使用的文献：Thyroid transcription factor 1 enhances cellular statin sensitivity via perturbing cholesterol metabolism
复习中心法则
- 在生物体中，为了实现各种生理功能，细胞内最重要的事件是基因表达的完成。基于此，Click在1958年提出著名的中心法则。中心法则指出，存储于DNA中的遗传信息，需要通过转录过程形成RNA，随后RNA再通过翻译形成蛋白质，才能获得有效的基因表达。
- 其中，以DNA作为遗传信息的模板，直到RNA形成的过程被称为转录(transcription)。在转录过程中，RNA的合成起始于DNA模板的一个特定位点，并在另一个特定位点终止。从转录的起始位点到转录的终止位点，所形成的转录片段被称为转录单位。RNA合成的起始位点通常被称为转录起始点transcription start site,TSS。控制转录起始的区域通常被称为启动子promoter，控制转录终止的区域被称为终止子terminator。
- 转录是一个选择性很强的过程：机体内的细胞由于周围环境的变化，或者是发育阶段的不同，细胞会根据细胞内外所处的生理环境的特殊性而差异性地合成不同的转录产物。这是生命有机体对于外界刺激和生理环境的一种有效应答。
- 转录是一个复杂的生物学过程，需要很多分子的共同参与。除了本次套路课的主角转录因子之外，在转录过程中还需要RNA聚合酶、骨架蛋白、转录调控激活因子、转录调控抑制因子，甚至很多的LncRNA分子都参与了转录过程。初学者往往会犯的一个概念性错误是，以为只需要转录因子的作用就足以启动下游基因的转录，这是一个误解，转录因子虽然重要，但是如果要完成整个转录过程，还是需要很多其他因子共同参与，协同作用的结果。
转录因子
- 让我们给转录因子下一个定义：转录因子是一类序列特异性的DNA结合蛋白，它能调控遗传信息从DNA转录到RNA的速率和过程。
转录因子的特征
- 第一个特征是结构上的特征。从结构上看，转录因子的分子内至少含有一个DNA结合结构域，DNA binding domain DBD。正是由于转录因子含有DBD，从而保证了转录因子可以和下游基因具有特定结构的DNA序列发生结合，并调控下游基因的转录过程。有些蛋白，例如转录共激活因子，组蛋白的各种修饰酶等，虽然也可以参与调控基因的转录，但是由于这些蛋白因子不含有DNA结合结构域DBD，因此这类分子就不能算是转录因子，只能算作转录调控因子。
- 第二个特征是功能上的特征。当基因开始转录时，RNA聚合酶是无法直接识别并结合到基因的核心启动子区域的，它需要转录因子的辅助。转录因子一方面可以通过自身的DNA结合结构域和基因的启动子区域结合，另一方面又能通过与RNA聚合酶结合，从而形成一个基因转录启动子区域-转录因子-RNA聚合酶-其他辅助调控因子的转录起始复合物，从而使基因的表达成为现实。因此，转录因子最重要的功能是调控下游基因的表达开和关的状态。机体通过转录因子在转录水平的调控，从而保证基因在正确的时间，在正确的细胞内表达出最合适的表达量，以应对细胞内外所处的不断变化的环境刺激。
转录因子的分类
根据转录因子对于转录作用的特异性特征进行分类。按照这类原则，可以将转录因子分为两大类，通用性转录因子和特异性转录因子。
- 通用性转录因子对于转录过程是必不可少的，它们是转录起始复合物的必须组分之一。也就是说，通用性转录因子参与了所有基因的转录过程，但是这类转录因子对于基因转录的时序调控是没有作用的。最常见的通用性转录因子有TF2A、TF2B等等。
- 特异性转录因子。这类转录因子通过和下游基因调控区域上的DNA片段相结合，并且介导了下游基因的特异性时序调控。这类转录因子与基因调控区域的DNA片段结合并且发生相互作用，对下游基因的表达实行精确调控。这样的精确调控可以保证机体面对变化的生理环境时，特定的基因可以在正确的空间、正确的时间表达最适宜的丰度。这类转录因子才是我们研究的重点，它可以参与调节很多的生理、生化、病理过程，例如细胞周期调控、细胞外环境信号的响应、细胞内信号通路的调节、机体或细胞的生长发育、代谢调控、免疫应答以及肿瘤发生等等。第二种是根据转录因子的DNA结合结构域特征进行分类。
根据转录因子的DNA结合结构域(DBD)的特征进行分类
- 根据结构生物学的研究发现，转录因子的结构具有模块化的特点。在转录因子的序列中通常含有以下几种模块：
- DNA结合结构域(DNA binding domain (DBD))：该结构域帮助转录因子与基因的上游调控区域的特定片段之间进行结合。
- 转录活化模块(trans-activation domain)：该结构域帮助转录因子和其他辅助因子之间发生相互作用，从而达到更精细化调控基因转录的目的。
- 二聚化模块(diametization domain)：该结构域是转录因子形成二聚体的功能模块。
- 信号探测模块(signal sensing domain SSD)：该结构域帮助转录因子探测外部信号并传递给转录因子的其他成员，最终对下游基因的表达进行调控。
在转录因子的这些结构域当中，对转录因子的转录功能起到决定性影响的是DNA结合结构域DBD。因此，转录因子也可以根据DNA结合结构域分成四个大类
- Basic domain
- 这种类型的转录因子，它的DNA结合结构域最主要的特点是含有两个α螺旋，这两个α螺旋之间由一段loop序列相连。
- 这一类的转录因子通常会和其他分子形成同源或者异源二聚体而发挥作用。
- 在含有Basic domain的转录因子中，两个α螺旋的大小是不同的，其中一个较大的α螺旋通常含有很多的碱性氨基酸，并且能够和DNA序列发生结合。另一个是较小的α螺旋，由于这个α螺旋的体积较小，再加上loop连接序列具有较大的空间灵活性，从而使得较小的α螺旋可以和另一个分子上的结构发生相互作用并且形成二聚体，以二聚体的形式调控下游基因的转录。
- 总而言之，这一类的转录因子所共有的结构是，通过一个较小的α螺旋和其他分子形成二聚体，通过另一个较大的α螺旋和DNA的相关序列结合，从而起到调控基因转录的功能。
- 含有Basic Domain转录因子是一个大类的转录因子家族，其中研究最为深入的就是Basic Leucine Zip Domain，也就是我们常说的亮氨酸拉链结构，代表分子是CREB1。另一类是Basic Helix-Loop Helix Domain，也就是我们常说的螺旋环螺旋结构域，代表性分子是Mil-d
- Zinc-coordinating DNA binding domain
- 在这类结构当中，锌指结构域是研究最为广泛的结构。锌指结构域是一种有结合DNA能力的蛋白质结构域，它包含两个反平行的β-sheet和一个α螺旋所形成。锌离子是维持这个结构域稳定的关键。
- 研究发现，锌指结构域内含有锌离子结合位点Zinc Binding Domain(ZBD)。锌指结构通过ZBD和半胱氨酸或者是组氨酸形成配位键，从而维持了锌指结构域的稳定。
- 每个锌指结构域都高度保守，由大约30个氨基酸残基组成，形成一个包含有锌离子以及两个β-sheet和一个α螺旋的构造。锌指结构域还可以根据锌离子结合半胱氨酸或者组氨酸残基的差异，将锌指结构域进一步细分为C2H2，C4，C6等多种类型，其中C2H2类型的锌指结构域居多。
- 需要特别注意的是，并不是含有锌指结构域的蛋白就一定是转录因子，因为通常只有C2H2，C4，C6这几种类型的锌指结构，才能够介导锌指蛋白和DNA之间的相互结合，调控下游基因的转录。
- 其他类型的锌指蛋白虽然不参与基因表达的转录调控，但是却可以作为蛋白质识别模板，借导蛋白蛋白之间的相互作用，或者参与mRNA的成熟、剪切、降解等转录后的调控过程。
- Helix-turned helix
- 称为螺旋-转角-螺旋结构域，缩写HTH domain。HTH结构域是一种常见的DNA结合结构域。
- 在这种结构当中，HTH结构域同样含有两个α螺旋，一个位于结构域的N末端，另一个位于结构域的C末端。在这两个螺旋之间，有一段很短的肽链相连。
- 在绝大多数情况下，位于C末端的α螺旋起到了识别DNA序列的功能，因此这个α螺旋又被称之为识别螺旋(recognition helix)。这个识别螺旋通过氢键相互作用力以及范德华相互作用力，介导了转录因子和DNA序列之间的相互结合。
- 除了这个识别螺旋之外的另一个螺旋，它的主要作用是结构上的稳定作用，稳定蛋白和DNA之间的结合，但是不参与转录因子对于DNA序列的识别。
- 区分Basic helix-loop helix结构和helix-turn helix结构
- 结构上的区别：Basic helix-loop-helix当中，loop的序列比较长，因此具有空间上的灵活性。而helix-turn-helix当中，turn转角序列很短，导致结构更为僵化，空间灵活性受限。
- 功能上的差异：Basic helix-loop-helix结构当中，一个大的alpha螺旋结合DNA，而小的alpha螺旋可以和其他分子结合，从而介导二聚体的形成发挥功能，；而在helix-turn helix结构当中，识别螺旋结合DNA序列，另一个alpha螺旋只是起到结构稳定性的作用
- Beta scaffold factors with minor groove contexts
- 这一类转录因子包含很多的亚类，其中研究最为深入的结构是RHR结构，Rel Homology Region，Rel同源区域。有时候，它们也被称为Rel Homology Domain，代表分子就是NF-κB的P65亚基。
- Rel同源区结构当中，包含有两个结构独立的亚结构域。位于N末端的亚结构域，其内部含有一个β桶结构，β barrel，而这个β桶结构内部又包含了五个螺旋结构。在这五个螺旋结构当中，位于N末端的第一个螺旋结构，其序列具有高度的保守性，并且介导了转录因子和DNA识别元件的相互结合。其他几个螺旋结构通过和DNA小钩的相互作用，从而增强了转录因子和DNA的结合力。另外，由这五个螺旋形成的β桶结构又能和DNA的大钩形成一个很大的接触面。位于C末端的亚结构域，主要功能是参与介导转录因子和其他因子之间形成二聚体的过程。
- 在这种类型的转录因子结构中，既有β桶beta barrel结构，又能和DNA的小钩相互结合，这类转录因子因此被称之为beta scaffold factors with minor groove contexts，其中minor groove指的就是DNA的小钩。在PPT中给出的示意图，中间咖啡色的螺旋是DNA序列，绿色和紫色是形成NF-κb二聚体的两个亚基。
