8.3: Еукаріотична транскрипція
- Page ID
- 3682
Транскрипція у еукаріот складніша, але слідує тим же загальним уявленням. Послідовності промоутерів набагато різноманітніші як за розміщенням (щодо стартового сайту), так і за розміром. Як ми побачимо в наступному розділі, гени еукаріотів мають набагато більше контрольних елементів, що регулюють їх експресію, ніж у генів прокаріотів. Мало того, що є більше керуючих елементів, є також більше РНК-полімераз, які обслуговують різні специфічні клітинні функції. Очевидно, що широка функція та розташування всіх РНК-полімераз однакові: читати шаблон ДНК та транскрибувати його копію РНК; і оскільки ДНК знаходиться лише в ядрі, так само і полімерази. Однак полімерази відрізняються тим, які саме види РНК вони виробляють. РНК Полі- мераза I спеціалізується на виробництві прерРНК (рРНК = рибосомна РНК). Попередньо РРНК розщеплюється після транскрипції і включається в рибосоми. Оскільки рибосоми зібрані в ядерці, то це частина ядра, в якій зосереджена більшість РНК-полімерази I. РНК-полімераза III також робить РНК (5S), яка включена в рибосому. Він також робить інші неперекладені РНК, такі як ТРНК та різноманітні невеликі ядерні РНК. Єдина РНК-полімераза, яка робить перекладену РНК (мРНК або месенджерну РНК), про яку більшість людей думають, коли РНК згадується загальним шляхом, - це РНК-полімераза II. Це РНК-полімераза, яка виробляє пре-мРНК, яка після деякої обробки стає мРНК, транспортується з ядра і, нарешті, перекладається в білки. Усі еукаріотичні РНК-полімерази складаються з двох великих субодиниць, приблизно аналогічних субодиниць β та β' прокаріотичної РНК, але замість лише трьох або чотирьох інших субодиниць існує понад десяток менших субодиниць до голоферментів еукаріотичної РНК полімерази.
Ініціація транскрипції також набагато складніше. Не тільки існує велика різноманітність промоутерів, визнаних RNAP II, і RNAP I, і RNAP III визнають промоутерів з особливими структурними характеристиками.
Еукаріотичні РНК-полімерази були названі I, II та III на основі порядку їх елюції від очищення іонообмінної хроматографії. Вони також частково помітні по чутливості до α-аманітину і споріднених грибних отрут сімейства аматоксинів. RNAP I (і прокаріотичний RNAP) нечутливий до цих токсинів, RNAP III дещо чутливий (K d ~ 10 -6 M), а RNAP II є високочутливим (K d ~ 10 -8 M). Ці токсини діють шляхом зв'язування з ділянкою в розщепленні РНК-ДНК і перешкоджаючи транслокації РНК. Тобто немає проблем з імпортом нуклеотиду або приєднанням його до нової РНК, але нитка РНК не може рухатися через активну ділянку і дозволити додати наступний нуклеотид.
Одним з найпоширеніших еукаріотичних промоутерів RNAP II є коробка TATA, названа на честь високо збереженого мотиву, який його визначає. Хоча він схожий на поле Pribnow у прокаріотів, він, як правило, розташований далі вище за течією від початкового сайту, і його положення набагато більш змінне. Тоді як коробка Pribnow розташована на рівні -10, коробка TATA може бути розташована ближче до -30 +/- 4. Крім того, замість того, щоб просто сигма-фактор розпізнавати промотор у поєднанні з ферментом ядра полімерази, еукаріотичний промотор розпізнається багатосубодиничним комплексом, який називається транскрипційним фактором IID (TFIID). TFIID складається з TATA-зв'язуючого білка (TBP) і декількох TBP-асоційованих факторів (ТАФ).
Це зв'язування промотора по TFIID відбувається незалежно від РНК-полімерази II, і насправді RNAP II не буде приєднуватися до TFIID в цей час. Після того, як TFIID зв'язав коробку TATA, ще два фактори транскрипції, TFIIA та TFIIB, приєднуються до TFIID, а також сусідньої ДНК, стабілізуючи комплекс. TFIIF приєднується до TFIID та TFIIB, щоб забезпечити стикування РНК-полімерази II. Комплекс ще не готовий почати транскрипцію: потрібні ще два фактори. TFIIE пов'язує TFIIF і RNAP II, і, нарешті, TFIIH приєднується до RNAP II, забезпечуючи хеліказову активність, необхідну для того, щоб відірвати дві нитки ДНК і дозволити полімеразі зчитувати одну з них. TFIIH також має ще одну важливу ферментативну активність: це також серинкіназа, яка фосфорилює карбоксил-термінальний домен (CTD) РНК-полімерази II. У CTD є кілька серинів, і оскільки вони послідовно фосфорилюються, CTD поширюється як (негативно заряджений) хвіст і допомагає сприяти поділу між RNAP II та TFIID/Promoter.
Подовження нитка РНК у еукаріот дуже схоже на таке у прокаріотів з очевидною різницею, що транскрипція відбувається в ядрі, а не в цитоплазмі. Таким чином, у прокаріотів РНК може використовуватися для трансляції білків, навіть якщо вона все ще транскрибується з ДНК! У еукаріотів ситуація значно складніша: існує ряд посттранскрипційних подій (5' кінцеве обмеження, 3' поліаденілювання і часто зрощування РНК), які повинні відбутися до того, як РНК буде готова до транспортування з ядра і зроблена доступною для трансляції в цитоплазмі.
Припинення еукаріотичної транскрипції не дуже добре описано на цьому написанні. РНАП I, схоже, вимагає ДНК-зв'язуючого фактора припинення, який не є аналогом прокаріотичного фактора Rho, який є РНК зв'язуючим білком. RNAP III припиняє транскрипцію без будь-якого зовнішнього фактора, і це припинення зазвичай відбувається після додавання ряду залишків уридину. Однак, схоже, він не використовує структуру петлі шпильки, знайдену в Rho-незалежної бактеріальної транскрипції. Припинення транскриптів RNAP II, що кодують білок, пов'язане з ферментним комплексом, який також розщеплює частину 3' кінця РНК, і додає полі-А хвіст. Однак незрозуміло, як комплекс поліаденілювання бере участь у визначенні точки припинення транскрипції, яка може становити понад 1000 нуклеотидів за межами ділянки Poly-A (наприклад, ген β-глобіну в мускулюсі Mus). Після припинення та звільнення від РНАП II та шаблонної ДНК РНК відома як первинна розшифровка, але повинна пройти посттранскрипційну обробку, перш ніж вона стане зрілою месенджерною РНК (мРНК), готовою до експорту в цитоплазму та використана для прямого перекладу.