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10.11:

Controllo genico combinatorio

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Biologia Molecolare
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Combinatorial Gene Control

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L’espressione della maggior parte dei geni è regolata da più di un fattore di trascrizione, con molti geni attivati o disattivati usando diverse combinazioni di proteine. Questo controllo genico di combinazione, permette agli eucarioti di controllare con precisione la trascrizione. Il controllo genico combinatorio può regolare sia se un gene è trascritto, così come la sua efficienza trascrizionale.Considerate tre fattori di trascrizione, A, B, e C, che influenzano la trascrizione di un gene X.Se A è assente, il gene X non sarà trascritto. Se C è assente, il gene X non sarà trascritto. e se B è assente, l’efficienza trascrizionale diminuirà.Pertanto, la combinazione di tutti e tre i regolatori è necessaria per alti livelli di trascrizione del gene X.Un regolatore trascrizionale può partecipare alla regolazione di geni multipli. A insieme a B e C ha causato la trascrizione del gene X, ma A insieme ad un’altro fattore di trascrizione, D, può stimolare la trascrizione di un gene diverso, Y.00:01:12.010 00:01:14.680 Questo permette ad alcuni fattori di trascrizione di regolare un gran numero di geni. I fattori di trascrizione sono classificati in diverse famiglie e possono funzionare sinergicamente, con altre proteine della stessa famiglia o con quelle di diverse famiglie.Ad esempio, fattori di trascrizione appartenenti alla famiglia dei Pou, regolano i geni con una varietà di funzioni, che vanno dal servizio di pulizia alla differenziazione cellulare. Tuttavia, ci sono poche proteine in questa famiglia con solo 15 in esseri umani. La loro capacità di svolgere diverse funzioni dipende quindi, dal loro coordinamento con altri fattori di trascrizione di diverse famiglie.Il controllo genico combinatorio è necessario per la riprogrammazione, di in vitro, di cellule differenziate. L’espressione dei fattori di trascrizione Ott-4, Sox-2, klf-4, e c-Myc nelle cellule somatiche possono innescare la conversione alle cellule staminali. La riprogrammazione non avviene in assenza delle prime tre proteine, e l’assenza di c-Myc ne comporta una bassa efficienza di riprogrammazione.Il controllo combinatorio di tutti e quattro i fattori è necessario per la formazione di cellule staminali pluripotenti indotte.

10.11:

Controllo genico combinatorio

Combinatorial gene control is the synergistic action of several transcriptional factors to regulate the expression of a single gene. The absence of one or more of these factors may lead to a significant difference in the level of gene expression or repression.

The expression of more than 30,000 genes is controlled by approximately 2000-3000 transcription factors. This is possible because a single transcription factor can recognize more than one regulatory sequence. The specificity in gene expression occurs through these proteins working with each other in various combinations to regulate the expression of different genes. 

Combinatorial gene control occurs through several different mechanisms. In yeast, three different mechanisms have been described. In the waiting-activating system, all of the transcription factors required to regulate the expression of a gene bind to the DNA and only activate transcription when they receive a signal. For example, transcription factors that regulate genes needed in the late G1 phase of the cell cycle bind to the regulatory site of their target genes in early G1. However, they induce transcription only when a cyclin-protein kinase is activated in the late G1 phase. 

In joint-phase combinatorial control, the transcription factors required primarily for a particular phase of the cell cycle remain attached to the regulatory sequence throughout the cell cycle and participate cooperatively in the regulation of genes during other phases. For example, SBF and Fkh2 are two transcription factors that are primarily involved in the regulation of genes that need to be expressed in G1 and G2 phases respectively. However, certain essential genes that need to be expressed in S-phase are also regulated by the combined action of SBF and Fkh2.

The joint-process combination involves the use of a single transcription factor aided by different combinations of other transcription factors for the regulation of different cellular processes. For example, transcription factors that regulate the expression of genes needed in the G1 phase of the cell cycle, also participate in the regulation of genes required for the mating process in association with a different set of regulators.

Suggested Reading

  1. Reményi, A., Schöler, H. R., & Wilmanns, M. (2004). Combinatorial control of gene expression. Nature structural & molecular biology, 11(9), 812-815.
  2. Qi, H., & Pei, D. (2007). The magic of four: induction of pluripotent stem cells from somatic cells by Oct4, Sox2, Myc and Klf4. Cell research, 17(7), 578-580.
  3. Godini, R., & Fallahi, H. (2019). Dynamics changes in the transcription factors during early human embryonic development. Journal of cellular physiology, 234(5), 6489–6502. https://doi.org/10.1002/jcp.27386
  4. Kato, M., Hata, N., Banerjee, N., Futcher, B., & Zhang, M. Q. (2004). Identifying combinatorial regulation of transcription factors and binding motifs. Genome biology, 5(8), R56.