Активатор (генетика)
транскрипции Активатор — это белок ( фактор транскрипции ), который увеличивает транскрипцию гена или набора генов. [1] Считается, что активаторы обладают положительным контролем над экспрессией генов, поскольку они способствуют транскрипции генов и, в некоторых случаях, необходимы для осуществления транскрипции генов. [1] [2] [3] [4] Большинство активаторов представляют собой ДНК-связывающие белки , которые связываются с энхансерами или проксимальными элементами промотора . [1] Сайт ДНК, связанный с активатором, называется «сайтом связывания активатора». [3] Часть активатора, которая осуществляет белок-белковые взаимодействия с общим механизмом транскрипции, называется «активирующей областью» или «доменом активации». [1]
Большинство активаторов действуют путем специфичного связывания последовательности с регуляторным участком ДНК, расположенным рядом с промотором , и осуществляя белок-белковые взаимодействия с общим механизмом транскрипции ( РНК-полимеразой и общими факторами транскрипции ), тем самым облегчая связывание общего механизма транскрипции с промотором. [1] [2] [3] [4] Другие активаторы способствуют транскрипции генов, заставляя РНК-полимеразу высвобождаться из промотора и продвигаться по ДНК. [2] Иногда РНК-полимераза может приостановиться вскоре после выхода из промотора; Активаторы также действуют, позволяя этим «остановившимся» РНК-полимеразам продолжать транскрипцию. [1] [2]
Активность активаторов можно регулировать. Некоторые активаторы имеют аллостерический сайт и могут функционировать только тогда, когда определенная молекула связывается с этим сайтом, по сути, включая 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 эукариотах, с сайтом связывания могут связываться несколько активаторов; эти активаторы имеют тенденцию связываться кооперативно и взаимодействовать синергетически. [1] [2]
Структура
[ редактировать ]Белки-активаторы состоят из двух основных доменов : ДНК-связывающего домена , который связывается с последовательностью ДНК, специфичной для активатора, и домена активации , который действует для увеличения транскрипции генов путем взаимодействия с другими молекулами. [1] ДНК-связывающие домены активатора имеют различные конформации, в том числе 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] Домены активации также бывают различных типов, которые классифицируются на основе аминокислотной последовательности домена, включая богатые аланином , богатые глутамином и кислотные домены. [1] Эти домены не столь специфичны и имеют тенденцию взаимодействовать с множеством молекул-мишеней. [1]
Активаторы также могут иметь аллостерические сайты , отвечающие за включение и выключение самих активаторов. [4]
Механизм действия
[ редактировать ]Связывание активатора с регуляторными последовательностями
[ редактировать ]В бороздках двойной спирали ДНК обнажены функциональные группы пар оснований. [2] Таким образом, последовательность ДНК создает уникальный рисунок 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 боковых цепей аминокислот, составляющих белок-активатор, 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 основными бороздками двойной спирали, поскольку эти области имеют тенденцию быть шире, но есть некоторые, которые связываются с второстепенными бороздками. [1] [2] [3]
Сайты связывания активатора могут располагаться очень близко к промотору или на расстоянии многих пар оснований. [2] [3] Если регуляторная последовательность расположена далеко, ДНК будет закольцовываться (петля ДНК), чтобы связанный активатор мог взаимодействовать с механизмом 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, с которыми связываются активаторы, обычно находятся выше промотора, но их также можно найти ниже или даже внутри интронов у эукариот. [1] [2] [3]
Функции увеличения транскрипции генов
[ редактировать ]Связывание активатора с его регуляторной последовательностью способствует транскрипции гена, обеспечивая активность РНК-полимеразы. [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 персонала
[ редактировать ]Гены, контролируемые активаторами, требуют связывания активаторов с регуляторными сайтами, чтобы рекрутировать необходимый транскрипционный аппарат в область промотора. [1] [2] [3]
Взаимодействия активатора с РНК-полимеразой преимущественно прямые у прокариот и непрямые у эукариот. [2] У прокариот активаторы имеют тенденцию напрямую контактировать с РНК-полимеразой, чтобы помочь ей связать ее с промотором. [2] У эукариот активаторы в основном взаимодействуют с другими белками, и именно эти белки затем будут взаимодействовать с РНК-полимеразой. [2]
Прокариоты
[ редактировать ]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 осуществляется с помощью различных механизмов. Активаторы могут изгибать ДНК, чтобы лучше обнажить промотор, чтобы РНК-полимераза могла связываться более эффективно. [3] Активаторы могут вступать в прямой контакт с РНК-полимеразой и закреплять ее на промоторе. [2] [3] [4]
Эукариоты
[ редактировать ]У эукариот активаторы имеют множество различных молекул-мишеней, которые они могут рекрутировать для стимулирования транскрипции генов. [1] [2] Они могут рекрутировать другие транскрипционные факторы и кофакторы , необходимые для инициации транскрипции. [1] [2]
Активаторы могут рекрутировать молекулы, известные как коактиваторы . [1] [2] Эти молекулы-коактиваторы затем могут выполнять функции, необходимые для начала транскрипции, вместо самих активаторов, например, модификации хроматина. [1] [2]
ДНК у эукариот гораздо более конденсирована; таким образом, активаторы имеют тенденцию рекрутировать белки, которые способны реструктурировать хроматин, чтобы промотор стал более доступным для транскрипционного аппарата. [1] [2] Некоторые белки изменяют расположение нуклеосом вдоль ДНК, чтобы обнажить участок промотора ( АТФ-зависимые комплексы ремоделирования хроматина ). [1] [2] Другие белки влияют на связывание между гистонами и ДНК посредством посттрансляционных модификаций гистонов , позволяя ДНК, плотно обернутой в нуклеосомах, ослабнуть. [1] [2]
Все эти привлеченные молекулы работают вместе, чтобы в конечном итоге привлечь РНК-полимеразу к промоторному сайту. [1] [2]
Высвобождение РНК-полимеразы
[ редактировать ]Активаторы могут способствовать транскрипции генов, сигнализируя РНК-полимеразе о необходимости выйти за пределы промотора и продолжить движение вдоль ДНК, инициируя начало транскрипции. [2] РНК-полимераза иногда может приостанавливать работу 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, запускающий дальнейшее движение РНК-полимеразы. [2] Если ДНК слишком конденсирована, чтобы позволить РНК-полимеразе продолжить транскрипцию, активаторы могут рекрутировать белки, которые могут реструктурировать ДНК, удаляя любые блоки. [1] [2] Активаторы могут также способствовать привлечению факторов элонгации, которые необходимы РНК-полимеразе для продолжения транскрипции. [1] [2]
Регуляция активаторов
[ редактировать ]Существуют разные способы регулирования активности самих активаторов, чтобы гарантировать, что активаторы стимулируют транскрипцию генов в подходящее время и на соответствующих уровнях. [1] Активность активатора может увеличиваться или уменьшаться в ответ на раздражители окружающей среды или другие внутриклеточные сигналы. [1]
Активация белков-активаторов
[ редактировать ]Активаторы часто необходимо «включить», прежде чем они смогут способствовать транскрипции генов. [2] [3] [4] Активность активаторов контролируется способностью активатора связываться со своим регуляторным участком на ДНК. [2] [3] [4] ДНК-связывающий домен активатора имеет активную форму и неактивную форму, которые контролируются связыванием молекул, известных как аллостерические эффекторы, с аллостерическим сайтом активатора. [4]
Активаторы в своей неактивной форме не связаны с какими-либо аллостерическими эффекторами. [4] В неактивном состоянии активатор не способен связываться со своей специфической регуляторной последовательностью в ДНК и, таким образом, не оказывает регуляторного влияния на транскрипцию генов. [4]
Когда аллостерический эффектор связывается с аллостерическим сайтом активатора, происходит конформационное изменение ДНК-связывающего домена, что позволяет белку связываться с ДНК и увеличивать транскрипцию гена. [2] [4]
Посттрансляционные модификации
[ редактировать ]Некоторые активаторы способны претерпевать посттрансляционные модификации , которые влияют на их активность внутри клетки. [1] Было замечено, что такие процессы, как фосфорилирование , ацетилирование и убиквитинирование , среди прочих, регулируют активность активаторов. [1] В зависимости от добавляемой химической группы, а также природы самого активатора посттрансляционные модификации могут как увеличивать, так и уменьшать активность активатора. [1] Например, было замечено, что ацетилирование увеличивает активность некоторых активаторов за счет таких механизмов, как увеличение аффинности 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
[ редактировать ]У прокариот одинокий белок-активатор способен стимулировать транскрипцию. [2] [3] У эукариотов в месте связывания обычно собирается более одного активатора, образуя комплекс, который способствует транскрипции. [1] [2] Эти активаторы кооперативно связываются в сайте связывания, а это означает, что связывание одного активатора увеличивает сродство сайта к связыванию другого активатора (или, в некоторых случаях, другого регулятора транскрипции), что облегчает связывание нескольких активаторов с сайтом. [1] [2] В этих случаях активаторы взаимодействуют друг с другом синергетически , а это означает, что скорость транскрипции, достигаемая за счет совместной работы нескольких активаторов, намного выше, чем аддитивные эффекты активаторов, если бы они работали индивидуально. [1] [2]
Примеры
[ редактировать ]Регуляция катаболизма мальтозы
[ редактировать ]Расщепление мальтозы в Escherichia coli контролируется активацией генов. [3] Гены, кодирующие ферменты, ответственные за катаболизм мальтозы, могут транскрибироваться только в присутствии активатора. [3] Активатор, контролирующий транскрипцию ферментов мальтозы, «выключен» в отсутствие мальтозы. [3] В неактивной форме активатор не способен 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 со своей специфической регуляторной последовательностью ДНК. [3] [4] Связывание активатора с его регуляторным участком способствует связыванию РНК-полимеразы с промотором и, следовательно, транскрипции, вырабатывая ферменты, необходимые для расщепления мальтозы, попавшей в клетку. [3]
Регуляция лак -оперона
[ редактировать ]Белок -активатор катаболита (CAP), также известный как белок рецептора цАМФ (CRP), активирует транскрипцию lac- оперона бактерии Escherichia coli . [5] Циклический аденозинмонофосфат (цАМФ) вырабатывается во время глюкозного голодания; 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] Затем CAP осуществляет прямое белок-белковое взаимодействие с РНК-полимеразой, которая рекрутирует РНК-полимеразу на lac-промотор. [5]
См. также
[ редактировать ]- Активация CRISPR
- Бактериальная транскрипция
- Коактиватор (генетика)
- Эукариотическая транскрипция
- Глоссарий терминов, связанных с экспрессией генов
- Оперон
- Промоутер (биология)
- Регуляция экспрессии генов
- Репрессор
- хлюпанье
- Транскрипционный фактор
Ссылки
[ редактировать ]- ↑ Перейти обратно: Перейти обратно: а б с д и ж г час я дж к л м н тот п д р с т в v В х и С аа аб и объявление но из в ах есть также и аль являюсь а Ма, июнь (2011). «Активаторы транскрипции и механизмы активации» . Белок и клетка . 2 (11): 879–888. дои : 10.1007/s13238-011-1101-7 . ISSN 1674-8018 . ПМЦ 4712173 . ПМИД 22180087 .
- ↑ Перейти обратно: Перейти обратно: а б с д и ж г час я дж к л м н тот п д р с т в v В х и С аа аб и объявление но из в ах есть также и аль являюсь а к ап ак с как в В Альбертс, Брюс; Джонсон, Александр; Льюис, Джулиан; Морган, Дэвид; Рафф, Мартин; Робертс, Кейт; Уолтер, Питер (2015). Молекулярная биология клетки (Шестое изд.). Нью-Йорк, штат Нью-Йорк: Garland Science. стр. 373–392. ISBN 978-0-8153-4432-2 . OCLC 887605755 .
- ↑ Перейти обратно: Перейти обратно: а б с д и ж г час я дж к л м н тот п д р с т в v В х и С аа аб Мэдиган, Майкл Т; Бендер, Келли С; Бакли, Дэниел Х; Сэттли, Мэтью В.; Шталь, Дэвид А. (2018). Брок Биология микроорганизмов (Пятнадцатое изд.). Нью-Йорк, Нью-Йорк: Пирсон. стр. 174–179. ISBN 978-0-13-426192-8 . OCLC 958205447 .
- ↑ Перейти обратно: Перейти обратно: а б с д и ж г час я дж к л м н тот п Гриффитс, Энтони Дж. Ф.; Гелбарт, Уильям М.; Миллер, Джеффри Х.; Левонтин, Ричард К. (1999). «Основы регуляции транскрипции прокариот» . Современный генетический анализ – через NCBI.
- ↑ Перейти обратно: Перейти обратно: а б с Басби, Стив; Эбрайт, Ричард Х (22 октября 1999 г.). «Активация транскрипции белком-активатором катаболита (CAP)» . Журнал молекулярной биологии . 293 (2): 199–213. дои : 10.1006/jmbi.1999.3161 . ISSN 0022-2836 . ПМИД 10550204 .