Sebuah faktor transkripsi adalah peraturan “aksesori” protein yang diperlukan untuk transkripsi gen. Transkripsi adalah langkah pertama dalam ekspresi gen dan melibatkan transfer informasi yang terkandung dalam DNA ke molekul RNA, yang selanjutnya 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 adanya jenis faktor transkripsi yang dikenal sebagai faktor transkripsi umum atau basal.
Jenis Faktor Transkripsi “Penutupan Leusin” (Sumber: I, Splette [CC BY-SA 3.0 (http://creativecommons.org/licenses/by-sa/3.0/)] melalui Wikimedia Commons)
Namun, ini bukan satu-satunya faktor transkripsi yang ada di alam, karena ada protein “non-umum”, baik pada eukariota maupun pada prokariota dan archaea, yang terlibat dalam regulasi transkripsi gen spesifik jaringan (pada organisme multiseluler) atau dalam pengaturan aktivitas gen dalam menanggapi berbagai rangsangan.
Faktor-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 rinci faktor transkripsi yang berbeda dalam berbagai jenis organisme hidup menunjukkan bahwa mereka memiliki struktur modular, di mana wilayah tertentu bertanggung jawab untuk interaksi dengan DNA, sementara yang lain menghasilkan efek stimulasi atau penghambatan.
Faktor transkripsi, kemudian, berpartisipasi dalam pecaralan 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.
Indeks artikel
Mekanisme aksi
Untuk menjalankan fungsinya, faktor transkripsi harus mampu secara khusus 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 daerah promotor gen, sehingga mengarahkan penempatan enzim polimerase dan “pembukaan” baling-baling ganda.
Proses 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 berikutnya 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 pengikat DNA struktural, motif lain yang dikenal sebagai domain aktivasi, yang kaya akan residu asam amino asam, residu glutamin atau prolin.
Domain aktivasi ini berinteraksi dengan unsur kompleks faktor transkripsi umum atau dengan molekul koaktivator terkait yang berinteraksi langsung dengan kompleks. Interaksi ini menghasilkan stimulasi perakitan kompleks transkripsi atau peningkatan aktivitasnya.
Represi
Sebagian besar faktor transkripsi menghambat transkripsi dengan mengganggu aktivitas faktor transkripsi yang bertindak positif, menghalangi efek stimulasinya. Mereka dapat bekerja dengan menghalangi pengikatan faktor positif ke DNA atau dengan bekerja pada faktor-faktor yang menonaktifkan struktur kromatin.
Faktor penghambat lainnya bertindak dengan memblokir transkripsi secara langsung, tanpa menghalangi tindakan faktor transkripsi yang mengaktifkan; dan mereka menurunkan tingkat transkripsi basal, ke tingkat yang bahkan lebih rendah daripada yang dicapai tanpa adanya faktor pengaktif.
Seperti protein aktivator, faktor represor bekerja secara langsung atau tidak langsung dengan faktor transkripsi basal atau umum.
Jenis
Meskipun sebagian besar faktor transkripsi diklasifikasikan menurut karakteristik atau identitas domain pengikatan DNA-nya, ada beberapa, juga diklasifikasikan sebagai faktor transkripsi, yang tidak berinteraksi langsung dengan DNA dan dikenal sebagai faktor transkripsi.
Faktor transkripsi langsung
Mereka adalah faktor transkripsi yang paling umum. Mereka memiliki domain pengikatan DNA dan dapat mengaktifkan atau menghambat ekspresi gen dengan mengikat daerah tertentu dari DNA. Mereka berbeda satu sama lain terutama sehubungan dengan domain pengikatan DNA mereka dan keadaan oligomerisasi mereka.
Keluarga yang paling banyak dipelajari dan diakui dari jenis faktor ini adalah:
Helix-Turn-Helix (“ heliks-putar-heliks ”, HTH)
Ini adalah faktor keluarga pertama dengan domain pengikatan DNA yang ditemukan, dan terdapat dalam banyak protein eukariotik dan prokariotik. Motif pengenalannya terdiri dari -helix, spin, dan -helix kedua.
Mereka memiliki domain glisin yang dilestarikan 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 -helix tambahan, serta perpanjangan lengan N-terminal.
Jari Seng
Mereka ditemukan dalam faktor transkripsi Xenopus TFIIIA dan telah terbukti terlibat 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.
Mereka dicirikan oleh adanya pengulangan batch motif jari seng 30 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 pengikatan mengandung 70 residu, di antaranya 8 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 pengembangan dan fungsi dengan pembentukan heterodimer. Domain penutupan leusin diamati dalam berbagai protein eukariotik dan dicirikan oleh dua subdomain: penutupan leusin yang memediasi dimerisasi dan wilayah dasar untuk pengikatan DNA.
motif lembaran
Mereka terutama ditemukan pada faktor eukariotik dan dibedakan dengan mengikat DNA oleh -sheet 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 faktor Oct-1 ketika sel terinfeksi virus ini, merangsang transkripsi gen tertentu.
Faktor-faktor jenis ini, seperti yang mengikat DNA, dapat mengaktifkan atau menekan transkripsi gen, itulah sebabnya mereka disebut “koaktivator” dan “korepresor”, masing-masing.
Peraturan
Protein ini dapat diatur pada dua tingkat: dalam sintesisnya dan dalam aktivitasnya, yang bergantung pada variabel yang berbeda dan berbagai situasi.
Regulasi sintesis
Regulasi 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 fibroblasnya yang tidak berdiferensiasi.
Meskipun regulasi sintesis digunakan secara mendasar untuk mengontrol ekspresi gen pada jenis sel dan jaringan tertentu, ini bukan satu-satunya cara, karena sintesis faktor-faktor yang terlibat dalam induksi gen yang berpartisipasi dalam respons juga diatur terhadap berbagai rangsangan.
Regulasi 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 “sekunder” ini biasanya terjadi melalui mekanisme yang berbeda seperti pengikatan ligan, perubahan interaksi protein-protein, fosforilasi, dan lain-lain.
Peran dan pentingnya
Faktor transkripsi berpartisipasi dalam berbagai 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 lainnya dari garis sel yang berbeda.
Mengingat pentingnya protein ini dalam organisme, tidak jarang berpikir bahwa perubahan dalam unsur pengatur 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
- Alberts, B., Dennis, B., Hopkin, K., Johnson, A., Lewis, J., Raff, M., … Walter, P. (2004). Biologi Sel Esensial. Abingdon: Garland Science, Taylor & Francis Group.
- Iwafuchi-doi, M., & Zaret, KS (2014). Faktor transkripsi pelopor dalam pemrograman ulang sel. Gen & Perkembangan , 28 , 2679–2692.
- Latchman, D. (1997). Faktor Transkripsi: Gambaran Umum. Int.J. Biochem. Sel. Biol. , 29 (12), 1305-1312.
- Latchman, DS (2007). Faktor Transkripsi. Ensiklopedia Ilmu Hayati , 1-5.
- Marie, PJ (2008). Faktor transkripsi mengendalikan osteoblastogenesis. Arsip Biokimia dan Biofisika , 473 , 98-105.
- Pabo, C., & Sauer, RT (1992). Faktor Transkripsi: Keluarga Struktural dan Prinsip Pengenalan DNA. annu. Wahyu , 61 , 1053-1095.
- Singh, KB, Foley, RC, & Oñate-sánchez, L. (2002). Faktor transkripsi dalam pertahanan tanaman dan respons stres. Opini Saat Ini dalam Biologi Tumbuhan , 5 , 430-436.
