प्रतिलेखन कारक: अवधारणा की परिभाषा, विशेषताएं

2024 लेखक: Angel Austin | [email protected]. अंतिम बार संशोधित: 2023-12-17 05:27

सभी जीवों में (कुछ विषाणुओं को छोड़कर) आनुवंशिक सामग्री का क्रियान्वयन डीएनए-आरएनए-प्रोटीन प्रणाली के अनुसार होता है। पहले चरण में, एक न्यूक्लिक एसिड से दूसरे में सूचना को फिर से लिखा (प्रतिलेखित) किया जाता है। इस प्रक्रिया को नियंत्रित करने वाले प्रोटीन को प्रतिलेखन कारक कहा जाता है।

ट्रांसक्रिप्शन क्या है

प्रतिलेखन एक डीएनए टेम्पलेट पर आधारित आरएनए अणु का जैवसंश्लेषण है। यह न्यूक्लिक एसिड बनाने वाले कुछ नाइट्रोजनस बेस की संपूरकता के कारण संभव है। संश्लेषण विशेष एंजाइमों - आरएनए पोलीमरेज़ द्वारा किया जाता है और कई नियामक प्रोटीनों द्वारा नियंत्रित किया जाता है।

पूरे जीनोम को एक बार में ही ट्रांसक्रिप्ट नहीं किया जाता है, बल्कि इसके केवल एक निश्चित हिस्से को ट्रांसक्रिप्टॉन कहा जाता है। उत्तरार्द्ध में एक प्रमोटर (आरएनए पोलीमरेज़ के लगाव की साइट) और एक टर्मिनेटर (एक अनुक्रम जो संश्लेषण के पूरा होने को सक्रिय करता है) शामिल है।

प्रोकैरियोटिक ट्रांसक्रिप्टन एक ऑपेरॉन है जिसमें कई संरचनात्मक जीन (सिस्ट्रॉन) होते हैं। इसके आधार पर, पॉलीसिस्ट्रोनिक आरएनए को संश्लेषित किया जाता है,कार्यात्मक रूप से संबंधित प्रोटीन के समूह के अमीनो एसिड अनुक्रम के बारे में जानकारी युक्त। यूकेरियोटिक ट्रांसक्रिप्टन में केवल एक जीन होता है।

प्रतिलेखन प्रक्रिया की जैविक भूमिका टेम्पलेट आरएनए अनुक्रमों का निर्माण है, जिसके आधार पर राइबोसोम में प्रोटीन संश्लेषण (अनुवाद) किया जाता है।

प्रोकैरियोट्स और यूकेरियोट्स में आरएनए संश्लेषण

आरएनए संश्लेषण योजना सभी जीवों के लिए समान है और इसमें 3 चरण शामिल हैं:

• दीक्षा - प्रमोटर को पोलीमरेज़ का लगाव, प्रक्रिया का सक्रियण।
• बढ़ाव - न्यूक्लियोटाइड श्रृंखला का 3' से 5' तक की दिशा में विस्तार नाइट्रोजनस बेस के बीच फॉस्फोडाइस्टर बॉन्ड के बंद होने के साथ होता है, जो डीएनए मोनोमर्स के पूरक चुने जाते हैं।
• समापन संश्लेषण प्रक्रिया का पूरा होना है।

प्रोकैरियोट्स में, सभी प्रकार के आरएनए को एक आरएनए पोलीमरेज़ द्वारा स्थानांतरित किया जाता है, जिसमें पांच प्रोटोमर्स (β, β', ω और दो α सबयूनिट्स) होते हैं, जो एक साथ एक कोर-एंजाइम बनाते हैं जो राइबोन्यूक्लियोटाइड्स की श्रृंखला को बढ़ाने में सक्षम होते हैं।. एक अतिरिक्त इकाई भी है, जिसके बिना प्रमोटर को पोलीमरेज़ का लगाव असंभव है। कोर और सिग्मा कारक के परिसर को होलोनीजाइम कहा जाता है।

इस तथ्य के बावजूद कि σ सबयूनिट हमेशा कोर से जुड़ा नहीं होता है, इसे आरएनए पोलीमरेज़ का हिस्सा माना जाता है। असंबद्ध अवस्था में, सिग्मा केवल होलोनीजाइम के भाग के रूप में, प्रवर्तक को बाँधने में सक्षम नहीं होता है। दीक्षा के पूरा होने के बाद, यह प्रोटोमर कोर से अलग हो जाता है, जिसे एक बढ़ाव कारक द्वारा प्रतिस्थापित किया जाता है।

फ़ीचरप्रोकैरियोट्स अनुवाद और प्रतिलेखन प्रक्रियाओं का एक संयोजन है। राइबोसोम तुरंत आरएनए में शामिल हो जाते हैं जो संश्लेषित होने लगते हैं और एक एमिनो एसिड श्रृंखला का निर्माण करते हैं। टर्मिनेटर क्षेत्र में हेयरपिन संरचना बनने के कारण ट्रांसक्रिप्शन रुक जाता है। इस स्तर पर, डीएनए-पोलीमरेज़-आरएनए कॉम्प्लेक्स टूट जाता है।

यूकैरियोटिक कोशिकाओं में, प्रतिलेखन तीन एंजाइमों द्वारा किया जाता है:

• आरएनए पोलीमरेज़ एल - 28एस और 18एस-राइबोसोमल आरएनए का संश्लेषण करता है।
• आरएनए पोलीमरेज़ ll - प्रोटीन और छोटे परमाणु आरएनए को कूटने वाले जीन को स्थानांतरित करता है।
• आरएनए पोलीमरेज़ lll - tRNA और 5S rRNA (राइबोसोम की छोटी सबयूनिट) के संश्लेषण के लिए जिम्मेदार।

इनमें से कोई भी एंजाइम विशिष्ट प्रोटीन की भागीदारी के बिना प्रतिलेखन शुरू करने में सक्षम नहीं है जो प्रमोटर के साथ बातचीत प्रदान करता है। प्रक्रिया का सार प्रोकैरियोट्स के समान ही है, लेकिन क्रोमेटिन-संशोधित वाले सहित बड़ी संख्या में कार्यात्मक और नियामक तत्वों की भागीदारी के साथ प्रत्येक चरण बहुत अधिक जटिल है। अकेले दीक्षा चरण में, लगभग सौ प्रोटीन शामिल होते हैं, जिसमें कई प्रतिलेखन कारक शामिल होते हैं, जबकि बैक्टीरिया में, एक सिग्मा सबयूनिट प्रमोटर को बांधने के लिए पर्याप्त होता है और कभी-कभी एक एक्टिवेटर की मदद की आवश्यकता होती है।

विभिन्न प्रकार के प्रोटीनों के जैवसंश्लेषण में प्रतिलेखन की जैविक भूमिका का सबसे महत्वपूर्ण योगदान जीन रीडिंग को नियंत्रित करने के लिए एक सख्त प्रणाली की आवश्यकता को निर्धारित करता है।

ट्रांसक्रिप्शनल विनियमन

किसी भी कोशिका में आनुवंशिक सामग्री का पूर्ण रूप से एहसास नहीं होता है: जीन का केवल एक हिस्सा ही लिखित होता है, जबकि बाकी निष्क्रिय होते हैं। यह परिसर के लिए धन्यवाद संभव हैनियामक तंत्र जो यह निर्धारित करते हैं कि किस डीएनए खंड से और किस मात्रा में आरएनए अनुक्रमों को संश्लेषित किया जाएगा।

एककोशिकीय जीवों में, जीन की विभेदक गतिविधि का एक अनुकूली मूल्य होता है, जबकि बहुकोशिकीय जीवों में यह भ्रूणजनन और ओण्टोजेनेसिस की प्रक्रियाओं को भी निर्धारित करता है, जब एक जीनोम के आधार पर विभिन्न प्रकार के ऊतक बनते हैं।

जीन अभिव्यक्ति कई स्तरों पर नियंत्रित होती है। सबसे महत्वपूर्ण कदम प्रतिलेखन का नियमन है। इस तंत्र का जैविक अर्थ अस्तित्व के किसी विशेष क्षण में किसी कोशिका या जीव द्वारा आवश्यक विभिन्न प्रोटीनों की आवश्यक मात्रा को बनाए रखना है।

अन्य स्तरों पर जैवसंश्लेषण का समायोजन होता है, जैसे नाभिक से साइटोप्लाज्म तक आरएनए का प्रसंस्करण, अनुवाद और परिवहन (प्रोकैरियोट्स में उत्तरार्द्ध अनुपस्थित है)। जब सकारात्मक रूप से विनियमित किया जाता है, तो ये सिस्टम सक्रिय जीन के आधार पर प्रोटीन के उत्पादन के लिए ज़िम्मेदार होते हैं, जो ट्रांसक्रिप्शन का जैविक अर्थ है। हालांकि, किसी भी स्तर पर श्रृंखला को निलंबित किया जा सकता है। यूकेरियोट्स में कुछ नियामक विशेषताएं (वैकल्पिक प्रमोटर, स्प्लिसिंग, पॉलीएडेनेलेशन साइटों का संशोधन) एक ही डीएनए अनुक्रम के आधार पर प्रोटीन अणुओं के विभिन्न रूपों की उपस्थिति की ओर ले जाती हैं।

चूंकि आरएनए का गठन प्रोटीन जैवसंश्लेषण के रास्ते पर आनुवंशिक जानकारी के डिकोडिंग में पहला कदम है, सेल फेनोटाइप को संशोधित करने में प्रतिलेखन प्रक्रिया की जैविक भूमिका प्रसंस्करण या अनुवाद के नियमन से कहीं अधिक महत्वपूर्ण है.

विशिष्ट जीन की गतिविधि का निर्धारण इस प्रकार हैप्रोकैरियोट्स और यूकेरियोट्स दोनों में, यह विशिष्ट स्विच की मदद से दीक्षा के चरण में होता है, जिसमें डीएनए के नियामक क्षेत्र और प्रतिलेखन कारक (टीएफ) शामिल हैं। ऐसे स्विच का संचालन स्वायत्त नहीं है, लेकिन अन्य सेलुलर सिस्टम के सख्त नियंत्रण में है। आरएनए संश्लेषण के गैर-विशिष्ट विनियमन के तंत्र भी हैं, जो दीक्षा, बढ़ाव और समाप्ति के सामान्य मार्ग को सुनिश्चित करते हैं।

प्रतिलेखन कारकों की अवधारणा

जीनोम के नियामक तत्वों के विपरीत, प्रतिलेखन कारक रासायनिक रूप से प्रोटीन होते हैं। डीएनए के विशिष्ट क्षेत्रों से जुड़कर, वे प्रतिलेखन प्रक्रिया को सक्रिय, बाधित, तेज या धीमा कर सकते हैं।

उत्पादित प्रभाव के आधार पर, प्रोकैरियोट्स और यूकेरियोट्स के प्रतिलेखन कारकों को दो समूहों में विभाजित किया जा सकता है: सक्रियकर्ता (आरएनए संश्लेषण की तीव्रता को शुरू करना या बढ़ाना) और रिप्रेसर्स (प्रक्रिया को दबाना या रोकना)। वर्तमान में, विभिन्न जीवों में 2000 से अधिक TFs पाए गए हैं।

प्रोकैरियोट्स में ट्रांसक्रिप्शनल विनियमन

प्रोकैरियोट्स में, आरएनए संश्लेषण का नियंत्रण मुख्य रूप से दीक्षा चरण में होता है, जो ट्रांसक्रिप्टन के एक विशिष्ट क्षेत्र के साथ टीएफ की बातचीत के कारण होता है - एक ऑपरेटर जो प्रमोटर के बगल में स्थित होता है (कभी-कभी इसके साथ प्रतिच्छेद करता है) और, वास्तव में, नियामक प्रोटीन (एक्टीवेटर या रेप्रेसर) के लिए एक लैंडिंग साइट है। बैक्टीरिया को जीन के विभेदक नियंत्रण के एक अन्य तरीके की विशेषता है - प्रमोटरों के विभिन्न समूहों के लिए वैकल्पिक -सबयूनिट्स का संश्लेषण।

आंशिक रूप से ऑपेरॉन व्यंजकबढ़ाव और समाप्ति के चरणों में विनियमित किया जा सकता है, लेकिन डीएनए-बाध्यकारी टीएफ के कारण नहीं, बल्कि आरएनए पोलीमरेज़ के साथ बातचीत करने वाले प्रोटीन के कारण। इनमें Gre प्रोटीन और एंटी-टर्मिनेटर कारक Nus और RfaH शामिल हैं।

प्रोकैरियोट्स में प्रतिलेखन का विस्तार और समाप्ति एक निश्चित तरीके से समानांतर प्रोटीन संश्लेषण से प्रभावित होता है। यूकेरियोट्स में, ये दोनों प्रक्रियाएं स्वयं और प्रतिलेखन और अनुवाद कारक स्थानिक रूप से अलग हो जाते हैं, जिसका अर्थ है कि वे कार्यात्मक रूप से संबंधित नहीं हैं।

एक्टिवेटर और रिप्रेसर्स

प्रोकैरियोट्स में दीक्षा चरण में प्रतिलेखन विनियमन के दो तंत्र हैं:

• सकारात्मक - उत्प्रेरक प्रोटीन द्वारा किया गया;
• नकारात्मक - दमनकारियों द्वारा नियंत्रित।

जब कारक को सकारात्मक रूप से विनियमित किया जाता है, तो कारक का ऑपरेटर से जुड़ाव जीन को सक्रिय करता है, और जब यह नकारात्मक होता है, तो इसके विपरीत, इसे बंद कर देता है। एक नियामक प्रोटीन की डीएनए से बंधने की क्षमता लिगैंड के लगाव पर निर्भर करती है। उत्तरार्द्ध की भूमिका आमतौर पर कम आणविक भार सेलुलर मेटाबोलाइट्स द्वारा निभाई जाती है, जो इस मामले में कोएक्टीवेटर्स और कोरप्रेसर्स के रूप में कार्य करती है।

दमनकर्ता की कार्रवाई का तंत्र प्रमोटर और ऑपरेटर क्षेत्रों के ओवरलैप पर आधारित है। इस संरचना के साथ संक्रियाओं में, डीएनए के लिए एक प्रोटीन कारक का लगाव आरएनए पोलीमरेज़ के लिए लैंडिंग साइट के हिस्से को बंद कर देता है, बाद वाले को प्रतिलेखन शुरू करने से रोकता है।

एक्टिवेटर कमजोर, कम कार्यक्षमता वाले प्रमोटरों पर काम करते हैं जिन्हें आरएनए पोलीमरेज़ द्वारा खराब रूप से पहचाना जाता है या पिघलना मुश्किल होता है (अलग हेलिक्स स्ट्रैंड्सप्रतिलेखन आरंभ करने के लिए आवश्यक डीएनए)। ऑपरेटर में शामिल होने से, प्रोटीन कारक पोलीमरेज़ के साथ बातचीत करता है, जिससे दीक्षा की संभावना काफी बढ़ जाती है। एक्टिवेटर ट्रांसक्रिप्शन की तीव्रता को 1000 गुना बढ़ाने में सक्षम हैं।

कुछ प्रोकैरियोटिक TFs प्रमोटर के संबंध में ऑपरेटर के स्थान के आधार पर सक्रिय और दमनकारी दोनों के रूप में कार्य कर सकते हैं: यदि ये क्षेत्र ओवरलैप करते हैं, तो कारक प्रतिलेखन को रोकता है, अन्यथा यह ट्रिगर होता है।

प्रोकैरियोट्स में प्रतिलेखन कारकों की क्रिया की योजना

कारक के संबंध में लिगैंड कार्य	लिगंड राज्य	नकारात्मक विनियमन	सकारात्मक विनियमन
डीएनए से अलगाव प्रदान करता है	शामिल होना	दमनकारी प्रोटीन को हटाना, जीन की सक्रियता	एक्टिवेटर प्रोटीन को हटाना, जीन शटडाउन
डीएनए में कारक जोड़ता है	हटाएं	दमनकर्ता हटाना, प्रतिलेखन समावेशन	एक्टिवेटर हटाएं, ट्रांसक्रिप्शन बंद करें

नकारात्मक विनियमन को जीवाणु ई. कोलाई के ट्रिप्टोफैन ऑपेरॉन के उदाहरण पर माना जा सकता है, जो प्रमोटर अनुक्रम के भीतर ऑपरेटर के स्थान की विशेषता है। दमनकारी प्रोटीन दो ट्रिप्टोफैन अणुओं के जुड़ाव से सक्रिय होता है, जो डीएनए-बाध्यकारी डोमेन के कोण को बदल देता है ताकि यह डबल हेलिक्स के प्रमुख खांचे में प्रवेश कर सके। ट्रिप्टोफैन की कम सांद्रता पर, दमनकर्ता अपना लिगैंड खो देता है और फिर से निष्क्रिय हो जाता है। दूसरे शब्दों में, प्रतिलेखन दीक्षा की आवृत्तिमेटाबोलाइट की मात्रा के व्युत्क्रमानुपाती।

कुछ बैक्टीरियल ऑपेरॉन (उदाहरण के लिए, लैक्टोज) सकारात्मक और नकारात्मक नियामक तंत्र को मिलाते हैं। ऐसी प्रणाली आवश्यक है जब अभिव्यक्ति के तर्कसंगत नियंत्रण के लिए एक संकेत पर्याप्त नहीं है। इस प्रकार, लैक्टोज ऑपेरॉन एंजाइमों को एनकोड करता है जो कोशिका में परिवहन करते हैं और फिर लैक्टोज को तोड़ते हैं, एक वैकल्पिक ऊर्जा स्रोत जो ग्लूकोज से कम लाभदायक होता है। इसलिए, केवल बाद की कम सांद्रता पर, सीएपी प्रोटीन डीएनए से जुड़ जाता है और प्रतिलेखन शुरू कर देता है। हालांकि, यह केवल लैक्टोज की उपस्थिति में सलाह दी जाती है, जिसके अभाव में लैक रेप्रेसर की सक्रियता हो जाती है, जो उत्प्रेरक प्रोटीन के कार्यात्मक रूप की उपस्थिति में भी प्रमोटर को पोलीमरेज़ की पहुंच को अवरुद्ध करता है।

बैक्टीरिया में ओपेरॉन संरचना के कारण, कई जीन एक नियामक क्षेत्र और 1-2 TFs द्वारा नियंत्रित होते हैं, जबकि यूकेरियोट्स में, एक एकल जीन में बड़ी संख्या में नियामक तत्व होते हैं, जिनमें से प्रत्येक कई अन्य पर निर्भर होता है। कारक यह जटिलता यूकेरियोट्स और विशेष रूप से बहुकोशिकीय जीवों के संगठन के उच्च स्तर से मेल खाती है।

यूकेरियोट्स में एमआरएनए संश्लेषण का विनियमन

यूकैरियोटिक जीन अभिव्यक्ति का नियंत्रण दो तत्वों की संयुक्त क्रिया द्वारा निर्धारित किया जाता है: प्रोटीन ट्रांसक्रिप्शन तथ्य (टीएफ) और नियामक डीएनए अनुक्रम जो प्रमोटर के बगल में स्थित हो सकते हैं, इससे बहुत अधिक, इंट्रोन्स में या बाद में जीन (अर्थात् कोडिंग क्षेत्र, और इसके पूर्ण अर्थ में जीन नहीं)।

कुछ क्षेत्र स्विच के रूप में कार्य करते हैं, अन्य परस्पर क्रिया नहीं करते हैंसीधे TF के साथ, लेकिन डीएनए अणु को एक लूप जैसी संरचना के निर्माण के लिए आवश्यक लचीलापन देता है जो ट्रांसक्रिप्शनल सक्रियण की प्रक्रिया के साथ होता है। ऐसे क्षेत्रों को स्पेसर कहा जाता है। प्रमोटर के साथ सभी नियामक अनुक्रम जीन नियंत्रण क्षेत्र बनाते हैं।

यह ध्यान देने योग्य है कि प्रतिलेखन कारकों की कार्रवाई स्वयं आनुवंशिक अभिव्यक्ति के एक जटिल बहु-स्तरीय विनियमन का हिस्सा है, जिसमें बड़ी संख्या में तत्व परिणामी वेक्टर में जुड़ते हैं, जो यह निर्धारित करता है कि आरएनए होगा या नहीं अंततः जीनोम के एक विशेष क्षेत्र से संश्लेषित किया जा सकता है।

नाभिकीय कोशिका में प्रतिलेखन के नियंत्रण में एक अतिरिक्त कारक क्रोमेटिन की संरचना में परिवर्तन है। यहां, कुल विनियमन (हेटरोक्रोमैटिन और यूक्रोमैटिन क्षेत्रों के वितरण द्वारा प्रदान किया गया) और एक विशिष्ट जीन से जुड़े स्थानीय विनियमन दोनों मौजूद हैं। पोलीमरेज़ के काम करने के लिए, न्यूक्लियोसोम सहित डीएनए संघनन के सभी स्तरों को समाप्त किया जाना चाहिए।

यूकेरियोट्स में ट्रांसक्रिप्शन कारकों की विविधता बड़ी संख्या में नियामकों से जुड़ी है, जिसमें एम्पलीफायर, साइलेंसर (एन्हांसर और साइलेंसर), साथ ही एडेप्टर तत्व और इंसुलेटर शामिल हैं। ये स्थल जीन के निकट और काफी दूरी (50 हजार बीपी तक) दोनों जगह स्थित हो सकते हैं।

एन्हांसर्स, साइलेंसर और अडैप्टर एलिमेंट

एन्हांसर्स लघु अनुक्रमिक डीएनए हैं जो एक नियामक प्रोटीन के साथ बातचीत करते समय प्रतिलेखन को ट्रिगर करने में सक्षम हैं। जीन के प्रवर्तक क्षेत्र में प्रवर्धक का सन्निकटनडीएनए की लूप जैसी संरचना के निर्माण के कारण किया जाता है। एक उत्प्रेरक को एक एन्हांसर से बांधना या तो दीक्षा परिसर के संयोजन को उत्तेजित करता है या पोलीमरेज़ को बढ़ाव की ओर बढ़ने में मदद करता है।

एन्हांसर की एक जटिल संरचना होती है और इसमें कई मॉड्यूल साइटें होती हैं, जिनमें से प्रत्येक का अपना नियामक प्रोटीन होता है।

साइलेंसर डीएनए क्षेत्र हैं जो प्रतिलेखन की संभावना को दबा देते हैं या पूरी तरह से बाहर कर देते हैं। ऐसे स्विच के संचालन का तंत्र अभी भी अज्ञात है। परिकल्पित विधियों में से एक एसआईआर समूह के विशेष प्रोटीन द्वारा डीएनए के बड़े क्षेत्रों का कब्जा है, जो दीक्षा कारकों तक पहुंच को अवरुद्ध करता है। इस मामले में, साइलेंसर से कुछ हज़ार बेस पेयर के भीतर स्थित सभी जीन बंद कर दिए जाते हैं।

TFs के संयोजन में एडेप्टर तत्व जो उन्हें बांधते हैं, आनुवंशिक स्विच के एक अलग वर्ग का गठन करते हैं जो चुनिंदा स्टेरॉयड हार्मोन, चक्रीय एएमपी और ग्लुकोकोर्टिकोइड्स का जवाब देते हैं। यह नियामक ब्लॉक गर्मी के झटके, धातुओं और कुछ रासायनिक यौगिकों के संपर्क में सेल की प्रतिक्रिया के लिए जिम्मेदार है।

डीएनए नियंत्रण क्षेत्रों में, एक अन्य प्रकार के तत्व प्रतिष्ठित हैं - इन्सुलेटर। ये विशिष्ट क्रम हैं जो प्रतिलेखन कारकों को दूर के जीन को प्रभावित करने से रोकते हैं। इंसुलेटर की क्रिया का तंत्र अभी तक स्पष्ट नहीं किया गया है।

यूकैरियोटिक प्रतिलेखन कारक

यदि बैक्टीरिया में प्रतिलेखन कारकों का केवल एक नियामक कार्य होता है, तो परमाणु कोशिकाओं में TFs का एक पूरा समूह होता है जो पृष्ठभूमि की शुरुआत प्रदान करता है, लेकिन साथ ही साथ सीधे बाध्यकारी पर निर्भर करता हैडीएनए नियामक प्रोटीन। यूकेरियोट्स में उत्तरार्द्ध की संख्या और विविधता बहुत बड़ी है। इस प्रकार, मानव शरीर में, प्रोटीन प्रतिलेखन कारकों को कूटबद्ध करने वाले अनुक्रमों का अनुपात जीनोम का लगभग 10% है।

आज तक, यूकेरियोटिक TFs को अच्छी तरह से नहीं समझा गया है, जैसा कि आनुवंशिक स्विच के संचालन के तंत्र हैं, जिनकी संरचना बैक्टीरिया में सकारात्मक और नकारात्मक विनियमन के मॉडल की तुलना में बहुत अधिक जटिल है। उत्तरार्द्ध के विपरीत, परमाणु सेल प्रतिलेखन कारकों की गतिविधि एक या दो से नहीं, बल्कि दर्जनों और यहां तक कि सैकड़ों संकेतों से प्रभावित होती है जो पारस्परिक रूप से एक दूसरे को मजबूत, कमजोर या बाहर कर सकते हैं।

एक ओर, एक विशेष जीन की सक्रियता के लिए प्रतिलेखन कारकों के एक पूरे समूह की आवश्यकता होती है, लेकिन दूसरी ओर, एक नियामक प्रोटीन कैस्केड तंत्र द्वारा कई जीनों की अभिव्यक्ति को ट्रिगर करने के लिए पर्याप्त हो सकता है। यह पूरी प्रणाली एक जटिल कंप्यूटर है जो विभिन्न स्रोतों (बाहरी और आंतरिक दोनों) से संकेतों को संसाधित करता है और उनके प्रभाव को प्लस या माइनस चिह्न के साथ अंतिम परिणाम में जोड़ता है।

यूकेरियोट्स (सक्रियकर्ता और दमनकारी) में नियामक प्रतिलेखन कारक बैक्टीरिया के रूप में ऑपरेटर के साथ बातचीत नहीं करते हैं, लेकिन डीएनए पर बिखरे हुए नियंत्रण साइटों के साथ और मध्यस्थों के माध्यम से दीक्षा को प्रभावित करते हैं, जो मध्यस्थ प्रोटीन हो सकते हैं, दीक्षा परिसर के कारक और एंजाइम जो क्रोमेटिन की संरचना को बदलते हैं।

पूर्व-दीक्षा परिसर में शामिल कुछ TFs के अपवाद के साथ, सभी प्रतिलेखन कारकों में एक डीएनए-बाध्यकारी डोमेन होता है जो अलग करता हैउन्हें कई अन्य प्रोटीनों से प्राप्त किया जाता है जो प्रतिलेखन के सामान्य मार्ग को सुनिश्चित करते हैं या इसके नियमन में मध्यस्थ के रूप में कार्य करते हैं।

हाल के अध्ययनों से पता चला है कि यूकेरियोटिक TFs न केवल दीक्षा को प्रभावित कर सकते हैं बल्कि प्रतिलेखन के विस्तार को भी प्रभावित कर सकते हैं।

विविधता और वर्गीकरण

यूकैरियोट्स में, प्रोटीन प्रतिलेखन कारकों के 2 समूह होते हैं: बेसल (अन्यथा सामान्य या मुख्य कहा जाता है) और नियामक। पूर्व प्रमोटरों की मान्यता और पूर्व-दीक्षा परिसर के निर्माण के लिए जिम्मेदार हैं। ट्रांसक्रिप्शन शुरू करने की जरूरत है। इस समूह में कई दर्जन प्रोटीन शामिल हैं जो हमेशा कोशिका में मौजूद होते हैं और जीन की विभेदक अभिव्यक्ति को प्रभावित नहीं करते हैं।

बेसल ट्रांसक्रिप्शन कारकों का परिसर बैक्टीरिया में सिग्मा सबयूनिट के समान कार्य करने वाला उपकरण है, केवल अधिक जटिल और सभी प्रकार के प्रमोटरों के लिए उपयुक्त है।

एक अन्य प्रकार के कारक नियामक डीएनए अनुक्रमों के साथ बातचीत के माध्यम से प्रतिलेखन को प्रभावित करते हैं। चूंकि ये एंजाइम जीन-विशिष्ट होते हैं, इसलिए इनकी संख्या बहुत अधिक होती है। विशिष्ट जीनों के क्षेत्रों से आबद्ध होकर, वे कुछ प्रोटीनों के स्राव को नियंत्रित करते हैं।

यूकेरियोट्स में प्रतिलेखन कारकों का वर्गीकरण तीन सिद्धांतों पर आधारित है:

• क्रिया का तंत्र;
• काम करने की स्थिति;
• डीएनए-बाध्यकारी डोमेन की संरचना।

पहली विशेषता के अनुसार, कारकों के 2 वर्ग हैं: बेसल (प्रवर्तक के साथ बातचीत) और अपस्ट्रीम क्षेत्रों के लिए बाध्यकारी (जीन के ऊपर स्थित नियामक क्षेत्र)। इस तरहवर्गीकरण अनिवार्य रूप से सामान्य और विशिष्ट में TF के कार्यात्मक विभाजन से मेल खाता है। अतिरिक्त सक्रियण की आवश्यकता के आधार पर अपस्ट्रीम कारकों को 2 समूहों में विभाजित किया गया है।

कामकाज की विशेषताओं के अनुसार, संवैधानिक TFs प्रतिष्ठित हैं (हमेशा किसी भी सेल में मौजूद हैं) और इंड्यूसिबल (सभी सेल प्रकारों की विशेषता नहीं है और कुछ सक्रियण तंत्र की आवश्यकता हो सकती है)। दूसरे समूह के कारक, बदले में, सेल-विशिष्ट में विभाजित होते हैं (ओटोजेनी में भाग लेते हैं, सख्त अभिव्यक्ति नियंत्रण की विशेषता होती है, लेकिन सक्रियण की आवश्यकता नहीं होती है) और सिग्नल-निर्भर। बाद वाले को सक्रिय करने वाले संकेत के प्रकार और क्रिया के तरीके के अनुसार विभेदित किया जाता है।

प्रोटीन प्रतिलेखन कारकों का संरचनात्मक वर्गीकरण बहुत व्यापक है और इसमें 6 सुपरक्लास शामिल हैं, जिनमें कई वर्ग और परिवार शामिल हैं।

ऑपरेशन सिद्धांत

बेसल कारकों की कार्यप्रणाली एक दीक्षा परिसर के गठन और प्रतिलेखन की सक्रियता के साथ विभिन्न उप-इकाइयों की एक कैस्केड असेंबली है। वास्तव में, यह प्रक्रिया उत्प्रेरक प्रोटीन की क्रिया का अंतिम चरण है।

विशिष्ट कारक दो चरणों में प्रतिलेखन को विनियमित कर सकते हैं:

• दीक्षा परिसर की विधानसभा;
• उत्पादक विस्तार के लिए संक्रमण।

पहले मामले में, विशिष्ट TFs का काम क्रोमैटिन के प्राथमिक पुनर्व्यवस्था के साथ-साथ प्रमोटर पर मध्यस्थ, पोलीमरेज़ और बेसल कारकों की भर्ती, अभिविन्यास और संशोधन के लिए कम हो जाता है, जिससे सक्रियण होता है प्रतिलेखन का। सिग्नल ट्रांसमिशन का मुख्य तत्व मध्यस्थ है - इसमें कार्यरत 24 सबयूनिट्स का एक परिसरनियामक प्रोटीन और आरएनए पोलीमरेज़ के बीच एक मध्यस्थ के रूप में। अंतःक्रियाओं का क्रम प्रत्येक जीन और उसके संगत कारक के लिए अलग-अलग होता है।

पी-टेफ-बी प्रोटीन के साथ कारक की बातचीत के कारण बढ़ाव का विनियमन किया जाता है, जो आरएनए पोलीमरेज़ को प्रमोटर से जुड़े ठहराव को दूर करने में मदद करता है।

TF की कार्यात्मक संरचनाएं

प्रतिलेखन कारकों में एक मॉड्यूलर संरचना होती है और तीन कार्यात्मक डोमेन के माध्यम से अपना काम करते हैं:

1. डीएनए-बाइंडिंग (डीबीडी) - जीन के नियामक क्षेत्र के साथ पहचान और बातचीत के लिए आवश्यक।
2. ट्रांस-एक्टिवेटिंग (टीएडी) - ट्रांसक्रिप्शन कारकों सहित अन्य नियामक प्रोटीन के साथ बातचीत की अनुमति देता है।
3. सिग्नल-रिकग्निजिंग (एसएसडी) - नियामक संकेतों की धारणा और प्रसारण के लिए आवश्यक है।

बदले में, डीएनए-बाध्यकारी डोमेन कई प्रकार के होते हैं। इसकी संरचना में मुख्य उद्देश्यों में शामिल हैं:

• "जिंक फिंगर्स";
• होमोडोमेन;
• "β" -लेयर्स;
• लूप;
• "ल्यूसीन लाइटनिंग";
• सर्पिल-लूप-सर्पिल;
• सर्पिल-टर्न-सर्पिल।

इस डोमेन के लिए धन्यवाद, प्रतिलेखन कारक डबल हेलिक्स की सतह पर एक पैटर्न के रूप में डीएनए न्यूक्लियोटाइड अनुक्रम को "पढ़ता है"। इसके कारण कुछ नियामक तत्वों की विशिष्ट पहचान संभव है।

डीएनए हेलिक्स के साथ रूपांकनों की बातचीत इनकी सतहों के बीच सटीक पत्राचार पर आधारित हैअणु।

TF का विनियमन और संश्लेषण

प्रतिलेखन पर प्रतिलेखन कारकों के प्रभाव को नियंत्रित करने के कई तरीके हैं। इनमें शामिल हैं:

• सक्रियण - फॉस्फोराइलेशन, लिगैंड अटैचमेंट या अन्य नियामक प्रोटीन (टीएफ सहित) के साथ बातचीत के कारण डीएनए के संबंध में कारक की कार्यक्षमता में बदलाव;
• स्थानांतरण - एक कारक का कोशिकाद्रव्य से केंद्रक तक परिवहन;
• बाध्यकारी साइट की उपलब्धता - क्रोमैटिन संघनन की डिग्री पर निर्भर करती है (हेटरोक्रोमैटिन की स्थिति में, डीएनए TF के लिए उपलब्ध नहीं है);
• एक जटिल तंत्र जो अन्य प्रोटीनों की भी विशेषता है (ट्रांसक्रिप्शन से पोस्ट-ट्रांसलेशनल संशोधन और इंट्रासेल्युलर स्थानीयकरण तक सभी प्रक्रियाओं का विनियमन)।

अंतिम विधि प्रत्येक कोशिका में प्रतिलेखन कारकों की मात्रात्मक और गुणात्मक संरचना निर्धारित करती है। कुछ TFs शास्त्रीय प्रतिक्रिया प्रकार के अनुसार अपने संश्लेषण को विनियमित करने में सक्षम होते हैं, जब इसका स्वयं का उत्पाद प्रतिक्रिया का अवरोधक बन जाता है। इस मामले में, कारक की एक निश्चित सांद्रता जीन के प्रतिलेखन को इसे कूटबद्ध करना बंद कर देती है।

सामान्य प्रतिलेखन कारक

ये कारक किसी भी जीन के प्रतिलेखन को शुरू करने के लिए आवश्यक हैं और नामकरण में TFl, TFll और TFll के रूप में नामित हैं, जो RNA पोलीमरेज़ के प्रकार पर निर्भर करता है जिसके साथ वे बातचीत करते हैं। प्रत्येक कारक में कई उपइकाइयाँ होती हैं।

बेसल टीएफ तीन मुख्य कार्य करते हैं:

• प्रवर्तक पर आरएनए पोलीमरेज़ का सही स्थान;
• प्रतिलेखन की शुरुआत के क्षेत्र में डीएनए श्रृंखलाओं को खोलना;
• पोलीमरेज़ से मुक्तिबढ़ाव के लिए संक्रमण के क्षण में प्रमोटर;

बेसल ट्रांसक्रिप्शन कारकों के कुछ सबयूनिट प्रमोटर नियामक तत्वों से बंधे हैं। सबसे महत्वपूर्ण टाटा बॉक्स (सभी जीनों की विशेषता नहीं) है, जो दीक्षा के बिंदु से "-35" न्यूक्लियोटाइड की दूरी पर स्थित है। अन्य बाध्यकारी साइटों में INR, BRE और DPE अनुक्रम शामिल हैं। कुछ TFs सीधे DNA से संपर्क नहीं करते हैं।

आरएनए पोलीमरेज़ ll के प्रमुख प्रतिलेखन कारकों के समूह में TFllD, TFllB, TFllF, TFllE और TFllH शामिल हैं। पदनाम के अंत में लैटिन अक्षर इन प्रोटीनों का पता लगाने के क्रम को इंगित करता है। इस प्रकार, कारक TFllllA, जो lll RNA पोलीमरेज़ से संबंधित है, सबसे पहले पृथक किया गया था।

आरएनए पोलीमरेज़ ll के बेसल ट्रांसक्रिप्शन कारक

नाम	प्रोटीन सबयूनिट्स की संख्या	कार्य
TFllD	16 (टीबीपी +15 टीएएफ)	टीबीपी टाटा बॉक्स से जुड़ता है और टीएएफ अन्य प्रमोटर अनुक्रमों को पहचानता है
TFllB	1	बीआरई तत्व को पहचानता है, दीक्षा स्थल पर पोलीमरेज़ को सटीक रूप से उन्मुख करता है
टीएफएलएफ	3	टीबीपी और टीएफएलएलबी के साथ पोलीमरेज़ इंटरेक्शन को स्थिर करता है, टीएफएलएलई और टीएफएलएलएच को जोड़ने की सुविधा प्रदान करता है
टीएफएलई	2	TFllH को जोड़ता और समायोजित करता है
TFllH	10	दीक्षा के बिंदु पर डीएनए श्रृंखला को अलग करता है, आरएनए-संश्लेषण एंजाइम को प्रमोटर और प्रमुख प्रतिलेखन कारकों (जैव रसायन) से मुक्त करता हैप्रक्रिया RNA पोलीमरेज़ के Cer5-C-टर्मिनल डोमेन के फॉस्फोराइलेशन पर आधारित है)

बेसल TF का संयोजन केवल एक उत्प्रेरक, एक मध्यस्थ और क्रोमैटिन-संशोधित प्रोटीन की सहायता से होता है।

विशिष्ट टीएफ

आनुवंशिक अभिव्यक्ति के नियंत्रण के माध्यम से, ये प्रतिलेखन कारक अलग-अलग कोशिकाओं और पूरे जीव दोनों की जैवसंश्लेषण प्रक्रियाओं को नियंत्रित करते हैं, भ्रूणजनन से लेकर बारीक फेनोटाइपिक अनुकूलन से लेकर बदलती पर्यावरणीय परिस्थितियों तक। TF के प्रभाव क्षेत्र में 3 मुख्य ब्लॉक शामिल हैं:

• विकास (भ्रूण- और ओटोजेनी);
• कोशिका चक्र;
• बाहरी संकेतों पर प्रतिक्रिया।

ट्रांसक्रिप्शन कारकों का एक विशेष समूह भ्रूण के रूपात्मक भेदभाव को नियंत्रित करता है। यह प्रोटीन सेट होमोबॉक्स नामक एक विशेष 180 बीपी सर्वसम्मति अनुक्रम द्वारा एन्कोड किया गया है।

यह निर्धारित करने के लिए कि किस जीन को स्थानांतरित किया जाना चाहिए, नियामक प्रोटीन को एक विशिष्ट डीएनए साइट को "ढूंढना" और बांधना चाहिए जो आनुवंशिक स्विच (एन्हांसर, साइलेंसर, आदि) के रूप में कार्य करता है। ऐसा प्रत्येक अनुक्रम एक या अधिक संबंधित प्रतिलेखन कारकों से मेल खाता है जो हेलिक्स के एक विशेष बाहरी खंड और डीएनए-बाध्यकारी डोमेन (की-लॉक सिद्धांत) के रासायनिक अनुरूपता के संयोग के कारण वांछित साइट को पहचानते हैं। मान्यता के लिए, डीएनए की प्राथमिक संरचना के एक क्षेत्र का उपयोग किया जाता है जिसे प्रमुख नाली कहा जाता है।

डीएनए क्रिया के लिए बाध्य होने के बादएक्टिवेटर प्रोटीन क्रमिक चरणों की एक श्रृंखला को ट्रिगर करता है जिससे प्रीइनीशिएटर कॉम्प्लेक्स की असेंबली होती है। इस प्रक्रिया की सामान्यीकृत योजना इस प्रकार है:

1. प्रवर्तक क्षेत्र में क्रोमैटिन के लिए उत्प्रेरक बाध्यकारी, एटीपी-निर्भर पुनर्व्यवस्था परिसरों की भर्ती।
2. क्रोमैटिन पुनर्व्यवस्था, हिस्टोन-संशोधित प्रोटीन की सक्रियता।
3. हिस्टोन का सहसंयोजक संशोधन, अन्य उत्प्रेरक प्रोटीन का आकर्षण।
4. अतिरिक्त सक्रिय करने वाले प्रोटीन को जीन के नियामक क्षेत्र से बांधना।
5. एक मध्यस्थ और सामान्य टीएफ की भागीदारी।
6. प्रवर्तक पर दीक्षा पूर्व परिसर की विधानसभा।
7. अन्य उत्प्रेरक प्रोटीनों का प्रभाव, दीक्षा-पूर्व परिसर की उपइकाइयों का पुनर्व्यवस्थापन।
8. प्रतिलेखन प्रारंभ करें।

इन घटनाओं का क्रम एक जीन से दूसरे जीन में भिन्न हो सकता है।

इतनी बड़ी संख्या में सक्रियण तंत्र दमन विधियों की एक समान विस्तृत श्रृंखला से मेल खाते हैं। यानी, दीक्षा के रास्ते में किसी एक चरण को रोककर, नियामक प्रोटीन इसकी प्रभावशीलता को कम कर सकता है या इसे पूरी तरह से अवरुद्ध कर सकता है। सबसे अधिक बार, दमनकर्ता एक साथ कई तंत्रों को सक्रिय करता है, प्रतिलेखन की अनुपस्थिति की गारंटी देता है।

जीन का समन्वित नियंत्रण

इस तथ्य के बावजूद कि प्रत्येक ट्रांसक्रिप्टन की अपनी नियामक प्रणाली होती है, यूकेरियोट्स में एक तंत्र होता है जो बैक्टीरिया की तरह, एक विशिष्ट कार्य करने के उद्देश्य से जीन के समूहों को शुरू या बंद करने की अनुमति देता है। यह एक प्रतिलेखन निर्धारण कारक द्वारा प्राप्त किया जाता है जो संयोजनों को पूरा करता हैजीन के अधिकतम सक्रियण या दमन के लिए आवश्यक अन्य नियामक तत्व।

ऐसे नियमन के अधीन प्रतिलेखों में, विभिन्न घटकों की परस्पर क्रिया एक ही प्रोटीन की ओर ले जाती है, जो परिणामी वेक्टर के रूप में कार्य करता है। इसलिए, ऐसे कारक की सक्रियता एक साथ कई जीनों को प्रभावित करती है। सिस्टम कैस्केड के सिद्धांत पर काम करता है।

समन्वित नियंत्रण की योजना को कंकाल की मांसपेशी कोशिकाओं के ओटोजेनेटिक भेदभाव के उदाहरण पर माना जा सकता है, जिसके अग्रदूत मायोबलास्ट हैं।

एक परिपक्व पेशी कोशिका की विशेषता वाले प्रोटीन के संश्लेषण को एन्कोडिंग करने वाले जीन का प्रतिलेखन चार मायोजेनिक कारकों में से किसी एक द्वारा ट्रिगर किया जाता है: MyoD, Myf5, MyoG और Mrf4। ये प्रोटीन स्वयं और एक दूसरे के संश्लेषण को सक्रिय करते हैं, और अतिरिक्त प्रतिलेखन कारक Mef2 और संरचनात्मक मांसपेशी प्रोटीन के लिए जीन भी शामिल करते हैं। Mef2 मायोबलास्ट के आगे विभेदन के नियमन में शामिल है, साथ ही साथ सकारात्मक प्रतिक्रिया तंत्र द्वारा मायोजेनिक प्रोटीन की एकाग्रता को बनाए रखता है।