RNAポリメラーゼと転写開始

RNAを合成する酵素、およびその酵素が遺伝子を特定し、DNAを融解させ、転写を開始する、厳密に制御された最初のステップ。

Definition

RNAポリメラーゼは、DNAを鋳型とするRNA合成を触媒する多サブユニット酵素であり、転写開始は、ポリメラーゼが適切な因子とともにプロモーターを認識し、DNA二重らせんを開き、開始部位でRNA合成を開始する、調節された一連のステップです。

Scope

このトピックでは、RNAポリメラーゼの構造と触媒作用、および開始の事象、すなわちプロモーター認識、閉鎖複合体から開放複合体への形成、アボーティブ開始、そして生産的伸長への移行について扱います。細菌における単一ポリメラーゼによる開始と、真核生物における多ポリメラーゼ、因子依存性の開始を対比させます。プロモーター配列と転写調節因子については、関連トピックでより詳しく扱います。

Core questions

• RNAポリメラーゼの構造はどのようになっていますか、またどのように合成を触媒しますか？
• 酵素はどのようにして遺伝子の開始位置を認識しますか？
• 閉鎖プロモーター複合体が開放複合体に変換されると何が起こりますか？
• 細菌と真核生物では開始の仕方がどのように異なりますか？

Key theories

開放複合体形成

生産的な開始には、ポリメラーゼがプロモーターDNAの短い領域を融解させ、鋳型鎖が活性部位に露出する開放複合体を形成し、最初のヌクレオチドが結合できるようにする必要があります。

因子誘導型プロモーター選択

細菌のポリメラーゼは交換可能なシグマ因子を用いてプロモーターを選択しますが、真核生物のポリメラーゼは一般転写因子の集合体に依存しており、これにより開始の特異性と主要な制御点がもたらされます。

Mechanisms

触媒中心を持つコアポリメラーゼは、開始因子（細菌ではシグマ因子、真核生物では一般転写因子）と結合し、プロモーターを認識して閉鎖複合体を形成します。その後、二重らせんが融解して開放複合体となり、鋳型鎖が露出します。酵素はヌクレオチドの結合を開始し、しばしばいくつかの短いアボーティブ転写産物を放出した後、プロモーターから離脱し、開始因子を放出して、プロセッシブな伸長段階に入ります。

Clinical relevance

細菌のRNAポリメラーゼは重要な抗生物質の標的であり、真核生物の開始因子は疾患に関与しており、薬剤標的として研究されています。これはその重要性として提示されており、臨床的な助言ではありません。

History

RNAポリメラーゼは1960年代初頭に同定されました。複数の真核生物ポリメラーゼとその一般転写因子の発見、そして後に開始の瞬間の酵素の高分解能構造の解明により、現在の教科書で用いられているメカニズムの全体像が確立されました。

Key figures

• Roger Kornberg
• Robert Roeder

Seminal works

• watson2013
• lodish2016

Frequently asked questions

RNAポリメラーゼはプライマーを必要としますか？

いいえ。DNAポリメラーゼとは異なり、RNAポリメラーゼは鋳型上でゼロから新しい鎖を開始できるため、転写にはプライマーは必要ありません。

シグマ因子とは何ですか？

コアポリメラーゼを特定のプロモーターに誘導する細菌の開始サブユニットです。異なるシグマ因子によって、細胞は異なる遺伝子群を転写することができます。