Фермент, транскрибирующий ДНК в малые РНК.
В клетках эукариот РНК-полимераза III (также называемая Pol III ) представляет собой белок, который транскрибирует ДНК для синтеза 5S-рибосомальной РНК , тРНК и других малых РНК.
Гены, транскрибируемые РНК Pol III, относятся к категории генов «домашнего хозяйства», экспрессия которых необходима во всех типах клеток и в большинстве условий окружающей среды. Следовательно, регуляция транскрипции Pol III в первую очередь связана с регуляцией роста клеток и клеточного цикла и, следовательно, требует меньшего количества регуляторных белков, чем РНК-полимераза II . Однако в условиях стресса белок Maf1 подавляет активность Pol III. [1] Рапамицин является еще одним ингибитором Pol III, имеющим прямую мишень TOR. [2]
Транскрипция
Процесс транскрипции (любой полимеразой) включает три основных этапа:
- Инициация, требующая построения комплекса РНК-полимеразы на промоторе гена.
- Элонгация, синтез транскрипта РНК
- Терминация, завершение транскрипции РНК и разборка комплекса РНК-полимеразы.
Инициация
Pol III является необычным (по сравнению с Pol II) тем, что не требует никаких контрольных последовательностей перед геном, вместо этого обычно полагается на внутренние контрольные последовательности - последовательности внутри транскрибируемой части гена (хотя иногда можно увидеть и расположенные выше последовательности, например, ген мяРНК U6 имеет вышестоящий блок TATA , как показано в промоутерах Pol II).
Существует три класса инициации Pol III, соответствующие инициации 5S рРНК, тРНК и U6 мяРНК. Во всех случаях процесс начинается со связывания факторов транскрипции с контрольными последовательностями и заканчивается тем, что TFIIIB ( актор транскрипции F для полимеразы III B ) рекрутируется в комплекс и собирает Pol III. TFIIIB состоит из трех субъединиц: TATA-связывающего белка (TBP), фактора, связанного с TFIIB ( BRF1 или BRF2 для транскрипции подмножества генов, транскрибируемых Pol III у позвоночных), и единицы B-двойного штриха ( BDP1 ). Общая архитектура имеет сходство с архитектурой Pol II. [3]
Класс I
Типичные стадии инициации гена 5S рРНК (также называемого классом I):
- TFIIIA ( актор транскрипции F для полимеразы III A ) связывается с внутригенной (расположенной внутри транскрибируемой последовательности ДНК ) контрольной последовательностью 5S рРНК, блоком C (также называемым блоком C).
- TFIIIA служит платформой, которая заменяет блоки A и B для позиционирования TFIIIC в ориентации относительно места начала транскрипции, что эквивалентно тому, что наблюдается для генов тРНК.
- Как только TFIIIC связывается с комплексом TFIIIA-ДНК, сборка TFIIIB происходит так же, как описано для транскрипции тРНК.
Класс II
Типичные этапы инициации гена тРНК (также называемой классом II):
- TFIIIC ( актор транскрипции F для полимеразы III C ) связывается с двумя внутригенными (лежащими внутри транскрибируемой последовательности ДНК ) контрольными последовательностями, блоками A и B (также называемыми блоком A и блоком B) .
- TFIIIC действует как фактор сборки, который позиционирует TFIIIB для связывания с ДНК в сайте, расположенном примерно на 26 пар оснований выше начала транскрипции.
- TFIIIB представляет собой фактор транскрипции, который собирает Pol III в стартовом сайте транскрипции. Как только TFIIIB связывается с ДНК, TFIIIC больше не требуется. TFIIIB также играет важную роль в открытии промотора.
Класс III
Типичные стадии инициации гена мяРНК U6 (также называемого классом III) (задокументировано только у позвоночных):
- SNAPc ( SN РНК -активирующий белковый комплекс ; субъединицы: 1 , 2 , 3 , 4 , 5 ) ( также называемый PBP и PTF) связывается с PSE ( элементом проксимальной последовательности ) , расположенным примерно на 55 пар оснований выше стартовый сайт транскрипции. Эта сборка в значительной степени стимулируется транскрипционными факторами Pol II Oct1 и STAF, которые связываются с энхансероподобным DSE ( элемент D istal Squence Element ) по крайней мере на 200 пар оснований выше начала транскрипции. Эти факторы и промоторные элементы являются общими для транскрипции Pol II и Pol III генов мяРНК.
- SNAPc собирает TFIIIB в ТАТА-боксе, расположенном на 26 пар оснований выше начала транскрипции. Именно наличие ТАТА-бокса указывает на то, что ген мяРНК транскрибируется Pol III, а не Pol II.
- TFIIIB для транскрипции мяРНК U6 содержит меньший паралог Brf1, Brf2.
- TFIIIB представляет собой фактор транскрипции, который собирает Pol III в стартовом сайте транскрипции. Сохранение последовательности предсказывает, что TFIIIB, содержащий Brf2, также играет роль в открытии промотора.
Удлинение
TFIIIB остается связанным с ДНК после инициации транскрипции Pol III, в отличие от бактериальных σ-факторов и большинства базальных факторов транскрипции для транскрипции Pol II. Это приводит к высокой скорости повторной инициации транскрипции генов, транскрибируемых Pol III. Одно исследование, проведенное на Saccharomyces cerevisiae, показало, что средняя скорость удлинения цепи составляет от 21 до 22 нуклеотидов в секунду, причем самая быстрая скорость составляет 29 нуклеотидов в секунду. Эти скорости были сопоставимы со скоростями элонгации РНК-полимеразы II, обнаруженными в исследовании in vivo , проведенном на дрозофиле. Анализ отдельных этапов удлинения цепи РНК показал, что добавление U и A к цепям РНК с U-концами происходит медленно. [4]
Прекращение действия
Полимераза III терминирует транскрипцию на небольшом участке полиU (5-6). У эукариот наличие шпильки не требуется, но у человека она может повысить эффективность терминации. [5] У Saccharomyces cerevisiae было обнаружено, что терминация транскрипции происходит в последовательности T7GT6 и носит прогрессивный характер. Наличие транскриптов с пятью, шестью и семью остатками U и медленное считывание участка Т7 позволяют предположить, что включение одного G в цепь РНК способствовало полному или существенному сбросу скорости элонгации. [4]
Транскрибируемые РНК
Типы РНК, транскрибируемые с РНК-полимеразы III, включают: [6]
Роль в восстановлении ДНК
РНК-полимераза III, по-видимому, необходима для гомологичной рекомбинационной репарации двухцепочечных разрывов ДНК . [8] РНК-полимераза III катализирует образование временного гибрида РНК-ДНК при двухцепочечных разрывах, что является важным промежуточным этапом в восстановлении двухцепочечных разрывов, опосредованном гомологичной рекомбинацией. [8] Этот шаг защищает нависающую 3'-цепь ДНК от деградации. [8] После образования временного гибридного промежуточного соединения РНК-ДНК цепь РНК заменяется белком RAD51 , который затем катализирует стадию инвазии оцДНК гомологичной рекомбинации.
Смотрите также
Рекомендации
- ^ Ваннини, Алессандро; Рингель, Рике; Куссер, Ансельм Г.; Бернингхаузен, Отто; Кассаветис, Джордж А.; Крамер, Патрик (2010). «Молекулярные основы репрессии транскрипции РНК-полимеразы III с помощью Maf1». Клетка . 143 (1): 59–70. дои : 10.1016/j.cell.2010.09.002 . hdl : 11858/00-001M-0000-0015-820B-0 . ISSN 0092-8674. ПМИД 20887893.
- ^ Ли, ДжэХун; Мойр, Робин Д.; Уиллис, Ян М. (8 мая 2009 г.). «Регуляция транскрипции РНК-полимеразы III включает SCH9-зависимые и SCH9-независимые ветви пути-мишени рапамицина (TOR)». Журнал биологической химии . 284 (19): 12604–12608. дои : 10.1074/jbc.c900020200 . ISSN 0021-9258. ПМК 2675989 . ПМИД 19299514.
- ^ Хан, Ян; Ян, Чуньли; Фишбейн, Сьюзен; Иванов, Ивайло; Он, Юань (2018). «Структурная визуализация механизмов транскрипции РНК-полимеразы III». Открытие клеток . 4 : 40. дои : 10.1038/s41421-018-0044-z. ПМК 6066478 . ПМИД 30083386.
- ^ аб Мацузаки, Х.; Кассаветис, Джорджия; Гейдушек, Е.П. (28 января 1994 г.). «Анализ удлинения и терминации цепи РНК с помощью РНК-полимеразы III Saccharomyces cerevisiae». Журнал молекулярной биологии . 235 (4): 1173–1192. дои : 10.1006/jmbi.1994.1072. ISSN 0022-2836. ПМИД 8308883.
- ^ Верослов, М; Коркоран, В; Дольберг, Т; Леонард, Дж; Удача, Дж (2020). «Последовательность и структура РНК, определяющие терминацию транскрипции Pol III в клетках человека» (PDF) . биоRxiv . дои : 10.1101/2020.09.11.294140. S2CID 221713150.
- ^ Диечи, Джорджио; Фиорино, Глория; Кастельнуово, Мануэле; Тайхманн, Мартин; Пагано, Альдо (2007). «Расширяющийся транскриптом РНК-полимеразы III». Тенденции в генетике . 23 (12): 614–622. дои : 10.1016/j.tig.2007.09.001. ISSN 0168-9525. ПМИД 17977614.
- ^ Пагано, Альдо; Кастельнуово, Мануэле; Тортелли, Федерико; Феррари, Роберто; Диечи, Джорджио; Канседда, Раньери (2 февраля 2007 г.). «Новые транскрипционные единицы, подобные генам малой ядерной РНК, как источники регуляторных транскриптов». ПЛОС Генетика . 3 (2): е1. дои : 10.1371/journal.pgen.0030001 . ISSN 1553-7404. ПМК 1790723 . ПМИД 17274687.
- ^ abc Лю, Сидзе; Хуа, Ю; Ван, Джингна; Ли, Линъянь; Юань, Цзюньцзе; Чжан, Бо; Ван, Цзыян; Цзи, Цзяньго; Конг, Даочунь (2021 г.). «РНК-полимераза III необходима для восстановления двухцепочечных разрывов ДНК путем гомологичной рекомбинации». Клетка . 184 (5): 1314–1329.e10. дои : 10.1016/j.cell.2021.01.048 .
