Активатор транскрипции - это белок ( фактор транскрипции ), который увеличивает транскрипцию гена или набора генов. [1] Считается, что активаторы имеют положительный контроль над экспрессией генов, поскольку они действуют, способствуя транскрипции генов, и, в некоторых случаях, необходимы для того, чтобы транскрипция генов происходила. [1] [2] [3] [4] Большинство активаторов представляют собой ДНК-связывающие белки, которые связываются с энхансерами или элементами, проксимальными к промоторам . [1] Сайт ДНК, связанный активатором, называется «сайтом связывания активатора». [3]Часть активатора, которая осуществляет межбелковые взаимодействия с общим аппаратом транскрипции, называется «активирующей областью» или «доменом активации». [1]
Большинство активаторов функционируют путем связывания специфично для последовательности с регуляторным участком ДНК, расположенным рядом с промотором, и осуществляя межбелковые взаимодействия с общим аппаратом транскрипции ( РНК-полимеразой и общими факторами транскрипции ), тем самым облегчая связывание общего аппарата транскрипции с промотором. [1] [2] [3] [4] Другие активаторы способствуют транскрипции генов, заставляя РНК-полимеразу высвобождаться из промотора и двигаться вдоль ДНК. [2] Иногда РНК-полимераза может приостанавливаться вскоре после выхода из промотора; Активаторы также функционируют, позволяя этим «остановившимся» РНК-полимеразам продолжать транскрипцию. [1] [2]
Активность возбудителей можно регулировать. Некоторые активаторы имеют аллостерический сайт и могут функционировать только тогда, когда определенная молекула связывается с этим сайтом, что по существу включает активатор. [4] Посттрансляционные модификации активаторов также могут регулировать активность, увеличивая или уменьшая активность в зависимости от типа модификации и модифицируемого активатора. [1]
В некоторых клетках, обычно эукариотических, несколько активаторов могут связываться с сайтом связывания; эти активаторы имеют тенденцию к кооперативному связыванию и синергетическому взаимодействию. [1] [2]
Структура [ править ]
Белки-активаторы состоят из двух основных доменов : ДНК-связывающего домена, который связывается с последовательностью ДНК, специфичной для активатора, и домена активации, который функционирует для увеличения транскрипции гена путем взаимодействия с другими молекулами. [1] Активаторные ДНК-связывающие домены бывают разных форм, включая спираль-поворот-спираль , цинковый палец и лейциновую застежку-молнию . [1] [2] [3] Эти ДНК-связывающие домены специфичны для определенной последовательности ДНК, что позволяет активаторам включать только определенные гены. [1] [2] [3]Активационные домены также бывают различных типов, которые классифицируются на основе аминокислотной последовательности домена, включая богатые аланином, богатые глутамином и кислые домены. [1] Эти домены не так специфичны и имеют тенденцию взаимодействовать с множеством целевых молекул. [1]
Активаторы также могут иметь аллостерические сайты , которые отвечают за включение и выключение самих активаторов. [4]
Механизм действия [ править ]
Связывание активатора с регуляторными последовательностями [ править ]
Внутри бороздок двойной спирали ДНК обнажены функциональные группы пар оснований. [2] Таким образом, последовательность ДНК создает уникальный образец поверхностных особенностей, включая области возможных водородных связей , ионных связей , а также гидрофобных взаимодействий . [2] Активаторы также имеют уникальные последовательности аминокислот с боковыми цепями, которые способны взаимодействовать с функциональными группами ДНК. [2] [3] Таким образом, структура аминокислотных боковых цепей, составляющих активаторный белок, будет комплементарна поверхностным особенностям специфической регуляторной последовательности ДНК, для связывания с которой он был разработан. [1] [2] [3]Комплементарные взаимодействия между аминокислотами белка-активатора и функциональными группами ДНК создают «точную» специфичность между активатором и его регуляторной последовательностью ДНК. [2]
Большинство активаторов связываются с большими бороздками двойной спирали, так как эти области имеют тенденцию быть шире, но есть некоторые, которые будут связываться с малыми бороздками. [1] [2] [3]
Сайты связывания активатора могут быть расположены очень близко к промотору или на расстоянии множества пар оснований. [2] [3] Если регуляторная последовательность расположена далеко, ДНК будет зацикливаться (зацикливание ДНК), чтобы связанный активатор взаимодействовал с аппаратом транскрипции в промоторном сайте. [2] [3]
У прокариот несколько генов могут транскрибироваться вместе ( оперон ) и, таким образом, контролируются одной и той же регуляторной последовательностью. [2] У эукариот гены, как правило, транскрибируются индивидуально, и каждый ген контролируется своими собственными регуляторными последовательностями. [2] Регуляторные последовательности, в которых связываются активаторы, обычно находятся выше промотора, но они также могут быть обнаружены ниже по течению или даже внутри интронов у эукариот. [1] [2] [3]
Функции для увеличения транскрипции генов [ править ]
Связывание активатора с его регуляторной последовательностью способствует транскрипции гена за счет активации РНК-полимеразной активности. [1] [2] [3] [4] Это осуществляется с помощью различных механизмов, таких как привлечение транскрипционного аппарата к промотору и запуск РНК-полимеразы для продолжения элонгации. [1] [2] [3] [4]
Набор [ править ]
Гены, контролируемые активаторами, требуют связывания активаторов с регуляторными сайтами, чтобы задействовать необходимый аппарат транскрипции в промоторной области. [1] [2] [3]
Активаторные взаимодействия с РНК-полимеразой в основном прямые у прокариот и непрямые у эукариот. [2] У прокариот активаторы имеют тенденцию вступать в контакт с РНК-полимеразой напрямую, чтобы помочь связать ее с промотором. [2] У эукариот активаторы в основном взаимодействуют с другими белками, и именно эти белки будут взаимодействовать с РНК-полимеразой. [2]
Прокариоты [ править ]
У прокариот гены, контролируемые активаторами, имеют промоторы, которые сами по себе не способны прочно связываться с РНК-полимеразой. [2] [3] Таким образом, белки-активаторы способствуют связыванию РНК-полимеразы с промотором. [2] [3] Это делается с помощью различных механизмов. Активаторы могут изгибать ДНК, чтобы лучше экспонировать промотор, чтобы РНК-полимераза могла связываться более эффективно. [3] Активаторы могут вступать в прямой контакт с РНК-полимеразой и прикреплять ее к промотору. [2] [3] [4]
Эукариоты [ править ]
У эукариот активаторы имеют множество различных молекул-мишеней, которые они могут рекрутировать, чтобы способствовать транскрипции генов. [1] [2] Они могут привлекать другие факторы транскрипции и кофакторы , которые необходимы для инициации транскрипции. [1] [2]
Активаторы могут привлекать молекулы, известные как соактиваторы . [1] [2] Эти молекулы-коактиваторы могут затем выполнять функции, необходимые для начала транскрипции, вместо самих активаторов, такие как модификации хроматина. [1] [2]
ДНК у эукариот гораздо более конденсирована; таким образом, активаторы имеют тенденцию привлекать белки, которые способны реструктурировать хроматин, так что промотор становится более доступным для механизмов транскрипции. [1] [2] Некоторые белки изменяют расположение нуклеосом вдоль ДНК, чтобы обнажить промоторный сайт ( АТФ-зависимые комплексы ремоделирования хроматина ). [1] [2] Другие белки влияют на связывание гистонов с ДНК посредством посттрансляционных модификаций гистонов , позволяя ДНК, плотно заключенной в нуклеосомы, расшатываться. [1] [2]
Все эти задействованные молекулы работают вместе, чтобы в конечном итоге привлечь РНК-полимеразу к промоторному сайту. [1] [2]
Высвобождение РНК-полимеразы [ править ]
Активаторы могут способствовать транскрипции генов, давая сигнал РНК-полимеразе выйти за пределы промотора и продвинуться вдоль ДНК, инициируя начало транскрипции. [2] РНК-полимераза может иногда приостанавливаться вскоре после начала транскрипции, и для высвобождения РНК-полимеразы из этого «остановленного» состояния требуются активаторы. [1] [2] Существует множество механизмов высвобождения этих «остановившихся» РНК-полимераз. Активаторы могут действовать просто как сигнал для запуска непрерывного движения РНК-полимеразы. [2] Если ДНК слишком конденсирована, чтобы позволить РНК-полимеразе продолжать транскрипцию, активаторы могут рекрутировать белки, которые могут реструктурировать ДНК, чтобы удалить любые блоки. [1] [2]Активаторы могут также способствовать привлечению факторов элонгации, которые необходимы РНК-полимеразе для продолжения транскрипции. [1] [2]
Регулирование активаторов [ править ]
Существуют различные способы, которыми можно регулировать активность самих активаторов, чтобы гарантировать, что активаторы стимулируют транскрипцию гена в соответствующее время и на соответствующем уровне. [1] Активность активатора может увеличиваться или уменьшаться в ответ на раздражители окружающей среды или другие внутриклеточные сигналы. [1]
Активация белков-активаторов [ править ]
Активаторы часто необходимо «включить», прежде чем они смогут способствовать транскрипции генов. [2] [3] [4] Активность активаторов контролируется способностью активатора связываться со своим регуляторным участком вдоль ДНК. [2] [3] [4] ДНК-связывающий домен активатора имеет активную и неактивную формы, которые контролируются связыванием молекул, известных как аллостерические эффекторы, с аллостерическим сайтом активатора. [4]
Активаторы в неактивной форме не связаны ни с какими аллостерическими эффекторами. [4] В неактивном состоянии активатор не может связываться со своей специфической регуляторной последовательностью в ДНК и, таким образом, не оказывает регулирующего воздействия на транскрипцию генов. [4]
Когда аллостерический эффектор связывается с аллостерическим сайтом активатора, происходит конформационное изменение ДНК-связывающего домена, которое позволяет белку связываться с ДНК и увеличивать транскрипцию гена. [2] [4]
Посттрансляционные модификации [ править ]
Некоторые активаторы могут подвергаться посттрансляционным модификациям , которые влияют на их активность в клетке. [1] Было замечено, что такие процессы, как фосфорилирование , ацетилирование и убиквитинирование , среди прочего, регулируют активность активаторов. [1] В зависимости от добавляемой химической группы, а также от природы самого активатора, посттрансляционные модификации могут увеличивать или уменьшать активность активатора. [1] Например, было замечено, что ацетилирование увеличивает активность некоторых активаторов за счет таких механизмов, как увеличение сродства связывания ДНК. [1]С другой стороны, убиквитинирование снижает активность активаторов, поскольку убиквитин маркирует белки для деградации после того, как они выполнили свои соответствующие функции. [1]
Синергия [ править ]
У прокариот единственный белок-активатор способен способствовать транскрипции. [2] [3] У эукариот обычно более одного активатора собирается в сайте связывания, образуя комплекс, который способствует транскрипции. [1] [2] Эти активаторы связываются кооперативно в сайте связывания, что означает, что связывание одного активатора увеличивает сродство сайта к связыванию другого активатора (или, в некоторых случаях, другого регулятора транскрипции), что упрощает взаимодействие нескольких активаторов. привязать на сайте. [1] [2] В этих случаях активаторы взаимодействуют друг с другом синергетически., что означает, что скорость транскрипции, достигаемая при совместной работе нескольких активаторов, намного выше, чем аддитивные эффекты активаторов, если бы они работали индивидуально. [1] [2]
Примеры [ править ]
Регулирование катаболизма мальтозы [ править ]
Распад мальтозы в Escherichia coli контролируется активацией гена. [3] Гены, кодирующие ферменты, ответственные за катаболизм мальтозы, могут быть расшифрованы только в присутствии активатора. [3]
Активатор, контролирующий транскрипцию ферментов мальтозы, отключен в отсутствие мальтозы. [3] В неактивной форме активатор не может связываться с ДНК и способствовать транскрипции генов мальтозы. [3] [4]
Когда мальтоза присутствует в клетке, она связывается с аллостерическим сайтом белка-активатора, вызывая конформационные изменения в ДНК-связывающем домене активатора. [3] [4] Это конформационное изменение «включает» активатор, позволяя ему связываться с его специфической регуляторной последовательностью ДНК. [3] [4] Связывание активатора с его регуляторным сайтом способствует связыванию РНК-полимеразы с промотором и, таким образом, транскрипции, производя ферменты, необходимые для расщепления мальтозы, попавшей в клетку. [3]
Регулирование lac- оперона [ править ]
Катаболитной активатор протеина (CAP), иначе известный как белок рецептора цАМФ (CRP), активирует транскрипцию на лаковые оперона бактерии кишечной палочки . [5] Циклический аденозинмонофосфат (цАМФ) вырабатывается при голодании по глюкозе; эта молекула действует как аллостерический эффектор, который связывается с CAP и вызывает конформационные изменения, которые позволяют CAP связываться с участком ДНК, расположенным рядом с промотором lac. [5] CAP затем осуществляет прямое межбелковое взаимодействие с РНК-полимеразой, которая привлекает РНК-полимеразу к промотору lac. [5]
См. Также [ править ]
- Коактиватор (генетика)
- Глоссарий терминов по экспрессии генов
- Оперон
- Промоутер (биология)
- Регулирование экспрессии генов
- Репрессор
- Фактор транскрипции
- Бактериальная транскрипция
- Эукариотическая транскрипция
Ссылки [ править ]
- ^ a b c d e f g h i j k l m n o p q r s t u v w x y z aa ab ac ad ae af ag ah ai aj ak al am an Ma, июнь (2011). «Активаторы транскрипции и механизмы активации» . Белки и клетки . 2 (11): 879–888. DOI : 10.1007 / s13238-011-1101-7. ISSN 1674-8018 . PMC 4712173 . PMID 22180087 - через PubMed.
- ^ a b c d e f g h i j k l m n o p q r s t u v w x y z aa ab ac ad ae af ag ah ai aj ak al am an ao ap aq ar as at au Alberts, Брюс; Джонсон, Александр; Льюис, Джулиан; Морган, Дэвид; Рафф, Мартин; Робертс, Кейт; Уолтер, Питер (2015).Молекулярная биология клетки (шестое изд.). Нью-Йорк, штат Нью-Йорк: Наука о гирляндах. С. 373–392. ISBN 978-0-8153-4432-2. OCLC 887605755 .
- ^ a b c d e f g h i j k l m n o p q r s t u v w x y z aa ab Мэдиган, Майкл Т; Бендер, Келли С; Бакли, Дэниел Х; Саттли, Мэтью В.; Шталь, Дэвид А (2018). Брок Биология микроорганизмов (пятнадцатое изд.). Нью-Йорк, Нью-Йорк: Пирсон. С. 174–179. ISBN 978-0-13-426192-8. OCLC 958205447 .
- ^ Б с д е е г ч я J к л м п о р Griffiths, Энтони ДФ; Гелбарт, Уильям М .; Миллер, Джеффри Х .; Левонтин, Ричард С. (1999). «Основы прокариотической регуляции транскрипции» . Современный генетический анализ - через NCBI.
- ^ a b c Басби, Стив; Эбрайт, Ричард Х (1999-10-22). «Активация транскрипции белком-активатором катаболита (CAP)» . Журнал молекулярной биологии . 293 (2): 199–213. DOI : 10.1006 / jmbi.1999.3161 . ISSN 0022-2836 . PMID 10550204 .
