov, ktoré bunka alebo organizmus vyžaduje v konkrétnom okamihu existencie.
Dochádza k úprave biosyntézy na iných úrovniach, ako je spracovanie, translácia a transport RNA z jadra do cytoplazmy (ten u prokaryotov chýba). Pri pozitívnej regulácii sú tieto systémy zodpovedné za produkciu proteínu na základe aktivovaného génu, čo je biologický význam transkripcie. Reťaz však môže byť zavesená v ktorejkoľvek fáze. Niektoré regulačné znaky v eukaryotoch (alternatívne promótory, zostrih, modifikácia polyadenačných miest) vedú k objaveniu sa rôznych variantov proteínových molekúl založených na rovnakej sekvencii DNA.
Vzhľadom na to, že tvorba RNA je prvým krokom v dekódovaní genetickej informácie na ceste k biosyntéze proteínov, biologická úloha procesu transkripcie pri modifikácii bunkového fenotypu je oveľa dôležitejšia ako regulácia spracovania alebo translácie.
Stanovenie aktivity špecifických génov ako vu prokaryotov aj eukaryotov sa vyskytuje v štádiu iniciácie pomocou špecifických prepínačov, ktoré zahŕňajú regulačné oblasti DNA a transkripčné faktory (TF). Prevádzka takýchto prepínačov nie je autonómna, ale je pod prísnou kontrolou iných bunkových systémov. Existujú aj mechanizmy nešpecifickej regulácie syntézy RNA, ktoré zabezpečujú normálny prechod iniciácie, predĺženia a ukončenia.
Koncept transkripčných faktorov
Na rozdiel od regulačných prvkov genómu sú transkripčné faktory chemicky proteíny. Väzbou na špecifické oblasti DNA môžu aktivovať, inhibovať, urýchliť alebo spomaliť proces transkripcie.
V závislosti od vyvolaného účinku možno transkripčné faktory prokaryotov a eukaryotov rozdeliť do dvoch skupín: aktivátory (iniciujú alebo zvyšujú intenzitu syntézy RNA) a represory (potláčajú alebo inhibujú proces). V súčasnosti sa v rôznych organizmoch našlo viac ako 2000 TF.
Transkripčná regulácia u prokaryotov
U prokaryotov dochádza k riadeniu syntézy RNA hlavne v iniciačnom štádiu v dôsledku interakcie TF so špecifickou oblasťou transkriptu - operátorom, ktorý sa nachádza vedľa promótora (niekedy sa s ním pretína) a, v skutočnosti je miestom pristátia pre regulačný proteín (aktivátor alebo represor). Baktérie sa vyznačujú iným spôsobom diferenciálnej kontroly génov - syntézou alternatívnych σ-podjednotiek určených pre rôzne skupiny promótorov.
Čiastočne operónový výrazmôžu byť regulované v štádiách predlžovania a terminácie, ale nie vďaka TF viažucim DNA, ale vďaka proteínom interagujúcim s RNA polymerázou. Patria sem proteíny Gre a antiterminátorové faktory Nus a RfaH.
Predlžovanie a ukončenie transkripcie u prokaryotov je určitým spôsobom ovplyvnené paralelnou syntézou proteínov. U eukaryotov sú oba tieto procesy samotné, ako aj transkripčné a translačné faktory priestorovo oddelené, čo znamená, že spolu funkčne nesúvisia.
Aktivátory a represory
Prokaryoty majú dva mechanizmy regulácie transkripcie v iniciačnej fáze:
- pozitívne – realizované aktivačnými proteínmi;
- negatívny – kontrolovaný represormi.
Keď je faktor pozitívne regulovaný, pripojenie faktora k operátorovi aktivuje gén, a keď je negatívne, naopak, vypne ho. Schopnosť regulačného proteínu viazať sa na DNA závisí od pripojenia ligandu. Úlohu tých druhých zvyčajne zohrávajú nízkomolekulárne bunkové metabolity, ktoré v tomto prípade pôsobia ako koaktivátory a korepresory.
Mechanizmus účinku represora je založený na prekrývaní oblastí promótora a operátora. V operónoch s touto štruktúrou pripojenie proteínového faktora k DNA uzatvorí časť miesta pristátia pre RNA polymerázu, čím jej zabráni iniciovať transkripciu.
Aktivátory fungujú na slabých promótoroch s nízkou funkčnosťou, ktoré RNA polymerázy zle rozpoznávajú alebo sa ťažko roztavia (oddelené vlákna špirályDNA potrebná na spustenie transkripcie). Spojením operátora proteínový faktor interaguje s polymerázou, čím sa výrazne zvyšuje pravdepodobnosť iniciácie. Aktivátory sú schopné zvýšiť intenzitu transkripcie 1000-krát.
Niektoré prokaryotické TF môžu pôsobiť ako aktivátory aj represory v závislosti od umiestnenia operátora vo vzťahu k promótoru: ak sa tieto oblasti prekrývajú, faktor inhibuje transkripciu, inak sa spustí.
| Funkcia ligandu vzhľadom na faktor | Štát ligandu | Negatívne nariadenie | Pozitívna regulácia |
| Poskytuje oddelenie od DNA | Pripájam sa | Odstránenie represorového proteínu, aktivácia génu | Odstránenie aktivačného proteínu, vypnutie génu |
| Pridáva faktor k DNA | Delete | Odstránenie represora, zahrnutie transkripcie | Odstráňte aktivátor, vypnite prepis |
Negatívnu reguláciu možno považovať na príklade tryptofánového operónu baktérie E. coli, ktorý je charakterizovaný umiestnením operátora v rámci promótorovej sekvencie. Represorový proteín sa aktivuje pripojením dvoch molekúl tryptofánu, ktoré zmenia uhol domény viažucej DNA tak, aby mohla vstúpiť do hlavnej drážky dvojitej špirály. Pri nízkej koncentrácii tryptofánu represor stráca svoj ligand a stáva sa opäť neaktívnym. Inými slovami, frekvencia iniciácie transkripcienepriamo úmerné množstvu metabolitu.
Niektoré bakteriálne operóny (napríklad laktóza) kombinujú pozitívne a negatívne regulačné mechanizmy. Takýto systém je potrebný, keď jeden signál nestačí na racionálne riadenie prejavu. Laktózový operón teda kóduje enzýmy, ktoré sa transportujú do bunky a potom rozkladajú laktózu, alternatívny zdroj energie, ktorý je menej výnosný ako glukóza. Preto len pri nízkej koncentrácii posledne menovaného sa proteín CAP viaže na DNA a začína transkripciu. To sa však odporúča iba v prítomnosti laktózy, ktorej absencia vedie k aktivácii Lac represoru, ktorý blokuje prístup polymerázy k promótoru aj v prítomnosti funkčnej formy aktivačného proteínu.
Vďaka operónovej štruktúre v baktériách je niekoľko génov riadených jednou regulačnou oblasťou a 1-2 TF, zatiaľ čo v eukaryotoch má jeden gén veľké množstvo regulačných prvkov, z ktorých každý je závislý na mnohých iných faktory. Táto zložitosť zodpovedá vysokej úrovni organizácie eukaryotov a najmä mnohobunkových organizmov.
Regulácia syntézy mRNA v eukaryotoch
Kontrola expresie eukaryotického génu je určená kombinovaným pôsobením dvoch prvkov: proteínových transkripčných faktov (TF) a regulačných sekvencií DNA, ktoré sa môžu nachádzať vedľa promótora, oveľa vyššie, v intrónoch alebo po ňom. gén (čo znamená kódujúcu oblasť a nie gén v jeho plnom význame).
Niektoré oblasti fungujú ako prepínače, iné neinteragujúpriamo s TF, ale dávajú molekule DNA flexibilitu potrebnú na vytvorenie štruktúry podobnej slučke, ktorá sprevádza proces transkripčnej aktivácie. Takéto oblasti sa nazývajú medzerníky. Všetky regulačné sekvencie spolu s promótorom tvoria oblasť riadenia génu.
Za zmienku stojí, že pôsobenie samotných transkripčných faktorov je len súčasťou komplexnej viacúrovňovej regulácie genetickej expresie, pri ktorej sa do výsledného vektora sčítava obrovské množstvo prvkov, ktoré určujú, či RNA bude prípadne sa syntetizujú z určitej oblasti genómu.
Ďalším faktorom pri kontrole transkripcie v jadrovej bunke je zmena štruktúry chromatínu. Tu je prítomná celková regulácia (zabezpečená distribúciou oblastí heterochromatínu a euchromatínu), ako aj lokálna regulácia spojená so špecifickým génom. Aby polymeráza fungovala, musia byť odstránené všetky úrovne zhutnenia DNA vrátane nukleozómu.
Rozmanitosť transkripčných faktorov u eukaryotov je spojená s veľkým počtom regulátorov, medzi ktoré patria zosilňovače, tlmiče (zosilňovače a tlmiče), ako aj adaptérové prvky a izolátory. Tieto miesta sa môžu nachádzať v blízkosti génu aj v značnej vzdialenosti od neho (do 50 000 bp).
Vylepšovače, tlmiče a prvky adaptéra
Enhancery sú krátke sekvenčné DNA schopné spustiť transkripciu pri interakcii s regulačným proteínom. Aproximácia zosilňovača k promótorovej oblasti génusa uskutočňuje v dôsledku tvorby slučkovej štruktúry DNA. Väzba aktivátora na zosilňovač buď stimuluje zostavenie iniciačného komplexu alebo pomáha polymeráze postupovať k predĺženiu.
Enhancer má komplexnú štruktúru a pozostáva z niekoľkých modulových miest, z ktorých každé má svoj vlastný regulačný proteín.
Tlmiče sú oblasti DNA, ktoré potláčajú alebo úplne vylučujú možnosť transkripcie. Mechanizmus fungovania takéhoto spínača je stále neznámy. Jednou z predpokladaných metód je obsadenie veľkých oblastí DNA špeciálnymi proteínmi skupiny SIR, ktoré blokujú prístup k iniciačným faktorom. V tomto prípade sú všetky gény umiestnené v okruhu niekoľkých tisíc párov báz od tlmiča vypnuté.
Adaptérové prvky v kombinácii s TF, ktoré sa na ne viažu, tvoria samostatnú triedu genetických prepínačov, ktoré selektívne reagujú na steroidné hormóny, cyklický AMP a glukokortikoidy. Tento regulačný blok je zodpovedný za reakciu bunky na tepelný šok, vystavenie kovom a určitým chemickým zlúčeninám.
Medzi oblasťami kontroly DNA sa rozlišuje ďalší typ prvkov - izolátory. Ide o špecifické sekvencie, ktoré bránia transkripčným faktorom ovplyvňovať vzdialené gény. Mechanizmus účinku izolantov ešte nebol objasnený.
Eukaryotické transkripčné faktory
Ak majú transkripčné faktory v baktériách iba regulačnú funkciu, potom v jadrových bunkách existuje celá skupina TF, ktoré zabezpečujú iniciáciu pozadia, ale zároveň priamo závisia od väzby naDNA regulačné proteíny. Počet a rozmanitosť týchto v eukaryotoch je obrovská. V ľudskom tele je teda podiel sekvencií kódujúcich proteínové transkripčné faktory asi 10 % genómu.
Dodnes nie sú eukaryotické TF dobre pochopené, rovnako ako mechanizmy fungovania genetických prepínačov, ktorých štruktúra je oveľa komplikovanejšia ako modely pozitívnej a negatívnej regulácie v baktériách. Na rozdiel od posledne menovaných je aktivita transkripčných faktorov nukleárnych buniek ovplyvnená nie jedným alebo dvoma, ale desiatkami, ba dokonca stovkami signálov, ktoré sa môžu navzájom posilňovať, oslabovať alebo vylučovať.
Na jednej strane si aktivácia konkrétneho génu vyžaduje celú skupinu transkripčných faktorov, no na druhej strane môže stačiť jeden regulačný proteín na spustenie expresie niekoľkých génov kaskádovým mechanizmom. Celý tento systém je komplexný počítač, ktorý spracováva signály z rôznych zdrojov (externých aj interných) a ich efekty pridáva ku konečnému výsledku so znamienkom plus alebo mínus.
Regulačné transkripčné faktory v eukaryotoch (aktivátory a represory) neinteragujú s operátorom ako u baktérií, ale s kontrolnými miestami rozptýlenými po DNA a ovplyvňujú iniciáciu prostredníctvom sprostredkovateľov, ktorými môžu byť mediátorové proteíny, faktory iniciačného komplexu a enzýmy, ktoré menia štruktúru chromatínu.
S výnimkou niektorých TF zahrnutých v pre-iniciačnom komplexe majú všetky transkripčné faktory doménu viažucu DNA, ktorá rozlišujez mnohých iných proteínov, ktoré zabezpečujú normálny prechod transkripcie alebo pôsobia ako sprostredkovatelia pri jej regulácii.
Nedávne štúdie ukázali, že eukaryotické TF môžu ovplyvniť nielen iniciáciu, ale aj predĺženie transkripcie.
Rozmanitosť a klasifikácia
V eukaryotoch existujú 2 skupiny proteínových transkripčných faktorov: bazálne (inak nazývané všeobecné alebo hlavné) a regulačné. Tí prví sú zodpovední za uznanie promótorov a vytvorenie komplexu prediniciácie. Potrebné na spustenie prepisu. Táto skupina zahŕňa niekoľko desiatok proteínov, ktoré sú vždy prítomné v bunke a neovplyvňujú rozdielnu expresiu génov.
Komplex bazálnych transkripčných faktorov je nástroj podobný vo funkcii sigma podjednotke v baktériách, len je zložitejší a vhodný pre všetky typy promótorov.
Faktory iného typu ovplyvňujú transkripciu prostredníctvom interakcie s regulačnými sekvenciami DNA. Keďže tieto enzýmy sú génovo špecifické, existuje ich obrovské množstvo. Väzbou na oblasti špecifických génov riadia sekréciu určitých proteínov.
Klasifikácia transkripčných faktorov v eukaryotoch je založená na troch princípoch:
- mechanizmus účinku;
- funkčné podmienky;
- štruktúra domény viažucej DNA.
Podľa prvého znaku existujú 2 triedy faktorov: bazálne (interagujú s promótorom) a väzbové na upstream oblasti (regulačné oblasti umiestnené pred génom). Tento druhklasifikácia v podstate zodpovedá funkčnému deleniu TF na všeobecnú a špecifickú. Upstream faktory sú rozdelené do 2 skupín v závislosti od potreby ďalšej aktivácie.
Podľa funkcií fungovania sa rozlišujú konštitutívne TF (vždy prítomné v akejkoľvek bunke) a indukovateľné (nie sú charakteristické pre všetky typy buniek a môžu vyžadovať určité aktivačné mechanizmy). Faktory druhej skupiny sa zase delia na bunkovo špecifické (zúčastňujú sa ontogenézy, vyznačujú sa prísnou kontrolou expresie, ale nevyžadujú aktiváciu) a závislé od signálu. Tie sa rozlišujú podľa typu a spôsobu pôsobenia aktivačného signálu.
Štrukturálna klasifikácia proteínových transkripčných faktorov je veľmi rozsiahla a zahŕňa 6 supertried, ktoré zahŕňajú mnoho tried a rodín.
Princíp fungovania
Fungovanie bazálnych faktorov je kaskádové zostavenie rôznych podjednotiek s tvorbou iniciačného komplexu a aktiváciou transkripcie. V skutočnosti je tento proces posledným krokom v pôsobení aktivačného proteínu.
Špecifické faktory môžu regulovať transkripciu v dvoch krokoch:
- montáž iniciačného komplexu;
- prechod na produktívne predĺženie.
V prvom prípade je práca špecifických TF redukovaná na primárne preskupenie chromatínu, ako aj nábor, orientáciu a modifikáciu mediátora, polymerázy a bazálnych faktorov na promótore, čo vedie k aktivácii prepisu. Hlavným prvkom prenosu signálu je mediátor - komplex 24 podjednotiek pôsobiacich vako medzičlánok medzi regulačným proteínom a RNA polymerázou. Postupnosť interakcií je individuálna pre každý gén a jeho zodpovedajúci faktor.
Regulácia predĺženia sa uskutočňuje vďaka interakcii faktora s proteínom P-Tef-b, ktorý pomáha RNA polymeráze prekonať pauzu spojenú s promótorom.
Funkčné štruktúry TF
Trankripčné faktory majú modulárnu štruktúru a svoju prácu vykonávajú prostredníctvom troch funkčných domén:
- Väzba DNA (DBD) – potrebná na rozpoznanie a interakciu s regulačnou oblasťou génu.
- Trans-aktivačné (TAD) – umožňuje interakciu s inými regulačnými proteínmi vrátane transkripčných faktorov.
- Signal-Recognizing (SSD) – potrebné na vnímanie a prenos regulačných signálov.
Na druhej strane doména viažuca DNA má mnoho typov. Medzi hlavné motívy v jeho štruktúre patrí:
- "zinkové prsty";
- homeodoména;
- "β"-layers;
- loops;
- "leucínový blesk";
- spiral-loop-spiral;
- spiral-turn-spiral.
Vďaka tejto doméne transkripčný faktor „prečíta“nukleotidovú sekvenciu DNA vo forme vzoru na povrchu dvojitej špirály. Vďaka tomu je možné špecifické rozpoznanie určitých regulačných prvkov.
Interakcia motívov so špirálou DNA je založená na presnej zhode medzi povrchmi týchtomolekuly.
Regulácia a syntéza TF
Existuje niekoľko spôsobov, ako regulovať vplyv transkripčných faktorov na transkripciu. Patria sem:
- aktivácia - zmena funkčnosti faktora vo vzťahu k DNA v dôsledku fosforylácie, pripojenia ligandu alebo interakcie s inými regulačnými proteínmi (vrátane TF);
- translokácia - transport faktora z cytoplazmy do jadra;
- dostupnosť väzbového miesta - závisí od stupňa kondenzácie chromatínu (v stave heterochromatínu nie je DNA dostupná pre TF);
- komplex mechanizmov, ktoré sú charakteristické aj pre iné proteíny (regulácia všetkých procesov od transkripcie po posttranslačnú modifikáciu a intracelulárnu lokalizáciu).
Posledná metóda určuje kvantitatívne a kvalitatívne zloženie transkripčných faktorov v každej bunke. Niektoré TF sú schopné regulovať svoju syntézu podľa klasického typu spätnej väzby, kedy sa ich vlastný produkt stáva inhibítorom reakcie. V tomto prípade určitá koncentrácia faktora zastaví transkripciu génu, ktorý ho kóduje.
Všeobecné transkripčné faktory
Tieto faktory sú nevyhnutné na spustenie transkripcie akýchkoľvek génov a v nomenklatúre sú označené ako TFl, TFll a TFlll v závislosti od typu RNA polymerázy, s ktorou interagujú. Každý faktor pozostáva z niekoľkých podjednotiek.
Bazálne TF vykonávajú tri hlavné funkcie:
- správne umiestnenie RNA polymerázy na promótore;
- odvíjanie reťazcov DNA v oblasti začiatku transkripcie;
- oslobodenie polymerázy zpromótor v momente prechodu do predĺženia;
Určité podjednotky bazálnych transkripčných faktorov sa viažu na regulačné prvky promótora. Najdôležitejší je TATA box (nie je charakteristický pre všetky gény), ktorý sa nachádza vo vzdialenosti "-35" nukleotidov od bodu iniciácie. Ďalšie väzbové miesta zahŕňajú sekvencie INR, BRE a DPE. Niektoré TF priamo nekontaktujú DNA.
Skupina hlavných transkripčných faktorov RNA polymerázy II zahŕňa TFllD, TFllB, TFllF, TFllE a TFllH. Latinské písmeno na konci označenia označuje poradie detekcie týchto proteínov. Faktor TFlllA, ktorý patrí k lll RNA polymeráze, bol teda izolovaný ako prvý.
| Meno | Počet proteínových podjednotiek | Funkcia |
| TFllD | 16 (TBP + 15 TAF) | TBP sa viaže na TATA box a TAF rozpoznáva iné promótorové sekvencie |
| TFllB | 1 | Rozpoznáva prvok BRE, presne orientuje polymerázu v mieste iniciácie |
| TFllF | 3 | Stabilizuje interakciu polymerázy s TBP a TFllB, uľahčuje pripojenie TFllE a TFllH |
| TFllE | 2 | Pripája a upravuje TFllH |
| TFllH | 10 | Oddeľuje reťazce DNA v bode iniciácie, uvoľňuje enzým syntetizujúci RNA od promótora a hlavných transkripčných faktorov (biochémiaproces je založený na fosforylácii Cer5-C-terminálnej domény RNA polymerázy) |
Zostavenie bazálnej TF prebieha len za pomoci aktivátora, mediátora a proteínov modifikujúcich chromatín.
Specific TF
Tieto transkripčné faktory prostredníctvom kontroly genetickej expresie regulujú biosyntetické procesy jednotlivých buniek aj celého organizmu, od embryogenézy až po jemné fenotypové prispôsobenie sa meniacim sa podmienkam prostredia. Sféra vplyvu TF zahŕňa 3 hlavné bloky:
- vývoj (embryo a ontogenéza);
- bunkový cyklus;
- reakcia na externé signály.
Špeciálna skupina transkripčných faktorov reguluje morfologickú diferenciáciu embrya. Tento proteínový súbor je kódovaný špeciálnou 180 bp konsenzuálnou sekvenciou nazývanou homeobox.
Na určenie, ktorý gén by sa mal transkribovať, musí regulačný proteín „nájsť“a naviazať sa na špecifické miesto DNA, ktoré funguje ako genetický spínač (zosilňovač, tlmič atď.). Každá takáto sekvencia zodpovedá jednému alebo viacerým súvisiacim transkripčným faktorom, ktoré rozpoznávajú požadované miesto v dôsledku koincidencie chemických konformácií konkrétneho vonkajšieho segmentu špirály a domény viažucej DNA (princíp zámku kľúča). Na rozpoznanie sa používa oblasť primárnej štruktúry DNA nazývaná hlavná drážka.
Po väzbe na pôsobenie DNAaktivátorový proteín spúšťa sériu po sebe nasledujúcich krokov vedúcich k zostaveniu preiniciátorového komplexu. Zovšeobecnená schéma tohto procesu je nasledovná:
- Väzba aktivátora na chromatín v oblasti promótora, získavanie komplexov preskupenia závislých od ATP.
- Preskupenie chromatínu, aktivácia proteínov modifikujúcich histón.
- Kovalentná modifikácia histónov, príťažlivosť iných aktivačných proteínov.
- Väzba ďalších aktivačných proteínov na regulačnú oblasť génu.
- Zapojenie mediátora a všeobecného TF.
- Montáž prediniciačného komplexu na promótor.
- Vplyv iných aktivátorových proteínov, preskupenie podjednotiek prediniciačného komplexu.
- Spustiť prepis.
Poradie týchto udalostí sa môže líšiť od génu k génu.
Takému veľkému počtu aktivačných mechanizmov zodpovedá rovnako široká škála represívnych metód. To znamená, že inhibíciou jedného zo štádií na ceste k iniciácii môže regulačný proteín znížiť jeho účinnosť alebo ho úplne zablokovať. Najčastejšie represor aktivuje niekoľko mechanizmov naraz, čo zaručuje absenciu transkripcie.
Koordinovaná kontrola génov
Napriek tomu, že každý transkript má svoj vlastný regulačný systém, eukaryoty majú mechanizmus, ktorý umožňuje, podobne ako baktériám, spustiť alebo zastaviť skupiny génov zameraných na vykonávanie špecifickej úlohy. Toto je dosiahnuté faktorom určujúcim transkripciu, ktorý dopĺňa kombinácieďalšie regulačné prvky potrebné na maximálnu aktiváciu alebo potlačenie génu.
V transkripciách podliehajúcich takejto regulácii vedie interakcia rôznych zložiek k rovnakému proteínu, ktorý pôsobí ako výsledný vektor. Preto aktivácia takéhoto faktora ovplyvňuje niekoľko génov naraz. Systém funguje na princípe kaskády.
Schému koordinovaného riadenia možno uvažovať na príklade ontogenetickej diferenciácie buniek kostrového svalstva, ktorých prekurzormi sú myoblasty.
Transkripcia génov kódujúcich syntézu proteínov charakteristických pre zrelú svalovú bunku je spúšťaná ktorýmkoľvek zo štyroch myogénnych faktorov: MyoD, Myf5, MyoG a Mrf4. Tieto proteíny aktivujú syntézu samých seba a navzájom a tiež zahŕňajú gény pre dodatočný transkripčný faktor Mef2 a štrukturálne svalové proteíny. Mef2 sa podieľa na regulácii ďalšej diferenciácie myoblastov, pričom súčasne udržiava koncentráciu myogénnych proteínov mechanizmom pozitívnej spätnej väzby.
