ปัจจัยการถอดความ: กลไกการทำงานประเภทฟังก์ชัน - ชีววิทยา - 2025

ถอดความปัจจัยคือการกำกับดูแล "อุปกรณ์เสริม" โปรตีนที่จำเป็นสำหรับการถอดรหัสยีน การถอดความเป็นขั้นตอนแรกในการแสดงออกของยีนและเกี่ยวข้องกับการถ่ายโอนข้อมูลที่มีอยู่ใน DNA ไปยังโมเลกุล RNA ซึ่งจะถูกประมวลผลในภายหลังเพื่อก่อให้เกิดผลิตภัณฑ์ยีน

RNA polymerase II เป็นเอนไซม์ที่รับผิดชอบในการถอดความของยีนยูคาริโอตส่วนใหญ่และผลิตนอกเหนือจากอาร์เอ็นเอขนาดเล็กบางตัวอาร์เอ็นเอของสารที่จะถูกแปลเป็นโปรตีนในภายหลัง เอนไซม์นี้ต้องการการมีอยู่ของปัจจัยการถอดความชนิดหนึ่งที่เรียกว่าปัจจัยการถอดความทั่วไปหรือพื้นฐาน

ประเภทปัจจัยการถอดเสียง«การปิด Leucine » (ที่มา: I, Splette จาก Wikimedia Commons)

อย่างไรก็ตามสิ่งเหล่านี้ไม่ใช่ปัจจัยการถอดความเพียงอย่างเดียวที่มีอยู่ในธรรมชาติเนื่องจากมีโปรตีน "ไม่ทั่วไป" ทั้งในยูคาริโอตและในโปรคาริโอตและอาร์เคียซึ่งเกี่ยวข้องกับการควบคุมการถอดยีนเฉพาะเนื้อเยื่อ (ใน สิ่งมีชีวิตหลายเซลล์) หรือในการควบคุมกิจกรรมของยีนเพื่อตอบสนองต่อสิ่งเร้าต่างๆ

ปัจจัยการถอดความเหล่านี้เป็นเอฟเฟกต์ที่สำคัญอย่างยิ่งและสามารถพบได้ในสิ่งมีชีวิตแทบทุกชนิดเนื่องจากเป็นแหล่งที่มาหลักของการควบคุมการแสดงออกของยีน

การศึกษาโดยละเอียดเกี่ยวกับปัจจัยการถอดความที่แตกต่างกันในสิ่งมีชีวิตประเภทต่างๆบ่งชี้ว่าพวกมันมีโครงสร้างแบบแยกส่วนซึ่งพื้นที่เฉพาะมีหน้าที่ในการปฏิสัมพันธ์กับ DNA ในขณะที่บางส่วนก่อให้เกิดผลกระตุ้นหรือยับยั้ง

จากนั้นปัจจัยการถอดความจะมีส่วนร่วมในการสร้างแบบจำลองรูปแบบการแสดงออกของยีนที่ไม่มีส่วนเกี่ยวข้องกับการเปลี่ยนแปลงในลำดับดีเอ็นเอ แต่มีการเปลี่ยนแปลง epigenetic วิทยาศาสตร์ที่รับผิดชอบในการศึกษาการเปลี่ยนแปลงเหล่านี้เรียกว่า epigenetics

กลไกการออกฤทธิ์

ในการทำหน้าที่ของมันปัจจัยการถอดเสียงต้องสามารถจดจำและเชื่อมโยงกับลำดับดีเอ็นเอที่เฉพาะเจาะจงเพื่อมีอิทธิพลในเชิงบวกหรือเชิงลบต่อการถอดความของบริเวณนั้นของดีเอ็นเอ

ปัจจัยการถอดความทั่วไปซึ่งโดยพื้นฐานแล้วจะเหมือนกันสำหรับการถอดความของยีนชนิด II ทั้งหมดในยูคาริโอตโดยรวมตัวกันเป็นอันดับแรกในบริเวณโปรโมเตอร์ของยีนดังนั้นจึงกำหนดตำแหน่งของเอนไซม์โพลีเมอเรสและ "การเปิด" ของคู่ ใบพัด.

กระบวนการนี้เกิดขึ้นในหลายขั้นตอนติดต่อกัน:

- การเชื่อมโยงของปัจจัยการถอดรหัสทั่วไป TFIID กับลำดับการทำซ้ำของไทมีน (T) และอะดีนีน (A) ในยีนที่เรียกว่า "กล่องทาทา" สิ่งนี้ทำให้เกิดความผิดเพี้ยนของดีเอ็นเอที่จำเป็นสำหรับการจับกับโปรตีนอื่น ๆ กับบริเวณโปรโมเตอร์

- การประกอบปัจจัยทั่วไปอื่น ๆ ตามมา (TFIIB, TFIIH, TFIH, TFIIE, TFIIF ฯลฯ ) และของ RNA polymerase II สร้างสิ่งที่เรียกว่าคอมเพล็กซ์การเริ่มต้นการถอดความ

- การปลดปล่อยสารประกอบเชิงซ้อนเริ่มต้นฟอสโฟรีเลชันของโพลีเมอเรสโดยปัจจัย TFIIH และจุดเริ่มต้นของการถอดความและการสังเคราะห์โมเลกุล RNA จากลำดับของยีนที่ถอดความ

การเปิดใช้งานและการบีบอัดการถอดเสียง

ตามที่กล่าวไว้ปัจจัยการถอดความ "ไม่ใช่ทั่วไป" สามารถควบคุมการแสดงออกของยีนได้ทั้งในเชิงบวกหรือเชิงลบ

การกระตุ้น

โปรตีนเหล่านี้บางส่วนมีนอกเหนือจากโดเมนที่มีผลผูกพันกับดีเอ็นเอที่เป็นโครงสร้างแล้วลวดลายอื่น ๆ ที่เรียกว่าโดเมนการกระตุ้นซึ่งอุดมไปด้วยกรดอะมิโนที่เป็นกรดตกค้างกลูตามีนหรือโปรลีนที่ตกค้าง

โดเมนการเปิดใช้งานเหล่านี้โต้ตอบกับองค์ประกอบของปัจจัยการถอดความที่ซับซ้อนทั่วไปหรือกับโมเลกุลของตัวสร้างปฏิกิริยาที่เกี่ยวข้องซึ่งมีปฏิสัมพันธ์โดยตรงกับคอมเพล็กซ์ ปฏิสัมพันธ์นี้ส่งผลให้เกิดการกระตุ้นการชุมนุมของคอมเพล็กซ์การถอดเสียงหรือการเพิ่มขึ้นของกิจกรรม

การปราบปราม

ปัจจัยการถอดเสียงส่วนใหญ่ยับยั้งการถอดเสียงโดยการรบกวนการทำงานของปัจจัยการถอดความที่ทำหน้าที่ในเชิงบวกซึ่งจะปิดกั้นผลการกระตุ้น พวกเขาสามารถทำงานได้โดยการปิดกั้นการผูกมัดของปัจจัยบวกกับดีเอ็นเอหรือโดยการกระทำกับปัจจัยที่ยับยั้งโครงสร้างโครมาติน

ปัจจัยยับยั้งอื่น ๆ ทำหน้าที่โดยการปิดกั้นการถอดเสียงโดยตรงโดยไม่ปิดกั้นการทำงานของปัจจัยการถอดเสียงที่เปิดใช้งานใด ๆ และลดระดับพื้นฐานของการถอดความให้อยู่ในระดับที่ต่ำกว่าที่ทำได้ในกรณีที่ไม่มีปัจจัยกระตุ้น

เช่นเดียวกับโปรตีนกระตุ้นปัจจัยการกดขี่ทำหน้าที่โดยตรงหรือโดยอ้อมกับปัจจัยพื้นฐานหรือการถอดความทั่วไป

ประเภท

แม้ว่าปัจจัยการถอดความส่วนใหญ่จะถูกจัดประเภทตามลักษณะหรือเอกลักษณ์ของโดเมนที่มีผลผูกพันกับดีเอ็นเอ แต่ก็มีบางปัจจัยที่จัดเป็นปัจจัยการถอดความซึ่งไม่โต้ตอบโดยตรงกับดีเอ็นเอและเรียกว่าปัจจัยการถอดความ "ทางอ้อม".

ปัจจัยการถอดเสียงโดยตรง

ปัจจัยเหล่านี้เป็นปัจจัยการถอดเสียงที่พบบ่อยที่สุด พวกมันมีโดเมนที่มีผลผูกพันกับดีเอ็นเอและสามารถกระตุ้นหรือยับยั้งการแสดงออกของยีนโดยการจับกับพื้นที่เฉพาะของดีเอ็นเอ พวกเขาแตกต่างกันโดยเฉพาะอย่างยิ่งในส่วนที่เกี่ยวกับโดเมนที่มีผลผูกพันกับดีเอ็นเอและสถานะของการเปลี่ยนสถานะ

ครอบครัวที่มีการศึกษาและได้รับการยอมรับมากที่สุดในปัจจัยประเภทนี้ ได้แก่

Helix-Turn-Helix (“ เกลียว - เทิร์น - เกลียว”, HTH)

นี่เป็นปัจจัยตระกูลแรกที่มีการค้นพบโดเมนที่มีผลผูกพันกับดีเอ็นเอและมีอยู่ในโปรตีนยูคาริโอตและโปรคาริโอตหลายชนิด รูปแบบการรับรู้ประกอบด้วยเกลียวαเกลียวหมุนและเกลียวαที่สอง

พวกเขาได้อนุรักษ์โดเมนไกลซีนในพื้นที่ของเทิร์นและยังมีสารตกค้างที่ไม่ชอบน้ำบางส่วนที่ช่วยทำให้การจัดเรียงของเกลียวทั้งสองในหน่วย HTH มีเสถียรภาพ

homeodomain

มีอยู่ในโปรตีนควบคุมยูคาริโอตจำนวนมาก ลำดับแรกได้รับการยอมรับในโปรตีนควบคุมพัฒนาการของแมลงหวี่ โดเมนนี้มีแม่ลาย HTH เพื่อผูก DNA และα-helix เพิ่มเติมนอกเหนือจากแขน N-terminal แบบขยาย

นิ้วสังกะสี

พวกมันถูกค้นพบใน Xenopus transcription factor TFIIIA และแสดงให้เห็นว่ามีส่วนร่วมในการควบคุมยีนยูคาริโอตหลายแง่มุม พบในโปรตีนที่เกิดจากความแตกต่างและสัญญาณการเติบโตในโปรโต - ออนโคเจนและในปัจจัยการถอดความทั่วไปบางอย่าง

พวกเขามีลักษณะเฉพาะด้วยการปรากฏตัวของชุดซ้ำของลวดลายนิ้วมือสังกะสีที่ตกค้าง 30 ชิ้นที่มีซิสเทอีนและฮิสติดีนตกค้าง

ตัวรับสเตียรอยด์

ตระกูลนี้ประกอบด้วยโปรตีนควบคุมที่สำคัญซึ่งนอกเหนือจากการมีโดเมนสำหรับการจับกับฮอร์โมนแล้วยังมีโดเมนที่มีผลผูกพันกับดีเอ็นเอและโดยทั่วไปแล้วจะทำหน้าที่เป็นตัวกระตุ้นการถอดเสียง

โดเมนที่มีผลผูกพันมีสารตกค้าง 70 รายการในจำนวนนี้ 8 รายการเป็นสารตกค้างของซิสเทอีนที่อนุรักษ์ไว้ ผู้เขียนบางคนคิดว่าปัจจัยเหล่านี้อาจสร้างนิ้วสังกะสีคู่หนึ่งได้เนื่องจากมีซิสเทอีนสี่ชุดสองชุด

การปิด Leucine และ helix-loop-helix (“ helix-loop-helix” )

ปัจจัยการถอดความเหล่านี้เกี่ยวข้องกับการสร้างความแตกต่างและการพัฒนาและการทำงานโดยการสร้างเฮเทอโรดิเมอร์ โดเมนการปิดลิวซีนพบได้ในโปรตีนยูคาริโอตหลายชนิดและมีลักษณะเป็นโดเมนย่อยสองโดเมน: การปิดลิวซีนที่ทำหน้าที่เป็นสื่อกลางในการลดขนาดและพื้นที่พื้นฐานสำหรับการจับกับดีเอ็นเอ

Βลวดลายแผ่น

ส่วนใหญ่พบในปัจจัยยูคาริโอตและมีความโดดเด่นด้วยการจับกับดีเอ็นเอโดยแผ่นβแบบคู่ขนาน

ปัจจัยการถอดความทางอ้อม

ปัจจัยการถอดความประเภทนี้มีผลบังคับใช้ในการแสดงออกของยีนโดยไม่ได้มีปฏิสัมพันธ์โดยตรงกับ DNA แต่เกิดจากปฏิกิริยาระหว่างโปรตีนกับโปรตีนกับปัจจัยการถอดความอื่น ๆ ที่ทำปฏิกิริยากับดีเอ็นเอ นั่นคือเหตุผลที่พวกเขาเรียกว่า "ทางอ้อม"

สิ่งแรกที่ต้องอธิบายคือ trans-activator ของไวรัสเริม (HSV) ที่รู้จักกันในชื่อ VP16 ซึ่งเชื่อมโยงกับปัจจัย Oct-1 เมื่อเซลล์ติดเชื้อไวรัสนี้กระตุ้นการถอดรหัสยีนที่เฉพาะเจาะจง

ปัจจัยประเภทนี้เช่นเดียวกับที่จับกับ DNA สามารถกระตุ้นหรือยับยั้งการถอดรหัสยีนซึ่งเป็นสาเหตุที่เรียกว่า "coactivators" และ "corepressors" ตามลำดับ

ระเบียบข้อบังคับ

โปรตีนเหล่านี้สามารถควบคุมได้ในสองระดับ: ในการสังเคราะห์และในกิจกรรมซึ่งขึ้นอยู่กับตัวแปรที่แตกต่างกันและหลายสถานการณ์

ระเบียบการสังเคราะห์

การควบคุมการสังเคราะห์อาจเกี่ยวข้องกับการแสดงออกเฉพาะเนื้อเยื่อของปัจจัยการถอดความบางอย่าง ตัวอย่างนี้อาจเป็นปัจจัย MyoD ซึ่งสังเคราะห์ได้เฉพาะในเซลล์กล้ามเนื้อโครงร่างและจำเป็นสำหรับการสร้างความแตกต่างของสารตั้งต้นของไฟโบรบลาสต์ที่ไม่แตกต่างกัน

แม้ว่ากฎระเบียบของการสังเคราะห์จะถูกนำมาใช้เพื่อควบคุมการแสดงออกของยีนในเซลล์และเนื้อเยื่อเฉพาะชนิด แต่นี่ไม่ใช่วิธีเดียวเนื่องจากการสังเคราะห์ปัจจัยที่เกี่ยวข้องกับการเหนี่ยวนำยีนที่เข้าร่วมในการตอบสนองก็ถูกควบคุมเช่นกัน ต่อสิ่งเร้าต่างๆ

กฎระเบียบของกิจกรรม

กลไกการกำกับดูแลอีกประการหนึ่งสำหรับปัจจัยการถอดความคือการควบคุมกิจกรรมของพวกเขาซึ่งเกี่ยวข้องกับการเปิดใช้งานปัจจัยการถอดความที่มีอยู่ก่อนหน้าอื่น ๆ ที่มีผลในเชิงบวกหรือเชิงลบต่อกิจกรรมของปัจจัยเฉพาะ

การกระตุ้นของปัจจัย "ทุติยภูมิ" เหล่านี้มักเกิดขึ้นผ่านกลไกต่างๆเช่นการจับลิแกนด์การเปลี่ยนแปลงปฏิกิริยาระหว่างโปรตีนกับโปรตีนฟอสโฟรีเลชันและอื่น ๆ

บทบาทและความสำคัญ

ปัจจัยการถอดความมีส่วนร่วมในกระบวนการต่างๆเช่นการพัฒนาตัวอ่อนการเจริญเติบโตและความแตกต่างการควบคุมวัฏจักรของเซลล์การปรับตัวให้เข้ากับสภาพแวดล้อมที่ผันผวนการบำรุงรักษารูปแบบการสังเคราะห์โปรตีนเฉพาะของเซลล์และเนื้อเยื่อเป็นต้น

ตัวอย่างเช่นในพืชพวกมันมีหน้าที่สำคัญในการป้องกันและในการตอบสนองต่อความเครียดประเภทต่างๆ Osteogenesis ในสัตว์ถูกกำหนดให้ควบคุมโดยปัจจัยการถอดความเช่นเดียวกับกระบวนการสร้างความแตกต่างอื่น ๆ อีกมากมายของเซลล์ต่างๆ

เมื่อพิจารณาถึงความสำคัญของโปรตีนเหล่านี้ในสิ่งมีชีวิตจึงไม่แปลกที่จะคิดว่าการเปลี่ยนแปลงในองค์ประกอบด้านกฎระเบียบเหล่านี้จะทำให้เกิดการเปลี่ยนแปลงทางพยาธิวิทยาอย่างร้ายแรง

ในกรณีของมนุษย์พยาธิสภาพที่เกี่ยวข้องกับปัจจัยการถอดเสียงอาจเป็นความผิดปกติของพัฒนาการ (เนื่องจากการกลายพันธุ์ที่ทำให้เกิดการหยุดทำงานของปัจจัยการถอดเสียงเป็นต้น) ความผิดปกติในการตอบสนองของฮอร์โมนหรือมะเร็ง

อ้างอิง

1. Alberts, B. , Dennis, B. , Hopkin, K. , Johnson, A. , Lewis, J. , Raff, M. , … Walter, P. (2004). ชีววิทยาของเซลล์ที่จำเป็น Abingdon: Garland Science, Taylor & Francis Group
2. Iwafuchi-doi, M. , & Zaret, KS (2014). ปัจจัยการถอดความของผู้บุกเบิกในการเขียนโปรแกรมเซลล์ใหม่ ยีนและการพัฒนา, 28, 2679–2692
3. Latchman, D. (1997). ปัจจัยการถอดความ: ภาพรวม Int. J. Biochem. เซลล์ จิตเวช, 29 (12), 1305-1312
4. Latchman, DS (2007). ปัจจัยการถอดความ สารานุกรมวิทยาศาสตร์ชีวภาพ, 1–5.
5. มารี, PJ (2008). ปัจจัยการถอดความที่ควบคุมการสร้างกระดูก จดหมายเหตุชีวเคมีและชีวฟิสิกส์, 473, 98-105
6. Pabo, C. , & Sauer, RT (1992). ปัจจัยการถอดความ: โครงสร้างครอบครัวและหลักการรับรู้ดีเอ็นเอ Annu วิ. 61, 1053-1095
7. Singh, KB, Foley, RC และOñate-sánchez, L. (2002). ปัจจัยการถอดความในการป้องกันพืชและการตอบสนองต่อความเครียด ความคิดเห็นปัจจุบันทางชีววิทยาพืช, 5, 430-436.