RNA polimeraz II - RNA polymerase II

RNA polimeraz II'nin işlevi (transkripsiyon). Yeşil: enzim tarafından yeni sentezlenmiş RNA zinciri

RNA, II Polimeraz ( RNAP II ve pol II ), a, çoklu-kompleksi olduğu transkrıbe DNA'nın öncüleri olarak mesajcı RNA (mRNA) ve en küçük nükleer RNA (snRNA) ve mikroRNA . Üç biridir RNAP enzim çekirdeğinde bulunan ökaryotik hücreler. 12 alt birimden oluşan 550 kDa'lık bir kompleks olan RNAP II, en çok çalışılan RNA polimeraz türüdür . Upstream gen promotörlerine bağlanması ve transkripsiyona başlaması için çok çeşitli transkripsiyon faktörleri gereklidir .

keşif

12 alt birimden oluşan Saccharomyces cerevisiae'nin RNA polimeraz II'si .

İlk çalışmalar en az iki RNAP önerdi: biri çekirdekçikte rRNA'yı sentezleyen, diğeri ise çekirdeğin bir parçası olan ancak çekirdekçik dışında bulunan nükleoplazmada diğer RNA'yı sentezleyen . 1969'da bilim deneycileri Robert Roeder ve William Rutter , nükleoplazmada bir tür RNA'nın transkripsiyonundan sorumlu olan ek bir RNAP'ı kesin olarak keşfettiler. Bulgu, DEAE kaplı Sephadex boncukları aracılığıyla iyon değişim kromatografisinin kullanılmasıyla elde edildi . Teknik, enzimleri, amonyum sülfat konsantrasyonunu artırarak karşılık gelen elüsyonların (Ι,ΙΙ,ΙΙΙ) sırasına göre ayırdı. Enzimler , elüsyonların sırasına göre RNAP I , RNAP II, RNAP IΙI olarak adlandırılmıştır . Bu keşif, nükleoplazmada, RNAP II ve RNAP III arasında farklılaşmaya izin veren ek bir enzim olduğunu gösterdi.

alt birimler

Saccharomyces cerevisiae'den ökaryotik RNA-polimeraz II , PDB ID. Renkli alt birimler : RPB3 – turuncu , RPB11 – sarı , RPB2 – buğday , RPB1 – kırmızı , RPB6 – pembe , geri kalan 7 alt birim gri renklidir.

Ökaryotik çekirdek RNA polimeraz II birinci transkripsiyon deneyleri kullanılarak saflaştırılmıştır. Saflaştırılmış enzim tipik olarak 10-12 alt birime (insanlarda ve mayada 12) sahiptir ve spesifik promotör tanıma yeteneğine sahip değildir. Birçok alt birim-alt birim etkileşimi bilinmektedir.

  • DNA'ya yönelik RNA polimeraz II alt birimi RPB1 - insanlarda POLR2A geni tarafından kodlanan ve mayalarda RPO21 tarafından kodlanan bir enzim . RPB1, RNA polimeraz II'nin en büyük alt birimidir. Polimeraz aktivitesi için gerekli olan 52'ye kadar heptapeptid tekrarından (YSPTSPS) oluşan bir karboksi terminal alanı (CTD) içerir. CTD ilk olarak Toronto Üniversitesi'ndeki CJ Ingles laboratuvarında ve Johns Hopkins Üniversitesi'ndeki JL Corden tarafından keşfedildi . Diğer birkaç polimeraz alt birimi ile kombinasyon halinde, RPB1 alt birimi, DNA şablonunun RNA'ya kopyalandığı bir oluk olan polimerazın DNA bağlama alanını oluşturur . RPB8 ile güçlü bir şekilde etkileşime girer.
  • RPB2 ( POLR2B ) – en az iki diğer polimeraz alt birimi ile kombinasyon halinde ikinci en büyük alt birim, polimeraz içinde, enzimin aktif bölgesinde DNA şablonu ile yeni sentezlenen RNA arasındaki teması koruyan bir yapı oluşturur.
  • RPB3 ( POLR2C ) – üçüncü en büyük alt birim. POLR2J , bir çekirdek alt grubu oluşturan başka bir polimeraz alt birimi ile bir heterodimer olarak bulunur . RPB3, RPB1-5, 7, 10-12 ile güçlü bir şekilde etkileşime girer.
  • RNA polimeraz II alt birimi B4 (RPB4) – POLR2D geni tarafından kodlanandördüncü en büyük altbirimdirve stresten koruyucu bir role sahip olabilir.
  • RPB5 – İnsanlarda POLR2E geni tarafından kodlanır . Her RNA polimeraz II'de bu alt birimin iki molekülü bulunur. RPB5, RPB1, RPB3 ve RPB6 ile güçlü bir şekilde etkileşime girer.
  • RPB6 ( POLR2F ) – DNA şablonu üzerindeki transkripsiyon polimerazını stabilize eden en az iki diğer alt birimle bir yapı oluşturur.
  • RPB7 – POLR2G tarafından kodlanır ve polimeraz fonksiyonunun düzenlenmesinde rol oynayabilir. RPB7, RPB1 ve RPB5 ile güçlü bir şekilde etkileşime girer.
  • RPB8 ( POLR2H ) – RPB1-3, 5 ve 7 alt birimleri ile etkileşime girer.
  • RPB9 – DNA şablonunun RNA'ya kopyalandığı oluk, RPB9 ( POLR2I ) ve RPB1'den oluşur.
  • RPB10 – POLR2L geninin ürünü . RPB1-3 ve 5 ile ve RPB3 ile güçlü bir şekilde etkileşime girer.
  • RPB11 – RPB11 alt birimi, insanlarda üç alt birimden oluşur: POLR2J (RPB11-a), POLR2J2 (RPB11-b) ve POLR2J3 (RPB11-c).
  • RPB12 - Ayrıca RPB3 ile etkileşime girer, RPB12'dir ( POLR2K ).

toplantı

RPB3, RNA polimeraz II düzeneğinde yer alır. Alt birim sentezinden hemen sonra RPB2 ve RPB3'ün bir alt kompleksi ortaya çıkar. Bu kompleks daha sonra RPB1 ile etkileşime girer. RPB3, RPB5 ve RPB7, homodimerler oluşturmak için kendileriyle etkileşime girer ve RPB3 ve RPB5 birlikte, RPB9 hariç diğer tüm RPB alt birimleriyle iletişim kurabilir. Yalnızca RPB1, RPB5'e güçlü bir şekilde bağlanır. RPB1 alt birimi ayrıca RPB7, RPB10 ve daha zayıf ama en verimli şekilde RPB8 ile temas eder. RPB1 komplekse girdiğinde, RPB5 ve RPB7 gibi diğer alt birimler girebilir; burada RPB5, RPB6'ya bağlanır ve RPB8 ve RPB3, RPB10, RPB 11 ve RPB12'yi getirir. RPB4 ve RPB9, kompleksin çoğu monte edildikten sonra girebilir. RPB4, RPB7 ile bir kompleks oluşturur.

kinetik

Enzimler saniyede birkaç milyona kadar reaksiyonu katalize edebilir. Enzim oranları, çözelti koşullarına ve substrat konsantrasyonuna bağlıdır. Diğer enzimler gibi POLR2 bir doyma eğrisini ve bir maksimum hıza sahiptir ( V maks ). Bu sahip K m (bir buçuk için gerekli olan alt-tabaka konsantrasyonu V max ) ve k cat (saniyede bir aktif site tarafından ele substrat molekülleri sayısı). Özgüllük sabiti tarafından verilen k cat / K m . Özgüllük sabiti teorik maksimum yaklaşık 10 difüzyon sınırı olan 8 10 bulundunuz 9 ( M -1 s -1 ), burada kataliz substrat sonuçları ile enzimin her çarpışma. Mayada, en büyük alt birimin Trigger-Loop alanındaki mutasyon, enzimin kinetiğini değiştirebilir.

RNA Polimeraz II'nin bir akrabası olan bakteriyel RNA polimeraz, DNA boyunca ileri ve geri yer değiştirerek inaktive ve aktif durumlar arasında geçiş yapar. Konsantrasyonları [NTP] eşdeğer 10 uM GTP, 10 uM UTP, 5 uM ATP ve 2.5 uM CTP bir ortalama uzama hızı, devir sayısı, üretmek = ~ 1 bp (NTP) -1 bakteriyel rnap, RNA polimeraz bir göreceli olarak II.

RNA Polimeraz II gri. Alfa-amanitin etkileşimi (kırmızı).

RNA polimeraz II, transkripsiyon uzaması sırasında kapsamlı ortak transkripsiyonel duraklamaya maruz kalır. Bu duraklama özellikle nükleozomlarda belirgindir ve kısmen polimerazın transkripsiyonel olarak yetersiz bir geri izleme durumuna girmesiyle ortaya çıkar. Bu duraklamaların süresi, saniyelerden dakikalara veya daha uzun sürelere kadar değişir ve uzun süreli duraklamalardan çıkış, TFIIS gibi uzama faktörleri tarafından desteklenebilir. Buna karşılık, transkripsiyon hızı, kopyalanan nükleozomların histonlarının kromatinden çıkarılıp çıkarılmadığını veya kopyalayıcı polimerazın arkasına yeniden yerleştirilip yerleştirilmediğini etkiler.

Alfa-Amanitin

Ana madde: alfa-Amanitin

RNA polimeraz II, a-Amanitin ve diğer amatoksinler tarafından inhibe edilir . α-Amanitin, birçok mantarda bulunan oldukça zehirli bir maddedir. Mantar zehirinin RNA Polimerazlarının her biri üzerinde farklı etkileri vardır: I, II, III. RNAP I, maddeye tamamen tepkisizdir ve RNAP III orta düzeyde bir duyarlılığa sahipken normal şekilde çalışacaktır. Ancak RNAP II, toksin tarafından tamamen inhibe edilir. Alfa-Amanitin, enzimin "hunisi", "yarık" ve RPB-1 alt biriminin anahtar " a-sarmal köprüsü " bölgelerindeki güçlü etkileşimlerle RNAP II'yi inhibe eder .

Holoenzim

Ana madde: RNA polimeraz II holoenzim

RNA, II holoenzimin Polimeraz şeklidir ökaryotik promoterleri için işe RNA polimeraz II proteini canlı hücrelerde -kodlama gen. Genel transkripsiyon faktörlerinin bir alt kümesi olan RNA polimeraz II'den ve SRB proteinleri olarak bilinen düzenleyici proteinlerden oluşur.

Holoenzimin birleştirilmesinin bir kısmına ön- başlatma kompleksi adı verilir , çünkü onun birleşmesi , transkripsiyonun başlamasından önce gen promotöründe gerçekleşir . Medyatör kompleksi RNA arasında bir köprü olarak görev yapar II ve transkripsiyon faktörlerini Polimeraz.

Kromatin yapısı ile kontrol

Bu, kromatin yapısının ve histon translasyon sonrası modifikasyonunun , genlerin RNA polimeraz II tarafından transkripsiyonunu düzenlemeye ve kaydetmeye yardımcı olduğu örnek bir maya hücresi mekanizmasının bir özetidir .

Bu yol, bu transkripsiyon noktalarında düzenleme örnekleri verir:

  • Ön başlatma (Bre1 tarafından terfi, histon modifikasyonu)
  • Başlatma (TFIIH tarafından terfi, Pol II modifikasyonu VE COMPASS tarafından terfi, histon modifikasyonu)
  • Uzama (Set2 tarafından terfi, Histon Modifikasyonu)

Bu, sürecin çeşitli aşamalarını düzenleyici adımlar olarak ifade eder. Düzenleme için kullanıldıkları kanıtlanmamıştır, ancak çok muhtemeldir.

RNA Pol II uzama promotörleri 3 sınıfta özetlenebilir.

  1. İlaç/diziye bağlı tutuklamadan etkilenen faktörler (Çeşitli enterferans yapan proteinler)
  2. Kromatin yapısına yönelik faktörler (Histon transkripsiyon sonrası değiştiricileri, örneğin Histon Metiltransferazları)
  3. RNA Pol II katalizini iyileştiren faktörler (Çeşitli enterferans yapan proteinler ve Pol II kofaktörleri; bkz. RNA polimeraz II).

transkripsiyon mekanizmaları

  • Kromatin yapısı dönük faktörler:
    (HMTs ( lH istone M etil T ransferases)):
    COMPASS§ † - ( COM Plex p roteinler AS ile sociated S ET1) - metile lisin 4 histon H3: / baskı sorumludur transkripsiyon susturma. RNAP II içindeki hücre büyümesi ve transkripsiyon düzenlemesinin normal bir parçası.
  • Set2 – Histon H3'ün metilat lizin 36: Set2, CTD ile doğrudan teması yoluyla düzenleme transkripsiyon uzamasına katılır.
    (ilginç alakasız örnek: Dot1*‡ – Histon H3'ün lizin 79'unu metiller.)
  • Bre1 – Histon H2B'nin lizin 123'ünü ubiquinates ( ubikitin'e ekler ). Ön başlatma ve RNA Pol II bağlanmasına izin verme ile ilişkilidir.

RNA polimerazın CTD'si

RPB1'in C-terminali, C-terminal alanını (CTD) oluşturmak için eklenir. RNA polimeraz II'nin karboksi-terminal alanı tipik olarak Tyr-Ser-Pro-Thr-Ser-Pro-Ser dizisinin 52'ye kadar tekrarından oluşur. Alan, RNAPII enziminin çekirdeğinden çıkış kanalına uzanır, bu yerleştirme, "RNA işleme makinelerinin bileşenleri ile doğrudan veya dolaylı etkileşimler yoluyla RNA işleme reaksiyonları" indüksiyonları nedeniyle etkilidir. CTD alanı, RNA Polimeraz I veya RNA Polimeraz III'te mevcut değildir. RNA Polimeraz CTD ilk olarak Toronto Üniversitesi'ndeki CJIngles laboratuvarında ve ayrıca Johns Hopkins Üniversitesi'ndeki J Corden laboratuvarında, sırasıyla Maya ve Farelerden RNA polimerazın RPB1 alt birimini kodlayan DNA'nın dizilenmesi süreçleri sırasında keşfedildi. Diğer proteinler, polimeraz aktivitesini aktive etmek için sıklıkla RNA polimerazın C-terminal alanını bağlar. Bu katılır protein alanı olan başlatma transkripsiyon, bir kapaklama bir RNA transkripti için ve ek spliceosom için RNA birleşmesinden .

CTD alanının fosforilasyonu

RNA Polimeraz II, sırasıyla IIA ve IIO olmak üzere fosforile edilmemiş ve fosforile edilmemiş iki biçimde bulunur. İki form arasındaki geçiş, transkripsiyon için farklı işlevleri kolaylaştırır. Fosforilasyon CTD altı biri ile katalize edilmektedir , genel transkripsiyon faktörleri , TFIIH . TFIIH iki amaca hizmet eder: biri DNA'yı transkripsiyon başlangıç ​​bölgesinde gevşetmek ve diğeri fosforile etmektir. Bir şekilde, bu öne sürülmektedir, IIA, önhazırlık kompleksi katıldı Polimeraz için TBP (daha yüksek afinite ile bağlandığı IIA TATA-kutu bağlayıcı protein ), genel transkripsiyon faktörünün alt-birimi TFED polimeraz IIO formuna göre,. Polimeraz IIO formu, RNA zincirinin uzamasını kolaylaştırır. Uzama başlatılması için yöntem olup fosforilasyonu ile yapılır Serin TFIIH ile, pozisyon 5 (Ser5) de. Yeni fosforile edilmiş Ser5, yeni sentezlenmiş RNA'nın 5' ucunu ve "3' işleme faktörlerini poli(A) bölgelerine" kaplayacak enzimleri toplar . İkinci Serin fosforile edildiğinde, Ser2, uzama aktive olur. Uzamayı sonlandırmak için defosforilasyon gerçekleşmelidir. Alan tamamen defosforile edildikten sonra RNAP II enzimi "geri dönüştürülür" ve aynı işlemi başka bir başlatma bölgesi ile katalize eder.

Transkripsiyon birleştiğinde rekombinasyonel onarım

Oksidatif DNA hasarı , RNA polimeraz II transkripsiyonunu bloke edebilir ve iplik kopmalarına neden olabilir. DNA hasarına karşı koruma sağlayabilen bir RNA şablonlu transkripsiyonla ilişkili rekombinasyon süreci tarif edilmiştir. Hücre döngüsünün G1/G0 aşamaları sırasında , hücreler, aktif olarak kopyalanan bölgeler içinde çift iplik kopmalarında homolog rekombinasyon faktörlerinin bir araya getirilmesini sergiler. Transkripsiyonun, RNA şablonlu homolog rekombinasyon ile DNA çift zincir kırıklarının onarımı için birleştiği görülmektedir. Bu onarım süreci , RNA polimeraz II tarafından aktif olarak kopyalanan genlerdeki çift ​​zincir kırıklarını verimli ve doğru bir şekilde yeniden birleştirir .

Ayrıca bakınız

Referanslar

Dış bağlantılar

( Wayback Makinesi kopyası)