Ở tất cả các sinh vật (ngoại trừ một số virut), việc thực hiện vật chất di truyền xảy ra theo hệ thống DNA-RNA-protein. Ở giai đoạn đầu, thông tin được viết lại (phiên mã) từ axit nucleic này sang axit nucleic khác. Các protein điều hòa quá trình này được gọi là các yếu tố phiên mã.
Phiên âm là gì
Phiên mã là quá trình sinh tổng hợp phân tử RNA dựa trên khuôn mẫu DNA. Điều này có thể xảy ra do sự bổ sung của một số bazơ nitơ nhất định tạo nên axit nucleic. Tổng hợp được thực hiện bởi các enzym chuyên biệt - RNA polymerase và được kiểm soát bởi nhiều protein điều hòa.
Toàn bộ bộ gen không được phiên mã cùng một lúc, mà chỉ một phần nhất định của nó, được gọi là transcripton. Phần sau bao gồm trình tự khởi động (vị trí gắn RNA polymerase) và trình kết thúc (trình tự kích hoạt quá trình tổng hợp hoàn thành).
Phiên mã của tế bào nhân sơ là một operon bao gồm một số gen cấu trúc (cistron). Dựa trên nó, RNA polycistronic được tổng hợp,chứa thông tin về trình tự axit amin của một nhóm các protein liên quan đến chức năng. Phiên mã của sinh vật nhân chuẩn chỉ chứa một gen.
Vai trò sinh học của quá trình phiên mã là hình thành trình tự RNA khuôn mẫu, trên cơ sở đó tổng hợp protein (dịch mã) được thực hiện trong ribosome.
Tổng hợp RNA ở sinh vật nhân sơ và sinh vật nhân chuẩn
Sơ đồ tổng hợp RNA là giống nhau đối với tất cả các sinh vật và bao gồm 3 giai đoạn:
- Khởi đầu - gắn polymerase vào chất xúc tiến, kích hoạt quá trình.
- Kéo dài - kéo dài chuỗi nucleotide theo hướng từ 3 'đến 5' kết thúc bằng cách đóng các liên kết phosphodiester giữa các bazơ nitơ, được chọn bổ sung cho các đơn phân DNA.
- Chấm dứt là hoàn thành quá trình tổng hợp.
Ở sinh vật nhân sơ, tất cả các loại ARN đều được phiên mã bởi một ARN polymeraza, bao gồm 5 đơn vị protit (β, β ', ω và hai tiểu đơn vị α), cùng nhau tạo thành một enzym lõi có khả năng tăng chuỗi ribonucleotit. Ngoài ra còn có một đơn vị bổ sung σ, nếu không có đơn vị này thì việc gắn polymerase vào promoter là không thể. Phức hợp của lõi và yếu tố sigma được gọi là holoenzyme.
Mặc dù thực tế là tiểu đơn vị σ không phải lúc nào cũng liên kết với lõi, nó được coi là một phần của RNA polymerase. Ở trạng thái phân ly, sigma không có khả năng liên kết với promoter, chỉ là một phần của holoenzyme. Sau khi hoàn thành quá trình bắt đầu, protomer này tách khỏi lõi và được thay thế bằng một yếu tố kéo dài.
Tính năngsinh vật nhân sơ là sự kết hợp của quá trình dịch mã và phiên mã. Ribosome ngay lập tức tham gia vào RNA bắt đầu được tổng hợp và xây dựng chuỗi axit amin. Phiên mã dừng lại do sự hình thành cấu trúc kẹp tóc ở vùng kết thúc. Ở giai đoạn này, phức hợp DNA-polymerase-RNA bị phá vỡ.
Ở tế bào nhân thực, quá trình phiên mã được thực hiện bởi 3 loại enzim:
- RNA polymerase l - tổng hợp RNA ribosome 28S và 18S.
- RNA polymerase ll - phiên mã các gen mã hóa protein và RNA hạt nhân nhỏ.
- RNA polymerase lll - chịu trách nhiệm tổng hợp tRNA và 5S rRNA (tiểu đơn vị nhỏ của ribosome).
Không có enzym nào trong số các enzym này có khả năng bắt đầu phiên mã mà không có sự tham gia của các protein cụ thể tạo ra sự tương tác với promoter. Bản chất của quá trình này giống như ở sinh vật nhân sơ, nhưng mỗi giai đoạn phức tạp hơn nhiều với sự tham gia của một số lượng lớn hơn các yếu tố chức năng và điều hòa, bao gồm cả những yếu tố biến đổi chất nhiễm sắc. Chỉ riêng ở giai đoạn khởi đầu, khoảng một trăm protein tham gia, bao gồm một số yếu tố phiên mã, trong khi ở vi khuẩn, một tiểu đơn vị sigma đủ để liên kết với promoter và đôi khi cần sự trợ giúp của chất kích hoạt.
Đóng góp quan trọng nhất về vai trò sinh học của quá trình phiên mã trong quá trình sinh tổng hợp các loại protein khác nhau quyết định sự cần thiết của một hệ thống nghiêm ngặt để kiểm soát việc đọc gen.
Quy chế phiên âm
Trong tế bào không có vật chất di truyền nào được nhận biết đầy đủ: chỉ một phần của các gen được phiên mã, trong khi phần còn lại không hoạt động. Điều này có thể thực hiện được nhờ vào khu phức hợpcơ chế điều hòa xác định từ những đoạn DNA nào và với số lượng chuỗi RNA sẽ được tổng hợp.
Ở sinh vật đơn bào, hoạt động khác biệt của các gen có giá trị thích nghi, trong khi ở sinh vật đa bào, nó cũng quyết định các quá trình hình thành phôi và hình thành, khi các loại mô khác nhau được hình thành trên cơ sở một bộ gen.
Biểu hiện gen được kiểm soát ở một số cấp độ. Bước quan trọng nhất là điều hòa quá trình phiên mã. Ý nghĩa sinh học của cơ chế này là duy trì lượng protein cần thiết của các tế bào hoặc sinh vật tại một thời điểm tồn tại cụ thể.
Có sự điều chỉnh sinh tổng hợp ở các cấp độ khác, chẳng hạn như xử lý, dịch mã và vận chuyển ARN từ nhân đến tế bào chất (không có ở sinh vật nhân sơ). Khi được điều hòa tích cực, các hệ thống này chịu trách nhiệm sản xuất một protein dựa trên gen được hoạt hóa, đó là ý nghĩa sinh học của quá trình phiên mã. Tuy nhiên, ở bất kỳ giai đoạn nào, chuỗi có thể bị đình chỉ. Một số đặc điểm điều hòa ở sinh vật nhân chuẩn (trình tự khởi động thay thế, nối, sửa đổi các vị trí đa nhân) dẫn đến sự xuất hiện của các biến thể khác nhau của phân tử protein dựa trên cùng một trình tự DNA.
Vì sự hình thành RNA là bước đầu tiên trong quá trình giải mã thông tin di truyền trên con đường sinh tổng hợp protein, nên vai trò sinh học của quá trình phiên mã trong việc sửa đổi kiểu hình tế bào có ý nghĩa hơn nhiều so với việc điều chỉnh quá trình xử lý hoặc dịch mã..
Xác định hoạt động của các gen cụ thể như trongở cả sinh vật nhân sơ và sinh vật nhân chuẩn, nó xảy ra ở giai đoạn khởi đầu với sự trợ giúp của các công tắc cụ thể, bao gồm các vùng điều hòa của DNA và các yếu tố phiên mã (TF). Hoạt động của các thiết bị chuyển mạch như vậy không tự chủ mà nằm dưới sự kiểm soát chặt chẽ của các hệ thống di động khác. Ngoài ra còn có các cơ chế điều hòa tổng hợp RNA không đặc hiệu, đảm bảo quá trình bắt đầu, kéo dài và kết thúc diễn ra bình thường.
Khái niệm về các yếu tố phiên mã
Không giống như các yếu tố quy định của bộ gen, các yếu tố phiên mã là các protein về mặt hóa học. Bằng cách liên kết với các vùng cụ thể của DNA, chúng có thể kích hoạt, ức chế, tăng tốc hoặc làm chậm quá trình phiên mã.
Tùy thuộc vào hiệu ứng được tạo ra, các yếu tố phiên mã của sinh vật nhân sơ và sinh vật nhân thực có thể được chia thành hai nhóm: chất hoạt hóa (bắt đầu hoặc tăng cường độ tổng hợp ARN) và chất kìm hãm (ngăn chặn hoặc kìm hãm quá trình). Hiện tại, hơn 2000 TF đã được tìm thấy trong các sinh vật khác nhau.
Điều hòa phiên mã ở sinh vật nhân sơ
Ở sinh vật nhân sơ, việc điều khiển tổng hợp ARN chủ yếu xảy ra ở giai đoạn khởi đầu do tương tác của TF với một vùng cụ thể của phiên mã - một toán tử nằm bên cạnh promoter (đôi khi giao với nó) và, trên thực tế, là một nơi hạ cánh cho protein điều hòa (chất kích hoạt hoặc chất kìm hãm). Vi khuẩn được đặc trưng bởi một cách khác để kiểm soát sự khác biệt của các gen - tổng hợp các tiểu đơn vị thay thế dành cho các nhóm promoter khác nhau.
Một phần biểu thức operoncó thể được điều chỉnh ở các giai đoạn kéo dài và kết thúc, nhưng không phải do TF liên kết DNA, mà do các protein tương tác với RNA polymerase. Chúng bao gồm các protein Gre và các yếu tố chống mối mọt Nus và RfaH.
Sự kéo dài và kết thúc phiên mã ở sinh vật nhân sơ chịu ảnh hưởng nhất định của quá trình tổng hợp protein song song. Ở sinh vật nhân chuẩn, bản thân quá trình này cũng như các yếu tố phiên mã và dịch mã đều tách biệt nhau về mặt không gian, có nghĩa là chúng không liên quan về mặt chức năng.
Chất kích hoạt và kìm hãm
Sinh vật nhân sơ có hai cơ chế điều hòa phiên mã ở giai đoạn khởi đầu:
- tích cực - được thực hiện bởi các protein hoạt hóa;
- tiêu cực - được kiểm soát bởi những kẻ đàn áp.
Khi yếu tố được điều hòa tích cực, việc gắn yếu tố vào nhà điều hành sẽ kích hoạt gen, và khi âm tính, ngược lại, nó sẽ tắt. Khả năng liên kết của protein điều hòa với DNA phụ thuộc vào sự gắn của phối tử. Vai trò của chất thứ hai thường được thực hiện bởi các chất chuyển hóa tế bào có trọng lượng phân tử thấp, trong trường hợp này, chúng hoạt động như chất đông tụ và bộ áp suất lõi.
Cơ chế hoạt động của cơ chế hoạt động dựa trên sự chồng chéo của vùng xúc tiến và vùng vận hành. Trong các operon có cấu trúc này, việc gắn một yếu tố protein vào DNA sẽ đóng một phần vị trí đích của RNA polymerase, ngăn cản RNA polymerase bắt đầu phiên mã.
Chất kích hoạt hoạt động trên các chất xúc tiến yếu, chức năng thấp được RNA polymerase nhận biết kém hoặc khó tan chảy (các sợi xoắn riêng biệtDNA cần thiết để bắt đầu phiên mã). Bằng cách tham gia vào toán tử, yếu tố protein tương tác với polymerase, làm tăng đáng kể xác suất bắt đầu. Các chất kích hoạt có thể tăng cường độ phiên mã lên 1000 lần.
Một số TF tế bào nhân sơ có thể hoạt động như cả chất kích hoạt và chất kìm hãm tùy thuộc vào vị trí của toán tử liên quan đến chất xúc tiến: nếu các vùng này chồng lên nhau, yếu tố sẽ ức chế phiên mã, nếu không thì nó sẽ kích hoạt.
| Chức năng phối tử đối với yếu tố | Trạng thái phối tử | Quy định tiêu cực | Tích cực Quy định |
| Cung cấp sự phân tách khỏi DNA | Tham gia | Loại bỏ protein ức chế, kích hoạt gen | Loại bỏ protein kích hoạt, tắt gen |
| Thêm yếu tố vào DNA | Xóa | Loại bỏ bộ nén, bao gồm phiên âm | Xóa trình kích hoạt, tắt phiên âm |
Quy định âm tính có thể được xem xét trên ví dụ về operon tryptophan của vi khuẩn E. coli, được đặc trưng bởi vị trí của toán tử trong trình tự promoter. Protein repressor được kích hoạt bằng cách gắn hai phân tử tryptophan, chúng thay đổi góc của miền liên kết DNA để nó có thể đi vào rãnh chính của chuỗi xoắn kép. Ở nồng độ tryptophan thấp, chất kìm hãm sẽ mất phối tử và không hoạt động trở lại. Nói cách khác, tần số bắt đầu phiên mãtỷ lệ nghịch với lượng chất chuyển hóa.
Một số operon vi khuẩn (ví dụ, lactose) kết hợp các cơ chế điều hòa tích cực và tiêu cực. Một hệ thống như vậy là cần thiết khi một tín hiệu không đủ để điều khiển hợp lý biểu hiện. Do đó, operon lactose mã hóa các enzym vận chuyển vào tế bào và sau đó phân hủy lactose, một nguồn năng lượng thay thế ít có lợi hơn glucose. Do đó, chỉ ở nồng độ thấp của chất này, protein CAP liên kết với DNA và bắt đầu phiên mã. Tuy nhiên, điều này chỉ được khuyến khích khi có mặt của lactose, nếu không có lactose sẽ dẫn đến việc kích hoạt chất kìm hãm Lac, ngăn chặn sự tiếp cận của polymerase với promoter ngay cả khi có dạng chức năng của protein hoạt hóa.
Do cấu trúc operon ở vi khuẩn, một số gen được kiểm soát bởi một vùng điều hòa và 1-2 TF, trong khi ở sinh vật nhân thực, một gen có một số lượng lớn các yếu tố điều hòa, mỗi gen phụ thuộc vào nhiều yếu tố khác các nhân tố. Sự phức tạp này tương ứng với mức độ tổ chức cao của sinh vật nhân chuẩn và đặc biệt là sinh vật đa bào.
Quy chế tổng hợp mRNA ở sinh vật nhân thực
Việc kiểm soát sự biểu hiện gen của sinh vật nhân chuẩn được xác định bởi hoạt động kết hợp của hai yếu tố: sự kiện phiên mã protein (TF) và trình tự DNA điều hòa có thể nằm bên cạnh promoter, cao hơn nhiều so với nó, trong intron hoặc sau gen (nghĩa là vùng mã hóa chứ không phải là gen theo nghĩa đầy đủ của nó).
Một số khu vực hoạt động như công tắc, những khu vực khác không tương táctrực tiếp với TF, nhưng cung cấp cho phân tử DNA sự mềm dẻo cần thiết để hình thành cấu trúc dạng mạch vòng đi kèm với quá trình hoạt hóa phiên mã. Các vùng như vậy được gọi là vùng đệm. Tất cả các trình tự điều hòa cùng với trình tự khởi động tạo nên vùng kiểm soát gen.
Cần lưu ý rằng bản thân hoạt động của các yếu tố phiên mã chỉ là một phần của quy trình biểu hiện di truyền đa cấp phức tạp, trong đó một số lượng lớn các yếu tố cộng lại với vectơ kết quả, điều này quyết định liệu ARN có cuối cùng được tổng hợp từ một vùng cụ thể của bộ gen.
Một yếu tố bổ sung trong việc kiểm soát quá trình phiên mã trong tế bào nhân là sự thay đổi cấu trúc của chất nhiễm sắc. Ở đây, cả sự điều hòa tổng thể (được cung cấp bởi sự phân bố của các vùng dị nhiễm sắc và euchromatin) và sự điều hòa cục bộ liên quan đến một gen cụ thể đều có mặt. Để polymerase hoạt động, tất cả các cấp độ nén DNA, bao gồm cả nucleosome, phải được loại bỏ.
Sự đa dạng của các yếu tố phiên mã ở sinh vật nhân thực có liên quan đến một số lượng lớn các yếu tố điều hòa, bao gồm bộ khuếch đại, bộ giảm thanh (bộ tăng âm và bộ giảm thanh), cũng như các bộ phận tiếp hợp và chất cách điện. Các vị trí này có thể được đặt ở cả gần và ở một khoảng cách đáng kể so với gen (lên đến 50 nghìn bp).
Bộ tăng cường, bộ giảm thanh và các phần tử bộ điều hợp
Chất tăng cường là DNA có trình tự ngắn có khả năng kích hoạt phiên mã khi tương tác với một protein điều hòa. Sự gần đúng của bộ khuếch đại với vùng khởi động của genđược thực hiện do sự hình thành cấu trúc dạng mạch vòng của ADN. Liên kết của chất hoạt hóa với chất tăng cường hoặc kích thích sự lắp ráp của phức hợp bắt đầu hoặc giúp polymerase tiến hành kéo dài.
Chất tăng cường có cấu trúc phức tạp và bao gồm một số vị trí mô-đun, mỗi vị trí có protein điều hòa riêng.
Silencers là vùng DNA ngăn chặn hoặc loại trừ hoàn toàn khả năng phiên mã. Cơ chế hoạt động của một công tắc như vậy vẫn chưa rõ. Một trong những phương pháp được đưa ra giả thuyết là các protein đặc biệt của nhóm SIR chiếm giữ các vùng lớn của DNA, ngăn chặn sự tiếp cận của các yếu tố khởi đầu. Trong trường hợp này, tất cả các gen nằm trong vài nghìn cặp bazơ từ bộ giảm thanh đều bị tắt.
Các phần tử bộ điều hợp kết hợp với các TF liên kết với chúng tạo thành một lớp công tắc di truyền riêng biệt đáp ứng có chọn lọc các hormone steroid, AMP vòng và glucocorticoid. Khối điều tiết này chịu trách nhiệm về phản ứng của tế bào đối với sốc nhiệt, tiếp xúc với kim loại và các hợp chất hóa học nhất định.
Trong số các vùng kiểm soát DNA, một loại yếu tố khác được phân biệt - chất cách điện. Đây là những trình tự cụ thể ngăn cản các yếu tố phiên mã ảnh hưởng đến các gen ở xa. Cơ chế hoạt động của chất cách điện vẫn chưa được làm sáng tỏ.
Các yếu tố phiên mã của sinh vật nhân thực
Nếu các yếu tố phiên mã ở vi khuẩn chỉ có chức năng điều hòa, thì trong tế bào nhân có cả một nhóm TF cung cấp khởi đầu nền, nhưng đồng thời phụ thuộc trực tiếp vào việc liên kết vớiCác protein điều hòa DNA. Số lượng và sự đa dạng của chất sau ở sinh vật nhân chuẩn là rất lớn. Như vậy, trong cơ thể người, tỷ lệ trình tự mã hóa các yếu tố phiên mã protein là khoảng 10% trong bộ gen.
Cho đến nay, các TF của sinh vật nhân chuẩn vẫn chưa được hiểu rõ, cũng như cơ chế hoạt động của các công tắc di truyền, cấu trúc của nó phức tạp hơn nhiều so với các mô hình điều hòa âm và dương ở vi khuẩn. Không giống như thứ hai, hoạt động của các yếu tố phiên mã tế bào nhân không bị ảnh hưởng bởi một hoặc hai, mà bởi hàng chục, thậm chí hàng trăm tín hiệu có thể củng cố, làm suy yếu hoặc loại trừ lẫn nhau.
Một mặt, việc kích hoạt một gen cụ thể đòi hỏi cả một nhóm yếu tố phiên mã, nhưng mặt khác, một protein điều hòa có thể đủ để kích hoạt sự biểu hiện của một số gen theo cơ chế phân tầng. Toàn bộ hệ thống này là một máy tính phức tạp xử lý tín hiệu từ các nguồn khác nhau (cả bên ngoài và bên trong) và thêm các hiệu ứng của chúng vào kết quả cuối cùng bằng dấu cộng hoặc dấu trừ.
Các yếu tố phiên mã điều hòa ở sinh vật nhân thực (chất hoạt hóa và chất kìm hãm) không tương tác với người điều khiển, như ở vi khuẩn, nhưng với các vị trí kiểm soát nằm rải rác trên DNA và ảnh hưởng đến sự khởi đầu thông qua trung gian, có thể là protein trung gian, các yếu tố của phức hợp khởi đầu và các enzym làm thay đổi cấu trúc của chất nhiễm sắc.
Ngoại trừ một số TF có trong phức hợp tiền khởi đầu, tất cả các yếu tố phiên mã đều có miền liên kết DNA để phân biệtchúng từ nhiều protein khác đảm bảo quá trình phiên mã diễn ra bình thường hoặc đóng vai trò trung gian trong quá trình điều hòa của nó.
Các nghiên cứu gần đây đã chỉ ra rằng TF của sinh vật nhân chuẩn không chỉ có thể ảnh hưởng đến quá trình bắt đầu mà còn ảnh hưởng đến việc kéo dài quá trình phiên mã.
Đa dạng và phân loại
Ở sinh vật nhân thực, có 2 nhóm nhân tố phiên mã prôtêin: cơ bản (cách gọi chung hay chính) và nhân tố điều hoà. Những người trước đây chịu trách nhiệm về việc công nhận các chất xúc tiến và tạo ra phức hợp tiền khởi tạo. Cần thiết để bắt đầu phiên mã. Nhóm này bao gồm vài chục protein luôn có trong tế bào và không ảnh hưởng đến sự biểu hiện khác biệt của các gen.
Phức hợp của các yếu tố phiên mã cơ bản là một công cụ có chức năng tương tự như chức năng của tiểu đơn vị sigma ở vi khuẩn, chỉ phức tạp hơn và phù hợp với tất cả các loại chất xúc tiến.
Các yếu tố thuộc loại khác ảnh hưởng đến quá trình phiên mã thông qua tương tác với trình tự DNA điều hòa. Vì các enzym này là đặc trưng cho gen, nên có một số lượng rất lớn trong số chúng. Bằng cách liên kết với các vùng của các gen cụ thể, chúng kiểm soát việc tiết ra một số protein.
Việc phân loại các nhân tố phiên mã ở sinh vật nhân thực dựa trên 3 nguyên tắc:
- cơ chế hoạt động;
- điều kiện hoạt động;
- cấu trúc của miền liên kết DNA.
Theo đặc điểm thứ nhất, có 2 lớp nhân tố: cơ bản (tương tác với promoter) và liên kết với vùng thượng nguồn (vùng điều hòa nằm ở thượng nguồn của gen). Loại nàyphân loại về cơ bản tương ứng với sự phân chia chức năng của TF thành tổng quát và cụ thể. Yếu tố thượng nguồn được chia thành 2 nhóm tùy thuộc vào nhu cầu kích hoạt bổ sung.
Theo các tính năng hoạt động, TF cấu tạo được phân biệt (luôn có trong bất kỳ ô nào) và cảm ứng (không phải là đặc trưng của tất cả các loại tế bào và có thể yêu cầu một số cơ chế kích hoạt nhất định). Đến lượt mình, các yếu tố của nhóm thứ hai được chia thành đặc hiệu tế bào (tham gia vào ontogeny, được đặc trưng bởi sự kiểm soát biểu hiện chặt chẽ, nhưng không yêu cầu kích hoạt) và phụ thuộc vào tín hiệu. Loại thứ hai được phân biệt theo loại và phương thức hoạt động của tín hiệu kích hoạt.
Sự phân loại cấu trúc của các yếu tố phiên mã protein rất rộng và bao gồm 6 lớp siêu, bao gồm nhiều lớp và họ.
Nguyên lý hoạt động
Hoạt động của các yếu tố cơ bản là một tổ hợp tầng của các đơn vị con khác nhau với sự hình thành của phức hợp khởi động và kích hoạt phiên mã. Trên thực tế, quá trình này là bước cuối cùng trong hoạt động của protein hoạt hóa.
Các yếu tố cụ thể có thể điều chỉnh quá trình phiên mã theo hai bước:
- lắp ráp của phức hợp bắt đầu;
- chuyển đổi sang kéo dài hiệu quả.
Trong trường hợp đầu tiên, công việc của các TF cụ thể bị giảm xuống sự sắp xếp lại ban đầu của chất nhiễm sắc, cũng như việc tuyển dụng, định hướng và sửa đổi chất trung gian, polymerase và các yếu tố cơ bản trên promoter, dẫn đến việc kích hoạt của phiên mã. Yếu tố chính của quá trình truyền tín hiệu là bộ trung gian - một phức hợp gồm 24 đơn vị con hoạt động tronglàm trung gian giữa protein điều hòa và RNA polymerase. Trình tự tương tác là riêng lẻ đối với từng gen và yếu tố tương ứng của nó.
Quy định kéo dài được thực hiện do sự tương tác của yếu tố với protein P-Tef-b, giúp RNA polymerase vượt qua sự tạm dừng liên kết với promoter.
Cấu trúc chức năng của TF
Các yếu tố phiên mã có cấu trúc mô-đun và thực hiện công việc của chúng thông qua ba miền chức năng:
- DNA-binding (DBD) - cần thiết để nhận biết và tương tác với vùng điều hòa của gen.
- Kích hoạt phiên mã (TAD) - cho phép tương tác với các protein điều hòa khác, bao gồm cả các yếu tố phiên mã.
- Nhận dạng tín hiệu (SSD) - cần thiết để nhận biết và truyền các tín hiệu điều tiết.
Đến lượt nó, miền liên kết DNA có nhiều loại. Các động cơ chính trong cấu trúc của nó bao gồm:
- "ngón tay kẽm";
- homeodomain;
- "β" -lớp;
- vòng;
- "tia chớp leucine";
- vòng-xoắn-vòng-xoắn-ốc;
- xoắn ốc-biến-xoắn ốc.
Nhờ miền này, nhân tố phiên mã "đọc" trình tự nucleotide DNA dưới dạng khuôn mẫu trên bề mặt của chuỗi xoắn kép. Do đó, có thể công nhận cụ thể các yếu tố quy định nhất định.
Sự tương tác của các mô típ với chuỗi xoắn DNA dựa trên sự tương ứng chính xác giữa các bề mặt của chúngphân tử.
Quy định và tổng hợp TF
Có một số cách để điều chỉnh ảnh hưởng của các yếu tố phiên mã đến quá trình phiên mã. Chúng bao gồm:
- kích hoạt - sự thay đổi chức năng của yếu tố liên quan đến DNA do quá trình phosphoryl hóa, gắn kết phối tử hoặc tương tác với các protein điều hòa khác (bao gồm cả TF);
- chuyển vị - vận chuyển một yếu tố từ tế bào chất đến nhân;
- tính khả dụng của vị trí liên kết - phụ thuộc vào mức độ ngưng tụ nhiễm sắc (ở trạng thái dị nhiễm sắc, DNA không có sẵn cho TF);
- một phức hợp các cơ chế cũng là đặc trưng của các protein khác (điều chỉnh tất cả các quá trình từ phiên mã đến sửa đổi sau dịch mã và khu trú nội bào).
Phương pháp cuối cùng xác định thành phần định lượng và định tính của các yếu tố phiên mã trong mỗi tế bào. Một số TF có thể điều chỉnh sự tổng hợp của chúng theo kiểu phản hồi cổ điển, khi sản phẩm của chính nó trở thành chất ức chế phản ứng. Trong trường hợp này, một nồng độ nhất định của yếu tố sẽ dừng quá trình phiên mã của gen mã hóa nó.
Các yếu tố phiên âm chung
Những yếu tố này cần thiết để bắt đầu phiên mã của bất kỳ gen nào và được chỉ định trong danh pháp là TFl, TFll và TFlll tùy thuộc vào loại RNA polymerase mà chúng tương tác. Mỗi yếu tố bao gồm một số đơn vị con.
TF cơ bản thực hiện ba chức năng chính:
- vị trí chính xác của RNA polymerase trên promoter;
- tháo cuộn chuỗi DNA trong vùng bắt đầu phiên mã;
- giải phóng polymerase khỏingười xúc tiến vào thời điểm chuyển sang kéo dài;
Một số tiểu đơn vị nhất định của các yếu tố phiên mã cơ bản liên kết với các yếu tố điều chỉnh trình tự khởi động. Quan trọng nhất là hộp TATA (không phải đặc trưng của tất cả các gen), nằm ở khoảng cách "-35" nucleotide từ điểm bắt đầu. Các vị trí ràng buộc khác bao gồm trình tự INR, BRE và DPE. Một số TF không liên hệ trực tiếp với DNA.
Nhóm các yếu tố phiên mã chính của RNA polymerase ll bao gồm TFllD, TFllB, TFllF, TFllE và TFllH. Chữ cái Latinh ở cuối ký hiệu cho biết thứ tự phát hiện các protein này. Do đó, yếu tố TFlllA, thuộc về RNA polymerase lll, là yếu tố đầu tiên được phân lập.
| Tên | Số lượng tiểu đơn vị protein | Chức năng |
| TFllD | 16 (TBP +15 TAF) | TBP liên kết với hộp TATA và TAF nhận ra các chuỗi quảng cáo khác |
| TFllB | 1 | Nhận dạng phần tử BRE, định hướng chính xác polymerase tại vị trí khởi tạo |
| TFllF | 3 | Ổn định tương tác polymerase với TBP và TFllB, tạo điều kiện gắn TFllE và TFllH |
| TFllE | 2 | Kết nối và điều chỉnh TFllH |
| TFllH | 10 | Tách chuỗi DNA tại điểm khởi đầu, giải phóng enzyme tổng hợp RNA khỏi trình tự khởi động và các yếu tố phiên mã chính (hóa sinhquá trình dựa trên sự phosphoryl hóa vùng tận cùng Cer5-C của RNA polymerase) |
Việc lắp ráp TF cơ bản chỉ xảy ra khi có sự hỗ trợ của chất kích hoạt, chất trung gian và các protein biến đổi chất nhiễm sắc.
TF cụ thể
Thông qua việc kiểm soát sự biểu hiện di truyền, các yếu tố phiên mã này điều chỉnh quá trình sinh tổng hợp của cả tế bào riêng lẻ và toàn bộ sinh vật, từ hình thành phôi đến sự thích nghi kiểu hình với điều kiện môi trường thay đổi. Phạm vi ảnh hưởng của TF bao gồm 3 khối chính:
- phát triển (phôi- và ontogeny);
- chu kỳ tế bào;
- phản ứng với các tín hiệu bên ngoài.
Một nhóm nhân tố phiên mã đặc biệt quy định sự phân hóa hình thái của phôi. Bộ protein này được mã hóa bởi một trình tự đồng thuận 180 bp đặc biệt được gọi là homeobox.
Để xác định gen nào cần được phiên mã, protein điều hòa phải "tìm" và liên kết với một vị trí DNA cụ thể hoạt động như một công tắc di truyền (chất tăng cường, chất giảm thanh, v.v.). Mỗi trình tự như vậy tương ứng với một hoặc nhiều yếu tố phiên mã có liên quan nhận ra vị trí mong muốn do sự trùng khớp về cấu trúc hóa học của một đoạn bên ngoài cụ thể của chuỗi xoắn và miền liên kết DNA (nguyên tắc khóa). Để nhận dạng, một vùng của cấu trúc chính của DNA được gọi là rãnh chính được sử dụng.
Sau khi liên kết với hành động DNAprotein hoạt hóa kích hoạt một loạt các bước liên tiếp dẫn đến sự lắp ráp của phức hợp tiền khởi đầu. Sơ đồ tổng quát của quá trình này như sau:
- Chất hoạt hóa liên kết với chất nhiễm sắc trong vùng khởi động, tuyển dụng các phức hợp sắp xếp lại phụ thuộc ATP.
- Sắp xếp lại nhiễm sắc thể, kích hoạt các protein biến đổi histone.
- Biến đổi cộng hóa trị của histon, thu hút các protein hoạt hóa khác.
- Liên kết các protein hoạt hóa bổ sung vào vùng điều hòa của gen.
- Sự tham gia của người hòa giải và TF chung.
- Hội của phức hợp tiền khởi đầu trên người xúc tiến.
- Ảnh hưởng của các protein hoạt hóa khác, sắp xếp lại các tiểu đơn vị của phức hợp tiền khởi tạo.
- Bắt đầu phiên âm.
Thứ tự của các sự kiện này có thể khác nhau giữa các gen.
Đối với một số lượng lớn các cơ chế kích hoạt, tương ứng với một loạt các phương pháp trấn áp. Tức là, bằng cách ức chế một trong các giai đoạn trên đường khởi đầu, protein điều hòa có thể làm giảm hiệu quả hoặc ngăn chặn hoàn toàn. Thông thường, bộ xử lý sẽ kích hoạt một số cơ chế cùng một lúc, đảm bảo không có sự phiên mã.
Phối hợp kiểm soát các gen
Mặc dù thực tế là mỗi phiên mã có hệ thống điều tiết riêng, sinh vật nhân chuẩn có một cơ chế cho phép, giống như vi khuẩn, bắt đầu hoặc dừng các nhóm gen nhằm thực hiện một nhiệm vụ cụ thể. Điều này đạt được nhờ một yếu tố quyết định phiên mã hoàn thành các kết hợpcác yếu tố điều hòa khác cần thiết để kích hoạt hoặc ức chế tối đa gen.
Trong các bản sao chịu sự điều chỉnh như vậy, sự tương tác của các thành phần khác nhau dẫn đến cùng một protein, đóng vai trò là vector kết quả. Do đó, sự kích hoạt của một yếu tố như vậy ảnh hưởng đến một số gen cùng một lúc. Hệ thống hoạt động theo nguyên tắc của một dòng chảy.
Có thể coi sơ đồ kiểm soát phối hợp dựa trên ví dụ về sự biệt hóa di truyền của tế bào cơ xương, tiền thân của chúng là nguyên bào.
Phiên mã các gen mã hóa quá trình tổng hợp protein đặc trưng của một tế bào cơ trưởng thành được kích hoạt bởi bất kỳ yếu tố nào trong số 4 yếu tố gây bệnh: MyoD, Myf5, MyoG và Mrf4. Các protein này kích hoạt sự tổng hợp của chính chúng và lẫn nhau, đồng thời bao gồm các gen cho yếu tố phiên mã bổ sung Mef2 và các protein cơ cấu trúc. Mef2 tham gia vào quá trình điều chỉnh sự biệt hóa thêm của các nguyên bào, đồng thời duy trì nồng độ của các protein nguyên bào bằng cơ chế phản hồi tích cực.
