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转录调控因子

/transcription factors; TF/
最后更新 2023-11-14
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通过改变RNA聚合酶的转录效率来改变基因表达水平的一类具有调控功能的蛋白质。

英文名称
transcription factors; TF
所属学科
生物学

通过其DNA结合结构域,特异性地识别结合由特定序列组成的DNA区域,招募或阻碍RNA聚合酶以开启或关闭其所调控的特定基因在合适的时空(合适细胞中合适的时间点)表达出所需量的目标蛋白质。因此,转录调控因子对细胞生长、发育分化、分裂、细胞死亡,以及细胞迁移、应对外界环境压力等生命过程均具重要功能。在细胞中,一个转录调控因子可以调控多个靶基因,一个靶基因也同时可能受到多个转录调控因子的调控,从而形成复杂的基因表达调控网络体系。细胞中转录调控因子的数目通常与基因组大小呈现正相关,较大的基因组通常编码更多的转录调控因子,例如人体基因组中编码了约2600个转录调控因子。

主要包括:转录激活因子。通过与靶基因启动子附近特异DNA序列的结合,然后通过其与RNA聚合酶亚基的相互作用或间接通过改变DNA结构从而增强RNA聚合酶对特定启动子的识别结合,促进靶基因的表达。②转录阻遏因子。会结合到DNA链上的靠近或覆盖启动子区域的那些非编码序列上,阻碍RNA聚合酶的进入,从而阻碍靶基因的表达。其他转录调控因子。例如乙酰化或去乙酰化染色质组蛋白,从而减弱或增强组蛋白与DNA的互作使得DNA序列容易或难以进入,从而上调或下调靶基因的转录;某些转录调控因子则通过招募共激活子或共抑制子以实现靶基因的转录调控。

转录调控因子的典型特征是其必须含有至少一个DNA结合结构域(DNA-binding domain; DBD),用于识别结合其所调控的目标基因的临近特定DNA序列。转录调控因子主要包括3个功能结构域,即DNA识别或结合结构域、转录调控结构域以及结合于其他调控蛋白的调节结构域。此外,有些转录调控因子还具有二聚化结构域或磷酸化位点;二聚化或磷酸化对其发挥功能作用重要。具体如下:

DNA识别或结合结构域。即转录调控因子负责与靶基因特定位点专一性结合的功能结构域,用来调控靶基因的转录效率,一般由60~100个氨基酸残基组成,是发挥其转录因子调控功能的首要条件之一。一个转录因子往往同时调控若干个靶基因,而它在不同基因上的结合位点具有一定的保守性,又不完全相同。在DNA结合域的结构基序中,锌指(zinc finger)、亮氨酸拉链结构(bZ-IP)、螺旋-转角-螺旋(HTH)结构及螺旋-环-螺旋(HLH)结构较为普遍,约占已知转录调控因子的80%。

信号感应结构域(SSD)。可接收外源信号,例如结合小分子配基或磷酸信号;接收到这些信号后,可导致转录调控因子构象改变,从而激活或解离其与目标DNA的结合,实现其开启或关闭靶基因的表达。

结合其他蛋白质的调节结构域(trans-activating domain)。该结构域中含有与其他蛋白质(例如转录共调节蛋白的相互作用位点,通过该结构域,可实现对转录调控因子活性的调节。

转录调控因子通过感应细胞内或细胞外特定生长时期、发育阶段或环境变化的小分子配基或其他信号(例如二级信使等)浓度的变化从而激活或失活其与目标DNA的结合,以开启或关闭其所调控的特定基因,以实现其所调控的靶基因在所需时空的表达。因此,转录调控因子在细胞生长、发育分化、分裂、细胞死亡以及细胞运动性、环境适应性等生命过程中均发挥着重要作用。基于转录调控因子的重要功能,在人体细胞中,重要转录调控因子的突变会导致严重疾病的发生,例如糖尿病、乳腺癌、雷特综合征(Rett syndrome、自身免疫性疾病等。因此,重要的人体转录调控因子也是潜在的药物作用靶点。

不仅转录调控因子会严谨调控其靶基因的表达,其自身表达及活性也会受到严谨调控;其被调控的主要方式包括:①转录调控因子的表达受上游转录调控蛋白或转录后因子如非编码RNA等的调控。②受自身蛋白质浓度反馈抑制调控。③受细胞空间定位调控。④转录调控因子的活性受到其所结合识别的配基信号分子浓度或其激活蛋白磷酸化水平的调控。⑤受其互作共激活或共抑制蛋白的调控等。

电泳迁移率变动分析( electrophoretic mobility shift assays; EMSA)。在体外快速研究DNA和蛋白质结合作用的方法,能够确定转录调控因子与其结合的目标DNA序列之间的相互作用。又称DNA凝胶阻滞。

酵母单杂交(Y1H)。在酵母细胞内分析鉴定转录因子与目标DNA序列结合的有效方法,是研究生物大分子(蛋白质和DNA)间相互作用的高通量技术平台。

染色质免疫沉淀chromatin immunoprecipitation; ChIP)。利用抗原抗体结合的原理在体内检测蛋白与DNA相互作用的有效方法。其原理是在活细胞状态下固定DNA-蛋白质复合物,并将染色质DNA随机切断为一定长度范围内的小片段,然后通过抗原抗体特异免疫识别沉淀该蛋白-DNA复合物,特异性地富集与目的蛋白质结合的DNA片段,通过对目的片断的纯化与检测,从而获得蛋白质与DNA相互作用的信息。ChIP与下游芯片技术(ChIP-Chip)和高通量测序技术(ChIP-Seq)相结合,已经成为在全基因组范围内研究蛋白质和DNA相互作用及转录调控机制的常用方法。

荧光素酶报告基因检测方法。原理是将特异DNA序列连接在荧光素酶报告基因上游,然后通过检测荧光素酶活力报告基因活性来反映其表达情况,从而监测转录调控因子对目标DNA的调控作用。通过该方法,可有效快速检测转录调控因子与其靶启动子中的特定序列(顺式作用元件)的结合情况,从而确定其对靶基因调控的特异结合位点,是研究转录调控因子作用机制的重要手段。

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