גורם שעתוק: מנגנון פעולה, סוגים, פונקציות - ביולוגיה - 2025

גורם שעתוק הוא חלבון "אביזר" הרגולטוריים הנדרשים עבור שעתוק הגנים. תעתיק הוא הצעד הראשון לביטוי גנים והוא כרוך בהעברת המידע הכלול ב- DNA למולקולת RNA, אשר מעובדת לאחר מכן על מנת להצמיח מוצרי גנים.

פולימראז II RNA הוא האנזים האחראי לתמלול מרבית הגנים האוקריוטים ומייצר, בנוסף לכמה RNAs קטנים, RNA של מסרים אשר יתורגמו אחר כך לחלבונים. אנזים זה מצריך נוכחות של סוג של גורמי שעתוק המכונים גורמי שעתוק כללי או בזלתיים.

סוג גורם שעתוק «סגירת לאוצין» (מקור: I, Splette באמצעות ויקימדיה Commons)

עם זאת, אלה אינם גורמי התמלול היחידים שקיימים בטבע, מכיוון שישנם חלבונים "לא כללים", הן באוקריוטות והן בפרוקריוטות ובארכיאות, המעורבים בוויסות שעתוק גנים ספציפי לרקמות (בתוך אורגניזמים רב-תאיים) או בוויסות פעילות הגנים בתגובה לגירויים שונים.

גורמי התמלול הללו הם בעלי השפעה חשובה ביותר, וניתן למצוא אותם כמעט בכל היצורים החיים, מכיוון שהם מהווים את המקור העיקרי לוויסות ביטוי הגנים.

מחקרים מפורטות על גורמי שעתוק שונים בסוגים שונים של אורגניזמים חיים מצביעים על כך שיש להם מבנה מודולרי, בו אזור ספציפי אחראי לאינטראקציה עם DNA, בעוד שהאחרים מייצרים את ההשפעות המגרה או המעכבות.

גורמי התמלול, אם כן, משתתפים במודל של דפוסי ביטוי גנים שלא קשורים לשינויים ברצף ה- DNA, אלא בשינויים אפיגנטיים. המדע שאחראי על חקר השינויים הללו מכונה אפיגנטיקה.

מנגנון פעולה

על מנת לבצע את תפקידיהם, גורמי התמלול חייבים להיות מסוגלים לזהות ולקשור ספציפית לרצף DNA מסוים כדי להשפיע באופן חיובי או שלילי על התמלול של אותו אזור של DNA.

גורמי שעתוק כלליים, שהם למעשה זהים לתמלול של כל הגנים מסוג II באיקריוטים, מתאספים תחילה על אזור המקדם של הגן, ובכך מכוונים את מיקום האנזים הפולימראז ואת "פתיחת" הכפול מַדחֵף.

התהליך מתרחש במספר שלבים ברציפות:

- כריכה של גורם התמלול הכללי TFIID לרצף של חוזרים על תימין (T) ואדנין (A) בגן המכונה "תיבת TATA"; זה גורם לעיוות DNA הכרחי לקשירת חלבונים אחרים לאיזור המקדם.

- הרכבה לאחר מכן של גורמים כלליים אחרים (TFIIB, TFIIH, TFIH, TFIIE, TFIIF וכו ') ושל RNA פולימראז II, ויוצרים את מה שמכונה מתחם חניכת התמלול.

- שחרור מתחם החניכה, זרחן של הפולימראז על ידי גורם TFIIH ותחילת התמלול והסינתזה של מולקולת RNA מרצף הגן המועתק.

הפעלה והדחקה של תעתיק

כפי שנדון, גורמי שעתוק "לא כללים" יכולים לווסת את ביטוי הגנים, באופן חיובי או שלילי.

הַפעָלָה

חלק מחלבונים אלה מכילים, בנוסף לתחומים הקשורים ל- DNA המבני, מוטיבים אחרים המכונים תחומי ההפעלה, העשירים בשאריות חומצות אמינו חומציות, שאריות גלוטמין או פרולין.

תחומי הפעלה אלה מקיימים אינטראקציה עם אלמנטים של המתחם של גורמי התמלול הכלליים או עם מולקולות קואקטטיבטור קשורות האינטראקציה ישירה עם המתחם. אינטראקציה זו גורמת לגירוי הרכבת קומפלקס התמלול או להגברת פעילותו.

הַדחָקָה

רוב גורמי התמלול מעכבים את התמלול על ידי הפרעה לפעילותם של גורמי שעתוק חיוביים, וחוסמים את השפעתם המגרה. הם יכולים לעבוד על ידי חסימת קשירת גורם חיובי ל- DNA או על ידי פעולה על גורמים המפעילים את מבנה הכרומטין.

גורמים מעכבים אחרים פועלים על ידי חסימה ישירה של תעתיק, מבלי לחסום את פעולתו של גורם גורם תעתיקי כלשהו המפעיל; והם מורידים את רמת התמלול הבסיסית, לרמה אפילו נמוכה מזו שהושגה בהיעדר הגורמים המפעילים.

בדומה לחלבוני ההפעלה, גורמי הדחק פועלים באופן ישיר או עקיף עם גורמי שעתוק או בסיסיים.

סוגים

למרות שרוב גורמי התמלול מסווגים על פי המאפיינים או זהותם של התחומים הקשורים ל- DNA שלהם, ישנם חלקם, המסווגים גם כגורמי שעתוק, שאינם מקיימים אינטראקציה ישירה עם DNA ומוכרים כגורמי שעתוק. "עקיף".

גורמי תמלול ישיר

הם גורמי התמלול הנפוצים ביותר. יש להם תחומים קשרי DNA ויכולים להפעיל או לעכב ביטוי גנים על ידי קשירה לאזורים ספציפיים של DNA. הם נבדלים זה מזה במיוחד ביחס לתחומי הכריכה שלהם ב- DNA ולמצב האוליגומריזציה שלהם.

המשפחות הנחקרות והמוכרות ביותר מסוג זה הם:

Helix-Turn-Helix (" helix-turn-helix ", HTH)

זו הייתה משפחת הגורמים הראשונה עם תחומים הקשורים ל- DNA שהתגלתה והיא קיימת בחלבונים אוקיארוטיים ופרוקריוטיים רבים. מוטיב ההכרה שלו מורכב מסליל α, מסתובב וסליל α שני.

הם שמרו על תחומי הגליצין באזור הפנייה וגם כמה שאריות הידרופוביות המסייעות בייצוב הסידור של שני הסלילים ביחידת ה- HTH.

Homeodomain

זה קיים במספר גדול של חלבונים רגולטוריים אקולוגיים. הרצפים הראשונים הוכרו בחלבונים ויסות התפתחותיים של תסיסנית. תחום זה מכיל מוטיב HTH לקשירת DNA ו ־ סליל נוסף, בנוסף לזרוע N-סופנית מורחבת.

אצבעות אבץ

הם התגלו בגורם התמלול Xenopus TFIIIA והוכחו כי הם משתתפים בהיבטים רבים של ויסות הגנים האוקריוטים. הם נמצאים בחלבונים הנגרמים על ידי אותות בידול וגידול, בפרוטו-אונקוגנים, ובכמה גורמי שעתוק כלליים.

הם מאופיינים בנוכחות חזרות אצווה של 30 מוטיבים של אצבעות אבץ שאריות המכילות שאריות ציסטאין והיסטידין שונות.

קולטני סטרואידים

משפחה זו כוללת חלבונים רגולטוריים חשובים שבנוסף לכך שהם בעלי תחום לקשירת הורמונים, הם בעלי תחום מחייב DNA ומשמשים בדרך כלל כפעילים לתמלול.

התחומים הקשורים מכילים 70 שאריות, ביניהן 8 שאריות ציסטאין שמורות. חלק מהמחברים סבורים כי גורמים אלה עשויים ליצור זוג אצבעות אבץ, נוכח נוכחות של שתי קבוצות של ארבע ציסטאינים.

סגירת לאוצין וסליל לולאה-לולאה (" סליל לולאה-סליל" )

גורמי התמלול הללו מעורבים בבידול והתפתחות ותפקוד על ידי היווצרות הטרודימר. תחום הסגירה של הליוצין נצפה בחלבונים אקולוגיים שונים ומתאפיין בשני תת-דומיינים: סגירת הליוצין המתווכת בדימריזציה ואזור בסיסי לקשירת DNA.

Β מוטיבים גיליון

הם נמצאים בעיקר בגורמים אקוארוטיים ומובחנים על ידי קשירה ל- DNA על ידי יריעות β אנטי-פאראלליות.

גורמי שעתוק עקיפים

גורם תעתיק מסוג זה מפעיל את השפעותיו הרגולטוריות על ביטוי גנים לא באמצעות אינטראקציה ישירה עם DNA, אלא באמצעות אינטראקציות חלבון-חלבון עם גורמי שעתוק אחרים שאינם מקיימים אינטראקציה עם DNA. זו הסיבה שהם נקראים "עקיפים".

הראשון שתואר היה הטרנס-אקטיב של נגיף הרפס סימפלקס (HSV) המכונה VP16, הנקשר לגורם Oct-1 כאשר התאים נדבקים בנגיף זה, וממריצים את התעתיק של גן ספציפי.

גורמים מסוג זה, כמו אלה שקשורים ל- DNA, יכולים להפעיל או להדחיק תעתיק גנים, וזו הסיבה שהם מכונים "קואקטטיבטורים" ו"כדכאוני לחץ "בהתאמה.

תַקָנָה

ניתן לווסת את החלבונים הללו בשני רמות: בסינתזה שלהם ובפעילותם, התלויה במשתנים שונים ובסיטואציות מרובות.

ויסות הסינתזה

ויסות הסינתזה שלה עשוי להיות קשור לביטוי הספציפי לרקמות של גורמי שעתוק מסוימים. דוגמה לכך יכולה להיות גורם ה- MyoD, המסונתז רק בתאי שרירי השלד ואשר הוא הכרחי לבידול של קודמי הפיברובלסט הבלתי מובחנים שלהם.

למרות שהוויסות של הסינתזה משמש בעיקר לבקרת ביטוי גנים בסוגי תאים וברקמות ספציפיות, זו אינה הדרך היחידה, שכן גם הסינתזה של גורמים המעורבים בהשראת גנים המשתתפים בתגובה מוסדרת. לגירויים שונים.

הסדרת הפעילות

מנגנון רגולטורי נוסף לגורמי שעתוק הוא ויסות הפעילות שלהם, הקשור בהפעלת גורמי שעתוק אחרים שקיימים לפני כן המפעילים השפעות חיוביות או שליליות על פעילותו של גורם מסוים.

הפעלת גורמים "משניים" אלה מתרחשת בדרך כלל באמצעות מנגנונים שונים כגון קשירת ליגנד, שינויים באינטראקציות חלבון-חלבון, זרחן, בין היתר.

תפקידים וחשיבות

גורמי התמלול משתתפים במגוון רחב של תהליכים כמו התפתחות עוברית, צמיחה והתמיינות, שליטה על מחזור התא, התאמה לתנאים סביבתיים משתנים, שמירה על דפוסי סינתזת חלבון ספציפיים לתאים ורקמות וכו '.

בצמחים, למשל, יש להם פונקציות חשובות בהגנה ובאירועי תגובה לסוגים שונים של לחץ. אוסטאוגנזה אצל בעלי חיים נקבעה כי היא נשלטת על ידי גורמי שעתוק, כמו גם תהליכי בידול רבים אחרים של קווי תאים שונים.

בהתחשב בחשיבותם של חלבונים אלה באורגניזמים, אין זה נדיר לחשוב כי שינויים באלמנטים רגולטוריים אלו יגרמו לשינויים פתולוגיים חמורים.

במקרה של בני אדם, הפתולוגיות הקשורות לגורמי שעתוק יכולות להיות הפרעות התפתחותיות (כתוצאה ממוטציות הגורמות להפסקת גורמי התמלול, למשל), הפרעות בתגובה ההורמונאלית או סרטן.

הפניות

1. אלברטס, ב., דניס, ב., הופקין, ק., ג'ונסון, א., לואיס, ג'., רף, מ., … וולטר, פ. (2004). ביולוגיה תאי חיונית. אבינגדון: גרלנד מדע, טיילור ופרנסיס.
2. Iwafuchi-doi, M., & Zaret, KS (2014). גורמי שעתוק חלוצים בתכנות מחדש של תאים. גנים ופיתוח, 28, 2679–2692.
3. Latchman, D. (1997). גורמי תמלול: סקירה כללית. בי. ג'י ביוכימ. תָא. ביול., 29 (12), 1305-1312.
4. Latchman, DS (2007). גורמי תמלול. אנציקלופדיה של מדעי החיים, 1-5.
5. מארי, PJ (2008). גורמי שעתוק השולטים על אוסטאובלסטוגנזה. ארכיונים לביוכימיה וביו-פיזיקה, 473, 98-105.
6. Pabo, C., & Sauer, RT (1992). גורמי שעתוק: משפחות מבניות ועקרונות של הכרת DNA. Annu. הכומר 61, 1053-1095.
7. Singh, KB, Foley, RC, and Oñate-sánchez, L. (2002). גורמי שעתוק בהגנת הצומח ותגובות לחץ. חוות דעת נוכחית בביולוגיה מהצומח, 5, 430-436.