Тріадна модель активації транскрипції

Клітини дріжджів містять значну різноманітність ДНК-зв’язуючих транскрибційних білків-активаторів, що специфічно впізнають upstream-елементи промоторів за участю типових для еукаріот ДНК-зв’язуючих мотивів. Хоча більшість UAS впізнається тільки одним транскрипційним активатором, деякі сайти-мішені здатні зв’язувати багато білків.

За фізіологічним значенням активатори можна поділити на декілька груп:

1. Дріжджові активатори з низькою внутриклітинною концентрацією та несуттєві для підтримання життєздатності через взаємодію з відносно незначною кількістю промоторів;

2. Активатори, що відіграють дискретну фізіологічну роль;

3. Активатори, що взаємодіють з генами, які виконують дуже відмінні функції;

4. Активатори, що взаємодіють з багатьма неспорідненими промоторами, важливі для клітинного росту.

Через зв’язування зі спорідненими сайтами, білки-активатори стимулюють експресію генів за участю доменів активації транскрипції, що функціонально й фізично відділені від ДНК-зв’язуючого домену. Активаційні домени дріжджів часто характеризуються короткими кислотними районами, що пояснює важливість негативного заряду в транскрипційній активації. На даний час залишається незрозумілим чи можна досягнути збільшення транскрипції внаслідок простого зростання негативного заряду [7]. У клітинах дріжджів активатори можуть стимулювати транскрипцію зростанням ймовірності з’єднання TBP з промотором.

Кевін Струл досліджував активацію транскрипції під дією РНК-полімерази та регуляторних білків, а також їх взаємодію та вплив структури хроматину на транскрипцію. Він запропонував три підходи для пояснення процесу активації транскрипції.

Згідно першого підходу, для здійснення правильної транскрипції in vitro необхідний набір таких білкових факторів: TFIIE, TFIIB, TFIIF, TFIIH, TFIID, Pol II та в меншій мірі TFIIА. Ці білкові фактори певним чином асоціюються на промоторі. Першим кроком в цьому процесі є приєднання до ТАТА-ділянки промотора білкового транскрипційного фактору TFIID, який представляє собою комплекс білків, що складається з ТАТА-зв’язуючого білка TBP та близько 10 приєднаних до TBP білкових факторів (TAFs-елементів) [6]. Експериментальні дослідження механізмів транскрипції показали, що саме TAFs-елементи відіграють важливу роль у процесах активації транскрипції. Окремо сам TBP-елемент може підтримувати певний вихідний рівень транскрипції, проте її активування здійснює лише TFIID (TBP у комплексі з TAFs). Білки-активатори приєднуються до енхансерної послідовності і можуть стимулювати утворення комплексу ТАТА-TFIID, що суттєво підвищує рівень транскрипції.

Згідно другого підходу, важливе значення в ініціації трапнскрипції in vitro здійснює РНК-полімереза ІІ, що представляє собою складний мультипротеїдний комплекс. Цей комплекс отримав назву Pol II голоензим (Holo Pol II). Причому, ще точно не встановлено чи цей комплекс спочатку збирається в нуклеоплазмі, а потім вже в готовому вигдяді зв’язується з промотором, чи збирання індивідуальних компонентів комплексу відбувається поступово а самому промоторі. Більшість компонентів Holo Pol II було ідентифіковано шляхом аналізу мутацій у дріжджів, які викликають різні дефекти транскрипції. Внаслідок проведених досліджень було встановлено наступні компоненти Holo Pol II: Srb2–Srb11, Gal11, Sin4, Rgr1 та ін. Srb-білки (Srb4 та Srb6) здатні фосфорилювати С-термінальний домен найбільшої субодиниці Pol II. Субкомплекс, що містить Srb-білки, названий медіатором. Він може бути відокремленим від корової частини Pol II (12 субодиниць). Разом з TBP, Holo Pol I відповідає за дію білків-активаторів. Причому такі активаторно-компетентні реакції не вимагають наявності TAFs, проте потребують наявності медіаторного комплексу (Srb). Тому мутації в медіаторному комплексі (Srb) спричинюють дефекти у механізмах відповіді на білки-активатори. Отже медіаторний комплекс відіграє важливу роль при активації транскрипції за участю білків-активаторів, проте при TAFs-залежній активації медіатор не відіграє важливої ролі.

Третій підхід Струла акцентує увагу на комплексі білків Swi/Snf. В живій клітині доступ регуляторних білків до промоторів обмежений суперспіралізацією ДНК (нуклеосомною структурою хроматину). Для того, щдоб активувати експресію гену, потрібно зруйнувати нуклеосомну структуру ДНК. Агентом, що може змінювати хроматинову структуру є висококонсервативний мультипротеїдний комплекс Swi/Snf, що руйнує порядок розташування нуклеосом in vitro. Дана реакція є АТФ-залежною. Така зміна хроматинової структури сприяє зв’язуванню білків-активаторів та TBP. Проте, як саме змінюється порядок розташування нуклеосом ще не відомо. Крім того, in vitro вплив Swi/Snf комплексу спостерігається не у всіх випадках, він селективно впливає лише на певні гени. Swi/Snf-комплекс є інтегральним компонентом Holo Pol II, а саме входить до складу медіаторного субкомплексу, асоційованого з С-термінальним доменом Pol II.

Дія Swi/Snf-комплексу на хроматин не є достатньою для активації транскрипції за допомогою білків-активаторів, оскільки Swi/Snf-залежні ефекти спостерігались і в транскрипційно неактивних промоторах. Це означає, що сам Swi/Snf-комплекс не є специфічним для активації, а лише допомагає білкам-активаторам, TBP та Holo Pol II зв’язатись з відповідними сайтами на хромосомі.

На основі своїх досліджень К. Струл пропонує тріадну модель активації транскрипції. До її складу входять наступні компоненти:

1. Білки-активатори, зв’язані з енхансерними елементами;

2. Комплекс TBP із асоційованими з ним білками, зв’язаний з ТАТА-елементом;

3. Holo Pol II, приєднана до ініціаторного сайту [7].

Роль білків-активаторів полягає в тому,що вони представляють собою компоненти з найвищою спорідненістю та специфічністю до певної ділянки ДНК. Відповідно, без білків-активаторів не змогли б приєднатися TFIID та Holo Pol II.

Роль TBP полягає у подоланні транскрипційних дефектів, викликаних «слабкими» ТАТА-елементами. Навіть якщо білки-активатори є «сильними» і Holo Pol II при’єднується до ініціаторного сайту, ТАТА-елементи без TBP є «слабкими» і транскрипція не відбувється.

Роль Holo Pol II полягає у забезпечнні процесу транскрипції.

Всі компоненти тріади є взаємозв’язаними між собою і взаємодії між ними підсилюють загальну стабільність складного апарату транскрипції на промоторі.