РНК-полимераза и инициация транскрипции

Фермент, синтезирующий РНК, и тщательно контролируемый первый этап, на котором он находит ген, расплавляет ДНК и начинает синтез транскрипта.

Definition

РНК-полимераза — это мультисубъединичный фермент, который катализирует синтез РНК на матрице ДНК; инициация транскрипции — это регулируемый набор этапов, посредством которых полимераза с соответствующими факторами распознает промотор, открывает дуплекс ДНК и начинает синтезировать РНК в сайте старта.

Scope

Эта тема охватывает структуру и каталитическое действие РНК-полимераз, а также события инициации: распознавание промотора, формирование закрытого, а затем открытого комплекса, абортивную инициацию и переход к продуктивной элонгации. В ней сравнивается инициация у бактерий с одной полимеразой и инициация у эукариот с несколькими полимеразами, зависящая от факторов. Последовательности промоторов и регуляторные факторы транскрипции более подробно рассматриваются в сопутствующей теме.

Core questions

• Какова структура РНК-полимеразы и как она катализирует синтез?
• Как фермент распознает, где начинается ген?
• Что происходит, когда закрытый промоторный комплекс превращается в открытый комплекс?
• Чем инициация отличается у бактерий и эукариот?

Key theories

Формирование открытого комплекса

Продуктивная инициация требует, чтобы полимераза расплавила короткий участок промоторной ДНК, образуя открытый комплекс, в котором матричная цепь обнажена в активном центре, чтобы первые нуклеотиды могли быть присоединены.

Выбор промотора, направляемый факторами

Бактериальная полимераза использует сменный сигма-фактор для выбора промоторов, в то время как эукариотические полимеразы зависят от комплексов общих факторов транскрипции, что придает инициации специфичность и является ключевой точкой контроля.

Mechanisms

Коровая полимераза, несущая каталитический центр, ассоциирует с фактором инициации (сигма-фактором у бактерий; общими факторами транскрипции у эукариот) для распознавания промотора и формирования закрытого комплекса. Затем дуплекс расплавляется до открытого комплекса, обнажая матричную цепь. Фермент начинает присоединять нуклеотиды, часто высвобождая несколько коротких абортивных транскриптов, пока не покинет промотор, не отделит факторы инициации и не перейдет в процессивную элонгацию.

Clinical relevance

Бактериальная РНК-полимераза является мишенью важных антибиотиков, а эукариотические факторы инициации вовлечены в развитие заболеваний и изучаются как мишени для лекарственных препаратов; представлено как значимость, а не как клинический совет.

History

РНК-полимераза была идентифицирована в начале 1960-х годов; открытие множественных эукариотических полимераз и их общих факторов транскрипции, а затем высокоразрешающих структур фермента, зафиксированного в процессе инициации, сформировало механистическую картину, используемую в современных текстах.

Key figures

• Roger Kornberg
• Robert Roeder

Seminal works

• watson2013
• lodish2016

Frequently asked questions

Нужен ли РНК-полимеразе праймер?

Нет. В отличие от ДНК-полимераз, РНК-полимераза может начинать новую цепь с нуля на матрице, поэтому для транскрипции не требуется праймер.

Что такое сигма-фактор?

Бактериальная инициаторная субъединица, которая направляет коровую полимеразу к специфическим промоторам; различные сигма-факторы позволяют клетке транскрибировать различные наборы генов.