ปัจจัยการถอดรหัส

ในชีววิทยาระดับโมเลกุลปัจจัยการถอดรหัส ( TF ) (หรือปัจจัยการจับกับ DNA ที่จำเพาะต่อลำดับ ) คือโปรตีนที่ควบคุมอัตราการถอดรหัสข้อมูลทางพันธุกรรมจากDNAไปเป็นRNA สื่อสารโดยการจับกับลำดับ DNA [ 1 ] [ 2 ] ความจำเพาะอาจเกิดจากลำดับโมทีฟ หรือการดัดแปลงเอพิเจเนติกส์[ 3 ]หน้าที่ของ TF คือการควบคุม—เปิดและปิด—ยีนเพื่อให้แน่ใจว่ายีนนั้นถูกแสดงออกในเซลล์ ที่ต้องการ ในเวลาที่เหมาะสมและในปริมาณที่เหมาะสมตลอดช่วงชีวิตของเซลล์และสิ่งมีชีวิต กลุ่มของ TF ทำงานร่วมกันเพื่อควบคุมการแบ่งเซลล์การเจริญเติบโตของเซลล์และการตายของเซลล์ตลอดช่วงชีวิตการเคลื่อนย้ายและการจัดระเบียบของเซลล์ ( แผนผังร่างกาย ) ในระหว่างการพัฒนาของตัวอ่อน และเป็นระยะๆ เพื่อตอบสนองต่อสัญญาณจากภายนอกเซลล์ เช่นฮอร์โมนมี TF ประมาณ 1600 ตัวในจีโนมของมนุษย์โดยครึ่งหนึ่งเป็นนิ้วสังกะสี C2H2 [ 4 ] [ 5 ] [ 6 ] [ 7 ]ปัจจัยการถอดรหัสเป็นสมาชิกของโปรตีโอมและเรกูโลม
TF ทำงานโดยลำพังหรือร่วมกับโปรตีนอื่น ๆ ในรูปแบบที่ซับซ้อน โดยการส่งเสริม (ในฐานะตัวกระตุ้น ) หรือการปิดกั้น (ในฐานะตัวยับยั้ง ) การดึงดูดRNA polymerase (เอนไซม์ที่ทำการถอดรหัสข้อมูลทางพันธุกรรมจาก DNA เป็น RNA) ไปยังยีนเฉพาะ[ 8 ] [ 9 ] [ 10 ]
ลักษณะเด่นของ TF คือมีโดเมนจับกับ DNA อย่างน้อยหนึ่งโดเมน (DBD) ซึ่งจะจับกับลำดับ DNA ที่เฉพาะเจาะจงที่อยู่ติดกับยีนที่พวกมันควบคุม[ 11 ] [ 12 ] TF ถูกจัดกลุ่มเป็นคลาสตาม DBD ของพวกมัน[ 13 ] [ 14 ]โปรตีนอื่นๆ เช่นโคแอคติเวเตอร์ , โครมาตินรีโมเดลเลอ ร์ , ฮิสโตนอะเซทิลทรานสเฟอเรส , ฮิ สโตนดีอะเซทิลเลส , ไคเนสและเมทิลเลสก็มีความสำคัญต่อการควบคุมยีนเช่นกัน แต่ไม่มีโดเมนจับกับ DNA ดังนั้นจึงไม่ถือว่าเป็น TF [ 15 ]
ปัจจัยถอดรหัส (TF) มีความสำคัญในทางการแพทย์ เนื่องจากกลายพันธุ์ของ TF สามารถก่อให้เกิดโรคเฉพาะเจาะจงได้ และอาจสามารถพัฒนายาที่มุ่งเป้าไปที่การกลายพันธุ์เหล่านั้นได้
ตัวเลข
ปัจจัยการถอดรหัสมีความสำคัญต่อการควบคุมการแสดงออกของยีน และเป็นผลให้พบได้ในสิ่งมีชีวิตทุกชนิด จำนวนปัจจัยการถอดรหัสที่พบในสิ่งมีชีวิตจะเพิ่มขึ้นตามขนาดของจีโนม และจีโนมขนาดใหญ่มักจะมีปัจจัยการถอดรหัสต่อยีนมากกว่า[ 16 ]
ใน จีโนมของมนุษย์มีโปรตีนประมาณ 2800 ชนิดที่มีโดเมนจับกับ DNA และคาดว่า 1600 ชนิดในจำนวนนี้ทำหน้าที่เป็นปัจจัยการถอดรหัส[ 4 ]โดยครึ่งหนึ่งของโปรตีนเหล่านี้ (~800 ชนิด) เป็นโปรตีนนิ้วสังกะสี C2H2 [ 7 ]ดังนั้น ประมาณ 10% ของยีนในจีโนมจึงเข้ารหัสปัจจัยการถอดรหัส ทำให้ตระกูลนี้เป็นตระกูลโปรตีนที่ใหญ่ที่สุดของมนุษย์ นอกจากนี้ ยีนมักจะมีตำแหน่งการจับหลายตำแหน่งสำหรับปัจจัยการถอดรหัสที่แตกต่างกัน และการแสดงออกอย่างมีประสิทธิภาพของแต่ละยีนเหล่านี้ต้องอาศัยการทำงานร่วมกันของปัจจัยการถอดรหัสหลายชนิด (ดูตัวอย่างเช่นปัจจัยนิวเคลียร์ของเซลล์ตับ ) ดังนั้น การใช้ปัจจัยการถอดรหัสของมนุษย์ประมาณ 2000 ชนิดร่วมกันจึงสามารถอธิบายการควบคุมเฉพาะของแต่ละยีนในจีโนมของมนุษย์ในระหว่างการพัฒนาได้อย่าง ง่ายดาย [ 15 ]
กลไก
ปัจจัยการถอดรหัสจะจับกับ บริเวณ ตัวเร่งหรือโปรโมเตอร์ของ DNA ที่อยู่ติดกับยีนที่พวกมันควบคุมโดยอาศัยการจดจำโมทีฟ DNA เฉพาะ ขึ้นอยู่กับปัจจัยการถอดรหัส การถอดรหัสของยีนที่อยู่ติดกันจะถูกควบคุมขึ้นหรือลงปัจจัยการถอดรหัสใช้กลไกที่หลากหลายในการควบคุมการแสดงออกของยีน[ 17 ] กลไกเหล่านี้ได้แก่:
- ทำให้เสถียรหรือปิดกั้นการจับกันของ RNA polymerase หรือปัจจัยอื่นๆ กับ DNA [ 1 ]
- เร่งปฏิกิริยาการอะเซทิเลชันหรือการดีอะเซทิเลชันของ โปรตีน ฮิสโตนปัจจัยการถอดรหัสสามารถทำเช่นนี้ได้โดยตรงหรือดึงดูดโปรตีนอื่นที่มีกิจกรรมเร่งปฏิกิริยานี้ ปัจจัยการถอดรหัสจำนวนมากใช้กลไกที่ตรงข้ามกันสองอย่างเพื่อควบคุมการถอดรหัส: [ 18 ]
- กิจกรรมของ เอนไซม์ฮิสโตนอะเซทิลทรานสเฟอเรส (HAT) – ทำหน้าที่เติมหมู่แอเซทิลให้กับโปรตีนฮิสโตน ซึ่งจะทำให้การจับกันระหว่าง DNA กับ ฮิสโตน อ่อนลง ทำให้ DNA เข้าถึงได้ง่ายขึ้นสำหรับการถอดรหัส ส่งผลให้การถอดรหัสเพิ่มขึ้น
- กิจกรรมของ ฮิสโตนดีอะเซทิเลส (HDAC) – ทำหน้าที่กำจัดหมู่แอเซทิลออกจาก โปรตีน ฮิสโตนซึ่งจะช่วยเสริมความแข็งแรงของการจับกันระหว่าง DNA กับฮิสโตน ทำให้ DNA เข้าถึงได้ยากขึ้นสำหรับการถอดรหัส จึงส่งผลให้การถอดรหัสลดลง
- คัดเลือก โปรตีน โคแอคติเวเตอร์หรือโคเรเพรสเซอร์เข้าสู่คอมเพล็กซ์ DNA ของปัจจัยการถอดรหัส[ 19 ]
การทำงาน
ปัจจัยการถอดรหัส (Transcription factors) เป็นหนึ่งในกลุ่มโปรตีนที่อ่านและตีความ "พิมพ์เขียว" ทางพันธุกรรมในดีเอ็นเอ พวกมันจะจับกับดีเอ็นเอและช่วยเริ่มต้นโปรแกรมการเพิ่มหรือลดการถอดรหัสยีน ดังนั้นพวกมันจึงมีความสำคัญต่อกระบวนการสำคัญหลายอย่างในเซลล์ ด้านล่างนี้คือหน้าที่และบทบาททางชีววิทยาที่สำคัญบางประการที่ปัจจัยการถอดรหัสมีส่วนเกี่ยวข้อง:
การควบคุมการถอดรหัสพื้นฐาน
ในยูคาริโอตปัจจัยการถอดรหัสที่สำคัญกลุ่มหนึ่งที่เรียกว่าปัจจัยการถอดรหัสทั่วไป (GTFs) มีความจำเป็นต่อการเกิดการถอดรหัส[ 20 ] [ 21 ] [ 22 ] GTFs เหล่านี้จำนวนมากไม่ได้จับกับ DNA โดยตรง แต่เป็นส่วนหนึ่งของคอมเพล็กซ์ก่อนการเริ่มต้นการถอดรหัส ขนาดใหญ่ ที่โต้ตอบกับRNA polymeraseโดยตรง GTFs ที่พบได้บ่อยที่สุด ได้แก่TFIIA , TFIIB , TFIID (ดู โปรตีนที่จับกับ TATAด้วย) , TFIIE , TFIIFและTFIIH [ 23 ] คอมเพล็กซ์ก่อนการเริ่มต้นจะจับกับ บริเวณ โปรโมเตอร์ของ DNA ต้นน้ำของยีนที่พวกมันควบคุม
การเพิ่มประสิทธิภาพการถอดรหัสที่แตกต่างกัน
ปัจจัยการถอดรหัสอื่นๆ ควบคุมการแสดงออกของยีนต่างๆ ที่แตกต่างกันโดยการจับกับ บริเวณตัว เร่งของ DNA ที่อยู่ติดกับยีนที่ถูกควบคุม ปัจจัยการถอดรหัสเหล่านี้มีความสำคัญอย่างยิ่งต่อการทำให้แน่ใจว่ายีนจะถูกแสดงออกในเซลล์ที่ถูกต้องในเวลาที่ถูกต้องและในปริมาณที่ถูกต้อง ขึ้นอยู่กับความต้องการที่เปลี่ยนแปลงไปของสิ่งมีชีวิต[ 1 ]
การพัฒนา
ปัจจัยการถอดรหัสจำนวนมากในสิ่งมีชีวิตหลายเซลล์มีส่วนเกี่ยวข้องกับการพัฒนา[ 24 ] ปัจจัยการถอดรหัสเหล่านี้ตอบสนองต่อสิ่งเร้าโดยการเปิด/ปิดการถอดรหัสของยีนที่เหมาะสม ซึ่งจะทำให้เกิดการเปลี่ยนแปลงรูปร่าง ของเซลล์ หรือกิจกรรมที่จำเป็นสำหรับการกำหนดชะตากรรมของเซลล์และการแบ่งเซลล์ ตัวอย่างเช่น ตระกูลปัจจัยการถอดรหัส Hox มีความสำคัญต่อการสร้างรูปแบบร่างกายที่เหมาะสมในสิ่งมีชีวิตที่หลากหลาย ตั้งแต่แมลงวันผลไม้ไปจนถึงมนุษย์[ 25 ] [ 26 ] อีกตัวอย่างหนึ่งคือปัจจัยการถอดรหัสที่เข้ารหัสโดย ยีน บริเวณกำหนดเพศ Y (SRY) ซึ่งมีบทบาทสำคัญในการกำหนดเพศในมนุษย์[ 27 ]
การตอบสนองต่อสัญญาณระหว่างเซลล์
เซลล์สามารถสื่อสารกันได้โดยการปล่อยโมเลกุลที่สร้างลำดับการส่งสัญญาณภายในเซลล์ที่รับอีกเซลล์หนึ่ง หากสัญญาณนั้นต้องการการควบคุมขึ้นหรือลงของยีนในเซลล์ผู้รับ ปัจจัยการถอดรหัสมักจะอยู่ปลายทางในลำดับการส่งสัญญาณ[ 28 ] การส่งสัญญาณ ของเอสโทรเจนเป็นตัวอย่างของลำดับการส่งสัญญาณที่ค่อนข้างสั้นซึ่งเกี่ยวข้องกับ ปัจจัยการถอดรหัสตัว รับเอสโทรเจน : เอสโทรเจนถูกหลั่งโดยเนื้อเยื่อต่างๆ เช่นรังไข่และรกผ่านเยื่อหุ้มเซลล์ ของเซลล์ผู้รับ และถูกจับโดยตัวรับเอสโทรเจนใน ไซโตพลาสซึมของเซลล์ จากนั้นตัวรับเอสโทรเจนจะไปยัง นิวเคลียสของเซลล์และจับกับตำแหน่งการจับ DNA ของมัน เปลี่ยนแปลงการควบคุมการถอดรหัสของยีนที่เกี่ยวข้อง[ 29 ]
การตอบสนองต่อสิ่งแวดล้อม
ปัจจัยการถอดรหัสไม่เพียงแต่ทำหน้าที่ตามหลังลำดับการส่งสัญญาณที่เกี่ยวข้องกับสิ่งเร้าทางชีวภาพเท่านั้น แต่ยังสามารถทำหน้าที่ตามหลังลำดับการส่งสัญญาณที่เกี่ยวข้องกับสิ่งเร้าจากสิ่งแวดล้อมได้อีกด้วย ตัวอย่างเช่นปัจจัยช็อกความร้อน (HSF) ซึ่งควบคุมยีนที่จำเป็นต่อการอยู่รอดที่อุณหภูมิสูงขึ้น[ 30 ]ปัจจัยเหนี่ยวนำภาวะขาดออกซิเจน (HIF) ซึ่งควบคุมยีนที่จำเป็นต่อการอยู่รอดของเซลล์ในสภาพแวดล้อมที่มีออกซิเจนต่ำ[ 31 ]และโปรตีนที่จับกับองค์ประกอบควบคุมสเตอรอล (SREBP) ซึ่งช่วยรักษา ระดับ ไขมัน ที่เหมาะสม ในเซลล์[ 32 ]
การควบคุมวงจรเซลล์
ปัจจัยการถอดรหัสจำนวนมาก โดยเฉพาะอย่างยิ่งบางส่วนที่เป็นโปรโตออนโคยีนหรือสารยับยั้งเนื้องอกช่วยควบคุมวงจรเซลล์และด้วยเหตุนี้จึงกำหนดว่าเซลล์จะมีขนาดใหญ่แค่ไหนและเมื่อใดที่เซลล์จะสามารถแบ่งตัวเป็นเซลล์ลูกสองเซลล์ได้[ 33 ] [ 34 ] ตัวอย่างหนึ่งคือ ออนโคยีน Mycซึ่งมีบทบาทสำคัญในการเจริญเติบโตของเซลล์และอะพอพโทซิส[ 35 ]
กลไกการเกิดโรค
ปัจจัยการถอดรหัสยังสามารถใช้เพื่อเปลี่ยนแปลงการแสดงออกของยีนในเซลล์เจ้าบ้านเพื่อส่งเสริมการเกิดโรค ตัวอย่างที่ได้รับการศึกษาอย่างดีคือตัวกระตุ้นการถอดรหัสคล้ายเอฟเฟกเตอร์ ( TAL effectors ) ที่หลั่งโดย แบคทีเรีย Xanthomonasเมื่อฉีดเข้าไปในพืช โปรตีนเหล่านี้สามารถเข้าไปในนิวเคลียสของเซลล์พืช จับกับลำดับโปรโมเตอร์ของพืช และกระตุ้นการถอดรหัสของยีนพืชที่ช่วยในการติดเชื้อของแบคทีเรีย[ 36 ] TAL effectors มีบริเวณซ้ำตรงกลางซึ่งมีความสัมพันธ์อย่างง่ายระหว่างเอกลักษณ์ของสารตกค้างที่สำคัญสองตัวในลำดับซ้ำและเบส DNA ตามลำดับในบริเวณเป้าหมายของ TAL effector [ 37 ] [ 38 ]คุณสมบัตินี้น่าจะทำให้โปรตีนเหล่านี้วิวัฒนาการได้ง่ายขึ้นเพื่อแข่งขันกับกลไกการป้องกันของเซลล์เจ้าบ้านได้ดียิ่งขึ้น[ 39 ]
ระเบียบข้อบังคับ
ในทางชีววิทยา เป็นเรื่องปกติที่กระบวนการสำคัญๆ จะมีกลไกการควบคุมและกำกับดูแลหลายระดับ เช่นเดียวกับปัจจัยการถอดรหัส (transcription factors) ปัจจัยการถอดรหัสไม่เพียงแต่ควบคุมอัตราการถอดรหัสเพื่อควบคุมปริมาณของผลิตภัณฑ์ยีน (RNA และโปรตีน) ที่มีอยู่ในเซลล์เท่านั้น แต่ตัวปัจจัยการถอดรหัสเองก็ได้รับการควบคุม (โดยส่วนใหญ่มักถูกควบคุมโดยปัจจัยการถอดรหัสอื่นๆ) ด้านล่างนี้เป็นบทสรุปโดยย่อของวิธีการบางอย่างที่กิจกรรมของปัจจัยการถอดรหัสสามารถได้รับการควบคุม:
สังเคราะห์
ปัจจัยการถอดรหัส (เช่นเดียวกับโปรตีนทั้งหมด) จะถูกถอดรหัสจากยีนบนโครโมโซมเป็น RNA จากนั้น RNA จะถูกแปลเป็นโปรตีน ขั้นตอนเหล่านี้สามารถควบคุมได้เพื่อส่งผลต่อการผลิต (และกิจกรรม) ของปัจจัยการถอดรหัส ผลที่ตามมาคือปัจจัยการถอดรหัสสามารถควบคุมตัวเองได้ ตัวอย่างเช่น ในวงจรป้อนกลับเชิงลบปัจจัยการถอดรหัสทำหน้าที่เป็นตัวยับยั้งของตัวเอง: หากโปรตีนปัจจัยการถอดรหัสจับกับ DNA ของยีนของตัวเอง มันจะลดการผลิตของตัวเองลง นี่เป็นกลไกหนึ่งในการรักษาระดับปัจจัยการถอดรหัสให้อยู่ในระดับต่ำในเซลล์[ 40 ]
การกำหนดตำแหน่งนิวเคลียส
ในยูคาริโอตปัจจัยการถอดรหัส (เช่นเดียวกับโปรตีนส่วนใหญ่) จะถูกถอดรหัสในนิวเคลียสแต่จะถูกแปลในไซโตพลาสซึม ของเซลล์ โปรตีนหลายชนิดที่ทำงานในนิวเคลียสมีสัญญาณระบุตำแหน่งนิวเคลียสที่นำทางไปยังนิวเคลียส แต่สำหรับปัจจัยการถอดรหัสหลายชนิด นี่เป็นจุดสำคัญในการควบคุมของพวกมัน[ 41 ] ปัจจัยการถอดรหัสที่สำคัญบางประเภท เช่นตัวรับนิวเคลียส บางชนิด ต้องจับกับลิแกนด์ในไซโตพลาสซึมก่อน จึงจะสามารถเคลื่อนย้ายไปยังนิวเคลียสได้[ 41 ]
การเปิดใช้งาน
ปัจจัยการถอดรหัสอาจถูกเปิดใช้งานหรือปิดใช้งานผ่านโดเมนรับรู้สัญญาณหรือโดเมนตัวกระตุ้น อย่างไรก็ตาม ปัจจัยการถอดรหัสไม่ได้มีโดเมนตัวกระตุ้นเสมอไป ตัวอย่างเช่น ปัจจัยการถอดรหัส C2H2 zinc finger ประมาณ 400 ตัวมีเฉพาะโดเมนจับกับ DNA (DBD) เท่านั้น[ 6 ]การเปิดใช้งานหรือการยับยั้งปัจจัยการถอดรหัสสามารถเกิดขึ้นได้ผ่านกลไกหลายประการ รวมถึง:
- การจับ กับลิแกนด์ – การจับกับลิแกนด์ไม่เพียงแต่ส่งผลต่อตำแหน่งของปัจจัยการถอดรหัสภายในเซลล์เท่านั้น แต่ยังสามารถส่งผลต่อว่าปัจจัยการถอดรหัสอยู่ในสถานะที่ทำงานอยู่และสามารถจับกับ DNA หรือโคแฟคเตอร์อื่นๆ ได้หรือไม่ (ดูตัวอย่างเช่นตัวรับนิวเคลียร์ )
- การฟอสโฟรีเลชัน[ 42 ] [ 43 ] – ปัจจัยการถอดรหัสหลายอย่าง เช่นโปรตีน STATต้องได้รับการฟอสโฟรีเลชันก่อนจึงจะสามารถจับกับ DNA ได้
- ปฏิสัมพันธ์กับปัจจัยการถอดรหัสอื่นๆ ( เช่น การ เกิดโฮโมไดเมอไรเซชันหรือเฮเทโรไดเมอไรเซชัน )
- โดยมีปฏิสัมพันธ์กับ โปรตีน ควบคุมร่วมเช่น ตัวกระตุ้นร่วม (เช่นCOPS5 , EP300 , BCL3 ) และตัวยับยั้งร่วม (เช่นNCOR1 , SIN3A , TRIM24 ) อย่างไรก็ตาม มีตัวควบคุมร่วมการถอดรหัสบางชนิดที่สามารถทำหน้าที่ได้ทั้งเป็นตัวกระตุ้นและตัวยับยั้ง
การเข้าถึงบริเวณที่จับกับ DNA
ในยูคาริโอต DNA จะถูกจัดระเบียบด้วยความช่วยเหลือของฮิสโตนให้เป็นอนุภาคขนาดกะทัดรัดที่เรียกว่านิวคลีโอโซมโดยที่ลำดับของเบสคู่ DNA ประมาณ 147 คู่จะหมุนรอบอ็อกตาเมอร์ของโปรตีนฮิสโตนประมาณ 1.65 รอบ DNA ภายในนิวคลีโอโซมนั้นไม่สามารถเข้าถึงได้โดยปัจจัยการถอดรหัสหลายชนิด ปัจจัยการถอดรหัสบางชนิดที่เรียกว่าปัจจัยบุกเบิกยังคงสามารถจับกับตำแหน่งการจับ DNA บน DNA ของนิวคลีโอโซมได้ สำหรับปัจจัยการถอดรหัสส่วนใหญ่ นิวคลีโอโซมจะต้องถูกคลายออกอย่างแข็งขันโดยมอเตอร์โมเลกุล เช่นตัวปรับโครงสร้างโครมาติน [ 44 ] หรืออีกทางหนึ่ง นิวคลีโอโซมสามารถคลายออกได้บางส่วนโดยความผันผวนของอุณหภูมิ ทำให้สามารถเข้าถึงตำแหน่งการจับของปัจจัยการถอดรหัสได้ชั่วคราว ในหลายกรณี ปัจจัยการถอดรหัสจำเป็นต้องแข่งขันเพื่อจับกับตำแหน่งการจับ DNA ของมันกับปัจจัยการถอดรหัสอื่นๆ และฮิสโตนหรือโปรตีนโครมาตินที่ไม่ใช่ฮิสโตน[ 45 ] คู่ของปัจจัยการถอดรหัสและโปรตีนอื่นๆ สามารถมีบทบาทที่ขัดแย้งกัน (ตัวกระตุ้นเทียบกับตัวยับยั้ง) ในการควบคุมยีน เดียวกัน ได้
ความพร้อมใช้งานของโคแฟคเตอร์/ปัจจัยการถอดรหัสอื่นๆ
ปัจจัยการถอดรหัสส่วนใหญ่ไม่ได้ทำงานเพียงลำพัง ตระกูล TF ขนาดใหญ่จำนวนมากสร้างปฏิสัมพันธ์แบบโฮโมไทป์หรือเฮเทอโรไทป์ที่ซับซ้อนผ่านการสร้างไดเมอร์[ 46 ]เพื่อให้เกิดการถอดรหัสยีน ปัจจัยการถอดรหัสจำนวนหนึ่งต้องจับกับลำดับควบคุม DNA กลุ่มของปัจจัยการถอดรหัสนี้จะดึงดูดโปรตีนตัวกลาง เช่นโคแฟคเตอร์ซึ่งช่วยให้การดึงดูดคอมเพล็กซ์ก่อนการเริ่มต้นและRNA โพลีเมอเรส มีประสิทธิภาพ ดังนั้น เพื่อให้ปัจจัยการถอดรหัสเพียงตัวเดียวเริ่มต้นการถอดรหัส โปรตีนอื่นๆ เหล่านี้ทั้งหมดจะต้องมีอยู่ด้วย และปัจจัยการถอดรหัสจะต้องอยู่ในสถานะที่สามารถจับกับพวกมันได้หากจำเป็น โคแฟคเตอร์เป็นโปรตีนที่ปรับเปลี่ยนผลกระทบของปัจจัยการถอดรหัส โคแฟคเตอร์สามารถแลกเปลี่ยนกันได้ระหว่างโปรโมเตอร์ยีนเฉพาะ โปรตีนคอมเพล็กซ์ที่ครอบครอง DNA โปรโมเตอร์และลำดับกรดอะมิโนของโคแฟคเตอร์จะเป็นตัวกำหนดโครงสร้างเชิงพื้นที่ ตัวอย่างเช่น ตัวรับสเตียรอยด์บางชนิดสามารถแลกเปลี่ยนโคแฟคเตอร์กับNF-κBซึ่งเป็นสวิตช์ระหว่างการอักเสบและการแยกเซลล์ ดังนั้นสเตียรอยด์จึงสามารถส่งผลต่อการตอบสนองการอักเสบและการทำงานของเนื้อเยื่อบางชนิดได้[ 47 ]
ปฏิสัมพันธ์กับไซโตซีนที่ถูกเมทิลเลต
ปัจจัยการถอดรหัสและไซโตซีนที่ถูกเมทิลเลชันใน DNA ต่างก็มีบทบาทสำคัญในการควบคุมการแสดงออกของยีน (การเมทิลเลชันของไซโตซีนใน DNA ส่วนใหญ่เกิดขึ้นที่ไซโตซีนตามด้วยกัวนีนในลำดับ DNA 5' ถึง 3' ซึ่งเป็นไซต์ CpG ) การเมทิลเลชันของไซต์ CpG ในบริเวณโปรโมเตอร์ของยีนมักจะยับยั้งการถอดรหัสของยีน[ 48 ]ในขณะที่การเมทิลเลชันของ CpG ในส่วนของยีนจะเพิ่มการแสดงออก[ 49 ]เอนไซม์ TETมีบทบาทสำคัญในการกำจัดเมทิลเลชันของไซโตซีนที่ถูกเมทิลเลชัน การกำจัดเมทิลเลชันของ CpG ในโปรโมเตอร์ของยีนโดยกิจกรรมของเอนไซม์ TET จะเพิ่มการถอดรหัสของยีน[ 50 ]
มีการประเมินตำแหน่งการจับ DNA ของปัจจัยการถอดรหัส 519 ตัว[ 51 ]ในจำนวน นี้ ปัจจัยการถอดรหัส 169 ตัว (33%) ไม่มีไดนิวคลีโอไทด์ CpG ในตำแหน่งการจับ และปัจจัยการถอดรหัส 33 ตัว (6%) สามารถจับกับโมทีฟที่มี CpG ได้ แต่ไม่แสดงความชอบต่อตำแหน่งการจับที่มี CpG ที่ถูกเมทิลเลตหรือไม่ถูกเมทิลเลต ปัจจัยการถอดรหัส 117 ตัว (23%) ถูกยับยั้งไม่ให้จับกับลำดับการจับหากมีตำแหน่ง CpG ที่ถูกเมทิลเลต ปัจจัยการถอดรหัส 175 ตัว (34%) มีการจับที่เพิ่มขึ้นหากลำดับการจับมีตำแหน่ง CpG ที่ถูกเมทิลเลต และปัจจัยการถอดรหัส 25 ตัว (5%) ถูกยับยั้งหรือมีการจับที่เพิ่มขึ้นขึ้นอยู่กับตำแหน่งของ CpG ที่ถูกเมทิลเลตในลำดับการจับ
เอนไซม์ TET ไม่ได้จับกับเมทิลไซโตซีนโดยเฉพาะ ยกเว้นเมื่อถูกดึงดูด (ดูการกำจัดเมทิลของ DNA ) ปัจจัยการถอดรหัสหลายตัวที่มีความสำคัญในการจำแนกเซลล์และการกำหนดสายพันธุ์ รวมถึงNANOG , SALL4 A, WT1 , EBF1 , PU.1และE2Aได้รับการแสดงให้เห็นว่าดึงดูดเอนไซม์ TET ไปยังตำแหน่งจีโนมเฉพาะ (ส่วนใหญ่คือตัวเร่ง) เพื่อทำงานกับเมทิลไซโตซีน (mC) และแปลงเป็นไฮดรอกซีเมทิลไซโตซีน hmC (และในกรณีส่วนใหญ่จะทำเครื่องหมายไว้สำหรับการกำจัดเมทิลอย่างสมบูรณ์ในภายหลังเป็นไซโตซีน) [ 52 ] การแปลง mC เป็น hmC ที่เกิดจาก TET ดูเหมือนจะขัดขวางการจับของโปรตีนที่จับกับ 5mC รวมถึง โปรตีน MECP2และ MBD ( โดเมนที่จับกับเมทิล-CpG ) ซึ่งอำนวยความสะดวกในการปรับโครงสร้างนิวคลีโอโซมและการจับของปัจจัยการถอดรหัส จึงกระตุ้นการถอดรหัสของยีนเหล่านั้น EGR1เป็นปัจจัยการถอดรหัสที่สำคัญใน การสร้าง ความทรงจำมีบทบาทสำคัญใน การปรับเปลี่ยน เอพิเจเนติกส์ของเซลล์ประสาทในสมอง ปัจจัยการถอดรหัสEGR1ดึงดูด โปรตีน TET1ซึ่งเริ่มต้นเส้นทางของการกำจัดเมทิลของ DNA [ 53 ] EGR1 ร่วมกับ TET1 ถูกนำมาใช้ในการกำหนดการกระจายของตำแหน่งเมทิลเลชันบน DNA ของสมองในระหว่างการพัฒนาสมองและ การ เรียนรู้ (ดูเอพิเจเนติกส์ในการเรียนรู้และความทรงจำ )
โครงสร้าง


ปัจจัยการถอดรหัสมีโครงสร้างแบบโมดูลาร์และประกอบด้วยโดเมน ต่อไปนี้ : [ 1 ]
- โดเมนจับกับ DNA ( DBD ) ซึ่งยึดติดกับลำดับ DNA เฉพาะ (ตัวเร่งหรือโปรโมเตอร์ส่วนประกอบที่จำเป็นสำหรับเวกเตอร์ทั้งหมด ใช้เพื่อขับเคลื่อนการถอดรหัสของ ลำดับ โปรโมเตอร์ ของยีนที่ถ่ายทอดของเวกเตอร์ ) ที่อยู่ติดกับยีนที่ถูกควบคุม ลำดับ DNA ที่จับกับปัจจัยการถอดรหัส มักเรียกว่าองค์ประกอบการตอบสนองบางครั้ง DBD สามารถดึงดูดตัวควบคุมร่วมการถอดรหัสโดยตรง [ 54 ]โดยไม่จำเป็นต้องมีโดเมนการกระตุ้น
- โดเมนการกระตุ้น ( AD ) ซึ่งมีไซต์การจับกับโปรตีนอื่นๆ เช่นตัวควบคุมการถอดรหัสร่วม ไซต์การจับเหล่านี้มักเรียกว่าฟังก์ชันการกระตุ้น ( AF )โดเมนการกระตุ้นการถอดรหัส ( TAD ) หรือโดเมนการกระตุ้นการถอดรหัสTADซึ่งไม่ควรสับสนกับโดเมนการเชื่อมโยงทางโทโพโลยี ( TAD ) [ 55 ]อย่างไรก็ตาม ไม่ใช่ TF ทั้งหมดที่มีโดเมนการกระตุ้น (เช่น ครึ่งหนึ่งของพวกมัน (~800) เป็นโปรตีนนิ้วสังกะสี C2H2) [ 6 ]
- โดเมนรับรู้สัญญาณ ( SSD ) ที่เป็นตัวเลือก ( เช่นโดเมนจับลิแกนด์) ซึ่งรับรู้สัญญาณภายนอกและส่งสัญญาณเหล่านั้นไปยังส่วนที่เหลือของคอมเพล็กซ์การถอดรหัส ส่งผลให้มีการควบคุมการแสดงออกของยีนเพิ่มขึ้นหรือลดลง นอกจากนี้ โดเมนจับดีเอ็นเอ (DBD) และโดเมนรับรู้สัญญาณอาจอยู่บนโปรตีนที่แยกจากกันซึ่งรวมตัวกันภายในคอมเพล็กซ์การถอดรหัสเพื่อควบคุมการแสดงออกของยีน
โดเมนจับดีเอ็นเอ

ส่วน ( โดเมน ) ของปัจจัยการถอดรหัสที่จับกับ DNA เรียกว่าโดเมนจับกับ DNA ด้านล่างนี้เป็นรายชื่อบางส่วนของตระกูลหลักๆ ของโดเมนจับกับ DNA/ปัจจัยการถอดรหัส:
| ตระกูล | อินเตอร์โปร | พีแฟม | สโคป |
|---|---|---|---|
| เกลียว-ห่วง-เกลียวพื้นฐาน[ 56 ] | อินเตอร์โปร: IPR001092 | พีแฟม พีเอฟ00010 | SCOP 47460 |
| ซิปเบสิก-ลิวซีน ( bZIP ) [ 57 ] | อินเตอร์โปร: IPR004827 | พีแฟม พีเอฟ00170 | SCOP 57959 |
| โดเมนตัวกระตุ้นปลายซีของตัวควบคุมการตอบสนองแบบสองส่วน | อินเตอร์โปร: IPR001789 | พีแฟม พีเอฟ00072 | SCOP 46894 |
| กล่อง AP2/ERF/GCC | อินเตอร์โปร: IPR001471 | พีแฟม พีเอฟ00847 | SCOP 54176 |
| เฮลิกซ์-เทิร์น-เฮลิกซ์[ 58 ] | |||
| โปรตีนโฮมีโอโดเมนซึ่งถูกเข้ารหัสโดย ยีน โฮมีโอโบกซ์เป็นปัจจัยการถอดรหัส โปรตีนโฮมีโอโดเมนมีบทบาทสำคัญในการควบคุมการพัฒนา[ 59 ] [ 60 ] | อินเตอร์โปร: IPR009057 | พีแฟม พีเอฟ00046 | SCOP 46689 |
| คล้ายตัวยับยั้งแลมบ์ดา | อินเตอร์โปร: IPR010982 | SCOP 47413 | |
| srf-like ( ปัจจัยตอบสนองต่อซีรัม ) | อินเตอร์โปร: IPR002100 | พีแฟม พีเอฟ00319 | SCOP 55455 |
| กล่องคู่[ 61 ] | |||
| เกลียวปีก | อินเตอร์โปร: IPR013196 | พีแฟมPF08279 | SCOP 46785 |
| นิ้วสังกะสี[ 62 ] | |||
| * นิ้วสังกะสี Cys His หลายโดเมน[ 63 ] | อินเตอร์โปร: IPR007087 | พีแฟม พีเอฟ00096 | SCOP 57667 |
| * Zn /Cys | SCOP 57701 | ||
| * ซิงค์ฟิงเกอร์ตัวรับนิวเคลียร์ Zn /Cys | อินเตอร์โปร: IPR001628 | พีแฟม พีเอฟ00105 | SCOP 57716 |
องค์ประกอบการตอบสนอง
ลำดับ DNA ที่ปัจจัยการถอดรหัสจับยึดเรียกว่าไซต์การจับยึดปัจจัยการถอดรหัสหรือองค์ประกอบการตอบสนอง[ 64 ]
ปัจจัยการถอดรหัสจะโต้ตอบกับตำแหน่งการจับของมันโดยใช้แรงทางไฟฟ้าสถิต (ซึ่งพันธะไฮโดรเจนเป็นกรณีพิเศษ) และแรงแวนเดอร์วาลส์ร่วมกัน เนื่องจากลักษณะของปฏิกิริยาทางเคมีเหล่านี้ ปัจจัยการถอดรหัสส่วนใหญ่จึงจับกับ DNA ในลักษณะที่จำเพาะต่อลำดับ อย่างไรก็ตาม ไม่ใช่ทุกเบสในตำแหน่งการจับของปัจจัยการถอดรหัสจะโต้ตอบกับปัจจัยการถอดรหัส นอกจากนี้ ปฏิกิริยาบางอย่างอาจอ่อนกว่าปฏิกิริยาอื่นๆ ดังนั้น ปัจจัยการถอดรหัสจึงไม่ได้จับกับลำดับเพียงลำดับเดียว แต่สามารถจับกับลำดับที่เกี่ยวข้องอย่างใกล้ชิดได้หลายลำดับ โดยแต่ละลำดับมีความแรงในการโต้ตอบที่แตกต่างกัน
ตัวอย่างเช่น แม้ว่าตำแหน่งการจับที่เป็นที่ยอมรับสำหรับโปรตีนที่จับกับ TATA (TBP) คือ TATAAAA แต่ปัจจัยการถอดรหัส TBP ก็สามารถจับกับลำดับที่คล้ายกัน เช่น TATATAT หรือ TATATAA ได้เช่นกัน[ 65 ]
เนื่องจากปัจจัยการถอดรหัสสามารถจับกับลำดับที่เกี่ยวข้องได้หลายลำดับ และลำดับเหล่านี้มักจะสั้น ดังนั้นตำแหน่งการจับของปัจจัยการถอดรหัสอาจเกิดขึ้นโดยบังเอิญหากลำดับดีเอ็นเอมีความยาวเพียงพอ อย่างไรก็ตาม เป็นไปได้ยากที่ปัจจัยการถอดรหัสจะจับกับลำดับที่เข้ากันได้ทั้งหมดในจีโนมของเซลล์ข้อจำกัดอื่นๆ เช่น การเข้าถึงดีเอ็นเอในเซลล์ หรือความพร้อมของโคแฟคเตอร์อาจช่วยกำหนดตำแหน่งที่ปัจจัยการถอดรหัสจะจับได้จริง ดังนั้น แม้จะมีลำดับจีโนมแล้ว ก็ยังยากที่จะคาดเดาได้ว่าปัจจัยการถอดรหัสจะจับกับตำแหน่งใดในเซลล์ที่มีชีวิต
อย่างไรก็ตาม อาจได้รับความจำเพาะในการจดจำเพิ่มเติมได้โดยการใช้โดเมนจับกับ DNA มากกว่าหนึ่งโดเมน (ตัวอย่างเช่น DBD ที่เรียงต่อกันในปัจจัยการถอดรหัสเดียวกัน หรือผ่านการรวมตัวเป็นไดเมอร์ของปัจจัยการถอดรหัสสองตัว) ที่จับกับลำดับ DNA ที่อยู่ติดกันสองลำดับขึ้นไป
ความสำคัญทางคลินิก
ปัจจัยการถอดรหัสมีความสำคัญทางคลินิกอย่างน้อยสองประการ: (1) การกลายพันธุ์สามารถเชื่อมโยงกับโรคเฉพาะ และ (2) พวกมันสามารถเป็นเป้าหมายของยาได้
ความผิดปกติ
เนื่องจากมีบทบาทสำคัญในการพัฒนา การส่งสัญญาณระหว่างเซลล์ และวงจรเซลล์ โรคของมนุษย์บางโรคจึงเกี่ยวข้องกับการกลายพันธุ์ในปัจจัยการถอดรหัส[ 66 ]
ปัจจัยการถอดรหัสจำนวนมากเป็นทั้งตัวยับยั้งเนื้องอกหรือยีนก่อเนื้องอกดังนั้นการกลายพันธุ์หรือการควบคุมที่ผิดปกติของปัจจัยเหล่านี้จึงเกี่ยวข้องกับมะเร็ง ปัจจัยการถอดรหัสสามกลุ่มเป็นที่ทราบกันว่ามีความสำคัญในมะเร็งของมนุษย์ ได้แก่ (1) ตระกูล NF-kappaBและAP-1 (2) ตระกูล STATและ (3) ตัวรับสเตี ยรอยด์[ 67 ]
ด้านล่างนี้คือตัวอย่างบางส่วนที่ได้รับการศึกษาอย่างละเอียด:
| เงื่อนไข | คำอธิบาย | ตำแหน่ง |
|---|---|---|
| กลุ่มอาการเร็ตต์ | การกลายพันธุ์ใน ปัจจัยการถอดรหัส MECP2เกี่ยวข้องกับโรคเร็ตต์ซึ่งเป็นความผิดปกติทางพัฒนาการของระบบประสาท[ 68 ] [ 69 ] | Xq28 |
| โรคเบาหวาน | โรคเบาหวานชนิดหายากที่เรียกว่าMODY (Maturity onset diabetes of the young) อาจเกิดจากการกลายพันธุ์ในปัจจัยนิวเคลียร์ของเซลล์ตับ (HNFs) [ 70 ]หรือปัจจัยส่งเสริมอินซูลิน-1 (IPF1/Pdx1) [ 71 ] | หลายรายการ |
| ภาวะบกพร่องทางการพูดในเด็ก | การกลายพันธุ์ใน ปัจจัยการถอดรหัส FOXP2เกี่ยวข้องกับภาวะบกพร่องทางการพูดในเด็กซึ่งเป็นโรคที่บุคคลไม่สามารถสร้างการเคลื่อนไหวที่ประสานกันอย่างละเอียดที่จำเป็นสำหรับการพูดได้[ 72 ] | 7q31 |
| โรคภูมิต้านทานตนเอง | การกลายพันธุ์ใน ปัจจัยการถอดรหัส FOXP3 ทำให้เกิด โรคภูมิต้านตนเองชนิดหายากที่เรียกว่า IPEX [ 73 ] | Xp11.23-q13.3 |
| กลุ่มอาการ Li-Fraumeni | เกิดจากการกลายพันธุ์ในยีนยับยั้งเนื้องอก p53 [ 74 ] | 17 หน้า 13.1 |
| มะเร็งเต้านม | ตระกูลSTATมีความเกี่ยวข้องกับมะเร็งเต้านม[ 75 ] | หลายรายการ |
| มะเร็งหลายชนิด | ตระกูลHOXมีส่วนเกี่ยวข้องกับมะเร็งหลายชนิด[ 76 ] | หลายรายการ |
| โรคข้อเสื่อม | การกลายพันธุ์หรือกิจกรรมที่ลดลงของSOX9 [ 77 ] |
เป้าหมายยาที่มีศักยภาพ
ประมาณ 10% ของยาที่สั่งจ่ายในปัจจุบันมุ่งเป้าไปที่ กลุ่ม ตัวรับนิวเคลียร์ของปัจจัยการถอดรหัส โดยตรง [ 78 ]ตัวอย่างเช่นทาม็อกซิเฟนและไบคาลูทาไมด์สำหรับการรักษาโรคมะเร็งเต้านมและ มะเร็งต่อมลูกหมากตามลำดับ และสเตียรอยด์ ต้านการอักเสบและสเตียรอยด์อะนาโบลิกประเภทต่างๆ[ 79 ]นอกจากนี้ ปัจจัยการถอดรหัสยังมักถูกปรับเปลี่ยนโดยอ้อมโดยยาผ่านทางลำดับการส่งสัญญาณอาจเป็นไปได้ที่จะกำหนดเป้าหมายปัจจัยการถอดรหัสอื่นๆ ที่ยังไม่ได้รับการสำรวจมากนัก เช่นNF-κBด้วยยาโดยตรง[ 80 ] [ 81 ] [ 82 ] [ 83 ]ปัจจัยการถอดรหัสที่อยู่นอกตระกูลตัวรับนิวเคลียร์นั้นคิดว่ายากต่อการกำหนดเป้าหมายด้วย ยา โมเลกุลขนาดเล็กเนื่องจากยังไม่ชัดเจนว่า"สามารถใช้ยาได้" หรือไม่ แต่ก็มีความคืบหน้าเกิดขึ้นกับ Pax2 [ 84 ] [ 85 ]และวิถีNotch [ 86 ]
บทบาทในวิวัฒนาการ
การเพิ่มจำนวนยีนมีบทบาทสำคัญในการวิวัฒนาการของสปีชีส์ โดยเฉพาะอย่างยิ่งปัจจัยการถอดรหัส เมื่อยีนเหล่านี้เพิ่มจำนวนขึ้น การกลายพันธุ์ที่สะสมซึ่งเข้ารหัสสำหรับสำเนาหนึ่งชุดสามารถเกิดขึ้นได้โดยไม่ส่งผลเสียต่อการควบคุมเป้าหมายปลายทาง อย่างไรก็ตาม การเปลี่ยนแปลงความจำเพาะในการจับกับ DNA ของ ปัจจัยการถอดรหัส Leafy สำเนาเดียว ซึ่งพบในพืชบกส่วนใหญ่ ได้รับการอธิบายเมื่อเร็ว ๆ นี้ ในแง่นั้น ปัจจัยการถอดรหัสสำเนาเดียวสามารถเปลี่ยนแปลงความจำเพาะผ่านตัวกลางที่ไม่จำเพาะเจาะจงได้โดยไม่สูญเสียการทำงาน กลไกที่คล้ายกันนี้ได้รับการเสนอในบริบทของ สมมติฐาน ทางวิวัฒนาการ ทางเลือกทั้งหมด และบทบาทของปัจจัยการถอดรหัสในการวิวัฒนาการของสปีชีส์ทั้งหมด[ 87 ] [ 88 ]
บทบาทในกิจกรรมควบคุมทางชีวภาพ
ปัจจัยการถอดรหัสมีบทบาทใน กิจกรรม ต้านทานซึ่งมีความสำคัญต่อ กิจกรรม ควบคุมทางชีวภาพ ที่ประสบความสำเร็จ ความต้านทานต่อความเครียดออกซิเดชันและการรับรู้ค่า pH ด่างเกิดจากปัจจัยการถอดรหัส Yap1 และ Rim101 ของPapiliotrema terrestris LS28 ซึ่งเป็นเครื่องมือระดับโมเลกุลที่เผยให้เห็นความเข้าใจเกี่ยวกับกลไกทางพันธุกรรมที่อยู่เบื้องหลังกิจกรรมควบคุมทางชีวภาพ ซึ่งสนับสนุน โปรแกรม การจัดการโรคโดยอาศัยการควบคุมทางชีวภาพและแบบบูร ณาการ [ 89 ]
การวิเคราะห์
มีเทคโนโลยีต่างๆ มากมายที่ใช้ในการวิเคราะห์ปัจจัยการถอดรหัส ใน ระดับ จีโนมการจัดลำดับดีเอ็นเอและการวิจัยฐานข้อมูลเป็นสิ่งที่ใช้กันทั่วไป[ 90 ]สามารถตรวจจับโปรตีนของปัจจัยการถอดรหัสได้โดยใช้แอนติบอดี เฉพาะ ตัวอย่างจะถูกตรวจจับบนเวสเทิร์นบลอตโดยใช้การทดสอบการเปลี่ยนแปลงการเคลื่อนที่ของอิเล็กโทรฟอเรซิส (EMSA) [ 91 ]สามารถตรวจจับโปรไฟล์การกระตุ้นของปัจจัยการถอดรหัสได้ วิธีการ แบบมัลติเพล็กซ์สำหรับการสร้างโปรไฟล์การกระตุ้นคือระบบชิป TF ซึ่งสามารถตรวจจับปัจจัยการถอดรหัสที่แตกต่างกันหลายชนิดพร้อมกันได้[ 92 ]
วิธีการที่ใช้กันทั่วไปในการระบุตำแหน่งการจับของปัจจัยการถอดรหัสคือโครมาตินอิมมูโนพรีซิปิ เทชัน (ChIP) [ 93 ]เทคนิคนี้อาศัยการตรึงโครมาตินด้วยฟอร์มาลดีไฮด์ตามด้วยการตกตะกอนร่วมของ DNA และปัจจัยการถอดรหัสที่สนใจโดยใช้แอนติบอดีที่กำหนดเป้าหมายโปรตีนนั้นโดยเฉพาะ จากนั้นลำดับ DNA สามารถระบุได้โดยไมโครอาร์เรย์หรือการจัดลำดับแบบความเร็วสูง ( ChIP-seq ) เพื่อกำหนดตำแหน่งการจับของปัจจัยการถอดรหัส หากไม่มีแอนติบอดีสำหรับโปรตีนที่สนใจDamIDอาจเป็นทางเลือกที่สะดวก[ 94 ]
ชั้นเรียน
ดังที่อธิบายไว้โดยละเอียดด้านล่าง ปัจจัยการถอดรหัสอาจถูกจำแนกตาม (1) กลไกการทำงาน (2) หน้าที่ควบคุม หรือ (3) ความเหมือนกันของลำดับ (และด้วยเหตุนี้จึงมีความคล้ายคลึงกันทางโครงสร้าง) ในโดเมนการจับกับ DNA พวกมันยังถูกจำแนกตามโครงสร้าง 3 มิติของ DBD และวิธีที่มันสัมผัสกับ DNA [ 95 ] [ 96 ]
กลไก
ปัจจัยการถอดรหัสทางพันธุกรรมแบ่งออกได้เป็น 2 ประเภทตามกลไกการทำงาน:
- ปัจจัยการถอดรหัสทั่วไปมีส่วนเกี่ยวข้องในการสร้างคอมเพล็กซ์ก่อนการเริ่มต้น ปัจจัยที่พบได้บ่อยที่สุดจะถูกย่อเป็นTFIIA , TFIIB , TFIID , TFIIE , TFIIFและTFIIHปัจจัยเหล่านี้มีอยู่ทั่วไปและมีปฏิสัมพันธ์กับบริเวณโปรโมเตอร์หลักที่ล้อมรอบไซต์เริ่มต้นการถอดรหัสของยีนคลาส II ทั้งหมด [ 97 ]
- ปัจจัยการถอดรหัสต้นน้ำเป็นโปรตีนที่จับกับบริเวณต้นน้ำของไซต์เริ่มต้นเพื่อกระตุ้นหรือยับยั้งการถอดรหัส ปัจจัยเหล่านี้มีความหมายคล้ายคลึงกับปัจจัยการถอดรหัสเฉพาะเนื่องจากมีความแตกต่างกันอย่างมากขึ้นอยู่กับลำดับการจดจำที่มีอยู่ในบริเวณใกล้เคียงกับยีน[ 98 ]
| ตัวอย่างของปัจจัยการถอดรหัสเฉพาะ[ 98 ] | |||
|---|---|---|---|
| ปัจจัย | ประเภทโครงสร้าง | ลำดับการจดจำ | ผูกมัดเป็น |
| สป.1 | นิ้วสังกะสี | 5' -GGGCGG- 3' | โมโนเมอร์ |
| เอพี-1 | ซิปพื้นฐาน | 5'-TGA(G/C)TCA-3' | ไดเมอร์ |
| ซี/อีบีพี | ซิปพื้นฐาน | 5'-ATTGCGCAAT-3' | ไดเมอร์ |
| ปัจจัยช็อกความร้อน | ซิปพื้นฐาน | 5'-XGAAX-3' | ไตรเมอร์ |
| เอทีเอฟ/ซีอาร์บี | ซิปพื้นฐาน | 5'-TGACGTCA-3' | ไดเมอร์ |
| ซี-ไมค | โครงสร้างเกลียว-ห่วง-เกลียวพื้นฐาน | 5'-CACGTG-3' | ไดเมอร์ |
| 1 ต.ค. | เฮลิกซ์-เทิร์น-เฮลิกซ์ | 5'-ATGCAAAT-3' | โมโนเมอร์ |
| เอ็นเอฟ-1 | นิยาย | 5'-TTGGCXXXXXGCCAA-3' | ไดเมอร์ |
| (G/C) = G หรือ C X = A , T , GหรือC | |||
การทำงาน
ปัจจัยการถอดรหัสได้รับการจำแนกตามหน้าที่การควบคุม: [ 15 ]
- I. ปัจจัยการถอดรหัสแบบคงที่ – พบได้ในทุกเซลล์ตลอดเวลา ทำงานอย่างต่อเนื่อง และทำหน้าที่เป็นตัวกระตุ้นมีแนวโน้มสูงที่จะมีบทบาทสำคัญในการอำนวยความสะดวกในการถอดรหัสของยีนในโครโมโซมหลายยีน โดยเฉพาะอย่างยิ่งยีนที่ดูเหมือนจะถูกถอดรหัสอยู่ตลอดเวลา (เช่น โปรตีนโครงสร้างอย่างทูบูลินและแอคติน และเอนไซม์เมตาบอลิซึมที่พบได้ทั่วไป เช่น กลีเซอรัลดีไฮด์ฟอสเฟตดีไฮโดรจีเนส (GAPDH)) ตัวอย่างเช่นปัจจัยการถอดรหัสทั่วไป , Sp1 , NF1 , CCAAT
- II. ตัวควบคุม (ทำงานโดยมีเงื่อนไข) – ต้องเปิดใช้งานก่อน
- II.A การพัฒนา(เฉพาะเซลล์แต่ละชนิด) – เริ่มต้นในไข่ที่ได้รับการปฏิสนธิแล้ว เมื่อแสดงออกแล้ว ไม่จำเป็นต้องมีการกระตุ้นเพิ่มเติม ตัวอย่างเช่นGATA , HNF , PIT-1 , MyoD , Myf5 , Hox , Winged Helix
- II.B โปรตีนที่ขึ้นอยู่กับสัญญาณ – อาจมีการแสดงออกอย่างจำกัดในช่วงพัฒนาการ หรืออาจมีอยู่ในเซลล์ส่วนใหญ่หรือทุกเซลล์ แต่โปรตีนเหล่านี้จะอยู่ในสภาวะไม่ทำงาน (หรือทำงานน้อยมาก) จนกว่าเซลล์ที่มีโปรตีนดังกล่าวจะได้รับสัญญาณภายในหรือภายนอกเซลล์ที่เหมาะสม
- II.B.1 ตัวรับนิวเคลียร์ที่ ขึ้นอยู่ กับลิแกนด์ภายนอกเซลล์ ( แบบเอนโดครีนหรือพาราครีน )
- II.B.2 การทำงานแบบอาศัย ลิแกนด์ภายในเซลล์ ( แบบออโตครีน ) – ถูกกระตุ้นโดยโมเลกุลขนาดเล็กภายในเซลล์ เช่นSREBP , p53 , และตัวรับนิวเคลียร์ที่ไม่มีคู่
- II.B.3 การทำงานขึ้นอยู่กับการโต้ตอบระหว่างตัวรับและลิแกนด์บนพื้นผิวเซลล์ – ถูกกระตุ้นโดยกระบวนการส่งสัญญาณของตัวกลางรอง
- II.B.3.a ปัจจัยนิวเคลียร์พื้นฐานที่ถูกกระตุ้นโดยการฟอสโฟรีเลชันของซีรีน – ซึ่งอยู่ในนิวเคลียส เอนไซม์ฟอสโฟรีเลชันของซีรีนสามารถถูกกระตุ้นได้สองเส้นทางหลัก:
- เมื่อลิแกนด์ จับกับตัวรับ G โปรตีนระดับของสารส่งสัญญาณรอง (cAMP, IP3, DAG, แคลเซียม) ภายในเซลล์จะเพิ่มขึ้นจะไปกระตุ้นเอนไซม์โปรตีนเซริน - ทรีโอนีนไคเนส (เช่นPKA , PKC )
- เมื่อลิแกนด์จับกับ ตัวรับ ไทโรซีนไคเนสจะกระตุ้นกระบวนการอื่นๆ ซึ่งในที่สุดจะสิ้นสุดลงด้วยการฟอสโฟรีเลชันของซีรีนในปัจจัยการถอดรหัสภายในนิวเคลียสที่มีอยู่มากมาย
- ตัวอย่างเช่น: CREB , AP-1 , Mef2
- II.B.3.b ปัจจัยไซโตพลาสมิกแฝง – อยู่ในไซโตพลาสมเมื่อไม่ทำงาน เป็นกลุ่มที่มีโครงสร้างและองค์ประกอบทางเคมีหลากหลายมาก รวมถึงเส้นทางการกระตุ้นด้วย เช่นSTAT , R-SMAD , NF-κB , Notch , TUBBY , NFAT
- II.B.3.a ปัจจัยนิวเคลียร์พื้นฐานที่ถูกกระตุ้นโดยการฟอสโฟรีเลชันของซีรีน – ซึ่งอยู่ในนิวเคลียส เอนไซม์ฟอสโฟรีเลชันของซีรีนสามารถถูกกระตุ้นได้สองเส้นทางหลัก:
โครงสร้าง
ปัจจัยการถอดรหัสมักถูกจัดประเภทตามความคล้ายคลึงของลำดับและโครงสร้างสามมิติของโดเมนที่จับกับ DNA [ 99 ] [ 14 ] [ 100 ] [ 13 ]การจัดประเภทต่อไปนี้ขึ้นอยู่กับโครงสร้างสามมิติของDBDและวิธีที่มันสัมผัสกับ DNA การจัดประเภทนี้ได้รับการพัฒนาขึ้นครั้งแรกสำหรับปัจจัยการถอดรหัสของมนุษย์ และต่อมาได้ขยายไปยังสัตว์ฟันแทะ[ 95 ]และพืชด้วย[ 96 ]
- 1. ซูเปอร์คลาส: โดเมนพื้นฐาน
- 1.1 ประเภท: ปัจจัยซิปของลิวซีน ( bZIP )
- 1.2 กลุ่ม: ปัจจัยเฮลิกซ์-ลูป-เฮลิกซ์ ( bHLH )
- 1.2.1 กลุ่ม: ปัจจัยที่พบได้ทั่วไป (กลุ่ม A)
- 1.2.2 กลุ่ม: ปัจจัยถอดรหัสทางพันธุกรรมที่เกี่ยวข้องกับการสร้างกล้ามเนื้อ ( MyoD )
- 1.2.3 วงศ์: Achaete-Scute
- 1.2.4 ตระกูลเพลง: Tal/Twist/Atonal/Hen
- 1.3 กลุ่ม: ปัจจัยเฮลิกซ์-ลูป-เฮลิกซ์ / ลิวซีนซิปเปอร์ ( bHLH-ZIP )
- 1.4 ประเภท: NF-1
- คลาส 1.5: RF-X
- 1.6 ชั้นเรียน: bHSH
- 2. ซูเปอร์คลาส: โดเมนจับกับ DNA ที่ประสานกับสังกะสี
- 2.1 ประเภท: ซิงค์ฟิงเกอร์ Cys4 ของ ตัว รับนิวเคลียร์ชนิด
- 2.1.1 กลุ่ม: ตัวรับฮอร์โมนสเตียรอยด์
- 2.1.2 กลุ่ม: ปัจจัยคล้ายตัวรับฮอร์โมนไทรอยด์
- 2.2 คลาส: นิ้วสังกะสี Cys4 ที่หลากหลาย
- 2.2.1 ครอบครัว: ปัจจัย GATA
- 2.3 คลาส: โดเมนซิงค์ฟิงเกอร์ Cys2His2
- 2.4 คลาส: Cys6 คลัสเตอร์ซิสเทอีน-สังกะสี
- 2.5 ประเภท: ซิงค์ฟิงเกอร์ที่มีองค์ประกอบสลับกัน
- 2.1 ประเภท: ซิงค์ฟิงเกอร์ Cys4 ของ ตัว รับนิวเคลียร์ชนิด
- 3 ซูเปอร์คลาส: เฮลิกซ์-เทิร์น-เฮลิกซ์
- 3.1 คลาส: โดเมนโฮมีโอ
- 3.2 ประเภท: กล่องคู่
- 3.2.1 ตระกูล: โดเมนโฮมีโอคู่บวก
- 3.2.2 ตระกูล: โดเมนคู่เท่านั้น
- 3.3 ประเภท: รูปทรงหัวแฉก / รูปทรงเกลียวปีก
- 3.3.1 วงศ์: ตัวควบคุมการพัฒนา; รวมถึงฟอร์คเฮด
- 3.3.2 กลุ่ม: ตัวควบคุมเฉพาะเนื้อเยื่อ
- 3.3.3 กลุ่ม: ปัจจัยควบคุมวงจรเซลล์
- 3.3.0 กลุ่มผลิตภัณฑ์: ตัวควบคุมอื่นๆ
- 3.4 วิชา: ปัจจัยที่ทำให้เกิดการช็อกจากความร้อน
- 3.4.1 ครอบครัว: HSF
- 3.5 กลุ่ม: คลัสเตอร์ทริปโตแฟน
- 3.5.1 ครอบครัว: Myb
- 3.5.2 ตระกูล: ประเภท Ets
- 3.5.3 กลุ่ม: ปัจจัยควบคุมอินเตอร์เฟอรอน
- 3.6 คลาส: โดเมน TEA (ปัจจัยเสริมการถอดรหัส)
- 4 ซูเปอร์คลาส: ปัจจัยโครงสร้างเบต้าที่มีหน้าสัมผัสร่องเล็ก
- 4.1 คลาส: RHR ( บริเวณความคล้ายคลึงเชิงสัมพัทธ์ )
- 4.2 วิชา: STAT
- 4.2.1 ครอบครัว: STAT
- 4.3 ชั้นเรียน: หน้า 53
- 4.3.1 ครอบครัว: หน้า 53
- 4.4 ประเภท: กล่อง MADS
- 4.4.1 กลุ่ม: ตัวควบคุมการเปลี่ยนแปลงรูปร่าง; รวมถึง ( Mef2 )
- 4.4.2 กลุ่มเซลล์: เซลล์ที่ตอบสนองต่อสัญญาณภายนอก, SRF ( ปัจจัยการตอบสนองต่อซีรัม ) ( SRF )
- 4.4.3 กลุ่ม: ตัวควบคุมการเผาผลาญ (ARG80)
- 4.5 กลุ่ม: ปัจจัยการถอดรหัสเบต้า-บาร์เรลอัลฟา-เฮลิกซ์
- 4.6 กลุ่ม: โปรตีนที่จับกับ TATA
- 4.6.1 ครอบครัว: TBP
- 4.7 ประเภท: กล่อง HMG
- 4.8 กลุ่ม: ปัจจัย CCAAT เฮเทอโรเมอริก
- 4.8.1 กลุ่ม: ปัจจัย CCAAT แบบเฮเทอโรเมอริก
- 4.9 ประเภท: หัวหยาบ
- 4.9.1 ตระกูล: Grainyhead
- 4.10 วิชา: ปัจจัย ในโดเมนการช็อกด้วยความเย็น
- 4.10.1 ครอบครัว: csd
- 4.11 คลาส: รันท์
- 4.11.1 ครอบครัว: Runt
- 0 กลุ่มหลัก: ปัจจัยการถอดรหัสอื่นๆ
- 0.1 ประเภท: โปรตีนกำปั้นทองแดง
- 0.2 คลาส: HMGI(Y) ( HMGA1 )
- 0.2.1 ครอบครัว: HMGI(Y)
- 0.3 คลาส: โดเมนพ็อกเก็ต
- 0.4 ประเภท: ปัจจัยคล้าย E1A
- 0.5 ชั้นเรียน: ปัจจัยที่เกี่ยวข้องกับ AP2/EREBP
ฐานข้อมูลปัจจัยการถอดรหัส
มีฐานข้อมูลมากมายที่รวบรวมข้อมูลเกี่ยวกับปัจจัยการถอดรหัส แต่ขอบเขตและประโยชน์ใช้สอยของฐานข้อมูลเหล่านั้นแตกต่างกันอย่างมาก บางฐานข้อมูลอาจมีเพียงข้อมูลเกี่ยวกับโปรตีนจริง บางฐานข้อมูลอาจมีข้อมูลเกี่ยวกับตำแหน่งการจับ หรือบางฐานข้อมูลอาจมีข้อมูลเกี่ยวกับยีนเป้าหมาย ตัวอย่างเช่น:
- footprintDB - เมตาเดต้าเบสของฐานข้อมูลหลายแห่ง รวมถึง JASPAR และฐานข้อมูลอื่นๆ
- JASPAR : ฐานข้อมูลตำแหน่งการจับของปัจจัยถอดรหัสในยูคาริโอต
- CIS-BP: "ห้องสมุดออนไลน์ของปัจจัยการถอดรหัสและโมทีฟการจับกับ DNA" ที่ครอบคลุมสายพันธุ์ต่างๆ (ข้ามอาณาจักรต่างๆ) ตระกูลโปรตีน การทดสอบทางจีโนม และการศึกษา[ 101 ]
- PlantTFD: ฐานข้อมูลปัจจัยการถอดรหัสของพืช[ 102 ]
- YeTFaSCo: ฐานข้อมูลโมทีฟการจับ TF ของ ยีสต์ ( S. cerevisiae ) [ 103 ]
- TcoF-DB : ฐานข้อมูลของปัจจัยร่วมการถอดรหัสและปฏิสัมพันธ์ของปัจจัยการถอดรหัส[ 104 ]
- TFcheckpoint: ฐานข้อมูลผู้สมัคร TF ของมนุษย์ หนู และหนูแรต
- transcriptionfactor.org (ปัจจุบันเป็นเชิงพาณิชย์ จำหน่ายสารเคมี)
- MethMotif.org: ฐานข้อมูลแบบบูรณาการเฉพาะเซลล์ของโมทีฟการจับตัวของปัจจัยการถอดรหัสที่เชื่อมโยงกับโปรไฟล์การเมทิลเลชั่นของ DNA [ 105 ]
ดูเพิ่มเติม
- โปรตีนตระกูล Cdx
- โปรตีนที่จับกับดีเอ็นเอ
- สารยับยั้งโปรตีนที่จับกับดีเอ็นเอ
- แมปเปอร์(2)
- ตัวรับนิวเคลียร์ซึ่งเป็นกลุ่มของปัจจัยถอดรหัสที่ถูกกระตุ้นด้วยลิแกนด์
- ฐานข้อมูลคำอธิบายประกอบกฎระเบียบแบบเปิด
- ร่องรอยทางวิวัฒนาการ
- ฐานข้อมูล TRANSFAC
- เยทฟาเอสโค
อ่านเพิ่มเติม
- การ์เรเตโร-เปาเลต์, ลอเรนโซ; กัลสยาน, อนาฮิต; รอยจ์-วิลลาโนวา, เออร์มา; มาร์ติเนซ-การ์เซีย, เจมี เอฟ.; Bilbao-Castro, Jose R. "การจำแนกประเภททั้งจีโนมและการวิเคราะห์วิวัฒนาการของกลุ่ม bHLH ของปัจจัยการถอดความใน Arabidopsis, Poplar, ข้าว, มอส และสาหร่าย" สรีรวิทยาของพืช , 153, 3, 2010-07, หน้า1398–1412. ดอย:10.1104/pp.110.153593 . ISSN 0032-0889
- Jin J, He K, Tang X, Li Z, Lv L, Zhao Y และ คณะ (2015). "แผนที่ควบคุมการถอดรหัสของ Arabidopsis เผยให้เห็นลักษณะการทำงานและวิวัฒนาการที่แตกต่างกันของปัจจัยการถอดรหัสใหม่"ชีววิทยาโมเลกุลและวิวัฒนาการ 32 ( 7): 1767– 73. doi : 10.1093/molbev/msv058 . PMC 4476157 . PMID 25750178 .
ลิงก์ภายนอก
- ปัจจัยการถอดรหัสพันธุกรรม (Transcription+Factors) ในหัวข้อทางการแพทย์ (Medical Subject Headings หรือ MeSH) ของหอสมุดแห่งชาติสหรัฐอเมริกา (US National Library of Medicine )
- ฐานข้อมูลปัจจัยการถอดรหัสจัดเก็บไว้เมื่อวันที่ 4 ธันวาคม 2551 ที่Wayback Machine