Fator de transcrição

Fatores de transcrição ou TFs são proteínas que se ligam ao DNA de células eucarióticas e permitem que haja uma ligação entre a enzima RNA-polimerase e o DNA, assim há a transcrição e a futura tradução. Existem os fatores gerais de transcrição necessários para o início da transcrição e outros fatores reguladores da trancrição como os ativadores e repressores.

As proteínas desses conjunto são classificadas em 3 tipos:

• TF I - proteínas que são imprescindíveis para a ligação a RNA-polimerase I, responsáveis pela transcrição de genes que resultam em RNAs ribossomais.
• TF II - proteínas que são imprescindíveis para a ligação a RNA-polimerase II, responsáveis pela transcrição de genes que resultam em RNAs mensageiros.
• TF III - proteínas que são imprescindíveis para a ligação a RNA-polimerase III, responsáveis pela transcrição de genes que resultam principalmente em RNAs transportadores.

Da mesma forma, essas proteínas podem inibir a transcrição.

Essas proteínas são essenciais na comunicação genética, controle da expressão genética, ver Redes Funcionais.

Fatores de transcrição

A transcrição do DNA em bactérias e eucariontes acontece de forma semelhante. Entretanto, nas bactérias há somente um tipo de RNA polimerase e um tipo de fator inicial necessário para a transcrição (fator sigma). Já nos eucariontes, há três tipos de RNA polimerases, e são necessários vários fatores para que haja uma transcrição eficiente. Esses fatores são chamados de fatores gerais de transcrição (GTFs, General Transcriptional Factors). Os fatores de transcrição desempenham coletivamente as funções realizadas pelo fator sigma na transcrição bacteriana. Eles facilitam a ligação da polimerase com o promotor, desnaturam o DNA, auxiliam a polimerase a escapar da região do promotor e passar para a fase de alongamento. Os GTFs junto da polimerase constituem o complexo de pré-ínicio. Este complexo de pré-início se forma na região promotora. O fator TFIID reconhece o elemento TATA (sequência conservada presentes nos promotores) e uma das suas subunidades é chamada TBP (TATA binding protein). A TBP é capaz de distorcer a sequência TATA e permitir o recrutamento de outros fatores gerais de transcrição e da própria polimerase ao promotor. Além desses fatores gerais de transcrição, importantes para o início da transcrição em eucariontes, existem também proteínas reguladoras da transcrição, como os ativadores e repressores.

(Os organismos possuem diversos tipos de células e tecidos, tornando-os capazes de perceber e responder à mudanças ambientais. Isso é possível graças à alteração da expressão gênica, que resulta em variação fenotípica.) Diversos elementos são responsáveis pela regulação da expressão gênica em cada célula de um organismo, as mais comuns são: Promotores, Enhancers e Silencers. Todos esses elementos são sequências genômicas de DNA que atuam como alvo para o acoplamento de Fatores de Transcrição (TFs), sendo Elementos de Regulação da Transcrição em Cis. Promotores são regiões de DNA, em geral, adjacentes à região 5´ do sítio de início da transcrição do gene associado. Os promotores são responsáveis pela ancoragem de Fatores Gerais de Transcrição e proteínas associadas ao complexo de transcrição, que permitem a processividade das RNAs polimerases. Existem diversos tipos de promotores, alguns específicos que só permitem a transcrição do gene associado na presença de determinadas moléculas (o que permite a regulação temporal e local da expressão gênica), e Promotores Constitutivos que estão sempre auxiliando a ancoragem do Complexo de Pré- iniciação da Transcrição. Enhancers são regiões de DNA que possuem afinidade por Fatores de Transcrição Ativadores, ou seja, são capazes de interagir com TFs que elevam a taxa de transcrição de um determinado gene ao qual está associado. Silencers, por sua vez, são regiões de DNA com afinidade à Fatores de Transcrição Repressores, que reduzem a taxa de transcrição do gene associado.

(Ao contrário dos Promotores, que são geralmente localizados adjacentes à região a ser transcrita, Silencers e Enhancers podem estar localizados a grandes distâncias, medida em unidades de pares de bases nucleotídicas, da unidade de transcrição do gene alvo de sua regulação. A Cromatina é uma estrutura tridimensional e portanto, distâncias lineares nos cromossomos podem ser convertidas em pequenas distâncias espaciais. E é dessa maneira de Enhancers e Silencers são capazes de regular a transcrição de genes à distâncias lineares de até mesmo quilobases. Enhancers e Silencers são reconhecidos por moléculas que conseguem recrutar Coesinas ( proteínas que, entre outras funções, são responsáveis pela conformação da cromatina) que formam alças na cromatina para aproximar espacialmente os Elementos de Regulação da Transcrição em Cis ( Silencers e Enhancers) dos promotores do gene alvo de sua regulação. A aproximação espacial implica na maior concentração local de elementos que reconhecem os Enhancers ou Silencers, e que irão reforçar e deprimir a transcrição, respectivamente.)

Panorama do paradigma atual do controle da Transcrição Gênica por Fatores de Transcrição

- A regulação espaço-temporal

A regulação ser regulada espaço-temporalmente quer dizer que cada célula é capaz de apresentar um padrão de expressão gênica baseada nas suas características intrínsecas e sob influências extrínsecas. Isso fica muito claro durante a Embriogênese, quando surgem as primeiras diferenciações celulares. A Diferenciação celular implica em um Transcriptoma diferente, pois em última instância o que diferencia as células são as proteínas presentes em cada célula. O contexto das células é muito importante para a regulação da expressão gênica, muitas vias de sinalização fundamentais para o desenvolvimento embrionário dependem de sinalização intercelular que culminam na presença (ou ausência) de fatores de transcrição, dessa maneira, o local, o estágio de desenvolvimento ontogenético, as condições extra-organismais ( temperatura, pH, umidade, presença de toxinas) afetam o transcriptoma de uma célula.

- Mecanismos de interação dos TFs

A maneira como os fatores de transcrição interagem com os Elementos de Regulação da Transcrição em Cis é muito variável, um mesmo Enhancer ou Silencer, por exemplo, possuem diversos sítios de ligação para vários tipos de Ativadores ou Repressores, dessa maneira, a interação dos Fatores de Transcrição pode ser dividida em algumas classes: ‘’Switch On/Off’’: São interações tudo ou nada. A presença de alguns ativadores ou repressores nos enhancers ou silencers, respectivamente, irão definir qual o perfil de influência desse Elemento de Regulação em Cis sobre o seu gene alvo.

Aditivo: São tipos de interações em que a quantidade e diversidade de ativadores ou repressores ligados aos Enhancers e Silencers importa, de forma que a intensidade de sua influência sobre o gene alvo será modulada pela quantidade e diversidade de sítios de ligação que estiverem ocupados por Fatores de Transcrição.

Cooperativo: Essas interações em que Fatores de ligação ligados aos Enhancers ou Silencers em sítios Adjacentes são capazes de interagir, além de com o Elemento de Regulação da Transcrição em Cis através do sítio de ligação, entre sí. Portanto além da Interação Proteína-DNA ( Fator de Transcrição- Elemento de Regulação da Transcrição em Cis) há também interação Proteína-Proteína ( Fator de Transcrição-Fator de Transcrição). Dessa maneira, quando dois Fatores de Transcrição ligados à sítios adjacentes interagem entre si, são capazes de intensificar ou amenizar o efeito resultante.

- Expressão Gênica é resultado de propriedades Combinatórias

Sabendo que cada Silencer e Enhancer possui diversos sítios de ligação à Fatores de Transcrição é esperado que o seu efeito sob a expressão gênica seja Combinatório, sendo que cada Elemento de Regulação da Transcrição em Cis irá interferir- ou não- na transcrição do gene alvo de acordo com a resultante das interações nos seus sítios de ligação. Além disso pode-se levar em conta que mais de um Enhancer ou Silencer pode ter como alvo de regulação um mesmo loco gênico, e portanto a sua transcrição será resultado das influências ‘’pró-transcricionais’’ dos enhancers contra as influências ‘’anti-transcricionais’’ dos Silencers.

- Modulação de especificidade por co-fatores

A presença de Co-fatores pode alterar a especificidade com que um Fator de transcrição se liga à um sítio. A ligação de um fator de transcrição depende de um motivo protéico, que é a região da proteína capaz de reconhecer uma sequência de DNA (no caso dos Fatores de transcrição), e a sequência de DNA pela qual esse motivo tem afinidade pode mudar de acordo com a presença de co-fatores. Desse modo, um mesmo Ativador ou Repressor pode se ligar a sítios de ligação de Fatores de Transcrição diferentes.

Os Fatores de Transcrição Hox, muito famosos pela determinação do padrão de segmentação corporal em animais, foram reportados por sofrerem influência de co-fatores que alteram a especificidade com que essa proteína reconhece determinado sítio de ligação. 

A especificidade de reconhecimento de sítios de ligação distintos por efeito de co-fatores é denominada ‘’Especificidade Latente’’.

- Acessibilidade da cromatina

Como dito anteriormente, a cromatina é uma estrutura tridimensional e que pode adquirir diversas conformações distintas. Diversas proteínas são responsáveis por ancorar e condensar a cromatina, dentre as mais famosas estão laminas nucleares, coesinas e as Histonas. Histonas são proteínas essenciais para a condensação e formação de nucleossomos na cromatina. As histonas têm sido muito estudadas recentemente pela Epigenética. Todas essas proteínas interagem diretamente com o DNA genômico e portanto, podem ocupar ou expor sítios de ligação de Fatores de Transcrição ( e diversos outros tipos de proteínas ligantes de DNA) interferindo assim, na acessibilidade à cromatina.

Foi demonstrado que em drosófilas e mamíferos o posicionamento de Nucleossomos (estruturas formada por complexos de histonas) pode competir por acesso à sítios de ligação com Fatores de Transcrição, e que as regiões mais ocupadas por Fatores de Transcrição são regiões com depleção de Nucleossomos.

Algumas enzimas, proteínas nucleares e até hormônios são capazes de alterar a conformação da cromatina, deslocando nucleossomos e expondo sítios de ligação de Fatores de Transcrição previamente indisponíveis.

Da ocupação de sítios à regulação da transcrição

Como demonstrado acima, a regulação pode ser resultado de diversos fatores e outros diversos fatores podem alterar a ocupação de sítios de ligação. Portanto, a presença de fatores de transcrição relacionados à ativação ou repressão de determinado gene não implica, necessariamente, na ativação ou repressão do mesmo. A regulação é multifatorial e combinatória, depende portanto do contexto ( etapa do desenvolvimento, tipo celular, condições ambientais,etc). A comparação de eventos de ligação de FT e regulação da expressão gênica têm demonstrado que em Eucariotos complexos, apenas de 10-25% dos eventos de ligação de FT´s resultam em regulação de fato dos seus genes alvos. A pergunta que está sendo feita hoje então é : Quais ligações de FT´s são de fato funcionais? Alguns estudos apontam que isso pode ser subestimação por redundância funcional da regulação e outros apontam que, de fato, a maior parte de interações de FT`s reguladores são não-funcionais.