FAKTOR TRANSKRIPSI: MEKANISME AKSI, JENIS, FUNGSI - BIOLOGI - 2025

Sebuah faktor transkripsi adalah peraturan "aksesori" protein yang diperlukan untuk transkripsi gen. Transkripsi adalah langkah pertama ekspresi gen dan melibatkan transfer informasi yang terkandung dalam DNA ke molekul RNA, yang kemudian diproses untuk menghasilkan produk gen.

RNA polimerase II adalah enzim yang bertanggung jawab untuk transkripsi sebagian besar gen eukariotik dan menghasilkan, selain beberapa RNA kecil, RNA pembawa pesan yang nantinya akan diterjemahkan menjadi protein. Enzim ini membutuhkan keberadaan jenis faktor transkripsi yang dikenal sebagai faktor transkripsi umum atau basal.

Jenis faktor transkripsi «Penutupan leusin» (Sumber: I, Splette via Wikimedia Commons)

Namun, ini bukan satu-satunya faktor transkripsi yang ada di alam, karena terdapat protein "non-umum", baik pada eukariota maupun prokariota dan archaea, yang terlibat dalam regulasi transkripsi gen spesifik jaringan (dalam organisme multiseluler) atau dalam regulasi aktivitas gen sebagai respons terhadap berbagai rangsangan.

Faktor transkripsi ini adalah efektor yang sangat penting, dan dapat ditemukan di hampir semua organisme hidup, karena mereka mewakili sumber utama regulasi ekspresi gen.

Studi terperinci tentang faktor transkripsi yang berbeda pada berbagai jenis organisme hidup menunjukkan bahwa mereka memiliki struktur modular, di mana wilayah tertentu bertanggung jawab atas interaksi dengan DNA, sementara yang lain menghasilkan efek stimulasi atau penghambatan.

Faktor transkripsi, kemudian, berpartisipasi dalam pemodelan pola ekspresi gen yang tidak ada hubungannya dengan perubahan urutan DNA, tetapi dengan perubahan epigenetik. Ilmu yang bertanggung jawab untuk mempelajari perubahan ini dikenal sebagai epigenetik.

Mekanisme aksi

Untuk menjalankan fungsinya, faktor transkripsi harus dapat secara spesifik mengenali dan mengikat urutan DNA tertentu untuk secara positif atau negatif mempengaruhi transkripsi wilayah DNA tersebut.

Faktor transkripsi umum, yang pada dasarnya sama untuk transkripsi semua gen tipe II pada eukariota, pertama-tama berkumpul di wilayah promotor gen tersebut, sehingga mengarahkan posisi enzim polimerase dan "pembukaan" gandanya. baling-baling.

Prosesnya berlangsung dalam beberapa langkah berturut-turut:

- Pengikatan faktor transkripsi umum TFIID ke urutan pengulangan timin (T) dan adenin (A) dalam gen yang dikenal sebagai "kotak TATA"; ini menyebabkan distorsi DNA yang diperlukan untuk pengikatan protein lain ke daerah promotor.

- Perakitan selanjutnya dari faktor umum lainnya (TFIIB, TFIIH, TFIH, TFIIE, TFIIF, dll.) Dan RNA polimerase II, membentuk apa yang disebut kompleks inisiasi transkripsi.

- Pelepasan kompleks inisiasi, fosforilasi polimerase oleh faktor TFIIH dan awal transkripsi dan sintesis molekul RNA dari urutan gen yang ditranskripsi.

Aktivasi dan represi transkripsi

Seperti yang telah dibahas, faktor transkripsi “non-umum” dapat mengatur ekspresi gen, baik secara positif maupun negatif.

Pengaktifan

Beberapa protein ini mengandung, selain domain struktural pengikat DNA, motif lain yang dikenal sebagai domain aktivasi, yang kaya akan residu asam amino asam, glutamin atau residu prolin.

Domain aktivasi ini berinteraksi dengan elemen kompleks faktor transkripsi umum atau dengan molekul koaktivator terkait yang berinteraksi langsung dengan kompleks. Hasil interaksi ini baik dalam stimulasi perakitan kompleks transkripsi atau dalam peningkatan aktivitasnya.

Represi

Sebagian besar faktor transkripsi menghambat transkripsi dengan mengganggu aktivitas faktor transkripsi yang bekerja secara positif, menghalangi efek stimulasi mereka. Mereka dapat bekerja dengan menghalangi pengikatan faktor positif ke DNA atau dengan bekerja pada faktor-faktor yang menonaktifkan struktur kromatin.

Faktor penghambat lain bekerja dengan memblokir transkripsi secara langsung, tanpa memblokir tindakan faktor transkripsi yang mengaktifkan; dan mereka menurunkan tingkat basal transkripsi, ke tingkat yang bahkan lebih rendah daripada yang dicapai tanpa adanya faktor pengaktif.

Seperti protein aktivator, faktor penekan bertindak langsung atau tidak langsung dengan faktor transkripsi basal atau umum.

Jenis

Meskipun sebagian besar faktor transkripsi diklasifikasikan menurut karakteristik atau identitas domain pengikat DNA mereka, ada beberapa, juga diklasifikasikan sebagai faktor transkripsi, yang tidak berinteraksi langsung dengan DNA dan dikenal sebagai faktor transkripsi. "Tidak langsung".

Faktor transkripsi langsung

Mereka adalah faktor transkripsi yang paling umum. Mereka memiliki domain pengikat DNA dan dapat mengaktifkan atau menghambat ekspresi gen dengan mengikat ke wilayah DNA tertentu. Mereka berbeda satu sama lain terutama dalam hal domain pengikatan DNA dan status oligomerisasi mereka.

Kelompok yang paling banyak dipelajari dan dikenali dari jenis faktor ini adalah:

Helix-Turn-Helix (" helix-turn-helix ", HTH)

Ini adalah kelompok faktor pertama dengan domain pengikat DNA yang ditemukan, dan terdapat di banyak protein eukariotik dan prokariotik. Motif pengenalannya terdiri dari α heliks, spin, dan α helix kedua.

Mereka telah mengawetkan domain glisin di wilayah belokan dan juga beberapa residu hidrofobik yang membantu menstabilkan susunan dua heliks di unit HTH.

Homeodomain

Ini hadir dalam sejumlah besar protein pengatur eukariotik. Urutan pertama dikenali dalam protein pengatur perkembangan Drosophila. Domain ini berisi motif HTH untuk mengikat DNA dan α-helix tambahan, selain lengan terminal-N yang diperpanjang.

Jari Seng

Mereka ditemukan dalam faktor transkripsi Xenopus TFIIIA dan telah terbukti berpartisipasi dalam banyak aspek regulasi gen eukariotik. Mereka ditemukan dalam protein yang diinduksi oleh diferensiasi dan sinyal pertumbuhan, dalam proto-onkogen, dan dalam beberapa faktor transkripsi umum.

Dicirikan oleh adanya pengulangan batch dari 30 motif jari seng residu yang mengandung berbagai residu sistein dan histidin.

Reseptor steroid

Keluarga ini termasuk protein pengatur penting yang, selain memiliki domain untuk pengikatan hormon, memiliki domain pengikatan DNA dan umumnya bertindak sebagai aktivator transkripsi.

Domain pengikat mengandung 70 residu, 8 di antaranya adalah residu sistein yang dilestarikan. Beberapa penulis menganggap bahwa faktor-faktor ini dapat membentuk sepasang jari seng, mengingat adanya dua set empat sistein.

Penutupan leusin dan helix-loop-helix (" helix-loop-helix" )

Faktor transkripsi ini terlibat dalam diferensiasi dan perkembangan dan fungsi dengan pembentukan heterodimer. Domain penutupan leusin diamati pada berbagai protein eukariotik dan dicirikan oleh dua subdomain: penutupan leusin yang memediasi dimerisasi dan wilayah dasar untuk pengikatan DNA.

Β motif lembaran

Mereka terutama ditemukan pada faktor eukariotik dan dibedakan dengan mengikat DNA dengan lembaran β antiparalel.

Faktor transkripsi tidak langsung

Jenis faktor transkripsi ini memberikan efek pengaturannya pada ekspresi gen tidak melalui interaksi langsung dengan DNA, tetapi melalui interaksi protein-protein dengan faktor transkripsi lain yang berinteraksi dengan DNA. Itulah mengapa mereka disebut "tidak langsung".

Yang pertama dideskripsikan adalah trans-aktivator dari virus “herpes simplex” (HSV) yang dikenal sebagai VP16, yang mengikat ke faktor Oct-1 ketika sel terinfeksi virus ini, merangsang transkripsi gen tertentu.

Faktor-faktor jenis ini, seperti yang memang mengikat DNA, dapat mengaktifkan atau menekan transkripsi gen, itulah sebabnya mereka masing-masing disebut "koaktivator" dan "korepresor".

Peraturan

Protein-protein ini dapat diatur pada dua tingkat: dalam sintesisnya dan dalam aktivitasnya, yang bergantung pada variabel yang berbeda dan berbagai situasi.

Peraturan sintesis

Pengaturan sintesisnya mungkin terkait dengan ekspresi spesifik jaringan dari faktor transkripsi tertentu. Contohnya adalah faktor MyoD, yang disintesis hanya dalam sel otot rangka dan yang diperlukan untuk diferensiasi prekursor fibroblast yang tidak terdiferensiasi.

Meskipun pengaturan sintesis digunakan terutama untuk mengontrol ekspresi gen dalam jenis dan jaringan sel tertentu, ini bukan satu-satunya cara, karena sintesis faktor-faktor yang terlibat dalam induksi gen yang berpartisipasi dalam respons juga diatur. untuk berbagai rangsangan.

Pengaturan aktivitas

Mekanisme pengaturan lain untuk faktor transkripsi adalah pengaturan aktivitasnya, yang berkaitan dengan aktivasi faktor transkripsi lain yang sudah ada sebelumnya yang memberikan efek positif atau negatif pada aktivitas faktor tertentu.

Aktivasi faktor-faktor "sekunder" ini biasanya terjadi melalui mekanisme yang berbeda seperti pengikatan ligan, perubahan interaksi protein-protein, fosforilasi, dan lain-lain.

Peran dan kepentingan

Faktor transkripsi berpartisipasi dalam berbagai macam proses seperti perkembangan embrio, pertumbuhan dan diferensiasi, kontrol siklus sel, adaptasi terhadap kondisi lingkungan yang berfluktuasi, pemeliharaan pola sintesis protein spesifik sel dan jaringan, dll.

Pada tumbuhan, misalnya, mereka memiliki fungsi penting dalam pertahanan dan sebagai respons terhadap berbagai jenis stres. Osteogenesis pada hewan telah ditentukan untuk dikendalikan oleh faktor transkripsi, serta banyak proses diferensiasi lain dari garis sel yang berbeda.

Mengingat pentingnya protein ini dalam organisme, tidak jarang berpikir bahwa perubahan elemen pengaturan ini akan menyebabkan perubahan patologis yang serius.

Dalam kasus manusia, patologi yang terkait dengan faktor transkripsi dapat berupa gangguan perkembangan (karena mutasi yang menyebabkan inaktivasi faktor transkripsi, misalnya), gangguan pada respons hormonal atau kanker.

Referensi

1. Alberts, B., Dennis, B., Hopkin, K., Johnson, A., Lewis, J., Raff, M., … Walter, P. (2004). Biologi Sel Esensial. Abingdon: Ilmu Garland, Taylor & Francis Group.
2. Iwafuchi-doi, M., & Zaret, KS (2014). Faktor transkripsi perintis dalam pemrograman ulang sel. Genes & Development, 28, 2679–2692.
3. Latchman, D. (1997). Faktor Transkripsi: Gambaran Umum. Int. J. Biochem. Sel. Berbagai., 29 (12), 1305-1312.
4. Latchman, DS (2007). Faktor Transkripsi. Encyclopedia of Life Sciences, 1–5.
5. Marie, PJ (2008). Faktor transkripsi yang mengendalikan osteoblastogenesis. Arsip Biokimia dan Biofisika, 473, 98-105.
6. Pabo, C., & Sauer, RT (1992). Faktor Transkripsi: Keluarga Struktural dan Prinsip Pengenalan DNA. Annu. Wahyu, 61, 1053-1095.
7. Singh, KB, Foley, RC, & Oñate-sánchez, L. (2002). Faktor transkripsi dalam pertahanan tanaman dan respons stres. Opini Terkini dalam Biologi Tumbuhan, 5, 430-436.