Wikipedia

Transkripcijska regulacija

Rječnik transkripcijske regulacije
* Transcripcijska regulacija – kontroliranje brzine transkripcije gena, naprimjer pomažući ili ometajući vezanje RNK polimeraza za DNK
*Transkripcija – proces stvaranja RNK prema šablonu DNK. pomoću RNK-polimeraza
* Faktor transkripcije – tvar, poput proteina, koja doprinosi uzroku određene biohemijske reakcije ili tjelesnog procesa
* Promotor – sekvenca DNK koja inicira transkripciju određenog gena
* Sigma faktor – specijalizirani bakterijski kofaktori koji se kompleksiraju s RNK-polimerazom i kodiraju specifičnost sekvence
* Koaktivator – protein koji djeluje s faktorima transkripcije kako bi povećao brzinu transkripcije gena
* Korepresor – protein koji djeluje sa faktorima transkripcije kako bi ' 'smanjio' ' brzinu transkripcije gena
edit

Transkripcijska regulacija – u molekulskoj biologiji i genetici – je način na koji ćelija regulira pretvorbu DNK u RNK (transkripcija), čime orkestrira aktivnosti gena. Pojedinačni gen može se regulirati na različite načine, od mijenjanja broja kopija RNK koje se transkribiraju, do vremenske kontrole kada se transkribira. Ova kontrola omogućava čeliji ili organizmu da reagiraju na različite unutar- i vanćelijske signale i tako uspostave odgovor. Neki primjeri toga uključuju proizvodnju iRNK, koja kodira enzime, kako bi se prilagodili promjeni u izvoru hrane, proizvodnju gena proizvoda uključenih u specifične aktivnosti staničnog ciklusa i proizvodnju genskih proizvoda odgovornih za ćelijsku diferencijaciju u višećelijskih eukariota, što proučava evolucijska razvojna biologija.

Regulacija transkripcije je vitalni proces u svim živim organizmima. Orkestriraju ga transkripcijski faktori i drugi proteini koji djeluju zajedno, kako bi fino podesili količinu RNK koja se proizvodi u različitim mehanizmima. Bakterije i eukarioti imaju vrlo različite strategije postizanja kontrole nad transkripcijom, ali neke važne značajke ostaju sačuvane između njih. Najvažnija je ideja kombinatorne kontrole, a to je da je svaki gen vjerovatno kontroliran specifičnom kombinacijom faktora za kontrolu transkripcije. U hipotetskom primjeru, faktori A i B mogu regulirati različit skup gena iz kombinacije faktora A i C. Ova kombinatorna priroda proteže se na komplekse s više od dva proteina i dopušta vrlo mali podskup (manje od 10% ) genoma za kontrolu transkripcijskog programa cijele ćelije.

U bakterija

uredi
 
Operon maltoze je primjer pozitivne kontrole transkripcije.[1] Kada maltoza nije prisutna u E. coli, neće se pojaviti transkripcija) gena za maltozu i nema maltoze koja bi se vezala za protein aktivatora maltoze. Ovo sprečava vezivanje proteina aktivatora za mjesto vezanja aktivatora na genu, što zauzvrat sprječava RNK-polimerazu da se veže za promotor maltoze. Ne dolazi do transkripcije.[1]

Većina ranog razumijevanja transkripcije dolazi od pruičavanje bakterija,[2] iako su opseg i složenost transkripcijske regulacije veći kod eukariota. Bakterijskom transkripcijom upravljaju tri glavna elementa sekvence:

  • Promotori su elementi DNK koji se mogu vezati RNK-polimeraza i druge proteine za uspješno započinjanje transkripcije, direktno uzvodno od gena.
  • Operatori prepoznaju represivne proteine koji se vežu za dio DNK i inhibiraju transkripciju gena.
  • Pozitivni kontrolni elementi koji se vežu za DNK i podstiču više nivoe transkripcije.[3]

Iako ova sredstva za transkripcijsku regulaciju postoje i kod eukariota, transkripcijsko okruženje znatno je kompliciranije i zbog broja proteina koji su uključeni, kao i zbog prisutnosti introna i pakiranja DNK u histone.

Transkripcija osnovnog bakterijskog gena ovisi o snazi njegovog promotora i prisutnosti aktivatora ili represora. U nedostatku drugih regulatornih elemenata, afinitet promotorske sekvence prema RNK- polimerazama varira, što rezultira proizvodnjom različitih količina transkripta. Varijabilni afinitet RNK-polimeraze za različite promotorske sekvence povezan je s regijama konsenzusne sekvence, uzvodno od početnog mjesta transkripcije. Što se višepromotorskih nukleotida slaže sa konsenzusnom sekvencom, to je vjerovatniji jači afinitet promotora za RNK-polimerazu.[4]

 
Kada je maltoza prisutna u E. coli, veže se za protein aktivatora maltoze (1), koji podstiče vezivanje proteina aktivatora maltoze za mjesto vezivanja aktivatora (2). Ovo omogućava RNK- polimerazi da se veže za promotor mal (3). Transkripcija gena malE, malF i malG zatim se nastavlja (4), dok se protein aktivator maltoze i RNK-polimeraza pomiču niz DNK.[1]
malE kodira maltoza-vezujući periplazmatski protein i pomaže transport maltoze preko ćelijske membrane.[5]
malF kodira protein permeaze transportnog sistema maltoze i pomaže u translokaciji maltoze preko ćelijske membrane.[6]
malG kodira proteine transportnog sistema, a takođe pomaže u translokaciji maltoze preko ćelijske membrane
malG kodira transportni sistem proteina i pomaže premještanje maltoze preko ćelijske membrane.[7]

U odsustvu drugih regulatornih elemenata, zadano stanje bakterijskog transkripta mora biti u konfiguraciji "uključeno", što rezultira proizvodnjom određene količine transkripta. To znači da transkripcijska regulacija u obliku represorskog proteina i pozitivnih kontrolnih elemenata može povećati ili smanjiti transkripciju. Represori često fizički zauzimaju lokaciju promotora, onemogućujući vezanje RNK-polimeraze. Alternativno, represor i polimeraza mogu se vezati za DNK u isto vrijeme s fizičkom interakcijom između represora, sprječavajući otvaranje DNK za pristup minus lancu za transkripciju. Ova strategija kontrole razlikuje se od eukariotske transkripcije, čije bazno stanje treba biti isključeno i gdje su potrebni kofaktori za inicijaciju transkripcije jako ovisni o genima.[8]

Sigma faktori su specijalizirani bakterijski proteini koji se vežu za RNK-polimeraze i orkestriraju inicijaciju transkripcije. Djeluju kao posrednici transkripcije specifične za sekvencu, tako da se jedan sigma faktor može koristiti za transkripciju svih gena za održavanje domaćinstva ili skupa gena koje ćelija treba eksprimirati kao odgovor na neke vanjske podražaje, poput stresa.[9]

Osim procesa koji reguliraju transkripciju u fazi inicijacije, sintezu iRNK kontrolira i brzina transkripcijske elongacije.[10] Često se javljaju pauze RNK-polimeraza i regulirane su faktorima transkripcije, kao što su NusG i NusA, transkripcijsko-translacijska prerada i sekundarna struktura iRNK.[11][12]

U eukariota

uredi

Dodatna složenost stvaranja eukariotske ćrelije sa sobom nosi povećanje složenosti transkripcijske regulacije. Eukarioti imaju tri RNK-polimeraze, poznate kao Pol I, Pol II i Pol III. Svaka polimeraza ima određene ciljeve i aktivnosti i regulirana je nezavisnim mehanizmima. Postoji niz dodatnih mehanizama pomoću kojih se može kontrolirati aktivnost polimeraze. Ovi se mehanizmi općenito mogu grupirati u tri glavna područja:

  • Kontrola pristupa polimeraze genu. Ovo je možda najširi od tri kontrolna mehanizma. To uključuje funkcije histonskog preoblikovanja enzima, transkripcijske faktore, pojačivače i supresore i mnoge druge komplekse
  • Produktivna elongacija RNK transkripta. Nakon što se polimeraza veže za promotor, potreban je drugi skup faktora koji će joj omogućiti da ode iz kompleksa promotora i započne uspješnu transkripciju RNK.
  • Prestanak djelovanja polimeraze. Utvrđeno je da brojni faktori kontroliraju kako i kada dolazi do prekida, koji će odrediti sudbinu RNK transkripta.

Sva tri ova sistema rade zajedno na integraciji ćelijskih signala i u skladu s tim mijenjaju program transkripcije.

Dok se u prokariotskim sistemima stanje bazne transkripcije može smatrati neograničavajućim (to jest, "uključeno" u odsustvu faktora koji mijenjaju), eukarioti imaju restriktivno bazno stanje koje zahtijeva regrutiranje drugih faktora kako bi se generirali RNK-transkripti. Ova razlika je uveliko posljedica zbijanja eukariotskog genoma namotavanjem DNK oko histona, kako bi se formirale strukture višeg reda. Ovo sabijanje čini promotor gena nedostupnim bez pomoći drugih faktora u jedru, pa je stoga struktura hromatina uobičajeno mjesto regulacije. Slično sigma faktorima kod prokariota, opći transkripcijski faktori (GTF) su skup faktora kod eukariota koji su potrebni za sve transkripcijske događaje. Ovi faktori su odgovorni za stabilizaciju vezanih interakcija i otvaranje spirale DNK, kako bi RNK-polimeraza pristupila predlošku, ali općenito nemaju specifičnosti za različita mjesta promotora.[13] Veliki dio genske regulacije odvija se putem transkripcijskih faktora, koji ili regrutiraju ili inhibiraju vezivanje općeg transkripcijskog mehanizma i/ili polimeraze. To se može postići bliskom interakcijom sa elementima jedarnog promotora ili elementima za pojačavanje na velike udaljenosti.

Nakon što se polimeraza uspješno veže za šablon DNK, često joj je potrebna pomoć drugih proteina, kako bi napustili stabilan promotorski kompleks i počeli produžavati nastajuću sekvencu RNK. Ovaj proces naziva se izbjegavanje promotora i još je jedan korak u kojem regulatorni elementi mogu djelovati, kako bi ubrzali ili usporili proces transkripcije. Slično tome, proteinski i faktori nukleinskih kiselina mogu se povezati sa kompleksom zaelongaciju i modulirati brzinu kojom se polimeraza kreće duž DNK šablona.

Reference

uredi
  1. ^ a b c Madigan, Michael T. Brock Biology of Microorganisms, 15e. Pearson. str. 178. ISBN 9780134602295.
  2. ^ JACOB F, MONOD J (juni 1961). "Genetic regulatory mechanisms in the synthesis of proteins". J. Mol. Biol. 3 (3): 318–56. doi:10.1016/s0022-2836(61)80072-7. PMID 13718526.
  3. ^ Englesberg E, Irr J, Power J, Lee N (oktobar 1965). "Positive control of enzyme synthesis by gene C in the L-arabinose system". J. Bacteriol. 90 (4): 946–57. doi:10.1128/JB.90.4.946-957.1965. PMC 315760. PMID 5321403.
  4. ^ Busby S, Ebright RH (decembar 1994). "Promoter structure, promoter recognition, and transcription activation in prokaryotes". Cell. 79 (5): 743–6. doi:10.1016/0092-8674(94)90063-9. PMID 8001112. S2CID 34940548.
  5. ^ "malE - Maltose-binding periplasmic protein precursor - Escherichia coli (strain K12) - malE gene & protein". www.uniprot.org (jezik: engleski). Pristupljeno 20. 11. 2017.
  6. ^ "malF - Maltose transport system permease protein MalF - Escherichia coli (strain K12) - malF gene & protein". www.uniprot.org (jezik: engleski). Pristupljeno 20. 11. 2017.
  7. ^ "malG - Maltose transport system permease protein MalG - Escherichia coli (strain K12) - malG gene & protein". www.uniprot.org (jezik: engleski). Pristupljeno 20. 11. 2017.
  8. ^ Payankaulam S, Li LM, Arnosti DN (septembar 2010). "Transcriptional repression: conserved and evolved features". Curr. Biol. 20 (17): R764–71. doi:10.1016/j.cub.2010.06.037. PMC 3033598. PMID 20833321.
  9. ^ Gruber TM, Gross CA (2003). "Multiple sigma subunits and the partitioning of bacterial transcription space". Annu. Rev. Microbiol. 57: 441–66. doi:10.1146/annurev.micro.57.030502.090913. PMID 14527287.
  10. ^ Kang, J.; Mishanina, T. V.; Landick, R. & Darst, S. A. (2019). "Mechanisms of Transcriptional Pausing in Bacteria". Journal of Molecular Biology. 431 (20): 4007–4029. doi:10.1016/j.jmb.2019.07.017. PMC 6874753. PMID 31310765.
  11. ^ Zhang, J. & Landick, R. (2016). "A Two-Way Street: Regulatory Interplay between RNA Polymerase and Nascent RNA Structure". Journal of Molecular Biology. 41 (4): 293–310. doi:10.1016/j.tibs.2015.12.009. PMC 4911296. PMID 26822487.
  12. ^ Artsimovitch, I. (2018). "Rebuilding the bridge between transcription and translation". Molecular Microbiology. 108 (5): 467–472. doi:10.1111/mmi.13964. PMC 5980768. PMID 29608805.
  13. ^ Struhl K (juli 1999). "Fundamentally different logic of gene regulation in eukaryotes and prokaryotes". Cell. 98 (1): 1–4. doi:10.1016/S0092-8674(00)80599-1. PMID 10412974. S2CID 12411218.

Vanjski linkovi

uredi
Preuzeto iz "https://bs.wikipedia.org/w/index.php?title=Transkripcijska_regulacija&oldid=3482632"