Kiểm soát phiên mã biểu hiện enzyme

Kiểm soát phiên mã biểu hiện enzyme là sự điều hòa lượng enzyme mà một tế bào tạo ra bằng cách điều chỉnh quá trình phiên mã của các gen mã hóa enzyme đó. Bằng cách tăng hoặc giảm hoạt động của các gen enzyme để đáp ứng với các tín hiệu dinh dưỡng, hormone và phát triển, các tế bào thay đổi lượng enzyme hiện có trong vài giờ thay vì vài giây, bổ sung cho việc kiểm soát nhanh chóng hoạt động bằng cơ chế dị lập thể và biến đổi cộng hóa trị.

Definition

Kiểm soát phiên mã biểu hiện enzyme là sự điều hòa sự phong phú của enzyme đạt được bằng cách kiểm soát tốc độ phiên mã của các gen mã hóa enzyme, thường thông qua các yếu tố phiên mã liên kết với các yếu tố DNA điều hòa và thông qua trạng thái nhiễm sắc thể của các gen đó, từ đó thiết lập lượng protein enzyme được tổng hợp.

Scope

Mục này bao gồm logic điều hòa sự phong phú của enzyme thông qua biểu hiện gen, bao gồm các yếu tố phiên mã, các yếu tố đáp ứng, trạng thái nhiễm sắc thể, và khung thời gian chậm hơn của sự kiểm soát này so với các cơ chế sau dịch mã. Đây là một chủ đề tham khảo trong điều hòa enzyme và không đưa ra hướng dẫn lâm sàng hoặc điều trị.

Core questions

• Thay đổi phiên mã của một gen enzyme điều hòa quá trình trao đổi chất như thế nào?
• Tại sao kiểm soát phiên mã chậm hơn kiểm soát dị lập thể hoặc cộng hóa trị?
• Các yếu tố phiên mã cảm nhận trạng thái trao đổi chất và điều chỉnh tổng hợp enzyme như thế nào?
• Cấu trúc nhiễm sắc thể ảnh hưởng đến việc một gen enzyme có được biểu hiện hay không như thế nào?

Key concepts

• Các yếu tố phiên mã và yếu tố đáp ứng
• Các gen enzyme cảm ứng so với gen enzyme cấu thành
• Kiểm soát phản hồi về sự phong phú của enzyme
• Biến đổi và khả năng tiếp cận của nhiễm sắc thể
• Cảm ứng hormone và dinh dưỡng
• Khung thời gian chậm so với kiểm soát sau dịch mã

Key theories

Phiên mã enzyme chuyển hóa được điều hòa bởi sterol

Brown và Goldstein đã chỉ ra rằng các yếu tố phiên mã SREBP được giữ trong màng và được giải phóng bằng quá trình phân giải protein được điều hòa khi sterol thấp, sau đó kích hoạt phiên mã các gen cho các enzyme tổng hợp cholesterol và axit béo, minh họa sự kiểm soát phản hồi về sự phong phú của enzyme ở cấp độ phiên mã.

Mechanisms

Để thay đổi lượng enzyme hiện có, các tế bào điều hòa quá trình phiên mã của các gen tương ứng. Các yếu tố phiên mã đặc hiệu trình tự liên kết với các yếu tố DNA điều hòa gần một gen và tuyển dụng hoặc ngăn chặn bộ máy phiên mã, làm tăng hoặc giảm sản xuất RNA thông tin và do đó là protein enzyme. Các yếu tố này thường hoạt động như các cảm biến: hormone, chất dinh dưỡng và chất chuyển hóa làm thay đổi hoạt động của chúng, như trong hệ thống SREBP, nơi sterol thấp kích hoạt quá trình phân giải protein được điều hòa để giải phóng một yếu tố phiên mã hoạt động để bật các enzyme tổng hợp lipid. Khả năng tiếp cận của các gen enzyme còn được điều chỉnh bởi các biến đổi nhiễm sắc thể, mở hoặc đóng các vùng DNA để phiên mã. Bởi vì sự kiểm soát này đòi hỏi sự tổng hợp và luân chuyển của mRNA và protein, nó hoạt động trong vài giờ và điều chỉnh mức enzyme ổn định cho những thay đổi bền vững về nhu cầu; kiểm soát dịch mã xuôi dòng bổ sung một cấp độ khác về tốc độ tổng hợp protein.

Clinical relevance

Nhiều sự thích nghi nội tiết và trao đổi chất, và hoạt động của một số loại thuốc, hoạt động bằng cách thay đổi quá trình phiên mã của các gen enzyme, vì vậy sự kiểm soát này là nền tảng cho hóa sinh trong y học. Mục này mô tả cơ chế để tham khảo và không phải là cơ sở cho các quyết định chẩn đoán hoặc điều trị.

History

Sự tổng hợp enzyme được điều hòa lần đầu tiên được thiết lập ở vi khuẩn thông qua các nghiên cứu về các operon cảm ứng và ức chế vào giữa thế kỷ XX, cho thấy quá trình phiên mã gen có thể được bật tắt để đáp ứng với chất dinh dưỡng. Ở sinh vật nhân chuẩn, việc phát hiện ra các yếu tố phiên mã và yếu tố đáp ứng cụ thể đã mở rộng nguyên tắc này sang việc kiểm soát các enzyme chuyển hóa, được minh họa bằng con đường SREBP của Brown và Goldstein. Việc công nhận sự biến đổi nhiễm sắc thể, được tổng hợp bởi Kouzarides, đã bổ sung một lớp biểu sinh, trong khi công trình về khởi đầu dịch mã đã mở rộng bức tranh về cách thiết lập sự phong phú của enzyme.

Key figures

• Michael Brown
• Joseph Goldstein
• Tony Kouzarides
• Nahum Sonenberg

Seminal works

• brown-goldstein-1997
• kouzarides-2007

Frequently asked questions

Kiểm soát phiên mã khác với kiểm soát dị lập thể của một enzyme như thế nào?

Kiểm soát dị lập thể thay đổi hoạt động của các phân tử enzyme đã có sẵn trong vài giây, trong khi kiểm soát phiên mã thay đổi số lượng phân tử enzyme mà tế bào tạo ra, hoạt động trong vài giờ.

Enzyme cảm ứng là gì?

Đó là một enzyme mà gen của nó được phiên mã và dịch mã chỉ khi có một tín hiệu cụ thể, vì vậy tế bào sản xuất enzyme khi cần thiết chứ không phải mọi lúc.