Pada semua organisme (kecuali beberapa virus), implementasi materi genetik terjadi menurut sistem DNA-RNA-protein. Pada tahap pertama, informasi ditulis ulang (ditranskripsi) dari satu asam nukleat ke asam nukleat lainnya. Protein yang mengatur proses ini disebut faktor transkripsi.
Apa itu transkripsi
Transkripsi adalah biosintesis molekul RNA berdasarkan cetakan DNA. Hal ini dimungkinkan karena komplementaritas basa nitrogen tertentu yang membentuk asam nukleat. Sintesis dilakukan oleh enzim khusus - RNA polimerase dan dikendalikan oleh banyak protein pengatur.
Seluruh genom tidak ditranskripsi sekaligus, tetapi hanya sebagian tertentu, yang disebut transkripsi. Yang terakhir termasuk promotor (tempat perlekatan RNA polimerase) dan terminator (urutan yang mengaktifkan penyelesaian sintesis).
Transkripton prokariotik adalah operon yang terdiri dari beberapa gen struktural (cistron). Berdasarkan itu, RNA polisistronik disintesis,berisi informasi tentang urutan asam amino dari sekelompok protein yang terkait secara fungsional. Transkripsi eukariotik hanya mengandung satu gen.
Peran biologis dari proses transkripsi adalah pembentukan urutan template RNA, yang menjadi dasar sintesis protein (translasi) dilakukan di ribosom.
sintesis RNA pada prokariota dan eukariota
Skema sintesis RNA sama untuk semua organisme dan mencakup 3 tahap:
- Inisiasi - penempelan polimerase ke promotor, aktivasi proses.
- Pemanjangan - perpanjangan rantai nukleotida dalam arah dari ujung 3' ke 5' dengan penutupan ikatan fosfodiester antara basa nitrogen, yang dipilih untuk melengkapi monomer DNA.
- Terminasi adalah penyelesaian dari proses sintesis.
Pada prokariota, semua jenis RNA ditranskripsi oleh satu RNA polimerase, terdiri dari lima protomer (β, ', dan dua subunit), yang bersama-sama membentuk inti-enzim yang mampu meningkatkan rantai ribonukleotida. Ada juga unit tambahan, yang tanpanya perlekatan polimerase ke promotor tidak mungkin terjadi. Kompleks inti dan faktor sigma disebut holoenzim.
Terlepas dari kenyataan bahwa subunit tidak selalu terkait dengan inti, subunit dianggap sebagai bagian dari RNA polimerase. Dalam keadaan terdisosiasi, sigma tidak dapat berikatan dengan promotor, hanya sebagai bagian dari holoenzim. Setelah selesai inisiasi, protomer ini terpisah dari inti, digantikan oleh faktor elongasi.
Fiturprokariota merupakan gabungan dari proses translasi dan transkripsi. Ribosom segera bergabung dengan RNA yang mulai disintesis dan membangun rantai asam amino. Transkripsi berhenti karena pembentukan struktur jepit rambut di wilayah terminator. Pada tahap ini, kompleks DNA-polimerase-RNA rusak.
Dalam sel eukariotik, transkripsi dilakukan oleh tiga enzim:
- RNA polimerase l – mensintesis RNA ribosom 28S dan 18S.
- RNA polimerase ll – menyalin gen yang mengkode protein dan RNA inti kecil.
- RNA polimerase lll - bertanggung jawab untuk sintesis tRNA dan 5S rRNA (subunit kecil ribosom).
Tak satu pun dari enzim ini mampu memulai transkripsi tanpa partisipasi protein spesifik yang menyediakan interaksi dengan promotor. Inti dari prosesnya sama seperti pada prokariota, tetapi setiap tahap jauh lebih rumit dengan partisipasi lebih banyak elemen fungsional dan pengatur, termasuk yang memodifikasi kromatin. Pada tahap inisiasi saja, sekitar seratus protein terlibat, termasuk sejumlah faktor transkripsi, sedangkan pada bakteri, satu subunit sigma cukup untuk mengikat promotor dan terkadang bantuan aktivator diperlukan.
Kontribusi paling penting dari peran biologis transkripsi dalam biosintesis berbagai jenis protein menentukan perlunya sistem yang ketat untuk mengontrol pembacaan gen.
Peraturan transkripsi
Dalam sel tidak ada materi genetik yang direalisasikan secara penuh: hanya sebagian gen yang ditranskripsi, sedangkan sisanya tidak aktif. Ini dimungkinkan berkat kompleksnyamekanisme pengaturan yang menentukan dari segmen DNA mana dan dalam jumlah berapa urutan RNA akan disintesis.
Pada organisme uniseluler, aktivitas diferensial gen memiliki nilai adaptif, sedangkan pada organisme multiseluler juga menentukan proses embriogenesis dan ontogenesis, ketika berbagai jenis jaringan terbentuk berdasarkan satu genom.
Ekspresi gen dikendalikan pada beberapa level. Langkah yang paling penting adalah regulasi transkripsi. Arti biologis dari mekanisme ini adalah untuk mempertahankan jumlah yang dibutuhkan dari berbagai protein yang dibutuhkan oleh sel atau organisme pada saat tertentu keberadaannya.
Ada penyesuaian biosintesis di tingkat lain, seperti pemrosesan, translasi, dan pengangkutan RNA dari nukleus ke sitoplasma (yang terakhir tidak ada pada prokariota). Ketika diatur secara positif, sistem ini bertanggung jawab untuk produksi protein berdasarkan gen yang diaktifkan, yang merupakan arti biologis dari transkripsi. Namun, pada setiap tahap rantai dapat ditangguhkan. Beberapa fitur pengaturan pada eukariota (promotor alternatif, penyambungan, modifikasi situs poliadenelasi) menyebabkan munculnya varian molekul protein yang berbeda berdasarkan urutan DNA yang sama.
Karena pembentukan RNA adalah langkah pertama dalam penguraian kode informasi genetik dalam perjalanan ke biosintesis protein, peran biologis dari proses transkripsi dalam memodifikasi fenotipe sel jauh lebih signifikan daripada regulasi pemrosesan atau translasi.
Penentuan aktivitas gen tertentu seperti padapada prokariota dan eukariota, ini terjadi pada tahap inisiasi dengan bantuan sakelar spesifik, yang mencakup daerah pengatur DNA dan faktor transkripsi (TF). Pengoperasian sakelar semacam itu tidak otonom, tetapi berada di bawah kendali ketat sistem seluler lainnya. Ada juga mekanisme regulasi non-spesifik sintesis RNA, yang memastikan perjalanan normal inisiasi, elongasi dan terminasi.
Konsep faktor transkripsi
Tidak seperti elemen pengatur genom, faktor transkripsi secara kimiawi adalah protein. Dengan mengikat daerah tertentu DNA, mereka dapat mengaktifkan, menghambat, mempercepat atau memperlambat proses transkripsi.
Tergantung pada efek yang dihasilkan, faktor transkripsi prokariota dan eukariota dapat dibagi menjadi dua kelompok: aktivator (memulai atau meningkatkan intensitas sintesis RNA) dan represor (menekan atau menghambat proses). Saat ini, lebih dari 2000 TF telah ditemukan di berbagai organisme.
Peraturan transkripsi pada prokariota
Dalam prokariota, kontrol sintesis RNA terjadi terutama pada tahap inisiasi karena interaksi TF dengan wilayah spesifik transkripsi - operator yang terletak di sebelah promotor (kadang-kadang berpotongan dengannya) dan, sebenarnya, adalah tempat pendaratan untuk protein pengatur (aktivator atau represor). Bakteri dicirikan oleh cara lain dari kontrol diferensial gen - sintesis subunit alternatif yang ditujukan untuk berbagai kelompok promotor.
Ekspresi sebagian operondapat diatur pada tahap pemanjangan dan terminasi, tetapi bukan karena TF yang mengikat DNA, tetapi karena protein yang berinteraksi dengan RNA polimerase. Ini termasuk protein Gre dan faktor anti terminator Nus dan RfaH.
Pemanjangan dan penghentian transkripsi pada prokariota dipengaruhi dengan cara tertentu oleh sintesis protein paralel. Pada eukariota, baik proses ini sendiri maupun faktor transkripsi dan translasi terpisah secara spasial, yang berarti keduanya tidak terkait secara fungsional.
Aktivator dan penekan
Prokariota memiliki dua mekanisme regulasi transkripsi pada tahap inisiasi:
- positif - dilakukan oleh protein aktivator;
- negatif - dikendalikan oleh penindas.
Ketika faktor diatur secara positif, penempelan faktor ke operator mengaktifkan gen, dan ketika negatif, sebaliknya, mematikannya. Kemampuan protein pengatur untuk mengikat DNA tergantung pada perlekatan ligan. Peran yang terakhir biasanya dimainkan oleh metabolit seluler dengan berat molekul rendah, yang dalam hal ini bertindak sebagai koaktivator dan korepresor.
Mekanisme kerja represor didasarkan pada tumpang tindih wilayah promotor dan operator. Dalam operon dengan struktur ini, perlekatan faktor protein ke DNA menutup bagian tempat pendaratan RNA polimerase, mencegah yang terakhir memulai transkripsi.
Aktivator bekerja pada promotor dengan fungsionalitas rendah dan lemah yang kurang dikenali oleh RNA polimerase atau sulit dicairkan (untai heliks terpisahDNA yang diperlukan untuk memulai transkripsi). Dengan bergabung dengan operator, faktor protein berinteraksi dengan polimerase, secara signifikan meningkatkan kemungkinan inisiasi. Aktivator mampu meningkatkan intensitas transkripsi 1000 kali.
Beberapa TF prokariotik dapat bertindak sebagai aktivator dan represor tergantung pada lokasi operator dalam kaitannya dengan promotor: jika wilayah ini tumpang tindih, faktor tersebut menghambat transkripsi, jika tidak maka akan memicu.
| Fungsi ligan terhadap faktor | Keadaan ligan | Peraturan negatif | Regulasi Positif |
| Memberikan pemisahan dari DNA | Bergabung | Penghapusan protein represor, aktivasi gen | Penghapusan protein aktivator, penghentian gen |
| Menambahkan faktor ke DNA | Hapus | Penghapusan represor, penyertaan transkripsi | Hapus aktivator, matikan transkripsi |
Regulasi negatif dapat dipertimbangkan pada contoh operon triptofan bakteri E. coli, yang dicirikan oleh lokasi operator dalam urutan promotor. Protein represor diaktifkan oleh pelekatan dua molekul triptofan, yang mengubah sudut domain pengikatan DNA sehingga dapat memasuki alur utama heliks ganda. Pada konsentrasi triptofan yang rendah, represor kehilangan ligan dan menjadi tidak aktif kembali. Dengan kata lain, frekuensi inisiasi transkripsiberbanding terbalik dengan jumlah metabolit.
Beberapa operon bakteri (misalnya, laktosa) menggabungkan mekanisme regulasi positif dan negatif. Sistem seperti itu diperlukan ketika satu sinyal tidak cukup untuk kontrol ekspresi yang rasional. Dengan demikian, operon laktosa mengkodekan enzim yang mengangkut ke dalam sel dan kemudian memecah laktosa, sumber energi alternatif yang kurang menguntungkan daripada glukosa. Oleh karena itu, hanya pada konsentrasi rendah yang terakhir, protein CAP mengikat DNA dan memulai transkripsi. Namun, ini disarankan hanya dengan adanya laktosa, ketiadaan laktosa menyebabkan aktivasi represor Lac, yang menghalangi akses polimerase ke promotor bahkan dengan adanya bentuk fungsional protein aktivator.
Karena struktur operon pada bakteri, beberapa gen dikendalikan oleh satu wilayah pengatur dan 1-2 TF, sedangkan pada eukariota, satu gen memiliki sejumlah besar elemen pengatur, yang masing-masing bergantung pada banyak lainnya faktor. Kompleksitas ini sesuai dengan tingkat organisasi eukariota yang tinggi, dan terutama organisme multiseluler.
Pengaturan sintesis mRNA pada eukariota
Kontrol ekspresi gen eukariotik ditentukan oleh aksi gabungan dari dua elemen: fakta transkripsi protein (TF) dan urutan DNA pengatur yang dapat ditempatkan di sebelah promotor, jauh lebih tinggi darinya, di intron atau setelah gen (berarti wilayah pengkode, dan bukan gen dalam arti penuh).
Beberapa area bertindak sebagai sakelar, yang lain tidak berinteraksilangsung dengan TF, tetapi memberikan molekul DNA fleksibilitas yang diperlukan untuk pembentukan struktur seperti loop yang menyertai proses aktivasi transkripsi. Daerah seperti itu disebut spacer. Semua urutan regulasi bersama dengan promotor membentuk wilayah kontrol gen.
Perlu dicatat bahwa tindakan faktor transkripsi itu sendiri hanyalah bagian dari regulasi multi-level yang kompleks dari ekspresi genetik, di mana sejumlah besar elemen ditambahkan ke vektor yang dihasilkan, yang menentukan apakah RNA akan akhirnya disintesis dari wilayah genom tertentu.
Faktor tambahan dalam pengendalian transkripsi dalam sel inti adalah perubahan struktur kromatin. Di sini, baik regulasi total (disediakan oleh distribusi daerah heterokromatin dan eukromatin) dan regulasi lokal yang terkait dengan gen tertentu hadir. Agar polimerase bekerja, semua tingkat pemadatan DNA, termasuk nukleosom, harus dihilangkan.
Keragaman faktor transkripsi pada eukariota dikaitkan dengan sejumlah besar regulator, yang meliputi amplifier, peredam (peningkat dan peredam), serta elemen adaptor dan isolator. Situs-situs ini dapat ditemukan baik di dekat dan pada jarak yang cukup jauh dari gen (hingga 50 ribu bp).
Enhancer, peredam, dan elemen adaptor
Enhancer adalah DNA sekuensial pendek yang mampu memicu transkripsi saat berinteraksi dengan protein pengatur. Perkiraan penguat ke wilayah promotor gendilakukan karena pembentukan struktur DNA seperti loop. Pengikatan aktivator ke enhancer baik merangsang perakitan kompleks inisiasi atau membantu polimerase melanjutkan ke pemanjangan.
Penambah memiliki struktur yang kompleks dan terdiri dari beberapa situs modul, yang masing-masing memiliki protein pengaturnya sendiri.
Peredam adalah daerah DNA yang menekan atau sepenuhnya mengecualikan kemungkinan transkripsi. Mekanisme pengoperasian sakelar semacam itu masih belum diketahui. Salah satu metode yang dihipotesiskan adalah pendudukan daerah besar DNA oleh protein khusus dari kelompok SIR, yang menghalangi akses ke faktor inisiasi. Dalam hal ini, semua gen yang terletak dalam beberapa ribu pasangan basa dari peredam dimatikan.
Elemen adaptor dalam kombinasi dengan TF yang mengikatnya membentuk kelas sakelar genetik terpisah yang secara selektif merespons hormon steroid, AMP siklik, dan glukokortikoid. Blok pengatur ini bertanggung jawab atas respons sel terhadap kejutan panas, paparan logam dan senyawa kimia tertentu.
Di antara daerah kontrol DNA, jenis elemen lain dibedakan - isolator. Ini adalah urutan spesifik yang mencegah faktor transkripsi mempengaruhi gen jauh. Mekanisme kerja isolator belum dapat dijelaskan.
Faktor transkripsi eukariotik
Jika faktor transkripsi pada bakteri hanya memiliki fungsi regulasi, maka dalam sel inti terdapat seluruh kelompok TF yang menyediakan inisiasi latar belakang, tetapi pada saat yang sama secara langsung bergantung pada pengikatanprotein pengatur DNA. Jumlah dan variasi yang terakhir pada eukariota sangat besar. Jadi, dalam tubuh manusia, proporsi sekuens yang mengkode faktor transkripsi protein adalah sekitar 10% dari genom.
Sampai saat ini, TF eukariotik tidak dipahami dengan baik, seperti juga mekanisme pengoperasian sakelar genetik, yang strukturnya jauh lebih rumit daripada model regulasi positif dan negatif pada bakteri. Tidak seperti yang terakhir, aktivitas faktor transkripsi sel nuklir dipengaruhi bukan oleh satu atau dua, tetapi oleh lusinan dan bahkan ratusan sinyal yang dapat saling memperkuat, melemahkan atau mengecualikan satu sama lain.
Di satu sisi, aktivasi gen tertentu memerlukan seluruh kelompok faktor transkripsi, tetapi di sisi lain, satu protein pengatur mungkin cukup untuk memicu ekspresi beberapa gen melalui mekanisme kaskade. Keseluruhan sistem ini adalah komputer kompleks yang memproses sinyal dari sumber yang berbeda (baik eksternal maupun internal) dan menambahkan efeknya ke hasil akhir dengan tanda plus atau minus.
Faktor transkripsi regulasi pada eukariota (aktivator dan represor) tidak berinteraksi dengan operator, seperti pada bakteri, tetapi dengan situs kontrol yang tersebar di DNA dan memengaruhi inisiasi melalui perantara, yang dapat berupa protein mediator, faktor kompleks inisiasi dan enzim yang mengubah struktur kromatin.
Dengan pengecualian beberapa TF yang termasuk dalam kompleks pra-inisiasi, semua faktor transkripsi memiliki domain pengikatan DNA yang membedakanmereka dari banyak protein lain yang memastikan transkripsi normal atau bertindak sebagai perantara dalam regulasinya.
Studi terbaru menunjukkan bahwa TF eukariotik dapat mempengaruhi tidak hanya inisiasi tetapi juga perpanjangan transkripsi.
Variasi dan klasifikasi
Pada eukariota, ada 2 kelompok faktor transkripsi protein: basal (atau disebut umum atau utama) dan pengatur. Yang pertama bertanggung jawab atas pengenalan promotor dan pembuatan kompleks pra-inisiasi. Diperlukan untuk memulai transkripsi. Kelompok ini mencakup beberapa lusin protein yang selalu ada di dalam sel dan tidak mempengaruhi ekspresi diferensial gen.
Kompleks faktor transkripsi basal adalah alat yang fungsinya mirip dengan subunit sigma pada bakteri, hanya saja lebih kompleks dan cocok untuk semua jenis promotor.
Faktor dari tipe lain mempengaruhi transkripsi melalui interaksi dengan urutan DNA pengatur. Karena enzim-enzim ini bersifat spesifik-gen, jumlahnya sangat banyak. Dengan mengikat daerah gen tertentu, mereka mengontrol sekresi protein tertentu.
Klasifikasi faktor transkripsi pada eukariota didasarkan pada tiga prinsip:
- mekanisme tindakan;
- kondisi berfungsi;
- struktur domain pengikatan DNA.
Menurut fitur pertama, ada 2 kelas faktor: basal (berinteraksi dengan promotor) dan pengikatan ke daerah hulu (daerah pengatur terletak di hulu gen). Jenis iniklasifikasi pada dasarnya sesuai dengan pembagian fungsional TF menjadi umum dan khusus. Faktor upstream dibagi menjadi 2 kelompok tergantung kebutuhan aktivasi tambahan.
Menurut fitur fungsinya, TF konstitutif dibedakan (selalu ada di sel mana pun) dan diinduksi (bukan karakteristik dari semua jenis sel dan mungkin memerlukan mekanisme aktivasi tertentu). Faktor-faktor dari kelompok kedua, pada gilirannya, dibagi menjadi sel-spesifik (berpartisipasi dalam ontogeni, dicirikan oleh kontrol ekspresi yang ketat, tetapi tidak memerlukan aktivasi) dan bergantung pada sinyal. Yang terakhir ini dibedakan menurut jenis dan mode aksi dari sinyal pengaktif.
Klasifikasi struktural faktor transkripsi protein sangat luas dan mencakup 6 superkelas, yang mencakup banyak kelas dan famili.
Prinsip operasi
Fungsi faktor basal adalah perakitan kaskade berbagai subunit dengan pembentukan kompleks inisiasi dan aktivasi transkripsi. Sebenarnya, proses ini adalah langkah terakhir dari kerja protein aktivator.
Faktor spesifik dapat mengatur transkripsi dalam dua langkah:
- perakitan kompleks inisiasi;
- transisi ke perpanjangan produktif.
Dalam kasus pertama, kerja TF spesifik direduksi menjadi penataan ulang primer kromatin, serta perekrutan, orientasi, dan modifikasi faktor mediator, polimerase, dan basal pada promotor, yang mengarah pada aktivasi dari transkripsi. Elemen utama transmisi sinyal adalah mediator - kompleks 24 subunit yang bekerja disebagai perantara antara protein pengatur dan RNA polimerase. Urutan interaksi adalah individu untuk setiap gen dan faktor yang sesuai.
Pengaturan pemanjangan dilakukan karena interaksi faktor dengan protein P-Tef-b, yang membantu RNA polimerase mengatasi jeda yang terkait dengan promotor.
Struktur fungsional TF
Faktor transkripsi memiliki struktur modular dan melakukan pekerjaannya melalui tiga domain fungsional:
- DNA-binding (DBD) - diperlukan untuk pengenalan dan interaksi dengan wilayah regulasi gen.
- Trans-activating (TAD) – memungkinkan interaksi dengan protein pengatur lainnya, termasuk faktor transkripsi.
- Signal-Recognizing (SSD) - diperlukan untuk persepsi dan transmisi sinyal regulasi.
Pada gilirannya, domain pengikatan DNA memiliki banyak jenis. Motif utama dalam strukturnya meliputi:
- "jari seng";
- homeodomain;
- "β"-layers;
- loop;
- "petir leusin";
- spiral-loop-spiral;
- spiral-turn-spiral.
Berkat domain ini, faktor transkripsi "membaca" urutan nukleotida DNA dalam bentuk pola pada permukaan heliks ganda. Oleh karena itu, pengenalan khusus dari elemen peraturan tertentu dimungkinkan.
Interaksi motif dengan heliks DNA didasarkan pada korespondensi yang tepat antara permukaan inimolekul.
Regulasi dan sintesis TF
Ada beberapa cara untuk mengatur pengaruh faktor transkripsi pada transkripsi. Ini termasuk:
- aktivasi - perubahan fungsi faktor dalam kaitannya dengan DNA karena fosforilasi, perlekatan ligan, atau interaksi dengan protein pengatur lainnya (termasuk TF);
- translokasi - pengangkutan faktor dari sitoplasma ke nukleus;
- ketersediaan situs pengikatan - tergantung pada tingkat kondensasi kromatin (dalam keadaan heterokromatin, DNA tidak tersedia untuk TF);
- mekanisme kompleks yang juga merupakan karakteristik protein lain (pengaturan semua proses mulai dari transkripsi hingga modifikasi pasca-translasi dan lokalisasi intraseluler).
Metode terakhir menentukan komposisi kuantitatif dan kualitatif faktor transkripsi di setiap sel. Beberapa TF mampu mengatur sintesisnya menurut tipe umpan balik klasik, ketika produknya sendiri menjadi penghambat reaksi. Dalam hal ini, konsentrasi faktor tertentu menghentikan transkripsi gen yang mengkodenya.
Faktor transkripsi umum
Faktor-faktor ini diperlukan untuk memulai transkripsi gen apa pun dan ditetapkan dalam nomenklatur sebagai TFl, TFll, dan TFlll tergantung pada jenis RNA polimerase yang berinteraksi dengannya. Setiap faktor terdiri dari beberapa subunit.
TF Basal melakukan tiga fungsi utama:
- lokasi RNA polimerase yang benar pada promotor;
- pelepasan rantai DNA di daerah awal transkripsi;
- pembebasan polimerase daripromotor pada saat transisi ke elongasi;
Subunit tertentu dari faktor transkripsi basal berikatan dengan elemen pengatur promotor. Yang paling penting adalah kotak TATA (bukan karakteristik semua gen), yang terletak pada jarak "-35" nukleotida dari titik inisiasi. Situs pengikatan lainnya termasuk urutan INR, BRE dan DPE. Beberapa TF tidak langsung menghubungi DNA.
Kelompok faktor transkripsi utama RNA polimerase ll termasuk TFllD, TFllB, TFllF, TFllE dan TFllH. Huruf Latin di akhir penunjukan menunjukkan urutan deteksi protein ini. Dengan demikian, faktor TFlllA, yang termasuk dalam RNA polimerase III, adalah yang pertama kali diisolasi.
| Nama | Jumlah subunit protein | Fungsi |
| TFllD | 16 (TBP +15 TAF) | TBP mengikat ke kotak TATA dan TAF mengenali urutan promotor lainnya |
| TFllB | 1 | Mengenali elemen BRE, mengarahkan polimerase secara akurat pada situs inisiasi |
| TFllF | 3 | Menstabilkan interaksi polimerase dengan TBP dan TFllB, memfasilitasi perlekatan TFllE dan TFllH |
| TFllE | 2 | Menghubungkan dan menyesuaikan TFllH |
| TFllH | 10 | Memisahkan rantai DNA pada titik inisiasi, membebaskan enzim sintesis RNA dari promotor dan faktor transkripsi utama (biokimiaproses didasarkan pada fosforilasi domain terminal Cer5-C dari RNA polimerase) |
Perakitan TF basal hanya terjadi dengan bantuan aktivator, mediator, dan protein pengubah kromatin.
TF Tertentu
Melalui kontrol ekspresi genetik, faktor transkripsi ini mengatur proses biosintetik sel individu dan seluruh organisme, dari embriogenesis hingga adaptasi fenotipik halus hingga perubahan kondisi lingkungan. Lingkup pengaruh TF mencakup 3 blok utama:
- pengembangan (embrio- dan ontogeni);
- siklus sel;
- merespons sinyal eksternal.
Sekelompok faktor transkripsi khusus mengatur diferensiasi morfologi embrio. Kumpulan protein ini dikodekan oleh urutan konsensus 180 bp khusus yang disebut homeobox.
Untuk menentukan gen mana yang harus ditranskripsi, protein pengatur harus "menemukan" dan mengikat ke situs DNA spesifik yang bertindak sebagai saklar genetik (peningkat, peredam, dll.). Setiap urutan tersebut sesuai dengan satu atau lebih faktor transkripsi terkait yang mengenali situs yang diinginkan karena kebetulan konformasi kimia dari segmen luar tertentu dari heliks dan domain pengikatan DNA (prinsip kunci-kunci). Untuk pengenalan, digunakan bagian dari struktur primer DNA yang disebut alur utama.
Setelah mengikat aksi DNAprotein aktivator memicu serangkaian langkah berurutan yang mengarah ke perakitan kompleks preinisiator. Skema umum dari proses ini adalah sebagai berikut:
- Pengikatan aktivator ke kromatin di daerah promotor, perekrutan kompleks penataan ulang yang bergantung pada ATP.
- Penataan ulang kromatin, aktivasi protein pengubah histon.
- Modifikasi kovalen histon, tarik-menarik protein aktivator lain.
- Mengikat protein pengaktif tambahan ke wilayah regulasi gen.
- Keterlibatan mediator dan TF umum.
- Perakitan kompleks pra-inisiasi pada promotor.
- Pengaruh protein aktivator lain, penataan ulang subunit kompleks pra-inisiasi.
- Mulai transkripsi.
Urutan peristiwa ini dapat bervariasi dari satu gen ke gen lainnya.
Untuk sejumlah besar mekanisme aktivasi, terdapat berbagai metode represi yang sama luasnya. Artinya, dengan menghambat salah satu tahap dalam perjalanan inisiasi, protein pengatur dapat mengurangi efektivitasnya atau memblokirnya sepenuhnya. Paling sering, represor mengaktifkan beberapa mekanisme sekaligus, menjamin tidak adanya transkripsi.
Kontrol gen yang terkoordinasi
Meskipun setiap transkripsi memiliki sistem pengaturannya sendiri, eukariota memiliki mekanisme yang memungkinkan, seperti bakteri, untuk memulai atau menghentikan kelompok gen yang ditujukan untuk melakukan tugas tertentu. Ini dicapai dengan faktor penentu transkripsi yang melengkapi kombinasielemen pengatur lain yang diperlukan untuk aktivasi atau supresi gen secara maksimal.
Dalam transkrip yang tunduk pada regulasi tersebut, interaksi komponen yang berbeda mengarah ke protein yang sama, yang bertindak sebagai vektor yang dihasilkan. Oleh karena itu, aktivasi faktor tersebut mempengaruhi beberapa gen sekaligus. Sistem ini bekerja berdasarkan prinsip kaskade.
Skema kontrol terkoordinasi dapat dipertimbangkan pada contoh diferensiasi ontogenetik sel otot rangka, yang prekursornya adalah mioblas.
Transkripsi gen yang mengkode sintesis protein yang merupakan karakteristik sel otot matang dipicu oleh salah satu dari empat faktor miogenik: MyoD, Myf5, MyoG, dan Mrf4. Protein ini mengaktifkan sintesis diri mereka sendiri dan satu sama lain, dan juga termasuk gen untuk faktor transkripsi tambahan Mef2 dan protein otot struktural. Mef2 terlibat dalam regulasi diferensiasi lebih lanjut dari mioblas, sekaligus mempertahankan konsentrasi protein miogenik melalui mekanisme umpan balik positif.
