FACTORUL DE TRANSCRIERE: MECANISMUL DE ACȚIUNE, TIPURI, FUNCȚII - BIOLOGIE - 2025

Un factor de transcripție este o proteină "accesorie" regulatoare necesară transcrierii genelor. Transcrierea este primul pas al expresiei genice și implică transferul informațiilor conținute în ADN către o moleculă de ARN, care este prelucrată ulterior pentru a da naștere la produse genice.

ARN polimeraza II este enzima responsabilă pentru transcrierea majorității genelor eucariote și produce, pe lângă unele ARN-uri mici, ARN-uri mesager care vor fi ulterior traduse în proteine. Această enzimă necesită prezența unui tip de factori de transcripție cunoscuți ca factori de transcripție generală sau bazală.

Tipul factorului de transcriere „Închidere Leucine” (Sursa: I, Splette prin Wikimedia Commons)

Totuși, aceștia nu sunt singurii factori de transcripție care există în natură, deoarece există proteine ​​„non-generale”, atât în ​​eucariote, cât și în procariote și arhaea, care sunt implicate în reglarea transcripției genice specifice țesutului (în organisme multicelulare) sau în reglarea activității genice ca răspuns la diverși stimuli.

Acești factori de transcripție sunt efectori extrem de importanți și pot fi găsiți în practic toate organismele vii, deoarece reprezintă principala sursă de reglare a expresiei genice.

Studiile detaliate ale diferitor factori de transcripție în diferite tipuri de organisme vii indică faptul că acestea au o structură modulară, în care o regiune specifică este responsabilă pentru interacțiunea cu ADN-ul, în timp ce celelalte produc efecte stimulatoare sau inhibitoare.

Factorii de transcriere participă apoi la modelarea modelelor de expresie genică care nu are nicio legătură cu modificările secvenței ADN, ci cu modificările epigenetice. Știința care este responsabilă de studierea acestor schimbări este cunoscută sub denumirea de epigenetică.

Mecanism de acțiune

Pentru a-și îndeplini funcțiile, factorii de transcripție trebuie să poată recunoaște și lega în mod specific o anumită secvență de ADN pentru a influența pozitiv sau negativ transcripția acelei regiuni de ADN.

Factorii generali de transcripție, care sunt practic aceiași pentru transcrierea tuturor genelor de tip II în eucariote, sunt asamblate mai întâi pe regiunea promotoare a genei, direcționând astfel poziționarea enzimei polimerazei și „deschiderea” dublei elice.

Procesul se desfășoară în mai multe etape consecutive:

- Legarea factorului general de transcripție TFIID la o secvență de repetări de timină (T) și adenină (A) în gena cunoscută sub numele de „cutia TATA”; acest lucru provoacă o denaturare a ADN-ului care este necesară pentru legarea altor proteine ​​la regiunea promotorului.

- Adunarea ulterioară a altor factori generali (TFIIB, TFIIH, TFIH, TFIIE, TFIIF, etc.) și a ARN polimerazei II, formând ceea ce se numește complexul de inițiere a transcrierii.

- Eliberarea complexului de inițiere, fosforilarea polimerazei de către factorul TFIIH și începutul transcrierii și sintezei unei molecule de ARN din secvența genei care este transcrisă.

Activarea și reprimarea transcrierii

După cum s-a discutat, factorii de transcripție „generali” pot regla expresia genelor, pozitiv sau negativ.

Activarea

Unele dintre aceste proteine ​​conțin, pe lângă domeniile structurale de legare la ADN, alte motive cunoscute sub numele de domenii de activare, care sunt bogate în reziduuri de aminoacizi acide, glutamină sau resturi de prolină.

Aceste domenii de activare interacționează cu elemente ale complexului de factori de transcripție generală sau cu molecule de coactivator conexe care interacționează direct cu complexul. Această interacțiune are ca rezultat fie stimularea ansamblului complexului transcripțional, fie creșterea activității acestuia.

Represiune

Majoritatea factorilor de transcripție inhibă transcripția prin interferirea activității factorilor de transcripție cu acțiune pozitivă, blocând efectul stimulator al acestora. Acestea pot acționa blocând legarea factorului pozitiv la ADN sau acționând asupra factorilor care inactivează structura cromatinei.

Alți factori inhibitori acționează blocând direct transcripția, fără a bloca acțiunea vreunui factor de transcripție activant; și scad nivelul bazal de transcriere, la un nivel chiar mai mic decât cel atins în absența factorilor activatori.

La fel ca proteinele activatoare, factorii represori acționează direct sau indirect cu factori de transcripție bazali sau generali.

Tipuri

Deși majoritatea factorilor de transcripție sunt clasificați în funcție de caracteristicile sau identitatea domeniilor lor de legare la ADN, există unii, de asemenea, clasificați ca factori de transcripție, care nu interacționează direct cu ADN și sunt cunoscuți ca factori de transcripție. "Indirect".

Factorii de transcripție directă

Sunt cei mai frecventi factori de transcriere. Au domenii de legare la ADN și pot activa sau inhiba expresia genelor prin legarea la anumite regiuni ale ADN-ului. Ele diferă unele de altele, în special în ceea ce privește domeniile lor de legare la ADN și starea lor de oligomerizare.

Cele mai studiate și recunoscute familii de acest tip de factori sunt:

Helix-Turn-Helix („ helix-turn-helix ”, HTH)

Aceasta a fost prima familie de factori cu domenii de legare la ADN care a fost descoperită și este prezentă în multe proteine ​​eucariote și procariote. Motivul său de recunoaștere constă dintr-o helixă α, un spin și o a doua helix.

Au conservat domenii de glicină în regiunea turei și, de asemenea, câteva resturi hidrofobe care ajută la stabilizarea aranjamentului celor două elice din unitatea HTH.

homeodomeniul

Este prezent într-un număr mare de proteine ​​de reglare eucariote. Primele secvențe au fost recunoscute în proteinele reglatoare pentru dezvoltarea Drosophila. Acest domeniu conține un motiv HTH pentru a lega ADN-ul și o α-helix suplimentară, pe lângă un braț N-terminal extins.

Degete de zinc

Au fost descoperite în factorul de transcripție Xenopus TFIIIA și s-a dovedit că participă la multe aspecte ale reglării genelor eucariote. Se găsesc în proteine ​​induse de semnale de diferențiere și creștere, în proto-oncogene și în anumiți factori generali de transcripție.

Acestea se caracterizează prin prezența repetărilor sub formă de lot de 30 de reziduuri de motive de deget de zinc care conțin diverse reziduuri de cisteină și histidină.

Receptori de steroizi

Această familie include proteine ​​regulatoare importante care, pe lângă faptul că au un domeniu pentru legarea hormonilor, posedă un domeniu de legare la ADN și acționează în general ca activatori transcripționali.

Domeniile de legare conțin 70 de reziduuri, dintre care 8 sunt conservate reziduuri de cisteină. Unii autori consideră că acești factori ar putea forma o pereche de degete de zinc, având în vedere prezența a două seturi de patru cisteine.

Închidere Leucine și helix-loop-helix („ helix-loop-helix” )

Acești factori de transcripție sunt implicați în diferențierea și dezvoltarea și funcționarea prin formarea unui heterodimer. Domeniul de închidere a leucinei este observat în diferite proteine ​​eucariote și se caracterizează prin două subdomenii: închiderea leucinei care mediază dimerizarea și o regiune de bază pentru legarea ADN-ului.

Β motive de foaie

Ele se găsesc în principal în factori eucarioti și se disting prin legarea la ADN de foile β antiparalele.

Factorii de transcripție indirectă

Acest tip de factor de transcripție își exercită efectele de reglementare asupra expresiei genice nu prin interacțiunea directă cu ADN-ul, ci prin interacțiunile proteină-proteină cu alți factori de transcripție care interacționează cu ADN-ul. De aceea, ele sunt numite „indirecte”.

Primul care a fost descris a fost trans-activatorul virusului herpes simplex (HSV) cunoscut sub numele de VP16, care se leagă la factorul Oct-1 atunci când celulele sunt infectate cu acest virus, stimulând transcrierea unei gene specifice.

Factorii de acest tip, precum cei care se leagă de ADN, pot activa sau reprima transcripția genelor, motiv pentru care sunt numiți „coactivatori” și, respectiv, „compresoare”.

Regulament

Aceste proteine ​​pot fi reglate la două niveluri: în sinteza lor și în activitatea lor, care depinde de variabile diferite și de situații multiple.

Reglarea sintezei

Reglarea sintezei sale poate fi legată de expresia specifică a țesutului a anumitor factori de transcripție. Un exemplu în acest sens poate fi factorul MyoD, sintetizat doar în celulele musculare scheletice și care este necesar pentru diferențierea precursorilor lor diferiți de fibroblast.

Deși reglarea sintezei este utilizată fundamental pentru controlul expresiei genice în anumite tipuri și țesuturi celulare specifice, aceasta nu este singura cale, deoarece sinteza factorilor implicați în inducerea genelor care participă la răspuns. la diverși stimuli.

Reglementarea activității

Un alt mecanism de reglementare pentru factorii de transcripție este reglarea activității acestora, care are legătură cu activarea altor factori de transcripție preexistenți care exercită efecte pozitive sau negative asupra activității unui anumit factor.

Activarea acestor factori „secundari” apare de obicei prin mecanisme diferite, cum ar fi legarea ligandului, modificări ale interacțiunilor proteină-proteină, fosforilare, printre altele.

Rolul și importanța

Factorii de transcriere participă la o mare varietate de procese, cum ar fi dezvoltarea embrionară, creșterea și diferențierea, controlul ciclului celular, adaptarea la condițiile de mediu fluctuante, menținerea tiparelor de sinteză a proteinelor specifice celulelor și țesuturilor etc.

La plante, de exemplu, au funcții importante în apărare și în răspunsuri la diferite tipuri de stres. Osteogeneza la animale a fost determinată să fie controlată de factori de transcripție, precum și de multe alte procese de diferențiere a diferitelor linii celulare.

Având în vedere importanța acestor proteine ​​în organisme, nu este neobișnuit să se creadă că modificările acestor elemente de reglare vor provoca modificări patologice grave.

În cazul oamenilor, patologiile asociate factorilor de transcripție pot fi tulburări de dezvoltare (datorită mutațiilor care determină inactivarea factorilor de transcripție, de exemplu), tulburări ale răspunsului hormonal sau cancere.

Referințe

1. Alberts, B., Dennis, B., Hopkin, K., Johnson, A., Lewis, J., Raff, M., … Walter, P. (2004). Biologia celulară esențială. Abingdon: Garland Science, Taylor & Francis Group.
2. Iwafuchi-doi, M., & Zaret, KS (2014). Factorii de transcripție pionieri în reprogramarea celulară. Genes & Development, 28, 2679–2692.
3. Latchman, D. (1997). Factorii de transcriere: o imagine de ansamblu. Int. J. Biochem. Cell. Biol., 29 (12), 1305-1312.
4. Latchman, DS (2007). Factorii de transcriere. Enciclopedia științelor vieții, 1-5.
5. Marie, PJ (2008). Factorii de transcriere care controlează osteoblastogeneza. Arhivele de biochimie și biofizică, 473, 98-105.
6. Pabo, C., & Sauer, RT (1992). Factorii de transcriere: Familii structurale și principii ale recunoașterii ADN-ului. Annu. Rev., 61, 1053-1095.
7. Singh, KB, Foley, RC, & Oñate-sánchez, L. (2002). Factorii de transcriere în apărarea plantelor și răspunsurile la stres. Opinia curentă în Biologia plantelor, 5, 430-436.