转录因子与反式作用调控

转录因子是结合特定DNA序列并控制转录速率的蛋白质，它们以反式作用方式发挥功能，因为它们是可扩散的产物，可以调控任何带有其结合位点的靶基因。它们是基因表达的主要决策者，将细胞信号整合到基因程序的激活或抑制中。

Definition

转录因子是结合特定DNA序列的蛋白质，从而控制遗传信息从DNA到RNA的传递（转录），作为反式作用调节因子激活或抑制其靶基因。

Scope

本主题涵盖序列特异性DNA结合转录因子、它们的DNA结合域和激活/抑制域、它们如何组织成结构家族，以及它们如何招募或阻断基础转录机制和辅助因子。它将这些反式作用蛋白与它们识别的顺式作用DNA元件以及基础转录机制的通用因子区分开来。本内容为参考教育性质。

Core questions

• 转录因子如何识别其特定的DNA靶序列？
• 结合的因子如何增加或减少其靶基因的转录？
• 转录因子如何组织成家族，一个基因组编码多少个？

Key concepts

• 序列特异性DNA结合域
• 激活域和抑制域
• DNA结合结构家族（例如，锌指、同源异型盒、基本螺旋-环-螺旋、亮氨酸拉链）
• 激活因子和抑制因子
• 共激活因子和共抑制因子
• 组合控制
• ChIP-seq结合位点图谱

Key theories

操纵子模型和调控蛋白

雅各布和莫诺德提出，可扩散的调控蛋白作用于特定的操纵子序列，以开启或关闭基因转录，引入了反式作用调控的概念，这是转录因子生物学的基础。

Mechanisms

转录因子利用DNA结合域识别短的特定序列，并利用单独的效应域作用于转录。激活因子招募共激活因子和基础转录机制，并有助于打开染色质，而抑制因子则阻断招募、招募共抑制因子或使染色质紧密化。由于许多因子结合重叠位点并协同作用，基因表达由特定因子组合以组合方式设定。通过染色质免疫沉淀测序获得的基因组范围结合图谱已经编目了因子结合的位置，并且对DNA结合蛋白的整理已经定义了人类转录因子及其家族的补充。

Clinical relevance

转录因子是发育和体内平衡的核心，它们的失调或突变会导致癌症和发育障碍；它们是广泛研究的药物靶点类别，尽管历史上一直难以攻克。本条目在参考层面描述了它们的生物学，并非个体治疗决策的依据。

History

可扩散的调控蛋白作用于特定DNA位点的想法源于1961年的操纵子模型。后来的结构研究定义了主要的DNA结合家族，在基因组时代，系统性普查（Vaquerizas et al., 2009; Lambert et al., 2018）编目了人类转录因子库，而基于ChIP的方法则绘制了它们在全基因组范围内的结合图谱。

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

为什么转录因子被称为反式作用因子？

它们是基因组其他地方编码的可扩散蛋白质，可以作用于任何带有其结合序列的靶基因，这与顺式作用DNA元件不同，后者只调控同一分子上的基因。

转录因子如何在庞大的基因组中找到其特定位点？

每个因子都有一个DNA结合域，可以识别一个短的序列基序，通过与伴侣因子的组合结合以及染色质中DNA的可及性来提高特异性。