בכל האורגניזמים (למעט כמה וירוסים), יישום החומר הגנטי מתרחש בהתאם למערכת DNA-RNA-חלבונים. בשלב הראשון, המידע נכתב מחדש (משועתק) מחומצת גרעין אחת לאחרת. החלבונים המווסתים תהליך זה נקראים גורמי שעתוק.
מהו תמלול
תעתוק הוא הביוסינתזה של מולקולת RNA המבוססת על תבנית DNA. זה אפשרי בשל ההשלמה של בסיסים חנקן מסוימים המרכיבים חומצות גרעין. הסינתזה מתבצעת על ידי אנזימים מיוחדים - RNA polymerases ונשלטת על ידי חלבונים רגולטוריים רבים.
כל הגנום אינו מועתק בבת אחת, אלא רק חלק מסוים ממנו, הנקרא תעתיק. האחרון כולל פרומוטור (אתר ההתקשרות של RNA פולימראז) ו-terminator (רצף שמפעיל את השלמת הסינתזה).
תעתיק פרוקריוטי הוא אופרון המורכב מכמה גנים מבניים (ציסטרונים). על בסיס זה, RNA פוליציסטרוני מסונתז,מכיל מידע על רצף חומצות האמינו של קבוצת חלבונים הקשורים פונקציונלית. תעתיק אוקריוטי מכיל רק גן אחד.
התפקיד הביולוגי של תהליך השעתוק הוא יצירת רצפי RNA של תבנית, שעל בסיסם מתבצעת סינתזת חלבון (תרגום) בריבוזומים.
סינתזת RNA בפרוקריוטים ואיקריוטים
סכימת סינתזת ה-RNA זהה עבור כל האורגניזמים וכוללת 3 שלבים:
- התחלה - הצמדת הפולימראז לפרומוטור, הפעלת התהליך.
- הארכה - הארכה של שרשרת הנוקלאוטידים בכיוון מקצה 3' ל-5' עם סגירת קשרי פוספודיסטר בין בסיסים חנקניים, הנבחרים משלימים למונומרים של DNA.
- סיום הוא השלמת תהליך הסינתזה.
בפרוקריוטות, כל סוגי ה-RNA משועתקים על ידי RNA פולימראז אחד, המורכב מחמישה פרוטומרים (β, β', ω ושתי תת-יחידות α), אשר יחד יוצרים אנזים ליבה המסוגל להגדיל את שרשרת הריבונוקלאוטידים. ישנה גם יחידה נוספת σ, שבלעדיה החיבור של הפולימראז לפרומוטור בלתי אפשרי. הקומפלקס של הליבה וגורם הסיגמא נקרא הולואנזים.
למרות העובדה שיחידת המשנה σ לא תמיד קשורה לליבה, היא נחשבת לחלק מהפולימראז של ה-RNA. במצב המנותק, סיגמה אינה מסוגלת להיקשר לפרומוטור, רק כחלק מההולואנזים. לאחר השלמת ההתחלה, פרוטומר זה נפרד מהליבה, מוחלף בגורם התארכות.
תכונהפרוקריוטים הם שילוב של תהליכי תרגום ותעתוק. ריבוזומים מצטרפים מיד ל-RNA שמתחיל להיות מסונתז ובונים שרשרת חומצות אמינו. השעתוק נפסק עקב היווצרות מבנה סיכת ראש באזור הטרמינטור. בשלב זה, קומפלקס ה-DNA-polymerase-RNA מתפרק.
בתאים איקריוטים, השעתוק מתבצע על ידי שלושה אנזימים:
- RNA polymerase l - מסנתז 28S ו-18S-ריבוזומלי RNA.
- RNA פולימראז ll - מתמלל גנים המקודדים לחלבונים ו-RNA גרעיני קטן.
- RNA polymerase lll - אחראי לסינתזה של tRNA ו-5S rRNA (יחידת משנה קטנה של ריבוזומים).
אף אחד מהאנזימים הללו אינו מסוגל ליזום שעתוק ללא השתתפות של חלבונים ספציפיים המספקים אינטראקציה עם הפרומוטור. המהות של התהליך זהה לזו של פרוקריוטים, אבל כל שלב הוא הרבה יותר מסובך עם השתתפותם של מספר גדול יותר של אלמנטים פונקציונליים ורגולטוריים, כולל אלה שמשנים כרומטין. בשלב ההתחלה בלבד מעורבים כמאה חלבונים, כולל מספר גורמי שעתוק, בעוד שבחיידקים מספיקה תת-יחידה אחת של סיגמא כדי להיקשר לפרומוטור ולעיתים יש צורך בסיוע של אקטיבטור.
התרומה החשובה ביותר של התפקיד הביולוגי של השעתוק בביוסינתזה של סוגים שונים של חלבונים קובעת את הצורך במערכת קפדנית לשליטה בקריאת גנים.
תקנת תמלול
בשום תא לא מתממש החומר הגנטי במלואו: רק חלק מהגנים מתועתקים, בעוד השאר אינם פעילים. זה אפשרי הודות למתחםמנגנוני ויסות הקובעים מאילו מקטעי DNA ובאיזה כמות יסונתזה רצפי RNA.
באורגניזמים חד-תאיים, לפעילות הדיפרנציאלית של גנים יש ערך אדפטיבי, בעוד שבאורגניזמים רב-תאיים היא קובעת גם את תהליכי העובר והאונטוגנזה, כאשר סוגים שונים של רקמות נוצרים על בסיס גנום אחד.
ביטוי גנים נשלט בכמה רמות. השלב החשוב ביותר הוא ויסות התמלול. המשמעות הביולוגית של מנגנון זה היא לשמור על הכמות הנדרשת של חלבונים שונים הנדרשים לתא או אורגניזם ברגע מסוים של קיום.
יש התאמה של הביוסינתזה ברמות אחרות, כמו עיבוד, תרגום והובלה של RNA מהגרעין לציטופלזמה (האחרון נעדר בפרוקריוטים). כשהן מווסתות בצורה חיובית, מערכות אלו אחראיות לייצור חלבון המבוסס על הגן המופעל, שהוא המשמעות הביולוגית של שעתוק. עם זאת, בכל שלב ניתן להשעות את השרשרת. כמה מאפיינים רגולטוריים באוקריוטים (מקדמים חלופיים, שחבור, שינוי של אתרי פוליאדנלציה) מובילים להופעה של גרסאות שונות של מולקולות חלבון המבוססות על אותו רצף DNA.
מאחר והיווצרות RNA היא השלב הראשון בפענוח המידע הגנטי בדרך לביו-סינתזה של חלבונים, התפקיד הביולוגי של תהליך התעתוק בשינוי הפנוטיפ של התא הוא הרבה יותר משמעותי מאשר ויסות העיבוד או התרגום.
קביעת הפעילות של גנים ספציפיים כמו בהן בפרוקריוטים והן באוקריוטים, היא מתרחשת בשלב ההתחלה בעזרת מתגים ספציפיים, הכוללים אזורים מווסתים של DNA וגורמי שעתוק (TFs). פעולתם של מתגים כאלה אינה אוטונומית, אלא נמצאת בשליטה קפדנית של מערכות סלולריות אחרות. ישנם גם מנגנונים של ויסות לא ספציפי של סינתזת RNA, המבטיחים מעבר נורמלי של התחלה, התארכות וסיום.
המושג של גורמי תמלול
בניגוד לאלמנטים הרגולטוריים של הגנום, גורמי שעתוק הם חלבונים מבחינה כימית. על ידי קישור לאזורים ספציפיים של DNA, הם יכולים להפעיל, לעכב, להאיץ או להאט את תהליך השעתוק.
בהתאם להשפעה המופקת, ניתן לחלק את גורמי השעתוק של פרוקריוטים ואיקריוטים לשתי קבוצות: מפעילים (מפעילים או מגבירים את עוצמת סינתזת ה-RNA) ומדכאים (מדכאים או מעכבים את התהליך). נכון לעכשיו, יותר מ-2000 TFs נמצאו באורגניזמים שונים.
ויסות תעתיק בפרוקריוטים
בפרוקריוטים, השליטה בסינתזת RNA מתרחשת בעיקר בשלב ההתחלה עקב האינטראקציה של TF עם אזור ספציפי של התמלול - אופרטור שנמצא ליד הפרומוטור (לעיתים מצטלב איתו) ו, למעשה, הוא אתר נחיתה לחלבון הרגולטורי (מפעיל או מדכא). חיידקים מאופיינים בדרך אחרת של בקרה דיפרנציאלית של גנים - סינתזה של תת יחידות σ חלופיות המיועדות לקבוצות שונות של מקדמים.
ביטוי אופרון חלקיניתן לווסת בשלבי התארכות וסיום, אך לא בשל TFs קושרי DNA, אלא בשל אינטראקציה של חלבונים עם RNA פולימראז. אלה כוללים חלבוני Gre ואת גורמי האנטי-טרמינטורים Nus ו-RfaH.
ההתארכות והסיום של שעתוק בפרוקריוטים מושפעים בצורה מסוימת מסינתזת החלבון המקבילה. באוקריוטים, גם התהליכים עצמם וגם גורמי התעתיק והתרגום מופרדים מרחבית, מה שאומר שהם לא קשורים מבחינה תפקודית.
מפעילים ומדכאים
לפרוקריוטים יש שני מנגנונים של ויסות שעתוק בשלב ההתחלה:
- חיובי - מתבצע על ידי חלבוני מפעיל;
- negative - נשלט על ידי מדכאים.
כשהגורם מווסת בצורה חיובית, ההצמדה של הגורם למפעיל מפעילה את הגן, וכשהוא שלילי, להיפך, היא מכבה אותו. היכולת של חלבון רגולטורי להיקשר ל-DNA תלויה בהתקשרות של ליגנד. את התפקיד של האחרון ממלאים בדרך כלל מטבוליטים סלולריים במשקל מולקולרי נמוך, שבמקרה זה פועלים כ-coactivators ו-corepressors.
מנגנון הפעולה של המדכא מבוסס על חפיפה של אזורי מקדם ואופרטור. באופרונים עם מבנה זה, התקשרות של גורם חלבוני ל-DNA סוגרת חלק מאתר הנחיתה של RNA פולימראז, ומונעת מהאחרון ליזום שעתוק.
מפעילים עובדים על מקדמים חלשים ובעלי פונקציונליות נמוכה אשר מזוהים בצורה גרועה על ידי פולימראזות RNA או שקשה להמיס אותם (גדילי סליל נפרדיםה-DNA נדרש לתחילת שעתוק). על ידי הצטרפות למפעיל, גורם החלבון יוצר אינטראקציה עם הפולימראז, ומגדיל באופן משמעותי את ההסתברות להתחלות. מפעילים מסוגלים להגביר את עוצמת התמלול פי 1000.
כמה TFs פרוקריוטיים יכולים לשמש גם כמפעילים וגם כמדכאים בהתאם למיקום המפעיל ביחס למקדם: אם אזורים אלה חופפים, הגורם מעכב את השעתוק, אחרת הוא מפעיל.
| פונקציית Ligand ביחס לפקטור | מדינת Ligand | רגולציה שלילית | רגולציה חיובית |
| מספק הפרדה מ-DNA | מצטרפים | הסרת החלבון המדכא, הפעלת הגן | הסרת חלבון מפעיל, כיבוי גנים |
| מוסיף גורם ל-DNA | Delete | הסרת מדחק, הכללת תמלול | הסר את המפעיל, כבה את התמלול |
ניתן לשקול ויסות שלילי בדוגמה של אופרון הטריפטופן של החיידק E. coli, המתאפיין במיקום המפעיל בתוך רצף הפרומטור. החלבון המדכא מופעל על ידי התקשרות של שתי מולקולות טריפטופן, שמשנות את הזווית של תחום קושר ה-DNA כך שהוא יכול להיכנס לחריץ הראשי של הסליל הכפול. בריכוז נמוך של טריפטופן, המדכא מאבד את הליגנד שלו והופך שוב לבלתי פעיל. במילים אחרות, תדירות התחלת התמלולביחס הפוך לכמות המטבוליט.
כמה אופרונים חיידקיים (לדוגמה, לקטוז) משלבים מנגנוני ויסות חיוביים ושליליים. מערכת כזו נחוצה כאשר אות אחד אינו מספיק לשליטה רציונלית בביטוי. לפיכך, האופרון הלקטוז מקודד לאנזימים שמעבירים לתא ולאחר מכן מפרקים את הלקטוז, מקור אנרגיה חלופי שפחות משתלם מגלוקוז. לכן, רק בריכוז נמוך של האחרון, חלבון CAP נקשר ל-DNA ומתחיל שעתוק. עם זאת, הדבר מומלץ רק בנוכחות לקטוז, שהיעדרו מוביל להפעלת ה-Lac repressor, החוסם את הגישה של הפולימראז לפרומוטור גם בנוכחות צורה פונקציונלית של חלבון המפעיל.
בשל מבנה האופרון בחיידקים, מספר גנים נשלטים על ידי אזור רגולטורי אחד ו-1-2 TFs, בעוד שבאוקריוטים, לגן בודד יש מספר רב של אלמנטים רגולטוריים, שכל אחד מהם תלוי ברבים אחרים גורמים. מורכבות זו תואמת את רמת הארגון הגבוהה של אוקריוטים, ובמיוחד של אורגניזמים רב-תאיים.
וויסות סינתזת mRNA באיקריוטים
השליטה בביטוי גנים אוקריוטיים נקבעת על ידי פעולה משולבת של שני אלמנטים: עובדות שעתוק חלבון (TF) ורצפי DNA רגולטוריים שיכולים להיות ממוקמים ליד הפרומוטור, גבוה בהרבה ממנו, באינטרונים או אחרי גן (הכוונה לאזור המקודד, ולא גן במלוא משמעותו).
אזורים מסוימים פועלים כמתגים, אחרים אינם מקיימים אינטראקציהישירות עם TF, אך נותנים למולקולת ה-DNA את הגמישות הדרושה ליצירת מבנה דמוי לולאה המלווה את תהליך ההפעלה של התעתיק. אזורים כאלה נקראים מרווחים. כל הרצפים הרגולטוריים יחד עם הפרומוטור מהווים את אזור בקרת הגנים.
ראוי לציין שהפעולה של גורמי השעתוק עצמם היא רק חלק מרגולציה רב-שכבתית מורכבת של ביטוי גנטי, שבו מספר עצום של אלמנטים מצטברים לוקטור המתקבל, שקובע האם RNA בסופו של דבר מסונתז מאזור מסוים של הגנום.
גורם נוסף בשליטה על התעתיק בתא הגרעיני הוא שינוי במבנה הכרומטין. כאן, הן רגולציה מוחלטת (הניתנת על ידי התפלגות אזורי הטרוכרומטין ואוכרומטין) והן רגולציה מקומית הקשורה לגן ספציפי. כדי שפולימראז יפעל, יש לבטל את כל רמות הדחיסה של ה-DNA, כולל הנוקלאוזום.
המגוון של גורמי התעתוק באאוקריוטים קשור למספר רב של מווסתים, הכוללים מגברים, משתיקים (משפרים ומשתיקים), כמו גם אלמנטים מתאמים ומבודדים. אתרים אלה יכולים להיות ממוקמים בקרבת ובמרחק ניכר מהגן (עד 50 אלף bp).
משפרים, משתיקים ורכיבי מתאם
משפרים הם DNA רציף קצר המסוגל לעורר שעתוק בעת אינטראקציה עם חלבון רגולטורי. קירוב המגבר לאזור הפרומוטור של הגןמתבצעת עקב היווצרות מבנה דמוי לולאה של DNA. קשירה של מפעיל למשפר או מגרה את ההרכבה של קומפלקס ההתחלה או עוזרת לפולימראז להמשיך להתארכות.
למשפר מבנה מורכב והוא מורכב מכמה אתרי מודול, שלכל אחד מהם יש חלבון רגולטורי משלו.
משתיקים הם אזורי DNA המדכאים או שוללים לחלוטין את האפשרות של שעתוק. מנגנון הפעולה של מתג כזה עדיין לא ידוע. אחת השיטות המשוערות היא כיבוש אזורים גדולים של DNA על ידי חלבונים מיוחדים מקבוצת SIR, החוסמים גישה לגורמי התחלה. במקרה זה, כל הגנים הממוקמים בתוך כמה אלפי זוגות בסיסים מהמשתיק כבויים.
אלמנטים של מתאם בשילוב עם TFs הנקשרים אליהם מהווים מחלקה נפרדת של מתגים גנטיים המגיבים באופן סלקטיבי להורמונים סטרואידים, AMP מחזורי וגלוקוקורטיקואידים. חסם רגולטורי זה אחראי לתגובת התא להלם חום, חשיפה למתכות ותרכובות כימיות מסוימות.
בין אזורי בקרת ה-DNA מובחן סוג נוסף של יסודות - מבודדים. אלו הם רצפים ספציפיים שמונעים מגורמי שעתוק להשפיע על גנים מרוחקים. מנגנון הפעולה של מבודדים טרם הובהר.
גורמי שעתוק אוקריוטיים
אם לגורמי שעתוק בחיידקים יש רק פונקציה רגולטורית, אז בתאים גרעיניים יש קבוצה שלמה של TFs המספקים התחלת רקע, אך במקביל תלויים ישירות בקשירה לחלבונים מווסתים של DNA. המספר והמגוון של האחרונים באוקריוטים הם עצומים. לפיכך, בגוף האדם, שיעור הרצפים המקודדים לגורמי שעתוק חלבון הוא כ-10% מהגנום.
עד היום, TFs איקריוטיים אינם מובנים היטב, וכך גם מנגנוני הפעולה של מתגים גנטיים, שמבנהם הרבה יותר מסובך מהמודלים של ויסות חיובי ושלילי בחיידקים. בניגוד לאחרונים, פעילותם של גורמי שעתוק תאים גרעיניים מושפעת לא מאחד או שניים, אלא מעשרות ואף מאות של אותות שיכולים לחזק הדדית, להחליש או להוציא זה את זה.
מצד אחד, הפעלה של גן מסוים דורשת קבוצה שלמה של גורמי שעתוק, אך מצד שני, חלבון רגולטורי אחד עשוי להספיק כדי לעורר ביטוי של מספר גנים על ידי מנגנון המפל. כל המערכת הזו היא מחשב מורכב שמעבד אותות ממקורות שונים (חיצוניים ופנימיים כאחד) ומוסיף את ההשפעות שלהם לתוצאה הסופית עם סימן פלוס או מינוס.
גורמי שעתוק רגולטוריים באאוקריוטים (מפעילים ומדחיקים) אינם מקיימים אינטראקציה עם המפעיל, כמו בחיידקים, אלא עם אתרי בקרה הפזורים על פני ה-DNA ומשפיעים על התחלת דרך מתווכים, שיכולים להיות חלבונים מתווכים, גורמים של קומפלקס ההתחלה ואנזימים המשנים את מבנה הכרומטין.
למעט כמה TFs הכלולים בתסביך טרום-התחלה, לכל גורמי התעתוק יש תחום מחייב DNA המבדילאותם מחלבונים רבים אחרים המבטיחים מעבר נורמלי של שעתוק או פועלים כמתווכים ברגולציה שלו.
מחקרים אחרונים הראו ש-TFs איקריוטיים יכולים להשפיע לא רק על ההתחלה אלא גם על התארכות השעתוק.
מגוון וסיווג
באאוקריוטים, קיימות 2 קבוצות של גורמי שעתוק חלבון: בזאלי (נקרא אחרת כללי או ראשי) ורגולטורי. הראשונים אחראים על ההכרה במקדמים ויצירת מתחם טרום-ייזום. נדרש כדי להתחיל בתמלול. קבוצה זו כוללת כמה עשרות חלבונים שנמצאים תמיד בתא ואינם משפיעים על הביטוי הדיפרנציאלי של גנים.
קומפלקס גורמי השעתוק הבסיסיים הוא כלי דומה בתפקוד לתת-יחידת הסיגמא בחיידקים, רק מורכב יותר ומתאים לכל סוגי המקדמים.
גורמים מסוג אחר משפיעים על שעתוק באמצעות אינטראקציה עם רצפי DNA מווסתים. מכיוון שהאנזימים הללו הם ספציפיים לגנים, יש מספר עצום מהם. על ידי קשירה לאזורים של גנים ספציפיים, הם שולטים בהפרשת חלבונים מסוימים.
סיווג גורמי שעתוק באוקריוטים מבוסס על שלושה עקרונות:
- מנגנון פעולה;
- תנאי תפקוד;
- מבנה של תחום מחייב ה-DNA.
לפי התכונה הראשונה, ישנן 2 מחלקות של גורמים: בסיס (אינטראקציה עם הפרומוטור) וקשירה לאזורים במעלה הזרם (אזורים מווסתים הממוקמים במעלה הזרם של הגן). הסוג הזההסיווג תואם בעיקרו את החלוקה הפונקציונלית של TF לכללי וספציפי. גורמים במעלה הזרם מחולקים ל-2 קבוצות בהתאם לצורך בהפעלה נוספת.
לפי תכונות התפקוד, TFs מכוננים מובחנים (נוכחים תמיד בכל תא) וניתנים לשרירה (לא מאפיין את כל סוגי התאים ועשויים לדרוש מנגנוני הפעלה מסוימים). גורמים של הקבוצה השנייה, בתורם, מחולקים לתאים ספציפיים (משתתפים באונטוגניה, מאופיינים בבקרת ביטוי קפדנית, אך אינם דורשים הפעלה) ותלויי אותות. האחרונים מובחנים בהתאם לסוג ואופן הפעולה של האות המפעיל.
הסיווג המבני של גורמי שעתוק חלבון הוא נרחב מאוד וכולל 6 מחלקות-על, הכוללות מחלקות ומשפחות רבות.
עקרון הפעולה
תפקוד הגורמים הבסיסיים הוא מכלול מפל של תת-יחידות שונות עם היווצרות של קומפלקס ייזום והפעלה של שעתוק. למעשה, תהליך זה הוא השלב האחרון בפעולת החלבון המפעיל.
גורמים ספציפיים יכולים לווסת את התמלול בשני שלבים:
- הרכבת מתחם החניכה;
- מעבר להתארכות פרודוקטיבית.
במקרה הראשון, העבודה של TFs ספציפיים מצטמצמת לסידור מחדש ראשוני של כרומטין, כמו גם הגיוס, ההתמצאות והשינוי של המתווך, הפולימראז והגורמים הבסיסיים על המקדם, מה שמוביל להפעלה של תמלול. המרכיב העיקרי של העברת אותות הוא המתווך - קומפלקס של 24 יחידות משנה הפועלות בוכמתווך בין החלבון הרגולטורי ל-RNA פולימראז. רצף האינטראקציות הוא אינדיבידואלי עבור כל גן והגורם המתאים לו.
וויסות ההתארכות מתבצע עקב האינטראקציה של הגורם עם החלבון P-Tef-b, שעוזר ל-RNA פולימראז להתגבר על ההפסקה הקשורה למקדם.
מבנים פונקציונליים של TF
לגורמי תמלול יש מבנה מודולרי ומבצעים את עבודתם באמצעות שלושה תחומים פונקציונליים:
- DNA-binding (DBD) - נדרש לזיהוי ואינטראקציה עם האזור הרגולטורי של הגן.
- Trans-activating (TAD) – מאפשר אינטראקציה עם חלבונים רגולטוריים אחרים, כולל גורמי שעתוק.
- זיהוי אותות (SSD) - נדרש לתפיסה ושידור של אותות רגולטוריים.
בתורו, לתחום מחייב DNA יש סוגים רבים. המניעים העיקריים במבנה שלו כוללים:
- "אצבעות אבץ";
- homeodomain;
- "β"-שכבות;
- לולאות;
- "לאוצין ברק";
- spiral-loop-spiral;
- ספירלה-סיבוב-ספירלה.
תודות לתחום זה, גורם השעתוק "קורא" את רצף הנוקלאוטידים של ה-DNA בצורה של תבנית על פני הסליל הכפול. בשל כך, הכרה ספציפית של אלמנטים רגולטוריים מסוימים אפשריים.
האינטראקציה של מוטיבים עם סליל ה-DNA מבוססת על ההתאמה המדויקת בין המשטחים של אלהמולקולות.
רגולציה וסינתזה של TF
ישנן מספר דרכים לווסת את השפעת גורמי התמלול על התמלול. אלה כוללים:
- הפעלה - שינוי בפונקציונליות של הגורם ביחס ל-DNA עקב זרחון, הצמדות ליגנד או אינטראקציה עם חלבונים רגולטוריים אחרים (כולל TF);
- טרנסלוקציה - הובלה של גורם מהציטופלזמה לגרעין;
- זמינות אתר הקישור - תלוי במידת עיבוי הכרומטין (במצב של הטרוכרומטין, DNA אינו זמין עבור TF);
- קומפלקס של מנגנונים האופייניים גם לחלבונים אחרים (ויסות של כל התהליכים מתעתוק ועד לשינוי שלאחר תרגום ולוקליזציה תוך-תאית).
השיטה האחרונה קובעת את ההרכב הכמותי והאיכותי של גורמי שעתוק בכל תא. חלק מה-TFs מסוגלים לווסת את הסינתזה שלהם בהתאם לסוג המשוב הקלאסי, כאשר המוצר שלו הופך למעכב התגובה. במקרה זה, ריכוז מסוים של הגורם עוצר את השעתוק של הגן המקודד לו.
גורמי תמלול כלליים
גורמים אלו נחוצים כדי להתחיל את השעתוק של גנים כלשהם והם מוגדרים במינוח כ- TFl, TFll ו- TFlll בהתאם לסוג הפולימראז של ה-RNA איתו הם מקיימים אינטראקציה. כל גורם מורכב ממספר יחידות משנה.
בסיסי TF מבצעים שלוש פונקציות עיקריות:
- מיקום נכון של RNA פולימראז על המקדם;
- התנתקות של שרשראות DNA באזור תחילת השעתוק;
- שחרור פולימראז ממקדם ברגע המעבר להתארכות;
יחידות משנה מסוימות של גורמי שעתוק בסיסיים נקשרות לאלמנטים רגולטוריים של פרומטור. החשובה ביותר היא קופסת ה-TATA (לא אופיינית לכל הגנים), הממוקמת במרחק של "-35" נוקלאוטידים מנקודת ההתחלה. אתרי קישור אחרים כוללים את רצפי INR, BRE ו-DPE. חלק מה-TFs אינם יוצרים קשר ישירות עם DNA.
קבוצת גורמי השעתוק העיקריים של RNA פולימראז ll כוללת את TFllD, TFllB, TFllF, TFllE ו-TFllH. האות הלטינית בסוף הייעוד מציינת את סדר הגילוי של חלבונים אלו. לפיכך, הגורם TFlllA, השייך לפולימראז RNA lll, היה הראשון שבודד.
| שם | מספר תת-יחידות החלבון | פונקציה |
| TFllD | 16 (TBP +15 TAFs) | TBP נקשר לתיבת TATA ו-TAFs מזהים רצפי מקדם אחרים |
| TFllB | 1 | מזהה אלמנט BRE, מכוון במדויק את הפולימראז באתר ההתחלה |
| TFllF | 3 | מייצב אינטראקציה של פולימראז עם TBP ו-TFllB, מקל על התקשרות של TFllE ו-TFllH |
| TFllE | 2 | מחבר ומתאים את TFllH |
| TFllH | 10 | מפריד בין שרשראות DNA בנקודת ההתחלה, משחרר את האנזים מסנתז RNA מהפרוטור ומגורמי שעתוק עיקריים (ביוכימיההתהליך מבוסס על זרחון של התחום Cer5-C-terminal של RNA פולימראז) |
הרכבה של TF בזאלי מתרחשת רק בסיוע של מפעיל, מתווך וחלבונים משנים כרומטין.
ספציפי TF
באמצעות בקרה של ביטוי גנטי, גורמי שעתוק אלה מווסתים את התהליכים הביוסינתטיים של תאים בודדים ושל האורגניזם כולו, מעוברות ועד הסתגלות פנוטיפית עדינה לתנאי סביבה משתנים. תחום ההשפעה של ה-TF כולל 3 בלוקים עיקריים:
- התפתחות (עוברים ואונטוגניות);
- מחזור התא;
- תגובה לאותות חיצוניים.
קבוצה מיוחדת של גורמי שעתוק מסדירה את ההתמיינות המורפולוגית של העובר. ערכת חלבונים זו מקודדת על ידי רצף קונצנזוס מיוחד של 180 bp הנקרא homeobox.
כדי לקבוע איזה גן יש לתמלל, החלבון הרגולטורי חייב "למצוא" ולהיקשר לאתר DNA ספציפי שפועל כמתג גנטי (משפר, משתיק וכו'). כל רצף כזה מתאים לגורם שעתוק קשור אחד או יותר המזהים את האתר הרצוי עקב צירוף המקרים של הקונפורמציות הכימיות של מקטע חיצוני מסוים של הסליל ושל תחום ה-DNA מחייב (עקרון מפתח-נעילת). לצורך זיהוי, נעשה שימוש באזור של המבנה הראשוני של ה-DNA הנקרא החריץ הראשי.
לאחר קשירה לפעולת DNAחלבון הפעיל מפעיל סדרה של שלבים עוקבים המובילים להרכבה של קומפלקס הפרה-initiator. הסכימה הכללית של תהליך זה היא כדלקמן:
- Activator מקשר לכרומטין באזור הפרומטור, גיוס מתחמי סידור מחדש תלויי ATP.
- סידור מחדש של כרומטין, הפעלה של חלבונים משנים היסטון.
- שינוי קוולנטי של היסטונים, משיכה של חלבוני מפעיל אחרים.
- קישור חלבונים מפעילים נוספים לאזור הרגולטורי של הגן.
- מעורבות של מתווך ו-TF כללי.
- הרכבת מתחם טרום-ייזום על המקדם.
- השפעה של חלבונים מפעילים אחרים, סידור מחדש של יחידות משנה של קומפלקס טרום-התחלה.
- התחלת תמלול.
סדר האירועים האלה עשוי להשתנות מגן לגן.
למספר כה גדול של מנגנוני הפעלה מתאימים מגוון רחב לא פחות של שיטות הדחקה. כלומר, על ידי עיכוב אחד השלבים בדרך להתנעה, החלבון הרגולטורי יכול להפחית את יעילותו או לחסום אותו לחלוטין. לרוב, המדכא מפעיל מספר מנגנונים בו-זמנית, מה שמבטיח היעדר תעתיק.
שליטה מתואמת בגנים
למרות העובדה שלכל תעתיק יש מערכת רגולטורית משלו, לאאוקריוטים יש מנגנון המאפשר, כמו חיידקים, להתחיל או לעצור קבוצות של גנים שמטרתן לבצע משימה מסוימת. זה מושג על ידי גורם הקובע תמלול שמשלים את השילוביםאלמנטים רגולטוריים אחרים הדרושים להפעלה או דיכוי מקסימליים של הגן.
בתעתיקים הכפופים לרגולציה כזו, האינטראקציה של רכיבים שונים מובילה לאותו חלבון, שפועל כווקטור המתקבל. לכן, ההפעלה של גורם כזה משפיעה על מספר גנים בבת אחת. המערכת פועלת על עיקרון של מפל.
ניתן לשקול את סכימת הבקרה המתואמת על דוגמה של התמיינות אונטוגנטית של תאי שריר השלד, שמבשריהם הם מיובלסטים.
תעתיק של גנים המקודדים לסינתזה של חלבונים האופייניים לתא שריר בוגר מופעל על ידי כל אחד מארבעה גורמים מיוגניים: MyoD, Myf5, MyoG ו- Mrf4. חלבונים אלו מפעילים את הסינתזה של עצמם ושל זה, וכוללים גם את הגנים של גורם השעתוק הנוסף Mef2 וחלבוני שריר מבניים. Mef2 מעורב בוויסות התמיינות נוספת של מיובלסטים, תוך שמירה בו-זמנית על ריכוז החלבונים המיוגניים על ידי מנגנון משוב חיובי.
