Activator (genetic) - Activator (genetics)

Un activator transcripțional este o proteină ( factor de transcripție ) care crește transcrierea unei gene sau a unui set de gene. Activatorii sunt considerați că au un control pozitiv asupra expresiei genelor, deoarece funcționează pentru a promova transcrierea genei și, în unele cazuri, sunt necesare pentru a avea loc transcrierea genelor. Majoritatea activatorilor sunt proteine care leagă ADN-ul care se leagă de potențatori sau elemente promotor-proximale . Situsul ADN legat de activator este denumit „situs de legare al activatorului”. Partea activatorului care face interacțiuni proteină-proteină cu echipamentul general de transcriere este denumită „regiune de activare” sau „domeniu de activare”.

Majoritatea activatorilor funcționează legând secvența în mod specific la un situs de ADN reglator situat în apropierea unui promotor și făcând interacțiuni proteină-proteină cu mecanismul de transcriere generală ( ARN polimerază și factori de transcripție generală ), facilitând astfel legarea mecanismului de transcripție generală la promotor. Alți activatori ajută la promovarea transcrierii genelor prin declanșarea ARN polimerazei pentru a se elibera de la promotor și a continua de-a lungul ADN-ului. Uneori, ARN polimeraza se poate întrerupe la scurt timp după părăsirea promotorului; activatorii funcționează, de asemenea, pentru a permite acestor ARN polimeraze „blocate” să continue transcrierea.

Activitatea activatorilor poate fi reglementată. Unii activatori au un site alosteric și pot funcționa numai atunci când o anumită moleculă se leagă de acest site, activând în esență activatorul. Modificările post-translaționale ale activatorilor pot, de asemenea, să regleze activitatea, crescând sau scăzând activitatea în funcție de tipul de modificare și activatorul care este modificat.

În unele celule, de obicei eucariote, mai mulți activatori se pot lega de situsul de legare; acești activatori tind să se lege în mod cooperant și să interacționeze sinergic.

Structura

Proteinele activatoare constau din două domenii principale : un domeniu de legare a ADN-ului care se leagă de o secvență ADN specifică activatorului și un domeniu de activare care funcționează pentru a crește transcrierea genei prin interacțiunea cu alte molecule. Domeniile de legare a ADN-ului activator vin într-o varietate de conformații, inclusiv helix-turn-helix , deget de zinc și fermoar de leucină, printre altele. Aceste domenii de legare a ADN-ului sunt specifice unei anumite secvențe de ADN, permițând activatorilor să activeze doar anumite gene. Domeniile de activare vin, de asemenea, într-o varietate de tipuri care sunt clasificate pe baza secvenței de aminoacizi a domeniului, inclusiv domenii bogate în alanină , bogate în glutamină și acide. Aceste domenii nu sunt la fel de specifice și tind să interacționeze cu o varietate de molecule țintă.

Activatorii pot avea, de asemenea, site-uri alosterice care sunt responsabile de activarea și dezactivarea activatorilor înșiși.

Mecanism de acțiune

Legarea activatorului la secvențele de reglementare

În canelurile dublei spirale ADN, sunt expuse grupări funcționale ale perechilor de baze. Secvența ADN creează astfel un model unic de caracteristici ale suprafeței, incluzând zone de posibilă legătură de hidrogen , legare ionică , precum și interacțiuni hidrofobe . Activatorii au, de asemenea, secvențe unice de aminoacizi cu lanțuri laterale care sunt capabile să interacționeze cu grupurile funcționale din ADN. Astfel, modelul lanțurilor laterale de aminoacizi care alcătuiesc o proteină activatoare va fi complementar caracteristicilor de suprafață ale secvenței specifice de reglare a ADN-ului la care a fost conceput să se lege. Interacțiunile complementare dintre aminoacizii proteinei activatoare și grupurile funcționale ale ADN creează o specificitate de „potrivire exactă” între activator și secvența sa regulatoare de ADN.

Majoritatea activatorilor se leagă de canelurile majore ale spiralei duble, deoarece aceste zone tind să fie mai late, dar există unele care se vor lega de canelurile minore.

Siturile de legare a activatorului pot fi situate foarte aproape de promotor sau de numeroase perechi de baze distanță. Dacă secvența de reglare este situată departe, ADN-ul se va bucla peste el însuși (ADN-ul în buclă) pentru ca activatorul legat să interacționeze cu mașina de transcripție la locul promotorului.

La procariote, mai multe gene pot fi transcrise împreună ( operon ) și sunt astfel controlate sub aceeași secvență reglatoare. În eucariote, genele tind să fie transcrise individual și fiecare genă este controlată de propriile sale secvențe reglatoare. Secvențele de reglementare în care se leagă activatorii se găsesc în mod obișnuit în amonte de promotor, dar pot fi găsite și în aval sau chiar în introni în eucariote.

Funcții pentru creșterea transcripției genetice

Legarea activatorului la secvența sa de reglare promovează transcrierea genei, permițând activitatea ARN polimerazei. Acest lucru se face prin diferite mecanisme, cum ar fi recrutarea mașinilor de transcriere către promotor și declanșarea ARN polimerazei pentru a continua în alungire.

Recrutare

Genele controlate de activatori necesită legarea activatorilor de site-urile de reglementare pentru a recruta utilajele necesare de transcriere în regiunea promotorului.

Interacțiunile activatorului cu ARN polimeraza sunt în mare parte directe în procariote și indirecte în eucariote. La procariote, activatorii tind să contacteze direct ARN-polimeraza pentru a-l ajuta să se lege de promotor. În eucariote, activatorii interacționează în mare parte cu alte proteine, iar aceste proteine ​​vor fi apoi cele care vor interacționa cu ARN polimeraza.

Procariote

La procariote, genele controlate de activatori au promotori care nu sunt capabili să se lege de ARN polimerază singuri. Astfel, proteinele activatoare ajută la promovarea legării ARN polimerazei la promotor. Acest lucru se face prin diferite mecanisme. Activatorii pot îndoi ADN-ul pentru a expune mai bine promotorul, astfel încât ARN polimeraza să se poată lega mai eficient. Activatorii pot intra în contact direct cu ARN polimeraza și o pot fixa la promotor.

Eucariote

În eucariote, activatorii au o varietate de molecule țintă diferite pe care le pot recruta pentru a promova transcrierea genei. Ei pot recruta alți factori de transcripție și cofactori care sunt necesari în inițierea transcripției.

Activatorii pot recruta molecule cunoscute sub numele de coactivatori . Aceste molecule de coactivator pot îndeplini apoi funcții necesare pentru începerea transcrierii în locul activatorilor înșiși, cum ar fi modificările cromatinei.

ADN-ul este mult mai condensat în eucariote; astfel, activatorii au tendința de a recruta proteine ​​care sunt capabile să restructureze cromatina, astfel încât promotorul să fie mai ușor accesibil prin intermediul mașinilor de transcriere. Unele proteine ​​vor rearanja structura nucleozomilor de -a lungul ADN-ului pentru a expune situl promotor ( complexe de remodelare a cromatinei dependente de ATP ). Alte proteine ​​afectează legarea dintre histone și ADN prin modificări de histone post-translaționale , permițând ADN-ului strâns în nucleozomi să se relaxeze.

Toate aceste molecule recrutate funcționează împreună pentru a recruta în cele din urmă ARN polimeraza la site-ul promotorului.

Eliberarea ARN polimerazei

Activatorii pot promova transcrierea genei prin semnalarea ARN polimerazei să se deplaseze dincolo de promotor și să continue de-a lungul ADN-ului, inițiat începutul transcrierii. ARN polimeraza se poate întrerupe uneori la scurt timp după începerea transcrierii, iar activatorii sunt obligați să elibereze ARN polimeraza din această stare „blocată”. Există mai multe mecanisme pentru eliberarea acestor ARN polimeraze „blocate”. Activatorii pot acționa pur și simplu ca un semnal pentru a declanșa mișcarea continuă a ARN polimerazei. Dacă ADN-ul este prea condensat pentru a permite ARN polimerazei să continue transcrierea, activatorii pot recruta proteine ​​care pot restructura ADN-ul, astfel încât orice blocuri să fie îndepărtate. Activatorii pot promova, de asemenea, recrutarea factorilor de alungire, care sunt necesari pentru ca ARN polimeraza să continue transcrierea.

Reglementarea activatorilor

Există diferite moduri în care activitatea activatorilor înșiși poate fi reglată, pentru a se asigura că activatorii stimulează transcrierea genelor la momente și niveluri adecvate. Activitatea activatorului poate crește sau scădea ca răspuns la stimulii de mediu sau la alte semnale intracelulare.

Activarea proteinelor activatoare

Activatorii trebuie adesea „activați” înainte de a putea promova transcrierea genelor. Activitatea activatorilor este controlată de capacitatea activatorului de a se lega de locul său de reglare de-a lungul ADN-ului. Domeniul de legare a ADN-ului activatorului are o formă activă și o formă inactivă, care sunt controlate de legarea moleculelor cunoscute sub numele de efectori alosterici la locul alosteric al activatorului.

Activatorii în forma lor inactivă nu sunt legați de nici un efect alosteric. Când este inactiv, activatorul nu poate să se lege de secvența sa reglatoare specifică din ADN și, prin urmare, nu are niciun efect de reglare asupra transcrierii genelor.

Când un efector alosteric se leagă de situsul alosteric al unui activator, are loc o schimbare conformațională în domeniul de legare a ADN-ului, care permite proteinei să se lege de ADN și să crească transcripția genică.

Modificări post-traducătoare

Unii activatori sunt capabili să sufere modificări post-translaționale care au un efect asupra activității lor în cadrul unei celule. Procedee precum fosforilarea , acetilarea și ubiquitinarea , printre altele, s-au văzut că reglează activitatea activatorilor. În funcție de grupul chimic care se adaugă, precum și de natura activatorului în sine, modificările post-translaționale pot crește sau micșora activitatea unui activator. De exemplu, s-a văzut că acetilarea crește activitatea unor activatori prin mecanisme precum creșterea afinității de legare a ADN-ului. Pe de altă parte, ubiquitinarea scade activitatea activatorilor, deoarece ubiquitina marchează proteinele pentru degradare după ce și-au îndeplinit funcțiile respective.

Sinergie

La procariote, o proteină activatoare singură este capabilă să promoveze transcrierea. În eucariote, de obicei mai multe activatoare se asamblează la locul de legare, formând un complex care acționează pentru a promova transcrierea. Acești activatori se leagă în mod cooperant la locul de legare, ceea ce înseamnă că legarea unui activator crește afinitatea site-ului pentru a lega un alt activator (sau, în unele cazuri, un alt regulator de transcripție), facilitând astfel legarea mai multor activatori la sit. În aceste cazuri, activatorii interacționează unul cu celălalt sinergic , ceea ce înseamnă că rata transcripției obținută de la activatorii multipli care lucrează împreună este mult mai mare decât efectele aditive ale activatorilor dacă aceștia ar lucra individual.

Exemple

Reglarea catabolismului maltozei

Defalcarea maltozei în Escherichia coli este controlată prin activarea genelor. Genele care codifică enzimele responsabile de catabolismul maltozei pot fi transcrise numai în prezența unui activator.

Activatorul care controlează transcrierea enzimelor de maltoză este oprit în absența maltozei. În forma sa inactivă, activatorul nu poate să se lege de ADN și să promoveze transcrierea genelor de maltoză.

Când maltoza este prezentă în celulă, aceasta se leagă de locul alosteric al proteinei activatoare, provocând o schimbare conformațională a domeniului de legare a ADN-ului activatorului. Această schimbare conformațională „pornește” activatorul, permițându-i să se lege de secvența sa regulatoare de ADN. Legarea activatorului la locul său de reglare promovează legarea ARN polimerazei la promotor și astfel transcrierea, producând enzimele necesare pentru descompunerea maltozei care a pătruns în celulă.

Reglarea operonului lac

Proteina catabolite activator (CAP), cunoscută și sub denumirea de proteină receptor cAMP (CRP), activează transcriere la lac operon a bacteriei Escherichia coli . Adenozin monofosfat ciclic (AMPc) este produs în timpul foametei de glucoză; această moleculă acționează ca un efector alosteric care se leagă de CAP și provoacă o schimbare conformațională care permite CAP-ului să se lege de un situs ADN situat adiacent promotorului lac. CAP face apoi o interacțiune directă proteină-proteină cu ARN polimeraza care recrutează ARN polimerază la promotorul lac.

lac operon în detaliu

Vezi si

Referințe