Барлық организмдерде (кейбір вирустарды қоспағанда) генетикалық материалдың жүзеге асуы ДНҚ-РНҚ-ақуыз жүйесіне сәйкес жүреді. Бірінші кезеңде ақпарат бір нуклеин қышқылынан екіншісіне қайта жазылады (транкрипцияланады). Бұл процесті реттейтін белоктар транскрипция факторлары деп аталады.
Транскрипция дегеніміз не
Транскрипция – ДНҚ үлгісіне негізделген РНҚ молекуласының биосинтезі. Бұл нуклеин қышқылдарын құрайтын кейбір азотты негіздердің комплементарлы болуына байланысты мүмкін. Синтез мамандандырылған ферменттер - РНҚ полимеразалары арқылы жүзеге асырылады және көптеген реттеуші ақуыздармен бақыланады.
Бүкіл геном бірден транскрипцияланбайды, оның транскриптон деп аталатын белгілі бір бөлігі ғана. Соңғысы промоторды (РНҚ-полимеразаның қосылу орны) және терминаторды (синтездің аяқталуын белсендіретін тізбекті) қамтиды.
Прокариоттық транскриптон – бірнеше құрылымдық гендерден (цистрондардан) тұратын оперон. Оның негізінде полицистрондық РНҚ синтезделеді,функционалдық байланысты белоктар тобының аминқышқылдарының реттілігі туралы ақпаратты қамтитын. Эукариоттық транскриптон тек бір генді қамтиды.
Транскрипция процесінің биологиялық рөлі – шаблондық РНҚ тізбегінің түзілуі, соның негізінде рибосомаларда ақуыз синтезі (трансляциясы) жүзеге асады.
РНҚ синтезі прокариоттар мен эукариоттар
РНҚ синтезінің схемасы барлық ағзалар үшін бірдей және 3 кезеңді қамтиды:
- Инициация – полимеразаның промоторға қосылуы, процестің активтенуі.
- Ұзару – ДНҚ мономерлеріне комплементарлы таңдалған азотты негіздер арасындағы фосфодиэфирлік байланыстардың тұйықталуымен аяқталатын нуклеотидтер тізбегінің 3'-ден 5'-ке дейінгі бағытта ұзаруы.
- Тоқтату - синтез процесінің аяқталуы.
Прокариоттарда РНҚ-ның барлық түрлері бес протомерден (β, β', ω және екі α суббірліктерінен) тұратын бір РНҚ-полимераза арқылы транскрипцияланады, олар бірге рибонуклеотидтер тізбегін арттыруға қабілетті ядро-фермент құрайды.. Сондай-ақ қосымша σ бірлігі бар, онсыз полимеразаның промоторға қосылуы мүмкін емес. Өзек пен сигма факторының кешені голофермент деп аталады.
σ суббірлігі әрқашан ядромен байланысты емес екеніне қарамастан, ол РНҚ полимеразасының бөлігі болып саналады. Диссоциацияланған күйде сигма промотормен байланыса алмайды, тек голоферменттің бөлігі ретінде. Инициация аяқталғаннан кейін бұл протомер ұзарту коэффициентімен ауыстырылып, ядродан бөлінеді.
Мүмкіндікпрокариоттар – трансляция және транскрипция процестерінің қосындысы. Рибосомалар бірден синтезделе бастаған РНҚ-ға қосылып, аминқышқылдарының тізбегін құрайды. Терминатор аймағында шаш қыстырғыш құрылымының қалыптасуына байланысты транскрипция тоқтайды. Бұл кезеңде ДНҚ-полимераз-РНҚ кешені ыдырайды.
Эукариоттық жасушаларда транскрипция үш фермент арқылы жүзеге асады:
- РНҚ полимераза l – 28S және 18S-рибосомалық РНҚ синтездейді.
- РНҚ полимераза ll – ақуыздар мен шағын ядролық РНҚ-ларды кодтайтын гендерді транскрипциялайды.
- РНҚ полимераза lll - тРНҚ және 5S рРНҚ (рибосомалардың шағын суббірлігі) синтезіне жауап береді.
Бұл ферменттердің ешқайсысы промотормен өзара әрекеттесуді қамтамасыз ететін арнайы ақуыздардың қатысуынсыз транскрипцияны бастауға қабілетті емес. Процестің мәні прокариоттармен бірдей, бірақ әр кезең функционалдық және реттеуші элементтердің, соның ішінде хроматинді өзгертетін элементтердің көп санының қатысуымен әлдеқайда күрделі. Тек инициация сатысында транскрипцияның бірқатар факторларын қоса алғанда, жүзге жуық ақуыз қатысады, ал бактерияларда промотормен байланысу үшін бір сигма суббірлігі жеткілікті, ал кейде активатордың көмегі қажет болады.
Белоктардың әртүрлі түрлерінің биосинтезіндегі транскрипцияның биологиялық рөлінің ең маңызды үлесі генді оқуды бақылаудың қатаң жүйесінің қажеттілігін анықтайды.
Транскрипциялық реттеу
Ешбір жасушада генетикалық материал толық көлемде жүзеге асырылмайды: гендердің бір бөлігі ғана транскрипцияланады, ал қалғандары белсенді емес. Бұл кешеннің арқасында мүмкін болдықандай ДНҚ сегменттерінен және қандай мөлшерде РНҚ тізбегі синтезделетінін анықтайтын реттеуші механизмдер.
Біржасушалы организмдерде гендердің дифференциалдық белсенділігі бейімделу мәніне ие болса, көпжасушалы организмдерде бір геном негізінде әртүрлі ұлпа типтері түзілетін эмбриогенез және онтогенез процестерін де анықтайды.
Гендік экспрессия бірнеше деңгейде басқарылады. Ең маңызды қадам - транскрипцияны реттеу. Бұл механизмнің биологиялық мәні - белгілі бір тіршілік сәтінде жасуша немесе ағза қажет ететін әртүрлі ақуыздардың қажетті мөлшерін сақтау.
РНҚ-ны өңдеу, трансляциялау және ядродан цитоплазмаға тасымалдау сияқты басқа деңгейлерде биосинтездің реттелуі бар (соңғысы прокариоттарда жоқ). Оң реттелетін болса, бұл жүйелер транскрипцияның биологиялық мәні болып табылатын белсендірілген геннің негізінде ақуызды өндіруге жауапты. Дегенмен, кез келген кезеңде тізбекті тоқтата тұруға болады. Эукариоттардың кейбір реттеуші ерекшеліктері (альтернативті промоторлар, сплайсинг, полиаденелляция учаскелерінің модификациясы) бірдей ДНҚ тізбегіне негізделген ақуыз молекулаларының әртүрлі нұсқаларының пайда болуына әкеледі.
РНҚ түзілуі ақуыз биосинтезі жолындағы генетикалық ақпаратты декодтаудағы алғашқы қадам болғандықтан, транскрипция процесінің жасуша фенотипін өзгертудегі биологиялық рөлі өңдеу немесе трансляцияны реттеуге қарағанда әлдеқайда маңызды..
Спецификалық гендердің белсенділігін анықтаупрокариоттарда да, эукариоттарда да ДНҚ-ның реттеуші аймақтары және транскрипция факторлары (ТФ) кіретін арнайы қосқыштардың көмегімен инициация сатысында болады. Мұндай қосқыштардың жұмысы автономды емес, басқа ұялы жүйелердің қатаң бақылауында. Сонымен қатар РНҚ синтезінің спецификалық емес реттелу механизмдері бар, олар инициацияның, ұзарудың және аяқталудың қалыпты өтуін қамтамасыз етеді.
Транскрипция факторлары түсінігі
Геномның реттеуші элементтерінен айырмашылығы, транскрипция факторлары химиялық ақуыздар болып табылады. ДНҚ-ның белгілі бір аймақтарымен байланысу арқылы олар транскрипция процесін белсендіреді, тежей алады, тездетеді немесе баяулатады.
Шығарылатын әсерге байланысты прокариоттар мен эукариоттардың транскрипция факторларын екі топқа бөлуге болады: активаторлар (РНҚ синтезінің интенсивтілігін бастайтын немесе арттыратын) және репрессорлар (процессті басатын немесе тежейтін). Қазіргі уақытта әртүрлі ағзаларда 2000-нан астам ТФ табылды.
Прокариоттардағы транскрипциялық реттеу
Прокариоттарда РНҚ синтезін бақылау негізінен ТФ-ның транскриптонның белгілі бір аймағымен - промотордың жанында орналасқан (кейде онымен қиылысатын) оператормен әрекеттесуіне байланысты инициация сатысында жүреді және, шын мәнінде, реттеуші ақуыз (активатор немесе репрессор) үшін қону алаңы болып табылады. Бактериялар гендерді дифференциалды басқарудың тағы бір тәсілімен сипатталады – промоторлардың әртүрлі топтарына арналған балама σ-суббірліктердің синтезі.
Жартылай оперонды өрнегісозылу және аяқталу кезеңдерінде реттелуі мүмкін, бірақ ДНҚ-байланыстырушы ТФ есебінен емес, РНҚ-полимеразамен әрекеттесетін белоктар есебінен. Оларға Gre ақуыздары және антитерминаторлық факторлар Nus және RfaH кіреді.
Прокариоттардағы транскрипцияның ұзаруы мен аяқталуына белгілі бір түрде параллельді ақуыз синтезі әсер етеді. Эукариоттарда бұл процестердің өзі де, транскрипция және трансляция факторлары да кеңістікте бөлінген, яғни олардың функционалдық байланысы жоқ.
Активаторлар мен репрессорлар
Прокариоттардың бастама сатысында транскрипцияны реттеудің екі механизмі бар:
- позитивті - белсендіруші ақуыздар арқылы жүзеге асырылады;
- теріс - репрессорлармен басқарылады.
Фактор оң реттелсе, фактордың операторға қосылуы генді белсендіреді, ал теріс болса, керісінше өшіреді. Реттеуші ақуыздың ДНҚ-мен байланысу қабілеті лигандтың қосылуына байланысты. Соңғысының рөлін әдетте төмен молекулалық салмақты жасушалық метаболиттер атқарады, олар бұл жағдайда коактиваторлар мен корпрессорлар қызметін атқарады.
Репрессордың әсер ету механизмі промотор мен оператор аймақтарының қабаттасуына негізделген. Осындай құрылымы бар оперондарда ақуыз факторының ДНҚ-ға қосылуы РНҚ-полимеразаның түсу орнының бір бөлігін жауып, соңғысының транскрипцияны бастауына жол бермейді.
Активаторлар РНҚ-полимеразалармен нашар танылған немесе еріту қиын (бөлек спираль жіптері) әлсіз, төмен функционалды промоторларда жұмыс істейді. Транскрипцияны бастау үшін қажет ДНҚ). Операторға қосылу арқылы ақуыз факторы полимеразамен әрекеттеседі, инициация ықтималдығын айтарлықтай арттырады. Активаторлар транскрипцияның қарқындылығын 1000 есе арттыра алады.
Кейбір прокариоттық ТФ промоторға қатысты оператордың орналасқан жеріне байланысты белсендіруші де, репрессорлар ретінде де әрекет ете алады: егер бұл аймақтар бір-біріне сәйкес келсе, фактор транскрипцияны тежейді, әйтпесе ол іске қосады.
| Факторға қатысты лигандтық функция | Лиганд күйі | Теріс реттеу | Оң реттеу |
| ДНҚ-дан бөлінуді қамтамасыз етеді | Қосылу | Репрессор ақуызын жою, генді белсендіру | Активатор ақуызын жою, генді өшіру |
| ДНҚ-ға фактор қосады | Жою | Репрессорды жою, транскрипцияны қосу | Активаторды өшіру, транскрипцияны өшіру |
Теріс реттеуді E. coli бактериясының триптофан опероны мысалында қарастыруға болады, ол оператордың промоторлар тізбегі шегінде орналасуымен сипатталады. Репрессорлық ақуыз екі триптофан молекуласының қосылуы арқылы белсендіріледі, олар ДНҚ-байланыстырушы доменнің бұрышын өзгертеді, осылайша ол қос спиралдың негізгі ойығына кіре алады. Триптофанның төмен концентрациясында репрессор лигандынан айырылып, қайтадан белсенді емес болады. Басқаша айтқанда, транскрипцияның басталу жиілігіметаболит мөлшеріне кері пропорционал.
Кейбір бактериялық оперондар (мысалы, лактоза) оң және теріс реттеу механизмдерін біріктіреді. Мұндай жүйе өрнекті рационалды басқару үшін бір сигнал жеткіліксіз болған кезде қажет. Осылайша, лактоза опероны жасушаға тасымалданатын ферменттерді кодтайды, содан кейін лактозаны ыдыратады, бұл глюкозаға қарағанда тиімдірек баламалы энергия көзі. Сондықтан соңғысының төмен концентрациясында ғана САП протеині ДНҚ-мен байланысып, транскрипцияны бастайды. Дегенмен, бұл лактоза болған жағдайда ғана ұсынылады, оның болмауы Lac репрессорының белсендірілуіне әкеледі, ол активатор протеинінің функционалдық нысаны болған кезде де полимеразаның промоторға кіруін блоктайды.
Бактериялардағы оперондық құрылымның арқасында бірнеше гендер бір реттеуші аймақпен және 1-2 ТФ арқылы бақыланады, ал эукариоттарда бір генде реттеуші элементтердің көп саны болады, олардың әрқайсысы басқа көптеген элементтерге тәуелді. факторлар. Бұл күрделілік эукариоттардың, әсіресе көп жасушалы организмдердің ұйымдасуының жоғары деңгейіне сәйкес келеді.
Эукариоттардағы мРНҚ синтезінің реттелуі
Эукариот генінің экспрессиясын бақылау екі элементтің біріккен әрекетімен анықталады: протеиннің транскрипциясы фактілері (TF) және промотордың жанында, одан әлдеқайда жоғары, интрондарда немесе одан кейін орналасуы мүмкін реттеуші ДНҚ тізбегі. ген (толық мағынасында ген емес, кодтау аймағын білдіреді).
Кейбір аймақтар қосқыш ретінде әрекет етеді, басқалары өзара әрекеттеспейдітікелей ТФ-мен, бірақ ДНҚ молекуласына транскрипциялық белсендіру үдерісімен бірге жүретін цикл тәрізді құрылымның қалыптасуына қажетті икемділік береді. Мұндай аймақтар аралық деп аталады. Барлық реттеуші реттілік промотормен бірге генді бақылау аймағын құрайды.
Айта кететін жайт, транскрипция факторларының әрекеті генетикалық экспрессияның күрделі көп деңгейлі реттелуінің бір бөлігі ғана болып табылады, онда көптеген элементтер алынған векторға қосылып, РНҚ-ның болатынын анықтайды. сайып келгенде геномның белгілі бір аймағынан синтезделеді.
Ядролық жасушадағы транскрипцияны бақылаудың қосымша факторы хроматин құрылымының өзгеруі болып табылады. Мұнда жалпы реттеу де (гетерохроматин және эухроматин аймақтарының таралуымен қамтамасыз етіледі) және белгілі бір генмен байланысты жергілікті реттеу бар. Полимераза жұмыс істеуі үшін ДНҚ тығыздалуының барлық деңгейлері, соның ішінде нуклеосома жойылуы керек.
Эукариоттардағы транскрипция факторларының әртүрлілігі күшейткіштерді, дыбысты өшіргіштерді (күшейткіштер мен дыбысты басушылар), сондай-ақ адаптер элементтері мен изоляторларды қамтитын көптеген реттеуіштермен байланысты. Бұл учаскелер генге жақын және айтарлықтай қашықтықта орналасуы мүмкін (50 мың битке дейін).
Жақсартқыштар, дыбыс өшіргіштер және адаптер элементтері
Күшейткіштер - реттеуші ақуызмен әрекеттесу кезінде транскрипцияны іске қосуға қабілетті қысқа ретті ДНҚ. Күшейткіштің геннің промоторлық аймағына жақындауыДНҚ-ның ілмек тәрізді құрылымының түзілуіне байланысты жүзеге асады. Активаторды күшейткішпен байланыстыру не инициация кешенінің жиналуын ынталандырады, не полимеразаның ұзаруын жалғастыруға көмектеседі.
Күшейткіш күрделі құрылымға ие және әрқайсысында өзінің реттеуші ақуызы бар бірнеше модуль учаскелерінен тұрады.
Тығыздағыштар – транскрипция мүмкіндігін басатын немесе толығымен жоққа шығаратын ДНҚ аймақтары. Мұндай коммутатордың жұмыс істеу механизмі әлі белгісіз. Гипотезаланған әдістердің бірі - инициациялық факторларға қол жеткізуді блоктайтын SIR тобының арнайы ақуыздарымен ДНҚ-ның үлкен аймақтарын басып алу. Бұл жағдайда дыбыс өшіргіштен бірнеше мың негізгі жұптың ішінде орналасқан барлық гендер өшіріледі.
Адаптер элементтері олармен байланысатын ТФ-мен үйлесімде стероидты гормондарға, циклдік AMP және глюкокортикоидтарға таңдамалы түрде жауап беретін генетикалық қосқыштардың жеке класын құрайды. Бұл реттеуші блок жасушаның жылу соққысына, металдардың және белгілі бір химиялық қосылыстардың әсеріне жауап береді.
ДНҚ-ны басқару аймақтарының ішінде элементтердің тағы бір түрі - изоляторлар ерекшеленеді. Бұл транскрипция факторларының алыстағы гендерге әсер етуіне жол бермейтін нақты тізбектер. Оқшаулағыштардың әсер ету механизмі әлі анықталмаған.
Эукариоттық транскрипция факторлары
Бактериялардағы транскрипция факторлары тек реттеуші функцияға ие болса, онда ядролық жасушаларда фондық инициацияны қамтамасыз ететін, бірақ сонымен бірге тікелей байланысуына байланысты ТФ-ның тұтас тобы болады. ДНҚ реттеуші белоктар. Эукариоттарда соңғысының саны мен әртүрлілігі өте көп. Осылайша, адам ағзасында белок транскрипциясы факторларын кодтайтын тізбектердің үлесі геномның шамамен 10% құрайды.
Бүгінгі күнге дейін эукариоттық ТФ жақсы түсінілмеген, сонымен қатар генетикалық қосқыштардың жұмыс істеу механизмдері, олардың құрылымы бактериялардағы оң және теріс реттелу үлгілеріне қарағанда әлдеқайда күрделі. Соңғысынан айырмашылығы, ядролық жасушалардың транскрипция факторларының белсенділігіне бір немесе екі емес, бірін-бірі күшейтетін, әлсірететін немесе жоққа шығаратын ондаған, тіпті жүздеген сигналдар әсер етеді.
Бір жағынан, белгілі бір геннің активтенуі транскрипция факторларының тұтас тобын қажет етеді, бірақ екінші жағынан, каскадтық механизм арқылы бірнеше гендердің экспрессиясын іске қосу үшін бір реттеуші ақуыз жеткілікті болуы мүмкін. Бұл бүкіл жүйе әртүрлі көздерден (сыртқы және ішкі) сигналдарды өңдейтін және олардың әсерлерін соңғы нәтижеге плюс немесе минус белгісімен қосатын күрделі компьютер болып табылады.
Эукариоттардағы реттеуші транскрипция факторлары (активаторлар мен репрессорлар) бактериялардағыдай оператормен әрекеттеспейді, бірақ ДНҚ-да шашыраңқы бақылау орындарымен және делдалдар арқылы инициацияға әсер етеді, олар делдал белоктары, инициация кешенінің факторлары бола алады. және хроматиннің құрылымын өзгертетін ферменттер.
Алдын ала инициация кешеніне кіретін кейбір TF-терді қоспағанда, барлық транскрипция факторларында ерекшеленетін ДНҚ-байланыстыратын домен бар.олар транскрипцияның қалыпты өтуін қамтамасыз ететін немесе оны реттеуде делдал ретінде әрекет ететін көптеген басқа белоктардан тұрады.
Жақында жүргізілген зерттеулер эукариоттық ТФ транскрипцияның бастамасына ғана емес, ұзаруына да әсер ететінін көрсетті.
Әртүрлілік және классификация
Эукариоттарда белок транскрипция факторларының 2 тобы бар: базальды (басқаша жалпы немесе негізгі деп аталады) және реттеуші. Біріншілері промоутерлерді тануға және бастама алдындағы кешен құруға жауапты. Транскрипцияны бастау үшін қажет. Бұл топқа әрқашан жасушада болатын және гендердің дифференциалды экспрессиясына әсер етпейтін бірнеше ондаған ақуыздар кіреді.
Базальды транскрипция факторларының кешені - қызметі бойынша бактериялардағы сигма суббірлігіне ұқсас құрал, тек күрделірек және промоторлардың барлық түрлеріне жарамды.
Басқа түрдегі факторлар реттеуші ДНҚ тізбектерімен әрекеттесу арқылы транскрипцияға әсер етеді. Бұл ферменттер генге тән болғандықтан, олардың саны өте көп. Арнайы гендердің аймақтарымен байланысу арқылы олар белгілі бір белоктардың секрециясын бақылайды.
Эукариоттардағы транскрипция факторларының классификациясы үш принципке негізделген:
- әрекет ету механизмі;
- жұмыс шарттары;
- ДНҚ байланыстыру доменінің құрылымы.
Бірінші ерекшелікке сәйкес факторлардың 2 класы бар: базальды (промотормен әрекеттесу) және жоғары ағынды аймақтармен байланысу (геннің жоғары ағынында орналасқан реттеуші аймақтар). Бұл түріжіктелуі негізінен ТФ-ның жалпы және арнайы болып функционалдық бөлінуіне сәйкес келеді. Жоғары ағын факторлары қосымша белсендіру қажеттілігіне қарай 2 топқа бөлінеді.
Жұмыс істеу ерекшеліктері бойынша конститутивтік ТФ (әрқашан кез келген жасушада болады) және индукцияланатын (жасушаның барлық түрлеріне тән емес және белгілі бір белсендіру механизмдерін қажет етуі мүмкін) болып бөлінеді. Екінші топтың факторлары, өз кезегінде, жасуша-спецификалық (онтогенезге қатысады, қатаң экспрессиялық бақылаумен сипатталады, бірақ белсендіруді қажет етпейді) және сигналға тәуелді болып бөлінеді. Соңғылары белсендіру сигналының түрі мен әрекет ету режиміне қарай сараланады.
Белок транскрипциясы факторларының құрылымдық жіктелуі өте кең және көптеген класстар мен отбасыларды қамтитын 6 суперсыныпты қамтиды.
Жұмыс принципі
Базальды факторлардың қызметі инициациялық кешеннің қалыптасуымен және транскрипцияның белсендірілуімен әртүрлі суббірліктердің каскадты жиыны болып табылады. Шын мәнінде, бұл процесс белсендіруші ақуыз әрекетіндегі соңғы қадам болып табылады.
Арнайы факторлар транскрипцияны екі қадаммен реттей алады:
- бастау кешенін құрастыру;
- өнімді ұзартуға көшу.
Бірінші жағдайда спецификалық ТФ жұмысы хроматиннің бірінші реттік қайта реттелуіне, сондай-ақ активтенуге әкелетін медиатордың, полимеразаның және промотордағы базальды факторлардың жинақталуына, бағдарлануына және модификациясына дейін төмендейді. транскрипция. Сигнал берудің негізгі элементі медиатор болып табылады - әрекет ететін 24 суббірліктер кешеніреттеуші белок пен РНҚ-полимераза арасындағы делдал ретінде. Өзара әрекеттесу реті әр ген және оның сәйкес факторы үшін жеке болып табылады.
Ұзартуды реттеу фактордың РНҚ-полимеразаға промотормен байланысты үзілістерді жеңуге көмектесетін P-Tef-b ақуызымен әрекеттесуі есебінен жүзеге асырылады.
TF функционалдық құрылымдары
Транскрипция факторларының модульдік құрылымы бар және өз жұмысын үш функционалды домен арқылы орындайды:
- ДНҚ-байланыстыру (DBD) - геннің реттеуші аймағын тану және өзара әрекеттесу үшін қажет.
- Транс-белсендендіру (TAD) – транскрипция факторларын қоса, басқа реттеуші ақуыздармен әрекеттесуге мүмкіндік береді.
- Сигналдарды тану (SSD) - реттеуші сигналдарды қабылдау және беру үшін қажет.
Өз кезегінде ДНҚ байланыстыру доменінің көптеген түрлері бар. Оның құрылымындағы негізгі мотивтерге мыналар жатады:
- "мырыш саусақтары";
- үй домені;
- "β"-қабаттар;
- ілмектер;
- "лейцин найзағайы";
- спираль-ілмек-спираль;
- спираль-бұрылу-спираль.
Осы доменнің арқасында транскрипция факторы қос спиралдың бетіндегі үлгі түрінде ДНҚ нуклеотидтер тізбегін «оқады». Осының арқасында кейбір реттеуші элементтерді арнайы тану мүмкін.
Мотивтердің ДНҚ спиралімен әрекеттесуі олардың беттері арасындағы дәл сәйкестікке негізделген.молекулалар.
ТФ реттелуі және синтезі
Транскрипция факторларының транскрипцияға әсерін реттеудің бірнеше жолы бар. Оларға мыналар жатады:
- активация - фосфорлану, лигандтарды бекіту немесе басқа реттеуші белоктармен (соның ішінде ТФ) әрекеттесу нәтижесінде ДНҚ-ға қатысты фактордың функционалдық өзгерісі;
- транслокация – фактордың цитоплазмадан ядроға тасымалдануы;
- байланыс орнының болуы - хроматин конденсациясының дәрежесіне байланысты (гетерохроматин күйінде ДНҚ ТФ үшін қол жетімді емес);
- басқа ақуыздарға да тән механизмдер кешені (транскрипциядан кейінгі трансляциялық модификацияға және жасушаішілік локализацияға дейінгі барлық процестерді реттеу).
Соңғы әдіс әрбір жасушадағы транскрипция факторларының сандық және сапалық құрамын анықтайды. Кейбір ТФ өз өнімі реакция ингибиторына айналғанда, классикалық кері байланыс түріне сәйкес синтезін реттей алады. Бұл жағдайда фактордың белгілі бір концентрациясы оны кодтайтын геннің транскрипциясын тоқтатады.
Жалпы транскрипция факторлары
Бұл факторлар кез келген гендердің транскрипциясын бастау үшін қажет және номенклатурада өзара әрекеттесетін РНҚ полимераза түріне байланысты TFl, TFll және TFlll ретінде белгіленеді. Әрбір фактор бірнеше ішкі бірліктерден тұрады.
Базальды ТФ үш негізгі функцияны орындайды:
- РНҚ-полимеразаның промотордағы дұрыс орналасуы;
- транскрипцияның басталу аймағындағы ДНҚ тізбектерінің босап шығуы;
- полимеразаның бөлінуіэлонгацияға өту сәтіндегі промотор;
Базальды транскрипция факторларының кейбір ішкі бірліктері промоторларды реттеуші элементтермен байланысады. Ең маңыздысы инициация нүктесінен «-35» нуклеотидтер қашықтықта орналасқан TATA қорабы (барлық гендерге тән емес). Басқа байланыстыру орындарына INR, BRE және DPE тізбектері кіреді. Кейбір ТФ ДНҚ-мен тікелей байланыспайды.
РНҚ полимераза ll негізгі транскрипция факторларының тобына TFllD, TFllB, TFllF, TFllE және TFllH кіреді. Белгілеудің соңындағы латын әрпі осы белоктарды анықтау тәртібін көрсетеді. Осылайша, lll РНҚ полимеразасына жататын TFlllA факторы бірінші болып оқшауланды.
| Аты | Ақуыз бөлімшелерінің саны | Функция |
| TFllD | 16 (TBP +15 TAF) | TBP TATA қорабына қосылады және TAF басқа промоутер ретін таниды |
| TFllB | 1 | BRE элементін таниды, полимеразаны бастау орнында дәл бағдарлайды |
| TFllF | 3 | TBP және TFllB-мен полимераздың әрекеттесуін тұрақтандырады, TFllE және TFllH қосылуын жеңілдетеді |
| TFllE | 2 | TFllH қосады және реттейді |
| TFllH | 10 | Бастау нүктесінде ДНҚ тізбектерін бөледі, РНҚ синтездейтін ферментті промотордан және негізгі транскрипция факторларынан (биохимия) босатады.процесс РНҚ-полимеразаның Cer5-C-терминалды доменінің фосфорлануына негізделген) |
Базальды ТФ құрастыру тек активатордың, медиатордың және хроматинді өзгертетін ақуыздардың көмегімен жүзеге асады.
Арнайы TF
Генетикалық экспрессияны бақылау арқылы бұл транскрипция факторлары эмбриогенезден бастап өзгермелі қоршаған орта жағдайларына жұқа фенотиптік бейімделуге дейінгі жеке жасушалардың да, бүкіл ағзаның да биосинтетикалық процестерін реттейді. ТФ әсер ету саласы 3 негізгі блокты қамтиды:
- даму (эмбрион және онтогенез);
- жасушалық цикл;
- сыртқы сигналдарға жауап.
Транскрипция факторларының арнайы тобы эмбрионның морфологиялық дифференциациясын реттейді. Бұл ақуыз жинағы гомеобокс деп аталатын арнайы 180 бит консенсус тізбегі арқылы кодталған.
Қай генді транскрипциялау керектігін анықтау үшін реттеуші ақуыз генетикалық қосқыш (күшейткіш, дыбысты өшіргіш және т.б.) рөлін атқаратын белгілі бір ДНҚ учаскесін «табуы» және байланысуы керек. Әрбір осындай реттілік спиральдың белгілі бір сыртқы сегментінің және ДНҚ-байланыстыратын доменнің химиялық конформацияларының сәйкес келуіне байланысты қажетті орынды танитын бір немесе бірнеше байланысты транскрипция факторларына сәйкес келеді (кілт-құлып принципі). Тану үшін ДНҚ-ның негізгі құрылымының негізгі ойық деп аталатын аймағы пайдаланылады.
ДНҚ-мен байланысқаннан кейін әрекетактиватор протеині алдын ала бастаушы кешеннің жиналуына әкелетін дәйекті қадамдар сериясын іске қосады. Бұл процестің жалпылама схемасы келесідей:
- Активатордың промотор аймағындағы хроматинмен байланысуы, ATP-тәуелді қайта құрылымдау кешендерін тарту.
- Хроматинді қайта реттеу, гистонды өзгертетін ақуыздарды белсендіру.
- Гистондардың ковалентті модификациясы, басқа активатор ақуыздарының тартылуы.
- Геннің реттеуші аймағына қосымша белсендіруші ақуыздарды байланыстыру.
- Медиатор мен жалпы ТФ қатысуы.
- Промоутердегі бастамаға дейінгі кешенді құрастыру.
- Басқа активатор белоктарының әсері, инициация алдындағы кешеннің суббірліктерінің қайта орналасуы.
- Транскрипцияны бастау.
Бұл оқиғалардың реті генге қарай өзгеруі мүмкін.
Белсендіру механизмдерінің осындай көп санына репрессия әдістерінің бірдей кең ауқымы сәйкес келеді. Яғни, инициация жолындағы кезеңдердің бірін тежеу арқылы реттеуші ақуыз оның тиімділігін төмендетуі немесе оны толығымен блоктауы мүмкін. Көбінесе репрессор транскрипцияның жоқтығына кепілдік беретін бірнеше механизмдерді бірден іске қосады.
Гендерді үйлестірілген бақылау
Әрбір транскриптонның өзіндік реттеу жүйесі бар екеніне қарамастан, эукариоттарда бактериялар сияқты белгілі бір тапсырманы орындауға бағытталған гендер тобын бастауға немесе тоқтатуға мүмкіндік беретін механизм бар. Бұған комбинацияларды аяқтайтын транскрипцияны анықтайтын фактор арқылы қол жеткізіледігеннің максималды белсендірілуі немесе басылуы үшін қажетті басқа реттеуші элементтер.
Мұндай реттеуге жататын транскриптондарда әртүрлі компоненттердің өзара әрекеттесуі нәтижесінде вектор ретінде әрекет ететін бір ақуызға әкеледі. Сондықтан мұндай фактордың белсендірілуі бірден бірнеше генге әсер етеді. Жүйе каскад принципі бойынша жұмыс істейді.
Координацияланған бақылау схемасын прекурсорлары миобласттар болып табылатын қаңқа бұлшықет жасушаларының онтогенетикалық дифференциациясының мысалында қарастыруға болады.
Жетілген бұлшықет жасушасына тән белоктар синтезін кодтайтын гендердің транскрипциясы төрт миогендік факторлардың кез келгенімен іске қосылады: MyoD, Myf5, MyoG және Mrf4. Бұл белоктар өздерінің және бір-бірінің синтезін белсендіреді, сонымен қатар қосымша Mef2 транскрипция факторының гендерін және құрылымдық бұлшықет ақуыздарын қамтиды. Mef2 бір мезгілде оң кері байланыс механизмі арқылы миогенді ақуыздардың концентрациясын сақтай отырып, миобласттардың әрі қарай дифференциациясын реттеуге қатысады.
