Ініціація транскрипції рнк-полімеразою ііі
Промотори генів тРНК і 5S рРНК, які транскрибуються РНК-полімеразою ІІІ, знаходяться всередині кодуючої частини гена (рис. 9).
Два елементи промотора гена тРНК, так звані бокси А і В, упізнаються фактором TFIIIC, який рекрутує TFIIIВ, який, у свою чергу, викликає зв’язування полімерази. Фактор TFIIIВ містить у своєму складі ТВР і кілька специфічних для РНК-полімерази ІІІ TAFs. У середині гена 5S рРНК замість боксу В присутній інший елемент – бокс С, що впізнається фактором TFIIIА. Далі цей білок рекрутує TFIIIC і формування преініціаторного комплексу продовжується так само, як і на гені тРНК.
Описані події відбуваються однократно. Коли починається транскрипція, полімераза витісняє TFIIIC (і TFIIIА), що знаходиться попереду від неї. TFIIIВ при цьому залишається на місці, рекрутуючи нову полімеразу для нового раунду транскрипції.
Рис. 9. Ініціація транскрипції РНК-полімеразою ІІІ.
Механізми активації транскрипції
Кілька десятків тисяч еукаріотичних генів (зрозуміло, що йдеться головним чином про білкові гени, які транскрибуються РНК-полімеразою ІІ) потребують диференційної активації / репресії в певні моменти залежно від типу клітин, стадії розвитку, зовнішніх умов тощо. Як і в прокаріотів, ключовими елементами системи регуляції транскрипції є регуляторні цис-елементи послідовності (проксимальні й дистальні елементи промоторів) і транс-регулятори – білкові транскрипційні фактори (ТФ, під якими будемо розуміти специфічні, не базальні, фактори транскрипції). Проте кількість еукаріотичних генів є значно більшою, і вони не об’єднуються в оперони, коли кілька генів перебували б під контролем одного транскрипційного фактора. Зрозуміло, що кожен ген не може контролюватися своїм особливим фактором транскрипції: фактор також є продуктом певного гена, який також має контролюватися певним фактором.
Другою особливістю еукаріотів є та обставина, що ДНК клітинного ядра організована у складні хроматинові структури, тобто виникає проблема доступності регуляторних елементів послідовності (а також базальних промоторів) до транскрипційних факторів, РНК-полімерази та елементів її преініціаторного комплексу. Отже, активація транскрипції потребує перебудов структури хроматину в напрямку деконденсації хроматинової фібрили та визволення цис-елементів від нуклеосом. Для реалізації таких перебудов є два основні інструменти, які діють у тісній координації один з одним: система посттрансляційних модифікацій гістонів і АТР-залежні фактори ремоделювання хроматину, що здійснюють репозиціювання нуклеосом.
Транскрипційні фактори
Відповіддю на необхідність регулювати окремо активність великої кількості генів лімітованим набором факторів транскрипції є принцип модульності будови еукаріотичних промоторів. Цей принцип ілюструє рис. 10: три регуляторні (наприклад, проксимальні) елементи послідовності мають спорідненість до трьох транскрипційних факторів, із трьох пар такої взаємодії можна скласти шість комбінацій. Насправді таких пар значно більше, і кількість можливих комбінацій – практично нескінченно велика. Кожен промотор може мати свій власний набір модулів, який відрізняє його від інших промоторів, і, відповідно, власний набір досить великої кількості транскрипційних факторів, потрібних для активації гена.
Рис. 10. Модульний принцип взаємодії транскрипційних факторів із промоторами.
Із принципом модульності тісно пов’язаний принцип кооперативності взаємодії транскрипційних факторів із цис-елементами, що знаходяться поряд. Кожен з ТФ зазвичай має порівняно невисоку спорідненість до відповідних елементів послідовності. Але якщо два цис-елементи розташовані поруч, і два ТФ здатні взаємодіяти між собою, спорідненість кожного до них підвищується (рис. 11): стабільність комплексу значно зростає (експоненціально) завдяки сумі невеликих знижень вільної енергії при взаємодії кожного окремого ТФ. Приклад на рис. 11 показує лише один елементарний акт кооперативної взаємодії кількох ТФ із промотором.
Рис. 11. Приклад кооперативної взаємодії двох транскрипційних факторів із ДНК (1A02).
Крім того, більшість факторів транскрипції мають у своїй структурі принаймні два домени: той, що взаємодіє з ДНК, і так званий активаційний (AD, Activation Domain), використовується для взаємодії з іншими білками (рис. 10). Активацйні домени зв’язують білкові кофактори (коактиватори), у результаті на дистальних і проксимальних елементах промотора формується складний мультибілковий комплекс – енхансосома (enhanceosome). До складу енхансосом часто входять також гістонацетилтрансферази та фактори ремоделювання хроматину (див. нижче).
Різні елементи енхансосоми діють синергічно, підвищуючи загальну стабільність комплексу. З іншого боку, відсутність кількох елементів може зумовити дестабілізацію та розпад енхансосоми, деспорідненість до ДНК кожного окремого елемента є невисокою.
Це забезпечує динамізм активації: енхансосома не є фіксованою, а збирається / розбирається в певні моменти.
Активаційні домени ТФ і коактиватори мають, у свою чергу, спорідненість до медіатору та базальних факторів транскрипції. Результатом такої взаємодії є ефективне збирання преініціаторного комплексу на базальному промоторі (рис. 12). Слід зауважити, що певні компоненти мультибілкових комплексів, які збираються на промоторах, можуть, навпаки, блокувати ініціацію транскрипції – тоді їх називають репресорами та корепресорами.
Рис. 12. Схема збирання комплексу активації транскрипції.