转录因子正文

转录因子摘要：随着众多生物基因组计划的完成及其蛋白质组学研究的不断深入，人类步入了系统生物学时代。基因组计划的完成提供了大量的DNA内在信息，解析出基因组中可能存在的全部基因的阅读框架，因此，接下来研究基因的表达调控特别是转录调控就显得非常迫切。另一方面，蛋白组学研究的突飞猛进给我们描绘出了细胞的蛋白质表达谱和网络谱，接下来研究蛋白质与蛋白质，蛋白质与DNA的相互作用将成为现在及以后相当长一段时间内的研究主题。有生物学家认为，21世纪对人类最具有挑战性的生物学主题就是“基因的全基因组调控”和”细胞的全蛋白质的生理功能”这两大难题。然而，转录因子是可与基因调控序列结合并调控基因转录的一类核蛋白，研究转录因子就是研究转录调控的分子机制，研究一种或一类特定的蛋白质分子与DNA的结合特性，研究与DNA结合的蛋白质分子是怎样调控基因转录等问题。转录因子的研究实际上已构成上述两大生物学难题的一个交叉点，因此，对转录因子的深入研究已是一件极其迫切而且重要的课题。DNA转录及转录因子定义转录：是指以DNA为模板，在RNA聚合酶的作用下合成mRNA，将遗传信息从DNA分子上转移到mRNA分子上，这一过程成为转录。真核生物DNA的转录在细胞核中进行，原核生物的转录在细胞质的核质区内进行。转录单元转录单元是一段以启动子开始至终止子结束的DNA序列。转录起始（transcriptioninitiation）：转录因子通过识别基因启动子上的特异顺式元件并募集多种蛋白质因子，形成具有RNA聚合酶活性的转录起始复合体，从转录起始位点启动转录的过程。转录终止子（transcriptionterminator）：基因编码区下游使RNA聚合酶终止mRNA合成的密码子，是一种位于poly(A)位点下游，长度在几百碱基以内的结构。终止子可分为两类。一类不依赖于蛋白质辅因子就能实现终止作用。另一类则依赖蛋白辅因子才能实现终止作用。这种蛋白质辅因子称为释放因子，通常又称ρ因子转录因子：能够结合在某基因上游特异核苷酸序列上的蛋白质，活化后从胞质转位至胞核，通过识别和结合基因启动子区的顺式作用元件,启动和调控基因表达。转录因子是转录起始过程中RNA聚合酶所需的辅助因子。真核生物基因在无转录因子时处于不表达状态，RNA聚合酶自身无法启动基因转录，只有当转录因子(蛋白质)结合在其识别的DNA序列上后，基因才开始表达。转录因子是结合在某基因上游特异核苷酸序列上的蛋白质，这些蛋白质能调控该基因的转录。转录因子可以调控核糖核酸聚合酶（RNA聚合酶）与DNA模板的结合。转录因子不单与DNA序列上的启动子结合，也可以和其它转录因子形成-转录因子聚合体，来影响基因的转录。转录因子结构可包含有不同区域：①DNA结合域（DNAbindingdomain），多由60-100个氨基酸残基组成的几个亚区组成。②转录激活域（activatingdomain），常由30-100氨基酸残基组成，这结构域有富含酸性氨基酸、富含谷氨酰胺、富含脯氨酸等不同种类，以酸性结构域最多见。③连接区，即连接上两个结构域的部分。不与DNA直接结合的转录因子没有DNA结合域，但能通过转录激活域直接或间接作用于转录复合体而影响转录效率。转录因子目前所发现的构成DNA结合结构域的基序类型主要有4种，包括锌指基序(tinefingermotif)、螺旋一转角一螺旋(helix一turn一helix,H一T一H)、亮氨酸拉链基序(theleucinezippermotif)以及螺旋一环一螺旋(helix/loop/helix,HLH)锌指基序许多转录因子中都含有锌指，是由约30个氨基酸残基组成，重复的锌指样结构中，每个“手指”都是以锌为中心，通过锌将一个a螺旋和一个反平行的p折叠基部相连形成。锌离子与两个半胧氨酸残基和两个组氨酸残基形成共价键，两个半胧氨酸位于锌指一侧的双链p折叠部分，而两个组氨酸残基则位于锌指另一侧的短的a螺旋部分。半胧氨酸与组氨酸残基之间氨基酸残基数基本恒定，有锌结合时锌指才具备转录调控活性。通常一个转录因子中含有多个锌指，它们独立起作用，相互间有一定距离，通过锌指环上突出的赖氨酸和精氨酸结合到DNA大沟中，重复出现的a螺旋几乎连成一线。这类蛋白质与DNA结合牢固，并有较高的特异性。TFⅢA(转录因子ⅢA)含9个锌指，类固醇激素受体家族含有连续的两个锌指结构。C2／H2型（如SP1，TFIIIA），C4型（如：酵母GAL4）锌指(zincfinger)螺旋一转角一螺旋结构此结合DNA的结构基序对很多的原核生物调节蛋白与DNA的相互作用很重要，在某些真核生物调节蛋白中存在相似的结构基序。原核细胞中此结构基序在组成上约含20个氨基酸残基，构成两个a螺旋，每个含7一9个氨基酸残基，中间由一段p一转角隔开。两个a螺旋之一称为识别螺旋，因为它通常含有与DNA特异结合的氨基酸残基。这个a螺旋堆在蛋白质结构的其他部分的上面，所以它从蛋白质的表面伸出作为一个较大DNA结合结构域的反应区域，当与DNA结合时，识别螺旋位于大沟内或接近于大沟内。乳糖阻遏蛋白含有此基序，这种结构自身一般是不稳定的，通常以二聚体形式存在。真核细胞中的同源域蛋白，也称同源异型结构域，是由同源域基因(是指能编码60个保守氨基酸序列的DNA片段)编码的蛋白，在组成上含60个氨基酸残基，形成3个螺旋。它与DNA相互作用时第一、第二个螺旋往往靠在外侧，通过第三个螺旋与DNA大沟结合。同源域蛋白具有高度保守性，存在于包括人类在内的很多物种的蛋白质中，该结构域结合的DNA的基序类似螺旋一转角一螺旋结构基序。螺旋-转角-螺旋(helix-turn-helix)多种果蝇胚胎发生的调节蛋白，同源异型蛋白哺乳动物八聚体结合因子OCT1、OCT2，脑垂体特异结合因子Pit-1亮氨酸拉链基序碱性异亮氨酸拉链含有30-40个氨基酸残基，呈a螺旋结构。在一级结构序列中，每7个氨基酸就有一个亮氨酸，因此所形成的a螺旋结构为双亲媒结构，一侧含有非极性的亮氨酸，极性的碱性氨酸位于螺旋的另一侧。两个这样的。螺旋之间的亮氨酸相互靠近，结合在一起形成螺旋化螺旋构，每个螺旋的亮氨酸压在其他螺旋的亮氨酸上，因此将两个螺旋象拉链一样“拉”在一起。和其他转录因子一样，亮氨酸拉链以二聚体形式存在，亮氨酸拉链a螺旋另一侧的碱性氨基酸，可以结合DNA。亮氨酸拉链(Leucinezipper)Jun、Fos和酵母中的GCN4螺旋一环一螺旋螺旋一环一螺旋也称碱性一螺旋一环一螺旋(bHLH)这一类蛋白分子由两个a螺旋和它们之间的环状结构组成。氨基端含碱性氨基酸序列，带正电荷的侧链与DNA相互作用，决定转录因子的序列特异性。狡基端100一200个氨基酸残基可形成两个两性a螺旋，被非螺旋的环状结构所隔开。含有HLH的蛋白质一般会形成二聚体，通常二聚体的两个亚基由不同的基因编码，所以形成异二聚体。异二聚体化极大地增加了调控因子的多样性。研究发现，HLH类蛋白只有在形成同源或异源二聚体时，才具有足够的DNA结合能力。螺旋-环-螺旋(helix-loop-helix，HLH)MyoDprotein(developmentofmusclecells).Theyformbothhomo-andheterodimers.Basicregion:helix1结合位点转录因子的结合位点（transcriptionfactorbindingsite，TFBS）是指与转录因子结合的DNA序列，它们与转录因子相互作用调控基因的转录过程。长度通常在5-20bp范围内，一个转录因子往往能够调控若干个基因，而它在不同基因上的结合位点具有一定的保守性，又不完全相同，转录因子（transcriptionfactor，TF）的结合位点一般分布在基因的前端，但是，新的研究发现，人21和22号染色体上，只有22％的转录因子结合位点分布在蛋白编码基因的5'端。转录因子结合位点转录因子的转录调控区同一家族的转录因子之间的区别主要在转录调控区。转录调控区包括转录激活区(transcriptionactivationdomain)和转录抑制区(transcriptionrepressiondomain)二种。近年来，转录的激活区被深入研究。它们一般包含DNA结合区之外的30-100个氨基酸残基，有时一个转录因子包含不止一个转录激活区。如控制植物储藏蛋白基因表达的VP1和PvALF转录因子，它们的N-末端酸性氨基酸保守序列都具有转录激活能力，与酵母转录因子GCN4和病毒转录因子的VP16的酸性氨基酸转录激活区有较高同源性(Bobbetal.,1996)。典型的植物转录因子激活区一般富含酸性氨基酸、脯氨酸或谷氨酰胺等，如GBF(G-boxbindingfactor)含有的GCB盒(GBFconservedbox)激活结构域(lunwen114andBevan,1998)，NAC结构域等转录抑制区也是转录因子调控表达的重要位点，但是对其作用机理研究尚不深入，可能的作用方式有三种：1）与启动子的调控位点结合，阻止其它转录因子的结合。2）作用于其它转录因子，抑制其它因子的作用。3）通过改变DNA的高级结构阻止转录的发生。转录因子研究已成为目前研究的热点之一，近来发现一些转录因子，如Spl、HIF-1，Stat3、Egr-l、AP-1/2、NF一kB等，在一些肿瘤中表达及活性均明显异常，并且与病人预后密切相关，选择性干预这些转录因子的表达和活性可明显抑制肿瘤细胞的生存和转移潜能。然而过去的研究都集中于研究转录因子基因或蛋白表达与肿瘤生长、转移及其与相关基因调控之间的关系，但基因和蛋白水平的研究不能完全反映转录因子活性，转录因子活性主要体现在与特异性基因调控序列结合的能力，不仅受转录因子表达量的影响，还受蛋白翻译后修饰(如磷酸化)等的调控。转录因子活性检测常用的方法是凝胶电泳迁移率变动分析实验，但每次只能研究一种转录因子的活性，而传统的cDNA芯片技术并不能用于功能性研究。因此以往的研究仅限于单个转录因子活性与肿瘤转移的相关研究，缺乏系统的研究多个转录因子活性与肿瘤发生发展及转移的关系。我们应用最新的高通量技术---转录因子芯片--检测三种转移潜能不同的肝癌细胞系的转录因子活性谱差异。通过比较三组细胞转录因子活性谱，我们初步筛选出7个活性差异转录因子与人肝癌细胞转移潜能相关，其中有5个转录因子活性与肝癌细胞转移潜能呈正相关，包括p53、缺氧诱导因子—la(HIF-la)、NF-kB、Stat3和Spl;2个转录因子活性与肝癌细胞转移潜能呈负相关，包括Rb和Smad3。进一步的验证和分析这些转录因子及其对下游靶基因的调控机制，将有利于进一步了解肝癌转移机理，寻找更好的预测指标和干预靶点。Spl(specificityprotein1)转录因子Spl(specificityprotein1)转录因子是一种序列特异性的DNA结合蛋白，可特异性结合富含GC/GT序列的基因调控序列，广泛存在于几乎所有组织的细胞核中，参与多种生理和病理过程的调控，调控多种基因的转录。转录因子sp家族转录因子Spl(specificityproteinl)和其它sp(Sp2-Sp8)蛋白是一类转录因子家族，是一类序列特异性的DNA结合蛋白，特异性结合转录因子SP1是第一个被发现并克隆的转录因子，所有sp蛋白具有相似的结构域，其中，Sp3由于结构中含有一个抑制域(inhibitorydomain，ID)使sp3成为Sp家族中主要的转录抑制因子.近年来，与sP1具有相似结构及转录特性的转录因子(sp2-sp8)也被相继发现和克隆，完善了SP1转录因子家族，它们都是一类序列特异性的DNA结合蛋白。sP1在多种肿瘤中表现为异常表达和活化，组成型的转录因子SP1：GC-richTAFII110(TATA-bindingprotein)参与调控肿瘤细胞增殖、侵袭、血管生成等多种生物学功能，对转录因子SP1的功能和作用机制的深入研究将有利于进一步了解肿瘤转移机理，寻找更好的预测指标和干预靶点，Kumar