Aktivaattorin sitoutuminen sääteleviin sekvensseihinEdit

DNA:n kaksoiskierteen urissa emäsparien funktionaaliset ryhmät paljastuvat. DNA:n sekvenssi luo siten ainutlaatuisen kuvion pintaominaisuuksista, mukaan lukien alueet mahdollisille vetysidoksille, ionisidoksille sekä hydrofobisille vuorovaikutuksille. Aktivaattoreilla on myös ainutlaatuisia aminohapposekvenssejä, joiden sivuketjut kykenevät vuorovaikutukseen DNA:n funktionaalisten ryhmien kanssa. Näin ollen aktivaattoriproteiinin muodostavien aminohappojen sivuketjujen kuvio täydentää sen tietyn DNA:n säätelysekvenssin pintaominaisuuksia, johon se on suunniteltu sitoutumaan. Aktivaattoriproteiinin aminohappojen ja DNA:n funktionaalisten ryhmien väliset komplementaariset vuorovaikutukset luovat ”täsmällisen” spesifisyyden aktivaattorin ja sen säätelevän DNA-sekvenssin välille.

Useimmat aktivaattorit sitoutuvat kaksoiskierteen suuriin uurteisiin, koska nämä alueet ovat yleensä leveämpiä, mutta on olemassa myös sellaisia, jotka sitoutuvat pienempiin uurteisiin.

Aktivaattoriin sitoutuvat kohdat voivat sijaita hyvinkin lähistöllä promoottorista tai lukuisien emäsparien päässä. Jos säätelysekvenssi sijaitsee kaukana, DNA tekee silmukan itsensä ympäri (DNA looping), jotta sitoutunut aktivaattori pääsee vuorovaikutukseen promoottorikohdan transkriptiokoneiston kanssa.

Prokaryooteissa useita geenejä voidaan transkriboida yhdessä (operoni), jolloin niitä ohjataan saman säätelysekvenssin avulla. Eukaryooteissa geenit transkriboituvat yleensä yksitellen, ja kutakin geeniä ohjataan omilla säätelysekvensseillään. Regulatoriset sekvenssit, joihin aktivaattorit sitoutuvat, löytyvät yleensä promoottorista ylävirtaan, mutta ne voivat eukaryooteissa löytyä myös alavirtaan tai jopa intronien sisältä.

Geenin transkriptiota lisäävät toiminnot Muokkaa

Aktivaattorin sitoutuminen sen regulatiiviseen sekvenssiin edistää geenin transkriptiota aktivoimalla RNA-polymeraasin toiminnan. Tämä tapahtuu eri mekanismeilla, kuten rekrytoimalla transkriptiokoneisto promoottorille ja käynnistämällä RNA-polymeraasi jatkamaan elongaatiota.

RekrytointiEdit

Aktivaattorilla ohjatut geenit edellyttävät aktivaattorien sitoutumista säätelykohtiin, jotta tarvittava transkriptiokoneisto saadaan rekrytoitua promoottorin alueelle.

Aktivaattorin vuorovaikutussuhteet RNA-polymeraasien kanssa ovat enimmäkseen suoria prokaryooteissa ja epäsuoria eukaryooteissa. Prokaryooteissa aktivaattoreilla on taipumus olla suoraan yhteydessä RNA-polymeraasiin auttaakseen sitä sitoutumaan promoottoriin. Eukaryooteissa aktivaattorit ovat useimmiten vuorovaikutuksessa muiden proteiinien kanssa, ja nämä proteiinit ovat sitten vuorovaikutuksessa RNA-polymeraasin kanssa.

ProkaryootitEdit

Prokaryooteissa aktivaattoreiden kontrolloimilla geeneillä on promoottorit, jotka eivät kykene itse voimakkaasti sitoutumaan RNA-polymeraasiin. Näin ollen aktivaattoriproteiinit auttavat edistämään RNA-polymeraasin sitoutumista promoottoriin. Tämä tapahtuu erilaisten mekanismien avulla. Aktivaattorit voivat taivuttaa DNA:ta niin, että promoottori paljastuu paremmin, jolloin RNA-polymeraasi voi sitoutua tehokkaammin. Aktivaattorit voivat ottaa suoran kontaktin RNA-polymeraasiin ja kiinnittää sen promoottoriin.

EukaryootitEdit

Eukaryooteissa aktivaattoreilla on useita erilaisia kohdemolekyylejä, joita ne voivat rekrytoida edistääkseen geenin transkriptiota. Ne voivat rekrytoida muita transkriptiotekijöitä ja kofaktoreita, joita tarvitaan transkription käynnistymisessä.

Aktivaattorit voivat rekrytoida molekyylejä, joita kutsutaan koaktivaattoreiksi. Nämä koaktivaattorimolekyylit voivat sitten suorittaa transkription aloittamiseen tarvittavia toimintoja itse aktivaattoreiden sijasta, kuten kromatiinin modifikaatioita.

DNA on eukaryooteissa paljon tiivistetympää, joten aktivaattoreilla on taipumus rekrytoida proteiineja, jotka kykenevät jäsentämään kromatiinin uudelleen niin, että transkriptiokoneisto pääsee helpommin promoottoriin käsiksi. Jotkin proteiinit järjestävät nukleosomien asettelun uudelleen DNA:n varrella niin, että promoottorikohta tulee näkyviin (ATP-riippuvaiset kromatiinin uudelleenmuokkauskompleksit). Toiset proteiinit vaikuttavat histonien ja DNA:n väliseen sitoutumiseen posttranslationaalisten histonimodifikaatioiden kautta, jolloin nukleosomeihin tiukasti kääritty DNA voi löystyä.

Kaikki nämä rekrytoidut molekyylit toimivat yhdessä, jotta RNA-polymeraasi lopulta rekrytoituu promoottorikohtaan.

RNA-polymeraasin vapautuminenEdit

Aktivaattorit voivat edistää geenin transkriptiota antamalla RNA-polymeraasille signaalin siirtyä promoottorin ulkopuolelle ja edetä DNA:ta pitkin, jolloin transkriptio alkaa. RNA-polymeraasi voi joskus pysähtyä pian transkription aloittamisen jälkeen, ja aktivaattoreita tarvitaan vapauttamaan RNA-polymeraasi tästä ”pysähtyneestä” tilasta. Näiden ”pysähtyneiden” RNA-polymeraasien vapauttamiseksi on olemassa useita mekanismeja. Aktivaattorit voivat toimia yksinkertaisesti signaalina, joka käynnistää RNA-polymeraasin jatkuvan liikkeen. Jos DNA on liian tiivistynyt, jotta RNA-polymeraasi voisi jatkaa transkriptiota, aktivaattorit voivat rekrytoida proteiineja, jotka pystyvät järjestämään DNA:n uudelleen niin, että mahdolliset tukokset poistuvat. Aktivaattorit voivat myös edistää elongaatiotekijöiden rekrytoitumista, jotka ovat välttämättömiä, jotta RNA-polymeraasi voi jatkaa transkriptiota.

Aktivaattoreiden säätely Muokkaa

On olemassa erilaisia tapoja, joilla itse aktivaattoreiden aktiivisuutta voidaan säädellä sen varmistamiseksi, että aktivaattorit kiihdyttävät geenin transkriptiota sopivina ajankohtina ja sopivalla tasolla. Aktivaattorien aktiivisuus voi lisääntyä tai vähentyä vastauksena ympäristön ärsykkeisiin tai muihin solunsisäisiin signaaleihin.

Aktivaattoriproteiinien aktivoituminenEdit

Aktivaattorit on usein ”kytkettävä päälle”, ennen kuin ne voivat edistää geenin transkriptiota. Aktivaattoreiden aktiivisuutta kontrolloi aktivaattorin kyky sitoutua säätelypaikkaansa DNA:n varrella. Aktivaattorin DNA:ta sitovalla domeenilla on aktiivinen ja inaktiivinen muoto, joita ohjataan sitouttamalla allosterisiksi efektoreiksi kutsuttuja molekyylejä aktivaattorin allosteriseen kohtaan.

Aktivaattorit inaktiivisessa muodossaan eivät ole sitoutuneet mihinkään allosterisiin efektoreihin. Kun aktivaattori on inaktiivinen, se ei pysty sitoutumaan DNA:ssa olevaan spesifiseen säätelysekvenssiinsä, eikä sillä siten ole säätelyvaikutusta geenien transkriptioon.

Kun allosteerinen efektori sitoutuu aktivaattorin allosteeriseen kohtaan, DNA:ta sitovassa domeenissa tapahtuu konformaatiomuutos, jonka ansiosta proteiini voi sitoutua DNA:han ja lisätä geenien transkriptiota.

Posttranslationaaliset modifikaatiotEdit

Jotkut aktivaattorit pystyvät läpikäymään posttranslationaalisia modifikaatioita, joilla on vaikutusta niiden aktiivisuuteen solussa. Muun muassa fosforylaation, asetylaation ja ubikvitinaation kaltaisten prosessien on havaittu säätelevän aktivaattorien aktiivisuutta. Lisättävästä kemiallisesta ryhmästä ja itse aktivaattorin luonteesta riippuen translaation jälkeiset muutokset voivat joko lisätä tai vähentää aktivaattorin aktiivisuutta. Esimerkiksi asetylaation on havaittu lisäävän joidenkin aktivaattoreiden aktiivisuutta esimerkiksi lisäämällä DNA:n sitoutumisaffiniteettia. Toisaalta ubikitinaatio vähentää aktivaattoreiden aktiivisuutta, sillä ubikitiini merkitsee proteiinit hajotettaviksi sen jälkeen, kun ne ovat suorittaneet tehtävänsä.

SynergyEdit

Prokaryooteissa yksinäinen aktivaattoriproteiini pystyy edistämään transkriptiota. Eukaryooteissa yleensä useampi kuin yksi aktivaattoriproteiini kokoontuu sitoutumiskohtaan muodostaen kompleksin, joka toimii transkription edistämiseksi. Nämä aktivaattorit sitoutuvat sitoutumiskohtaan yhteistoiminnallisesti, mikä tarkoittaa, että yhden aktivaattorin sitoutuminen lisää paikan affiniteettia sitoa toista aktivaattoria (tai joissakin tapauksissa toista transkriptionaalista säätelijää), mikä helpottaa useiden aktivaattoreiden sitoutumista paikkaan. Näissä tapauksissa aktivaattorit vuorovaikuttavat toistensa kanssa synergistisesti, mikä tarkoittaa, että useiden aktivaattoreiden yhteistoiminnalla saavutettava transkriptionopeus on paljon suurempi kuin aktivaattoreiden additiiviset vaikutukset, jos ne toimisivat yksittäin.