Transkriptionsfaktorer

TRANSKRIPTIONSFAKTORER.
For at forstå processerne i dopaminerge neuroner, er jeg nødt til lige at kigge på nogle basale elementer og processer i cellen.
DNA (Deoxyribonulekleinsyre)
Informationen i DNA er lagret som en kode bestående af fire nitrogenbaser: Adenin (A), guanin (G), cytosin (C) og Thymin (T).
Menneskets DNA består af tre milliarder baser.
Rækkefølgen af disse baser bestemmer den information der kan bruges til at opbygge og vedligeholde en organisme.
De fire baser er arrangeret i nukleotider (tre baser i RNA), der består af en sukkerdel (deoxyribose), hvortil der er bundet en fosfatgruppe og en kvælstofholdig cyklisk base (A, G, T, C).
Sukker/fosfatkæden danner DNA-strengene (dobbelthelix) som derved får en polaritet, dvs to forskellige ender, som benævnes 5' og 3' enden.
5'-enden af nukleotidet består en fri fosfatgruppe og 3'-enden af en fri hydroxylgruppe.
Hver DNA-streng i dobbelthelixen kan tjene som et mønster til at kopiere basesekvensen.
De kvælstofholdige baser sidder fast på denne streng og parrer sig med baserne fra den modsatte streng (som trin på en trappe).
Baserne er altid bundet sammen i forholdet A bundet til T og G altid bundet til C.
Udover deres rolle i DNA fungerer nukleotider også som energibærere (ATP) og som signalmolekyler (cAMP) og kan også deltage i enzymfunktionen i metabolismen.
De 46 kromosomer i vores celler består af DNA-molekylet der er pakket sammen i tætte stukturer sammen med proteinet kromatin og viklet omkring små kugleformede proteiner, histoner.
Hvert kromosom har et indsnævringspunkt kaldet centromeren, som deler kromosomet i to sektioner.
Den korte sektion kaldes P-armen og den lange Q-armen.
Placeringen af centromeren kan bruges til at beskrive placeringen af specifikke gener.
Et gen er en DNA-sekvens der (som oftest) koder for proteiner. Dele af DNA'et koder ikke for gener. Disse kaldes for introner, mens de kodende gener kaldes for exoner.
Skønt vi har de samme sæt af gener i alle vores celler, er det kun informationer fra visse af disse gener der bruges i de enkelte celler, afhængigt af celletypen og hvilket stadie cellen er på.
Det er som at gå ind i et storcenter, hvor du kun har brug for den butik der sælger elektronik og i den butik har du kun brug for at købe en radio.
DNA (eller RNA) informationen aflæses i grupper med tre nukleotider der kaldes codoner eller tripletter.
Codonerne kan kombineres på 64 måder (4^3), hvilket resulterer i flere codoner der kan kode for de tyve almindelige aminosyrer (Der findes 22 aminosyrer, men to regnes ikke med, da de ikke aflæses af egne codoner og ikke er essentielle for organismen undtaget i specialtilfælde)
Hvert codon koder for en bestemt aminosyre som bruges til at opbygge et protein.
Der er et specifik codon der markerer starten på proteinsyntesen og tre forskellige stop-codoner der markerer afslutningen.
Proteiner består af de 20 forskellige aminosyrer der er bundet sammen af peptidbindinger, der er kovalente bindinger mellem to aminosyrer, hvor den ene aminosyregruppes karboxylgruppe (-COOH) bindes sammen den anden aminosyregruppes aminogruppe
(-NH2). Herved fraspaltes et H2O molekyle, altså en kondensationsreaktion.
Korte kæder af aminosyrer kaldes for peptider og lange kæder for proteiner.
Transkription.
Produktionen af et protein fra et gen involverer flere forskellige processer.
Generne koder hver især for et RNA-molekyle.
Transkriptionen fra DNA til RNA varetages af enzymet RNA-polymerase der består af flere proteinunderenheder der bidrager til den overordnede stuktur, katalytisk aktivitet og regulering af transkriptionsprocessen.
Et gen er regionen af transkripteret DNA sammen med tilhørende områder af DNA der er vigtige for reguleringen af transkriptionen, som fx promotere og forstærkere (enchancers).
Promoteren er DNA-sekvenser der kontrollerer hvor og hvornår generne aktiveres for at danne mRNA.
Denne sidder opstrøms på genet hvor transkriptionsfaktorer og enzymet RNA-polymerase binder sig til genet (I retning mod 5'er-enden af DNA-strengen. Nedstrøms referer til retningen mod 3'er-enden)
Forstærkere er korte regioner i DNA'et der øger sandsynligheden for at transkriptionen af et gen hænder, da promotere generelt har en lav basal aktivitet. Disse kan være placeret langt fra genet på DNA-strengene.
RNA-Polymerase
RNA-polymerase arbejder i samspil med en mængde andre proteinfaktorer, så nedenstående er blot et rids over, hvorledes RNA-polymerase foregår.
RNA-polymerase inddeles i fem typer (I-IV)og indeholder 8-14 underenheder. De har underenhederne a, b og b' tilfælles.
Det er dog RNA-polymerase II som i denne forbindelse er mest interessant, da den består af holoenzymer og mediatorer med "generel transkriptionsfaktorer" (GTF) der binder sig til promoteren og igangsætter transkriptionen.
RNA-polymerase interagerer med forskellige andre proteiner, transkriptionsfaktorer og signalmolekyler på carboxylterminalen (C terminalen).
Ved bindingen dannes en transkriptionsboble, som er et kort stykke DNA der er rullet ud for at give RNA-polymerasen adgang til DNA-baserne under transkriptionen.
RNA-polymerasen adskiller de to DNA-strenge ved hjælp af enzymet DNA-helicase der virker som en motor der klipper DNA'et op i to dele og skaber derved en enkeltstrenget DNA-skabelon der bruges til at syntetisere RNA.
Hver streng anvendes derefter som skabelon for syntese af en ny, kontemplær DNA-streng.
5'-enden af en nukleotid har jo en fri fosfatgruppe og 3'-enden har en fri hydroxylgruppe. DNA-polymeraser syntetiserer nye DNA-strenge fra 5' til 3'-retningen ved at tilføje nye nukleotider til 3'-hydroxylgruppen på den eksisterende streng.
Dele af RNA-molekylerne anvendes i cellens egen funktion (transfer RNA og ribosomal RNA)
En anden gruppe RNA (mRNA) transporterer RNA'et til ribosomerne, hvor oversættelsen fra en nukleotidrækkefølge fører til en række af aminosyrer, altså til produktionen af et peptid eller et protein.
Transkriptionsfaktorer (TF)
Transkriptionsfaktorer regulerer RNA-polymerasen.
Der findes omkring 2800 proteiner i genomet der indeholder DNA-bindingssteder og 1600 af disse er TF'er. Ca 10% af generne koder for TF.
TF er proteomer, hvilket betegner alle de proteiner der er, eller kan blive, udtrykt af genomet på et givet tidspunkt.
Eksempelvis er et celle-proteom den samling af proteiner der findes i en bestemt celletype ved en bestemt miljøpåvirkning som fx stimulering fra et hormon.
TF tilhører også gruppen af regulomer, hvilket betegner alle de regulatoriske elementer i en celle.
TF arbejder nogle gange alene, men danner oftest et kompleks med andre proteiner og virker aktiverende eller blokerende i RNA-polymerasen.
Man definerer TF ud fra, at de mindst indeholder et DNA-bindende domæne som vedhæftes til en specifik sekvens ved siden af det gen de regulerer.
DNA-bindende domæner klassificeres ud fra det sted hvor de binder sig til DNA'et.
TF bindingsdomæner:
Respons-elementer:
DNA-bindingsdomæne (DBD) der binder sig til specifikke domæner af DNA som enten en promoter eller en forstærker
Aktiverende domæne (AD):
AD'er er bindings-steder for andre proteiner såsom transkriptions co-regulatorer.
Signalregistrerende domæne (signal sensing domain, SSD):
Kan fx være et ligand-bindende domæne som registrerer eksterne signaler og som reaktion herpå transmitterer disse signaler til resten af transkriptionskomplekset til op- eller nedregulering af af genekspression.
DBD og SSD kan også være placeret på separate proteiner der associerer inden for transkriptionskomplekset for at regulere genekspression.
TF'er kan altså være både "op-regulerende" eller "ned-regulerende i transkriptionsprocessen.
TF'er bruger forskellige mekanismer til regulering af RNA-polymerasen:
TF'er rekrutterer co-aktiverende enzymer som acetyltransferase (HAT) som acetylerer histonerne, som DNA'et er viklet rundt om for at danne nukleosomer.
Ved acetylering af histonet tilføjes en acetylgruppe (CH3CO−,) fra acetyl-CoA til aminogruppen (-NH2) i lysinrester i histonet.
Ved denne proces åbnes kromatinet op og forbindelsen mellem DNA og histonerne løsnes.
Herved er der nu adgang både for andre transkriptions-relaterede faktorer og andre TF'er.
TF'er (Lin-TF) kan også rekruttere methyltransferase (HTM) til specifikke DNA-regioner hvor methylgrupper tilføjes lysin- og arginingrupper i histonet.
Dette ændrer også kromatin-strukturen, men i modsætning til acetylering, kan methylering aktivere eller hæmme gen-ekspression afhængig af, hvilke histon-rester der methyleres.
En TF-klasse vigtig for transkriptionen er general transcrition factors (GTF), som er en del af præ-initationskomplekset.
I RNA-polymerasen binder mange af disse sig ikke til selve DNA'et, men til promoter regionerne opstrøms fra det gen de regulerer.
Andre TF'er regulerer udtrykket i forskellige gener ved at binde sig til enchancer-regionen.

Kilder:  Billede Khanacademy.org

https://medlineplus.gov/genetics/understanding/basics/dna/
https://iastate.pressbooks.pub/genagbiotech/chapter/transcription/
https://www.frontiersin.org/journals/genetics/articles/10.3389/fgene.2021.681259/full
https://academic.oup.com/nar/article/40/15/7442/1207459
https://www.technologynetworks.com/genomics/articles/rna-polymerase-function-and-definition-346823
https://www.cell.com/cell/fulltext/S0092-8674(00)81483-X?_returnURL=https%3A%2F%2Flinkinghub.elsevier.com%2Fretrieve%2Fpii%2FS009286740081483X%3Fshowall%3Dtrue
https://microbenotes.com/rna-polymerase/
researchbaser:
https://lex.dk
Widunderlige wiki