allmänna transkriptionsfaktorer och initiering av transkription med RNA-polymeras II

eftersom RNA-polymeras II är ansvarig för syntesen av mRNA från proteinkodande gener har det varit fokus för de flesta studier av transkription i eukaryoter. Tidiga försök att studera detta enzym indikerade att dess aktivitet skiljer sig från prokaryotisk RNA-polymeras., Den exakta transkriptionen av bakteriegener som kan åstadkommas in vitro helt enkelt genom tillsats av renat RNA-polymeras till DNA som innehåller en promotor är inte möjlig i eukaryota system. Grunden för denna skillnad belystes 1979, då Robert Roeder och hans kollegor upptäckte att RNA polymeras II endast kan initiera transkription om ytterligare proteiner tillsätts till reaktionen. Således verkade transkription i eukaryotsystemet kräva tydliga initieringsfaktorer som (i motsats till bakteriella σ-faktorer) inte var associerade med polymerasen.,

biokemisk fraktionering av nukleära extrakt har nu lett till identifiering av specifika proteiner (kallade transkriptionsfaktorer) som krävs för att RNA-polymeras II ska initiera transkription. Identifieringen och karakteriseringen av dessa faktorer utgör faktiskt en stor del av de pågående insatserna för att förstå transkription i eukaryota celler. Två allmänna typer av transkriptionsfaktorer har definierats. Allmänna transkriptionsfaktorer är involverade i transkription från alla polymeras II-promotorer och utgör därför en del av den grundläggande transkriptionsmaskineriet., Ytterligare transkriptionsfaktorer (diskuteras senare i kapitlet) binder till DNA-sekvenser som styr uttrycket av enskilda gener och är därmed ansvariga för att reglera genuttryck.

fem allmänna transkriptionsfaktorer krävs för initiering av transkription med RNA polymeras II i rekonstituerade in vitro-system (figur 6.12). Promotorerna av många gener transkriberas av polymeras II innehåller en sekvens som liknar TATAA 25 till 30 nukleotider uppströms transkription startplatsen., Denna sekvens (kallad Tata-rutan) liknar -10-sekvenselementet av bakteriepromotorer, och resultaten av att införa mutationer i TATAA-sekvenser har visat sin roll vid initiering av transkription. Det första steget i bildandet av ett transkriptionskomplex är bindningen av en allmän transkriptionsfaktor som kallas TFIID till Tata-lådan (TF indikerar transkriptionsfaktor; II indikerar polymeras II)., TFIID består i sig av flera underenheter, inklusive Tata-bindande protein (TBP), som binder specifikt till TATAA konsensussekvensen och 10-12 andra polypeptider, kallade TBP-associerade faktorer (TAFs). TBP binder sedan en andra allmän transkriptionsfaktor (TFIIB) som bildar ett TBP-tfiib-komplex vid promotorn (figur 6.13). Tfiib fungerar i sin tur som en bro till RNA-polymeras, som binder till TBP-tfiib-komplexet i samband med en tredje faktor, TFIIF.

efter rekrytering av RNA-polymeras II till promotorn krävs bindning av två ytterligare faktorer (TFIIE och TFIIH) för initiering av transkription. TFIIH är en multisubunit faktor som verkar spela minst två viktiga roller. För det första är två underenheter av TFIIH helicases, som kan varva ner DNA runt initieringsstället. (Dessa underenheter av TFIIH krävs också för nukleotid excision reparation, som diskuteras i kapitel 5.,) En annan subenhet av TFIIH är ett proteinkinas som fosforylater upprepade sekvenser som finns i C-terminaldomänen av den största subenheten av RNA-polymeras II. fosforylering av dessa sekvenser antas släppa polymerasen från dess förening med initieringskomplexet, så att det kan fortsätta längs mallen eftersom det förlänger den växande rna-kedjan.

förutom en Tata-låda innehåller promotorer av många gener transkriberade av RNA-polymeras II ett andra viktigt sekvenselement (en initiator eller Inr, sekvens) som spänner över transkriptionsstaten., Dessutom, vissa RNA-polymeras II projektansvariga innehåller endast ett Inr element, utan TATA-rutan. Initiering vid dessa initiativtagare kräver fortfarande TFIID (och TBP), även om TBP uppenbarligen inte känner igen dessa initiativtagare genom att binda direkt till Tata-sekvensen. I stället verkar andra underenheter av TFIID (TAFs) binda till Inr-sekvenserna. Denna bindning rekryterar TBP till promotorn och TFIIB, polymeras II och ytterligare transkriptionsfaktorer samlas sedan som redan beskrivits. TBP spelar således en central roll för att initiera polymerase II-transkription, även på promotorer som saknar en Tata-låda.,

trots utvecklingen av in vitro-system och karakteriseringen av flera allmänna transkriptionsfaktorer återstår mycket att lära sig om mekanismen för polymeras II-transkription i eukaryota celler. Den sekventiella rekryteringen av transkriptionsfaktorer som beskrivs här representerar det minimala system som krävs för transkription in vitro; ytterligare faktorer kan behövas inom cellen. Vidare verkar RNA polymeras II kunna associera med vissa transkriptionsfaktorer in vivo före sammanställningen av ett transkriptionskomplex på DNA., I synnerhet, förformade komplex av RNA-polymeras II med TFIIB, TFIIE, TFIIF, TFIIH, och andra transkriptionell reglering proteiner har upptäckts i både jäst och däggdjursceller. Dessa stora komplex (kallade polymerase II holoenzymer) kan rekryteras till en promotor via direkt interaktion med TFIID (figur 6.14). De relativa bidragen från stegvis montering av individuella faktorer jämfört med rekrytering av RNA-polymeras II-holoenzymet till promotorer i cellen återstår således att bestämma.