Transkripsiya faktorlari oqsil tabiatli boʻlib, dnkga bogʻlanadi va maxsus genlarning "ishga tushirilishi" yoki "oʻchirilishi"ni taʼminlaydi. Gen transkripsiyasini oshiruvchi transkripsiya faktorlari aktivatorlar deyiladi

Transkripsiya faktorlari oqsil tabiatli boʻlib, DNKga bogʻlanadi va maxsus genlarning “ishga tushirilishi” yoki “oʻchirilishi”ni taʼminlaydi.Gen transkripsiyasini oshiruvchi transkripsiya faktorlari aktivatorlar deyiladi. Repressorlar esa transkripsiya darajasini susaytiradi.

Transkripsiya faktorlar guruhining bogʻlanuvchi saytlari faollovchilar va faollikni pasaytiruvchilar deb ataladi va ular tananing maʼlum qismidagi genlarni ishga tushiradi/oʻchiradi.Transkripsiya faktorlari hujayralarga mantiqiy amaliyotlarni bajarishga va turli xil maʼlumot manbalarini umumiylashtirib, gen ekspressiyasini amalga oshirish yoki oshirmaslik toʻgʻrisida qaror qabul qilishga imkon beradi.

Kirish
Sizning tanangizda transkripsiya faktorlari bormi? Ishonchim komilki, “ha” degan javobni berasiz, aks holda hujayralarni boshqarishda qiynalgan boʻlar edingiz!
Transkripsion faktorlar genlar transkripsiyasini, yaʼni oqsil hosil qilish jarayonida genning RNKga koʻchirilishini regulyatsiya qiluvchi oqsillardan iborat.Inson tanasida transkripsiya faktorlari koʻp. Qush, daraxt yoki qoʻziqorinning tanasida ham xuddi shunday! Transkripsiya faktorlari kerakli gen ekspressiyasini kerakli hujayrada va kerakli vaqtda amalga oshirilishini taʼminlaydi.
Transkripsiya: asosiy nazorat nuqtasiTranskripsiya bu genning DNK ketma-ketligi RNK molekulasiga koʻchiriladigan (transkripsiyalanish) jarayon hisoblanadi. Transkripsiya – gendagi maʼlumot orqali oqsil ishlab chiqarishning asosiy bosqichi. Agar siz yuqoridagi maʼlumotlar bilan tanish boʻlmasangiz, markaziy dogma videosi orqali bilib olishingiz mumkin.Gen ekspressiyasi – bu DNKdagi gen “ishga tushganda” oqsil sintez qilish jarayoni. Inson tanasidagi genlarning barchasi ham bir vaqtda faol holatda boʻlmaydi.Transkripsiya koʻplab genlarni ishga tushiruvchi/oʻchiruvchi nazorat nuqtasi hisoblanadi:Agar hujayrada gen transkripsiyalanmagan boʻlsa, undan ushbu hujayrada oqsil sintezi uchun foydalanib boʻlmaydi.Agar gen transkripsiya qilinsa, undan oqsil sintez qilishda foydalanish mumkin (gen ekspressiyasi). Umuman olganda, qancha koʻp gen transkripsiya qilinsa, shuncha koʻp oqsil ishlab chiqariladi. Har doim ham shundaymi?Turli omillar genning transkripsiya qilinishini nazoratga oladi. Masalan, gen DNKsining xromatin hosil qilishga yordam beruvchi oqsillarga qanchalik mahkam oʻrnashishi genning transkripsiya qilinishiga taʼsir koʻrsatishi mumkin.Ammo transkripsiya faktorlari deb nomlangan oqsillar transkripsiya regulyatsiyasida ayniqsa katta ahamiyatga ega. Ushbu muhim oqsillar tanamizning har bir hujayrasida qaysi gen faol ekanini aniqlashga yordam beradi.Transkripsiya faktorlariGen transkripsiyasi uchun nima sodir boʻlishi kerak? DNK andozasidan yangi RNK molekulasini hosil qiluvchi RNK polimeraza fermenti gen DNKsiga yopishishi kerak. U promoterga birikadi.Bakteriya hujayrasida RNK polimeraza toʻgʻridan toʻgʻri promoterga birikadi. Bu jarayon qanday ishlashi va transkripsiya faktorlari tomonidan qanday regulyatsiya qilinishini lac operon va trp operon videosi
Insonlar va boshqa eukariot organizmlarda qoʻshimcha jarayonlar ham mavjud. RNK polimeraza promoterga faqat bazal (umumiy) transkripsiya faktorlar oqsillari yordamida birikishi mumkin. Ular har qanday genni transkripsiya qilish uchun zarur boʻlgan hujayraning yadro transkripsiya vosita qismi hisoblanadi.
RNK polimeraza umumiy transkripsiya faktorlari deb nomlangan oqsillar toʻplami yordamida promoter bilan bogʻlanadi.Biroq koʻplab transkripsiya faktorlari (jumladan, eng zoʻrlari ham!) umumiy emas. Buning oʻrniga, oʻziga xos, individual genlarning ekspressiyasini boshqaradigan transkripsiya faktorlari katta sinfni tashkil qiladi. Masalan, transkripsiya faktori maʼlum neyronlarga kerak boʻlgan genlar toʻplamini faollashtirishi mumkin.
Transkripsiya faktorlari qanday ishlaydi?
Oddiy transkripsiya faktori DNKga maʼlum bir nishon ketma-ketligi orqali bogʻlanadi. Shundan soʻng transkripsiya faktori RNK polimerazaning gen promoteri bilan bogʻlanishini qiyinlashtiradi yoki osonlashtiradi.
Aktivatorlar

Baʼzi transkripsiya faktorlari transkripsiyani aktivlaydi. Masalan, ular quyidagi rasmda koʻrsatilgandek, transkripsiya umumiy faktorlari va/yoki RNK polimerazaning promoterga bogʻlanishiga yordam berishi mumkin.

Rasmda aktivatorning maxsus DNK ketma-ketligiga birikkani tasvirlangan. Transkripsiya aktivatorining boshqa (DNKga bogʻlanmagan) uchi esa umumiy transkripsiya faktorlari bilan taʼsirlashadi, bu esa unga promoter yaqinidagi umumiy transkripsiya faktorlari va polimerazani yigʻishga yordam beradi.

Repressorlar

Boshqa bir transkripsiya faktorlari transkripsiyani repressiyalaydi. Repressiya turli usullarda amalga oshiriladi. Misol uchun, repressor bazal transkripsiya faktori yoki polimeraza yoʻlini toʻsadi, shunda ular promoterga bogʻlanmaydi yoki transkripsiyani boshlay olmaydi.

Rasmda repressorning DNK maxsus ketma-ketligi, yaʼni bogʻlovchi saytiga birikkanligi keltirilgan. Repressor saytga birikkach, yaqinidagi gen promoterida transkripsiya initsiatsiya kompleksi hosil boʻlishini bloklaydi.

Bogʻlovchi saytlar

Transkripsiya faktorlarining bogʻlovchi saytlari genning promoter qismiga yaqin joylashgan. Lekin DNKning boshqa qismlarida joylashishi ham mumkin, ayrim hollarda esa promoterdan ancha uzoqda joylashsa-da, genning transkripsiyasiga taʼsir qiladi.

Aktivator oqsil qismlari quyidagilardan iborat: DNKga bogʻlanuvchi (DNKdagi oʻzi taniydigan saytga bogʻlanadi) va aktivlovchi domen. Bular ishining “yakuniy natijasi” transkripsiyani ragʻbatlantirish (aktivlash)dan iborat. Masalan, transkripsiya initsiatsiya kompleksini hosil qilishga yordam beradi.

DNKning egiluvchanligi transkripsiya faktorlari uchun masofadan turib ham oʻz vazifasini bajarishga imkon yaratadi. DNK halqalari xuddi pishirilgan spagetti kabi egilib, bogʻlovchi saytlarni va transkripsiya faktorlarini uzoqda joylashgan umumiy transkripsiya faktorlari yoki “mediator” oqsillarga yaqinlashtirishi mumkin.

Yuqoridagi animatsion filmda uzoq masofada joylashgan aktivlovchi transkripsiya faktori RNK polimerazani promoterga bogʻlashga va transkripsiya boshlanishiga yordam berishi koʻrsatilgan.

Transkripsiya faktorlari qayerdan keladi?

Bu jarayon E. coli hujayrasidagi jarayondan qanday farq qiladi?

Hozirgi kunga qadar inson va boshqa eukariot organizmlarning hujayralaridagi transkripsiya faktorlari biz koʻrib chiqqan bakteriya faktorlaridan farq qilmaydi. Xuddi E. coli hujayrasidagi lac repressor oqsili singari ular DNKga bogʻlanadi va RNK polimeraza ishini osonlashtiradi yoki aksincha.

Umuman olganda, bu juda yaxshi usul. Transkripsiyani nazorat qiluvchi oqsillar bakteriyalarda ham odam hujayralarida ham bir xil ishlaydi. Ular oʻrtasidagi asosiy farq–bu regulyator saytlarning uzoqligi va bazal transkripsion faktorlarning kerak yoki keraksizligida va h. k.

Ammo inson hujayralarida transkripsiya faktorlari ishlashi borasida sezilarli darajada farq mavjud. Inson va boshqa eukariot organizmlar murakkab tuzilgan: trillionlab hujayralar yagona toʻqima va tana strukturasini hosil qiladi. Tanamizdagi har bir hujayra oʻzining xususiy gen ekspressiyasi “dasturiga” ega.

Tananing muayyan qismidagi genlarni ishga tushirish

Ayrim genlar tananing bir nechta qismlarida ishga tushirilishi zaruriyati paydo boʻladi. Masalan, bitta gen umurtqa pogʻonasi, kalla suyagi va barmoq uchlarida aktiv, tananing boshqa qismlarida esa noaktiv holatda boʻlishi kerak. Transkripsiya faktorlari bu vazifani qanday uddalaydi?

Bunday tuzilishga ega genlar koʻplab faollovchilar (uzoqda joylashgan aktivatorlarning bogʻlanish saytlari toʻplami) yoki faollikni pasaytiruvchilarga (yuqoridagi bilan bir xil, faqat repressorlar uchun) ega. Har bir faollovchi yoki faollikni pasaytiruvchi tananing maʼlum qismidagi hujayralarga tananing shu qismida ishlab chiqarilgan aktivatorlarni bogʻlash orqali genni aktivlashi yoki susaytirishi mumkin.^{1,2}1,2start superscript, 1, comma, 2, end superscript

Misol: tajriba sichqoni

Misol uchun, sichqonda aniqlangan Tbx4 genini olaylik. Bu gen sichqon tanasining turli qismlari, jumladan, qontomirlar va orqa oyoqlarning rivojlanishi uchun muhim ahamiyatga ega^33cubed.

Embrional rivojlanish davomida bir nechta aniq belgilangan faollovchilar sichqon embrioni tanasining turli qismlarida Tbx4 ekspressiyasini boshqaradi. Quyidagi rasmda Tbx4 ning ayrim faollovchilari tasvirlangan boʻlib, har biri tananing oʻzi faoliyat olib boradigan qismlari bilan belgilangan.

Toʻliq oʻlchamda berilmagan. Rasm Menkeʼdagi chizmaga asoslangan.^33cubed

Rivojlanish evolyutsiyasi

Tbx4 geni faollovchilariga oʻxshash genlar toʻqima-spetsifik faollovchilari deb yuritiladi: ular tananing maʼlum qismidagi genlar ekspressiyasini nazorat qiladi. Toʻqima-spetsifik faollovchi va faollikni pasaytiruvchilarda yuzaga keladigan mutatsiyalar tana shaklining evolyutsiyasida asosiy rol oʻynaydi.^44start superscript, 4, end superscript

Bu qanday ishlaydi? Faraz qilaylik, Tbx4 genining kodlovchi ketma-ketligida mutatsiya sodir boʻldi yoki DNKda oʻzgarish yuz berdi. Mutatsiya natijasida tananing hamma qismida gen inaktivatsiyalanadi va natijada sichqon normal rivojlanmaydi, hatto nobud boʻlishi ham mumkin. Lekin mutatsiya faollovchida yuzaga kelsa, gen ekspressiyasida ozroq oʻzgarish roʻy beradi va bu sichqonning oʻlimi bilan tugamasdan, bir qancha oʻzgarishlar (masalan, kalta oyoqlar)ga sabab boʻladi.

Transkripsiya faktori va hujayra “fikrlashi”

Hujayra fikrlashga qodirmi? Inson miyasi kabi emas albatta. Lekin hujayralar maʼlumotlarni aniqlab, jamlab, ularga nisbatan toʻgʻri javob bera oladi. Bu xuddi kalkulyator bosilgan tugmalarni aniqlab, toʻgʻri javob bergani kabi sodir boʻladi.

Biz bunday “molekulyar fikrlash”ga misol sifatida transkripsiya faktorlari tomonidan genlarning boshqaruvini keltirishimiz mumkin. Koʻplab genlar bir necha xil transkripsiya faktorlari tomonidan regulyatsiya qilinadi, bunda genni ishga tushirish uchun maxsus birikma kerak boʻladi; bu asosan eukariot hujayralarda boʻladi va bu baʼzan kombinatsiyalashgan regulyatsiya deb yuritiladi.^{5,6}5,6start superscript, 5, comma, 6, end superscript Misol uchun, gen ekspressiyasi A va B aktivatorlari mavjudligida va C repressori yoʻqligida yuzaga chiqishi mumkin.

Bu rasmda tasvirlangan gen uchta bogʻlash nuqtasiga ega. Ularning birinchisi – halqasimon shakldagi aktivator, ikkinchisi – yulduzsimon shakldagi aktivator va uchinchisi – oktagonal (sakkiz burchakli) shakldagi repressor. Gen ekspressiyasi faqatgina ikkita aktivator mavjudligida va repressor yoʻqligida yuzaga chiqadi.

Birinchi variant: ikkala aktivator ham mavjud, repressor mavjud emas. Bu vaziyatda transkripsiya sodir boʻladi.

Ikkinchi variant: faqatgina bitta aktivator mavjud. Transkripsiya qisman sodir boʻladi yoki umuman boʻlmaydi.

Uchinchi variant: ikkala aktivator ham mavjud, lekin repressor ham bor. Transkripsiya sodir boʻlmaydi.

Bu dasturlashdagi “agar ifodasi”ga oʻxshash!

Gen regulyatsiyasi davomida bir nechta transkripsiya faktorlaridan foydalanish turli xil maʼlumot manbalarining bitta natijaga erishish maqsadida yigʻilishini anglatadi. Misol uchun, tasavvur qiling:

Aktivator A faqat teri hujayralarida mavjudAktivator B faqat qoʻshni hujayradan “boʻlinish” buyrugʻi (oʻsish faktori) kelganda aktiv boʻladiRepressor C faqat DNK shikastlanganda sintezlanadi

Bu vaziyatda gen faqat sogʻlom DNKga ega boʻlgan, boʻlinish haqida signal qabul qilgan teri hujayralaridagina “ishga tushadi”. Regulyatsiyaning bunday shakli teri hujayralarida hujayra boʻlinishida ishtirok etuvchi gen uchun ahamiyatga ega. Umuman olganda, C repressoriga oʻxshash oqsillarning yoʻqotilishi saraton kasalligiga olib kelishi mumkin.

Haqiqiy kombinatsiyalashgan regulyatsiya bunga qaraganda murakkabroq boʻlishi mumkin. Masalan, transkripsiya faktorlari koʻp miqdorda boʻlishi yoki ushbu transkripsiya faktorining qancha molekulasi DNK bilan bogʻlangani ahamiyatga ega boʻlishi mumkin.