Транскрипционные факторы: введение
Транскрипция ДНК проходит с участием РНК-полимеразы и зависит от множества других белков - факторов транскрипции, взаимодействующих с дискретными участками ДНК, которые образуют сложный промотор . В районе промотора, прилегающего к сайту инициации транскрипции ( кэп-сайту), обнаружены участки ( McKnight ea, 1982 ) с характерными нуклеотидными последовательностями (мотивами), которые оказывают цис-действие на экспрессию близлежащего гена. Эти элементы могут взаимодействовать с РНК-полимеразой и другими белками-факторами транскрипции. Разные ядерные белковые факторы транскрипции, представляющие собой регуляторные белки, способны связываться с теми или иными нуклеотидными последовательностями ДНК, оказывая тем самым влияние на экспрессию разных генов. Такие белки, способные к диффузии в ядре, являются транс-действующими факторами, определяющими эффективность экспрессии генов, расположенных в самых разных участках генома.
Область эукариотического промотора рассматривается как специфический ДНК-остов, на котором собираются белки транскрипции, узнающие свои сайты связывания и взаимодействующие как друг с другом, так и с РНК-полимеразой. Некоторые факторы транскрипции вероятно являются ферментами и в процессе этих взаимодействий осуществляются ферментативные модификации как белковых факторов, так и ДНК.
В инициирующий комплекс помимо РНК-полимеразы II входят несколько так называемых общих транскрипционных факторов ( TFIIА , TFIIВ , TFIID , TFIIЕ , TFIIF , TFIII , TFIIH , TFIIJ ), большинство из которых имеют четвертичную структуру [ Студинский В.М., Храпко К.Р., 1990 , Ham J. ea, 1992 , Zhu H. ea, 1994 , Lieberman P.M. and Berk A.J., 1994 ].Сборка самого комплекса начинается со связывания TFIID с ТАТА- боксом , причем сначала с ТАТА-боксом связывается одна из субъединиц TFIID - TATA-связывающий белок ( ТВР , "TATA-box binding protein") [ Студинский В.М., Храпко К.Р., 1990 , Ham J. ea, 1992 , Metz R. ea, 1994 ]. Теоретически каждый из этапов сборки инициаторного комплекса может быть лимитирующим, и ускорение какого-либо этапа может повышать скорость транскрипции [ Ham J. ea, 1992 ]. В настоящее время наибольшее значение в активации транскрипции отводится стимуляции образования стабильного комплекса TFIID-ТАТА-бокс [ Студинский В.М., Храпко К.Р., 1990 , Metz R. ea, 1994 ], хотя появляются данные о том, что отдельные модуляторы транскрипции могут взаимодействовать с другими общими транскрипционными факторами [ Zhu H. ea, 1994 , Lieberman P.M. and Berk A.J., 1994 ].
Появление нового фактора транскрипции в дифференцированных клетках можно рассматривать как способ включения гена на нужной стадии развития. Сведения на этот счет можно извлечь, изучая некоторые мутации, оказывающие сильное влияние на ход эмбриогенеза. Подобные мутации, вызывающие в организме глубокие изменения, называются гомеотическими, или гомеозисными, мутациями . Белки, кодируемые такими мутантными генами, вероятно, представляют собой ключевые регуляторные белки, которые контролируют активность большого числа других генов. Например, отсутствие единственного регуляторного белка ( белка-рецептора гормона тестостерона ) приводит к появлению индивидуумов с мужским (XY) генотипом, имеющих женские вторичные половые признаки. Подобная комбинационная генетическая регуляция может обеспечить развитие сложного многоклеточного организма благодаря взаимодействию даже относительно небольшого числа ключевых белков-регуляторов генной активности.
Типичный эукариотический транскрипционный фактор (ТФ) состоит из двух функциональных доменов: ДНК-связывающего и активирующего транскрипцию ( Ptashne, 1988 ; Mitchel, & Tjian, 1989 ).
ДНК-связывающий домен отвечает за точное связывание ТФ с последовательностью-мишенью, тогда как активирующий домен ТФ принимает участие в белок-белковом взаимодействии с другими факторами (адаптерами, активаторами, вспомогательными белками). Конечным результатом этих событий является формирование активного пре- инициаторного комплекса ( Ptashne, & Gann, 1990 ; Martin, 1991 ).
В большинстве случаев ДНК-связывающие домены эукариотических ТФ взаимодействуют со специфическими последовательностями ДНК по большой бороздке двойной спирали ДНК. Эти контакты представляют собой водородные связи (двунаправленные и опосредованные молекулами воды) и Ван-дер-Ваальсовы взаимодействия между боковыми группами аминокислотных остатков, расположенными на поверхности а-спирали белка (часто они и являются "узнающим" элементом), и атомами гетероциклических азотистых оснований ДНК. Известно, что подобные контакты высокоспецифичны. С другой стороны, удельный вклад неспецифических взаимодействий (водородных связей) между атомами сахаро- фосфатного остова молекулы ДНК и белком, довольно велик. Благодаря наличию этих связей становится возможным точное стерическое соответствие между "выступающими" группами аминокислотных остатков ТФ и парами азотистых оснований ДНК сайта-мишени. Способность ДНК-связывающего ТФ вызывать активацию транскрипции определяется присутствием в его структуре активирующего транскрипцию домена ( АТД ).
Факторы транскрипции с точки зрения их способности взаимодействовать с ДНК могут быть двух сортов. Одни прямо взаимодействуют с определенными последовательностями ДНК. Другие способны только к белок-белковым взаимодействиям и участвуют в регуляции путем взаимодействий с факторами первой группы. Факторы выбирают гены, которые должны быть активированы в ответ на сигнал из окружения клетки и управляют действиями транскрипционного аппарата.
То, каким образом линейное коммитирование мультипотентных прогениторных клеток регулируется на молекулярном уровне, является важным вопросом биологии развития. Важную роль в этом процессе играют транскрипционные факторы, так как они способны к репрограммированию экспрессии больших групп генов. С этой целью они используют множественные механизмы активации или репрессии транскрипции генов в ответ на внеклеточные сигналы (рис. 21.2 ) (Fisher, 2002 ). Они могут косвенно влиять на программы экспрессии генов, противодействуя другим транскрипционным факторам через белок-белковые взаимодействия. Чаще транскрипционные факторы регулируют транскрипцию генов непосредственно, рекрутируя к регуляторным элементам ДНК коактиваторы или корепрессоры, обладающие активностью модификации гистонов или ремоделинга хроматина (рис. 21.2 ).
Развитие В-клеток чем дальше, тем больше зависит от факторов транскрипции с доменами типа "цинковые пальцы", Ikaros , и Ets-домена белка PU.1 , так как CLP с характерной для них экспрессией IL-7R отсутствуют в костном мозге мутантных мышей Ikaros и PU.I .
Смотрите также:
