ogólne czynniki transkrypcyjne i inicjacja transkrypcji przez polimerazę RNA II

ponieważ polimeraza RNA II jest odpowiedzialna za syntezę mRNA z genów kodujących białka, była przedmiotem większości badań nad transkrypcją u eukariotów. Wczesne próby badania tego enzymu wykazały, że jego aktywność różni się od aktywności prokariotycznej polimerazy RNA., Dokładna transkrypcja genów bakteryjnych, które mogą być osiągnięte in vitro po prostu przez dodanie oczyszczonej polimerazy RNA do DNA zawierającego promotor, nie jest możliwa w układach eukariotycznych. Podstawa tej różnicy została wyjaśniona w 1979 roku, kiedy Robert Roeder i jego współpracownicy odkryli, że polimeraza RNA II jest w stanie zainicjować transkrypcję tylko wtedy, gdy do reakcji dodawane są dodatkowe białka. Tak więc transkrypcja w układzie eukariotycznym wydawała się wymagać odrębnych czynników inicjujących ,które (w przeciwieństwie do bakterii σ) nie były związane z polimerazą.,

biochemiczna frakcjonowanie ekstraktów jądrowych doprowadziło teraz do identyfikacji specyficznych białek (zwanych czynnikami transkrypcyjnymi), które są wymagane do inicjowania transkrypcji polimerazy RNA II. Rzeczywiście, identyfikacja i charakterystyka tych czynników stanowi główną część trwających wysiłków w celu zrozumienia transkrypcji w komórkach eukariotycznych. Zdefiniowano dwa ogólne typy czynników transkrypcyjnych. Ogólne czynniki transkrypcyjne biorą udział w transkrypcji ze wszystkich promotorów polimerazy II i dlatego stanowią część podstawowej maszyny transkrypcyjnej., Dodatkowe czynniki transkrypcyjne (omówione w dalszej części rozdziału) wiążą się z sekwencjami DNA, które kontrolują ekspresję poszczególnych genów i są w ten sposób odpowiedzialne za regulację ekspresji genów.

do rozpoczęcia transkrypcji przez polimerazę RNA II w odtworzonych układach in vitro wymagane jest pięć ogólnych czynników transkrypcyjnych (rysunek 6.12). Promotory wielu genów transkrybowanych przez polimerazę II zawierają sekwencję podobną do TATAA 25 do 30 nukleotydów przed miejscem rozpoczęcia transkrypcji., Sekwencja ta (zwana pudełkiem TATA) przypomina element sekwencji -10 promotorów bakteryjnych, a wyniki wprowadzania mutacji do sekwencji TATAA wykazały ich rolę w inicjacji transkrypcji. Pierwszym krokiem w tworzeniu kompleksu transkrypcyjnego jest Wiązanie ogólnego czynnika transkrypcyjnego zwanego TFIID z ramką TATA (TF oznacza czynnik transkrypcyjny; II oznacza polimerazę II)., Sam TFIID składa się z wielu podjednostek, w tym białka wiążącego TATA (TBP), które wiąże się specyficznie z sekwencją konsensusu TATAA, i 10-12 innych polipeptydów, zwanych czynnikami związanymi z TBP (TAFs). Następnie TBP wiąże drugi ogólny czynnik transkrypcyjny (TFIIB), tworząc kompleks TBP-TFIIB w promotorze (rysunek 6.13). TFIIB z kolei służy jako most do polimerazy RNA, która wiąże się z kompleksem TBP-TFIIB w połączeniu z trzecim czynnikiem, TFIIF.

Po rekrutacji polimerazy RNA II do promotora konieczne jest wiązanie dwóch dodatkowych czynników (TFIIE i TFIIH) do rozpoczęcia transkrypcji. TFIIH jest czynnikiem multisubunit, który wydaje się odgrywać co najmniej dwie ważne role. Po pierwsze, dwie podjednostki TFIIH to helicazy, które mogą rozwinąć DNA wokół miejsca inicjacji. (Te podjednostki TFIIH sa równiez potrzebne do naprawy nucleotide excision, jak omówiono w rozdziale 5.,) Inną podjednostką TFIIH jest kinaza białkowa, która fosforyluje powtarzające się sekwencje obecne w domenie C-końcowej największej podjednostki polimerazy RNA II.uważa się, że fosforylacja tych sekwencji uwolni polimerazę z jej związku z kompleksem inicjacyjnym, umożliwiając jej kontynuowanie wzdłuż szablonu, ponieważ wydłuża rosnący łańcuch RNA.

oprócz pola TATA, promotory wielu genów transkrybowanych przez polimerazę RNA II zawierają drugi ważny element sekwencji (inicjator lub Sekwencja Inr), który obejmuje miejsce rozpoczęcia transkrypcji., Ponadto niektóre promotory polimerazy RNA II zawierają tylko element Inr, bez pola TATA. Inicjacja w tych promotorach nadal wymaga TFIID( i TBP), chociaż TBP oczywiście nie rozpoznaje tych promotorów poprzez powiązanie bezpośrednio z sekwencją TATA. Zamiast tego, Inne podjednostki TFIID (Taf) wydają się wiązać z sekwencjami Inr. Wiązanie to rekrutuje TBP do promotora, a TFIIB, polimeraza II i dodatkowe czynniki transkrypcyjne następnie gromadzą się, jak już opisano. TBP odgrywa więc centralną rolę w inicjowaniu transkrypcji polimerazy II, nawet na promotorach, które nie mają pola TATA.,

pomimo rozwoju układów in vitro i charakterystyki kilku ogólnych czynników transkrypcyjnych, wiele pozostaje do nauczenia się na temat mechanizmu transkrypcji polimerazy II w komórkach eukariotycznych. Sekwencyjna Rekrutacja opisanych tu czynników transkrypcyjnych reprezentuje minimalny system wymagany do transkrypcji in vitro; dodatkowe czynniki mogą być potrzebne w komórce. Ponadto polimeraza RNA II wydaje się być w stanie wiązać się z niektórymi czynnikami transkrypcyjnymi in vivo przed złożeniem kompleksu transkrypcyjnego na DNA., W szczególności preformowane kompleksy polimerazy RNA II z TFIIB, TFIIE, TFIIF, TFIIH i innymi transkrypcyjnymi białkami regulacyjnymi zostały wykryte zarówno w komórkach drożdży, jak i ssaków. Te duże kompleksy (zwane holoenzymami polimerazy II) mogą zostać zrekrutowane do promotora poprzez bezpośrednią interakcję z TFIID (rysunek 6.14). Względny udział stopniowego montażu poszczególnych czynników w porównaniu z rekrutacją holoenzymu polimerazy RNA II do promotorów w komórce pozostaje zatem do ustalenia.