عوامل رونویسی و تنظیم ترانس-اکتینگ

عوامل رونویسی پروتئین‌هایی هستند که به توالی‌های خاص DNA متصل می‌شوند و سرعت رونویسی را کنترل می‌کنند. آنها به صورت ترانس-اکتینگ عمل می‌کنند زیرا محصولات قابل انتشار هستند که می‌توانند هر ژن هدف دارای جایگاه اتصال خود را تنظیم کنند. آنها تصمیم‌گیرندگان اصلی بیان ژن هستند و سیگنال‌های سلولی را در فعال‌سازی یا سرکوب برنامه‌های ژنی ادغام می‌کنند.

Definition

عوامل رونویسی پروتئین‌هایی هستند که به توالی‌های خاص DNA متصل می‌شوند و از این طریق انتقال (رونویسی) اطلاعات ژنتیکی از DNA به RNA را کنترل می‌کنند و به عنوان تنظیم‌کننده‌های ترانس-اکتینگ عمل می‌کنند که ژن‌های هدف خود را فعال یا سرکوب می‌کنند.

Scope

این موضوع عوامل رونویسی متصل‌شونده به DNA با توالی خاص، دامنه‌های اتصال به DNA و فعال‌سازی/سرکوب آنها، نحوه سازماندهی آنها در خانواده‌های ساختاری، و نحوه جذب یا مسدود کردن ماشین‌آلات پایه و کوفاکتورها را پوشش می‌دهد. این موضوع این پروتئین‌های ترانس-اکتینگ را از عناصر DNA سیس-اکتینگ که آنها را می‌خوانند، و از عوامل عمومی ماشین‌آلات پایه متمایز می‌کند. رویکرد این مطلب مرجع-آموزشی است.

Core questions

• عوامل رونویسی چگونه توالی‌های هدف DNA خاص خود را شناسایی می‌کنند؟
• چگونه یک عامل متصل شده رونویسی ژن هدف خود را افزایش یا کاهش می‌دهد؟
• عوامل رونویسی چگونه در خانواده‌ها سازماندهی می‌شوند و یک ژنوم چند عامل را کد می‌کند؟

Key concepts

• دامنه اتصال به DNA با توالی خاص
• دامنه‌های فعال‌سازی و سرکوب
• خانواده‌های ساختاری متصل‌شونده به DNA (مانند انگشت روی، هومئودومین، هلیکس-لوپ-هلیکس پایه، زیپر لوسین)
• فعال‌کننده‌ها و سرکوب‌کننده‌ها
• کوفعال‌کننده‌ها و کوسرکوب‌کننده‌ها
• کنترل ترکیبی
• نقشه‌برداری جایگاه‌های اتصال با ChIP-seq

Key theories

مدل اپرون و پروتئین‌های تنظیمی

ژاکوب و مونو پیشنهاد کردند که پروتئین‌های تنظیمی قابل انتشار بر توالی‌های اپراتور خاص عمل می‌کنند تا رونویسی ژن را روشن یا خاموش کنند و مفهوم تنظیم ترانس-اکتینگ را معرفی کردند که زیربنای زیست‌شناسی عوامل رونویسی است.

Mechanisms

یک عامل رونویسی از یک دامنه اتصال به DNA برای شناسایی یک توالی کوتاه خاص و از یک دامنه افکتور جداگانه برای تأثیرگذاری بر رونویسی استفاده می‌کند. فعال‌کننده‌ها کوفعال‌کننده‌ها و ماشین‌آلات پایه را جذب می‌کنند و می‌توانند به باز شدن کروماتین کمک کنند، در حالی که سرکوب‌کننده‌ها جذب را مسدود می‌کنند، کوسرکوب‌کننده‌ها را جذب می‌کنند یا کروماتین را فشرده می‌کنند. از آنجا که بسیاری از عوامل به جایگاه‌های همپوشان متصل می‌شوند و با هم عمل می‌کنند، بیان ژن به صورت ترکیبی توسط مجموعه خاصی از عوامل موجود تنظیم می‌شود. نقشه‌های اتصال در سراسر ژنوم که با توالی‌سنجی ایمونوپرسیپیتاسیون کروماتین به دست آمده‌اند، محل اتصال عوامل را فهرست‌بندی کرده‌اند، و طبقه‌بندی پروتئین‌های متصل‌شونده به DNA، مجموعه عوامل رونویسی انسانی و خانواده‌های آنها را تعریف کرده است.

Clinical relevance

عوامل رونویسی در تکوین و هموستاز نقش محوری دارند و اختلال در تنظیم یا جهش آنها به سرطان‌ها و اختلالات تکوینی کمک می‌کند؛ آنها یک دسته از اهداف دارویی هستند که به طور گسترده مورد مطالعه قرار گرفته‌اند، اگرچه از نظر تاریخی دشوار بوده‌اند. این مدخل زیست‌شناسی آنها را در سطح مرجع توصیف می‌کند و مبنایی برای تصمیم‌گیری‌های درمانی فردی نیست.

History

ایده پروتئین‌های تنظیمی قابل انتشار که بر جایگاه‌های خاص DNA عمل می‌کنند، از مدل اپرون سال 1961 نشأت گرفت. کارهای ساختاری بعدی خانواده‌های اصلی متصل‌شونده به DNA را تعریف کردند، و در عصر ژنومیک، سرشماری‌های سیستماتیک (Vaquerizas و همکاران، 2009؛ Lambert و همکاران، 2018) مجموعه عوامل رونویسی انسانی را فهرست‌بندی کردند، در حالی که روش‌های مبتنی بر ChIP اتصال آنها را در سراسر ژنوم نقشه‌برداری کردند.

Key figures

• François Jacob
• Jacques Monod
• Sarah A. Teichmann
• Timothy R. Hughes
• Richard A. Young

Seminal works

• jacob-monod-1961
• lambert-2018
• vaquerizas-2009

Frequently asked questions

چرا عوامل رونویسی را ترانس-اکتینگ می‌نامند؟

آنها پروتئین‌های قابل انتشاری هستند که در جای دیگری از ژنوم کدگذاری شده‌اند و می‌توانند بر هر ژن هدف دارای توالی اتصال خود عمل کنند، برخلاف عناصر DNA سیس-اکتینگ که فقط ژن‌های روی همان مولکول را تنظیم می‌کنند.

عوامل رونویسی چگونه جایگاه‌های خاص خود را در یک ژنوم بزرگ پیدا می‌کنند؟

هر عامل دارای یک دامنه اتصال به DNA است که یک موتیف توالی کوتاه را شناسایی می‌کند، و ویژگی با اتصال ترکیبی با عوامل شریک و با دسترسی DNA در کروماتین افزایش می‌یابد.