РНК-полимераза II - RNA polymerase II
РНК-полимераза II ( РНКП II и Pol II ) представляет собой мультибелковый комплекс, который транскрибирует ДНК в предшественники информационной РНК (мРНК) и большинства малых ядерных РНК (мяРНК) и микроРНК . Это один из трех ферментов РНКП, обнаруженных в ядре эукариотических клеток. РНКП II представляет собой комплекс из 12 субъединиц массой 550 кДа , который является наиболее изученным типом РНК-полимеразы . Для связывания с промоторами вышележащих генов и начала транскрипции требуется широкий спектр факторов транскрипции.
Открытие
Ранние исследования предполагали наличие минимум двух РНКП: одна, которая синтезировала рРНК в ядрышке , а другая - другую РНК в нуклеоплазме , являющейся частью ядра, но вне ядрышка. В 1969 году научные экспериментаторы Роберт Родер и Уильям Раттер окончательно открыли дополнительную РНКП, которая отвечает за транскрипцию некоторого вида РНК в нуклеоплазме. Вывод был получен при использовании ионообменной хроматографии через ДЭАЭ покрытой Sephadex шарики. Методика разделяла ферменты в порядке соответствующих элюций,, ΙΙ, ΙΙΙ, путем увеличения концентрации сульфата аммония. Ферменты были названы в соответствии с порядком элюирования: RNAP I , RNAP II, RNAP IΙI . Это открытие продемонстрировало, что в нуклеоплазме присутствует дополнительный фермент, который позволяет дифференцировать RNAP II и RNAP III.
Подразделения
Эукариотической ядро РНК - полимеразы II , сначала очищали с помощью транскрипции анализов. Очищенный фермент обычно состоит из 10–12 субъединиц (12 у человека и дрожжей) и неспособен к специфическому распознаванию промотора. Известно много взаимодействий субъединица-субъединица.
- ДНК-направленная субъединица РНК-полимеразы II RPB1 - фермент, который у человека кодируется геном POLR2A , а у дрожжей - RPO21. RPB1 - самая крупная субъединица РНК-полимеразы II. Он содержит карбоксиконцевой домен (CTD), состоящий из 52 гептапептидных повторов (YSPTSPS), которые необходимы для активности полимеразы. CTD был впервые обнаружен в лаборатории CJ Ingles в Университете Торонто и JL Corden в Университете Джона Хопкинса . В сочетании с несколькими другими субъединицами полимеразы субъединица RPB1 образует ДНК-связывающий домен полимеразы, бороздку, в которой матрица ДНК транскрибируется в РНК. Он сильно взаимодействует с RPB8.
- RPB2 ( POLR2B ) - вторая по величине субъединица, которая в сочетании по крайней мере с двумя другими субъединицами полимеразы образует структуру внутри полимеразы, которая поддерживает контакт в активном центре фермента между матрицей ДНК и вновь синтезированной РНК.
- RPB3 ( POLR2C ) - третья по величине субъединица. Существует как гетеродимер с другой субъединицей полимеразы, POLR2J, образующей сердцевинную подсистему. RPB3 сильно взаимодействует с RPB1-5,7,10–12.
- Субъединица B4 РНК-полимеразы II (RPB4), кодируемая геном POLR2D , является четвертой по величине субъединицей и может играть роль защиты от стресса.
- RPB5 - у человека кодируется геном POLR2E . Две молекулы этой субъединицы присутствуют в каждой РНК-полимеразе II. RPB5 сильно взаимодействует с RPB1, RPB3 и RPB6.
- RPB6 ( polr2f ) - образует структуру с по меньшей мере двух других субъединиц , что стабилизирует транскрибировать полимеразу на ДНК - матрице.
- RPB7 - кодируется POLR2G и может играть роль в регуляции функции полимеразы. RPB7 сильно взаимодействует с RPB1 и RPB5.
- RPB8 ( POLR2H ) - взаимодействует с субъединицами RPB1-3, 5 и 7.
- RPB9 - бороздка, в которой матрица ДНК транскрибируется в РНК, состоит из RPB9 ( POLR2I ) и RPB1.
- RPB10 - продукт гена POLR2L . Он взаимодействует с RPB1-3 и 5 и сильно с RPB3.
- RPB11 - субъединица RPB11 у человека состоит из трех субъединиц: POLR2J (RPB11-a), POLR2J2 (RPB11-b) и POLR2J3 (RPB11-c).
- RPB12 - Также с RPB3 взаимодействует RPB12 ( POLR2K ).
сборка
RPB3 участвует в сборке РНК-полимеразы II. Субкомплекс RPB2 и RPB3 появляется вскоре после синтеза субъединицы. Этот комплекс впоследствии взаимодействует с RPB1. RPB3, RPB5 и RPB7 взаимодействуют между собой с образованием гомодимеров, а RPB3 и RPB5 вместе могут связываться со всеми другими субъединицами RPB, кроме RPB9. Только RPB1 прочно связывается с RPB5. Субблок RPB1 также связывается с RPB7, RPB10 и более слабо, но наиболее эффективно с RPB8. Как только RPB1 входит в комплекс, могут войти другие субъединицы, такие как RPB5 и RPB7, где RPB5 связывается с RPB6 и RPB8, а RPB3 вводит RPB10, RPB 11 и RPB12. RPB4 и RPB9 могут войти, как только большая часть комплекса будет собрана. RPB4 образует комплекс с RPB7.
Кинетика
Ферменты могут катализировать до нескольких миллионов реакций в секунду. Нормы содержания ферментов зависят от условий раствора и концентрации субстрата. Как и другие ферменты, POLR2 имеет кривую насыщения и максимальную скорость ( V max ). Он имеет K m (концентрация субстрата, необходимая для половины V max ) и k cat (количество молекул субстрата, обрабатываемых одним активным центром в секунду). Константа специфичности определяется как k cat / K m . Теоретический максимум для константы специфичности - это предел диффузии от примерно 10 8 до 10 9 ( М -1 с -1 ), где каждое столкновение фермента с его субстратом приводит к катализу. У дрожжей мутация в домене триггерной петли самой большой субъединицы может изменить кинетику фермента.
Бактериальная РНК-полимераза, родственница РНК-полимеразы II, переключается между инактивированным и активированным состояниями, перемещаясь вперед и назад вдоль ДНК. Концентрации [NTP] eq = 10 мкМ GTP, 10 мкМ UTP, 5 мкМ АТФ и 2,5 мкМ CTP, дают среднюю скорость элонгации, число оборота, ~ 1 п.н. (NTP) -1 для бактериальной РНКП, родственника РНК-полимеразы. II.
РНК-полимераза II претерпевает обширную котранскрипционную паузу во время элонгации транскрипции. Эта пауза особенно выражена в нуклеосомах и частично возникает из-за того, что полимераза входит в транскрипционно некомпетентное состояние обратного отслеживания. Продолжительность этих пауз колеблется от секунд до минут или дольше, и выходу из долгоживущих пауз могут способствовать факторы удлинения, такие как TFIIS. В свою очередь, скорость транскрипции влияет на то, вытесняются ли гистоны транскрибируемых нуклеосом из хроматина или повторно вставляются за транскрибирующей полимеразой.
Альфа-Аманитин
РНК-полимераза II ингибируется α-аманитином и другими аматоксинами . α-Аманитин - очень ядовитое вещество, которое содержится во многих грибах. Грибной яд по-разному действует на каждую из РНК-полимераз: I, II, III. RNAP I полностью не реагирует на вещество и будет функционировать нормально, в то время как RNAP III имеет умеренную чувствительность. Однако RNAP II полностью подавляется токсином. Альфа-аманитин ингибирует RNAP II за счет сильных взаимодействий в «воронке», «щели» и ключевом «мостиковом α-спирали » субъединицы RPB-1.
Холоэнзим
Холофермент РНК-полимеразы II представляет собой форму эукариотической РНК-полимеразы II, которая задействована в промоторах генов, кодирующих белок, в живых клетках. Он состоит из РНК-полимеразы II, подмножества общих факторов транскрипции , и регуляторных белков, известных как белки SRB.
Часть сборки холофермента называется преинициационным комплексом , потому что его сборка происходит на промоторе гена до инициации транскрипции . В медиатора комплекс действует как мостик между РНК - полимеразы II , и факторов транскрипции.
Контроль по структуре хроматина
Это набросок примера механизма дрожжевых клеток , с помощью которого хроматина структура и гистона посттрансляционной модификации помогают регулировать и регистрировать транскрипции из генов с помощью РНК - полимеразы II.
Этот путь дает примеры регуляции в следующих точках транскрипции:
- Пре-инициация (продвижение Bre1, модификация гистона)
- Инициирование (продвижение с помощью TFIIH, модификация Pol II И продвижение с помощью COMPASS, модификация гистонов)
- Удлинение (продвижение Set2, модификация гистонов)
Это относится к различным этапам процесса как к этапам регулирования. Не было доказано, что они используются для регулирования, но весьма вероятно, что это так.
Промоторы элонгации РНК Pol II можно разделить на 3 класса.
- Факторы, влияющие на арест лекарственного средства / последовательности (различные интерферирующие белки)
- Факторы, ориентированные на структуру хроматина (посттранскрипционные модификаторы гистонов, например, метилтрансферазы гистонов)
- Факторы, улучшающие катализ РНК Pol II (различные мешающие белки и кофакторы Pol II; см. РНК-полимераза II).
Механизмы транскрипции
-
Структуры хроматина ориентированные факторы:
(HMTs ( Н istone М этил Т ransferases)):
COMPASS§ † - ( COM - сплетение из P roteins AS sociated с S et1) - метилирует лизина 4 гистона Н3: Отвечает репрессии / глушителей транскрипции. Нормальная часть регуляции роста клеток и транскрипции в RNAP II. - Set2 - метилирует лизин 36 гистона H3: Set2 участвует в регуляции элонгации транскрипции посредством прямого контакта с CTD.
(интересный не относящийся к делу пример: Dot1 * ‡ - метилирует лизин 79 гистона H3.) - Bre1 - Убихинат (добавляет убиквитин ) лизин 123 гистона H2B. Связан с пре-инициацией и позволяет связываться с РНК Pol II.
CTD РНК-полимеразы
С-конец RPB1 присоединяется для образования С-концевого домена (CTD). Карбоксиконцевой домен РНК-полимеразы II обычно состоит из 52 повторов последовательности Tyr-Ser-Pro-Thr-Ser-Pro-Ser. Домен простирается от ядра фермента RNAPII до выходного канала, это размещение эффективно из-за индукции «реакций процессинга РНК через прямые или косвенные взаимодействия с компонентами механизма процессинга РНК». Домен CTD не существует в РНК-полимеразе I или РНК-полимеразе III. CTD РНК-полимеразы был впервые обнаружен в лаборатории CJIngles в Университете Торонто, а также в лаборатории Дж. Кордена в Университете Джона Хопкинса во время процессов секвенирования ДНК, кодирующей субъединицу RPB1 РНК-полимеразы дрожжей и мышей соответственно. Другие белки часто связывают С-концевой домен РНК-полимеразы, чтобы активировать полимеразную активность. Это домен белка , который участвует в инициации транскрипции, в укупорки из транскрипта РНК и прикрепления к сплайсосома для сплайсинга РНК .
Фосфорилирование домена CTD
РНК-полимераза II существует в двух нефосфорилированных и фосфорилированных формах, IIA и IIO соответственно. Переход между двумя формами способствует различным функциям транскрипции. Фосфорилирование из CTD катализируется одним из шести общих факторов транскрипции , TFIIH . TFIIH служит двум целям: первая - раскручивать ДНК в стартовом сайте транскрипции, а другая - фосфорилировать. Полимераза формы IIA присоединяется к преинициационному комплексу, это предполагается, потому что IIA связывается с более высоким сродством с TBP ( TATA-бокс-связывающий белок ), субъединицей общего фактора транскрипции TFIID , чем форма полимеразы IIO. Полимераза формы IIO способствует удлинению цепи РНК. Метод инициации элонгации осуществляется путем фосфорилирования серина в положении 5 (Ser5) через TFIIH. Вновь фосфорилированный Ser5 рекрутирует ферменты, которые закрывают 5'-конец вновь синтезированной РНК и «3'-процессинговые факторы до поли (A) сайтов». Как только второй серин фосфорилируется, Ser2, элонгация активируется. Чтобы прекратить удлинение, должно произойти дефосфорилирование. Как только домен полностью дефосфорилируется, фермент RNAP II «рециркулирует» и катализирует тот же процесс с другим сайтом инициации.
Рекомбинационная репарация, связанная с транскрипцией
Окислительное повреждение ДНК может блокировать транскрипцию РНК-полимеразы II и вызывать разрывы цепи. Описан процесс рекомбинации, связанный с транскрипцией, который может защитить от повреждения ДНК. Во время стадий G1 / G0 клеточного цикла клетки демонстрируют сборку гомологичных факторов рекомбинации на двухцепочечных разрывах внутри активно транскрибируемых областей. По-видимому, транскрипция связана с репарацией двухцепочечных разрывов ДНК с помощью шаблонной гомологичной рекомбинации РНК. Этот процесс репарации эффективно и точно воссоединяет двухцепочечные разрывы в генах , активно транскрибируемых РНК-полимеразой II.
Смотрите также
- Эукариотическая транскрипция
- Посттранскрипционная модификация
- РНК-полимераза I
- Холофермент РНК-полимеразы II
- РНК-полимераза III
- Транскрипция (генетика)
использованная литература
внешние ссылки
( Копия Wayback Machine )
- РНК + полимераза + II в медицинских предметных рубриках Национальной медицинской библиотеки США (MeSH)