Fator de transcrição
Factores de transcrição (TF) são proteínas que se ligam ao DNA de células eucarióticas para permitir que haja uma ligação entre a enzima RNA-polimerase e o DNA, permitindo assim a transcrição e a futura tradução.Qualquer proteína necessária para o início da transcrição, mas que não seja parte integrante do RNA polimerase.
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Os fatores de transcrição são essenciais para a regulação da expressão genética e, como consequência, encontram-se em todos os seres vivos. O número de fatores de transcrição que um organismo possui aumenta com o tamanho do genoma, e genomas maiores tendem a ter mais fatores de transcrição por gene. Existem aproximadamente 2600 proteínas no genoma humano que contêm domínios de ligação ao ADN, e pensa-se que a maioria delas funcionam como fatores de transcrição. Assim sendo, aproximadamente 10% dos genes do genoma codificam factores de transcrição, fazendo desta família de proteínas a mais extensa entre as proteínas humanas. Além disso, os genes são frequentemente ladeados por múltiplos locais de ligação para diferentes factores de transcrição, e a expressão eficiente de cada um destes genes requer a acção cooperativa de vários factores de transcrição diferentes (por exemplo, no caso dos factores nucleares dos hepatócitos). Portanto, a utilização combinada de um conjunto de aproximadamente 2000 factores de transcrição humanos explica facilmente a regulação particular de cada gene no genoma humano durante o desenvolvimento do organismo.
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Os fatores de transcrição ligam-se a regiões amplificadoras (enhancers) ou a promotores do ADN adjacentes aos genes que regulam. Dependendo dos fatores de transcrição, a transcrição dos genes adjacentes é potenciada ou reduzida. Os fatores de transcrição utilizam diversos mecanismos para a regulação da expressão génica. Estes mecanismos são:
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Os fatores de transcrição são um dos grupos de proteínas que leem e interpretam o projeto ou modelo ("blueprint") genético do ADN. Ligam-se ao ADN e ajudam a iniciar um programa que aumenta ou diminui a transcrição génica. São vitais para muitos processos celulares. A seguir indicam-se algumas das importantes funções e papéis biológicos nos quais estão envolvidos os fatores de transcrição:
Regulação da transcrição basal
Nos eucariotas, é necessária uma importante classe de fatores de transcrição chamados fatores de transcrição geral (GTFs) para que ocorra a transcrição. Muitos destes fatores de transcrição geral não se ligam realmente ao ADN, mas são parte de um complexo de pré-iniciação da transcrição grande que interage diretamente com a ARN polimerase. Os fatores de transcrição geral mais comuns são: TFIIA, TFIIB, TFIID (ver também proteína de ligação à TATA), TFIIE, TFIIF, e TFIIH. O complexo de pré-iniciação ligam-se a regiões promotoras do ADN a montante (na direção 5') do gene que regulam.
Potenciação diferencial da transcrição
Outros fatores de transcrição regulam diferencialmente a expressão de vários genes ao ligarem-se a regiões amplificadoras (*enhancers*) do ADN adjacentes aos genes regulados. Estes fatores de transcrição são fundamentais para garantir que os genes se expressam na célula correta no momento correto e na quantidade adequada, dependendo dos requisitos mutáveis do organismo. Muitos fatores de transcrição nos organismos multicelulares estão implicados no desenvolvimento. Respondendo a sinais (estímulos), estes fatores de transcrição ativam ou desativam a transcrição dos genes apropriados, o qual, por sua vez, permite que ocorram mudanças na morfologia celular ou atividades necessárias para a determinação do destino da célula e a diferenciação celular. A família de fatores de transcrição Hox, por exemplo, é importante para uma adequada formação do padrão corporal em organismos tão diversos como as moscas da fruta e os humanos. Outro exemplo é o fator de transcrição codificado pela região determinante do sexo do cromossoma Y (gene SRY), que desempenha um papel principal na determinação do sexo nos humanos.
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É comum na biologia que os processos importantes tenham múltiplas camadas de regulação e controlo. Isto ocorre também com os fatores de transcrição. Os fatores de transcrição não só controlam o grau de transcrição para regular as quantidades de produtos génicos (ARN e proteínas) disponíveis para a célula, como também os próprios fatores de transcrição estão regulados (frequentemente por outros fatores de transcrição). A continuação faz-se uma breve sinopse de algumas das vias por meio das quais se regulam os fatores de transcrição:
Síntese
Os fatores de transcrição (como todas as proteínas) são transcritos a partir de um gene de um cromossoma a ARN, e depois o ARN é traduzido a proteínas. Qualquer destes passos pode ser regulado de modo que afete à produção (e deste modo à atividade) do fator de transcrição. Uma implicação interessante disto é que os fatores de transcrição podem regular-se a si mesmos. Por exemplo, num laço de retroalimentação negativa, os fatores de transcrição atuam como o seu próprio repressor: Se a proteína fator de transcrição se liga ao ADN do seu próprio gene, fará diminuir a sua própria produção. Este é um mecanismo que serve para manter um fator de transcrição em níveis baixos na célula.
Localização nuclear
Nos eucariotas, os fatores de transcrição, tal como a maioria das proteínas (umas poucas transcrevem-se nas mitocôndrias e cloroplastos), são codificados no núcleo celular, mas são depois traduzidas no citoplasma. Muitas proteínas que são ativas no núcleo contêm um sinal de localização nuclear que serve para as dirigir ao núcleo. Para muitos fatores de transcrição este é um ponto-chave na sua regulação. Importantes classes de fatores de transcrição, como os receptores nucleares devem ligar-se primeiro a um ligando enquanto estão no citoplasma, para depois poderem ser deslocados ao núcleo.
Ativação
Os fatores de transcrição podem ser ativados (ou desativados) por meio do seu domínio sensível ao sinal por diversos mecanismos entre os quais estão:
Acessibilidade ao sítio de ligação ao ADN
Nos eucariotas, o ADN está organizado juntamente com proteínas histonas formando partículas compactas, chamadas nucleossomas, nas quais cerca de 147 pares de bases do ADN dão duas voltas à volta de um octámero central de histonas. O ADN dos nucleossomas é inacessível para muitos fatores de transcrição. Alguns fatores de transcrição, denominados fatores pioneiros podem apesar de tudo ligar-se aos seus sítios de ligação ao ADN no ADN nucleossómico. Para a maioria dos outros fatores de transcrição, o nucleosoma deve ser ativamente removido por motores moleculares como os remodeladores da cromatina. Alternativamente, o nucleosoma pode ser parcialmente desenrolado por flutuações térmicas que permitem um acesso temporário ao sítio de ligação do factor de transcrição. Em muitos casos os fatores de transcrição devem competir para se ligarem ao seu sítio de ligação ao ADN com outros fatores de transcrição e proteínas cromatínicas histonas e não histonas. Pares de fatores de transcrição e outras proteínas podem ter papéis antagonistas (ativador contra repressor) na regulação de um mesmo gene.
Disponibilidade de outros cofactores/fatores de transcrição
A maioria dos fatores de transcrição não funcionam sozinhos. Frequentemente, para que ocorra a transcrição de um gene devem ligar-se às sequências reguladoras do ADN vários fatores de transcrição. Este conjunto de fatores de transcrição, por sua vez, recruta proteínas intermédias como os cofatores correguladores que permitem um recrutamento eficiente do complexo de pré-iniciação e a ARN polimerase. Assim, para que um só fator de transcrição inicie a transcrição, todas estas outras proteínas devem estar presentes também, e o fator de transcrição deve estar num estado em que possa ligar-se a elas se for preciso.
Os fatores de transcrição têm uma estrutura modular e contêm os seguintes domínios:
Os domínios de transativação (TADs) são assim denominados pela sua composição em aminoácidos. Estes aminoácidos são essenciais para a sua atividade ou simplesmente os mais abundantes no TAD. A transativação pelo sistema do fator de transcrição Gal4 é mediada por aminoácidos de carácter ácido, e no sistema Gcn4 são os resíduos de carácter hidrofóbico que desempenham um papel similar. Desta forma, os domínios de transativação em Gal4 e Gcn4 denominam-se domínios de ativação ácidos ou hidrofóbicos, respetivamente. Um domínio de transativação de nove aminoácidos (9aaTAD) define um novo domínio comum a uma grande superfamília de fatores de transcrição eucarióticos representados por Gal4, Oaf1, Leu3, Rtg3, Pho4, Gln3, Gcn4 em leveduras, e por p53, NFAT, NF-κB e VP16 em mamíferos. A predição de 9aa TADs (ácidos ou hidrofóbicos) está disponível online em ExPASy e em EMBnet Spain Os fatores de transcrição do tipo 9aaTAD p53, VP16, MLL, E2A, HSF1, NF-IL6, NFAT1 e NF-κB interagem diretamente com os coativadores gerais TAF9 e CBP/p300. Os 9aaTADs de p53 interagem com TAF9, GCN5 e com múltiplos domínios de CBP/p300 (KIX, TAZ1, TAZ2 e IBiD).
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A porção (domínio) do fator de transcrição que se liga ao ADN é denominada domínio de ligação ao ADN (DBD). Abaixo está uma lista parcial de algumas das maiores famílias de domínios de ligação ao ADN/fatores de transcrição:
Imagem: [Neural Induction. Daniel C. Weinstein and Ali Hemmati-Brivanlou Annual Review of Cell and Developmental Biology 1999 15:1, 411-433 ] · BY-SA · Openverse
A sequência do ADN à qual se liga um fator de transcrição é chamada sítio de ligação do fator de transcrição ou elemento de resposta. Os fatores de transcrição interagem com os seus sítios de ligação utilizando uma combinação de atração eletrostática (como as pontes de hidrogénio) e forças de Van der Waals. Devido à natureza destas interações químicas, a maioria dos fatores de transcrição liga-se ao ADN de um modo específico de sequência. Contudo, nem todas as bases do sítio de ligação do fator de transcrição podem realmente interagir com o fator de transcrição. Além disso, algumas destas interações podem ser mais fracas do que outras. Assim, os fatores de transcrição não se ligam apenas a uma sequência, mas podem ligar-se a um conjunto de sequências muito similares, a cada uma delas com uma diferente força de interação. Por exemplo, embora o sítio de ligação de consenso para a proteína de ligação à TATA (TBP) seja TATAAAA, o fator de transcrição da proteína de ligação à TATA pode também ligar-se a sequências similares como TATATAT ou TATATAA.
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Os fatores de transcrição são importantes na medicina por duas razões: (1) as mutações nestes fatores podem estar associadas a determinadas doenças, e (2) os fatores podem ser o alvo de certos medicamentos.
Transtornos
Algumas doenças humanas estão associadas a mutações nos fatores de transcrição, devido aos seus importantes papéis no desenvolvimento, sinalização intercelular, e ciclo celular. Muitos fatores de transcrição são supressores de tumores ou oncogenes, e, as mutações ou a regulação anormal neles está associada ao cancro. Conhecem-se três grupos de fatores de transcrição que são importantes no cancro humano: (1) as famílias NF-kappaB e AP-1, (2) a família STAT e (3) os recetores de hormonas esteroides. A tabela indica alguns exemplos que foram bem estudados:
Alvos Potenciais de Medicamentos
Aproximadamente 10% dos fármacos prescritos atualmente têm como alvos diretos os fatores de transcrição da classe dos recetores nucleares. Exemplos são o tamoxifen e bicalutamide para o tratamento do cancro da mama e do cancro da próstata, respetivamente, e vários tipos de anti-inflamatórios e esteroides anabólicos. Além disso, os fatores de transcrição são frequentemente modulados indiretamente por fármacos por meio de cascatas de sinalização. Nos tratamentos, seria possível visar outros fatores de transcrição menos explorados, como o NF-κB, com novos fármacos. Acredita-se que os fatores de transcrição que não pertencem à família dos recetores nucleares são mais difíceis de atingir com pequenas moléculas terapêuticas, mas estão a ser feitos progressos na via de sinalização Notch.
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Existem diferentes tecnologias aplicáveis para a análise de fatores de transcrição. No nível genómico, são utilizadas comummente a sequenciação do ADN e a pesquisa em bases de dados. A versão proteica concreta do fator de transcrição pode ser detetada utilizando anticorpos específicos. A amostra é detetada com a técnica de western blot. Utilizando o ensaio de retardo na mobilidade eletroforética (EMSA), pode ser detetado o perfil de ativação do fator de transcrição. Uma abordagem multiplex para o estudo do perfil de ativação é o sistema de chip TF no qual vários fatores de transcrição podem ser detetados em paralelo. Esta tecnologia é baseada nas micromatrizes de ADN (microarrays), que fornecem a sequência específica de ligação ao ADN para o fator de transcrição na superfície da matriz.
