46. Транскрипційні фактори та базові механізми їх участі в регуляції транскрипції в еукаріотів.

Транскрипційні фактори

Відповіддю на необхідність регулювати окремо активність великої кількості генів лімітованим набором факторів транскрипції є принцип модульності будови еукаріотичних промоторів. Рис. 6.10 ілюструє цей принцип: три регуляторні елементи послідовності мають спорідненість до трьох транскрипційних факторів, з трьох пар такої взаємодії можна скласти 6 комбінацій. Насправді, звичайно, кількість таких пар є значно більшою, і число можливих комбінацій – практично нескінченно великим. Кожен промотор може мати свій власний набір модулів, який відрізняє його від інших промоторів, і, відповідно, власний набір досить великої кількості транскрипційних факторів, потрібних для активації гена.

Із принципом модульності тісно пов'язаний принцип кооперативності взаємодії транскрипційних факторів з цис-елементами, що знаходяться поряд. Кожен з ТФ зазвичай має порівняно невисоку спорідненість до відповідного елемента послідовності. Але якщо два цис-елементи знаходяться поруч, і два ТФ здатні взаємодіяти між собою, спорідненість кожного з них підвищується (рис. 6.11): стабільність комплексу значно зростає (експоненціально, див. рівн. 1.6) завдяки сумі невеликих знижень вільної енергії при взаємодії кожного окремого ТФ.

Приклад на рис. 6.11 показує лише один “елементарний акт“ кооперативної взаємодії кількох ТФ з промотором. Крім того, більшість факторів транскрипції мають у своїй структурі принаймні два домени: той, що взаємодіє з ДНК, та так званий активаційний (AD, Activation Domain), що використовується для взаємодії з іншими білками (рис. 6.10). Активацйні домени зв'язують білкові кофактори (коактиватори), у результаті на дистальних та проксимальних елементах промотора формується складний мультибілковий комплекс – енхансосома (enhanceosome). До складу енхансосом часто входять також гістон-ацетилтрансферази та фактори ремоделювання хроматину (див. нижче).

Різні елементи енхансосоми діють синергічно, підвищуючи загальну стабільність комплексу. З іншого боку, відсутність кількох елементів може зумовити дестабілізацію та розпад енхансосоми, де спорідненість до ДНК кожного окремого елементу є невисокою. Це забезпечує динамізм активації: енхансосома не є фіксованою, а збирається/розбирається у певні моменти.

Активаційні домени ТФ та коактиватори мають, у свою чергу, спорідненість до медіатора та базальних факторів транскрипції. Результатом такої взаємодії є ефективна збірка преініціаторного комплексу на базальному промоторі (рис. 6.12). Слід зауважити, що певні компоненти мультибілкових комплексів, що збираються на промоторах, можуть, навпаки, блокувати ініціацію транскрипції – тоді їх називають репресорами та корепресорами.

Зовнішня регуляція активності транскрипційних факторів

Активність певного гена залежить від наявності у клітині певного набору активаторів/репресорів транскрипції. Відповідно, гени самих факторів транскрипції знаходяться під контролем складних систем регуляції, що працюють під час розвитку та диференціації клітин. У результаті в клітині певного типу відбувається синтез певного специфічного набору ТФ, що призводить до активації специфічного набору генів. У той же час, експресія певного гена може оперативно контролюватися, у відповідь на зовнішні сигнали, шляхом зміни активності вже синтезованих транскрипційних факторів. Два найважливі механізми такої регуляції – взаємодія ТФ певного типу зі стероїдними гормонами та каскади пострансляційних модифікацій у відповідь на дію хімічних сигналів (сигнальна трансдукція).

Гормонові рецептори – транскрипційні фактори, активність яких залежить від стероїдних гормонів. Гормоновий рецептор (зазвичай гомодимер) складається з трьох структурних доменів: 1) ДНК-зв'язуючий домен, що має специфічну спорідненість до певного елемента послідовності ДНК (див. рис. 3.14, б); 2) активаційний домен; 3) гормон-зв'язуючий домен. У відсутності гормона білок знаходиться у цитоплазмі, де гормон-зв'язуючий домен взаємодіє з білком теплового шоку hsp90 (розділ 8), який підтримує недоструктурований стан домену. У результаті гормоновий рецептор є дезактивованим (рис. 6.13).

Коли гормон проникає у цитоплазму, він взаємодіє з гормон-зв'язуючим доменом, витісняючи hsp90, відбувається остаточне структурування гормонового рецептора, і він прямує до ядра, де зв'язується зі специфічним елементом послідовності. Сайт зв'язування гормонового рецептора є досить маленьким, а чим коротшою є довжина сайта зв'язування, тим більш імовірною є його доступність. Тому взаємодія гормонового рецептора з ДНК часто запускає каскад збірки енхансосоми: рецептор рекрутує інші транскрипційні фактори за рахунок свого активаційного домену.

Сигнальна трансдукція. Приклад сигнальної трансдукції представлено на рис. 6.14. Білковий гормон не проникає у клітину, а зв'язується рецептором на зовнішньому боці мембрани. Рецептор є гомодимером, і у відсутності гормона дві субодиниці вільно дифундують у площині мембрани. Зв'язування гормона викликає димеризацію, внаслідок чого у цитоплазматичної частини рецептора виникає кіназна активність. Кіназа фосфорилює неактивні субодиниці транскрипційного фактора. Після фосфорилювання субодиниці об'єднуються у димер, що й активує цей фактор: він проникає у ядро, де знаходить специфічну послідовність ДНК.