Activator Binding aan Regulerende SequentiesEdit

In de groeven van de dubbele helix van het DNA komen functionele groepen van de basenparen bloot te liggen. De sequentie van het DNA creëert aldus een uniek patroon van oppervlakte-eigenschappen, met inbegrip van gebieden van mogelijke waterstofbinding, ionische binding, alsmede hydrofobe interacties. Activatoren hebben ook unieke sequenties van aminozuren met zijketens die in staat zijn tot interactie met de functionele groepen in het DNA. Het patroon van aminozuurzijketens waaruit een activator-eiwit is opgebouwd zal dus complementair zijn aan de oppervlakte-eigenschappen van de specifieke DNA-regulerende sequentie waarvoor het is ontworpen om zich aan te binden. De complementaire interacties tussen de aminozuren van het activator-eiwit en de functionele groepen van het DNA creëren een “exact-fit” specificiteit tussen de activator en zijn regulerende DNA-sequentie.

De meeste activatoren binden aan de hoofdgroeven van de dubbele helix, omdat deze gebieden over het algemeen breder zijn, maar er zijn er ook die aan de kleine groeven binden.

De bindingsplaatsen van de activator kunnen zich zeer dicht bij de promotor bevinden of op een groot aantal basenparen afstand. Als de regulatorische sequentie ver weg ligt, zal het DNA in een lus over zichzelf heen lopen (DNA looping), zodat de gebonden activator kan interageren met de transcriptiemachine op de promotorplaats.

In prokaryoten kunnen meerdere genen samen worden getranscribeerd (operon), en dus onder dezelfde regulatorische sequentie worden gecontroleerd. Bij eukaryoten worden de genen meestal afzonderlijk getranscribeerd, en wordt elk gen door zijn eigen regulerende sequenties gecontroleerd. Regulerende sequenties waar activatoren zich aan binden worden gewoonlijk stroomopwaarts van de promotor aangetroffen, maar zij kunnen bij eukaryoten ook stroomafwaarts of zelfs binnen introns worden aangetroffen.

Functies om de gentranscriptie te verhogenEdit

Binding van de activator aan zijn regulerende sequentie bevordert de gentranscriptie door RNA polymerase activiteit mogelijk te maken. Dit gebeurt via verschillende mechanismen, zoals het rekruteren van transcriptiemachines naar de promotor en het op gang brengen van RNA polymerase om door te gaan in elongatie.

RekruteringEdit

Activator-gecontroleerde genen vereisen de binding van activatoren aan regulatorische plaatsen om de noodzakelijke transcriptiemachines naar het promotorgebied te rekruteren.

Activator-interacties met RNA polymerase zijn meestal direct bij prokaryoten en indirect bij eukaryoten. In prokaryoten hebben activatoren de neiging rechtstreeks contact te maken met het RNA-polymerase om dit aan de promotor te helpen binden. In eukaryoten interageren activatoren meestal met andere eiwitten, en deze eiwitten zullen dan degenen zijn die met de RNA polymerase interageren.

ProkaryotenEdit

In prokaryoten hebben genen die door activatoren worden gecontroleerd, promotors die niet in staat zijn om zelf sterk aan RNA polymerase te binden. Activator-eiwitten helpen dus de binding van het RNA-polymerase aan de promoter te bevorderen. Dit gebeurt via verschillende mechanismen. Activatoren kunnen het DNA buigen om de promoter beter bloot te leggen, zodat het RNA-polymerase zich beter kan binden. Activatoren kunnen direct contact maken met het RNA-polymerase en het aan de promoter vastzetten.

EukaryotenEdit

In eukaryoten hebben activatoren een verscheidenheid van verschillende doelmoleculen die zij kunnen rekruteren om gen-transcriptie te bevorderen. Zij kunnen andere transcriptiefactoren en cofactoren rekruteren die nodig zijn bij de initiatie van de transcriptie.

Activatoren kunnen moleculen rekruteren die coactivatoren worden genoemd. Deze coactivatormoleculen kunnen dan in plaats van de activatoren zelf functies uitvoeren die nodig zijn voor het begin van de transcriptie, zoals chromatinemodificaties.

DNA is bij eukaryoten veel meer gecondenseerd; activatoren hebben dus de neiging eiwitten aan te trekken die in staat zijn het chromatine te herstructureren, zodat de promotor gemakkelijker toegankelijk is voor de transcriptiemachinerie. Sommige eiwitten zullen de indeling van nucleosomen langs het DNA herschikken om de plaats van de promotor bloot te leggen (ATP-afhankelijke chromatine-remodelleringscomplexen). Andere eiwitten beïnvloeden de binding tussen histonen en DNA via post-translationele histonmodificaties, waardoor het DNA dat strak in nucleosomen is gewikkeld, kan worden losgemaakt.

Al deze gerekruteerde moleculen werken samen om uiteindelijk het RNA-polymerase naar de promotorplaats te rekruteren.

Vrijlating van RNA-polymeraseEdit

Activatoren kunnen gen-transcriptie bevorderen door het RNA-polymerase het signaal te geven voorbij de promotor te gaan en langs het DNA verder te gaan, waardoor het begin van de transcriptie in gang wordt gezet. Het RNA polymerase kan soms kort na het begin van de transcriptie pauzeren, en activatoren zijn nodig om het RNA polymerase uit deze “gestagneerde” toestand vrij te maken. Er bestaan verschillende mechanismen om deze “vastgelopen” RNA-polymerasen vrij te maken. Activatoren kunnen eenvoudigweg fungeren als een signaal om de verdere beweging van de RNA polymerase op gang te brengen. Als het DNA te gecondenseerd is om RNA polymerase door te laten gaan met de transcriptie, kunnen activatoren eiwitten rekruteren die het DNA kunnen herstructureren zodat eventuele blokkades worden verwijderd. Activatoren kunnen ook de rekrutering van elongatiefactoren bevorderen, die nodig zijn voor de RNA polymerase om de transcriptie voort te zetten.

Regulering van ActivatorenEdit

Er zijn verschillende manieren waarop de activiteit van activatoren zelf kan worden gereguleerd, om ervoor te zorgen dat activatoren de gen-transcriptie op de juiste tijdstippen en niveaus stimuleren. Activator activiteit kan toenemen of afnemen in reactie op omgevingsstimuli of andere intracellulaire signalen.

Activering van Activator EiwittenEdit

Activatoren moeten vaak worden “aangezet” voordat zij gen-transcriptie kunnen bevorderen. De activiteit van activatoren wordt gecontroleerd door het vermogen van de activator om zich te binden aan zijn regulerende plaats langs het DNA. Het DNA-bindende domein van de activator heeft een actieve vorm en een inactieve vorm, die worden gecontroleerd door de binding van moleculen die bekend staan als allosterische effectoren aan de allosterische plaats van de activator.

Activatoren in hun inactieve vorm zijn niet gebonden aan enige allosterische effectoren. Wanneer de activator inactief is, kan hij zich niet binden aan zijn specifieke regulerende sequentie in het DNA en heeft hij dus geen regulerend effect op de transcriptie van genen.

Wanneer een allosterische effector zich bindt aan de allosterische plaats van een activator, treedt een conformatieverandering op in het DNA-bindende domein, waardoor het eiwit zich kan binden aan het DNA en de gen-transcriptie kan verhogen.

Post-translationele modificatiesEdit

Sommige activatoren kunnen post-translationele modificaties ondergaan die een effect hebben op hun activiteit binnen een cel. Processen zoals fosforylering, acetylering, en ubiquitinering, onder anderen, zijn gezien om de activiteit van activatoren te reguleren. Afhankelijk van de chemische groep die wordt toegevoegd en van de aard van de activator zelf, kunnen post-translationele modificaties de activiteit van een activator verhogen of verlagen. Zo is bijvoorbeeld gebleken dat acetylering de activiteit van sommige activatoren verhoogt door mechanismen zoals een verhoogde affiniteit voor DNA-binding. Anderzijds vermindert ubiquitinering de activiteit van activatoren, aangezien ubiquitine eiwitten markeert voor afbraak nadat zij hun respectieve functies hebben vervuld.

SynergyEdit

In prokaryoten is een enkel activator-eiwit in staat om transcriptie te bevorderen. In eukaryoten, gewoonlijk meer dan één activator assembleert bij de bindende plaats, vormend een complex dat om transcriptie te bevorderen handelt. Deze activatoren binden zich coöperatief aan de bindingsplaats, hetgeen betekent dat de binding van één activator de affiniteit van de plaats om een andere activator (of in sommige gevallen een andere transcriptionele regulator) te binden verhoogt, zodat het gemakkelijker wordt voor meerdere activatoren om zich aan de plaats te binden. In deze gevallen werken de activatoren synergetisch op elkaar in, wat betekent dat de transcriptiesnelheid die door de samenwerking van meerdere activatoren wordt bereikt, veel hoger is dan de additieve effecten van de activatoren indien zij afzonderlijk zouden werken.