YẾU TỐ PHIÊN MÃ: CƠ CHẾ HOẠT ĐỘNG, CÁC LOẠI, CHỨC NĂNG - SINH HỌC - 2026

Một yếu tố phiên mã là một quy định "phụ kiện" protein cần thiết cho phiên mã gen. Phiên mã là bước đầu tiên của sự biểu hiện gen và liên quan đến việc chuyển thông tin có trong ADN sang phân tử ARN, sau đó được xử lý để tạo ra các sản phẩm gen.

RNA polymerase II là enzyme chịu trách nhiệm phiên mã của hầu hết các gen của sinh vật nhân chuẩn và tạo ra, ngoài một số RNA nhỏ, RNA thông tin sau này sẽ được dịch mã thành protein. Enzyme này yêu cầu sự hiện diện của một loại yếu tố phiên mã được gọi là yếu tố phiên mã chung hoặc cơ bản.

Loại yếu tố phiên âm «Leucine đóng lại» (Nguồn: I, Splette qua Wikimedia Commons)

Tuy nhiên, đây không phải là những yếu tố phiên mã duy nhất tồn tại trong tự nhiên, vì có những protein “không chung chung”, cả ở sinh vật nhân chuẩn và sinh vật nhân sơ và vi khuẩn cổ, có liên quan đến việc điều hòa phiên mã gen cụ thể ở mô (trong sinh vật đa bào) hoặc trong cơ chế điều hòa hoạt động của gen để đáp ứng với các kích thích khác nhau.

Các yếu tố phiên mã này là những yếu tố tác động rất quan trọng và có thể được tìm thấy trong hầu như tất cả các sinh vật sống, vì chúng đại diện cho nguồn điều chỉnh chính của sự biểu hiện gen.

Các nghiên cứu chi tiết về các yếu tố phiên mã khác nhau trong các loại sinh vật sống khác nhau chỉ ra rằng chúng có cấu trúc mô đun, trong đó một vùng cụ thể chịu trách nhiệm tương tác với DNA, trong khi các vùng khác tạo ra tác dụng kích thích hoặc ức chế.

Sau đó, các yếu tố phiên mã tham gia vào việc mô hình hóa các kiểu biểu hiện gen mà không liên quan gì đến những thay đổi trong trình tự DNA, nhưng với những thay đổi biểu sinh. Khoa học chịu trách nhiệm nghiên cứu những thay đổi này được gọi là di truyền học biểu sinh.

Cơ chế hoạt động

Để thực hiện các chức năng của chúng, các yếu tố phiên mã phải có khả năng nhận biết và liên kết cụ thể với một trình tự DNA cụ thể để ảnh hưởng tích cực hoặc tiêu cực đến quá trình phiên mã của vùng DNA đó.

Các yếu tố phiên mã chung, về cơ bản giống nhau đối với quá trình phiên mã của tất cả các gen loại II ở sinh vật nhân thực, tập hợp đầu tiên trên vùng khởi động của gen, do đó định hướng vị trí của enzim polymeraza và "mở đầu" của nhân đôi. cánh quạt.

Quá trình này diễn ra theo nhiều bước liên tiếp:

- Liên kết yếu tố phiên mã chung TFIID với trình tự lặp lại thymine (T) và adenine (A) trong gen được gọi là "hộp TATA"; điều này gây ra sự biến dạng DNA cần thiết cho sự liên kết của các protein khác vào vùng promoter.

- Sự tập hợp sau đó của các yếu tố chung khác (TFIIB, TFIIH, TFIH, TFIIE, TFIIF, v.v.) và của RNA polymerase II, tạo thành cái được gọi là phức hợp khởi đầu phiên mã.

- Giải phóng phức hợp khởi đầu, quá trình phosphoryl hóa polymerase nhờ yếu tố TFIIH và bắt đầu phiên mã và tổng hợp phân tử ARN từ trình tự của gen được phiên mã.

Kích hoạt và ức chế phiên mã

Như đã thảo luận, các yếu tố phiên mã "không chung chung" có thể điều chỉnh sự biểu hiện gen, tích cực hoặc tiêu cực.

Kích hoạt

Một số protein này chứa, ngoài vùng liên kết DNA cấu trúc, các mô hình khác được gọi là vùng hoạt hóa, chứa nhiều gốc axit amin có tính axit, dư lượng glutamine hoặc proline.

Các miền hoạt hóa này tương tác với các phần tử của phức hợp các yếu tố phiên mã chung hoặc với các phân tử chất tạo đông liên quan tương tác trực tiếp với phức hợp. Sự tương tác này dẫn đến việc kích thích sự lắp ráp của phức hợp phiên mã hoặc làm tăng hoạt động của nó.

Sự đàn áp

Hầu hết các yếu tố phiên mã ức chế sự phiên mã bằng cách can thiệp vào hoạt động của các yếu tố phiên mã hoạt động tích cực, ngăn chặn tác dụng kích thích của chúng. Chúng có thể hoạt động bằng cách ngăn chặn sự liên kết của yếu tố tích cực với DNA hoặc bằng cách tác động lên các yếu tố làm bất hoạt cấu trúc nhiễm sắc.

Các yếu tố ức chế khác hoạt động bằng cách trực tiếp ngăn chặn phiên mã, mà không ngăn chặn hoạt động của bất kỳ yếu tố phiên mã kích hoạt nào; và chúng làm giảm mức độ cơ bản của phiên mã, xuống mức thậm chí còn thấp hơn mức đạt được khi không có các yếu tố hoạt hóa.

Giống như các protein hoạt hóa, các yếu tố kìm hãm hoạt động trực tiếp hoặc gián tiếp với các yếu tố phiên mã cơ bản hoặc chung.

Các loại

Mặc dù hầu hết các yếu tố phiên mã được phân loại theo đặc điểm hoặc đặc điểm nhận dạng của vùng liên kết DNA của chúng, nhưng có một số, cũng được phân loại là các yếu tố phiên mã, không tương tác trực tiếp với DNA và được gọi là yếu tố phiên mã. "Gián tiếp".

Các yếu tố phiên mã trực tiếp

Chúng là những yếu tố phiên mã phổ biến nhất. Chúng có các vùng liên kết DNA và có thể kích hoạt hoặc ức chế sự biểu hiện của gen bằng cách liên kết với các vùng cụ thể của DNA. Chúng khác biệt với nhau, đặc biệt là về các miền liên kết DNA và trạng thái oligomerization của chúng.

Các họ được nghiên cứu và công nhận nhiều nhất về loại yếu tố này là:

Helix-Turn-Helix (“ helix-turn-helix ”, HTH)

Đây là họ đầu tiên của các yếu tố có vùng liên kết DNA được phát hiện và nó có mặt trong nhiều protein của sinh vật nhân chuẩn và nhân sơ. Mô-típ nhận dạng của nó bao gồm một chuỗi xoắn α, một spin và một chuỗi xoắn α thứ hai.

Chúng sở hữu các vùng glycine được bảo tồn trong vùng rẽ và một số gốc kỵ nước giúp ổn định sự sắp xếp của hai chuỗi xoắn trong đơn vị HTH.

Homeodomain

Nó có trong một số lượng lớn các protein điều hòa của sinh vật nhân thực. Các trình tự đầu tiên đã được công nhận trong các protein điều hòa phát triển Drosophila. Miền này chứa mô típ HTH để liên kết DNA và một chuỗi xoắn α bổ sung, ngoài một nhánh đầu N mở rộng.

Ngón tay kẽm

Chúng được phát hiện trong yếu tố phiên mã Xenopus TFIIIA và đã được chứng minh là tham gia vào nhiều khía cạnh của quy định gen sinh vật nhân thực. Chúng được tìm thấy trong các protein được tạo ra bởi các tín hiệu biệt hóa và tăng trưởng, trong các proto-oncogenes và trong một số yếu tố phiên mã nói chung.

Chúng được đặc trưng bởi sự hiện diện của sự lặp lại hàng loạt của 30 mô típ ngón tay kẽm dư chứa các dư lượng cysteine ​​và histidine khác nhau.

Các thụ thể steroid

Họ này bao gồm các protein điều hòa quan trọng, ngoài việc có vùng liên kết hormone, còn có vùng liên kết DNA và thường hoạt động như chất hoạt hóa phiên mã.

Vùng liên kết chứa 70 gốc, trong đó 8 gốc là gốc cysteine ​​được bảo tồn. Một số tác giả cho rằng những yếu tố này có thể hình thành một cặp ngón tay kẽm, với sự hiện diện của hai bộ bốn cysteine.

Đóng leucine và xoắn-loop-helix (“ helix-loop-helix” )

Các yếu tố phiên mã này tham gia vào quá trình biệt hóa và phát triển và thực hiện chức năng bằng cách hình thành dị tử. Vùng đóng leucine được quan sát thấy trong các protein khác nhau của sinh vật nhân chuẩn và được đặc trưng bởi hai miền phụ: vùng đóng leucine làm trung gian cho quá trình dime hóa và vùng cơ bản để liên kết DNA.

Β họa tiết tấm

Chúng chủ yếu được tìm thấy trong các nhân tố nhân thực và được phân biệt bằng cách liên kết với DNA bởi các tấm β đối song song.

Các yếu tố phiên mã gián tiếp

Loại yếu tố phiên mã này thực hiện các tác động điều hòa của nó đối với sự biểu hiện gen không phải thông qua tương tác trực tiếp với DNA, mà thông qua tương tác protein-protein với các yếu tố phiên mã khác tương tác với DNA. Đó là lý do tại sao chúng được gọi là "gián tiếp".

Người đầu tiên được mô tả là chất kích hoạt chuyển đổi của virus herpes simplex (HSV) được gọi là VP16, liên kết với yếu tố Oct-1 khi tế bào bị nhiễm virus này, kích thích phiên mã của một gen cụ thể.

Các yếu tố thuộc loại này, như những yếu tố liên kết với DNA, có thể kích hoạt hoặc ngăn chặn quá trình phiên mã gen, đó là lý do tại sao chúng được gọi là “coactivator” và “corepressors”.

Quy định

Các protein này có thể được điều chỉnh ở hai mức độ: trong quá trình tổng hợp và hoạt động của chúng, điều này phụ thuộc vào các biến số khác nhau và nhiều tình huống.

Quy chế tổng hợp

Quy định tổng hợp của nó có thể liên quan đến sự biểu hiện cụ thể ở mô của một số yếu tố phiên mã. Một ví dụ về điều này có thể là yếu tố MyoD, chỉ được tổng hợp trong các tế bào cơ xương và là yếu tố cần thiết để phân biệt các tiền nguyên bào sợi chưa biệt hóa của chúng.

Mặc dù quy định tổng hợp được sử dụng chủ yếu để kiểm soát sự biểu hiện của gen trong các loại tế bào và mô cụ thể, nhưng đây không phải là cách duy nhất, vì quá trình tổng hợp các yếu tố liên quan đến cảm ứng gen tham gia phản ứng cũng được điều chỉnh. các kích thích khác nhau.

Quy chế hoạt động

Một cơ chế điều hòa khác đối với các yếu tố phiên mã là cơ chế điều hòa hoạt động của chúng, liên quan đến việc kích hoạt các yếu tố phiên mã khác đã tồn tại từ trước, tác động tích cực hoặc tiêu cực đến hoạt động của một yếu tố cụ thể.

Sự hoạt hóa của các yếu tố "thứ cấp" này thường xảy ra thông qua các cơ chế khác nhau như liên kết phối tử, thay đổi tương tác protein-protein, phosphoryl hóa, trong số những cơ chế khác.

Vai trò và tầm quan trọng

Các yếu tố phiên mã tham gia vào nhiều quá trình như phát triển phôi, tăng trưởng và biệt hóa, kiểm soát chu kỳ tế bào, thích ứng với các điều kiện môi trường biến động, duy trì các mô hình tổng hợp protein cụ thể của tế bào và mô, v.v.

Ví dụ, ở thực vật, chúng có các chức năng quan trọng trong việc bảo vệ và ứng phó với các loại căng thẳng khác nhau. Quá trình tạo xương ở động vật đã được xác định là được kiểm soát bởi các yếu tố phiên mã, cũng như nhiều quá trình biệt hóa khác của các dòng tế bào khác nhau.

Với tầm quan trọng của các protein này đối với sinh vật, không có gì lạ khi nghĩ rằng những thay đổi trong các yếu tố điều tiết này sẽ gây ra những thay đổi bệnh lý nghiêm trọng.

Trong trường hợp của con người, các bệnh lý liên quan đến các yếu tố phiên mã có thể là rối loạn phát triển (ví dụ: do đột biến gây bất hoạt các yếu tố phiên mã), rối loạn phản ứng nội tiết tố hoặc ung thư.

Người giới thiệu

1. Alberts, B., Dennis, B., Hopkin, K., Johnson, A., Lewis, J., Raff, M., … Walter, P. (2004). Sinh học Tế bào cần thiết. Abingdon: Garland Science, Taylor & Francis Group.
2. Iwafuchi-doi, M., & Zaret, KS (2014). Yếu tố phiên mã tiên phong trong việc tái lập trình tế bào. Gen & Phát triển, 28, 2679–2692.
3. Latchman, D. (1997). Yếu tố phiên mã: Tổng quan. Giới thiệu J. Biochem. Ô. Biol., 29 (12), 1305-1312.
4. Latchman, DS (2007). Các yếu tố phiên mã. Encyclopedia of Life Sciences, 1–5.
5. Marie, PJ (2008). Các yếu tố phiên mã kiểm soát quá trình tạo nguyên bào xương. Lưu trữ Hóa sinh và Lý sinh, 473, 98-105.
6. Pabo, C., & Sauer, RT (1992). Các yếu tố phiên mã: Gia đình cấu trúc và các nguyên tắc nhận dạng DNA. Annu. Rev., 61, 1053-1095.
7. Singh, KB, Foley, RC, & Oñate-sánchez, L. (2002). Các yếu tố phiên mã trong quá trình bảo vệ thực vật và phản ứng với căng thẳng. Ý kiến ​​hiện tại trong sinh học thực vật, 5, 430-436.