RNA Polimerase e Iniciação da Transcrição

As RNA polimerases são enzimas dependentes de DNA que sintetizam RNA a partir de um molde de DNA, e a iniciação da transcrição é a primeira fase limitante da taxa na qual a enzima localiza um promotor, desenrola o DNA e começa a produzir RNA. Como a iniciação é onde a maioria da regulação converge, a estrutura da polimerase e as etapas que a comprometem com um gene são centrais para a compreensão da expressão gênica.

Definition

As RNA polimerases dependentes de DNA são enzimas que catalisam a síntese de RNA dirigida por molde a partir de ribonucleosídeos trifosfatos; a iniciação da transcrição é o conjunto de etapas desde a ligação ao promotor, passando pela formação do complexo aberto, até a síntese das primeiras ligações fosfodiéster e o escape para o alongamento.

Scope

O tópico abrange a enzima catalítica RNA polimerase e os eventos de iniciação: reconhecimento do promotor (em bactérias via fatores sigma, em eucariotos via fatores gerais de transcrição), formação do complexo aberto, iniciação abortiva e escape do promotor para o alongamento produtivo. Ele trata a enzima e sua primeira etapa de comprometimento mecanisticamente e é de natureza educacional-referencial, não sendo uma orientação clínica.

Core questions

• Como a RNA polimerase reconhece um promotor e posiciona seu sítio ativo no local de início?
• O que converte um complexo promotor fechado em um complexo aberto competente para a transcrição?
• Por que o escape do promotor é uma etapa distinta, muitas vezes limitante da taxa?

Key concepts

• Enzima central e holoenzima
• Fator sigma (bacteriano) e fatores gerais de transcrição (eucarióticos)
• Complexos promotores fechados e abertos
• Iniciação abortiva
• Escape do promotor
• Catálise de dois íons metálicos no sítio ativo

Mechanisms

A iniciação começa quando a RNA polimerase, guiada por um fator de especificidade, se liga ao DNA do promotor para formar um complexo fechado; o desenrolamento local então produz um complexo aberto que expõe a fita molde na fenda do sítio ativo. A enzima sintetiza RNAs curtos em ciclos abortivos repetidos antes de escapar do promotor e liberar seu fator de iniciação para entrar em alongamento processivo. Estruturas de alta resolução da RNA polimerase II mostraram a arquitetura conservada do sítio ativo e a pinça que sustentam essas transições, e estudos de molécula única e de RNA nascente revelaram que a retenção do fator de iniciação e a pausa pós-iniciação são características difundidas da transição da iniciação para o alongamento.

Clinical relevance

As RNA polimerases são alvos de antibióticos e toxinas clinicamente importantes (por exemplo, agentes que atuam na polimerase bacteriana e amatoxinas que atuam na Pol II eucariótica), e a iniciação alterada contribui para programas de genes de doenças. Esta entrada descreve a enzimologia em nível de referência e não fornece orientação de tratamento.

History

A descoberta de que os eucariotos contêm múltiplas RNA polimerases dependentes de DNA (Roeder e Rutter, 1969) distinguiu as enzimas que iniciam a transcrição de diferentes classes de genes. A estrutura atômica da RNA polimerase II de 2001 por Cramer, Bushnell e Kornberg forneceu uma imagem mecanicista da máquina catalítica, e métodos de RNA nascente em escala genômica posteriormente mostraram a iniciação como uma etapa dinâmica e frequentemente pausada.

Key figures

• Robert G. Roeder
• Roger Kornberg
• Patrick Cramer
• Richard H. Ebright

Seminal works

• roeder-rutter-1969
• cramer-2001

Frequently asked questions

Qual a diferença entre a enzima central e a holoenzima?

A enzima central possui a atividade catalítica para produzir RNA, enquanto a holoenzima adiciona um fator de especificidade de iniciação (como o sigma bacteriano) que lhe permite reconhecer promotores e iniciar a transcrição no local correto.

Por que o escape do promotor é considerado uma etapa separada?

Após produzir o primeiro RNA curto, a polimerase frequentemente libera e refaz produtos abortivos antes de romper os contatos com o promotor e se comprometer com o alongamento processivo, portanto, o escape é uma transição distinta e regulada.