RNA-Polymerase und Transkriptionsinitiierung

Das Enzym, das RNA synthetisiert, und der sorgfältig kontrollierte erste Schritt, bei dem es ein Gen lokalisiert, die DNA aufschmilzt und mit der Synthese eines Transkripts beginnt.

Definition

RNA-Polymerase ist das Multi-Untereinheiten-Enzym, das die DNA-templierte RNA-Synthese katalysiert; Transkriptionsinitiierung ist der regulierte Satz von Schritten, durch die die Polymerase mit geeigneten Faktoren einen Promotor erkennt, den DNA-Doppelstrang öffnet und mit der Synthese von RNA an der Startstelle beginnt.

Scope

Dieses Thema behandelt die Struktur und die katalytische Wirkung von RNA-Polymerasen sowie die Ereignisse der Initiierung: Promotorerkennung, Bildung des geschlossenen und dann offenen Komplexes, abortive Initiierung und der Übergang zur produktiven Elongation. Es vergleicht die Initiierung mit einer einzelnen Polymerase bei Bakterien mit der Multi-Polymerase- und Faktor-abhängigen Initiierung bei Eukaryoten. Promotorsequenzen und regulatorische Transkriptionsfaktoren werden in einem Begleitthema ausführlicher behandelt.

Core questions

• Wie ist die Struktur der RNA-Polymerase und wie katalysiert sie die Synthese?
• Wie erkennt das Enzym, wo ein Gen beginnt?
• Was geschieht, wenn sich der geschlossene Promotor-Komplex in einen offenen Komplex umwandelt?
• Wie unterscheidet sich die Initiierung zwischen Bakterien und Eukaryoten?

Key theories

Bildung des offenen Komplexes

Eine produktive Initiierung erfordert, dass die Polymerase einen kurzen Abschnitt der Promotor-DNA aufschmilzt, wodurch ein offener Komplex entsteht, in dem der Matrizenstrang im aktiven Zentrum freigelegt wird, sodass die ersten Nukleotide verknüpft werden können.

Faktor-gesteuerte Promotorselektion

Bakterielle Polymerase verwendet einen austauschbaren Sigma-Faktor zur Auswahl von Promotoren, während eukaryotische Polymerasen von Ansammlungen allgemeiner Transkriptionsfaktoren abhängen, was der Initiierung ihre Spezifität und einen wichtigen Kontrollpunkt verleiht.

Mechanisms

Die Kernpolymerase, die das katalytische Zentrum trägt, assoziiert mit einem Initiationsfaktor (einem Sigma-Faktor bei Bakterien; allgemeinen Transkriptionsfaktoren bei Eukaryoten), um den Promotor zu erkennen und einen geschlossenen Komplex zu bilden. Der Doppelstrang wird dann zu einem offenen Komplex aufgeschmolzen, der den Matrizenstrang freilegt. Das Enzym beginnt, Nukleotide zu verknüpfen, wobei oft mehrere kurze abortive Transkripte freigesetzt werden, bis es den Promotor verlässt, Initiationsfaktoren abgibt und in die prozessive Elongation eintritt.

Clinical relevance

Bakterielle RNA-Polymerase ist das Ziel wichtiger Antibiotika, und eukaryotische Initiationsfaktoren sind an Krankheiten beteiligt und werden als Wirkstoffziele untersucht; dargestellt als Bedeutung, nicht als klinischer Ratschlag.

History

Die RNA-Polymerase wurde in den frühen 1960er Jahren identifiziert; die Entdeckung mehrerer eukaryotischer Polymerasen und ihrer allgemeinen Transkriptionsfaktoren sowie später hochauflösende Strukturen des Enzyms, das bei der Initiierung beobachtet wurde, etablierten das mechanistische Bild, das in aktuellen Texten verwendet wird.

Key figures

• Roger Kornberg
• Robert Roeder

Seminal works

• watson2013
• lodish2016

Frequently asked questions

Benötigt RNA-Polymerase einen Primer?

Nein. Im Gegensatz zu DNA-Polymerasen kann die RNA-Polymerase einen neuen Strang von Grund auf am Matrizenstrang beginnen, sodass die Transkription keinen Primer benötigt.

Was ist ein Sigma-Faktor?

Eine bakterielle Initiationsuntereinheit, die die Kernpolymerase zu spezifischen Promotoren leitet; verschiedene Sigma-Faktoren ermöglichen es einer Zelle, unterschiedliche Gengruppen zu transkribieren.