Эукариотический транскрипционный аппарат

Эукариоты транскрибируют свои геномы с помощью трех ядерных ДНК-зависимых РНК-полимераз, из которых РНК-полимераза II транскрибирует все белок-кодирующие гены и многие некодирующие РНК. В отличие от относительно самодостаточного бактериального фермента, эукариотические полимеразы требуют больших комплексов вспомогательных факторов для распознавания промоторов, сборки в сайте инициации и прохождения через хроматин.

Definition

РНК-полимераза II — это эукариотическая ДНК-зависимая РНК-полимераза, которая транскрибирует предшественники матричной РНК и многие некодирующие РНК; эукариотический транскрипционный аппарат — это полимераза вместе с общими факторами транскрипции, Медиатором и ассоциированными белками, которые собираются и регулируют транскрипцию на промоторе.

Scope

Тема охватывает эукариотические РНК-полимеразы (с акцентом на РНК-полимеразу II), общие факторы транскрипции и формируемый ими преинициаторный комплекс, коактиватор Медиатор, а также регулируемые переходы инициации, паузы и элонгации. Она рассматривается на справочно-образовательном уровне и не является клиническим руководством.

Core questions

• Как собирается преинициаторный комплекс РНК-полимеразы II на промоторе?
• Какую роль играют общие факторы транскрипции и комплекс Медиатор?
• Как проксимальная к промотору пауза и контроль элонгации регулируют транскрипцию Pol II?

Key concepts

• РНК-полимеразы I, II и III
• Общие факторы транскрипции (например, TFIID, TFIIB, TFIIE, TFIIF, TFIIH)
• Преинициаторный комплекс
• Комплекс Медиатор
• С-концевой домен (CTD) Pol II
• Промотор-проксимальная пауза
• Сопряжение элонгации с процессингом РНК

Mechanisms

РНК-полимераза II рекрутируется к промотору в составе преинициаторного комплекса, собранного из общих факторов транскрипции, которые распознают элементы кор-промотора, позиционируют полимеразу, расплетают ДНК и позволяют начать синтез; комплекс Медиатор связывает ген-специфические активаторы с этим аппаратом. После инициации Pol II часто останавливается сразу после сайта старта и требует дополнительных факторов для вступления в продуктивную элонгацию, в ходе которой состояние фосфорилирования С-концевого домена полимеразы координирует кэпирование, сплайсинг и 3'-концевую обработку транскрипта. Атомная структура РНК-полимеразы II выявила консервативные щель, зажим и активный центр, лежащие в основе этих этапов, основываясь на первоначальном открытии того, что эукариоты используют несколько специализированных полимераз.

Clinical relevance

Компоненты эукариотического транскрипционного аппарата, включая субъединицы Медиатора и киназы, контролирующие паузу и элонгацию, вовлечены в развитие рака и нарушений развития и изучаются как мишени для лекарственных препаратов; ингибитор Pol II α-аманитин является классическим экспериментальным и токсикологическим агентом. Данная статья описывает эти механизмы на справочном уровне и не является основанием для принятия решений о лечении.

History

Признание того, что эукариоты обладают множеством РНК-полимераз (Roeder and Rutter, 1969), положило начало изучению специализированного, многокомпонентного транскрипционного аппарата. Последующая реконструкция общих факторов транскрипции, открытие комплекса Медиатор и высокоразрешающая структура РНК-полимеразы II (Cramer et al., 2001) установили механистическую картину, ныне организованную в рамках этой темы, при этом контроль элонгации стал основным регуляторным уровнем.

Key figures

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

Seminal works

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

Frequently asked questions

Почему у эукариот три РНК-полимеразы?

Работа по транскрипции разделена: РНК-полимераза I синтезирует большую часть рибосомальной РНК, РНК-полимераза II синтезирует матричные РНК и многие некодирующие РНК, а РНК-полимераза III синтезирует транспортные РНК и другие малые РНК, каждая со своим собственным аппаратом.

Что такое преинициаторный комплекс?

Это сборка РНК-полимеразы II вместе с общими факторами транскрипции на промоторе, которая позиционирует фермент, открывает ДНК и подготавливает ее к началу транскрипции.