Forlængelse og afslutning i eukaryoter
forlængelse syntetiserer præ-mRNA i en 5′ til 3′ retning, og opsigelse sker som reaktion på termineringssekvenser og signaler.
læringsmål
Beskriv hvad der sker under transkriptionsforlængelse og afslutning
nøgle grillbarer
nøglepunkter
- RNA polymerase II (RNAPII) transkriberer den største andel af eukaryote gener.
- under forlængelse skal transkriptionsmaskineriet flytte histoner ud af vejen, hver gang det støder på et nukleosom.
- Transkriptionsforlængelse forekommer i en boble af afviklet DNA, hvor RNA-polymerasen bruger en DNA-streng som en skabelon til at katalysere syntesen af en ny RNA-streng i retningen 5′ til 3′.
- RNA-Polymerase i og RNA-Polymerase III afslutter transkription som respons på specifikke termineringssekvenser i enten det DNA, der transkriberes (RNA-Polymerase i) eller i det nyligt syntetiserede RNA (RNA-Polymerase III).
- RNA Polymerase II afslutter transkription på tilfældige steder forbi slutningen af genet, der transkriberes. Det nyligt syntetiserede RNA spaltes på et sekvensspecificeret sted og frigives, før transkriptionen afsluttes.
nøglebegreber
- nukleosome: enhver af de underenheder, der gentages i kromatin; en spole af DNA, der omgiver en histonkerne
- histon: ethvert af forskellige enkle vandopløselige proteiner, der er rige på de basale aminosyrer lysin og arginin og er komplekseret med DNA i nukleosomerne af eukaryot kromatin
- kromatin: et kompleks af DNA, RNA og proteiner i cellekernen, hvorfra kromosomer kondenserer under celledeling
transkription gennem nukleosomer
efter dannelsen af præ-initieringskomplekset frigives polymerasen fra de andre transkriptionsfaktorer, og forlængelse får lov til at fortsætte med polymerasen, der syntetiserer RNA i retningen 5′ til 3′. RNA Polymerase II (RNAPII) transkriberer den største andel af eukaryote gener, så dette afsnit vil primært fokusere på, hvordan denne specifikke polymerase opnår forlængelse og afslutning.selvom forlængelsesprocessen i det væsentlige er den samme i eukaryoter og prokaryoter, er den eukaryote DNA-skabelon mere kompleks. Når eukaryote celler ikke deler sig, eksisterer deres gener som en diffus, men stadig omfattende pakket og komprimeret masse af DNA og proteiner kaldet chromatin. DNA ‘ et pakkes tæt omkring ladede histonproteiner med gentagne intervaller. Disse DNA-histonkomplekser, kollektivt kaldet nukleosomer, er regelmæssigt fordelt og inkluderer 146 nukleotider af DNA viklet to gange omkring de otte histoner i et nukleosomlignende tråd omkring en spole.
for at polynukleotidsyntese kan forekomme, skal transkriptionsmaskineriet flytte histoner ud af vejen, hver gang det støder på et nukleosome. Dette opnås ved en særlig protein dimer kaldet FACT, som står for “letter kromatin transskription.”Faktum adskiller delvist nukleosomet umiddelbart foran (opstrøms) af en transkriberende RNA-Polymerase II ved at fjerne to af de otte histoner (en enkelt dimer af H2A og H2B histoner fjernes.) Dette løsner formodentlig tilstrækkeligt DNA ‘ et, der er viklet rundt om det nukleosome, så RNA-Polymerase II kan transkribere gennem det. Fakta samler nukleosomet bag RNA-polymerasen II ved at returnere de manglende histoner til det. RNA-Polymerase II vil fortsætte med at forlænge det nyligt syntetiserede RNA, indtil transkriptionen afsluttes.
FAKTUMPROTEINDIMEREN tillader RNA-Polymerase II at transkribere gennem pakket DNA: DNA i eukaryoter pakkes i nukleosomer, som består af en octomer af 4 forskellige histonproteiner. Når DNA er tæt viklet to gange omkring et nukleosom, kan RNA-Polymerase II ikke få adgang til det til transkription. Fakta Fjerner to af histonerne fra nukleosomet umiddelbart foran RNA-Polymerase og løsner emballagen, så RNA-Polymerase II kan fortsætte transkriptionen. Fakta samler også nukleosomet straks bag RNA-polymerasen ved at returnere de manglende histoner.
forlængelse
RNA-Polymerase II er et kompleks af 12 proteinunderenheder. Specifikke underenheder inden for proteinet tillader RNA-Polymerase II at fungere som sin egen helikase, glideklemme, enkeltstrenget DNA-bindende protein samt udføre andre funktioner. Derfor har RNA-Polymerase II ikke brug for så mange tilbehørsproteiner for at katalysere syntesen af nye RNA-tråde under transkriptionsforlængelse som DNA-Polymerase gør for at katalysere syntesen af nye DNA-tråde under replikationsforlængelse.
RNA-Polymerase II har imidlertid brug for en stor samling af tilbehørsproteiner for at initiere transkription ved genpromotorer, men når det dobbeltstrengede DNA i transkriptionsstartregionen er blevet afviklet, er RNA-Polymerase II blevet placeret ved +1-initieringsnukleotidet og er begyndt at katalysere ny RNA-strengsyntese, RNA-Polymerase II rydder eller “undslipper” promotorregionen og efterlader det meste af transkriptionsinitieringsproteinerne bagved.
alle RNA-polymeraser bevæger sig langs skabelonens DNA-streng i 3′ til 5 ‘- retningen og katalyserer syntesen af nye RNA-strenge i 5′ til 3′ – retningen og tilføjer nye nukleotider til 3’ – enden af den voksende RNA-streng.
RNA-polymeraser slapper af det dobbeltstrengede DNA foran dem og tillader det afviklede DNA bag dem at spole tilbage. Som et resultat forekommer RNA-strengsyntese i en transkriptionsboble på omkring 25 afviklede DNA-basebairs. 8 nukleotider af nyligt syntetiseret RNA forbliver basepareret til skabelon-DNA ‘ et. Resten af RNA-molekylerne falder af skabelonen for at lade DNA ‘ et bag det spole tilbage.
RNA-polymeraser bruger DNA-strengen under dem som en skabelon til at dirigere hvilket nukleotid der skal tilføjes til 3′ – enden af den voksende RNA-streng på hvert punkt i sekvensen. RNA-polymerasen bevæger sig langs skabelon-DNA ‘ et et nukleotid ad gangen. Uanset hvilket RNA-nukleotid der er i stand til baseparring til skabelonnukleotidet under RNA-polymerasen, er det næste nukleotid, der skal tilsættes. Når tilsætningen af et nyt nukleotid til 3’ – enden af den voksende streng er blevet katalyseret, bevæger RNA-polymerasen sig til det næste DNA-nukleotid på skabelonen under det. Denne proces fortsætter, indtil transkriptionsterminering finder sted.
afslutning
afslutningen af transkription er forskellig for de tre forskellige eukaryote RNA-polymeraser.
de ribosomale rRNA-gener transkriberet af RNA-Polymerase i indeholder en specifik sekvens af basepar (11 bp lang hos mennesker; 18 bp hos mus), der genkendes af et termineringsprotein kaldet TTF-1 (Transkriptionstermineringsfaktor for RNA-Polymerase I.) dette protein binder DNA ‘ et ved dets genkendelsessekvens og blokerer yderligere transkription, hvilket får RNA-polymerasen i til at løsne sig fra skabelonens DNA-streng og frigive dets nyligt syntetiserede RNA.
de proteinkodende, strukturelle RNA-og regulatoriske RNA-gener, der transkriberes af RNA-Polymerse II, mangler specifikke signaler eller sekvenser, der dirigerer RNA-Polymerase II til at afslutte på bestemte steder. RNA-Polymerase II kan fortsætte med at transkribere RNA hvor som helst fra et par bp til tusinder af bp forbi den faktiske ende af genet. Imidlertid spaltes transkriptionen på et internt sted, før RNA-Polymerase II er færdig med at transkribere. Dette frigiver opstrømsdelen af transkriptionen, som vil tjene som det indledende RNA inden yderligere behandling (præ-mRNA i tilfælde af proteinkodende gener.) Dette spaltningssted betragtes som” slutningen ” af genet. Resten af transkriptionen fordøjes af en 5′-eksonuklease (kaldet Hsrn2 hos mennesker), mens den stadig transkriberes af RNA-polymerasen II. når 5 ‘ – eksonulease “indhenter” RNA-Polymerase II ved at fordøje alt det overhængende RNA væk, hjælper det med at frigøre polymerasen fra dens DNA-skabelonstreng og endelig afslutte den transkriptionsrunde.
i tilfælde af proteinkodende gener forekommer spaltningsstedet, der bestemmer “slutningen” af det nye præ-mRNA, mellem en opstrøms aauaaa-sekvens og en nedstrøms gu-rig sekvens adskilt af omkring 40-60 nukleotider i det nye RNA. Når begge disse sekvenser er blevet transkriberet, binder et protein kaldet CPSF hos mennesker aauaaa-sekvensen, og et protein kaldet CstF hos mennesker binder den GU-rige sekvens. Disse to proteiner danner basen af et kompliceret proteinkompleks, der dannes i denne region, før CPSF spalter det spirende præ-mRNA på et sted 10-30 nukleotider nedstrøms fra aauaaa-stedet. Poly (A)-polymerasen, der katalyserer tilsætningen af en 3′ poly-A-hale på præ-mRNA ‘ et, er en del af komplekset, der dannes med CPSF og CstF.
Transkriptionsterminering af RNA-Polymerase II på et protein-kodende gen.: RNA-Polymerase II har ingen specifikke signaler, der afslutter dens transkription. I tilfælde af proteinkodende gener vil et proteinkompleks binde til to placeringer på det voksende præ-mRNA, når RNA-polymerasen er transkriberet forbi slutningen af genet. CPSF i komplekset binder en aauaaa-sekvens, og CstF i komplekset binder en GU-rig sekvens (øverste figur). CPSF i komplekset spalter præ-mRNA på et sted mellem de to bundne sekvenser og frigiver præ-mRNA (midterste figur). Poly (A) Polymerase er en del af det samme kompleks og vil begynde at tilføje en poly-A hale til præ-mRNA. Samtidig angriber Hrn2-protein, som er en eksonuklease, 5 ‘ – enden af RNA-strengen, der stadig er forbundet med RNA-polymerasen. 2 vil begynde at fordøje den ikke-frigivne del af det nyligt syntetiserede RNA, indtil 2 Når RNA-polymerasen, hvor det hjælper med at fortrænge RNA-polymerasen fra skabelon-DNA-strengen. Dette afslutter transkription på et tilfældigt sted nedstrøms fra den sande ende af genet (bundfigur).
tRNA -, 5s rRNA-og strukturelle RNA-gener transkriberet af RNA-Polymerase III har et ikke helt forstået termineringssignal. RNA’ erne transkriberet af RNA-Polymerase III har en kort strækning på fire til syv U ‘er i deres 3’ ende. Dette udløser på en eller anden måde RNA-Polymerase III til både at frigive det spirende RNA og frigøre sig fra skabelonens DNA-streng.