16.4 Stjórnun gena við umritun í heilkjörnungum
Hæfniviðmið
Í lok þessa hluta munt þú geta gert eftirfarandi:
- Rætt hlutverk umritunarþátta í stjórnun gena
- Útskýrt hvernig efliraðir og umritunarbælar stjórna genatjáningu
Líkt og í dreifkjörnungafrumum krefst umritun gena í heilkjörnungum þess að RNA-pólýmerasi bindist DNA-röð ofan við genið til að hefja umritun. Ólíkt því sem gerist í dreifkjörnungum þarf RNA-pólýmerasi heilkjörnunga þó önnur prótín, eða umritunarþætti, til að auðvelda upphaf umritunar. RNA-pólýmerasi einn og sér getur ekki hafið umritun í heilkjörnungafrumum. Tvær gerðir umritunarþátta stjórna umritun í heilkjörnungum: almennir, eða grunn-umritunarþættir, bindast kjarnastýrlinum og auðvelda bindingu RNA-pólýmerasa. Sértækir umritunarþættir bindast ýmsum svæðum utan kjarnastýrilsins og víxlverka við prótínin við kjarnastýrilinn til að efla eða bæla virkni pólýmerasans.
Stýrillinn og umritunarvélbúnaðurinn
Gen eru skipulögð þannig að auðveldara sé að stjórna genatjáningu. Stýrilsvæðið liggur strax ofan við kóðunarröðina. Þetta svæði getur verið stutt, aðeins nokkur kirni að lengd, eða nokkuð langt, jafnvel hundruð kirna. Því lengri sem stýrillinn er, þeim mun meira rými er fyrir prótín til að bindast og þeim mun meiri stjórn má hafa á umritunarferlinu. Lengd stýrilsins er gensértæk og getur verið mjög breytileg milli gena. Þess vegna getur stjórn genatjáningar einnig verið mjög breytileg milli gena. Hlutverk stýrilsins er að binda umritunarþætti sem stjórna upphafi umritunar.
Innan kjarnastýrilsins, 25 til 35 bösum ofan við upphafsstað umritunar, er TATA-kassinn. Samkomulagsröð TATA-kassans er 5′-TATAAA-3′. TATA-kassinn er bindiset prótínflóka sem kallast TFIID og inniheldur TATA-bindiprótín. Binding TFIID kallar til aðra umritunarþætti, þar á meðal TFIIB, TFIIE, TFIIF og TFIIH. Sumir þessara umritunarþátta hjálpa til við að binda RNA-pólýmerasa við stýrilinn, en aðrir hjálpa til við að virkja upphafsflóka umritunar.
Auk TATA-kassans finnast önnur bindiset í sumum stýrlum. Sumir líffræðingar kjósa að takmarka stýril heilkjörnunga við kjarnastýrilinn, eða bindiset pólýmerasans, og kalla þessi viðbótarset stýrilnálæga þætti, vegna þess að þau finnast venjulega innan nokkurra hundraða basapara ofan við upphafsstað umritunar. Dæmi um slíka þætti eru CAAT-kassinn, með samkomulagsröðina 5′-CCAAT-3′, og GC-kassinn, með samkomulagsröðina 5′-GGGCGG-3′. Sértækir umritunarþættir geta bundist þessum stýrilnálægu þáttum til að stjórna umritun gena. Tiltekið gen getur haft sína eigin samsetningu bindiseta fyrir sértæka umritunarþætti. Í frumu eru hundruð umritunarþátta og hver þeirra binst sértækt tilteknu DNA-raðamótífi. Þegar umritunarþættir bindast stýrlinum rétt ofan við genið sem á að tjá er slíkt svæði kallað cis-verkandi þáttur, vegna þess að það er á sama litningi, rétt við hlið gensins. Umritunarþættir bregðast við umhverfisáreiti sem veldur því að prótínin finna bindiset sín og hefja umritun þess gens sem þörf er á.
Efliraðir og umritun
Í sumum genum heilkjörnunga eru viðbótarsvæði sem hjálpa til við að auka eða efla umritun. Þessi svæði kallast efliraðir og eru ekki endilega nálægt genunum sem þau efla. Þau geta verið ofan við gen, innan kóðunarsvæðis gensins, neðan við gen eða þúsundir kirna í burtu.
Efliraðasvæði eru bindiraðir, eða bindiset, fyrir sértæka umritunarþætti. Þegar umritunarþáttur binst efliröð sinni breytist lögun prótínsins þannig að það getur víxlverkað við prótín á stýrilsetinu. Þar sem efliraðasvæðið getur verið langt frá stýrlinum þarf DNA-ið þó að beygjast svo prótínin á setunum tveimur komist í snertingu. DNA-beygjuprótín hjálpa til við að beygja DNA og færa efliraðasvæði og stýrilsvæði saman (Mynd 16.10). Þessi lögunarbreyting gerir sértækum virkjunarprótínum, sem bundin eru efliröðunum, kleift að víxlverka við almennu umritunarþættina sem eru bundnir stýrilsvæðinu og við RNA-pólýmerasa.
Að slökkva á genum: umritunarbælar
Líkt og dreifkjörnungafrumur hafa heilkjörnungafrumur einnig ferla sem koma í veg fyrir umritun. Umritunarbælar geta bundist stýril- eða efliraðasvæðum og hindrað umritun. Líkt og umritunarvirkjar bregðast bælar við ytra áreiti og koma þannig í veg fyrir bindingu virkjandi umritunarþátta.