轉(zhuǎn)錄因子

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基因轉(zhuǎn)錄有正調(diào)控和負(fù)調(diào)控之分。如細(xì)菌基因的負(fù)調(diào)控機(jī)制是當(dāng)一種阻遏蛋白(repressor protein)結(jié)合在受調(diào)控的基因上時(shí)，基因不表達(dá)；而從靶基因上去除阻遏蛋白后，RNA聚合酶識(shí)別受調(diào)控基因的啟動(dòng)子，使基因得以表達(dá)，這是正調(diào)控。這種阻遏蛋白是反式作用因子。而順式作用因子則指的是基因上與反式作用因子結(jié)合的對(duì)基因表達(dá)起調(diào)控作用的基因序列?！　?/p>

轉(zhuǎn)錄因子的結(jié)合位點(diǎn)（transcription factor binding site，TFBS）是轉(zhuǎn)錄因子調(diào)節(jié)基因表達(dá)時(shí)，與mRNA結(jié)合的區(qū)域。按照常識(shí)，轉(zhuǎn)錄因子（transcription factor，TF）的結(jié)合位點(diǎn)一般應(yīng)該分布在基因的前端，但是，新的研究發(fā)現(xiàn)，人21和22號(hào)染色體上，只有22％的轉(zhuǎn)錄因子結(jié)合位點(diǎn)分布在蛋白編碼基因的5'端?！　?/p>

分類

真核生物在轉(zhuǎn)錄時(shí)往往需要多種蛋白質(zhì)因子的協(xié)助。一種蛋白質(zhì)是不是轉(zhuǎn)錄機(jī)構(gòu)的一部分往往是通過(guò)體外系統(tǒng)看它是否是轉(zhuǎn)錄起始所必須的。一般可將這些轉(zhuǎn)錄所需的蛋白質(zhì)分為三大類：　　

(1)RNA聚合酶的亞基

RNA聚合酶的亞基，它們是轉(zhuǎn)錄必須的，但并不對(duì)某一啟動(dòng)子有特異性。　　

(2)與RNA聚合酶結(jié)合形成起始復(fù)合物的

某些轉(zhuǎn)錄因子能與RNA聚合酶結(jié)合形成起始復(fù)合物，但不組成游離聚合酶的成分。這些因子可能是所有啟動(dòng)子起始轉(zhuǎn)錄所必須的，但亦可能僅是譬如說(shuō)轉(zhuǎn)錄終止所必須的。但是，在這一類因子中，要嚴(yán)格區(qū)分開(kāi)哪些是RNA聚合酶的亞基，哪些僅是輔助因子，是很困難的?！　?/p>

(3)僅與其靶啟動(dòng)子中的特異順序結(jié)合

某些轉(zhuǎn)錄因子僅與其靶啟動(dòng)子中的特異順序結(jié)合。如果這些順序存在于啟動(dòng)子中，則這些順序因子是一般轉(zhuǎn)錄機(jī)構(gòu)的一部分。如果這些順序僅存在于某些種類的啟動(dòng)子中，則識(shí)別這些順序的因子也只是在這些特異啟動(dòng)子上起始轉(zhuǎn)錄必須的。

黑腹果蠅的RNA聚合酶需要至少兩個(gè)轉(zhuǎn)錄因子方能在體外起始轉(zhuǎn)錄。其中一個(gè)是B因子，它與含TATA盒的部位結(jié)合。人的因子TFⅡD亦和類似的部位結(jié)合。同樣，CTF(CAAT結(jié)合因子)則與腺病毒的主要晚期啟動(dòng)子中與CAAT盒同源的部位相結(jié)合。結(jié)合在上游區(qū)的另一個(gè)轉(zhuǎn)錄因子是USF(亦稱MLTF)，則可以識(shí)別腺病毒晚期啟動(dòng)子中靠近-55的順序。轉(zhuǎn)錄因子Sp1則能和GC盒相結(jié)合。在SC40啟動(dòng)子中有多個(gè)GC盒，位于-70到-110之間。它們均能和Sp1相結(jié)合。然而含有GC盒的不同的DNA順序與Sp1的親和力卻各不相同?？梢?jiàn)GC盒兩側(cè)的順序?qū)p1-GC盒的結(jié)合究竟如何能影響轉(zhuǎn)錄。有時(shí)候需要幾個(gè)轉(zhuǎn)錄因子才能起始轉(zhuǎn)錄。例如胞苷激酶的啟動(dòng)子需要Sp1與GC盒結(jié)合和CTF與CAAT盒結(jié)合;腺病毒晚期啟動(dòng)子需要TFⅡD與TATA盒結(jié)合和USF與其鄰近部位相結(jié)合。以上所述的因子是一般轉(zhuǎn)錄都需要的，似乎并沒(méi)有什么調(diào)節(jié)功能。另一些轉(zhuǎn)錄因子則可以調(diào)控一組特殊基因的轉(zhuǎn)錄。熱休克基因就是一個(gè)很好的例子。真核生物的熱休克基因在轉(zhuǎn)錄起始點(diǎn)的上游15bp處有一個(gè)共同順序。HSTF因子僅在熱休克細(xì)胞中有活性。它與包括熱休克共同順序在內(nèi)的一段DNA相結(jié)合，所以這個(gè)因子的激活可以引起約包括20個(gè)基因的一組基因起始轉(zhuǎn)錄。在這里，轉(zhuǎn)錄因子和RNA聚合酶Ⅱ之間關(guān)系很類似細(xì)菌的σ因子與核心酶之間的關(guān)系。

轉(zhuǎn)錄因子是一種具有特殊結(jié)構(gòu)、行使調(diào)控基因表達(dá)功能的蛋白質(zhì)分子，也稱為反式作用因子。植物中的轉(zhuǎn)錄因子分為二種，一種是非特異性轉(zhuǎn)錄因子，它們非選擇性地調(diào)控基因的轉(zhuǎn)錄表達(dá)，如大麥 (Hordeum vulgare) 中的HvCBF2 (C-repeat/DRE binding factor 2) (Xue et al., 2003)。還有一種稱為特異型轉(zhuǎn)錄因子，它們能夠選擇性調(diào)控某種或某些基因的轉(zhuǎn)錄表達(dá)。典型的轉(zhuǎn)錄因子含有DNA結(jié)合區(qū) (DNA-binding domain)、轉(zhuǎn)錄調(diào)控區(qū) (activation domain)、寡聚化位點(diǎn)(oligomerization site) 以及核定位信號(hào) (nuclear localization signal) 等功能區(qū)域。這些功能區(qū)域決定轉(zhuǎn)錄因子的功能和特性 (Liu et al., 1999)。DNA結(jié)合區(qū)帶共性的結(jié)構(gòu)主要有：1）HTH 和 HLH 結(jié)構(gòu)：由兩段α-螺旋夾一段β-折疊構(gòu)成，α-螺旋與β-折疊之間通過(guò)β-轉(zhuǎn)角或成環(huán)連接，即螺旋-轉(zhuǎn)角-螺旋結(jié)構(gòu)和螺旋-環(huán)-螺旋結(jié)構(gòu)。2）鋅指結(jié)構(gòu)：多見(jiàn)于 TFIII A 和類固醇激素受體中，由一段富含半胱氨酸的多肽鏈構(gòu)成。每四個(gè)半光氨酸殘基或組氨酸殘基螯合一分子 Zn2+ ，其余約 12-13 個(gè)殘基則呈指樣突出，剛好能嵌入 DNA 雙螺旋的大溝中而與之相結(jié)合。3）亮氨酸拉鏈結(jié)構(gòu)：多見(jiàn)于真核生物 DNA 結(jié)合蛋白的 C 端，與癌基因表達(dá)調(diào)控有關(guān)。由兩段α - 螺旋平行排列構(gòu)成，其α - 螺旋中存在每隔 7 個(gè)殘基規(guī)律性排列的亮氨酸殘基，亮氨酸側(cè)鏈交替排列而呈拉鏈狀，兩條肽鏈呈鉗狀與 DNA 相結(jié)合?！　?/p>

轉(zhuǎn)錄調(diào)控區(qū)

同一家族的轉(zhuǎn)錄因子之間的區(qū)別主要在轉(zhuǎn)錄調(diào)控區(qū)。

轉(zhuǎn)錄調(diào)控區(qū)包括轉(zhuǎn)錄激活區(qū) (transcription activation domain) 和轉(zhuǎn)錄抑制區(qū) (transcription repression domain) 二種。近年來(lái)，轉(zhuǎn)錄的激活區(qū)被深入研究。它們一般包含DNA結(jié)合區(qū)之外的30-100個(gè)氨基酸殘基，有時(shí)一個(gè)轉(zhuǎn)錄因子包含不止一個(gè)轉(zhuǎn)錄激活區(qū)。如控制植物儲(chǔ)藏蛋白基因表達(dá)的VP1和PvALF轉(zhuǎn)錄因子，它們的N-末端酸性氨基酸保守序列都具有轉(zhuǎn)錄激活能力，與酵母轉(zhuǎn)錄因子GCN4和病毒轉(zhuǎn)錄因子的VP16的酸性氨基酸轉(zhuǎn)錄激活區(qū)有較高同源性 (Bobb et al., 1996)。典型的植物轉(zhuǎn)錄因子激活區(qū)一般富含酸性氨基酸、脯氨酸或谷氨酰胺等，如GBF (G-box binding factor) 含有的GCB盒 (GBF conserved box) 激活結(jié)構(gòu)域 (lunwen114 and Bevan, 1998)?！　?/p>

轉(zhuǎn)錄抑制區(qū)

也是轉(zhuǎn)錄因子調(diào)控表達(dá)的重要位點(diǎn)，但是對(duì)其作用機(jī)理研究尚不深入。可能的作用方式有三種：1）與啟動(dòng)子的調(diào)控位點(diǎn)結(jié)合，阻止其它轉(zhuǎn)錄因子的結(jié)合；2）作用于其它轉(zhuǎn)錄因子，抑制其它因子的作用；3）通過(guò)改變DNA的高級(jí)結(jié)構(gòu)阻止轉(zhuǎn)錄的發(fā)生。

轉(zhuǎn)錄因子必須在核內(nèi)作用，才能起到調(diào)控表達(dá)的目的。因此，轉(zhuǎn)錄因子上的核定位序列是其重要的組成部分。一般一個(gè)或多個(gè)核定位序列在轉(zhuǎn)錄因子中不規(guī)則分布，同時(shí)也存在不含核定位序列的轉(zhuǎn)錄因子，它們通過(guò)結(jié)合到其它轉(zhuǎn)錄因子上進(jìn)入細(xì)胞核。核定位序列一般是轉(zhuǎn)錄因子中富含精氨酸和賴氨酸殘基的區(qū)段。目前，水稻中的GT-2、西紅柿中的HSFA1-2、玉米的O2和碗豆的PS-IAA4和6等轉(zhuǎn)錄因子中的核定位序列都已被鑒定 (Boulikas, 1994; Dehesh et al., 1995; Lyck et al., 1997; Varagona et al., 1992; Abel and Theologis, 1995)。

絕大多數(shù)轉(zhuǎn)錄因子結(jié)合 DNA前需通過(guò)蛋白質(zhì)-蛋白質(zhì)相互作用形成二聚體或多聚體。所謂二聚體化就是指兩分子單體通過(guò)一定的結(jié)構(gòu)域結(jié)合成二聚體，它是轉(zhuǎn)錄因子結(jié)合DNA時(shí)最常見(jiàn)的形式。由同種分子形成的二聚體稱同二聚體，異種分子間形成的二聚體稱異二聚體。這種多聚體的形成是轉(zhuǎn)錄因子上的寡聚化位點(diǎn) (oligomerization site) 相互作用的結(jié)果，寡聚化位點(diǎn)的氨基酸序列很保守，大多與DNA結(jié)合區(qū)相連并形成一定的空間構(gòu)象。除二聚化或多聚化反應(yīng)，還有一些調(diào)節(jié)蛋白不能直接結(jié)合DNA，而是通過(guò)蛋白質(zhì)－蛋白質(zhì)相互作用間接結(jié)合DNA，調(diào)節(jié)基因轉(zhuǎn)錄，這樣就形成了一個(gè)表達(dá)調(diào)控的復(fù)合物?！　?/p>