14.3: Transkriptionsfaktoren

Die gewebespezifischen Transkriptionsfaktoren tragen zu verschiedenen zellulären Funktionen der Säugetiere bei. Das Gen für Beta-Globin, was ein Hauptbestandteil des Hämoglobins ist, findet man zum Beispiel in allen Zellen des Körpers aber es wird nur in roten Blutkörperchen exprimiert. Nur diese Zellen exprimieren Transkriptionsfaktoren, die an die Promotorsequenzen des Beta-Globin-Gens binden können. Gewebespezifische Transkriptionsfaktoren sorgen auch dafür, dass Mutationen in diesen Faktoren nur die Funktion des jeweiligen Gewebes oder Körperteils beeinträchtigen, ohne dass der gesamte Organismus beeinflusst wird.

Transkriptionsfaktoren der Eukaryoten, die eine sogenannte kombinatorische Kontrolle ausüben, steigern die Komplexität. Die kombinatorische Kontrolle ermöglicht, dass der Input mehrerer Transkriptionsfaktoren synchron die Expression eines einzelnen Gens reguliert. Die Kombination mehrerer Transkriptionsaktivatoren und Repressoren ermöglicht es, ein Gen gezielt zu steuern und sich somit an eine Vielzahl von Umweltveränderungen anzupassen, ohne dass zusätzliche Gene benötigt werden.

In eukaryontischen Zellen handelt es sich bei Transkriptionsfaktoren um Proteine, die sich an die DNA binden und die Expression von Genen regulieren können. Um die Transkription einzuleiten, benötigt jede RNA-Polymerase mehrere verschiedene Proteine, sogenannte allgemeine Transkriptionsfaktoren zur Bindung an die Promotorregionen. Zum Beispiel wird das erste und größte dieser Proteine namens TFIID an die TATA-Box-Region gebunden, die bei den meisten Promotoren vorhanden ist, Zusammen mit anderen Proteinen, rekrutieren sie die Polymerase in die Promotorregion und bilden den Vorinitiierungskomplex.

Spezifische Transkriptionsfaktoren hingegen, können sich an distale regulatorische Regionen weit entfernt von der Transkriptionsstartseite binden, die als Enhancer-Stellen bezeichnet werden, und die manchmal Tausende von Basenpaaren stromaufwärts oder stromabwärts eines Gens befinden und höhere Transkriptionsraten induzieren. In einem Prozess namens Looping, biegt sich der DNA-Strang auf eine Weise, die es erlaubt, Transkriptionsfaktoren an Enhancer-Stellen zu binden, um Protein-Protein-Interaktionen mit Mediatorproteinen und dem Vorinitiierungskomplex zu etablieren. Spezifische Transkriptionsfaktoren an Enhancer-Stellen zur Förderung der Transkription werden als Aktivatoren bezeichnet, während diejenigen, die die Transkription blockieren oder reduzieren, Repressoren heißen.

Das Vorhandensein von spezifischen Transkriptionsfaktoren und distalen regulatorischen Elementen ermöglicht eine differenzierte Genexpression wie das Ein- und Ausschalten verschiedener Gene während ihrer frühen Entwicklung, um zu bestimmen, ob die Zelle zu einer Hautzelle oder einem Neuron wird, sowie die koordinierte Transkription verwandter funktioneller Gene. Über 1. 500 verschiedene Transkriptionsfaktoren wurden beim Menschen identifiziert. Sie regulieren ein breites Spektrum kritischer Gene von der Bestimmung von Zelltypen zu Beginn der Entwicklung über die zelluläre Reaktion an unterschiedliche Umgebungsbedingungen.