Algemene transcriptiefactoren en initiatie van transcriptie door RNA-Polymerase II

omdat RNA-polymerase II verantwoordelijk is voor de synthese van mRNA uit eiwitcoderende genen, is het de focus geweest van de meeste transcriptiestudies in eukaryoten. Vroege pogingen om dit enzym te bestuderen gaven aan dat zijn activiteit van dat van prokaryotic polymerase van RNA verschilt., De nauwkeurige transcriptie van bacteriële genen die in vitro eenvoudig door de toevoeging van gezuiverde polymerase van RNA aan DNA kan worden bereikt die een promotor bevatten is niet mogelijk in eukaryotic systemen. De basis van dit verschil werd opgehelderd in 1979, toen Robert Roeder en zijn collega ‘ s ontdekten dat de polymerase II van RNA transcriptie slechts kan initiëren als extra proteã nen aan de reactie worden toegevoegd. Aldus, scheen de transcriptie in het eukaryotic systeem om verschillende initiatiefactoren te vereisen die (in tegenstelling tot bacteriële σ factoren) niet met de polymerase werden geassocieerd.,

biochemische fractionering van nucleaire extracten heeft nu geleid tot de identificatie van specifieke eiwitten (transcriptiefactoren genoemd) die nodig zijn voor RNA-polymerase II om transcriptie in gang te zetten. Inderdaad, vertegenwoordigt de identificatie en de karakterisering van deze factoren een belangrijk deel van lopende inspanningen om transcriptie in eukaryotic cellen te begrijpen. Er zijn twee algemene soorten transcriptiefactoren gedefinieerd. De Algemene transcriptiefactoren zijn betrokken bij de transcriptie van alle polymerase II-promotors en maken daarom deel uit van de fundamentele transcriptiemachines., De bijkomende transcriptiefactoren (die later in het hoofdstuk worden besproken) binden aan de opeenvolgingen van DNA die de uitdrukking van individuele genen controleren en zo van het regelen van genuitdrukking de oorzaak zijn.

vijf algemene transcriptiefactoren zijn vereist voor de initiatie van de transcriptie door RNA-polymerase II in gereconstitueerde in-vitro-systemen (figuur 6.12). De promotors van vele genen die door polymerase II worden getranscribeerd bevatten een opeenvolging gelijkend op TATAA 25 tot 30 nucleotiden stroomopwaarts van de plaats van het transcriptiebegin., Deze opeenvolging (genoemd de doos van TATA) lijkt op het -10 opeenvolgingselement van bacteriële promotors, en de resultaten van het introduceren van veranderingen in TATAA opeenvolgingen hebben hun rol in de initiatie van transcriptie aangetoond. De eerste stap in de vorming van een transcriptiefactor complex is de binding van een algemene transcriptiefactor genoemd TFIID aan de Tata box (TF geeft transcriptiefactor aan; II geeft polymerase II aan)., TFIID is zelf samengesteld uit veelvoudige subeenheden, met inbegrip van de Tata-bindende proteã ne (TBP), die specifiek aan de TATAA consensusopeenvolging, en 10-12 andere polypeptiden bindt, genoemd TBP-geassocieerde factoren (TAFs). TBP bindt dan een tweede algemene transcriptiefactor (TFIIB) die een TBP-tfiibcomplex bij de promotor vormen (figuur 6.13). TFIIB dient op zijn beurt als brug aan de polymerase van RNA, die aan complex TBP-TFIIB in samenwerking met een derde factor, tfiif bindt.

na rekrutering van RNA-polymerase II aan de promotor is de binding van twee additionele factoren (TFIIE en TFIIH) vereist voor de initiatie van de transcriptie. TFIIH is een multisubunit factor die ten minste twee belangrijke rollen lijkt te spelen. Eerst, zijn twee subeenheden van tfiih helicases, die DNA rond de initiatieplaats kunnen afwikkelen. (Deze subeenheden van TFIIH zijn ook vereist voor het herstel van de nucleotideuitsnijding, zoals besproken in hoofdstuk 5.,) Een andere subeenheid van TFIIH is een eiwitkinase dat de herhaalde opeenvolgingen huidig in het C-einddomein van de grootste subeenheid van polymerase II van RNA phosphorylation van deze opeenvolgingen wordt verondersteld om de polymerase van zijn vereniging met het initiatiecomplex vrij te geven, toestaand het om langs het malplaatje te gaan aangezien het de groeiende keten van RNA verlengt.

naast een Tata-box bevatten de promotors van vele genen die zijn getranscribeerd door RNA-polymerase II een tweede belangrijk sequentieelement (een initiator of INR-sequentie) dat de startplaats van de transcriptie overspant., Bovendien bevatten sommige RNA-polymerase II-promotoren slechts een Inr-element, zonder Tata-doos. Initiatie bij deze promotors vereist nog steeds TFIID (en TBP), hoewel TBP deze promotors duidelijk niet herkent door direct te binden aan de Tata-sequentie. In plaats daarvan, lijken andere subeenheden van Tfiid (TAFs) om aan de INR opeenvolgingen te binden. Deze band werft TBP aan de promotor aan, en tfiib, polymerase II, en bijkomende transcriptiefactoren assembleren dan zoals reeds beschreven. TBP speelt zo een centrale rol in het initiëren van polymerase II transcriptie, zelfs op promotors die een Tata doos missen.,

ondanks de ontwikkeling van in vitro systemen en de karakterisering van verschillende algemene transcriptiefactoren, moet nog veel worden geleerd over het mechanisme van polymerase II transcriptie in eukaryotische cellen. De sequentiële rekrutering van transcriptiefactoren die hier worden beschreven vertegenwoordigt het minimale systeem dat Voor transcriptie in vitro wordt vereist; extra factoren kunnen binnen de cel nodig zijn. Voorts schijnt de polymerase II van RNA met sommige transcriptiefactoren in vivo voorafgaand aan de assemblage van een complexe transcriptie op DNA te kunnen associëren., In het bijzonder, zijn voorgevormde complexen van RNA-polymerase II met TFIIB, TFIIE, TFIIF, TFIIH, en andere transcriptional regelgevende proteã nen ontdekt in zowel gist als zoogdiercellen. Deze grote complexen (genoemd polymerase II holoenzymen) kunnen aan een promotor via directe interactie met TFIID worden gerekruteerd (figuur 6.14). De relatieve bijdragen van stapsgewijze assemblage van individuele factoren versus rekrutering van de polymerase II holoenzyme van RNA aan promotors binnen de cel moeten dus nog worden bepaald.