Diverse tipologie di fattori di trascrizione

L'inizio della trascrizione coinvolge molte interazioni proteina-proteina tra fattori di trascrizione legati al promotore o a un enhancer oltre che tra fattori ed RNA polimerasi. Possiamo dividere i fattori necessari per la trascrizione in parecchie classi: 1) i fattori basali insieme alla RNA polimerasi, si legano al punto di inizio e alla TATA box; 2) gli attivatori sono fattori di trascrizione che riconoscono brevi elementi consenso specifici e si legano a siti sul promotore o sugli enhancer, facendo aumentare l'efficienza con cui l'apparato basale si lega al promotore e quindi la frequenza della trascrizione; 3) i coattivatori, non legano direttamente il DNA, ma forniscono una connessione fra gli attivatori  l'apparato basale e funzionano mediante interazioni proteina-proteina, formando ponti fra gli attivatori e l'apparato di trascrizione; 4) alcuni regolatori, come le acetilasi, agiscono producendo cambiamenti alla cromatina. Comunque, gli attivatori e le altre proteine regolatrici richiedono due capacità: riconoscono sequenze bersaglio specifiche poste negli enhancer, nei promotori o in altri elementi regolatori che influenzano un particolare gene bersaglio e  dopo essersi legato al DNA, un attivatore esercita la sua funzione legandosi ad altri componenti dell'apparato trascrizionale. Spesso un attivatore ha domini separati che legano il DNA e attivano la trascrizione e ciascun dominio si comporta da modulo separato che funziona in modo indipendente quando è unito a un dominio dell'altro tipo. La geometria dell'intero complesso di trascrizione deve permettere al dominio attivatore di contattare l'apparato basale indipendentemente dalla posizione esatta e dall'orientamento del dominio che lega il DNA. Ad esempio, abbiamo visto che in un tipico attivatore batterico, come CAP, la funzione di legame al DNA e quella di attivazione sono separate. Un esempio per gli eucarioti, invece, ci è dato da Gal4. Questa proteina attiva la trascrizione del gene del galattosio nel lievito S. cerevisiae. Questi geni codificano enzimi che servono per il metabolismo del galattosio. Uno di questi è chiamato GAL1. Gal4 si lega a quattro siti disposti a 275 bp a monte di GAL1, e in presenza di galattosio, la trascrizione di GAL1 viene attivata di 1000 volte. I domini di legame e di attivazione di Gal4 furono individuati mediante due esperimenti. In un primo esperimento, l'espressione di un frammento N-terminale del gene GAL4 (codificante un terzo della proteina) produceva un polipeptide che legava normalmente il DNA ma non attivava la trascrizione, quindi presentava solo il dominio legante il DNA ma non quello attivatore. In un secondo esperimento, venne prodotto un gene ibrido codificante per i tre quarti della regione N-terminale di Gal4 fusa al dominio di legame al DNA del repressore batterico LexA. In questo grado caso la proteina di fusione era in grado di attivare la trascrizione dei geni per il galattosio. Questo esperimento dimostra che l'attivazione non è mediata solamente nella presenza del sito di legame al DNA. Di fatto, questo dominio è necessario per guidare il dominio di attivazione sul promotore. Altri esperimenti furono fatti in diversi organismi modello, ma in tutti questi si dedusse che il dominio del legame al DNA e quello di attivazione sono fisicamente separati.

Come abbiamo già visto nella regolazione procariotica, i regolatori si legano come dimeri al DNA bersaglio che normalmente presenta una sequenza simmetrica invertita. Ciascun monomero della proteina inserisce un'α elica nel solco maggiore del DNA in corrispondenza di una metà del sito di riconoscimento. Il legame, di norma, non richiede significative alterazioni strutturali sia della proteina che del DNA. La maggior parte delle proteine batteriche utilizzavano, per legarsi al DNA, un motivo strutturale noto con il nome di elica-giro-elica (helix-turn-helix). Una delle due eliche (l'elica di riconoscimento) combacia col solco maggiore del DNA e riconosce la specifica sequenza nucleotidica. L'altra elica, invece, prende contatto con gli zuccheri-fosfato del DNA, posizionando l'elica di riconoscimento in modo corretto e aumentando la forza di legame. Le stesse modalità di riconoscimento sono utilizzate nella maggior parte degli eucarioti, seppure con alcune variazioni. Una classe di proteine regolative degli eucarioti presenta l'elica di riconoscimento come parte di una struttura molto simile a un dominio elica-giro-elica; in altre proteine invece il sito di riconoscimento si presenta con una struttura non riscontrabile nei procarioti, quella degli eterodimeri, o anche come monomeri. L'omeodominio consiste di tre α eliche, di cui due formano la struttura elica-giro-elica. L'elica 3 è quella di riconoscimento al DNA, infatti si inserisce nel solco maggiore. I residui amminoacidici presenti sul lato esterno, invece, prendono contatto specifico con le coppie di basi. Quindi le regioni N-terminali e C-terminali dell'omeodominio sono le principali responsabili del contatto al DNA.
È comune che un attivatore abbia una struttura modulare in cui domini diversi sono responsabili dell'attacco al DNA e dell'attivazione della trascrizione e i fattori sono spesso classificati secondo il tipo di dominio che lega il DNA. Di solito un motivo relativamente breve presente in questo dominio è responsabile dell'attacco al DNA.