Πώς συνδέονται οι παράγοντες μεταγραφής στο DNA

Κάθε κύτταρο ενός πολυκύτταρου οργανισμού αποτελείται από το πλήρες γονιδίωμά του στον πυρήνα σε ένα ή περισσότερα αντίγραφα. Όμως, μόνο ένα μοναδικό σύνολο γονιδίων μεταγράφεται σε ένα συγκεκριμένο κύτταρο, καθορίζοντας την ατομικότητα του κυττάρου μεταξύ των άλλων κυττάρων του οργανισμού. Πολλά γονίδια επίσης μεταγράφονται μόνο σε συγκεκριμένες χρονικές στιγμές. Η μεταγραφή ενός γονιδίου παράγει RNA που μεταφράζεται σε πρωτεΐνη. Όταν μια συγκεκριμένη πρωτεΐνη απαιτείται για τη λειτουργία του κυττάρου, το γονίδιο που κωδικοποιεί την πρωτεΐνη μεταγράφεται. Έτσι, αυτό το γονίδιο θεωρείται ως «ενεργοποιημένο». Όταν ένα γονίδιο είναι απενεργοποιημένο, η μεταγραφή διακόπτεται. Διάφοροι μηχανισμοί εμπλέκονται στη ρύθμιση της γονιδιακής έκφρασης. Η ρύθμιση της γονιδιακής έκφρασης στα ευκαρυωτικά κύτταρα βασίζεται σε μια ομάδα πρωτεϊνών που ονομάζονται παράγοντες μεταγραφής (TFs). Εκτός από τους μεταγραφικούς παράγοντες, οι τροποποιήσεις της χρωματίνης, το μάτισμα RNA, οι μηχανισμοί ελέγχου siRNA και η κυτταρική σηματοδότηση είναι επίσης υπεύθυνες για τη ρύθμιση της γονιδιακής έκφρασης στους ευκαρυώτες.

Αυτό το άρθρο εξετάζει,

1. Τι είναι οι παράγοντες μεταγραφής
2. Πώς συνδέονται οι παράγοντες μεταγραφής στο DNA

Τι είναι οι παράγοντες μεταγραφής

Ένας μεταγραφικός παράγοντας είναι ένα μόριο πρωτεΐνης που ελέγχει τη δραστηριότητα ενός γονιδίου προσδιορίζοντας εάν ένα συγκεκριμένο γονίδιο μεταγράφεται σε RNA ή όχι. Η RNA πολυμεράση είναι το ένζυμο που καταλύει τη σύνθεση του RNA χρησιμοποιώντας το DNA ως πρότυπο. Οι μεταγραφικοί παράγοντες ελέγχουν τη δράση της RNA πολυμεράσης προσδιορίζοντας πότε, πού και πόσο αποτελεσματικά λειτουργεί το ένζυμο. Ως εκ τούτου, οι παράγοντες μεταγραφής μπορεί να λειτουργούν είτε ως ενεργοποιητές που ενισχύουν την έκφραση γονιδίων είτε ως καταστολείς που μειώνουν τη γονιδιακή έκφραση.

Βρίσκονται τρεις τύποι παραγόντων μεταγραφής:γενικοί παράγοντες, παράγοντες ανάντη και επαγόμενοι παράγοντες. Γενικοί παράγοντες μεταγραφής απαιτούνται για την έναρξη της μεταγραφής των κωδικοποιητικών γονιδίων. Το σύμπλεγμα έναρξης που σχηματίζεται από γενικούς μεταγραφικούς παράγοντες ονομάζεται βασική συσκευή μεταγραφής . Παράγοντες μεταγραφής ανάντη εμπλέκονται στην αναγνώριση συγκεκριμένων σύντομων συναινετικών στοιχείων που βρίσκονται ανάντη προς το σημείο έναρξης της μεταγραφής. Επαγώγιμοι παράγοντες λειτουργούν παρόμοια με τους ανοδικούς μεταγραφικούς παράγοντες, ρυθμίζοντας περαιτέρω την έκφραση γονιδίου με σύνδεση σε στοιχεία απόκρισης. Η λειτουργία του ενεργοποιητή κατά τη μεταγραφή φαίνεται στην εικόνα 1 .

Εικόνα 1:Ο ρόλος των παραγόντων μεταγραφής

Έχοντας εξηγήσει τους παράγοντες μεταγραφής, ας δούμε τώρα πώς συνδέονται οι μεταγραφικοί παράγοντες με το DNA.

Πώς συνδέονται οι παράγοντες μεταγραφής στο DNA              

Οι παράγοντες μεταγραφής ανήκουν σε διάφορες οικογένειες πρωτεϊνών που λειτουργούν ως πρωτεϊνικά σύμπλοκα πολλαπλών υπομονάδων. Συνδέονται άμεσα με το cis -ρυθμιστικές αλληλουχίες ή μοτίβα DNA που εμφανίζονται ανάντη προς το πλαίσιο ΤΑΤΑ της αλληλουχίας προαγωγέα. Αυτά τα μοτίβα έχουν συνήθως μήκος περίπου 6 έως 10 ζεύγη βάσεων. Οι παράγοντες μεταγραφής συνδέονται επίσης είτε με ενισχυτές είτε με σιγαστήρες που επηρεάζουν τη μεταγραφή. Οι ενισχυτές εμφανίζονται κοντά στο γονίδιο - ανάντη, κατάντη ή εντός των εσωνίων. Ενεργοποιούν τη γονιδιακή έκφραση ενώ οι σιγαστήρες απενεργοποιούν τη γονιδιακή έκφραση. Οι παράγοντες μεταγραφής αλλάζουν την τρισδιάστατη δομή τους ενώ συνοδεύουν τη σύνδεση με το DNA.

Το σχηματιζόμενο σύμπλεγμα μεταγραφικών παραγόντων και προαγωγέα μαζί με τους ενισχυτές στρατολογούν την RNA πολυμεράση II. Η επίδραση των παραγόντων μεταγραφής μπορεί να είναι είτε θετική είτε αρνητική ανάλογα με τη συνολική επίδραση ολόκληρου του συμπλέγματος μεταγραφικών παραγόντων. Οι μεταγραφικοί παράγοντες αποτελούνται από πολλαπλές λειτουργικές περιοχές για σύνδεση με μοτίβα αλληλουχίας καθώς και με άλλους μεταγραφικούς παράγοντες που ονομάζονται συνενεργοποιητές, RNA πολυμεράση II, σύμπλοκα αναδιαμόρφωσης χρωματίνης και μικρά μη κωδικοποιητικά RNA. Δύο μεταγραφικοί παράγοντες συνδέονται με δύο γειτονικά μοτίβα στον κλώνο του DNA και συνδυάζονται για να σχηματίσουν ένα διμερές, το οποίο λυγίζει το DNA. Αυτή η διαδικασία θεωρείται ως μέρος της διαδικασίας γονιδιακής ενεργοποίησης. Η δομή της χρωματίνης επιτρέπει επίσης στους συνενεργοποιητές να συσχετίζονται μεταξύ τους. Ορισμένοι μεταγραφικοί παράγοντες δρουν ως στοιχεία πρόσδεσης μεταξύ διαφορετικών προαγωγέων και ενισχυτών με τη βοήθεια και άλλων πρωτεϊνών. Το σύμπλεγμα ενεργοποιητή ευκαρυωτικής μεταγραφής φαίνεται στο σχήμα 2 .

Εικόνα 2:Σύμπλεγμα ενεργοποιητή μεταγραφής

Εκτός από την ενεργοποίηση της γονιδιακής έκφρασης, ορισμένοι μεταγραφικοί παράγοντες εμπλέκονται στην καταστολή της γονιδιακής έκφρασης. Οι καταστολείς μπορεί να μπλοκάρουν γενικούς μεταγραφικούς παράγοντες που ενεργοποιούν τη γονιδιακή έκφραση. Οι περισσότεροι από τους μεταγραφικούς παράγοντες είναι ικανοί να ρυθμίζουν πολλές γονιδιακές εκφράσεις ενώ λίγοι μεταγραφικοί παράγοντες είναι ικανοί να ρυθμίζουν μόνο επιλεγμένες γονιδιακές εκφράσεις. Εφόσον οι μεταγραφικοί παράγοντες ελέγχουν την έκφραση των περισσότερων γονιδίων που εμπλέκονται στην ανάπτυξη ενός οργανισμού, η ελαττωματική έκφραση των γονιδίων του μεταγραφικού παράγοντα μπορεί να προκαλέσει την ακανόνιστη ανάπτυξη του οργανισμού.

Συμπέρασμα

Οι μεταγραφικοί παράγοντες ρυθμίζουν τη γονιδιακή έκφραση στους ευκαρυώτες. Η έναρξη της μεταγραφής διέπεται από μεταγραφικούς παράγοντες. Αυτοί οι τύποι μεταγραφικών παραγόντων ονομάζονται ενεργοποιητές. Ενεργοποιούν το γονίδιο. Εκτός από την ενεργοποίηση της μεταγραφής, οι παράγοντες μεταγραφής μπορούν επίσης να καταστείλουν τη γονιδιακή έκφραση. Τα γονίδια απενεργοποιούνται με τη δέσμευση των καταστολέων. Οι παράγοντες μεταγραφής συνδέονται με τα ρυθμιστικά στοιχεία της περιοχής προαγωγέα. Κατά τη διάρκεια της γονιδιακής ενεργοποίησης, οι μεταγραφικοί παράγοντες συνδέονται επίσης με τις περιοχές ενισχυτή, σχηματίζοντας έναν βρόχο που στρατολογεί την RNA πολυμεράση II προκειμένου να ξεκινήσει η μεταγραφή. Οι καταστολείς μπλοκάρουν τους γενικούς παράγοντες μεταγραφής στα ρυθμιστικά στοιχεία του DNA.

 Αναφορά:
1. Cooper, John A. "Transcription factor." Encyclopædia Britannica. Encyclopædia Britannica, inc., n.d. Ιστός. 22 Μαΐου 2017. .
2. «Παράγοντες μεταγραφής». Άτλας Γενετικής και Κυτταρογενετικής στην Ογκολογία και Αιματολογία. Ν.π., ν.δ. Ιστός. 22 Μαΐου 2017. .
3. «Παράγοντες μεταγραφής». Ακαδημία Khan. Ν.π., ν.δ. Ιστός. 22 Μαΐου 2017. .
4. Φίλιπς, Τερέζα. «Παράγοντες Μεταγραφής και Μεταγραφικός Έλεγχος σε Ευκαρυωτικά Κύτταρα». Nature News. Εκδοτικός Όμιλος Nature, ν.δ. Ιστός. 22 Μαΐου 2017. .

Εικόνα Ευγενική προσφορά:
1. «0338 RNA Polymerase Binding» By OpenStax – https://cnx.org/contents/[email protected]:[email protected]/Preface (CC BY 4.0) μέσω Commons Wikimedia
2. “Transcription Factors” By Kelvinsong – Δικό έργο (CC BY 3.0) μέσω Commons Wikimedia