Transkriptionsfaktoren - Enhancer / Silencer [Genregulation Eukaryoten] - [Biologie, Oberstufe]

In diesem Video schauen wir uns an, was man unter Transkriptionsfaktoren versteht und welche Funktion diese haben.

Transkriptionsfaktoren sind regulatorische Proteine, die, wie der Name bereits verrät, beim Vorgang der Transkription bei Eukaryoten eine wesentliche Rolle spielen. Und zwar, indem sie regulatorisch in diesem Prozess eingreifen können.

Sie können sowohl bewirken, dass die Transkriptionsrate erhöht wird, oder aber die Transkription gehemmt wird.

Die Transkription ist der erste Teil der Proteinbiosynthese, einem Vorgang, bei dem aus Gen, das sind bestimmte Abschnitte auf der DNA, Proteine hergestellt werden, die wiederum vielfältige und häufig auch lebensnotwendige Funktionen im menschlichen Körper erfüllen. Um Proteine zu synthetisieren, muss die DNA bei der Transkription zunächst in prä-mRNA umgeschrieben bzw. transkribiert werden, um anschließend bei der Translation als reife mRNA an den Ribosomen in die Aminosäuresequenz eines Proteins übersetzt zu werden. Vorgänge, die detailliert in weiteren Videos besprochen werden.

Warum sollte regulatorisch in dem Prozess der Proteinbiosynthese eingegriffen werden, indem z.B. Transkriptionsfaktoren die Transkription hemmen, wenn die Synthese von Proteinen doch so wichtig ist?

Nicht immer ist die Synthese eines jeweiligen Proteins notwendig. Etwa, weil es der Zelle schon in ausreichender Menge zur Verfügung steht. Denn man muss sich mal überlegen, dass die Proteinbiosynthese natürlich auch ein Energieaufwendiger Prozess ist. Wenig sinnvoll, Energie aufzuwenden für die Synthese eines Proteins, das von der Zelle zu einem bestimmten Zeitpunkt nicht gebraucht wird. Ein anderer wichtiger Faktor ist, dass jede differenzierte Zelle, z.B. eine Muskelzelle oder eine Leberzelle, ihre spezialisierte Funktion aufnehmen und aufrechterhalten muss. Eine Muskelzelle hat eine andere Aufgabe als eine Leberzelle, so dass auch in dieser zwangsläufig andere Proteine synthetisiert werden müssen.

Transkriptionsfaktoren regulieren die Genaktivität, wie viel Proteine als Genprodukt also hergestellt werden, auf Transkriptionsebene. Energetisch übrigens sinnvoll, so früh z.B. selektiv die Transkription zu hemmen, anstatt das Gen zu transkribieren, die mRNA zu translatieren und dann das fertige Protein erst zu hemmen, indem man es z.B. abbaut, nachdem man in diesem Vorgang bereits so viel Energie gesteckt hat.

Erinnert euch daran, dass für den Start der Transkription ein sogenannter Promotor erforderlich ist, an dem die RNA-Polymerase bindet und die Transkription in Gang setzt. Also die DNA in mRNA übersetzt. Die RNA-Polymerase kann allerdings nicht ohne weiteres an den Promotor binden. Das geschieht nur, wenn Transkriptionsfaktoren vorhanden sind und an den Promotor binden. Die Bindung der Transkriptionsfaktoren erfolgt in einem Bereich des Promotors, der auch als TATA-Box bezeichnet wird. Das ist auf den hohen Anteil von Adenin und Thyminbasen in diesem Bereich zurückzuführen.

Zuerst bindet das regulatorische Protein TFII D an die TATA-Box. Dadurch verändert sich sowohl die Struktur des Proteins, als auch die der DNA. Und das wiederum erlaubt die Bindung weiterer Transkriptionsfaktoren, die wir hier der Einfachheit halber mal Transkriptionsfaktor A und B nennen. Erst wenn an diesem Komplex mehrere Transkriptionsfaktoren gebunden sind, dockt die RNA-Polymerase an und startet die Transkription.

Im Umkehrschluss heißt das also, dass durch das Ausbleiben von Transkriptionsfaktoren die Transkription entsprechend gehemmt werden kann. Zusätzlich zum Promotor können regulatorische Proteine auch an weiteren kurzen DNA-Sequenzen binden und auf diese Weise mit der RNA-Polymerase wechselwirken, wodurch die Transkriptionsrate entweder erhöht oder gehemmt werden kann. Zu unterscheiden sind sogenannte Silencer-Sequenzen, an denen Repressorproteine binden, und Enhancer-Sequenzen, an denen Aktivatorproteine binden.

Während die Bindung von Aktivatorproteinen an Enhancer-Sequenzen die Transkriptionsrate erhöhen, wird die Transkription durch an Silencer-Sequenzen gebundene Repressorproteine unterdrückt. Enhancer und Silencer-Sequenzen können in der Nähe des Promotors, aber auch bis zu 20.000 Basenpaare von diesem entfernt liegen. Durch die Bindung der regulatorischen Proteine an die Sequenzen, können sie interagieren mit der RNA-Polymerase und verursachen eine Biegung der DNA, sodass auch weiter entfernte Enhancer bzw. Silencer-Sequenzen mit dem Transkriptionskomplex in Kontakt treten können. Transkriptionsfaktoren, wie eben schon beschrieben, sind Bestandteil eukaryotischer Zellen. In Prokaryoten fehlen diese. Prokaryoten, Zellen ohne Zellkern, wie z.B. Bakterien, müssen über andere Mechanismen der Genregulation verfügen. Ein solcher Mechanismus ist das Operon-Modell, zu dem ich bei Bedarf gerne ein weiteres Video zu mache.