FACTOR DE TRANSCRIPCIÓ: MECANISME D'ACCIÓ, TIPUS, FUNCIONS - BIOLOGIA - 2025

Un factor de transcripció és una proteïna "accessòria" reguladora necessària per a la transcripció genètica. La transcripció és el primer pas de l'expressió genètica i implica la transferència de la informació continguda en l'ADN cap a una molècula d'ARN, que és posteriorment processat per donar lloc als productes gènics.

L'ARN polimerasa II és l'enzim encarregat de la transcripció de la major part dels gens eucariotes i produeix, a més d'alguns ARN petits, els ARN missatgers que després seran traduïts a proteïnes. Aquest enzim requereix de la presència d'un tipus de factors de transcripció coneguts com els factors de transcripció generals o basals.

Factor de Transcripció tipus «tancament de Leucina» (Font: I, Splette via Wikimedia Commons)

No obstant això, aquests no són els únics factors de transcripció que existeixen en la naturalesa, ja que hi ha proteïnes "no generals", tant en eucariotes com en procariotes i arqueges, que estan implicades en la regulació de la transcripció genètica teixit-específica (en els organismes pluricel·lulars) o en la regulació de l'activitat gènica en resposta a diversos estímuls.

Aquests factors de transcripció són efectors de gran importància, i poden trobar virtualment en tots els organismes vius, ja que representen la principal font de regulació de l'expressió genètica.

Els estudis detallats de diferents factors de transcripció en diferents tipus d'organismes vius indiquen que aquests posseeixen una estructura modular, en la qual una regió específica s'encarrega de la interacció amb l'ADN, mentre que les altres produeixen els efectes estimuladors o inhibidors.

Els factors de transcripció, llavors, participen en el modelatge dels patrons d'expressió genètica que no té a veure amb els canvis en la seqüència de l'ADN, sinó amb canvis epigenètics. La ciència que s'encarrega de l'estudi d'aquests canvis es coneix com epigenètica.

Mecanisme d'acció

Per poder exercir les seves funcions, els factors de transcripció han de ser capaços de reconèixer i unir-se específicament a una seqüència d'ADN en particular per influenciar de manera positiva o negativa la transcripció d'aquesta regió de l'ADN.

Els factors de transcripció generals, que són bàsicament els mateixos per a la transcripció de tots els gens tipus II en els eucariotes, s'acoblen primer sobre la regió promotora d'el gen, dirigint així el posicionament de l'enzim polimerasa i la "obertura" de la doble hèlix.

El procés es dóna per diversos passos consecutius:

- Unió de el factor de transcripció general TFIID a una seqüència de repetits de timina (T) i adenina (A) en el gen coneguda com "la caixa TATA"; això causa una distorsió de l'ADN que és necessària per a la unió d'altres proteïnes a la regió promotora.

- Acoblament posterior d'altres factors generals (TFIIB, TFIIH, TFIH, TFIIE, TFIIF, etc.) i de la polimerasa II d'ARN, formant el que s'anomena el complex d'iniciació de la transcripció.

- Alliberament de el complex d'iniciació, fosforilació de la polimerasa pel factor TFIIH i començament de la transcripció i síntesi d'una molècula d'ARN a partir de la seqüència de el gen que es transcriu.

Activació i repressió de la transcripció

Com s'ha comentat, els factors de transcripció "no generals" poden regular l'expressió dels gens, bé sigui de forma positiva o de forma negativa.

activació

Algunes d'aquestes proteïnes contenen, a més dels dominis estructurals d'unió a l'ADN, altres motius coneguts com els dominis d'activació, que són rics en residus d'aminoàcids àcids, residus de glutamina o de prolina.

Aquests dominis d'activació interactuen amb els elements de l'complex de factors de transcripció generals o amb molècules coactivadoras relacionades que interactuen directament amb el complex. Aquesta interacció resulta bé en l'estimulació de l'acoblament de l'complex transcripcional o en l'increment de la seva activitat.

repressió

La major part dels factors de transcripció inhibeixen la transcripció a l'interferir amb l'activitat de factors de transcripció que actuen positivament, bloquejant el seu efecte estimulador. Poden funcionar bloquejant la unió de l'factor positiu a l'ADN o actuant sobre els factors que inactiven l'estructura de la cromatina.

Altres factors inhibidors actuen bloquejant directament la transcripció, sense bloquejar l'acció de cap factor transcripcional activador; i disminueixen el nivell basal de transcripció, a un nivell encara més baix que el que s'aconsegueix en absència dels factors activadors.

A l'igual que les proteïnes activadores, els factors repressors actuen directament o indirectament amb els factors de transcripció basals o generals.

tipus

Encara que la majoria dels factors de transcripció es classifiquen d'acord a les característiques oa la identitat dels seus dominis d'unió a l'ADN, hi ha alguns, també catalogats com a factors de transcripció, que no interactuen directament amb l'ADN i es coneixen com a factors de transcripció "indirectes".

Factors de transcripció directes

Són els factors de transcripció més comuns. Tenen dominis d'unió a l'ADN i poden activar o inhibir l'expressió gènica mitjançant la seva unió a regions específiques de l'ADN. Es diferencien entre si especialment pel que fa als seus dominis d'unió a l'ADN i al seu estat d'oligomerització.

Les famílies més estudiades i reconegudes d'aquest tipus de factors són:

Hèlix-Gir-Hèlix (" helix-turn-helix ", HTH)

Aquesta va ser la primera família de factors amb dominis d'unió a l'ADN que va ser descoberta, i està present en moltes proteïnes eucariotes i procariotes. El seu motiu de reconeixement consisteix en una hèlix α, un gir i una segona hèlix α.

Posseeixen dominis conservats de glicina a la regió de el gir i també alguns residus hidrofòbics que ajuden a estabilitzar l'arranjament de les dues hèlixs en la unitat HTH.

homeodominio

Està present en gran quantitat de proteïnes reguladores eucariotes. Les primeres seqüències van ser reconegudes en proteïnes reguladores de el desenvolupament de Drosophila. Aquest domini conté un motiu HTH per unir-se a l'ADN i una hèlix α addicional, a més d'un braç N-terminal estès.

Dits de Zinc

Van ser descoberts en el factor de transcripció TFIIIA de Xenopus i s'ha demostrat que participen en molts aspectes de la regulació genètica eucariota. Es troben en proteïnes induïdes per senyals de diferenciació i creixement, en protooncogenes i en alguns factors de transcripció generals.

Es caracteritzen per la presència de repeticions en tanda dels motius dits de zinc de 30 residus que contenen diversos residus de cisteïnes i histidines.

receptors esteroides

En aquesta família s'inclouen importants proteïnes reguladores que, a més de posseir un domini per a la unió de les hormones, posseeixen un domini d'unió d'ADN i en general actuen com a activadors transcripcionals.

Els dominis d'unió contenen 70 residus, entre els quals 8 són residus de cisteïnes conservades. Alguns autors consideren que aquests factors podrien formar un parell de dits de zinc, donada la presència de dos jocs de quatre cisteïnes.

Tancament de leucines i hèlix-bucle-hèlix (" helix-loop-helix")

Aquests factors de transcripció estan implicats en la diferenciació i el desenvolupament i funcionen per la formació d'un heterodímer. El domini de tancament de leucines és observat en diverses proteïnes eucariotes i es caracteritza per dos subdominis: el tancament de leucines que hi ha la dimerització i una regió bàsica per a la unió amb l'ADN.

Motius làmina β

Es troben principalment en factors eucariotes i es distingeixen per unir-se a l'ADN mitjançant làmines β antiparal·leles.

Factors de transcripció indirectes

Aquest tipus de factors de transcripció exerceix els seus efectes reguladors en l'expressió genètica no mitjançant la seva interacció directa amb l'ADN, sinó mitjançant interaccions proteïna-proteïna amb altres factors de transcripció que sí interactuen amb l'ADN. És per això que es denominen "indirectes".

El primer a descriure va ser el trans-activador de virus de el "herpes simple" (HSV) conegut com VP16, que s'uneix a el factor octubre-1 quan les cèl·lules s'infecten amb aquest virus, estimulant la transcripció d'un gen específic.

Els factors d'aquest tipus, a l'igual que els que sí que s'uneixen a l'ADN, poden activar o reprimir la transcripció de gens, de manera que es denominen "coactivadors" i "correpresores", respectivament.

Regulació

Aquestes proteïnes poden ser regulades en dos nivells: en la seva síntesi i en la seva activitat, el que depèn de diferents variables i múltiples situacions.

Regulació de la síntesi

La regulació de la seva síntesi pot estar relacionada amb l'expressió teixit-específica de determinats factors de transcripció. Un exemple d'això pot ser el factor MyoD, sintetitzat únicament en les cèl·lules de múscul esquelètic i que és necessari per a la diferenciació dels seus precursors fibroblasts indiferenciats.

Tot i que la regulació de la síntesi és emprada fonamentalment per al control de l'expressió genètica en tipus cel·lulars i teixits específics, no és aquesta l'única forma, ja que també es regula la síntesi de factors implicats en la inducció de gens que participen de la resposta a diversos estímuls.

Regulació de l'activitat

Un altre mecanisme de regulació per als factors de transcripció és la regulació de la seva activitat, que té a veure amb l'activació d'altres factors de transcripció preexistents que exerceixen efectes positius o negatius sobre l'activitat d'un factor en particular.

L'activació d'aquests factors "secundaris" usualment passa a través de diferents mecanismes com la unió de lligands, alteracions en les interaccions proteïna-proteïna, fosforilació, entre d'altres.

Funcions i importància

Els factors de transcripció participen en gran varietat de processos com el desenvolupament embrionari, el creixement i la diferenciació, el control de l'cicle cel·lular, l'adaptació a condicions ambientals fluctuants, el manteniment dels patrons de síntesi proteica específics de cèl·lules i teixits, etc.

En les plantes, per exemple, tenen importants funcions en la defensa i en els esdeveniments de resposta a diferents tipus d'estrès. S'ha determinat que l'osteogènesi en els animals està controlada per factors de transcripció, així com molts altres processos de diferenciació de diferents línies cel·lulars.

Donada la importància d'aquestes proteïnes en els organismes, no és estrany pensar que alteracions en aquests elements reguladors ocasionaran alteracions patològiques serioses.

En el cas dels humans, les patologies associades amb els factors de transcripció poden ser desordres de desenvolupament (per mutacions que produeixen inactivació de factors de transcripció, per exemple), desordres en la resposta hormonal o càncers.

referències

1. Alberts, B., Dennis, B., Hopkin, K., Johnson, A., Lewis, J., Raff, M.,… Walter, P. (2004). Essential Cell Biology. Abingdon: Garland Science, Taylor & Francis Group.
2. Iwafuchi-doi, M., & Zaret, KS (2014). Pioneer transcription factors in cell reprogramming. Genes & Development, 28, 2679-2692.
3. Latchman, D. (1997). Transcription Factors: An Overview. Int. J. Biochem. Cell. Biol., 29 (12), 1305-1312.
4. Latchman, DS (2007). Transcription Factors. Encyclopedia of Life Sciences, 1-5.
5. Casa, PJ (2008). Transcription factors controlling osteoblastogènesi. Archives of Biochemistry and Biophysics, 473, 98-105.
6. Pabo, C., & Sauer, RT (1992). Transcription Factors: Structural Families and Principles of DNA Recognition. Annu. Rev., 61, 1053-1095.
7. Singh, KB, Foley, RC, & Oñate-sánchez, L. (2002). Transcription factors in plant defense and stress responses. Current Opinion in Plant Biology, 5, 430-436.