真核生物の転写機構

真核生物は、3種類の核DNA依存性RNAポリメラーゼを用いてゲノムを転写しており、そのうちRNAポリメラーゼIIは、すべてのタンパク質コード遺伝子と多くの非コードRNAを転写します。比較的自己完結型の細菌酵素とは異なり、真核生物のポリメラーゼは、プロモーターを認識し、開始部位に集合し、クロマチンを通過するために、大規模な補助因子群を必要とします。

Definition

RNAポリメラーゼIIは、メッセンジャーRNA前駆体と多くの非コードRNAを転写する真核生物のDNA依存性RNAポリメラーゼです。真核生物の転写機構とは、ポリメラーゼと、プロモーターで転写を集合させ調節する一般転写因子、メディエーター、および関連タンパク質を合わせたものです。

Scope

このトピックでは、真核生物のRNAポリメラーゼ（特にRNAポリメラーゼII）、一般転写因子、それらが形成する転写開始前複合体、メディエーターコアクチベーター、および開始、一時停止、伸長の調節された遷移について扱います。これは、参照・教育レベルで扱われ、臨床的ガイダンスとしては扱われません。

Core questions

• RNAポリメラーゼII転写開始前複合体はプロモーターでどのように組み立てられますか？
• 一般転写因子とメディエーター複合体はどのような役割を果たしますか？
• プロモーター近傍での一時停止と伸長制御はPol II転写をどのように調節しますか？

Key concepts

• RNAポリメラーゼI、II、III
• 一般転写因子（例：TFIID、TFIIB、TFIIE、TFIIF、TFIIH）
• 転写開始前複合体
• メディエーター複合体
• Pol IIのC末端ドメイン（CTD）
• プロモーター近傍での一時停止
• 伸長とRNAプロセシングの結合

Mechanisms

RNAポリメラーゼIIは、コアプロモーター要素を認識し、ポリメラーゼを配置し、DNAを融解させ、合成を開始させる一般転写因子から組み立てられる転写開始前複合体の一部としてプロモーターにリクルートされます。メディエーター複合体は、遺伝子特異的活性化因子をこの機構に橋渡しします。開始後、Pol IIは開始部位のすぐ下流で頻繁に一時停止し、生産的な伸長に入るためにはさらなる因子を必要とします。この伸長の間、ポリメラーゼのC末端ドメインのリン酸化状態が、転写産物のキャッピング、スプライシング、および3'末端処理を協調させます。RNAポリメラーゼIIの原子構造は、真核生物が複数の特殊なポリメラーゼを展開するという当初の発見に基づいて、これらの段階を支える保存されたクレフト、クランプ、および活性部位を明らかにしました。

Clinical relevance

メディエーターサブユニットや一時停止と伸長を制御するキナーゼを含む真核生物の転写機構の構成要素は、癌や発達障害に関与しており、薬剤標的として研究されています。Pol II阻害剤であるα-アマニチンは、古典的な実験薬および毒性物質です。この項目は、これらのメカニズムを参照レベルで記述するものであり、治療決定の根拠となるものではありません。

History

真核生物が複数のRNAポリメラーゼを持つという認識（Roeder and Rutter, 1969）は、専用の多成分転写装置の研究を開始させました。その後の一般転写因子の再構成、メディエーター複合体の発見、およびRNAポリメラーゼIIの高分解能構造（Cramer et al., 2001）は、現在このトピックの下で整理されているメカニズム的理解を確立し、伸長制御が主要な調節層として浮上しました。

Key figures

• Robert G. Roeder
• Roger Kornberg
• Patrick Cramer
• John T. Lis

Seminal works

• roeder-rutter-1969
• cramer-2001
• soutourina-2018

Frequently asked questions

なぜ真核生物には3種類のRNAポリメラーゼがあるのですか？

転写の役割が分担されています。RNAポリメラーゼIはほとんどのリボソームRNAを、RNAポリメラーゼIIはメッセンジャーRNAと多くの非コードRNAを、RNAポリメラーゼIIIは転移RNAとその他の小型RNAを、それぞれ独自の機構で合成します。

転写開始前複合体とは何ですか？

これは、RNAポリメラーゼIIと一般転写因子がプロモーターに集合し、酵素を配置し、DNAを開き、転写を開始する準備を整えるものです。