Activator Binding to Regulatory SequencesEdit

Wewnątrz rowków podwójnej helisy DNA, grupy funkcyjne par zasad są odsłonięte. Sekwencja DNA tworzy w ten sposób unikalny wzór cech powierzchniowych, w tym obszary możliwego wiązania wodorowego, wiązania jonowego, jak również oddziaływań hydrofobowych. Aktywatory mają również unikalne sekwencje aminokwasów z łańcuchami bocznymi, które są w stanie oddziaływać z grupami funkcyjnymi w DNA. Tak więc wzór łańcuchów bocznych aminokwasów tworzących białko aktywatora będzie komplementarny do cech powierzchniowych specyficznej sekwencji regulatorowej DNA, do której został zaprojektowany. Komplementarne interakcje pomiędzy aminokwasami białka aktywatora a grupami funkcyjnymi DNA tworzą specyficzność „exact-fit” pomiędzy aktywatorem a jego regulacyjną sekwencją DNA.

Większość aktywatorów wiąże się z głównymi rowkami podwójnej helisy, ponieważ te obszary mają tendencję do bycia szerszymi, ale są też takie, które będą wiązać się z mniejszymi rowkami.

Miejsca wiążące aktywator mogą znajdować się bardzo blisko promotora lub w odległości wielu par zasad. Jeśli sekwencja regulatorowa znajduje się daleko, DNA będzie zapętlać się nad sobą (pętla DNA), aby związany aktywator mógł oddziaływać z maszynerią transkrypcyjną w miejscu promotora.

W prokariotach wiele genów może być transkrybowanych razem (operon), a zatem są kontrolowane pod tą samą sekwencją regulatorową. U eukariotów geny są zwykle transkrybowane indywidualnie, a każdy gen jest kontrolowany przez własne sekwencje regulatorowe. Sekwencje regulatorowe, w których wiążą się aktywatory, są zwykle znajdowane w górę od promotora, ale mogą być również znajdowane w dół lub nawet w intronach u eukariontów.

Funkcje zwiększające transkrypcję genuEdit

Wiązanie aktywatora z jego sekwencją regulatorową promuje transkrypcję genu poprzez umożliwienie aktywności polimerazy RNA. Odbywa się to poprzez różne mechanizmy, takie jak rekrutacja maszynerii transkrypcyjnej do promotora i wyzwalanie polimerazy RNA do kontynuowania elongacji.

RekrutacjaEdit

Geny kontrolowane przez aktywatory wymagają wiązania aktywatorów do miejsc regulatorowych w celu rekrutacji niezbędnej maszynerii transkrypcyjnej do regionu promotora.

Interakcje aktywatorów z polimerazą RNA są głównie bezpośrednie u prokariotów i pośrednie u eukariotów. U prokariotów aktywatory mają tendencję do bezpośredniego kontaktu z polimerazą RNA, aby pomóc w jej związaniu z promotorem. U eukariotów aktywatory oddziałują głównie z innymi białkami, a te białka będą następnie oddziaływać z polimerazą RNA.

ProkaryotaEdit

W prokariotach geny kontrolowane przez aktywatory mają promotory, które same nie są w stanie silnie związać się z polimerazą RNA. Dlatego białka aktywatora pomagają w promowaniu wiązania polimerazy RNA do promotora. Odbywa się to poprzez różne mechanizmy. Aktywatory mogą zginać DNA w celu lepszego wyeksponowania promotora, tak aby polimeraza RNA mogła się skuteczniej związać. Aktywatory mogą nawiązać bezpośredni kontakt z polimerazą RNA i przymocować ją do promotora.

EukariotaEdit

W eukariota aktywatory mają wiele różnych cząsteczek docelowych, które mogą rekrutować w celu promowania transkrypcji genów. Mogą rekrutować inne czynniki transkrypcyjne i kofaktory, które są potrzebne do inicjacji transkrypcji.

Aktywatory mogą rekrutować cząsteczki znane jako koaktywatory. Te cząsteczki koaktywatorów mogą wtedy wykonywać funkcje niezbędne do rozpoczęcia transkrypcji zamiast samych aktywatorów, takie jak modyfikacje chromatyny.

DNA jest znacznie bardziej skondensowane u eukariotów; dlatego aktywatory mają tendencję do rekrutowania białek, które są w stanie zrestrukturyzować chromatynę tak, aby promotor był łatwiej dostępny dla maszynerii transkrypcyjnej. Niektóre białka zmieniają układ nukleosomów wzdłuż DNA, aby odsłonić miejsce promotora (kompleksy remodelujące chromatynę zależne od ATP). Inne białka wpływają na wiązania między histonami i DNA poprzez potranslacyjne modyfikacje histonów, pozwalając na rozluźnienie DNA ciasno owiniętego w nukleosomy.

Wszystkie te zrekrutowane cząsteczki współpracują ze sobą, aby ostatecznie zwerbować polimerazę RNA do miejsca promotora.

Uwalnianie polimerazy RNAEdit

Aktywatory mogą promować transkrypcję genu poprzez sygnalizowanie polimerazie RNA, aby poruszała się poza promotorem i postępowała wzdłuż DNA, inicjując początek transkrypcji. Polimeraza RNA może czasami wstrzymywać się krótko po rozpoczęciu transkrypcji, a aktywatory są wymagane do uwolnienia polimerazy RNA z tego „zastygłego” stanu. Istnieje wiele mechanizmów uwalniania tych „zastałych” polimeraz RNA. Aktywatory mogą działać po prostu jako sygnał wyzwalający dalszy ruch polimerazy RNA. Jeśli DNA jest zbyt skondensowane, aby polimeraza RNA mogła kontynuować transkrypcję, aktywatory mogą rekrutować białka, które mogą zrestrukturyzować DNA tak, aby wszelkie blokady zostały usunięte. Aktywatory mogą również promować rekrutację czynników elongacji, które są niezbędne dla polimerazy RNA do kontynuowania transkrypcji.

Regulacja aktywatorówEdit

Istnieją różne sposoby, w jakie aktywność samych aktywatorów może być regulowana, w celu zapewnienia, że aktywatory stymulują transkrypcję genu w odpowiednim czasie i na odpowiednim poziomie. Aktywność aktywatorów może się zwiększać lub zmniejszać w odpowiedzi na bodźce środowiskowe lub inne sygnały wewnątrzkomórkowe.

Aktywacja białek aktywatorówEdit

Aktywatory często muszą być „włączone”, zanim będą mogły promować transkrypcję genów. Aktywność aktywatorów jest kontrolowana przez zdolność aktywatora do wiązania się z jego miejscem regulacyjnym wzdłuż DNA. Domena wiązania DNA aktywatora ma formę aktywną i formę nieaktywną, które są kontrolowane przez wiązanie cząsteczek zwanych allosterycznymi efektorami do miejsca allosterycznego aktywatora.

Aktywatory w formie nieaktywnej nie są związane z żadnymi allosterycznymi efektorami. Gdy są nieaktywne, aktywator nie jest w stanie związać się ze swoją specyficzną sekwencją regulacyjną w DNA, a zatem nie ma wpływu na transkrypcję genów.

Gdy efektor allosteryczny wiąże się z miejscem allosterycznym aktywatora, następuje zmiana konformacyjna w domenie wiążącej DNA, co pozwala białku związać się z DNA i zwiększyć transkrypcję genów.

Modyfikacje posttranslacyjneEdit

Niektóre aktywatory są w stanie przejść modyfikacje posttranslacyjne, które mają wpływ na ich aktywność w komórce. Procesy takie jak fosforylacja, acetylacja i ubikwitynacja, między innymi, zostały zaobserwowane w celu regulacji aktywności aktywatorów. W zależności od dodawanej grupy chemicznej, jak również natury samego aktywatora, modyfikacje potranslacyjne mogą zwiększać lub zmniejszać aktywność aktywatora. Na przykład, acetylacja zwiększa aktywność niektórych aktywatorów poprzez mechanizmy takie jak zwiększenie powinowactwa do wiązania DNA. Z drugiej strony, ubikwitynacja zmniejsza aktywność aktywatorów, ponieważ ubikwityna oznacza białka do degradacji po wykonaniu ich odpowiednich funkcji.

SynergyEdit

W prokariotach, samotne białko aktywatora jest w stanie promować transkrypcję. U eukariontów, zwykle więcej niż jeden aktywator gromadzi się w miejscu wiązania, tworząc kompleks, który działa w celu promowania transkrypcji. Aktywatory te wiążą się kooperatywnie w miejscu wiązania, co oznacza, że wiązanie jednego aktywatora zwiększa powinowactwo tego miejsca do wiązania innego aktywatora (lub w niektórych przypadkach innego regulatora transkrypcji), ułatwiając w ten sposób wiązanie się w tym miejscu wielu aktywatorów. W tych przypadkach, aktywatory oddziałują ze sobą synergistycznie, co oznacza, że szybkość transkrypcji, która jest osiągnięta z wielu aktywatorów pracujących razem jest znacznie wyższa niż efekty addytywne aktywatorów, gdyby pracowały indywidualnie.

.