Activator Binding to Regulatory SequencesEdit

Nelle scanalature della doppia elica del DNA, i gruppi funzionali delle coppie di basi sono esposti. La sequenza del DNA crea così un modello unico di caratteristiche di superficie, comprese le aree di possibile legame idrogeno, legame ionico, così come le interazioni idrofobiche. Gli attivatori hanno anche sequenze uniche di aminoacidi con catene laterali che sono in grado di interagire con i gruppi funzionali nel DNA. Così, lo schema delle catene laterali degli aminoacidi che compongono una proteina attivatrice sarà complementare alle caratteristiche di superficie della specifica sequenza di regolazione del DNA a cui è stata progettata per legarsi. Le interazioni complementari tra gli aminoacidi della proteina attivatrice e i gruppi funzionali del DNA creano una specificità “exact-fit” tra l’attivatore e la sua sequenza di regolazione del DNA.

La maggior parte degli attivatori si lega alle scanalature principali della doppia elica, poiché queste aree tendono ad essere più ampie, ma ce ne sono alcuni che si legano alle scanalature minori.

I siti di legame dell’attivatore possono essere situati molto vicino al promotore o a numerose coppie di basi. Se la sequenza regolatrice si trova lontano, il DNA si avvolgerà su se stesso (DNA looping) in modo che l’attivatore legato possa interagire con il macchinario di trascrizione nel sito promotore.

Nei procarioti, più geni possono essere trascritti insieme (operone), e sono quindi controllati dalla stessa sequenza regolatrice. Negli eucarioti, i geni tendono ad essere trascritti individualmente, e ogni gene è controllato dalle proprie sequenze regolatrici. Le sequenze regolatorie a cui si legano gli attivatori si trovano comunemente a monte del promotore, ma possono anche trovarsi a valle o persino all’interno degli introni negli eucarioti.

Funzioni per aumentare la trascrizione dei geniModifica

Il legame dell’attivatore alla sua sequenza regolatoria promuove la trascrizione del gene abilitando l’attività della RNA polimerasi. Questo avviene attraverso vari meccanismi, come il reclutamento del macchinario di trascrizione al promotore e l’attivazione della RNA polimerasi per continuare nell’elongazione.

ReclutamentoEdit

I geni controllati dall’attivatore richiedono il legame degli attivatori ai siti di regolazione per reclutare il macchinario di trascrizione necessario alla regione del promotore.

Le interazioni dell’attivatore con la RNA polimerasi sono per lo più dirette nei procarioti e indirette negli eucarioti. Nei procarioti, gli attivatori tendono a prendere contatto direttamente con l’RNA polimerasi per aiutarla a legarsi al promotore. Negli eucarioti, gli attivatori interagiscono per lo più con altre proteine, e queste proteine saranno poi quelle che interagiscono con l’RNA polimerasi.

ProcariotiModifica

Nei procarioti, i geni controllati dagli attivatori hanno promotori che non sono in grado di legarsi fortemente all’RNA polimerasi da soli. Così, le proteine attivatrici aiutano a promuovere il legame della RNA polimerasi al promotore. Questo viene fatto attraverso vari meccanismi. Gli attivatori possono piegare il DNA per esporre meglio il promotore in modo che l’RNA polimerasi possa legarsi più efficacemente. Gli attivatori possono entrare in contatto diretto con la RNA polimerasi e fissarla al promotore.

EucariotiModifica

Negli eucarioti, gli attivatori hanno una varietà di diverse molecole bersaglio che possono reclutare per promuovere la trascrizione genica. Possono reclutare altri fattori di trascrizione e cofattori che sono necessari nell’iniziazione della trascrizione.

Gli attivatori possono reclutare molecole note come coattivatori. Queste molecole coattivatrici possono quindi svolgere le funzioni necessarie per iniziare la trascrizione al posto degli attivatori stessi, come le modifiche della cromatina.

Il DNA è molto più condensato negli eucarioti; così, gli attivatori tendono a reclutare proteine che sono in grado di ristrutturare la cromatina in modo che il promotore sia più facilmente accessibile dal macchinario di trascrizione. Alcune proteine riorganizzano la disposizione dei nucleosomi lungo il DNA per esporre il sito del promotore (complessi di rimodellamento della cromatina ATP-dipendenti). Altre proteine influenzano il legame tra istoni e DNA attraverso modifiche istoniche post-traslazionali, permettendo al DNA strettamente avvolto nei nucleosomi di allentarsi.

Tutte queste molecole reclutate lavorano insieme per reclutare infine la RNA polimerasi al sito promotore.

Rilascio dell’RNA polimerasiModifica

Gli attivatori possono promuovere la trascrizione genica segnalando all’RNA polimerasi di andare oltre il promotore e di procedere lungo il DNA, dando inizio all’inizio della trascrizione. L’RNA polimerasi può a volte fermarsi poco dopo l’inizio della trascrizione, e gli attivatori sono necessari per rilasciare l’RNA polimerasi da questo stato di “stallo”. Esistono diversi meccanismi per rilasciare queste RNA polimerasi “in stallo”. Gli attivatori possono agire semplicemente come un segnale per innescare il movimento continuo dell’RNA polimerasi. Se il DNA è troppo condensato per permettere alla RNA polimerasi di continuare la trascrizione, gli attivatori possono reclutare proteine che possono ristrutturare il DNA in modo da rimuovere qualsiasi blocco. Gli attivatori possono anche promuovere il reclutamento di fattori di allungamento, che sono necessari alla RNA polimerasi per continuare la trascrizione.

Regolazione degli attivatoriModifica

Ci sono diversi modi in cui l’attività degli attivatori stessi può essere regolata, al fine di garantire che gli attivatori stiano stimolando la trascrizione del gene in tempi e livelli appropriati. L’attività degli attivatori può aumentare o diminuire in risposta a stimoli ambientali o ad altri segnali intracellulari.

Attivazione delle proteine attivatriciModifica

Gli attivatori spesso devono essere “accesi” prima di poter promuovere la trascrizione genica. L’attività degli attivatori è controllata dalla capacità dell’attivatore di legarsi al suo sito regolatore lungo il DNA. Il dominio di legame al DNA dell’attivatore ha una forma attiva e una forma inattiva, che sono controllate dal legame di molecole note come effettori allosterici al sito allosterico dell’attivatore.

Gli attivatori nella loro forma inattiva non sono legati ad alcun effettore allosterico. Quando è inattivo, l’attivatore non è in grado di legarsi alla sua specifica sequenza di regolazione nel DNA, e quindi non ha alcun effetto regolatore sulla trascrizione dei geni.

Quando un effettore allosterico si lega al sito allosterico di un attivatore, si verifica un cambiamento conformazionale nel dominio di legame al DNA, che permette alla proteina di legarsi al DNA e aumentare la trascrizione del gene.

Modifiche post-traslazionaliModifica

Alcuni attivatori sono in grado di subire modifiche post-traslazionali che hanno un effetto sulla loro attività all’interno di una cellula. Processi come la fosforilazione, l’acetilazione e l’ubiquitinazione, tra gli altri, sono stati visti per regolare l’attività degli attivatori. A seconda del gruppo chimico che viene aggiunto, così come la natura dell’attivatore stesso, le modifiche post-traslazionali possono aumentare o diminuire l’attività di un attivatore. Per esempio, si è visto che l’acetilazione aumenta l’attività di alcuni attivatori attraverso meccanismi come l’aumento dell’affinità di legame al DNA. D’altra parte, l’ubiquitinazione diminuisce l’attività degli attivatori, poiché l’ubiquitina marca le proteine per la degradazione dopo che hanno svolto le loro rispettive funzioni.

SynergyEdit

Nei procarioti, una sola proteina attivatrice è in grado di promuovere la trascrizione. Negli eucarioti, di solito più di un attivatore si assembla al sito di legame, formando un complesso che agisce per promuovere la trascrizione. Questi attivatori si legano in modo cooperativo al sito di legame, il che significa che il legame di un attivatore aumenta l’affinità del sito per legare un altro attivatore (o in alcuni casi un altro regolatore trascrizionale) rendendo così più facile per più attivatori legarsi al sito. In questi casi, gli attivatori interagiscono tra loro in modo sinergico, il che significa che il tasso di trascrizione che si ottiene da più attivatori che lavorano insieme è molto più alto degli effetti additivi degli attivatori se lavorassero individualmente.