Негативная регуляция синтеза РНК

Позитивный контроль транскрипции у эукариот, в котором участвуют многочисленные активаторы транскрипции, играет ключевую роль в регуляции экспрессии их генов на уровне транскрипции. Однако негативная регуляция активности генов у эукариот является столь же жизненно важным регуляторным механизмом, как и у бактерий. Подавление транскрипции необходимо при установлении разделенных во времени и пространстве паттернов транскрипции в клетках различных тканей в онтогенезе, а также при изменении уровней синтеза РНК в ответ на регуляторные изменения в микроокружении клеток. Механизмы негативной регуляции экспрессии генов на уровне транскрипции у эукариот разнообразны.

Задержка транспорта факторов транскрипции из цитоплазмы в ядра. Подавление определенных генов может достигаться за счет задержки в цитоплазме соответствующих факторов транскрипции.

В хорошо изученном случае белки-активаторы семейства Rel задерживаются в цитоплазме и не переносятся в ядра вследствие их взаимодействия с белковыми факторами IxB. Все IxB-белки содержат один и тот же участок, гомологичный структурному белку анкирину и необходимый для их взаимодействия с Rel-белками. В результате такого контакта маскируется сигнальная последовательность Rel-белков, которая важна для их транспорта в ядра и активации транскрипции соответствующих генов. Диссоциация комплексов Rel-IxB, сопровождаемая транспортом Rel-факторов в ядра.

Активация факторов транскрипции из пула неактивных цитоплазматических комплексов обеспечивает быструю индукцию транскрипции в ответ на внешние регуляторные сигналы. Более того, эта регуляторная система предусматривает в случае необходимости и инактивацию Rel-факторов в ответ на соответствующие сигналы через изменение уровня фосфорилирования IxB-белков. Поскольку имеется целое семейство IxB-белков, обладающих разной специфичностью в отношении Rel-факторов, и различные белки семейства реагируют на разные внешние сигналы, такая система негативной регуляции является очень гибкой.

Предотвращение взаимодействия факторов транскрипции с регуляторными последовательностями на ДНК. Внутриядерное предотвращение связывания активаторов транскрипции с соответствующими регуляторными последовательностями на ДНК является еще одним широко распространенным механизмом негативной регуляции транскрипции у эукариот. В некоторых случаях негативно действующий фактор связывается с регуляторной последовательностью нуклеотидов, которая располагается по соседству с позитивным регуляторным элементом или перекрывается с ним. Это создает стерические препятствия для связывания последним активатора транскрипции, что предотвращает индукцию синтеза РНК. Функционирование такого в основном пассивного механизма зависит от взаимного расположения негативных и позитивных регуляторных последовательностей в промоторе. В данном случае для проявления активности негативного регулятора транскрипции необходимо его связывание с соответствующей последовательностью ДНК, и его действие не распространяется на другие регуляторные последовательности.

Образование гетеродимеров между субъединицами активаторов транскрипции. Многие факторы транскрипции взаимодействуют с ДНК в виде димеров. В димеризации участвуют специализированные домены этих белков, такие как "лейциновая застежка" или мотив "спираль-поворот-спираль". Имеется определенная неразборчивость в образовании гетеродимеров внутри родственных семейств факторов транскрипции.

Регуляторный белок Id у млекопитающих и его гомолог у дрозофилы являются антагонистами активаторов транскрипции, обладающих доменами типа "спираль-поворот-спираль". Эти белки взаимодействуют с факторами транскрипции, однако сами не имеют ДНК-связывающих доменов и, следовательно, подавляют активность своих партнеров по димеризации.

Подобные регуляторные воздействия играют важную роль в онтогенезе данных организмов. В случае других негативно действующих факторов образующийся димер взаимодействует с регуляторными последовательностями промоторов. Однако он утрачивает способность реагировать на внешние активирующие сигналы. В рассмотренном примере действие негативного белка-регулятора не ограничивается пассивной конкуренцией с активатором транскрипции за место посадки на ДНК, но способствует переводу белка-активатора в неактивную форму в виде гетеродимерного комплекса.

Многие негативно действующие факторы транскрипции являются продуктами генов, которые одновременно кодируют и активаторы транскрипции. Такие факторы-репрессоры синтезируются в результате альтернативного сплайсинга предшественника их мРНК или при альтернативном использовании инициирующих кодонов во время трансляции. Образование позитивно или негативно действующего фактора транскрипции во время экспрессии одного и того же гена регулируется в онтогенезе, в процессе дифференцировки тканей или в ответ на определенные внешние сигналы в конкретной группе клеток.