2) элонгации
3) терминации
4) аттенуации
Инициация является основным этапом регуляции транскрипции, поскольку именно в этот момент определяется, будет ли сформирован продуктивный комплекс для синтеза РНК. У эукариот активность гена зависит от доступности промотора, состояния хроматина, связывания общих и специфических факторов транскрипции, а также взаимодействия энхансеров с промотором через белковый комплекс Mediator. Для транскрипции генов, кодирующих белки, РНК-полимераза II рекрутируется к промотору после сборки преинициаторного комплекса; активация или репрессия этого процесса существенно изменяет уровень экспрессии гена.
На этапе инициации интегрируются сигналы клеточной дифференцировки, гормональной регуляции и внешних воздействий. Доступность регуляторных участков контролируется ремоделированием нуклеосом, ацетилированием и метилированием гистонов, а также метилированием ДНК. В прокариотах аналогичную функцию выполняют промоторы и регуляторные белки, включая активаторы, репрессоры и σ-факторы, определяющие специфичность связывания РНК-полимеразы. Элонгация и терминация также могут модифицироваться регуляторными механизмами, однако в типичной схеме контроля экспрессии они имеют вторичное значение по сравнению с инициацией.
| Уровень регуляции | Основной механизм | Характерное значение |
|---|---|---|
| Промотор | Связывание общих факторов транскрипции и РНК-полимеразы | Формирование преинициаторного комплекса и запуск транскрипции |
| Специфические факторы транскрипции | Активация или репрессия промоторов через ДНК-связывающие домены | Тканеспецифичная и индуцируемая экспрессия генов |
| Энхансеры и сайленсеры | Дистантное влияние на промотор посредством петлеобразования ДНК | Точная количественная и пространственно-временная настройка транскрипции |
| Эпигенетический контроль | Ремоделирование хроматина, модификации гистонов, метилирование ДНК | Изменение доступности регуляторных последовательностей без изменения первичной структуры ДНК |
| Элонгация | Паузы РНК-полимеразы, фосфорилирование её регуляторных доменов | Может ограничивать скорость и эффективность уже начавшейся транскрипции |
| Терминация | Распознавание сигналов остановки и высвобождение транскрипта | Определяет завершение синтеза РНК и корректность её 3′-конца |
| Аттенуация | Регуляторная остановка транскрипции, часто связанная с трансляцией лидерного пептида | Преимущественно прокариотический механизм, например в оперонах биосинтеза аминокислот |
С практической точки зрения нарушения инициации лежат в основе многих вариантов патологии экспрессии генов: мутации промоторов, энхансеров и участков связывания транскрипционных факторов могут приводить к снижению или эктопической экспрессии. При интерпретации генетических вариантов оценивают их расположение в регуляторных областях, консервативность последовательности и функциональные данные о влиянии на транскрипционную активность. Поэтому именно инициация рассматривается как главный контрольный пункт, определяющий включение гена и интенсивность образования первичного транскрипта.