Если у вас возникли сложности с курсовой, контрольной, дипломной, рефератом, отчетом по практике, научно-исследовательской и любой другой работой - мы готовы помочь.
Предоплата всего
Подписываем
Транскрипционные факторы: Определение
Транскрипционный фактор - это белок, который после его перемещения в ядро клетки регулирует транскрипцию , специфически взаимодействуя с ДНК, либо стехиометрически взаимодействуя с другим белком, который может образовывать специфичный к последовательности ДНК комплекс "белок-ДНК".
В рамках такого определения белки типа hsp90 , удерживающие транскрипционные факторы в цитозоле , исключаются из рассмотрения как ТФ . Регуляторные ферменты, которые осуществляют свое влияние посредством каталитической активности, а не через стехиометрические взаимодействия, также не должны рассматриваться как ТФ. Наконец, не относятся к транскрипционным факторам и такие ДНК-связывающие белки, как гистоны , для которых характерен низкий уровень специфичности при взаимодействии с ДНК. Что касается группы ядерных белков HMG , то они содержат как неспецифически связывающиеся с ДНК белки ( HMG 1 и HMG 2 ), так и реальные транскрипционные факторы семейств SRY (Sox) .
Транскрипционные факторы: введение
Транскрипция ДНК проходит с участием РНК-полимеразы и зависит от множества других белков - факторов транскрипции, взаимодействующих с дискретными участками ДНК, которые образуют сложный промотор . В районе промотора, прилегающего к сайту инициации транскрипции ( кэп-сайту), обнаружены участки ( McKnight ea, 1982 ) с характерными нуклеотидными последовательностями (мотивами), которые оказывают цис-действие на экспрессию близлежащего гена. Эти элементы могут взаимодействовать с РНК-полимеразой и другими белками-факторами транскрипции. Разные ядерные белковые факторы транскрипции, представляющие собой регуляторные белки, способны связываться с теми или иными нуклеотидными последовательностями ДНК, оказывая тем самым влияние на экспрессию разных генов. Такие белки, способные к диффузии в ядре, являются транс-действующими факторами, определяющими эффективность экспрессии генов, расположенных в самых разных участках генома.
Область эукариотического промотора рассматривается как специфический ДНК-остов, на котором собираются белки транскрипции, узнающие свои сайты связывания и взаимодействующие как друг с другом, так и с РНК-полимеразой. Некоторые факторы транскрипции вероятно являются ферментами и в процессе этих взаимодействий осуществляются ферментативные модификации как белковых факторов, так и ДНК.
В инициирующий комплекс помимо РНК-полимеразы II входят несколько так называемых общих транскрипционных факторов ( TFIIА , TFIIВ , TFIID , TFIIЕ , TFIIF , TFIII , TFIIH , TFIIJ ), большинство из которых имеют четвертичную структуру [ Студинский В.М., Храпко К.Р., 1990 , Ham J. ea, 1992 , Zhu H. ea, 1994 , Lieberman P.M. and Berk A.J., 1994 ].Сборка самого комплекса начинается со связывания TFIID с ТАТА- боксом , причем сначала с ТАТА-боксом связывается одна из субъединиц TFIID - TATA-связывающий белок ( ТВР , "TATA-box binding protein") [ Студинский В.М., Храпко К.Р., 1990 , Ham J. ea, 1992 , Metz R. ea, 1994 ]. Теоретически каждый из этапов сборки инициаторного комплекса может быть лимитирующим, и ускорение какого-либо этапа может повышать скорость транскрипции [ Ham J. ea, 1992 ]. В настоящее время наибольшее значение в активации транскрипции отводится стимуляции образования стабильного комплекса TFIID-ТАТА-бокс [ Студинский В.М., Храпко К.Р., 1990 , Metz R. ea, 1994 ], хотя появляются данные о том, что отдельные модуляторы транскрипции могут взаимодействовать с другими общими транскрипционными факторами [ Zhu H. ea, 1994 , Lieberman P.M. and Berk A.J., 1994 ].
Появление нового фактора транскрипции в дифференцированных клетках можно рассматривать как способ включения гена на нужной стадии развития. Сведения на этот счет можно извлечь, изучая некоторые мутации, оказывающие сильное влияние на ход эмбриогенеза. Подобные мутации, вызывающие в организме глубокие изменения, называются гомеотическими, или гомеозисными, мутациями . Белки, кодируемые такими мутантными генами, вероятно, представляют собой ключевые регуляторные белки, которые контролируют активность большого числа других генов. Например, отсутствие единственного регуляторного белка ( белка-рецептора гормона тестостерона ) приводит к появлению индивидуумов с мужским (XY) генотипом, имеющих женские вторичные половые признаки. Подобная комбинационная генетическая регуляция может обеспечить развитие сложного многоклеточного организма благодаря взаимодействию даже относительно небольшого числа ключевых белков-регуляторов генной активности.
Типичный эукариотический транскрипционный фактор (ТФ) состоит из двух функциональных доменов: ДНК-связывающего и активирующего транскрипцию ( Ptashne, 1988 ; Mitchel, & Tjian, 1989 ).
ДНК-связывающий домен отвечает за точное связывание ТФ с последовательностью-мишенью, тогда как активирующий домен ТФ принимает участие в белок-белковом взаимодействии с другими факторами (адаптерами, активаторами, вспомогательными белками). Конечным результатом этих событий является формирование активного пре- инициаторного комплекса ( Ptashne, & Gann, 1990 ; Martin, 1991 ).
В большинстве случаев ДНК-связывающие домены эукариотических ТФ взаимодействуют со специфическими последовательностями ДНК по большой бороздке двойной спирали ДНК. Эти контакты представляют собой водородные связи (двунаправленные и опосредованные молекулами воды) и Ван-дер-Ваальсовы взаимодействия между боковыми группами аминокислотных остатков, расположенными на поверхности а-спирали белка (часто они и являются "узнающим" элементом), и атомами гетероциклических азотистых оснований ДНК. Известно, что подобные контакты высокоспецифичны. С другой стороны, удельный вклад неспецифических взаимодействий (водородных связей) между атомами сахаро- фосфатного остова молекулы ДНК и белком, довольно велик. Благодаря наличию этих связей становится возможным точное стерическое соответствие между "выступающими" группами аминокислотных остатков ТФ и парами азотистых оснований ДНК сайта-мишени. Способность ДНК-связывающего ТФ вызывать активацию транскрипции определяется присутствием в его структуре активирующего транскрипцию домена ( АТД ).
Факторы транскрипции с точки зрения их способности взаимодействовать с ДНК могут быть двух сортов. Одни прямо взаимодействуют с определенными последовательностями ДНК. Другие способны только к белок-белковым взаимодействиям и участвуют в регуляции путем взаимодействий с факторами первой группы. Факторы выбирают гены, которые должны быть активированы в ответ на сигнал из окружения клетки и управляют действиями транскрипционного аппарата.
Транскрипционные факторы - два уровня регуляции
Обычно расматривают два уровния, на которых осуществляется регуляция транскрипции транскрипционными факторами:
Первый это сборка минимального транскрипционного комплекса , который является общим для множества генов и является субъектом для регуляции. Здесь факторы могут менять процесс сборки, упрочнять или ослаблять преинициационный комплекс PIC.
Второй уровень это сборка регуляторных комплексов , отдельных от PIC, которые взаимодействуют с минимальным комплексом и осуществляют его регуляцию, специфическую для гена или группы генов. Регуляция происходит путем изменения каталитической активности уже собранного траскрибирующего комплекса на стадиях инициации, элонгации или терминации.
Посмотрим более подробно как проксимальные промоторные эелементы и энхансеры принимают участие в регуляции работы PIC.
Транскрипционные факторы: Функционирование
Согласно современным представлениям, у эукариот наиболее значимым уровнем регуляции экспрессии генов является транскрипция , которая осуществляется с участием огромного разнообразия белков, называемых транскрипционными факторами ( ТФ ) [ McKnight S.L. et al., 1992 , Wingender E., 1997 ].
В основе функционирования ТФ лежит способность этих белков к специфическим взаимодействиям с ДНК промоторов , энхансеров и других регуляторных элементов генов, а также к белок-белковым взаимодействиям с другими транскрипционными факторами и белками эукариотической клетки.
Известно, что у прокариот основной механизм контроля экспрессии генов состоит в подавлении обычно активной транскрипционной системы. В отличии от них, эукариотам для выполнения генетических программ, обеспечивающих их функционирование, необходимо осуществлять значительно более сложную регуляцию экспрессии генов. В значительной степени эта регуляция основана на координированной активации групп генов, продукты которых необходимы клеткам и тканям эукариотических организмов в различных ситуациях, зависящих от функционального состояния организмов, стадий их развития, условий окружающей среды и т.д. Далее см. Транскрипционные факторы: Механизмы действия .
Транскрипционные факторы: Механизмы действия
ТФ , связавающиеся с ДНК, могут влиять на транскрипцию генов через несколько механизмов:
1. В большинстве изученных к настоящему времени случаев ТФ стимулируют формирование комплекса преинициации на TATA- боксе - инициаторном элементе за счет взаимодействия их транс- активирующих доменов с компонентами базального транскрипционного комплекса (либо непосредственно, либо через коактиваторы/ медиаторы ).
2. Некоторые ТФ вызывают изменения структуры хроматина , делая его более доступным для РНК-полимераз .
3. Другие ТФ являются вспомогательными, создавая оптимальную конформацию ДНК для действия других транскрипционных факторов.
4. Известны ТФ, которые подавляют транскрипцию за счет непосредственного действия своих ингибирующих доменов , либо нарушая совместное функционирование комплекса транскрипционных факторов внутри регуляторной области гена ( промотора , энхансера ).
5. Наконец, имеются ТФ, которые сами не связываются с ДНК, а объединяются в более сложные комплексы посредством белок- белковых взаимодействий.
Транскрипционные факторы: Строение
Большинство ТФ имеют модульное строение и могут содержать:
1) ДНК-связывающий домен ( ДСД ).
2) Димеризационный (олигомеризационный) домен . Многие факторы связываются с ДНК в виде димеров, а некоторые в виде комплексов более высоких порядков. В большинстве случаев отвечающий за это домен функционально объединен с ДСД.
3) Транс-активирующий (или транс-репрессирующий) домен , который часто характеризуется повышенным содержанием определенных аминокислотных остатков. Например, для активационных доменов свойственна обогащенность глутамином , пролином , серином / треонином или остатками кислых аминокислот ).
4) Модулирующую область , которая часто является мишенью для модифицирующих ферментов, большей частью протеинкиназ .
5) Лиганд-связывающий домен .
Транскрипционные факторы: Принципы классификации
Специфичность взаимодействия транскрипционных факторов с распознаваемыми ими регуляторными последовательностями генов определяется преимущественно особенностями их ДНК-связывающих доменов . Многие факторы связываются с ДНК в виде димеров (мультимеров), и состав этих комплексов также может влиять на специфичность связывания с ДНК.
Предлагаемая классификация транскрипционных факторов опирается на совокупность свойств их ДНК-связывающих доменов. В некоторых случаях учитываются и особенности димеризационных доменов ТФ. Таким образом, основные подразделы классификации определяются исходя из функциональных и структурных критериев. Один из низших уровней иерархии задается генами, кодирующими транскрипционные факторы, а самый низший соответствует различным белкам, образующимся при альтернативном сплайсинге одной пре-мРНК. Предложенная классификация позволяет приписать отдельному транскрипционному фактору десятичный классификационный код, соответствующий его принадлежности к определенной группе ТФ (см. Классификация ).
Два белка различных биологических видов при наличии выраженной функциональной или структурной гомологии рассматриваются в рамках предложенной классификации как один и тот же фактор. Однако часто бывает трудно или даже невозможно установить отношения сходства между транскрипционными факторами, происхождение которых сильно различается, например, белками позвоночных и насекомых. Поэтому в большинстве случаев ТФ позвоночных, насекомых, высших растений и грибов приписываются в этой классификации к различным группам.
В соответствии с предложенной схемой все ТФ по ключевым особенностям ДНК-связывающих доменов разделены на четыре следующих суперкласса:
Суперкласс 1 . Факторы, ДНК-связывающий домен которых обогащен положительно заряженными аминокислотными остатками ( basic domain 284 фактора).
Суперкласс 2 . Факторы, у которых ДНК-связывающий домен формируется с участием координированных ионов цинка ( zinc-coordinated DNA-binding domain, 148 факторов).
Cуперкласс 3 . Факторы, имеющие ДНК-связывающий мотив типа спираль-поворот-спираль ( helix-turn-helix DNA binding motif, 369 факторов ).
Суперкласс 4 . Факторы, у которых поверхность, контактирующая с ДНК, представлена в виде сложным образом организованного скэффолда из бета-нитей. Контакты с ДНК в этом случае осуществляются по малой бороздке ( betta-scaffold factors with minor grooves contacts,156 факторов).
Существует также большая группа транскрипционных факторов с неизвестной в настоящее время структурной организацией ДНК- связывающих доменов, которые относятся к условному суперклассу 0.
Наименования более низких уровней классификации выбраны произвольным образом (по аналогии с классификацией биологических видов. Во-первых, в соответствии с основными структурными характеристиками ДНК-связывающих доменов определены классы. Эти классы являются общепринятыми в литературных источниках. Они использованы в базе данных TRANSFAC и описаны там в таблице CLASS [ Wingender E. et al., 1996 ]. В большинстве случаев принадлежность какого-либо ТФ к определенному классу, указанная в Классификации , не вызывает сомнений. За последние годы произошло лишь несколько изменений в разбиении факторов на уровне классов, наиболее крупным из которых является объединение ТФ типов Myb и Ets в общий класс факторов, имеющих триптофановый кластер.