Фактор транскрипции - Transcription factor

Глоссарий факторов транскрипции
  • экспрессия гена - процесс, посредством которого информация от гена используется в синтезе функционального генного продукта, такого как белок
  • транскрипция - процесс создания информационной РНК (мРНК) изматрицы ДНК с помощью РНК-полимеразы
  • фактор транскрипции - белок, который связывается с ДНК и регулирует экспрессию генов, стимулируя или подавляя транскрипцию.
  • регуляция транскрипции - контроль скорости транскрипции гена, например, помогая или препятствуя связыванию РНК-полимеразы с ДНК
  • усиление , активация или продвижение - увеличение скорости транскрипции гена
  • подавление , репрессия или подавление - снижение скорости транскрипции гена
  • коактиватор - белок (или небольшая молекула), который работает с факторами транскрипции для увеличения скорости транскрипции гена
  • корепрессор - белок (или небольшая молекула), который работает с факторами транскрипции для снижения скорости транскрипции гена
  • элемент ответа - определенная последовательность ДНК, с которой связывается фактор транскрипции
Иллюстрация активатора

В молекулярной биологии , А фактор транскрипции ( TF ) (или последовательность-специфический ДНК-связывающий фактор ) представляет собой белок , который контролирует скорость транскрипции от генетической информации от ДНК к РНК , путем связывания с конкретным ДНК - последовательности . Функция TF состоит в том, чтобы регулировать - включать и выключать гены, чтобы убедиться, что они экспрессируются в нужной клетке в нужное время и в нужном количестве на протяжении всей жизни клетки и организма. Группы ТФ действуют скоординированно прямого деления клеток , роста клеток и гибели клеток на протяжении всей жизни; миграция и организация клеток ( план тела ) во время эмбрионального развития; и периодически в ответ на сигналы извне клетки, такие как гормон . В геноме человека насчитывается до 1600 ТФ . Факторы транскрипции являются членами протеома, а также регулома .

TF работают по отдельности или с другими белками в комплексе, способствуя (как активатор ) или блокируя (как репрессор ) рекрутирование РНК-полимеразы (фермента, который выполняет транскрипцию генетической информации от ДНК к РНК) к конкретным генам.

Определяющей особенностью TF является то, что они содержат по крайней мере один ДНК-связывающий домен (DBD), который прикрепляется к определенной последовательности ДНК, смежной с генами, которые они регулируют. TF группируются в классы на основе их DBD. Другие белки, такие как коактиваторы , ремоделирующие хроматин , гистоновые ацетилтрансферазы , гистоновые деацетилазы , киназы и метилазы , также важны для регуляции генов, но не имеют ДНК-связывающих доменов и, следовательно, не являются ТФ.

TF представляют интерес для медицины, потому что мутации TF могут вызывать определенные заболевания, и лекарства могут быть потенциально направлены против них.

Число

Факторы транскрипции необходимы для регуляции экспрессии генов и, как следствие, обнаруживаются во всех живых организмах. Количество факторов транскрипции, обнаруженных в организме, увеличивается с размером генома, и более крупные геномы, как правило, содержат больше факторов транскрипции на ген.

В геноме человека около 2800 белков , содержащих ДНК-связывающие домены, и 1600 из них предположительно функционируют как факторы транскрипции, хотя другие исследования показывают, что это меньшее количество. Таким образом, примерно 10% генов в геноме кодируют факторы транскрипции, что делает это семейство самым большим семейством белков человека. Кроме того, гены часто фланкируются несколькими сайтами связывания для различных факторов транскрипции, и для эффективной экспрессии каждого из этих генов требуется совместное действие нескольких различных факторов транскрипции (см., Например, ядерные факторы гепатоцитов ). Следовательно, комбинаторное использование подмножества примерно 2000 факторов транскрипции человека легко объясняет уникальную регуляцию каждого гена в геноме человека во время развития .

Механизм

Факторы транскрипции связываются либо с энхансерными, либо с промоторными областями ДНК, примыкающими к генам, которые они регулируют. В зависимости от фактора транскрипции транскрипция соседнего гена регулируется либо с повышением, либо с понижением . Факторы транскрипции используют множество механизмов для регуляции экспрессии генов. Эти механизмы включают:

  • стабилизировать или блокировать связывание РНК-полимеразы с ДНК
  • катализируют ацетилирование или деацетилирование гистоновых белков. Фактор транскрипции может либо делать это напрямую, либо привлекать другие белки с этой каталитической активностью. Многие факторы транскрипции используют один из двух противоположных механизмов для регулирования транскрипции:
  • рекрутировать белки коактиватора или корепрессора в комплекс ДНК фактора транскрипции

Функция

Факторы транскрипции - одна из групп белков, которые считывают и интерпретируют генетический «план» в ДНК. Они связываются с ДНК и помогают запустить программу повышенной или пониженной транскрипции генов. Таким образом, они жизненно важны для многих важных клеточных процессов. Ниже приведены некоторые из важных функций и биологических ролей, в которых участвуют факторы транскрипции:

Базальная регуляция транскрипции

У эукариот для возникновения транскрипции необходим важный класс факторов транскрипции, называемый общими факторами транскрипции (GTF). Многие из этих GTF фактически не связывают ДНК, а являются частью большого комплекса преинициации транскрипции, который напрямую взаимодействует с РНК-полимеразой . Наиболее распространенными GTF являются TFIIA , TFIIB , TFIID (см. Также TATA-связывающий белок ), TFIIE , TFIIF и TFIIH . Комплекс преинициации связывается с промоторными областями ДНК выше гена, который они регулируют.

Дифференциальное усиление транскрипции

Другие факторы транскрипции по-разному регулируют экспрессию различных генов, связываясь с энхансерными участками ДНК, соседними с регулируемыми генами. Эти факторы транскрипции имеют решающее значение для обеспечения экспрессии генов в нужной клетке в нужное время и в нужном количестве, в зависимости от меняющихся требований организма.

Разработка

Многие факторы транскрипции у многоклеточных организмов участвуют в развитии. Отвечая на стимулы, эти факторы транскрипции включают / выключают транскрипцию соответствующих генов, что, в свою очередь, позволяет изменять морфологию клеток или активность, необходимую для определения судьбы и дифференцировки клеток . Семейство факторов транскрипции Hox , например, важно для правильного формирования структуры тела у организмов, столь же разнообразных, как дрозофилы для людей. Другой пример - фактор транскрипции, кодируемый геном определяющей пол области Y (SRY), который играет важную роль в определении пола у людей.

Ответ на межклеточные сигналы

Клетки могут общаться друг с другом, высвобождая молекулы, которые производят сигнальные каскады внутри другой рецептивной клетки. Если сигнал требует повышающей или понижающей регуляции генов в клетке-реципиенте, часто факторы транскрипции будут располагаться ниже по течению в сигнальном каскаде. Передача сигналов эстрогена является примером довольно короткого сигнального каскада, который включает фактор транскрипции рецептора эстрогена : эстроген секретируется такими тканями, как яичники и плацента , проникает через клеточную мембрану клетки -реципиента и связывается рецептором эстрогена в клетках. цитоплазма . Затем рецептор эстрогена попадает в ядро клетки и связывается с его участками связывания ДНК , изменяя регуляцию транскрипции связанных генов.

Реакция на окружающую среду

Факторы транскрипции действуют не только ниже сигнальных каскадов, связанных с биологическими стимулами, но они также могут быть ниже сигнальных каскадов, участвующих в стимулах окружающей среды. Примеры включают фактор теплового шока (HSF), который активирует гены, необходимые для выживания при более высоких температурах, фактор, индуцируемый гипоксией (HIF), который активирует гены, необходимые для выживания клеток в среде с низким содержанием кислорода, и белок, связывающий регуляторный элемент стерола (SREBP), который помогает поддерживать надлежащий уровень липидов в клетке.

Контроль клеточного цикла

Многие факторы транскрипции, особенно те, которые являются протоонкогенами или супрессорами опухолей , помогают регулировать клеточный цикл и, таким образом, определяют, насколько большой станет клетка и когда она сможет разделиться на две дочерние клетки. Одним из примеров является онкоген Myc , который играет важную роль в росте клеток и апоптозе .

Патогенез

Факторы транскрипции также можно использовать для изменения экспрессии генов в клетке-хозяине, чтобы способствовать патогенезу. Хорошо изученным примером этого являются эффекторы, подобные активаторам транскрипции ( эффекторы TAL ), секретируемые бактериями Xanthomonas . При введении в растения эти белки могут проникать в ядро ​​растительной клетки, связывать промоторные последовательности растений и активировать транскрипцию генов растений, которые способствуют бактериальной инфекции. Эффекторы TAL содержат центральную область повтора, в которой существует простая взаимосвязь между идентичностью двух критических остатков в последовательных повторах и последовательными основаниями ДНК в целевом сайте эффектора TAL. Это свойство, вероятно, облегчает эволюцию этих белков, чтобы лучше конкурировать с защитными механизмами клетки-хозяина.

Регулирование

В биологии принято, что важные процессы имеют несколько уровней регулирования и контроля. Это также верно в отношении факторов транскрипции: факторы транскрипции не только контролируют скорость транскрипции, чтобы регулировать количество продуктов генов (РНК и белок), доступных клетке, но и сами факторы транскрипции регулируются (часто другими факторами транскрипции). Ниже приводится краткое описание некоторых способов регулирования активности факторов транскрипции:

Синтез

Факторы транскрипции (как и все белки) транскрибируются из гена на хромосоме в РНК, а затем РНК транслируется в белок. Любой из этих шагов можно регулировать, чтобы повлиять на продукцию (и, следовательно, активность) фактора транскрипции. Следствием этого является то, что факторы транскрипции могут регулировать сами себя. Например, в петле отрицательной обратной связи фактор транскрипции действует как собственный репрессор: если белок фактора транскрипции связывает ДНК своего собственного гена, он подавляет производство большего количества самого себя. Это один из механизмов поддержания низких уровней фактора транскрипции в клетке.

Ядерная локализация

У эукариот факторы транскрипции (как и большинство белков) транскрибируются в ядре, но затем транслируются в цитоплазме клетки . Многие белки, которые активны в ядре, содержат сигналы ядерной локализации, которые направляют их в ядро. Но для многих факторов транскрипции это ключевой момент в их регуляции. Важные классы факторов транскрипции, такие как некоторые ядерные рецепторы, должны сначала связать лиганд, находясь в цитоплазме, прежде чем они смогут переместиться в ядро.

Активация

Факторы транскрипции могут быть активированы (или деактивированы) через их сигнально-чувствительный домен с помощью ряда механизмов, включая:

  • Связывание лиганда - связывание лиганда может не только влиять на расположение фактора транскрипции в клетке, но и связывание лиганда может также влиять на то, находится ли фактор транскрипции в активном состоянии и способен ли связывать ДНК или другие кофакторы (см., например, ядерные рецепторы ).
  • фосфорилирование - многие факторы транскрипции, такие как белки STAT, должны быть фосфорилированы, прежде чем они смогут связывать ДНК.
  • Взаимодействие с другими факторами транскрипции ( например , гомо- или гетеро- димеризации ) или coregulatory белков

Доступность сайта связывания ДНК

У эукариот ДНК организована с помощью гистонов в компактные частицы, называемые нуклеосомами , где последовательности из 147 пар оснований ДНК составляют ~ 1,65 оборота вокруг октамеров гистоновых белков. ДНК внутри нуклеосом недоступна для многих факторов транскрипции. Некоторые факторы транскрипции, так называемые факторы - пионеры , все еще способны связывать свои сайты связывания ДНК на нуклеосомной ДНК. Для большинства других факторов транскрипции нуклеосома должна активно разворачиваться молекулярными моторами, такими как ремоделирующие хроматин . В качестве альтернативы, нуклеосома может быть частично развернута под действием температурных колебаний, обеспечивая временный доступ к сайту связывания фактора транскрипции. Во многих случаях фактор транскрипции должен конкурировать за связывание с его сайтом связывания ДНК с другими факторами транскрипции и гистонами или белками негистонового хроматина. Пары факторов транскрипции и других белков могут играть антагонистические роли (активатор против репрессора) в регуляции одного и того же гена .

Доступность других кофакторов / факторов транскрипции

Большинство факторов транскрипции не работают в одиночку. Многие большие семейства TF образуют сложные гомотипические или гетеротипические взаимодействия посредством димеризации. Для того чтобы транскрипция гена произошла, ряд факторов транскрипции должен связываться с регуляторными последовательностями ДНК. Этот набор факторов транскрипции, в свою очередь, привлекает промежуточные белки, такие как кофакторы, которые позволяют эффективно привлекать преинициативный комплекс и РНК-полимеразу . Таким образом, чтобы один фактор транскрипции инициировал транскрипцию, все эти другие белки также должны присутствовать, и фактор транскрипции должен находиться в состоянии, в котором он может связываться с ними при необходимости. Кофакторы - это белки, которые модулируют действие факторов транскрипции. Кофакторы взаимозаменяемы между промоторами конкретных генов; белковый комплекс, занимающий промоторную ДНК, и аминокислотная последовательность кофактора определяют его пространственную конформацию. Например, некоторые стероидные рецепторы могут обмениваться кофакторами с NF-κB , который является переключателем между воспалением и клеточной дифференцировкой; таким образом, стероиды могут влиять на воспалительную реакцию и функцию определенных тканей.

Взаимодействие с метилированным цитозином

Факторы транскрипции и метилированные цитозины в ДНК играют важную роль в регуляции экспрессии генов. (Метилирование цитозина в ДНК в основном происходит там, где за цитозином следует гуанин в последовательности ДНК от 5 'до 3', сайт CpG .) Метилирование сайтов CpG в промоторной области гена обычно подавляет транскрипцию гена, тогда как метилирование CpG в тело гена увеличивает экспрессию. Ферменты TET играют центральную роль в деметилировании метилированных цитозинов. Деметилирование CpG в промоторе гена за счет активности фермента TET увеличивает транскрипцию гена.

ДНК сайтов связывания 519 факторов транскрипции были оценены. Из них 169 факторов транскрипции (33%) не имели динуклеотидов CpG в своих сайтах связывания, а 33 фактора транскрипции (6%) могли связываться с мотивом, содержащим CpG, но не проявляли предпочтения в отношении сайта связывания с метилированными или неметилированный CpG. Было 117 факторов транскрипции (23%), которым было запрещено связываться со своей связывающей последовательностью, если она содержала метилированный сайт CpG, 175 факторов транскрипции (34%) имели усиленное связывание, если их связывающая последовательность имела метилированный сайт CpG, и 25 транскрипционных факторов. факторы (5%) либо ингибировались, либо имели усиленное связывание в зависимости от того, где в последовательности связывания был расположен метилированный CpG.

Ферменты TET не связываются специфически с метилцитозином, за исключением случаев, когда они задействованы (см. Деметилирование ДНК ). Было показано, что множество факторов транскрипции, важных для дифференцировки клеток и спецификации клонов , включая NANOG , SALL4A , WT1 , EBF1 , PU.1 и E2A , рекрутируют ферменты TET в определенные геномные локусы (в первую очередь энхансеры) для воздействия на метилцитозин (mC) и преобразовать его в гидроксиметилцитозин hmC (и в большинстве случаев пометить их для последующего полного деметилирования в цитозин). TET-опосредованное превращение mC в hmC, по-видимому, нарушает связывание 5mC-связывающих белков, включая белки MECP2 и MBD ( Methyl-CpG-binding domain ), облегчая ремоделирование нуклеосом и связывание факторов транскрипции, тем самым активируя транскрипцию этих генов. EGR1 - важный фактор транскрипции в формировании памяти . Он играет важную роль в эпигенетическом репрограммировании нейронов мозга . Фактор транскрипции EGR1 рекрутирует белок TET1, который инициирует путь деметилирования ДНК . EGR1 вместе с TET1 используется для программирования распределения сайтов метилирования в ДНК мозга во время развития мозга и при обучении (см. Эпигенетика в обучении и памяти ).

Состав

Схематическая диаграмма аминокислотной последовательности (амино-конец слева и конец карбоновой кислоты справа) прототипного фактора транскрипции, который содержит (1) ДНК-связывающий домен (DBD), (2) сигнально-чувствительный домен (SSD) , и домен активации (AD). Порядок размещения и количество доменов могут различаться для разных типов факторов транскрипции. Кроме того, функции трансактивации и восприятия сигналов часто находятся в одном домене.

Факторы транскрипции имеют модульную структуру и содержат следующие домены :

  • ДНК-связывающий домен ( DBD ), который присоединяется к специфическим последовательностям ДНК ( энхансеру или промотору . Необходимый компонент для всех векторов. Используется для управления транскрипцией промоторных последовательностейтрансгена вектора), прилегающих к регулируемым генам. Последовательности ДНК, связывающие факторы транскрипции, часто называют элементами ответа .
  • Домен активации ( AD ), который содержит сайты связывания для других белков, таких как корегуляторы транскрипции . Эти сайты связывания часто называют активационными функциями ( AFs ), доменом трансактивации ( TAD ) или трансактивирующим доменом TAD, но не смешиваются с топологически ассоциированным доменом TAD .
  • Необязательный сигнально-чувствительный домен ( SSD ) ( например , лиганд-связывающий домен), который воспринимает внешние сигналы и, в ответ, передает эти сигналы остальной части транскрипционного комплекса, что приводит к повышающей или понижающей регуляции экспрессии гена. . Кроме того, DBD и сигнально-чувствительные домены могут находиться на отдельных белках, которые связаны внутри транскрипционного комплекса для регулирования экспрессии генов.

ДНК-связывающий домен

Пример доменной архитектуры: Репрессор лактозы (LacI) . N-концевой ДНК-связывающий домен (помеченный) lac- репрессора связывает свою целевую последовательность ДНК (золото) в большой бороздке, используя мотив спираль-поворот-спираль . Связывание эффекторной молекулы (зеленый) происходит в коровом домене (помечено), в домене, воспринимающем сигнал. Это запускает аллостерический ответ, опосредованный линкерной областью (обозначенной).

Часть ( домен ) фактора транскрипции, связывающая ДНК, называется его ДНК-связывающим доменом. Ниже приведен частичный список некоторых основных семейств ДНК-связывающих доменов / факторов транскрипции:

Семья ИнтерПро Pfam SCOP
основная спираль-петля-спираль InterProIPR001092 Pfam PF00010 SCOP 47460
основная лейциновая молния ( bZIP ) InterProIPR004827 Pfam PF00170 SCOP 57959
С-концевой эффекторный домен регуляторов двудольного ответа ИнтерПроIPR001789 Pfam PF00072 SCOP 46894
Коробка AP2 / ERF / GCC InterProIPR001471 Pfam PF00847 SCOP 54176
спираль-поворот-спираль
белки гомеодомена , которые кодируются генами гомеобокса , являются факторами транскрипции. Гомеодоменные белки играют решающую роль в регуляции развития . InterProIPR009057 Pfam PF00046 SCOP 46689
лямбда - репрессор -как ИнтерПроIPR010982 SCOP 47413
srf-подобный ( фактор ответа сыворотки ) InterProIPR002100 Pfam PF00319 SCOP 55455
парная коробка
крылатая спираль ИнтерПроIPR013196 Pfam PF08279 SCOP 46785
цинковые пальцы
* мультидоменный Cys 2 His 2 цинковые пальцы InterProIPR007087 Pfam PF00096 SCOP 57667
* Zn 2 / Cys 6 SCOP 57701
* Zn 2 / Cys 8 ядерный рецептор цинкового пальца ИнтерПроIPR001628 Pfam PF00105 SCOP 57716

Элементы ответа

Последовательность ДНК, с которой связывается фактор транскрипции, называется сайтом связывания фактора транскрипции или элементом ответа .

Факторы транскрипции взаимодействуют со своими сайтами связывания, используя комбинацию электростатических (из которых водородные связи являются особым случаем) и сил Ван-дер-Ваальса . Из-за природы этих химических взаимодействий большинство факторов транскрипции связывают ДНК специфическим для последовательности образом. Однако не все основания в сайте связывания фактора транскрипции могут действительно взаимодействовать с фактором транскрипции. Кроме того, некоторые из этих взаимодействий могут быть слабее других. Таким образом, факторы транскрипции не связывают только одну последовательность, но способны связывать подмножество близкородственных последовательностей, каждая из которых имеет разную силу взаимодействия.

Например, хотя консенсусным сайтом связывания для TATA-связывающего белка (TBP) является TATAAAA, фактор транскрипции TBP также может связывать аналогичные последовательности, такие как TATATAT или TATATAA.

Поскольку факторы транскрипции могут связывать набор родственных последовательностей, а эти последовательности обычно короткие, потенциальные сайты связывания факторов транскрипции могут возникать случайно, если последовательность ДНК достаточно длинная. Маловероятно, однако, что транскрипционный фактор будет связывать все совместимые последовательности в геноме в клетке . Другие ограничения, такие как доступность ДНК в клетке или наличие кофакторов, также могут помочь определить, где на самом деле будет связываться фактор транскрипции. Таким образом, учитывая последовательность генома, все еще трудно предсказать, где фактор транскрипции действительно свяжется в живой клетке.

Однако дополнительная специфичность распознавания может быть получена за счет использования более чем одного ДНК-связывающего домена (например, тандемных DBD в одном и том же факторе транскрипции или посредством димеризации двух факторов транскрипции), которые связываются с двумя или более соседними последовательностями ДНК.

Клиническое значение

Факторы транскрипции имеют клиническое значение по крайней мере по двум причинам: (1) мутации могут быть связаны с конкретными заболеваниями и (2) они могут быть мишенями для лекарств.

Расстройства

Из-за их важной роли в развитии, межклеточной передаче сигналов и клеточном цикле некоторые заболевания человека были связаны с мутациями в факторах транскрипции.

Многие факторы транскрипции являются либо опухолевыми супрессорами, либо онкогенами , и, таким образом, их мутации или аберрантная регуляция связаны с раком. Известно, что три группы факторов транскрипции играют важную роль при раке человека: (1) семейства NF-kappaB и AP-1 , (2) семейство STAT и (3) стероидные рецепторы .

Ниже приведены несколько наиболее изученных примеров:

Состояние Описание Locus
Синдром Ретта Мутации в факторе транскрипции MECP2 связаны с синдромом Ретта , нарушением психического развития. Xq28
Диабет Редкая форма диабета, называемая MODY (диабет зрелого возраста у молодых), может быть вызвана мутациями ядерных факторов гепатоцитов (HNF) или фактора промотора инсулина-1 (IPF1 / Pdx1). несколько
Вербальная диспраксия, связанная с развитием Мутации в факторе транскрипции FOXP2 связаны с онтогенетической вербальной диспраксией , заболеванием, при котором люди не могут производить точно скоординированные движения, необходимые для речи. 7q31
Аутоиммунные заболевания Мутации в факторе транскрипции FOXP3 вызывают редкую форму аутоиммунного заболевания, называемого IPEX . Xp11.23-q13.3
Синдром Ли-Фраумени Вызвано мутациями в супрессоре опухоли p53 . 17p13.1
Рак молочной железы Семейство STAT имеет отношение к раку груди . несколько
Множественный рак Семья HOX вовлечена в различные виды рака. несколько
Остеоартроз Мутация или снижение активности SOX9

Потенциальные мишени для лекарств

Примерно 10% прописываемых в настоящее время лекарств напрямую нацелены на класс ядерных рецепторов факторов транскрипции. Примеры включают тамоксифен и бикалутамид для лечения рака груди и простаты соответственно, а также различные типы противовоспалительных и анаболических стероидов . Кроме того, факторы транскрипции часто косвенно модулируются лекарствами через сигнальные каскады . Возможно, удастся напрямую воздействовать на другие менее изученные факторы транскрипции, такие как NF-κB, с помощью лекарств. Факторы транскрипции вне семьи ядерных рецепторов , как полагают, будет труднее цели с малой молекулы терапии , так как не ясно , что они являются «drugable» , но прогресс был достигнут на Pax2 и вырезы пути.

Роль в эволюции

Дупликации генов сыграли решающую роль в эволюции видов. Это особенно относится к факторам транскрипции. Как только они появляются в виде дубликатов, накопленные мутации, кодирующие одну копию, могут иметь место без отрицательного воздействия на регуляцию нижестоящих мишеней. Однако недавно были выяснены изменения специфичности связывания ДНК однокопийного фактора транскрипции LEAFY , который встречается у большинства наземных растений. В этом отношении фактор транскрипции с одной копией может претерпевать изменение специфичности через беспорядочный промежуточный продукт без потери функции. Подобные механизмы были предложены в контексте всех альтернативных филогенетических гипотез и роли факторов транскрипции в эволюции всех видов.

Анализ

Существуют различные технологии анализа факторов транскрипции. На геномном уровне обычно используются секвенирование ДНК и исследование баз данных. Белковая версия фактора транскрипции определяется с помощью специфических антител . Образец обнаруживается на вестерн-блоттинге . Используя анализ сдвига электрофоретической подвижности (EMSA), можно определить профиль активации факторов транскрипции. Мультиплексной подход к активации профилирования представляет собой систему , где чип TF несколько различных факторов транскрипции могут быть обнаружены параллельно.

Наиболее часто используемый метод определения сайтов связывания факторов транскрипции - иммунопреципитация хроматина (ChIP). Этот метод основан на химической фиксации хроматина формальдегидом с последующим совместным осаждением ДНК и интересующего фактора транскрипции с использованием антитела, которое специфически нацелено на этот белок. Затем последовательности ДНК могут быть идентифицированы с помощью микроматрицы или высокопроизводительного секвенирования ( ChIP-seq ) для определения сайтов связывания факторов транскрипции. Если антитела к интересующему белку отсутствуют, удобной альтернативой может быть DamID .

Классы

Как более подробно описано ниже, факторы транскрипции можно классифицировать по их (1) механизму действия, (2) регуляторной функции или (3) гомологии последовательностей (и, следовательно, структурному сходству) в их ДНК-связывающих доменах.

Механистический

Существует два механистических класса факторов транскрипции:

  • Общие факторы транскрипции участвуют в формировании преинициативного комплекса . Наиболее распространенные сокращенно обозначаются как TFIIA , TFIIB , TFIID , TFIIE , TFIIF и TFIIH . Они распространены повсеместно и взаимодействуют с основной областью промотора, окружающей сайт (сайты) начала транскрипции всех генов класса II .
  • Факторы транскрипции выше по течению - это белки, которые связываются где-то выше по течению от сайта инициации, чтобы стимулировать или репрессировать транскрипцию. Они примерно синонимичны определенным факторам транскрипции , потому что они значительно различаются в зависимости от того, какие последовательности распознавания присутствуют в непосредственной близости от гена.
Примеры конкретных факторов транскрипции
Фактор Структурный тип Последовательность распознавания Связывает как
SP1 Цинковый палец 5 ' -GGGCGG- 3' Мономер
АП-1 Базовая молния 5'-TGA (G / C) TCA-3 ' Димер
C / EBP Базовая молния 5'-ATTGCGCAAT-3 ' Димер
Фактор теплового удара Базовая молния 5'-XGAAX-3 ' Тример
ATF / CREB Базовая молния 5'-TGACGTCA-3 ' Димер
c-Myc Базовая спираль-петля-спираль 5'-CACGTG-3 ' Димер
Октябрь-1 Спираль-поворот-спираль 5'-ATGCAAAT-3 ' Мономер
NF-1 Роман 5'-TTGGCXXXXXGCCAA-3 ' Димер
(G / C) = G или C
X = A , T , G или C

Функциональный

Факторы транскрипции были классифицированы в соответствии с их регуляторной функцией:

  • I. конститутивно активный - постоянно присутствует во всех клетках - общие факторы транскрипции , Sp1 , NF1 , CCAAT
  • II. условно активен - требует активации
    • II.A развитие (соты) - выражение строго контролируется, но после того , как выраженно, не требует дополнительной активации - GATA , HNF , PIT-1 , MyoD , Myf5 , Hox , крылатая Спираль
    • II.B зависит от сигнала - для активации требуется внешний сигнал
      • II.B.1 Зависимость от внеклеточного лиганда ( эндокринного или паракринного ) - ядерные рецепторы
      • II.B.2 внутриклеточный лиганд ( аутокринный ) -зависимый - активируется небольшими внутриклеточными молекулами - SREBP , p53 , орфанные ядерные рецепторы
      • II.B.3 Зависимость от рецептора клеточной мембраны - сигнальные каскады вторичного мессенджера, приводящие к фосфорилированию фактора транскрипции
        • II.B.3. Резидентные ядерные факторы - находятся в ядре независимо от состояния активации - CREB , AP-1 , Mef2
        • II.B.3.b латентные цитоплазматические факторы - неактивная форма находится в цитоплазме, но при активации перемещается в ядро ​​- STAT , R-SMAD , NF-κB , Notch , TUBBY , NFAT

Структурные

Факторы транскрипции часто классифицируются на основе сходства последовательностей и, следовательно, третичной структуры их ДНК-связывающих доменов:

  • 1 Суперкласс: основные домены
    • 1.1 Класс: факторы лейциновой молнии ( bZIP )
      • 1.1.1 Семейство: AP-1 (-подобные) компоненты; включает ( c-Fos / c-Jun )
      • 1.1.2 Семейство: CREB
      • 1.1.3 Семья: C / EBP- подобные факторы
      • 1.1.4 Семейство: bZIP / PAR
      • 1.1.5 Семейство: факторы связывания G-бокса растений
      • 1.1.6 Семейство: только ZIP
    • 1.2 Класс: Факторы спирали-петли-спирали ( bHLH )
      • 1.2.1 Семья: повсеместные факторы (класс А)
      • 1.2.2 Семья: миогенные факторы транскрипции ( MyoD )
      • 1.2.3 Семья: Ахет-Скут
      • 1.2.4 Семья: Тал / Твист / Атонал / Курица
    • 1.3 Класс: факторы спирали-петля-спираль / лейциновая застежка-молния ( bHLH-ZIP )
      • 1.3.1 Семейство: универсальные факторы bHLH-ZIP; включает USF ( USF1 , USF2 ); SREBP ( SREBP )
      • 1.3.2 Семья: факторы, контролирующие клеточный цикл; включает c-Myc
    • 1.4 Класс: NF-1
      • 1.4.1 Семейство: NF-1 ( A , B , C , X )
    • 1.5 Класс: RF-X
      • 1.5.1 Семейство: RF-X ( 1 , 2 , 3 , 4 , 5 , ANK )
    • 1.6 Класс: bHSH
  • 2 Суперкласс: цинк-координирующие ДНК-связывающие домены
  • 3 Суперкласс: спираль-поворот-спираль
    • 3.1 Класс: Домен Homeo
      • 3.1.1 Семья: только домен Homeo; включает Ubx
      • 3.1.2 Семейство: факторы домена POU ; включает октябрь
      • 3.1.3 Семейство: Homeo домен с LIM регионом
      • 3.1.4 Семейство: гомео-домен плюс мотивы цинковых пальцев
    • 3.2 Класс: парная коробка
      • 3.2.1 Семья: парный плюс домашний домен
      • 3.2.2 Семья: только парный домен
    • 3.3 Класс: Головка вилки / крылатая спираль
      • 3.3.1 Семья: регуляторы развития; включает вилку
      • 3.3.2 Семейство: тканевые регуляторы
      • 3.3.3 Семья: факторы, контролирующие клеточный цикл
      • 3.3.0 Семейство: другие регуляторы
    • 3.4 Класс: Факторы теплового удара
      • 3.4.1 Семья: HSF
    • 3.5 Класс: кластеры триптофана
    • 3.6 Класс: TEA (фактор транскрипционного энхансера) домен
  • 4 Суперкласс: факторы бета-каркаса с контактами второстепенной канавки
    • 4.1 Класс: RHR ( область гомологии Rel )
      • 4.1.1 Семья: Rel / ankyrin ; NF-kappaB
      • 4.1.2 Семья: только анкирин
      • 4.1.3 Семейство: NFAT ( N uclear F актер A ctivated T -клеток) ( NFATC1 , NFATC2 , NFATC3 )
    • 4.2 Класс: STAT
      • 4.2.1 Семейство: STAT
    • 4.3 Класс: p53
      • 4.3.1 Семья: p53
    • 4.4 Класс: коробка MADS
      • 4.4.1 Семейство: регуляторы дифференциации; включает ( Mef2 )
      • 4.4.2 Семья: Ответчики на внешние сигналы, SRF ( сывороточный фактор ответа ) ( SRF )
      • 4.4.3 Семейство: регуляторы метаболизма (ARG80)
    • 4.5 Класс: факторы транскрипции альфа-спирали бета-ствола
    • 4.6 Класс: TATA-связывающие белки
      • 4.6.1 Семья: TBP
    • 4.7 Класс: HMG-box
      • 4.7.1 Семейство: гены SOX , SRY
      • 4.7.2 Семейство: TCF-1 ( TCF1 )
      • 4.7.3 Семейство: связанные с HMG2 , SSRP1
      • 4.7.4 Семья: UBF
      • 4.7.5 Семейство: MATA
    • 4.8 Класс: Гетеромерные факторы CCAAT
      • 4.8.1 Семейство: гетеромерные факторы CCAAT
    • 4.9 Класс: Grainyhead
      • 4.9.1 Семейство: Grainyhead
    • 4.10 Класс: Факторы области холодного шока
      • 4.10.1 Семейство: csd
    • 4.11 Класс: Runt
      • 4.11.1 Семья: Runt
  • 0 Суперкласс: другие факторы транскрипции
    • 0.1 Класс: Белки медного кулака
    • 0.2 Класс: HMGI (Y) ( HMGA1 )
      • 0.2.1 Семья: HMGI (Y)
    • 0.3 Класс: Карманный домен
    • 0.4 Класс: факторы, подобные E1A
    • 0.5 Класс: факторы, связанные с AP2 / EREBP
      • 0.5.1 Семейство: AP2
      • 0.5.2 Семейство: EREBP
      • 0.5.3 Надсемейство: AP2 / B3
        • 0.5.3.1 Семья: ARF
        • 0.5.3.2 Семейство: ABI
        • 0.5.3.3 Семья: РАВ

Смотрите также

использованная литература

дальнейшее чтение

внешние ссылки