การควบคุมการถอดรหัสในยูคาริโอต

เซลล์ยูคาริโอตกำหนดการถอดรหัสของแต่ละยีนผ่านการทำงานร่วมกันของปัจจัยควบคุม, ตัวเสริมการทำงาน, ตัวกระตุ้นร่วม และการส่งสัญญาณ ซึ่งเป็นพื้นฐานของการแสดงออกของยีนที่แตกต่างกัน

Definition

การควบคุมการถอดรหัสในยูคาริโอตคือการควบคุมปริมาณการถอดรหัสของยีนโดย RNA polymerase ซึ่งทำได้ผ่านการทำงานร่วมกันของปัจจัยการถอดรหัสที่จำเพาะต่อลำดับและตัวควบคุมร่วมที่ออกฤทธิ์ต่อโปรโมเตอร์และตัวเสริมการทำงาน และเชื่อมต่อกับกลไกการถอดรหัสพื้นฐาน

Scope

หัวข้อนี้ครอบคลุมการควบคุมการถอดรหัสในยูคาริโอต: ตัวกระตุ้นและตัวยับยั้งที่จำเพาะต่อลำดับ, ตัวเสริมการทำงานและตัวยับยั้งที่ออกฤทธิ์จากระยะไกล, คอมเพล็กซ์ตัวกระตุ้นร่วมและตัวยับยั้งร่วม, ตัวเชื่อม Mediator ไปยังกลไกพื้นฐาน, และการรวมกันของวิถีการส่งสัญญาณที่โปรโมเตอร์ โดยเน้นตรรกะเชิงผสมผสานที่สร้างการแสดงออกที่จำเพาะต่อชนิดเซลล์; การควบคุมระดับโครมาตินจะกล่าวถึงในหัวข้อที่เกี่ยวข้อง

Core questions

• ตัวเสริมการทำงานที่อยู่ห่างไกลสื่อสารกับโปรโมเตอร์ของยีนได้อย่างไร?
• การรวมกันของปัจจัยต่างๆ กำหนดการแสดงออกที่จำเพาะต่อชนิดเซลล์ได้อย่างไร?
• ตัวกระตุ้นร่วม, ตัวยับยั้งร่วม และ Mediator มีบทบาทอย่างไร?
• วิถีการส่งสัญญาณเปลี่ยนแปลงการถอดรหัสเพื่อตอบสนองต่อสิ่งแวดล้อมได้อย่างไร?

Key theories

การควบคุมแบบผสมผสาน

การถอดรหัสของยีนถูกกำหนดโดยชุดของตัวกระตุ้นและตัวยับยั้งที่จำเพาะ ดังนั้นปัจจัยจำนวนไม่มากที่ใช้ในรูปแบบผสมผสานกันสามารถกำหนดโปรแกรมการแสดงออกที่แตกต่างกันมากมายของสิ่งมีชีวิตหลายเซลล์ได้

การสื่อสารระหว่างตัวเสริมการทำงานและโปรโมเตอร์

ตัวเสริมการทำงานที่ถูกจับโดยตัวกระตุ้นจะออกฤทธิ์ในระยะไกลโดยการวนของ DNA และดึงดูดตัวกระตุ้นร่วมและคอมเพล็กซ์ Mediator ไปยังโปรโมเตอร์ ซึ่งเพิ่มการถอดรหัสโดยไม่ต้องอยู่ติดกับตำแหน่งเริ่มต้น

Mechanisms

ปัจจัยการถอดรหัสที่จำเพาะต่อลำดับจะจับกับตัวเสริมการทำงานและองค์ประกอบที่อยู่ใกล้โปรโมเตอร์ผ่านโดเมนที่จับกับ DNA และดึงดูดตัวกระตุ้นร่วมหรือตัวยับยั้งร่วมผ่านโดเมนตัวกระตุ้นที่แยกต่างหาก ตัวกระตุ้นร่วมรวมถึงคอมเพล็กซ์ที่ปรับเปลี่ยนโครมาตินและคอมเพล็กซ์ Mediator ซึ่งเชื่อมโยงปัจจัยที่จับกับตัวเสริมการทำงานเข้ากับ RNA polymerase และปัจจัยการถอดรหัสทั่วไปที่โปรโมเตอร์หลัก ซึ่งมักจะผ่านการวนของ DNA วิถีการส่งสัญญาณจะปรับเปลี่ยนปัจจัยการถอดรหัสหรือกระตุ้นการเข้าสู่นิวเคลียส ทำให้สัญญาณภายนอกเซลล์สามารถเปลี่ยนเป็นการเปลี่ยนแปลงในการถอดรหัสได้ ในขณะที่ตัวยับยั้งและตัวยับยั้งการทำงานจะถ่วงดุลการกระตุ้น

Clinical relevance

กิจกรรมของปัจจัยการถอดรหัสที่ผิดปกติและการกลายพันธุ์ของตัวเสริมการทำงานเป็นสาเหตุของมะเร็งและความผิดปกติในการพัฒนาหลายชนิด และตัวควบคุมร่วมของการถอดรหัสเป็นเป้าหมายยาที่สำคัญ; ข้อมูลนี้ให้เพื่อความสำคัญ ไม่ใช่คำแนะนำทางคลินิก

History

การโคลนปัจจัยการถอดรหัสในยูคาริโอตและการค้นพบตัวเสริมการทำงานในช่วงปลายศตวรรษที่ 20 ได้สร้างการควบคุมแบบผสมผสาน และการระบุตัวกระตุ้นร่วมและคอมเพล็กซ์ Mediator แสดงให้เห็นว่าตัวควบคุมที่อยู่ห่างไกลสามารถเข้าถึง polymerase ได้อย่างไร ซึ่งเป็นรากฐานของมุมมองสมัยใหม่ของการถอดรหัสในยูคาริโอต

Key figures

• Robert Tjian
• Roger Kornberg
• Mark Ptashne

Seminal works

• alberts2014
• lodish2016

Frequently asked questions

ตัวเสริมการทำงานสามารถควบคุมยีนจากระยะไกลได้อย่างไร?

DNA จะวนเป็นวงเพื่อให้ปัจจัยที่จับอยู่ที่ตัวเสริมการทำงานมาสัมผัสกับโปรโมเตอร์และกลไกของมัน ซึ่งส่งสัญญาณควบคุมข้ามระยะทางที่อยู่ระหว่างกลาง

ทำไมการควบคุมในยูคาริโอตจึงเรียกว่าแบบผสมผสาน?

เนื่องจากผลลัพธ์ของยีนขึ้นอยู่กับการรวมกันเฉพาะของตัวกระตุ้นและตัวยับยั้งที่มีอยู่ ทำให้ชุดปัจจัยที่จำกัดสามารถสร้างรูปแบบการแสดงออกที่แตกต่างกันได้มากมาย