U svim organizmima (sa izuzetkom nekih virusa) implementacija genetskog materijala odvija se prema sistemu DNK-RNA-protein. U prvoj fazi, informacije se prepisuju (transkribuju) iz jedne nukleinske kiseline u drugu. Proteini koji regulišu ovaj proces nazivaju se faktori transkripcije.
Šta je transkripcija
Transkripcija je biosinteza RNK molekula zasnovana na DNK šablonu. To je moguće zbog komplementarnosti određenih azotnih baza koje čine nukleinske kiseline. Sintezu provode specijalizovani enzimi - RNA polimeraze i kontrolišu je mnogi regulatorni proteini.
Cijeli genom se ne transkribuje odjednom, već samo određeni dio, koji se zove transkripton. Potonji uključuje promotor (mjesto vezivanja RNA polimeraze) i terminator (sekvenca koja aktivira završetak sinteze).
Prokariotska transkripcija je operon koji se sastoji od nekoliko strukturnih gena (cistrona). Na osnovu toga se sintetiše policistronska RNK,koji sadrži informacije o sekvenci aminokiselina grupe funkcionalno povezanih proteina. Eukariotska transkripcija sadrži samo jedan gen.
Biološka uloga procesa transkripcije je formiranje šablonskih RNA sekvenci, na osnovu kojih se vrši sinteza (translacija) proteina u ribosomima.
Sinteza RNK kod prokariota i eukariota
Šema sinteze RNK je ista za sve organizme i uključuje 3 faze:
- Inicijacija - vezivanje polimeraze za promotor, aktivacija procesa.
- Elongacija - produženje nukleotidnog lanca u pravcu od 3' do 5' završava se zatvaranjem fosfodiestarskih veza između azotnih baza, koje se biraju komplementarno DNK monomerima.
- Prekid je završetak procesa sinteze.
Kod prokariota, sve vrste RNK se transkribuju pomoću jedne RNA polimeraze, koja se sastoji od pet protomera (β, β', ω i dvije α podjedinice), koji zajedno formiraju jezgro-enzim sposoban da poveća lanac ribonukleotida. Postoji i dodatna jedinica σ, bez koje je pričvršćivanje polimeraze na promotor nemoguće. Kompleks jezgra i sigma faktora naziva se holoenzim.
Uprkos činjenici da σ podjedinica nije uvijek povezana sa jezgrom, smatra se dijelom RNA polimeraze. U disociranom stanju, sigma nije u stanju da se veže za promotor, samo kao dio holoenzima. Nakon završetka inicijacije, ovaj protomer se odvaja od jezgra, zamjenjujući ga faktorom elongacije.
Funkcijaprokarioti su kombinacija procesa translacije i transkripcije. Ribosomi se odmah pridružuju RNK koja se počinje sintetizirati i graditi lanac aminokiselina. Transkripcija se zaustavlja zbog formiranja strukture ukosnice u terminatorskoj regiji. U ovoj fazi, DNK-polimeraza-RNA kompleks se raspada.
U eukariotskim ćelijama transkripciju vrše tri enzima:
- RNA polimeraza l – sintetizira 28S i 18S-ribosomalnu RNA.
- RNA polimeraza ll – transkribuje gene koji kodiraju proteine i male nuklearne RNA.
- RNA polimeraza lll - odgovorna za sintezu tRNA i 5S rRNA (mala podjedinica ribozoma).
Nijedan od ovih enzima nije u stanju da pokrene transkripciju bez učešća specifičnih proteina koji obezbeđuju interakciju sa promoterom. Suština procesa je ista kao i kod prokariota, ali je svaka faza mnogo komplikovanija uz učešće većeg broja funkcionalnih i regulatornih elemenata, uključujući i one koji modifikuju hromatin. Samo u fazi inicijacije uključeno je stotinjak proteina, uključujući niz faktora transkripcije, dok je kod bakterija dovoljna jedna sigma podjedinica da se veže za promotor i ponekad je potrebna pomoć aktivatora.
Najvažniji doprinos biološke uloge transkripcije u biosintezi različitih tipova proteina određuje potrebu za striktnim sistemom kontrole čitanja gena.
Propis o transkripciji
Ni u jednoj ćeliji genetski materijal nije realizovan u potpunosti: samo dio gena je transkribovan, dok su ostali neaktivni. To je moguće zahvaljujući kompleksuregulatorni mehanizmi koji određuju iz kojih segmenata DNK iu kojoj količini će se RNA sekvence sintetizirati.
Kod jednoćelijskih organizama, diferencijalna aktivnost gena ima adaptivnu vrijednost, dok kod višećelijskih organizama određuje i procese embriogeneze i ontogeneze, kada se na osnovu jednog genoma formiraju različite vrste tkiva.
Ekspresija gena se kontroliše na nekoliko nivoa. Najvažniji korak je regulacija transkripcije. Biološko značenje ovog mehanizma je održavanje potrebne količine različitih proteina potrebnih ćeliji ili organizmu u određenom trenutku postojanja.
Postoji prilagođavanje biosinteze na drugim nivoima, kao što je procesiranje, translacija i transport RNK iz jezgra u citoplazmu (potonja je odsutna kod prokariota). Kada su pozitivno regulisani, ovi sistemi su odgovorni za proizvodnju proteina zasnovanog na aktiviranom genu, što je biološko značenje transkripcije. Međutim, u bilo kojoj fazi lanac se može obustaviti. Neke regulatorne karakteristike kod eukariota (alternativni promoteri, spajanje, modifikacija poliadenelacionih mesta) dovode do pojave različitih varijanti proteinskih molekula zasnovanih na istoj sekvenci DNK.
Budući da je formiranje RNK prvi korak u dekodiranju genetskih informacija na putu do biosinteze proteina, biološka uloga procesa transkripcije u modificiranju fenotipa stanice mnogo je značajnija od regulacije procesiranja ili translacije.
Određivanje aktivnosti specifičnih gena kao ui kod prokariota i kod eukariota, javlja se u fazi inicijacije uz pomoć specifičnih prekidača, koji uključuju regulatorne regije DNK i faktore transkripcije (TF). Rad takvih prekidača nije autonoman, već je pod strogom kontrolom drugih ćelijskih sistema. Postoje i mehanizmi nespecifične regulacije sinteze RNK, koji osiguravaju normalan prolaz inicijacije, elongacije i terminacije.
Koncept faktora transkripcije
Za razliku od regulatornih elemenata genoma, faktori transkripcije su hemijski proteini. Vezivanjem za specifične regije DNK, oni mogu aktivirati, inhibirati, ubrzati ili usporiti proces transkripcije.
Ovisno o ostvarenom efektu, faktori transkripcije prokariota i eukariota mogu se podijeliti u dvije grupe: aktivatori (pokreću ili povećavaju intenzitet sinteze RNK) i represori (supresiraju ili inhibiraju proces). Trenutno je više od 2000 TF pronađeno u različitim organizmima.
Transkripcijska regulacija kod prokariota
Kod prokariota, kontrola sinteze RNK se dešava uglavnom u fazi inicijacije zbog interakcije TF-a sa specifičnim regionom transkriptona - operatorom koji se nalazi pored promotora (ponekad se ukršta sa njim) i, u stvari, to je mjesto slijetanja za regulatorni protein (aktivator ili represor). Bakterije karakterizira još jedan način diferencijalne kontrole gena - sinteza alternativnih σ-podjedinica namijenjenih različitim grupama promotora.
Delimično operonski izrazmogu se regulisati u fazama elongacije i terminacije, ali ne zbog TF-ova koji se vezuju za DNK, već zbog interakcije proteina sa RNA polimerazom. To uključuje Gre proteine i antiterminatorne faktore Nus i RfaH.
Na produžavanje i završetak transkripcije kod prokariota na određeni način utiče paralelna sinteza proteina. Kod eukariota, i sami ovi procesi i faktori transkripcije i translacije su prostorno odvojeni, što znači da nisu funkcionalno povezani.
Aktivatori i represori
Prokarioti imaju dva mehanizma regulacije transkripcije u fazi inicijacije:
- pozitivno - izvode proteini aktivatori;
- negativan - kontrolisan od strane represora.
Kada je faktor pozitivno regulisan, vezanje faktora za operatera aktivira gen, a kada je negativan, naprotiv, isključuje ga. Sposobnost regulatornog proteina da se veže za DNK zavisi od vezivanja liganda. Ulogu potonjeg obično imaju ćelijski metaboliti male molekularne težine, koji u ovom slučaju djeluju kao koaktivatori i korepresori.
Mehanizam djelovanja represora je baziran na preklapanju regiona promotera i operatora. U operonima sa ovom strukturom, vezivanje proteinskog faktora za DNK zatvara dio mjesta slijetanja za RNA polimerazu, sprječavajući potonju da započne transkripciju.
Aktivatori rade na slabim promotorima niske funkcionalnosti koje RNA polimeraze slabo prepoznaju ili ih je teško topiti (odvojeni spiralni lanciDNK potrebna za pokretanje transkripcije). Pridruživanjem operateru, proteinski faktor stupa u interakciju sa polimerazom, značajno povećavajući vjerovatnoću inicijacije. Aktivatori mogu povećati intenzitet transkripcije za 1000 puta.
Neki prokariotski TF-ovi mogu djelovati i kao aktivatori i kao represori u zavisnosti od lokacije operatera u odnosu na promotera: ako se ovi regioni preklapaju, faktor inhibira transkripciju, inače se aktivira.
| Ligand funkcija u odnosu na faktor | Stanje liganda | Negativna regulativa | Pozitivna regulativa |
| Omogućava odvajanje od DNK | Pridruživanje | Uklanjanje proteina represora, aktivacija gena | Uklanjanje proteina aktivatora, gašenje gena |
| Dodaje faktor DNK | Izbriši | Uklanjanje represora, uključivanje transkripcije | Ukloni aktivator, isključi transkripciju |
Negativna regulacija se može razmotriti na primjeru triptofanskog operona bakterije E. coli, koju karakterizira lokacija operatora unutar promotorske sekvence. Protein represor se aktivira vezivanjem dvaju molekula triptofana, koji mijenjaju ugao domene za vezivanje DNK tako da može ući u glavni žljeb dvostruke spirale. Pri niskoj koncentraciji triptofana, represor gubi svoj ligand i ponovo postaje neaktivan. Drugim riječima, učestalost inicijacije transkripcijeobrnuto proporcionalno količini metabolita.
Neki bakterijski operoni (na primjer, laktoza) kombinuju pozitivne i negativne regulatorne mehanizme. Takav sistem je neophodan kada jedan signal nije dovoljan za racionalnu kontrolu ekspresije. Dakle, laktozni operon kodira enzime koji se transportuju u ćeliju, a zatim razgrađuju laktozu, alternativni izvor energije koji je manje isplativ od glukoze. Stoga, samo pri niskoj koncentraciji potonjeg, CAP protein se veže za DNK i započinje transkripciju. Međutim, ovo je preporučljivo samo u prisustvu laktoze, čiji nedostatak dovodi do aktivacije Lac represora, koji blokira pristup polimerazi promotoru čak i u prisustvu funkcionalnog oblika proteina aktivatora.
Usled strukture operona kod bakterija, nekoliko gena kontroliše jedna regulatorna regija i 1-2 TF-a, dok kod eukariota jedan gen ima veliki broj regulatornih elemenata, od kojih svaki zavisi od mnogih drugih faktori. Ova složenost odgovara visokom nivou organizacije eukariota, a posebno višećelijskih organizama.
Regulacija sinteze mRNA kod eukariota
Kontrola ekspresije eukariotskih gena određena je kombinovanim djelovanjem dva elementa: činjenice transkripcije proteina (TF) i regulatornih DNK sekvenci koje se mogu nalaziti pored promotora, mnogo više od njega, u intronima ili iza gen (što znači kodirajuću regiju, a ne gen u svom punom značenju).
Neke oblasti djeluju kao prekidači, druge ne djelujudirektno sa TF, ali daju molekuli DNK fleksibilnost neophodnu za formiranje strukture nalik petlji koja prati proces aktivacije transkripcije. Takve regije se nazivaju odstojnici. Sve regulatorne sekvence zajedno sa promotorom čine kontrolnu regiju gena.
Vrijedi napomenuti da je djelovanje samih transkripcijskih faktora samo dio složene višeslojne regulacije genetske ekspresije, u kojoj se ogroman broj elemenata dodaje u rezultirajući vektor, koji određuje da li će RNK na kraju se sintetizira iz određene regije genoma.
Dodatni faktor u kontroli transkripcije u nuklearnoj ćeliji je promjena u strukturi hromatina. Ovdje je prisutna i ukupna regulacija (obezbeđena distribucijom heterohromatinskih i euhromatinskih regiona) i lokalna regulacija povezana sa specifičnim genom. Da bi polimeraza funkcionisala, svi nivoi zbijanja DNK, uključujući nukleozom, moraju biti eliminisani.
Različitost faktora transkripcije kod eukariota povezana je sa velikim brojem regulatora, koji uključuju pojačala, prigušivače (pojačivače i prigušivače), kao i elemente adaptera i izolatore. Ove lokacije mogu biti locirane i blizu i na značajnoj udaljenosti od gena (do 50 hiljada bp).
Poboljšači, prigušivači i elementi adaptera
Pojačivači su kratki sekvencijalni DNK koji mogu pokrenuti transkripciju kada su u interakciji sa regulatornim proteinom. Aproksimacija pojačavača promotorskoj regiji genavrši se zbog formiranja strukture DNK u obliku petlje. Vezivanje aktivatora za pojačivač ili stimuliše sklapanje inicijacionog kompleksa ili pomaže polimerazi da nastavi do elongacije.
Pojačivač ima složenu strukturu i sastoji se od nekoliko modula, od kojih svako ima svoj regulatorni protein.
Prigušivači su DNK regije koje potiskuju ili potpuno isključuju mogućnost transkripcije. Mehanizam rada takvog prekidača je još uvijek nepoznat. Jedna od pretpostavljenih metoda je zauzimanje velikih regiona DNK specijalnim proteinima SIR grupe, koji blokiraju pristup faktorima inicijacije. U ovom slučaju, svi geni koji se nalaze unutar nekoliko hiljada parova baza od prigušivača su isključeni.
Adapterski elementi u kombinaciji sa TF-ima koji se vezuju za njih čine posebnu klasu genetskih prekidača koji selektivno reaguju na steroidne hormone, ciklički AMP i glukokortikoide. Ovaj regulatorni blok odgovoran je za reakciju ćelije na toplotni šok, izloženost metalima i određenim hemijskim jedinjenjima.
Među DNK kontrolnim regijama izdvaja se još jedna vrsta elemenata - izolatori. Ovo su specifične sekvence koje sprečavaju faktore transkripcije da utiču na udaljene gene. Mehanizam djelovanja izolatora još uvijek nije razjašnjen.
Eukariotski transkripcijski faktori
Ako transkripcijski faktori u bakterijama imaju samo regulatornu funkciju, onda u nuklearnim ćelijama postoji čitava grupa TF-a koji obezbjeđuju pozadinsko inicijaciju, ali istovremeno direktno zavise od vezivanja zaDNK regulatorni proteini. Broj i raznolikost potonjih kod eukariota je ogroman. Dakle, u ljudskom tijelu, udio sekvenci koje kodiraju faktore transkripcije proteina je oko 10% genoma.
Do danas, eukariotski TF nisu dobro shvaćeni, kao ni mehanizmi rada genetskih prekidača, čija je struktura mnogo složenija od modela pozitivne i negativne regulacije kod bakterija. Za razliku od potonjeg, na aktivnost transkripcijskih faktora nuklearnih ćelija utječu ne jedan ili dva, već desetine, pa čak i stotine signala koji se međusobno mogu pojačati, oslabiti ili isključiti.
S jedne strane, aktivacija određenog gena zahtijeva čitavu grupu faktora transkripcije, ali s druge strane, jedan regulatorni protein može biti dovoljan da pokrene ekspresiju nekoliko gena kaskadnim mehanizmom. Ceo ovaj sistem je složen kompjuter koji obrađuje signale iz različitih izvora (i eksternih i unutrašnjih) i dodaje njihove efekte konačnom rezultatu sa znakom plus ili minus.
Regulatorni faktori transkripcije kod eukariota (aktivatori i represori) ne stupaju u interakciju sa operaterom, kao kod bakterija, već sa kontrolnim mestima razbacanim po DNK i utiču na inicijaciju preko posrednika, koji mogu biti proteini medijatori, faktori inicijacionog kompleksa i enzimi koji mijenjaju strukturu hromatina.
Sa izuzetkom nekih TF-ova uključenih u kompleks pre inicijacije, svi faktori transkripcije imaju domen koji se vezuje za DNK koji razlikujeiz brojnih drugih proteina koji osiguravaju normalan prolaz transkripcije ili djeluju kao posrednici u njenoj regulaciji.
Nedavne studije su pokazale da eukariotski TF mogu uticati ne samo na inicijaciju, već i na elongaciju transkripcije.
Različitost i klasifikacija
Kod eukariota postoje 2 grupe faktora transkripcije proteina: bazalni (inače se nazivaju opći ili glavni) i regulatorni. Prvi su odgovorni za prepoznavanje promotera i stvaranje kompleksa pre inicijacije. Potrebno za početak transkripcije. Ova grupa uključuje nekoliko desetina proteina koji su uvijek prisutni u ćeliji i ne utiču na diferencijalnu ekspresiju gena.
Kompleks bazalnih transkripcionih faktora je alat sličan po funkciji sigma podjedinici u bakterijama, samo složeniji i pogodniji za sve vrste promotora.
Faktori drugog tipa utiču na transkripciju kroz interakciju sa regulatornim sekvencama DNK. Pošto su ovi enzimi genski specifični, postoji ogroman broj njih. Vezivanjem za regije specifičnih gena, oni kontroliraju lučenje određenih proteina.
Klasifikacija faktora transkripcije kod eukariota zasniva se na tri principa:
- mehanizam djelovanja;
- uslovi rada;
- struktura domene za vezivanje DNK.
Prema prvoj osobini, postoje 2 klase faktora: bazalni (u interakciji sa promotorom) i vezivanje za uzvodne regije (regulatorne regije smještene uzvodno od gena). Ova vrstaklasifikacija suštinski odgovara funkcionalnoj podeli TF na opšte i specifične. Uzvodni faktori su podijeljeni u 2 grupe u zavisnosti od potrebe za dodatnom aktivacijom.
Prema karakteristikama funkcionisanja razlikuju se konstitutivni TF (uvek prisutni u bilo kojoj ćeliji) i inducibilni (nisu karakteristični za sve tipove ćelija i mogu zahtevati određene mehanizme aktivacije). Faktori druge grupe, pak, dijele se na ćelijske specifične (sudjeluju u ontogeniji, karakteriziraju se strogom kontrolom ekspresije, ali ne zahtijevaju aktivaciju) i zavisne od signala. Potonji se razlikuju prema vrsti i načinu djelovanja signala za aktiviranje.
Strukturna klasifikacija faktora transkripcije proteina je veoma opsežna i uključuje 6 superklasa, koje uključuju mnoge klase i porodice.
Princip rada
Funkcionisanje bazalnih faktora je kaskadni sklop različitih podjedinica sa formiranjem inicijacionog kompleksa i aktivacijom transkripcije. Zapravo, ovaj proces je posljednji korak u djelovanju proteina aktivatora.
Specifični faktori mogu regulisati transkripciju u dva koraka:
- montaža inicijacionog kompleksa;
- prijelaz na produktivno izduženje.
U prvom slučaju, rad specifičnih TF se svodi na primarno preuređenje hromatina, kao i na regrutaciju, orijentaciju i modifikaciju medijatora, polimeraze i bazalnih faktora na promotoru, što dovodi do aktivacije transkripcije. Glavni element prijenosa signala je posrednik - kompleks od 24 podjedinice koje djelujukao posrednik između regulatornog proteina i RNA polimeraze. Redoslijed interakcija je individualan za svaki gen i njegov odgovarajući faktor.
Regulacija elongacije se vrši zbog interakcije faktora sa P-Tef-b proteinom, koji pomaže RNA polimerazi da prevlada pauzu povezanu sa promotorom.
Funkcionalne strukture TF
Faktori transkripcije imaju modularnu strukturu i obavljaju svoj rad kroz tri funkcionalna domena:
- DNK-vezivanje (DBD) - potrebno za prepoznavanje i interakciju sa regulatornom regijom gena.
- Trans-aktivacija (TAD) – omogućava interakciju sa drugim regulatornim proteinima, uključujući faktore transkripcije.
- Prepoznavanje signala (SSD) - potrebno za percepciju i prijenos regulatornih signala.
Zauzvrat, DNK-vezujući domen ima mnogo tipova. Glavni motivi u njegovoj strukturi uključuju:
- "cinkovi prsti";
- homeodomain;
- "β"-slojevi;
- loops;
- "leucinska munja";
- spiral-loop-spiral;
- spiral-turn-spiral.
Zahvaljujući ovom domenu, faktor transkripcije "čita" sekvencu nukleotida DNK u obliku šare na površini dvostruke spirale. Zbog toga je moguće specifično prepoznavanje određenih regulatornih elemenata.
Interakcija motiva sa spiralom DNK zasniva se na tačnoj korespondenciji između površina ovihmolekuli.
Regulacija i sinteza TF
Postoji nekoliko načina da se reguliše uticaj transkripcionih faktora na transkripciju. Ovo uključuje:
- aktivacija - promjena u funkcionalnosti faktora u odnosu na DNK zbog fosforilacije, vezivanja liganda ili interakcije s drugim regulatornim proteinima (uključujući TF);
- translokacija - transport faktora iz citoplazme u jezgro;
- dostupnost mesta vezivanja - zavisi od stepena kondenzacije hromatina (u stanju heterohromatina, DNK nije dostupna za TF);
- kompleks mehanizama koji su karakteristični i za druge proteine (regulacija svih procesa od transkripcije do posttranslacijske modifikacije i intracelularne lokalizacije).
Posljednja metoda određuje kvantitativni i kvalitativni sastav transkripcijskih faktora u svakoj ćeliji. Neki TF su u stanju da regulišu svoju sintezu prema klasičnom tipu povratne sprege, kada sopstveni proizvod postane inhibitor reakcije. U ovom slučaju, određena koncentracija faktora zaustavlja transkripciju gena koji ga kodira.
Opći faktori transkripcije
Ovi faktori su neophodni za početak transkripcije bilo kojeg gena i u nomenklaturi su označeni kao TFl, TFll i TFlll u zavisnosti od vrste RNA polimeraze sa kojom su u interakciji. Svaki faktor se sastoji od nekoliko podjedinica.
Bazalni TF-ovi obavljaju tri glavne funkcije:
- tačna lokacija RNA polimeraze na promotoru;
- odmotavanje DNK lanaca u području početka transkripcije;
- oslobađanje polimeraze izpromoter u trenutku prelaska na elongaciju;
Određene podjedinice bazalnih transkripcionih faktora vezuju se za regulatorne elemente promotera. Najvažnija je TATA kutija (nije karakteristična za sve gene), koja se nalazi na udaljenosti od "-35" nukleotida od tačke inicijacije. Ostala mjesta vezivanja uključuju INR, BRE i DPE sekvence. Neki TF-ovi ne kontaktiraju direktno DNK.
Grupa glavnih faktora transkripcije RNA polimeraze ll uključuje TFllD, TFllB, TFllF, TFllE i TFllH. Latinsko slovo na kraju oznake označava redosled detekcije ovih proteina. Tako je faktor TFlllA, koji pripada lll RNA polimerazi, prvi izolovan.
| Ime | Broj proteinskih podjedinica | Funkcija |
| TFllD | 16 (TBP +15 TAF-ova) | TBP se vezuje za TATA kutiju i TAF-ovi prepoznaju druge sekvence promotera |
| TFllB | 1 | Prepoznaje BRE element, precizno orijentira polimerazu na mjestu inicijacije |
| TFllF | 3 | Stabilizuje interakciju polimeraze sa TBP i TFllB, olakšava vezivanje TFllE i TFllH |
| TFllE | 2 | Povezuje i prilagođava TFllH |
| TFllH | 10 | Odvaja lance DNK na mestu inicijacije, oslobađa enzim koji sintetiše RNA od promotora i glavnih faktora transkripcije (biohemijaproces se zasniva na fosforilaciji Cer5-C-terminalnog domena RNA polimeraze) |
Sastavljanje bazalnog TF-a se dešava samo uz pomoć aktivatora, medijatora i proteina koji modifikuju hromatin.
Specific TF
Kroz kontrolu genetske ekspresije, ovi faktori transkripcije regulišu biosintetske procese kako pojedinačnih ćelija tako i celog organizma, od embriogeneze do fine fenotipske adaptacije na promenljive uslove okoline. Sfera utjecaja TF-a uključuje 3 glavna bloka:
- razvoj (embrio- i ontogenija);
- ćelijski ciklus;
- odgovor na vanjske signale.
Posebna grupa faktora transkripcije reguliše morfološku diferencijaciju embriona. Ovaj skup proteina je kodiran posebnom konsenzusnom sekvencom od 180 bp koja se zove homeobox.
Da bi se odredio koji gen treba transkribovati, regulatorni protein mora "pronaći" i vezati se za specifično DNK mjesto koje djeluje kao genetski prekidač (pojačivač, prigušivač, itd.). Svaka takva sekvenca odgovara jednom ili više povezanih faktora transkripcije koji prepoznaju željeno mjesto zbog podudarnosti kemijskih konformacija određenog vanjskog segmenta spirale i domene za vezivanje DNK (princip ključ-zaključavanje). Za prepoznavanje se koristi regija primarne strukture DNK koja se zove glavni žlijeb.
Nakon vezivanja za DNK akcijuaktivator protein pokreće niz uzastopnih koraka koji vode do sklapanja preinicijatorskog kompleksa. Generalizirana shema ovog procesa je sljedeća:
- Vezivanje aktivatora za hromatin u promotorskoj regiji, regrutovanje ATP-ovisnih kompleksa rearanžiranja.
- Preuređenje hromatina, aktivacija proteina koji modifikuju histon.
- Kovalentna modifikacija histona, privlačenje drugih proteina aktivatora.
- Vezivanje dodatnih aktivirajućih proteina za regulatornu regiju gena.
- Učešće posrednika i opće TF.
- Sastavljanje preinicijacionog kompleksa na promoteru.
- Uticaj drugih proteina aktivatora, preuređenje podjedinica kompleksa pre inicijacije.
- Započni transkripciju.
Redoslijed ovih događaja može varirati od gena do gena.
Ovom velikom broju aktivacijskih mehanizama odgovara jednako širok spektar metoda potiskivanja. To jest, inhibicijom jedne od faza na putu do inicijacije, regulatorni protein može smanjiti svoju efikasnost ili je potpuno blokirati. Najčešće, represor aktivira nekoliko mehanizama odjednom, garantujući odsustvo transkripcije.
Koordinirana kontrola gena
Uprkos činjenici da svaki transkripton ima svoj regulatorni sistem, eukarioti imaju mehanizam koji omogućava, poput bakterija, da pokreću ili zaustavljaju grupe gena koje imaju za cilj obavljanje određenog zadatka. Ovo se postiže faktorom koji određuje transkripciju koji upotpunjuje kombinacijedrugi regulatorni elementi neophodni za maksimalnu aktivaciju ili supresiju gena.
U transkripcijama koje podležu takvoj regulaciji, interakcija različitih komponenti dovodi do istog proteina, koji deluje kao rezultujući vektor. Stoga aktivacija takvog faktora utječe na nekoliko gena odjednom. Sistem radi na principu kaskade.
Šema koordinirane kontrole može se razmotriti na primjeru ontogenetske diferencijacije ćelija skeletnih mišića, čiji su prekursori mioblasti.
Transkripciju gena koji kodiraju sintezu proteina karakterističnih za zrelu mišićnu ćeliju pokreće bilo koji od četiri miogena faktora: MyoD, Myf5, MyoG i Mrf4. Ovi proteini aktiviraju sintezu sebe i jedni drugih, a uključuju i gene za dodatni transkripcijski faktor Mef2 i strukturne mišićne proteine. Mef2 je uključen u regulaciju dalje diferencijacije mioblasta, dok istovremeno održava koncentraciju miogenih proteina mehanizmom pozitivne povratne sprege.
