Bộ máy phiên mã ở sinh vật nhân chuẩn

Sinh vật nhân chuẩn phiên mã bộ gen của chúng bằng ba RNA polymerase phụ thuộc DNA trong nhân, trong đó RNA polymerase II phiên mã tất cả các gen mã hóa protein và nhiều RNA không mã hóa. Không giống như enzyme vi khuẩn tương đối tự chủ, các polymerase của sinh vật nhân chuẩn đòi hỏi các tập hợp lớn các yếu tố phụ trợ để nhận diện các promoter, lắp ráp tại vị trí bắt đầu và tiến hành xuyên qua chromatin.

Definition

RNA polymerase II là RNA polymerase phụ thuộc DNA của sinh vật nhân chuẩn phiên mã các tiền chất RNA thông tin và nhiều RNA không mã hóa; bộ máy phiên mã của sinh vật nhân chuẩn là polymerase cùng với các yếu tố phiên mã chung, Mediator và các protein liên quan lắp ráp và điều hòa phiên mã tại một promoter.

Scope

Chủ đề này bao gồm các RNA polymerase của sinh vật nhân chuẩn (với trọng tâm là RNA polymerase II), các yếu tố phiên mã chung và phức hợp tiền khởi đầu mà chúng hình thành, đồng hoạt hóa Mediator, và các chuyển đổi được điều hòa của quá trình khởi đầu, tạm dừng và kéo dài. Nó được xử lý ở cấp độ tham khảo-giáo dục chứ không phải là hướng dẫn lâm sàng.

Core questions

• Phức hợp tiền khởi đầu RNA polymerase II được lắp ráp tại một promoter như thế nào?
• Các yếu tố phiên mã chung và phức hợp Mediator đóng vai trò gì?
• Việc tạm dừng gần promoter và kiểm soát kéo dài điều hòa quá trình phiên mã của Pol II như thế nào?

Key concepts

• RNA polymerase I, II và III
• Các yếu tố phiên mã chung (ví dụ: TFIID, TFIIB, TFIIE, TFIIF, TFIIH)
• Phức hợp tiền khởi đầu
• Phức hợp Mediator
• Miền C-terminal (CTD) của Pol II
• Tạm dừng gần promoter
• Sự kết nối giữa kéo dài và xử lý RNA

Mechanisms

RNA polymerase II được tuyển dụng đến một promoter như một phần của phức hợp tiền khởi đầu được lắp ráp từ các yếu tố phiên mã chung, chúng nhận diện các yếu tố promoter lõi, định vị polymerase, làm tan chảy DNA và cho phép quá trình tổng hợp bắt đầu; phức hợp Mediator kết nối các chất hoạt hóa đặc hiệu gen với bộ máy này. Sau khi khởi đầu, Pol II thường tạm dừng ngay sau vị trí bắt đầu và yêu cầu các yếu tố bổ sung để đi vào quá trình kéo dài hiệu quả, trong đó trạng thái phosphoryl hóa của miền C-terminal của polymerase điều phối quá trình gắn mũ, cắt nối và xử lý đầu 3' của bản phiên mã. Cấu trúc nguyên tử của RNA polymerase II đã tiết lộ khe, kẹp và vị trí hoạt động được bảo tồn làm nền tảng cho các bước này, dựa trên khám phá ban đầu rằng sinh vật nhân chuẩn sử dụng nhiều polymerase chuyên biệt.

Clinical relevance

Các thành phần của bộ máy phiên mã ở sinh vật nhân chuẩn, bao gồm các tiểu đơn vị Mediator và các kinase kiểm soát quá trình tạm dừng và kéo dài, có liên quan đến ung thư và các rối loạn phát triển và được nghiên cứu như các mục tiêu thuốc; chất ức chế Pol II α-amanitin là một tác nhân thử nghiệm và độc học cổ điển. Mục này mô tả các cơ chế này ở cấp độ tham khảo và không phải là cơ sở cho các quyết định điều trị.

History

Việc nhận ra rằng sinh vật nhân chuẩn sở hữu nhiều RNA polymerase (Roeder và Rutter, 1969) đã mở ra nghiên cứu về một bộ máy phiên mã chuyên biệt, đa thành phần. Việc tái tạo sau đó các yếu tố phiên mã chung, khám phá phức hợp Mediator, và cấu trúc độ phân giải cao của RNA polymerase II (Cramer et al., 2001) đã thiết lập bức tranh cơ chế hiện được tổ chức dưới chủ đề này, với việc kiểm soát kéo dài nổi lên như một lớp điều hòa chính.

Key figures

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

Seminal works

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

Frequently asked questions

Tại sao sinh vật nhân chuẩn có ba RNA polymerase?

Công việc phiên mã được phân chia: RNA polymerase I tạo ra hầu hết RNA ribosome, RNA polymerase II tạo ra RNA thông tin và nhiều RNA không mã hóa, và RNA polymerase III tạo ra RNA vận chuyển và các RNA nhỏ khác, mỗi loại có bộ máy riêng.

Phức hợp tiền khởi đầu là gì?

Đó là sự lắp ráp của RNA polymerase II cùng với các yếu tố phiên mã chung tại một promoter, giúp định vị enzyme, mở DNA và chuẩn bị cho quá trình phiên mã bắt đầu.