stringtranslate.com

РНК-полимераза II

Функция РНК-полимеразы II (транскрипция). Зеленый: цепь РНК, вновь синтезированная ферментом.

РНК-полимераза II ( РНКП II и Пол II ) представляет собой мультибелковый комплекс , который транскрибирует ДНК в предшественники информационной РНК (мРНК), а также большинства малых ядерных РНК (мяРНК) и микроРНК . [1] [2] Это один из трех ферментов РНКП , обнаруженных в ядре эукариотических клеток. [3] Комплекс из 12 субъединиц массой 550 кДа , РНКП II является наиболее изученным типом РНК-полимеразы . Для того чтобы он связался с промоторами вышестоящих генов и начал транскрипцию, необходим широкий спектр факторов транскрипции .

Открытие

РНК-полимераза II Saccharomyces cerevisiae , состоящая из всех 12 субъединиц. [4]

Ранние исследования предполагали наличие как минимум двух РНКП: одна, которая синтезирует рРНК в ядрышке , и другая, которая синтезирует другие РНК в нуклеоплазме , части ядра, но за пределами ядрышка. [5] В 1969 году биохимики Роберт Г. Рёдер и Уильям Раттер обнаружили, что существует всего три различных ядерных РНК-полимеразы , дополнительная РНКП, которая отвечает за транскрипцию определенного типа РНК в нуклеоплазме. [6] Результаты были получены с помощью ионообменной хроматографии с использованием шариков сефадекса , покрытых DEAE . Методика разделяла ферменты по порядку соответствующих элюатов Ι,ΙΙ,ΙΙΙ путем увеличения концентрации сульфата аммония. Ферменты были названы в соответствии с порядком элюирования: РНКП I , РНКП II, РНКП II . [3] Это открытие продемонстрировало, что в нуклеоплазме присутствует дополнительный фермент, который позволяет дифференцировать РНКП II и РНКП III. [7]

РНК-полимераза II (РНКП2) подвергается регулируемой транскрипционной паузе во время ранней элонгации. Различные исследования показали, что нарушение элонгации транскрипции связано с раком , нейродегенерацией , латентным периодом ВИЧ и т. д. [8]

Субъединицы

Эукариотическая РНК-полимераза II из Saccharomyces cerevisiae , PDB ID. [9] Цветные субъединицы: RPB3 – оранжевый , RPB11 – желтый , RPB2 – пшеничный , RPB1 – красный , RPB6 – розовый , остальные 7 субъединиц окрашены в серый цвет.

Эукариотическая коровая РНК- полимераза II была сначала очищена с помощью анализов транскрипции. [10] Очищенный фермент обычно имеет 10–12 субъединиц (12 у человека и дрожжей) и не способен к специфическому распознаванию промотора. [11] Многие субъединичные взаимодействия известны. [12]

Сборка

RPB3 участвует в сборке РНК-полимеразы II. [21] Субкомплекс RPB2 и RPB3 появляется вскоре после синтеза субъединиц. [21] Этот комплекс впоследствии взаимодействует с RPB1. [21] RPB3, RPB5 и RPB7 взаимодействуют друг с другом с образованием гомодимеров, а RPB3 и RPB5 вместе способны связываться со всеми другими субъединицами RPB, кроме RPB9. [12] Только RPB1 прочно связывается с RPB5. [12] Субъединица RPB1 также контактирует с RPB7, RPB10 и более слабо, но наиболее эффективно с RPB8. [12] Как только RPB1 входит в комплекс, могут войти и другие субъединицы, такие как RPB5 и RPB7, где RPB5 связывается с RPB6 и RPB8, а RPB3 приводит к RPB10, RPB 11 и RPB12. [12] RPB4 и RPB9 могут появиться после того, как большая часть комплекса будет собрана. RPB4 образует комплекс с RPB7. [12]

Кинетика

Ферменты могут катализировать до нескольких миллионов реакций в секунду. Скорость ферментов зависит от условий раствора и концентрации субстрата. Как и другие ферменты, POLR2 имеет кривую насыщения и максимальную скорость ( V max ). Он имеет K m (концентрация субстрата, необходимая для половины V max ) и k cat (количество молекул субстрата, обрабатываемых одним активным центром в секунду). Константа специфичности определяется выражением k cat / K m . Теоретический максимум константы специфичности представляет собой предел диффузии примерно от 10 8 до 10 9 ( М -1 с -1 ), где каждое столкновение фермента с его субстратом приводит к катализу. У дрожжей мутация в домене триггерной петли самой большой субъединицы может изменить кинетику фермента. [22]

Бактериальная РНК-полимераза, родственница РНК-полимеразы II, переключается между инактивированным и активированным состояниями, перемещаясь вперед и назад по ДНК. [23] Концентрации [NTP] eq = 10 мкМ GTP, 10 мкМ UTP, 5 мкМ АТФ и 2,5 мкМ CTP дают среднюю скорость элонгации, число оборотов ~ 1 п.н. (NTP) -1 для бактериальной РНКП, относительный РНК-полимеразы II. [23]

РНК-полимераза II серого цвета. Взаимодействие альфа-аманитина (красный).

РНК-полимераза II подвергается обширной котранскрипционной паузе во время элонгации транскрипции. [24] [25] Эта пауза особенно выражена в нуклеосомах и возникает частично из-за того, что полимераза переходит в транскрипционно некомпетентное состояние с обратным отслеживанием. [24] Продолжительность этих пауз варьируется от секунд до минут и более, а выходу из долгоживущих пауз могут способствовать такие факторы удлинения, как TFIIS. [26] В свою очередь, скорость транскрипции влияет на то, будут ли гистоны транскрибируемых нуклеосом вытеснены из хроматина или повторно вставлены за транскрибирующую полимеразу. [27]

Альфа-Аманитин

РНК-полимераза II ингибируется α-аманитином [28] и другими аматоксинами . α-Аманитин — высокотоксичное вещество, содержащееся во многих грибах. [5] Грибной яд по-разному действует на каждую из РНК-полимераз: I, II, III. RNAP I совершенно не реагирует на это вещество и будет функционировать нормально, тогда как RNAP III имеет умеренную чувствительность. Однако РНКП II полностью ингибируется токсином. Альфа-аманитин ингибирует РНКП II за счет сильных взаимодействий в «воронке», «щели» фермента и ключевых участках «мостовой α-спирали » субъединицы RPB-1. [29]

Холофермент

Голофермент РНК-полимеразы II представляет собой форму эукариотической РНК-полимеразы II, которая рекрутируется в промоторы белок -кодирующих генов в живых клетках. [11] Он состоит из РНК-полимеразы II, подмножества общих факторов транскрипции , и регуляторных белков, известных как белки SRB.

Часть сборки голофермента называется преинициационным комплексом , поскольку его сборка происходит на промоторе гена до инициации транскрипции . Медиаторный комплекс действует как мост между РНК-полимеразой II и факторами транскрипции.

Контроль структуры хроматина

Это описание примерного механизма дрожжевых клеток, с помощью которого структура хроматина и посттрансляционная модификация гистонов помогают регулировать и регистрировать транскрипцию генов с помощью РНК - полимеразы II.

Этот путь дает примеры регуляции в этих точках транскрипции:

Это относится к различным этапам процесса как к этапам регулирования. Не доказано, что они используются для регулирования, но весьма вероятно, что так оно и есть.

Промоторы элонгации РНК Pol II можно разделить на 3 класса.

  1. Факторы, на которые влияет лекарство/последовательность (различные мешающие белки)
  2. Факторы, ориентированные на структуру хроматина (посттранскрипционные модификаторы гистонов, например, метилтрансферазы гистонов)
  3. Факторы, улучшающие катализ РНК Pol II (различные мешающие белки и кофакторы Pol II; см. РНК-полимераза II).

Механизмы транскрипции

С-концевой домен

С -конец RPB1 присоединяется, образуя С-концевой домен (CTD). Карбокси-концевой домен РНК-полимеразы II обычно состоит из до 52 повторов последовательности Tyr-Ser-Pro-Thr-Ser-Pro-Ser. [32] Домен простирается от ядра фермента RNAPII до выходного канала, такое размещение эффективно из-за индукции «реакций процессинга РНК посредством прямых или непрямых взаимодействий с компонентами механизма процессинга РНК». [33] Домен CTD не существует в РНК-полимеразе I или РНК-полимеразе III. [3] РНК-полимераза CTD была впервые обнаружена в лаборатории CJIngles в Университете Торонто, а также в лаборатории Дж. Кордена в Университете Джонса Хопкинса во время процессов секвенирования ДНК, кодирующей субъединицу RPB1 РНК-полимеразы дрожжей и мышей. соответственно. Другие белки часто связывают С-концевой домен РНК-полимеразы, чтобы активировать активность полимеразы. Это белковый домен, который участвует в инициации транскрипции, кэпировании транскрипта РНК и прикреплении к сплайсосоме для сплайсинга РНК . [13]

Фосфорилирование CTD

РНК-полимераза II существует в двух формах: нефосфорилированной и фосфорилированной: IIA и IIO соответственно. [5] [3] Переход между двумя формами облегчает выполнение различных функций транскрипции. Фосфорилирование CTD катализируется одним из шести основных факторов транскрипции , TFIIH . TFIIH служит двум целям: одна — раскручивать ДНК в месте начала транскрипции, а другая — фосфорилировать. Форма полимеразы IIA присоединяется к преинициационному комплексу, это предполагается, поскольку IIA связывается с более высоким сродством к TBP ( белку, связывающему ТАТА-бокс ), субъединице общего транскрипционного фактора TFIID , чем форма полимеразы IIO. Форма полимеразы IIO облегчает удлинение цепи РНК. [5] Метод инициации элонгации осуществляется путем фосфорилирования серина в положении 5 (Ser5) через TFIIH. Недавно фосфорилированный Ser5 привлекает ферменты для связывания 5'-конца вновь синтезированной РНК и «3'-факторов процессинга с сайтами поли(А) ». [33] Как только фосфорилируется второй серин, Ser2, элонгация активируется. Для прекращения элонгации должно произойти дефосфорилирование. Как только домен полностью дефосфорилируется, фермент RNAP II «перерабатывается» и катализирует тот же процесс с другим сайтом инициации. [33]

Рекомбинационная репарация, связанная с транскрипцией

Окислительное повреждение ДНК может блокировать транскрипцию РНК-полимеразы II и вызывать разрывы цепей. Описан процесс рекомбинации, связанной с транскрипцией на основе РНК, который может защитить от повреждения ДНК. [34] На стадиях клеточного цикла G1/G0 клетки демонстрируют сборку гомологичных факторов рекомбинации при двухцепочечных разрывах в активно транскрибируемых областях. По-видимому, транскрипция связана с восстановлением двухцепочечных разрывов ДНК посредством гомологичной рекомбинации по шаблону РНК. Этот процесс восстановления эффективно и точно воссоединяет двухцепочечные разрывы в генах , активно транскрибируемых РНК-полимеразой II.

Смотрите также

Рекомендации

  1. ^ Корнберг Р.Д. (декабрь 1999 г.). «Эукариотический контроль транскрипции». Тенденции в клеточной биологии . 9 (12): М46–9. дои : 10.1016/S0962-8924(99)01679-7 . ПМИД  10611681.
  2. ^ Симс Р.Дж., Мандал СС, Рейнберг Д. (июнь 2004 г.). «Последние достижения транскрипции, опосредованной РНК-полимеразой II». Современное мнение в области клеточной биологии . 16 (3): 263–71. дои : 10.1016/j.ceb.2004.04.004 . ПМИД  15145350.
  3. ^ abcd Янг, Ричард А. (28 ноября 2003 г.). «РНК-полимераза II». Ежегодный обзор биохимии . 60 (1): 689–715. doi : 10.1146/annurev.bi.60.070191.003353. ПМИД  1883205.
  4. ^ Мейер П.А., Йе П., Чжан М., Су М.Х., Фу Дж. (июнь 2006 г.). «Фазировка РНК-полимеразы II с использованием внутренне связанных атомов Zn: обновленная структурная модель». Состав . 14 (6): 973–82. дои : 10.1016/j.str.2006.04.003 . ПМИД  16765890.
  5. ^ abcd Weaver, Роберт Франклин (1 января 2012 г.). Молекулярная биология . МакГроу-Хилл. ISBN 9780073525327. ОСЛК  789601172.
  6. ^ Редер Р.Г., Раттер В.Дж. (октябрь 1969 г.). «Множественные формы ДНК-зависимой РНК-полимеразы в эукариотических организмах». Природа . 224 (5216): 234–7. Бибкод : 1969Natur.224..234R. дои : 10.1038/224234a0. PMID  5344598. S2CID  4283528.
  7. ^ Редер Р.Г., Раттер В.Дж. (октябрь 1969 г.). «Множественные формы ДНК-зависимой РНК-полимеразы в эукариотических организмах». Природа . 224 (5216): 234–7. Бибкод : 1969Natur.224..234R. дои : 10.1038/224234a0. PMID  5344598. S2CID  4283528.
  8. ^ Чермакова, Катерина; Демельмейстер, Йонас; Люкс, Ванда; Недомова, Моника; Голдман, Сет Р.; Смит, Эрик А.; Срб, Павел; Хекснерова, Розали; Фабри, Милан; Мадликова, Марсела; Хорейси, Магдалена (26 ноября 2021 г.). «Повсеместный модуль неупорядоченного взаимодействия белков управляет элонгацией транскрипции». Наука . 374 (6571): 1113–1121. Бибкод : 2021Sci...374.1113C. дои : 10.1126/science.abe2913. ПМЦ 8943916 . PMID  34822292. S2CID  244660781. 
  9. ^ Армаш, Карим-Жан; Миттервегер, Симона; Мейнхарт, Антон; Крамер, Патрик (2019). «Структуры полной РНК-полимеразы II и ее подкомплекса Rpb4/7» (PDF) . Журнал биологической химии . 280 (8): 7131–1734. doi : 10.2210/pdb1wcm/pdb. ПМИД  15591044.
  10. ^ Савадого М, Сентенак А (1990). «РНК-полимераза B (II) и общие факторы транскрипции». Ежегодный обзор биохимии . 59 : 711–54. doi : 10.1146/annurev.bi.59.070190.003431. ПМИД  2197989.
  11. ^ аб Майер В.Е., Янг РА (октябрь 1998 г.). «Голоферменты и субкомплексы РНК-полимеразы II». Журнал биологической химии . 273 (43): 27757–60. дои : 10.1074/jbc.273.43.27757 . ПМИД  9774381.
  12. ^ abcdefghijklm Акер Дж., де Грааф М., Чейнель И., Хазак В., Кедингер С., Виньерон М. (июль 1997 г.). «Взаимодействие между субъединицами РНК-полимеразы II человека». Журнал биологической химии . 272 (27): 16815–21. дои : 10.1074/jbc.272.27.16815 . ПМИД  9201987.
  13. ^ ab Brickey WJ, Greenleaf AL (июнь 1995 г.). «Функциональные исследования карбокси-концевого повторяющегося домена РНК-полимеразы II дрозофилы in vivo». Генетика . 140 (2): 599–613. дои : 10.1093/генетика/140.2.599. ПМК 1206638 . ПМИД  7498740. 
  14. ^ «Ген Энтрез: полипептид А полимеразы (РНК) II (ДНК) POLR2A, 220 кДа» .
  15. ^ «Ген Энтреза: полипептид B полимеразы (РНК) II (ДНК) POLR2B (ДНК), 140 кДа» .
  16. ^ Хазак В., Эстояк Дж., Чо Х., Мэйджорс Дж., Сонода Г., Теста Дж.Р., Големис Э.А. (апрель 1998 г.). «Анализ взаимодействия новой субъединицы hsRPB4 РНК-полимеразы II (pol II) с ее партнером hsRPB7 и с pol II». Молекулярная и клеточная биология . 18 (4): 1935–45. дои : 10.1128/mcb.18.4.1935. ПМЦ 121423 . ПМИД  9528765. 
  17. ^ «Ген Энтреза: полипептид Е полимеразы (РНК) II (ДНК) POLR2E (ДНК), 25 кДа» .
  18. ^ «Ген Энтреза: полипептид F полимеразы (РНК) II (ДНК) POLR2F» .
  19. ^ «Ген Энтреза: полипептид G полимеразы (РНК) II (ДНК) POLR2G» .
  20. ^ «Полипептид J3 полимеразы (РНК) II (ДНК) POLR2J3» .
  21. ^ abc Колодзей П.А., Молодой РА (сентябрь 1991 г.). «Мутации в трех крупнейших субъединицах дрожжевой РНК-полимеразы II, которые влияют на сборку фермента». Молекулярная и клеточная биология . 11 (9): 4669–78. дои : 10.1128/mcb.11.9.4669. ПМЦ 361357 . ПМИД  1715023. 
  22. ↑ Каплан CD, Джин Х, Чжан И.Л., Белянин А (12 апреля 2012 г.). «Вскрытие функции триггерной петли Pol II и зависимый от активности Pol II контроль выбора стартового места in vivo». ПЛОС Генетика . 8 (4): e1002627. дои : 10.1371/journal.pgen.1002627 . ПМК 3325174 . ПМИД  22511879. 
  23. ^ ab Abbondanzieri EA, Greenleaf WJ, Shaevitz JW, Landick R, Block SM (ноябрь 2005 г.). «Прямое наблюдение за шагом пары оснований с помощью РНК-полимеразы». Природа . 438 (7067): 460–5. Бибкод : 2005Natur.438..460A. дои : 10.1038/nature04268. ПМЦ 1356566 . ПМИД  16284617. 
  24. ^ Аб Ходжес, Кортни; Бинту, Лакрамиоара; Лубковская, Люцина; Кашлев Михаил; Бустаманте, Карлос (31 июля 2009 г.). «Нуклеосомные флуктуации управляют динамикой транскрипции РНК-полимеразы II». Наука . 325 (5940): 626–628. Бибкод : 2009Sci...325..626H. дои : 10.1126/science.1172926. ISSN  1095-9203. ПМЦ 2775800 . ПМИД  19644123. 
  25. ^ Черчман, Л. Стерлинг; Вайсман, Джонатан С. (20 января 2011 г.). «Секвенирование зарождающегося транскрипта визуализирует транскрипцию с разрешением нуклеотидов». Природа . 469 (7330): 368–373. Бибкод : 2011Natur.469..368C. дои : 10.1038/nature09652. ISSN  1476-4687. ПМЦ 3880149 . ПМИД  21248844. 
  26. ^ Гэлбурт, Эрик А.; Гриль, Стефан В.; Видманн, Анна; Лубковская, Люцина; Чой, Джейсон; Ногалес, Ева; Кашлев Михаил; Бустаманте, Карлос (12 апреля 2007 г.). «Обратное отслеживание определяет чувствительность RNAP II к силе в зависимости от фактора». Природа . 446 (7137): 820–823. Бибкод : 2007Natur.446..820G. дои : 10.1038/nature05701. ISSN  1476-4687. PMID  17361130. S2CID  4310108.
  27. ^ Бинту, Лакрамиоара; Копачинская, Марта; Ходжес, Кортни; Лубковская, Люцина; Кашлев Михаил; Бустаманте, Карлос (13 ноября 2011 г.). «Скорость элонгации РНК-полимеразы определяет судьбу транскрибируемых нуклеосом». Структурная и молекулярная биология природы . 18 (12): 1394–1399. дои : 10.1038/nsmb.2164. ISSN  1545-9985. ПМЦ 3279329 . ПМИД  22081017. 
  28. ^ Kaplan CD, Ларссон К.М., Корнберг Р.Д. (июнь 2008 г.). «Триггерная петля РНК-полимеразы II участвует в выборе субстрата и непосредственно воздействует на альфа-аманитин». Молекулярная клетка . 30 (5): 547–56. doi :10.1016/j.molcel.2008.04.023. ПМЦ 2475549 . ПМИД  18538653. 
  29. ^ Гонг, Сюэ Ц.; Недяльков Юрий А.; Бертон, Закари Ф. (25 июня 2004 г.). «α-аманитин блокирует транслокацию РНК-полимеразой II человека». Журнал биологической химии . 279 (26): 27422–27427. дои : 10.1074/jbc.M402163200 . ISSN  0021-9258. ПМИД  15096519.
  30. ^ Бриггс, Скотт Д.; Брик, Мэри; Страл, Брайан Д.; Чунг, Ван Л.; Дэви, Джудит К.; Дент, Шэрон Ю.Р.; Уинстон, Фред; Эллис, К. Дэвид (15 декабря 2001 г.). «Метилирование лизина 4 гистона H3 опосредовано Set1 и необходимо для роста клеток и подавления рДНК у Saccharomyces cerevisiae». Гены и развитие . 15 (24): 3286–3295. дои : 10.1101/gad.940201. ISSN  0890-9369. ПМК 312847 . ПМИД  11751634. 
  31. ^ Ли, Бинг; Хау, Лиэнн; Андерсон, Скотт; Йейтс, Джон Р.; Уоркман, Джерри Л. (14 марта 2003 г.). «Функции метилтрансферазы гистона Set2 через фосфорилированный карбоксил-концевой домен РНК-полимеразы II». Журнал биологической химии . 278 (11): 8897–8903. дои : 10.1074/jbc.M212134200 . ISSN  0021-9258. ПМИД  12511561.
  32. ^ Мейнхарт А., Крамер П. (июль 2004 г.). «Распознавание карбоксиконцевого домена РНК-полимеразы II факторами процессинга 3'-РНК». Природа . 430 (6996): 223–6. Бибкод : 2004Natur.430..223M. дои : 10.1038/nature02679. hdl : 11858/00-001M-0000-0015-8512-8 . PMID  15241417. S2CID  4418258.
  33. ^ abc Эглофф, Сильвен; Мерфи, Шона (2008). «Взлом CTD-кода РНК-полимеразы II». Тенденции в генетике . 24 (6): 280–288. дои :10.1016/j.tig.2008.03.008. ПМИД  18457900.
  34. ^ Вэй Л., Левин А.С., Лан Л. (2016). «Транскрипционная гомологичная рекомбинация после окислительного повреждения». Восстановление ДНК (Амст.) . 44 : 76–80. doi :10.1016/j.dnarep.2016.05.009. ПМИД  27233112.

Внешние ссылки

( копия Wayback Machine )