U svim organizmima (osim nekih virusa) implementacija genetskog materijala odvija se prema DNA-RNA-protein sustavu. U prvoj fazi, informacije se prepisuju (transkribiraju) s jedne nukleinske kiseline na drugu. Proteini koji reguliraju ovaj proces nazivaju se faktori transkripcije.
Što je transkripcija
Transkripcija je biosinteza RNA molekule na temelju DNK šablona. To je moguće zbog komplementarnosti određenih dušičnih baza koje čine nukleinske kiseline. Sintezu provode specijalizirani enzimi - RNA polimeraze i kontroliraju je mnogi regulatorni proteini.
Cijeli genom se ne transkribira odjednom, već samo određeni dio, koji se zove transkripcija. 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 temelju toga se sintetizira policistronska RNA,koji sadrži informacije o aminokiselinskom slijedu skupine funkcionalno srodnih proteina. Eukariotska transkripcija sadrži samo jedan gen.
Biološka uloga procesa transkripcije je formiranje šablonskih RNA sekvenci, na temelju kojih se u ribosomima vrši sinteza (translacija) proteina.
Sinteza RNA u prokariota i eukariota
Shema sinteze RNA je ista za sve organizme i uključuje 3 stupnja:
- Inicijacija - vezanje polimeraze na promotor, aktivacija procesa.
- Elongacija - produljenje nukleotidnog lanca u smjeru od 3' do 5' završava zatvaranjem fosfodiesterskih veza između dušičnih baza, koje se biraju komplementarno DNA monomerima.
- Prekid je završetak procesa sinteze.
Kod prokariota, sve vrste RNA se transkribiraju pomoću jedne RNA polimeraze, koja se sastoji od pet protomera (β, β', ω i dvije α podjedinice), koji zajedno tvore jezgro-enzim sposoban povećati lanac ribonukleotida. Postoji i dodatna jedinica σ, bez koje je pričvršćivanje polimeraze na promotor nemoguće. Kompleks jezgre i sigma faktora naziva se holoenzim.
Unatoč činjenici da σ podjedinica nije uvijek povezana s jezgrom, smatra se dijelom RNA polimeraze. U disociranom stanju sigma se ne može vezati za promotor, samo kao dio holoenzima. Nakon završetka inicijacije, ovaj protomer se odvaja od jezgre i zamjenjuje ga faktor elongacije.
Značajkaprokarioti su kombinacija procesa prevođenja i transkripcije. Ribosomi se odmah pridružuju RNA koja se počinje sintetizirati i graditi lanac aminokiselina. Transkripcija se zaustavlja zbog formiranja strukture ukosnice u području terminatora. U ovoj fazi, DNK-polimeraza-RNA kompleks se razgrađuje.
U eukariotskim stanicama transkripciju provode tri enzima:
- RNA polimeraza l – sintetizira 28S i 18S-ribosomalnu RNA.
- RNA polimeraza ll – transkribira gene koji kodiraju proteine i male nuklearne RNA.
- RNA polimeraza lll - odgovorna za sintezu tRNA i 5S rRNA (mala podjedinica ribosoma).
Nijedan od ovih enzima nije sposoban pokrenuti transkripciju bez sudjelovanja specifičnih proteina koji pružaju interakciju s promotorom. Bit procesa je ista kao u prokariota, ali je svaka faza mnogo kompliciranija uz sudjelovanje većeg broja funkcionalnih i regulatornih elemenata, uključujući i one koji modificiraju kromatin. Samo u fazi inicijacije uključeno je stotinjak proteina, uključujući niz transkripcijskih čimbenika, dok je u bakterijama dovoljna jedna sigma podjedinica da se veže na promotor i ponekad je potrebna pomoć aktivatora.
Najvažniji doprinos biološke uloge transkripcije u biosintezi različitih vrsta proteina određuje potrebu za strogim sustavom kontrole čitanja gena.
Propis o transkripciji
Ni u jednoj stanici genetski materijal nije realiziran u potpunosti: samo dio gena je transkribiran, dok su ostali neaktivni. To je moguće zahvaljujući kompleksuregulatorni mehanizmi koji određuju iz kojih segmenata DNK iu kojoj količini će se sintetizirati RNA sekvence.
Kod jednostaničnih organizama, diferencijalna aktivnost gena ima adaptivnu vrijednost, dok kod višestaničnih organizama određuje i procese embriogeneze i ontogeneze, kada se na temelju jednog genoma formiraju različite vrste tkiva.
Izražavanje gena kontrolira se na nekoliko razina. Najvažniji korak je regulacija transkripcije. Biološko značenje ovog mehanizma je održavanje potrebne količine različitih proteina potrebnih stanici ili organizmu u određenom trenutku postojanja.
Postoji prilagodba biosinteze na drugim razinama, kao što su obrada, translacija i transport RNA iz jezgre u citoplazmu (potonja je odsutna u prokariota). Kada su pozitivno regulirani, ti su sustavi odgovorni za proizvodnju proteina na temelju aktiviranog gena, što je biološko značenje transkripcije. Međutim, u bilo kojoj fazi lanac se može suspendirati. Neke regulatorne značajke u eukariota (alternativni promotori, spajanje, modifikacija poliadenelacijskih mjesta) dovode do pojave različitih varijanti proteinskih molekula temeljenih na istoj sekvenci DNA.
Budući da je stvaranje RNA prvi korak u dekodiranju genetskih informacija na putu do biosinteze proteina, biološka uloga procesa transkripcije u modificiranju staničnog fenotipa mnogo je značajnija od regulacije obrade 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 DNA i transkripcijski faktori (TF). Rad takvih prekidača nije autonoman, već je pod strogom kontrolom ostalih staničnih sustava. Postoje i mehanizmi nespecifične regulacije sinteze RNA, koji osiguravaju normalan prolaz inicijacije, elongacije i završetka.
Koncept faktora transkripcije
Za razliku od regulatornih elemenata genoma, transkripcijski faktori su kemijski proteini. Vezivanjem na određene regije DNK, oni mogu aktivirati, inhibirati, ubrzati ili usporiti proces transkripcije.
Ovisno o postignutom učinku, faktori transkripcije prokariota i eukariota mogu se podijeliti u dvije skupine: aktivatori (pokreću ili povećavaju intenzitet sinteze RNA) i represori (supresiraju ili inhibiraju proces). Trenutno je više od 2000 TF pronađeno u različitim organizmima.
Transkripcijska regulacija u prokariota
Kod prokariota, kontrola sinteze RNA događa se uglavnom u fazi inicijacije zbog interakcije TF-a sa specifičnom regijom transkriptona - operatorom koji se nalazi pored promotora (ponekad se siječe s njim) i, zapravo je mjesto slijetanja za regulatorni protein (aktivator ili represor). Bakterije karakterizira još jedan način diferencijalne kontrole gena - sinteza alternativnih σ-podjedinica namijenjenih različitim skupinama promotora.
Djelomično operonski izrazmogu se regulirati u fazama elongacije i terminacije, ali ne zbog TF-ova koji vežu DNA, već zbog interakcije proteina s RNA polimerazom. To uključuje Gre proteine i antiterminatorske faktore Nus i RfaH.
Na produljenje i završetak transkripcije u prokariota na određeni način utječe paralelna sinteza proteina. Kod eukariota su i sami ovi procesi i faktori transkripcije i translacije prostorno odvojeni, što znači da nisu funkcionalno povezani.
Aktivatori i represori
Prokarioti imaju dva mehanizma regulacije transkripcije u fazi inicijacije:
- pozitivno - provode proteini aktivatori;
- negativno - kontrolirano od strane represora.
Kada je faktor pozitivno reguliran, vezanje faktora za operatera aktivira gen, a kada je negativan, naprotiv, isključuje ga. Sposobnost regulatornog proteina da se veže na DNA ovisi o vezivanju liganda. Ulogu potonjeg obično imaju stanični metaboliti male molekularne težine, koji u ovom slučaju djeluju kao koaktivatori i korepresori.
Mehanizam djelovanja represora temelji se na preklapanju regija promotora i operatera. U operonima s ovom strukturom, vezanje proteinskog faktora na DNK zatvara dio mjesta slijetanja za RNA polimerazu, sprječavajući potonju da započne transkripciju.
Aktivatori djeluju na slabe promotore niske funkcionalnosti koje RNA polimeraze slabo prepoznaju ili ih je teško topiti (odvojene spiralne nitiDNK potrebna za pokretanje transkripcije). Pridruživanjem operatoru proteinski faktor stupa u interakciju s polimerazom, značajno povećavajući vjerojatnost inicijacije. Aktivatori mogu povećati intenzitet transkripcije za 1000 puta.
Neki prokariotski TF-ovi mogu djelovati i kao aktivatori i kao represori, ovisno o lokaciji operatera u odnosu na promotora: ako se te regije preklapaju, faktor inhibira transkripciju, inače se aktivira.
| Funkcija liganda s obzirom na faktor | stanje liganda | Negativna regulativa | Pozitivna regulativa |
| Omogućuje 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, koji je karakteriziran položajem operatora unutar promotorske sekvence. Protein represor se aktivira spajanjem dviju molekula triptofana, koje mijenjaju kut domene koja veže DNA tako da može ući u glavni žlijeb dvostruke spirale. Pri niskoj koncentraciji triptofana, represor gubi svoj ligand i ponovno postaje neaktivan. Drugim riječima, učestalost inicijacije transkripcijeobrnuto proporcionalno količini metabolita.
Neki bakterijski operoni (na primjer, laktoza) kombiniraju pozitivne i negativne regulatorne mehanizme. Takav sustav je neophodan kada jedan signal nije dovoljan za racionalnu kontrolu izražavanja. Dakle, laktozni operon kodira enzime koji se transportiraju u stanicu, a zatim razgrađuju laktozu, alternativni izvor energije koji je manje isplativ od glukoze. Stoga, samo pri niskoj koncentraciji potonjeg, CAP protein se veže na DNA i započinje transkripciju. Međutim, to je preporučljivo samo u prisutnosti laktoze, čiji nedostatak dovodi do aktivacije Lac represora, koji blokira pristup polimerazi promotoru čak i u prisutnosti funkcionalnog oblika proteina aktivatora.
Zbog strukture operona u bakterijama, nekoliko gena kontrolira jedna regulatorna regija i 1-2 TF-a, dok kod eukariota jedan gen ima veliki broj regulatornih elemenata, od kojih svaki ovisi o mnogim drugim čimbenici. Ova složenost odgovara visokoj razini organizacije eukariota, a posebno višestaničnih organizama.
Regulacija sinteze mRNA u eukariota
Kontrola ekspresije eukariotskih gena određena je kombiniranim djelovanjem dvaju elemenata: činjenica o transkripciji proteina (TF) i regulatornih DNA sekvenci koje se mogu nalaziti pored promotora, puno više od njega, u intronima ili iza gen (što znači kodirajuću regiju, a ne gen u svom punom značenju).
Neka područja djeluju kao prekidači, druga ne djelujuizravno s TF, ali daju molekuli DNA fleksibilnost potrebnu za formiranje strukture nalik petlji koja prati proces aktivacije transkripcije. Takve regije nazivaju se odstojnicima. Sve regulatorne sekvence zajedno s promotorom čine kontrolnu regiju gena.
Vrijedi napomenuti da je djelovanje samih transkripcijskih čimbenika samo dio složene višerazinske regulacije genetske ekspresije, u kojoj se veliki broj elemenata zbraja u rezultirajući vektor, koji određuje hoće li RNA na kraju se sintetizira iz određene regije genoma.
Dodatni čimbenik u kontroli transkripcije u nuklearnoj stanici je promjena u strukturi kromatina. Ovdje je prisutna i ukupna regulacija (osigurana distribucijom heterokromatinskih i eukromatinskih regija) i lokalna regulacija povezana sa specifičnim genom. Da bi polimeraza djelovala, sve razine zbijenosti DNK, uključujući nukleosom, moraju biti eliminirane.
Različitost transkripcijskih čimbenika kod eukariota povezana je s velikim brojem regulatora, koji uključuju pojačala, prigušivače (pojačivače i prigušivače), kao i elemente adaptera i izolatore. Ta se mjesta mogu nalaziti i blizu i na znatnoj udaljenosti od gena (do 50 tisuća bp).
Poboljšači, prigušivači i elementi adaptera
Pojačivači su kratki sekvencijalni DNK koji mogu pokrenuti transkripciju kada su u interakciji s regulatornim proteinom. Aproksimacija pojačala promotorskoj regiji genaprovodi se zbog formiranja strukture DNK u obliku petlje. Vezanje aktivatora na pojačivač ili stimulira sklapanje inicijalnog kompleksa ili pomaže polimerazi da nastavi do produljenja.
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 još uvijek nije poznat. Jedna od pretpostavljenih metoda je zauzimanje velikih područja DNK posebnim proteinima SIR skupine, koji blokiraju pristup faktorima inicijacije. U ovom slučaju, svi geni koji se nalaze unutar nekoliko tisuća parova baza od prigušivača su isključeni.
Adapterski elementi u kombinaciji s TF-ima koji se na njih vežu čine zasebnu klasu genetskih prekidača koji selektivno reagiraju na steroidne hormone, ciklički AMP i glukokortikoide. Ovaj regulatorni blok odgovoran je za reakciju stanice na toplinski šok, izloženost metalima i određenim kemijskim spojevima.
Među kontrolnim regijama DNK izdvaja se još jedna vrsta elemenata - izolatori. To su specifične sekvence koje sprječavaju čimbenike transkripcije da utječu na udaljene gene. Mehanizam djelovanja izolatora još nije razjašnjen.
Eukariotski transkripcijski faktori
Ako transkripcijski čimbenici u bakterijama imaju samo regulacijsku funkciju, tada u nuklearnim stanicama postoji cijela skupina TF-a koji osiguravaju pozadinsko inicijaciju, ali istovremeno izravno ovise o vezivanju zaDNA regulatorni proteini. Broj i raznolikost potonjih u eukariota je ogromna. Dakle, u ljudskom tijelu, udio sekvenci koje kodiraju faktore transkripcije proteina iznosi oko 10% genoma.
Do danas, eukariotski TF nisu dobro shvaćeni, kao ni mehanizmi rada genetskih prekidača, čija je struktura mnogo kompliciranija od modela pozitivne i negativne regulacije u bakterijama. Za razliku od potonjeg, na aktivnost transkripcijskih faktora nuklearnih stanica utječu ne jedan ili dva, već deseci, pa čak i stotine signala koji se međusobno mogu pojačati, oslabiti ili isključiti.
S jedne strane, aktivacija određenog gena zahtijeva čitavu skupinu transkripcijskih čimbenika, ali s druge strane, jedan regulatorni protein može biti dovoljan da pokrene ekspresiju nekoliko gena kaskadnim mehanizmom. Cijeli ovaj sustav je složeno računalo koje obrađuje signale iz različitih izvora (i vanjskih i unutarnjih) i dodaje njihove učinke konačnom rezultatu sa znakom plus ili minus.
Regulatorni transkripcijski čimbenici u eukariota (aktivatori i represori) ne stupaju u interakciju s operaterom, kao u bakterijama, već s kontrolnim mjestima razbacanim po DNK i utječu na inicijaciju putem posrednika, koji mogu biti proteini medijatori, čimbenici inicijacijskog kompleksa i enzimi koji mijenjaju strukturu kromatina.
S izuzetkom nekih TF-ova uključenih u kompleks prije inicijacije, svi transkripcijski čimbenici imaju domenu za vezanje DNK koja razlikujeiz brojnih drugih proteina koji osiguravaju normalan prolaz transkripcije ili djeluju kao posrednici u njenoj regulaciji.
Nedavne studije su pokazale da eukariotski TF mogu utjecati ne samo na inicijaciju nego i na produljenje transkripcije.
Različitost i klasifikacija
Kod eukariota postoje 2 skupine faktora transkripcije proteina: bazalni (inače se nazivaju opći ili glavni) i regulatorni. Prvi su odgovorni za prepoznavanje promotora i stvaranje kompleksa prije inicijacije. Potrebno za početak transkripcije. Ova skupina uključuje nekoliko desetaka proteina koji su uvijek prisutni u stanici i ne utječu na diferencijalnu ekspresiju gena.
Kompleks bazalnih transkripcijskih čimbenika je alat sličan u funkciji sigma podjedinici u bakterijama, samo složeniji i prikladniji za sve vrste promotora.
Čimbenici drugog tipa utječu na transkripciju kroz interakciju s regulatornim DNK sekvencama. Budući da su ti enzimi genski specifični, postoji ogroman broj njih. Vezivanjem na regije specifičnih gena, oni kontroliraju izlučivanje određenih proteina.
Klasifikacija faktora transkripcije kod eukariota temelji se na tri principa:
- mehanizam djelovanja;
- uvjeti funkcioniranja;
- struktura domene koja veže DNK.
Prema prvom obilježju, postoje 2 klase faktora: bazalni (u interakciji s promotorom) i vezanje na uzvodne regije (regulatorne regije smještene uzvodno od gena). Ova vrstaklasifikacija u biti odgovara funkcionalnoj podjeli TF na opće i specifične. Faktori uzvodno podijeljeni su u 2 grupe ovisno o potrebi za dodatnom aktivacijom.
Prema značajkama funkcioniranja razlikuju se konstitutivni TF (uvijek prisutni u svakoj stanici) i inducibilni (nisu karakteristični za sve tipove stanica i mogu zahtijevati određene aktivacijske mehanizme). Čimbenici druge skupine, pak, podijeljeni su na stanične (sudjeluju u ontogenezi, karakterizirani su strogom kontrolom ekspresije, ali ne zahtijevaju aktivaciju) i ovisne o signalu. Potonji se razlikuju prema vrsti i načinu djelovanja signala za aktiviranje.
Strukturna klasifikacija faktora transkripcije proteina je vrlo opsežna i uključuje 6 superklasa, koje uključuju mnoge klase i obitelji.
Princip rada
Funkcioniranje bazalnih faktora je kaskadni sklop različitih podjedinica s formiranjem inicijacijskog kompleksa i aktivacijom transkripcije. Zapravo, ovaj proces je posljednji korak u djelovanju proteina aktivatora.
Specifični čimbenici mogu regulirati transkripciju u dva koraka:
- sastavljanje kompleksa inicijacije;
- prijelaz na produktivno produljenje.
U prvom slučaju, rad specifičnih TF-ova svodi se na primarno preuređenje kromatina, kao i na regrutiranje, orijentaciju i modifikaciju medijatora, polimeraze i bazalnih čimbenika 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 provodi se zbog interakcije faktora s proteinom P-Tef-b, koji pomaže RNA polimerazi prevladati pauzu povezanu s promotorom.
Funkcionalne strukture TF
Faktori transkripcije imaju modularnu strukturu i obavljaju svoj rad kroz tri funkcionalne domene:
- DNA-vezivanje (DBD) - potrebno za prepoznavanje i interakciju s regulatornom regijom gena.
- Trans-aktiviranje (TAD) – omogućuje interakciju s drugim regulatornim proteinima, uključujući faktore transkripcije.
- Signal-Recognizing (SSD) - potrebno za percepciju i prijenos regulatornih signala.
Zauzvrat, domena koja veže DNK ima mnogo tipova. Glavni motivi u njegovoj strukturi uključuju:
- "cinkovi prsti";
- homeodomain;
- "β"-slojevi;
- loops;
- "leucinska munja";
- spiral-loop-spiral;
- spiral-turn-spiral.
Zahvaljujući ovoj domeni, faktor transkripcije "čita" sekvencu nukleotida DNA u obliku uzorka na površini dvostruke spirale. Zbog toga je moguće specifično prepoznavanje određenih regulatornih elemenata.
Interakcija motiva sa spiralom DNK temelji se na točnom podudaranju između površina ovihmolekule.
Regulacija i sinteza TF
Postoji nekoliko načina za reguliranje utjecaja transkripcijskih čimbenika na transkripciju. To 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 jezgru;
- dostupnost veznog mjesta - ovisi o stupnju kondenzacije kromatina (u stanju heterokromatina, DNK nije dostupna za TF);
- kompleks mehanizama koji su karakteristični i za druge proteine (regulacija svih procesa od transkripcije do posttranslacijske modifikacije i unutarstanične lokalizacije).
Posljednja metoda određuje kvantitativni i kvalitativni sastav transkripcijskih čimbenika u svakoj stanici. Neki TF mogu regulirati svoju sintezu prema klasičnom tipu povratne sprege, kada vlastiti proizvod postaje inhibitor reakcije. U ovom slučaju, određena koncentracija faktora zaustavlja transkripciju gena koji ga kodira.
Opći faktori transkripcije
Ovi su čimbenici nužni za početak transkripcije bilo kojeg gena i u nomenklaturi su označeni kao TFl, TFll i TFlll ovisno o vrsti RNA polimeraze s kojom su u interakciji. Svaki faktor sastoji se od nekoliko podjedinica.
Bazalni TF-ovi obavljaju tri glavne funkcije:
- točna lokacija RNA polimeraze na promotoru;
- odmotavanje DNK lanaca u području početka transkripcije;
- oslobađanje polimeraze izpromotor u trenutku prijelaza na produljenje;
Određene podjedinice bazalnih transkripcijskih čimbenika vežu se na regulatorne elemente promotora. Najvažnija je TATA kutija (nije karakteristična za sve gene), koja se nalazi na udaljenosti od "-35" nukleotida od točke inicijacije. Ostala mjesta vezanja uključuju INR, BRE i DPE sekvence. Neki TF-ovi ne kontaktiraju izravno DNK.
Grupa glavnih faktora transkripcije RNA polimeraze ll uključuje TFllD, TFllB, TFllF, TFllE i TFllH. Latinsko slovo na kraju oznake označava redoslijed otkrivanja ovih proteina. Tako je faktor TFlllA, koji pripada lll RNA polimerazi, prvi izoliran.
| ime | Broj proteinskih podjedinica | Funkcija |
| TFllD | 16 (TBP +15 TAF-ova) | TBP se veže na TATA kutiju i TAF-ovi prepoznaju druge promotorske sekvence |
| TFllB | 1 | Prepoznaje BRE element, precizno orijentira polimerazu na mjestu inicijacije |
| TFllF | 3 | Stabilizira interakciju polimeraze s TBP i TFllB, olakšava pričvršćivanje TFllE i TFllH |
| TFllE | 2 | Povezuje i prilagođava TFllH |
| TFllH | 10 | Odvaja lance DNK na mjestu inicijacije, oslobađa enzim koji sintetizira RNA od promotora i glavnih čimbenika transkripcije (biokemijaproces se temelji na fosforilaciji Cer5-C-terminalne domene RNA polimeraze) |
Sastavljanje bazalnog TF-a događa se samo uz pomoć aktivatora, posrednika i proteina koji modificiraju kromatin.
Specifični TF
Kroz kontrolu genetske ekspresije, ovi transkripcijski čimbenici reguliraju biosintetske procese kako pojedinačnih stanica tako i cijelog organizma, od embriogeneze do fine fenotipske prilagodbe na promjenjive uvjete okoliša. Sfera utjecaja TF-a uključuje 3 glavna bloka:
- razvoj (embrio- i ontogenija);
- stanični ciklus;
- odgovor na vanjske signale.
Posebna skupina faktora transkripcije regulira morfološko razlikovanje embrija. Ovaj skup proteina je kodiran posebnom konsenzusnom sekvencom od 180 bp koja se zove homeobox.
Kako bi se odredilo koji gen treba transkribirati, regulatorni protein mora "pronaći" i vezati se na specifično mjesto DNK koje djeluje kao genetski prekidač (pojačivač, prigušivač, itd.). Svaki takav slijed odgovara jednom ili više povezanih transkripcijskih čimbenika koji prepoznaju željeno mjesto zbog podudarnosti kemijskih konformacija određenog vanjskog segmenta spirale i domene za vezanje DNA (princip ključ-zaključavanje). Za prepoznavanje se koristi regija primarne strukture DNK koja se naziva glavni žlijeb.
Nakon vezanja za djelovanje DNKaktivatorski protein pokreće niz uzastopnih koraka koji vode do sastavljanja kompleksa preinicijatora. Generalizirana shema ovog procesa je sljedeća:
- Vezivanje aktivatora na kromatin u promotorskoj regiji, regrutiranje ATP-ovisnih kompleksa preuređivanja.
- Preuređenje kromatina, aktivacija proteina koji modificiraju histon.
- Kovalentna modifikacija histona, privlačenje drugih proteina aktivatora.
- Vezivanje dodatnih aktivacijskih proteina na regulatornu regiju gena.
- Uključenost posrednika i opće TF.
- Sastavljanje kompleksa prije inicijacije na promotoru.
- Utjecaj drugih proteina aktivatora, preuređenje podjedinica kompleksa prije inicijacije.
- Pokreni transkripciju.
Redoslijed ovih događaja može varirati od gena do gena.
Tako velikom broju aktivacijskih mehanizama odgovara jednako širok raspon metoda potiskivanja. To jest, inhibiranjem jedne od faza na putu do inicijacije, regulatorni protein može smanjiti svoju učinkovitost ili je potpuno blokirati. Najčešće, represor aktivira nekoliko mehanizama odjednom, jamčeći izostanak transkripcije.
Koordinirana kontrola gena
Unatoč činjenici da svaki transkripton ima svoj vlastiti regulatorni sustav, eukarioti imaju mehanizam koji omogućuje, poput bakterija, pokretanje ili zaustavljanje grupa gena koje imaju za cilj obavljanje određenog zadatka. To se postiže faktorom koji određuje transkripciju koji dovršava kombinacijedrugi regulatorni elementi neophodni za maksimalnu aktivaciju ili supresiju gena.
U transkripcijama koje podliježu takvoj regulaciji, interakcija različitih komponenti dovodi do istog proteina, koji djeluje kao rezultirajući vektor. Stoga aktivacija takvog čimbenika utječe na nekoliko gena odjednom. Sustav radi na principu kaskade.
Shema koordinirane kontrole može se razmotriti na primjeru ontogenetske diferencijacije stanica skeletnih mišića, čiji su prekursori mioblasti.
Transkripciju gena koji kodiraju sintezu proteina karakterističnih za zrelu mišićnu stanicu pokreće bilo koji od četiri miogena čimbenika: MyoD, Myf5, MyoG i Mrf4. Ovi proteini aktiviraju sintezu sebe i jedni drugih, a također uključuju gene za dodatni transkripcijski faktor Mef2 i strukturne mišićne proteine. Mef2 je uključen u regulaciju daljnje diferencijacije mioblasta, dok istovremeno održava koncentraciju miogenih proteina mehanizmom pozitivne povratne sprege.
