Portál:Otázky z biochemie (1. LF UK, VL)/119. Otázka


			119. Otázka
			Transkripce prokaryontní a eukaryontní genomové DNA. Transkripční faktory, vazba DNA-protein.
			Otázky z biochemie (1. LF UK, VL)
			⏪️ ⏩️

Transkripce u eukaryot

[ upravit vložený článek

]

Transkripce je přepis genetické informace z DNA do molekuly RNA. Jedná se v drtivé většině o přepis informace z jednoho genu, sloužícího k tvorbě jedné specifické bílkoviny, kterou buňka v danou chvíli potřebuje. Vlákno RNA se vytvoří na principu komplementarity k vláknu DNA.

Poté, co je informace přepsána, je díky mRNA přenesena na proteosyntetický aparát, kde se podle opsaného pořadí zahájí proteosyntéza.

Iniciace a přepis

Elongace transkripce.

Transkripce je enzymatický proces, kdy je jako enzym využívána RNA polymeráza (DNA-dependentní RNA-polymerasa). Prozkoumávání řetězce probíhá od konce 5' ke konci 3'. RNA polymeráza hledá v DNA startovní sekvenci nukleotidů, tzv. promotor (za jeho rozpoznání je zodpovědná podjednotka enzymu – tzv. sigma faktor). Ačkoli je molekula DNA dvouřetězcová, je promotor asymetrický, z čehož plyne, že:

dochází vždy k přepisu jen z jednoho vlákna – vlákno pracovní (též negativní (-), antikódující či nesmyslné);
druhé vlákno pro transkripci tohoto genu význam nemá – vlákno paměťové (též pozitivní (+), kódující či smysluplné).

Po rozpoznání promotoru a rozpojování vodíkových můstků se podle komplementarity bází k pracovnímu vláknu DNA nasyntetizuje RNA vlákno. → místo T je U! Jakmile polymeráza narazí na stop sekvenci v řetězci, dojde k zastavení přepisu a uvolněná RNA může putovat dále. Základními enzymy podílejícími se na transkripci jsou DNA-dependentní RNA-polymerasy I.– III.:

Označení	Lokalizace	Produkt
I.	jadérko	pre-rRNA, 5.8S, 18S, 28S rRNA
II.	jádro	pre-mRNA (hnRNA), miRNA, lncRNA, snRNA
III.	jádro	pre-tRNA, 5S rRNA, snRNA

Na transkripci eukaryot se podílí řada bílkovin – tzv. transkripční faktory (TF), které jsou rozlišené římskými číslicemi a písmeny. Transkripce je zahájena navázáním TF IID do oblasti TATA boxu. Následuje připojení dalšího TF, RNA polymerasy a dalších TF. Transkripcí u eukaryot vznikají RNA prekurzorového typu, tj. takové, které se teprve posttranskripčními úpravami stávají definitivními funkčními molekulami.

Regulační sekvence

Promotor

Směřuje k 5' konci pracovního vlákna DNA před začátkem transkripce. Bývá proměnlivé délky, obvykle kolem 30–40 pb. Jeho funkcí je označení začátku transkripce a podílí se na regulaci její intenzity. V oblasti promotoru se často vyskytují tzv. signální sekvence:

30–40 pb před začátkem transkripce bývá tzv. TATA box ← obsahuje vyšší množství T a A;
další známou signální sekvencí je CCAAT box ← obvykle na pozici 75–80 pb (u genů, které jsou touto signální sekvencí vybaveny, je její přítomnost podmínkou účinné transkripce).

Existuje řada genů, které neobsahují ani TATA ani CCAAT box – jedná se většinou o geny vyskytující se v každé buňce = housekeeping genes (např. geny determinující enzymy citrátového cyklu).

Enhancery = „zesilovače"

Jsou to úseky DNA, které mohou být od genu, který ovlivňují, značně vzdáleny. Jde o krátké sekvence, jejichž funkce není ovlivněna vzdáleností od řízeného genu. Mohou působit jak ve směru 5' → 3', tak i naopak, jejich účinek je podobný jako u promotoru.

Posttranskripční úpravy

U bakterií a prokaryot obecně k žádným posttranskripčním úpravám mRNA nedochází.

Zato u eukaryotních buněk je situace značně složitější.

Primární transkript je vybaven na 5' konci tzv. čepičkou vytvořenou zvláštním nukleotidem (7–methylguanosintrifosfát), který je připojen vazbou 5'-5' k 5' konci RNA transkriptu a na 3' konci tzv. polyadenylovým koncem (asi 200 adeninových zbytků), který je syntetizován pomocí enzymu poly-A polymerázy (tento enzym nepotřebuje k syntéze templát DNA) ← tento úsek se pravděpodobně podílí na transportu mRNA z jádra do cytoplazmy

Primární transkript prochází tzv. sestřihem, kdy jsou z něj odstraněny nekódující sekvence. Za sestřih je zodpovědný komplex snRNA (U1, U2, U4, U5 a U6) a proteinů - spliceosom. Lasovitým stáčením primárního transkriptu dochází k odstřižení intronů (části řetězce nekódující žádné aminokyseliny). Kódující úseky (exony) jsou pak pospojovány do finálního řetězce. Opět se zde uplatňují specifické sekvence, které označují hranice mezi introny a exony. Odstřižené introny jsou ihned odbourávány.

Editace RNA – pochod, při kterém jsou do mRNA některé nukleotidy přidávány nebo chemicky měněny.

Podrobnější informace naleznete na stránce Posttranskripční úpravy.

Transkripční faktory

- jsou proteiny, které se spolupodílejí na iniciaci transkripce (přepis dědičné informace z genu (z DNA) na RNA).

Váží se na jednotlivé elementy promotoru, čímž usnadňují vazbu příslušné RNA-polymerázy. Prokaryotická RNA-polymeráza ke své činnosti TF nevyžaduje, transkripce u eukaryot je na přítomnosti TF závislá.

Jejich prostřednictvím je genová exprese přizpůsobována potřebám buňky či celého organismu (např. hormony, hypoxiemohou stimulovat expresi – transkripci určitých genů). Toto přizpůsobení může být značně rychlé, během hodiny může vzniknout až několik tisíc transkriptů jednoho úseku DNA. Některé TF musí být nejdříve aktivovány např. fosforylací nebo odstraněním inhibitoru.

Rozlišujeme:

obecné TF – výskyt ve všech typech buněk,
speciální TF – výskyt jen v určitých buňěk,
bazální TF – faktory nutné pro navození bazální transkripce (v buňkách s nízkou transkripční aktivitou).

Funkce a biologická úloha transkripčních faktorů

Regulace bazální transkripce

GTFs (general transcription factors) – nezbytné pro průběh transkripce
mnohé z nich se neváží na DNA, ale jsou součástí preiniciačního komplexu, který reaguje přímo s RNA-polymerázou II
nejběžnější: TFIIA, TFIIB, TFIID (součástí je podjednotka zvaná TATA binding protein (TBP) – váže se specificky na sekvenci TATA box), TFIIE, TFIIF a TFIIH

Buněčný vývoj

na základě signálů regulují buněčnou diferenciaci a determinaci
rodina TF Hox je významná pro správné tělesné uspořádnání
TF kódovaný SRY (Sex-determining region of Y) – určení pohlaví člověka

Odpověď na mezibuněčné signály

součástí signalizační kaskády (aktivace x suprese)
např. estrogenová signalizace: TF je součástí estrogenového receptoru, který po aktivaci putuje do jádra, kde reguluje transkripci určitých genů

Odpověď na vnější prostředí

TF rovněž regulují signalizační kaskády exogenního původu
Heat shock factor (HSF) – aktivuje geny umožňující přežití při vyšších teplotách
Hypoxia inducible factor (HIF) – přežití v prostředí s nedostatkem kyslíku

Kontrola buněčného cyklu

hl. TF, které jsou onkogeny (např. myc) a tumorsupresory (např. p53) – úloha v buněčném růstu a apoptóze

Transkripce u prokaryot

[ upravit vložený článek

]

Transkripce i translace u prokaryot probíhá v mnoha ohledech podobně jako u eukaryotních buněk, v mnoha detailech se však liší. Velké rozdíly jsou navíc mezi prokaryotními organismy ze skupiny Bacteria (nebo též Eubacteria) a Archaea (u nichž se mnoho z těchto procesů podobá spíše situaci u eukaryot), jako modelový organismus, k němuž se vztahují všechny níže popsané jevy, zde tedy budeme brát bakterii E. coli. Velký rozdíl mezi prokaryotními a eukaryotními organismy je v prostorové a časovém vztahu transkripce a translace, kdy v důsledku absence dvojité jaderné membrány oddělující tyto dva procesy u bakterií obvykle nedochází k dalšímu zpracování nově vznikající mRNA a ribozomy nasedají na RNA ještě před dokončením její syntézy.
Transkripce je proces přepisu jednoho řetězce DNA do komplementárního řetězce RNA. Je katalyzován enzymem RNA polymerázou. Probíhá ve směru od 5’ konce nové molekuly RNA k jejímu 3’ konci a energeticky je poháněn hydrolýzou makroergní vazby přicházejícího ribonukleosidtrifosfátu. Na rozdíl od eukaryotní transkripce, kdy je obvykle přepisování pouze jeden gen kódující jediný polypeptid nebo nepřekládanou RNA, se může u bakterií přepisovat více genů do jedné polycistronní molekuly RNA. Ty jsou následně postupně translatovány za vzniku několika samostatných polypeptidů (viz Operonový model).

RNA polymeráza

Transkripci u bakterií zajišťuje jediná RNA polymeráza (na rozdíl od eukaryot), skládající se z 5 proteinových podjednotek, nazvaných α, β, β‘, ω a σ (často též nazývaná sigma faktor), přičemž α podjednotka je přítomna ve dvou kopiích. Sigma podjednotka slouží k rozpoznání promotoru a navázání enzymu k DNA při iniciaci transkripce a krátce po začátku syntézy RNA disociuje.

Iniciace transkripce

Aby mohla být zahájena syntéza RNA, musí dojít k rozpoznání sekvence nazývané promotor upstream od začátku přepisované oblasti. To se u bakterií děje pomocí sigma faktoru. Sigma faktor má u E. coli minimálně sedm známých variant(citace), z nichž nejčastější je σ⁷⁰ neboli RpoD. Ten se uplatňuje při transkripci většiny genů, existují však i sigma faktory rozeznávající jiné sekvence promotoru. Obvykle se jedná o geny podílející se na společné metabolické funkci nebo odpovědi na specifické podmínky prostředí. U bakterií se tak jedná o důležitý prvek regulace genové exprese prostřednictvím syntézy a degradace různých variant sigma faktoru.
Samotný promotor obsahuje dvě vysoce konzervované sekvence rozeznávané sigma faktorem, nazývané konsensus sekvence. Konkrétní sekvence v daném místě promotoru se může mírně lišit od konsensus sekvence, obvykle však platí, že čím více se jí blíží, tím silnější daný promotor je pro daný sigma faktor. Pro σ⁷⁰ se jedná o sekvenci TATAAT v pozici −10 neboli TATA box, neboli Pribnow box, a sekvenci TTGACA v pozici −35.
Po otevření transkripční bubliny oddělením obou řetězců DNA a syntéze krátkého řetězce (okolo 9 nukleotidů) dochází k disociaci sigma faktoru a dále transkripce pokračuje podobně jako u eukaryot.

Terminace transkripce

Terminaci transkripce u bakterií nejčastěji zajištuje specifická sekvence v nově syntetizované RNA. Obvykle se jedná o sekvenci bohatou na GC páry obsahující dvě invertované repetice oddělené nerepetitivním úsekem. Tato sekvence je v DNA následována krátkým řetězce opakujících se adenosinových bází (v RNA podmiňujících polyU sekvenci). Invertované repetice v nově vznikající RNA vzájemně párují a vytvářejí tak strukturu smyčky, což zastavuje postup transkripce. Díky slabé interakci A s U (oproti G a C) následně dochází k disociaci nově vzniklé molekuly RNA.
Jinou možností je u bakterií terminace prostřednictvím proteinu Rho (ρ). Ten rozeznává specifickou sekvenci v nově syntetizované RNA a následně se po ní pohybuje směrem ke komplexu RNA polymerázy, kde způsobuje disociaci polymerázy a RNA.

Transkripce u prokaryot

[ upravit vložený článek

]

Transkripce i translace u prokaryot probíhá v mnoha ohledech podobně jako u eukaryotních buněk, v mnoha detailech se však liší. Velké rozdíly jsou navíc mezi prokaryotními organismy ze skupiny Bacteria (nebo též Eubacteria) a Archaea (u nichž se mnoho z těchto procesů podobá spíše situaci u eukaryot), jako modelový organismus, k němuž se vztahují všechny níže popsané jevy, zde tedy budeme brát bakterii E. coli. Velký rozdíl mezi prokaryotními a eukaryotními organismy je v prostorové a časovém vztahu transkripce a translace, kdy v důsledku absence dvojité jaderné membrány oddělující tyto dva procesy u bakterií obvykle nedochází k dalšímu zpracování nově vznikající mRNA a ribozomy nasedají na RNA ještě před dokončením její syntézy.
Transkripce je proces přepisu jednoho řetězce DNA do komplementárního řetězce RNA. Je katalyzován enzymem RNA polymerázou. Probíhá ve směru od 5’ konce nové molekuly RNA k jejímu 3’ konci a energeticky je poháněn hydrolýzou makroergní vazby přicházejícího ribonukleosidtrifosfátu. Na rozdíl od eukaryotní transkripce, kdy je obvykle přepisování pouze jeden gen kódující jediný polypeptid nebo nepřekládanou RNA, se může u bakterií přepisovat více genů do jedné polycistronní molekuly RNA. Ty jsou následně postupně translatovány za vzniku několika samostatných polypeptidů (viz Operonový model).

RNA polymeráza

Transkripci u bakterií zajišťuje jediná RNA polymeráza (na rozdíl od eukaryot), skládající se z 5 proteinových podjednotek, nazvaných α, β, β‘, ω a σ (často též nazývaná sigma faktor), přičemž α podjednotka je přítomna ve dvou kopiích. Sigma podjednotka slouží k rozpoznání promotoru a navázání enzymu k DNA při iniciaci transkripce a krátce po začátku syntézy RNA disociuje.

Iniciace transkripce

Aby mohla být zahájena syntéza RNA, musí dojít k rozpoznání sekvence nazývané promotor upstream od začátku přepisované oblasti. To se u bakterií děje pomocí sigma faktoru. Sigma faktor má u E. coli minimálně sedm známých variant(citace), z nichž nejčastější je σ⁷⁰ neboli RpoD. Ten se uplatňuje při transkripci většiny genů, existují však i sigma faktory rozeznávající jiné sekvence promotoru. Obvykle se jedná o geny podílející se na společné metabolické funkci nebo odpovědi na specifické podmínky prostředí. U bakterií se tak jedná o důležitý prvek regulace genové exprese prostřednictvím syntézy a degradace různých variant sigma faktoru.
Samotný promotor obsahuje dvě vysoce konzervované sekvence rozeznávané sigma faktorem, nazývané konsensus sekvence. Konkrétní sekvence v daném místě promotoru se může mírně lišit od konsensus sekvence, obvykle však platí, že čím více se jí blíží, tím silnější daný promotor je pro daný sigma faktor. Pro σ⁷⁰ se jedná o sekvenci TATAAT v pozici −10 neboli TATA box, neboli Pribnow box, a sekvenci TTGACA v pozici −35.
Po otevření transkripční bubliny oddělením obou řetězců DNA a syntéze krátkého řetězce (okolo 9 nukleotidů) dochází k disociaci sigma faktoru a dále transkripce pokračuje podobně jako u eukaryot.

Terminace transkripce

Terminaci transkripce u bakterií nejčastěji zajištuje specifická sekvence v nově syntetizované RNA. Obvykle se jedná o sekvenci bohatou na GC páry obsahující dvě invertované repetice oddělené nerepetitivním úsekem. Tato sekvence je v DNA následována krátkým řetězce opakujících se adenosinových bází (v RNA podmiňujících polyU sekvenci). Invertované repetice v nově vznikající RNA vzájemně párují a vytvářejí tak strukturu smyčky, což zastavuje postup transkripce. Díky slabé interakci A s U (oproti G a C) následně dochází k disociaci nově vzniklé molekuly RNA.
Jinou možností je u bakterií terminace prostřednictvím proteinu Rho (ρ). Ten rozeznává specifickou sekvenci v nově syntetizované RNA a následně se po ní pohybuje směrem ke komplexu RNA polymerázy, kde způsobuje disociaci polymerázy a RNA.

Transkripční faktory

[ upravit vložený článek

]

Transkripční faktory (TF) jsou proteiny, které se spolupodílejí na iniciaci transkripce (přepis dědičné informace z genu (z DNA) na RNA).

Vážou se na jednotlivé cis-regulační elementy (specifické velmi krátké sekvence DNA v promotoru, enhanceru, silenceru), čímž usnadňují vazbu příslušné RNA-polymerázy, případně dalších proteinů. Vazba TF na specifickou oblast DNA je realizována pomocí vodíkových a iontových vazeb, příp. hydrofobních interakcí mezi strukturálně (3D) komplementárními oblastmi proteinů a velkého a malého žlábku DNA. Prokaryotická RNA-polymeráza ke své činnosti TF nevyžaduje, transkripce u eukaryot je na přítomnosti TF závislá.

Jejich prostřednictvím je genová exprese přizpůsobována potřebám buňky či celého organismu (např. hormony, hypoxie mohou stimulovat expresi – transkripci určitých genů). Toto přizpůsobení může být značně rychlé, během hodiny může vzniknout až několik tisíc transkriptů jednoho úseku DNA. Některé TF musí být nejdříve aktivovány např. fosforylací nebo odstraněním inhibitoru.

Rozlišujeme:

obecné TF – výskyt ve všech typech buněk,
speciální TF – výskyt jen v určitých buňěk,
bazální TF – faktory nutné pro navození bazální transkripce (v buňkách s nízkou transkripční aktivitou).

Základní pojmy

Pokud faktor blokuje transkripci jedná se o tzv. represor, v opačném případě jde o induktor.

Sekvence DNA, na které se regulační proteiny vážou – kontrolní (responsivní) elementy :

promotor – část DNA v blízkosti genu (RNA sekvence bazí, které mají specifické vazební body pro RNA-polymerázu), která se podílí na regulaci jeho exprese (např. TATA box, CAT box)

síla promotoru – schopnost promotoru iniciovat transkripci, spočívá v afinitě oblasti promotoru k RNA-polymeráze. Na síle promotoru závisí frekvence transkripce přilehlého genu. Silné promotory mají sekvence v oblasti –35 a –10 (Pribnow box) shodné s konvenční sekvencí, čím víc se od konvenční sekvence odlišují, tím je promotor slabší.

operátor – regulační oblast na DNA, která leží mezi promotorem a počátkem transkripce. Navázání aktivního represoru na operátor blokuje transkripci a tím i expresi strukturních genů.

enhancer – sekvence DNA, která váže aktivační faktory

silencer – sekvence DNA, která váže inhibiční faktory

Negativní genovou regulaci (tj. „switch off, vypnutí“ genu) zajišťují represory – některé se vážou na DNA pouze v nepřítomnosti specifického ligandu, po jeho navázání se promotor stane přístupným RNA-polymeráze. Jiné represory blokují transkripci v přítomnosti ligandu.

Pozitivní genová regulace – transkripce inhibována vazbou ligandu na induktor, ale mnoho induktorů je aktivních jen při vazbě ligandu.

Funkce a biologická úloha transkripčních faktorů

Regulace bazální transkripce

GTFs (general transcription factors) – nezbytné pro průběh transkripce
mnohé z nich se nevážou na DNA, ale jsou součástí preiniciačního komplexu, který reaguje přímo s RNA-polymerázou II
nejběžnější: TFIIA, TFIIB, TFIID (součástí je podjednotka zvaná TATA binding protein (TBP) – váže se specificky na sekvenci TATA box), TFIIE, TFIIF a TFIIH

Buněčný vývoj

na základě signálů regulují buněčnou diferenciaci a determinaci
rodina TF Hox je významná pro správné tělesné uspořádnání
TF kódovaný SRY (Sex-determining region of Y) – určení pohlaví člověka

Odpověď na mezibuněčné signály

součástí signalizační kaskády (aktivace x suprese)
např. estrogenová signalizace: TF je součástí estrogenového receptoru, který po aktivaci putuje do jádra, kde reguluje transkripci určitých genů

Odpověď na vnější prostředí

TF rovněž regulují signalizační kaskády exogenního původu
Heat shock factor (HSF) – aktivuje geny umožňující přežití při vyšších teplotách
Hypoxia inducible factor (HIF) – přežití v prostředí s nedostatkem kyslíku

Kontrola buněčného cyklu

hl. TF, které jsou onkogeny (např. myc) a tumorsupresory (např. p53) – úloha v buněčném růstu a apoptóze

Regulace aktivity transkripčních faktorů

Syntéza transkripčních faktorů

každý z kroků transkripce a translace TF může být regulován
TF mají schopnost regulovat vlastní tvorbu negativní zpětnou vazbou (vazba TF na DNA vlastního genu)

Jaderná lokalizace

TF jsou transkribovány v jádře, ale translace probíhá v cytoplasmě
obsahují jaderné lokalizační signály – směřují je do jádra
mnoho TF vč. jaderných receptorů musí nejprve navázat ligand před přemístěním do jádra

Aktivace chemickými modifikacemi či vazbou ligandu

vazba ligandu na TF ovlivňuje jeho nitrobuněčnou lokalizaci, aktivaci a schopnost vazby na DNA či kofaktory
chemická modifikace je další možností aktivace TF (např. STAT proteiny musejí být fosforylované, aby se vázaly na DNA)

Přístupnost DNA-vazebného místa

DNA heterochromatinu je nepřístupná TF – heterochromatin se musí změnit na euchromatin (většinou modifikacemi histonů), vazebné místo DNA může být rovněž obsazeno (a tedy blokováno) jiným TF (antagonismus TF v regulaci daného genu – aktivátor a represor)

Dostupnost kofaktorů

většina TF nepůsobí samostatně, ale potřebuje kofaktory

Struktura transkripčních faktorů

Transkripční faktory sestávají z následujících domén:

DNA-vázající doména (DNA-binding domain, DBD)

váže se na specifické sekvence DNA, tzv. responzivní elementy (enhancer, promotor) sousedící s regulovanými geny, příklady:

lambda repressor-like
srf-like (serum response factor)
GCC box
Zn2/Cys6
základní helix-loop-helix
homeodoménové proteiny – úloha v regulaci vývoje, vážou se na homeoboxové sekvence DNA, které kódují další TF (krátká sekvence nukleotidů, totožná u různých genů i organismů, role při expresi příslušných genů)
multi-doménové Cys2His2 zinkové prsty
základní leucinový zip (bZIP)

Trans-aktivační doména (trans-activating domain, TAD)

obsahuje vazebná místa (tzv. AFs – activation functions) pro další proteiny fungující jako koregulátory transkripce

Ligand vázající doména (ligand, binding domanin, signal sensing domain, SSD)

nemusí být přítomna
reaguje na zevní signály a přenáší je do zbytku transkripčního komplexu – výsledkem up/down regulace genové exprese

Vazebná místa transkripčních faktorů (responzivní elementy)

Transkripční faktory většinou reagují se svými vazebnými místy za pomoci vodíkových můstků a Van der Waalsových sil. Vzhledem k povaze těchto chemických interakcí se většina TF váže na DNA specificky.

Avšak ne všechny baze vazebného místa musí skutečně reagovat s TF. Navíc některé z těchto interakcí mohou být slabší než jiné. TF jsou schopny vázat několik příbuzných sekvencí, každou s jinou silou (např. ačkoli je hlavní vazebný úsek pro TATA binding protein (TBP) sekvence TATAAAA, TBP se může vázat rovněž na TATATAT či TATATAA). Vazba na všechny tyto kompatibilní sekvence je však nepravděpodobná, jelikož zde spolupůsobí i přístupnost DNA a množství kofaktorů. Je tedy pořád těžké odhadnout, kam se TF nakonec naváže.

Třídy transkripčních faktorů

Mechanické dělení

Transkripční faktory preiniciačního komplexu (general transcription factors) – TFIIA, TFIIB, TFIID, TFIIE, TFIIF, TFIIH – jsou všudypřítomné a reagují s promotorem (často TATA box) strukturních genů, důležité při vývoji obratlovců i bezobratlých
Upstream transcription factors (UTF) – upstream – směrem k 5´ části, proteiny, které se vážou na regulační část promotoru RNA-polymerázy I v poloze -110 až -180, přítomnost není pro iniciaci transkripce nezbytná, mnohonásobně však zvyšuje její účinost (může působit i represivně)
Inducibilní transkripční faktory – stejné jako UTF, ale potřebují být aktivovány či inhibovány

Funkční dělení

Konstitutivní – přítomné (a aktivní) v buňce po celou dobu – general transcription factors, Sp1, NF1, CCAAT
Podmíněně aktivní – nutná jejich aktivace

Vývojové (buněčně specifické) TF – exprese je přísně kontrolována, ale po expresi již nevyžadují další aktivaci – GATA, HNF, PIT-1, MyoD, Myf5, Hox, Winged Helix
Signál-dependentní TF – potřebují k aktivaci vnější signál

extracelulární ligand-dependentní – jaderné receptory
intracelulární ligand-dependentní – aktivovány malými ic. molekulami – SREBP, p53, osamocený jaderný receptor
závislé na receptoru buněčné membrány – kaskády s druhým poslem způsobující fosforylaci TF

residentní jaderné faktory – jsou v jádře bez ohledu na aktivační stav – CREB, AP-1, Mef2
latentní cytoplasmatické faktory – v cytoplazmě v neaktivní formě, po aktivaci translokovány do jádra – STAT, R-SMAD, NF-kB, Notch, TUBBY, NFAT

Výskyt transkripčních faktorů

Transkripční faktory jsou nezbytné pro regulaci genové exprese a nacházíme je tudíž ve všech živých organismech. Počet TF v organismu je přímoúměrný velikosti genomu. V lidském genomu je zhruba 2600 proteinů s DNA-vázajícími doménami a většina funguje jako TF. Jsou kódovány asi 10 % všech genů a představují tak největší jednotnou rodinu lidských proteinů. Asi 2000 TF je schopných vzájemné kooperace, což umožňuje citlivou regulaci každého lidského genu.

Význam transkripčních faktorů v onemocnění člověka

Vzhledem k jejich významné roli při vývoji, v mezibuněčné signalizaci a buněčném cyklu, jsou mutace TF spojeny s patogenezí několika lidských chorob.

Rettův syndrom

mutace MECP2 (methyl CpG binding protein 2) – ve všech buňkách těla, represor transkripce, ve vysokých koncentracích v neuronech – zrání CNS a vznik synapsí
mutace – tvorba nadbytečných proteinů v neuronech (působí jako represor transkripce)
syndrom charakterizovaný pomalým a abnormálním vývojem zdánlivě zdravě narozených děvčátek; v 6. až 18. měsíci života se zastavuje vývoj, obvod lebky roste pomalu, mizí svalový tonus, začínají neúčelné pohyby a záchvaty, může se vyvinout skolióza
atrofie mozku, hyperamonemie, progredující demence
dědičnost je zřejmě dominantní s vazbou na X chromozom
mutace MECP2 rovněž u neonatální encefalopatie, Angelmanova syndromu, autismu

Diabetes – MODY (Maturity onset diabetes of the young)

vzácná dědičná forma diabetu 2. typu manifestující se do 25 let a nevyžadující (po dobu alespoň 5 let) podávání inzulinu
cca 5 % všech případů DM
dědičnost je obvykle autozomálně dominantní
rozlišeny různé typy MODY s mutacemi hepatálního nukleárního faktoru (HNF; patřící mezi steroido/tyroidální hormony, hraje významnou roli v embryogenezi, ve vývoji a buněčné diferenciaci, zajišťuje normální aktivitu entodermu jater, střev, ledvin a ß-buněk pankreatu – MODY1 – rychlá progrese, hyperglykemie, inzulinopenie) či insulin promoter faktoru-1 (IPF1; 13. chr., MODY 4, ovlivňuje časný vývoj pankreatu a expresi některých genů ß-bb. pankreatu, včetně genu pro inzulin, glukokinázu, expresi genu pro somatostatin v D buňkách pankreatu)

Vývojová verbální dyspraxie (DVD)

mutace FOXP2
jedinci nejsou schopni jemně koordinovaných pohybů nezbytných pro vznik řeči
afázie, slovní patlavost, specifická vývojová odchylka na úrovni slov, tzn. porucha v realizaci slova, struktuře slova, určité části slova

Autoimunitní choroby

IPEX (Immunodysregulation Polyendocrinopathy Enteropathy X-linked Syndrome)
mutace FOXP3 (hl. regulátor vývoje a funkce Treg, mutace dále u DM, RS, astmatu či renálních onemocnění)
vzácné autoimunitní onemocnění postihující supresorové T-lymfocyty

Malignity

mnoho TF jsou tumorsupresory či onkogeny – jejich mutace nebo dysregulace spojeny se vznikem nádorového bujení
např. Li-Fraumeni syndrom – mutace v tumorsupresoru p53 (v 50 % případů); vzácný autosomálně dominantní nádorový syndrom; u jedinců z takto postižených rodin dochází k zvýšení pravděpodobnosti vzniku maligního onemocnění často v ranném věku
převládajícím typem nádorů jsou sarkomy měkkých tkání, osteosarkomy, nádory CNS, leukemie, adenokarcinom dřeně nadledvin (ADCC) a premenopauzální výskyt nádorů prsu