venymä ja Päättyminen eukaryooteissa
venymä syntetisoi pre-mRNA: ta 5′ – 3′ suuntaan, ja päättyminen tapahtuu vastauksena päättymissekvensseihin ja signaaleihin.
oppimistavoitteet
kuvaavat, mitä tapahtuu transkription venymän ja päättymisen aikana
Key Takeaways
Key Points
- RNA polymeraasi II (RNAPII) transkriboi pääosan eukaryoottisista geeneistä.
- venymän aikana transkriptiokoneiston on siirrettävä histoneja pois tieltä aina kohdatessaan nukleosomin.
- Transkriptiovenymä tapahtuu irronneen DNA: n kuplassa, jossa RNA-polymeraasi käyttää yhtä DNA-juostetta mallina katalysoimaan uuden RNA-juosteen synteesiä 5-3 suuntaan.
- RNA-polymeraasi I ja RNA-polymeraasi III lopettavat transkription joko transkriboitavan DNA: n (RNA-polymeraasi I) tai vasta-syntetisoidun RNA-polymeraasi III: n spesifisten päättymisjaksojen vuoksi.
- RNA-polymeraasi II lopettaa transkription satunnaisiin paikkoihin transkriboitavan geenin loppupään ohi. Vasta syntetisoitu RNA pilkkoutuu sekvenssin määrittämässä paikassa ja vapautuu ennen transkription päättymistä.
Avaintermit
- nukleosomi: mikä tahansa kromatiinissa toistuvista alayksiköistä; histoniytintä ympäröivä DNA: n kela
- Histoni: mikä tahansa yksinkertaisista vesiliukoisista proteiineista, joissa on runsaasti emäksisiä aminohappoja lysiiniä ja arginiinia ja jotka ovat kompleksoituneet DNA: n kanssa eukaryoottikromatiinin nukleosomeissa
- kromatiini: solun tumassa oleva DNA: n, RNA: n ja proteiinien kompleksi, josta kromosomit tiivistyvät solunjakautumisen aikana
transkriptio Nukleosomien kautta
esiinkytkentäkompleksin muodostuttua polymeraasi vapautuu muista transkriptiotekijöistä ja venymän annetaan edetä polymeraasin syntetisoidessa RNA: ta 5-3 suuntaan. RNA polymeraasi II (RNAPII) transkriboi suurimman osan eukaryoottisista geeneistä, joten tässä jaksossa keskitytään lähinnä siihen, miten tämä spesifinen polymeraasi saa aikaan venymän ja päättymisen.
vaikka eukaryooteilla ja prokaryooteilla entsymaattinen venymäprosessi on oleellisesti sama, eukaryoottien DNA-templaatti on monimutkaisempi. Kun eukaryoottisolut eivät jakaudu, niiden geenit ovat olemassa diffuusina, mutta silti laajasti pakattuna ja tiivistyneenä DNA: n ja proteiinien massana, jota kutsutaan kromatiiniksi. DNA pakataan tiiviisti varautuneiden histoniproteiinien ympärille toistuvasti. Nämä DNA-Histoni kompleksit, kollektiivisesti kutsutaan nukleosomit, ovat säännöllisesti välein ja sisältää 146 nukleotidien DNA haavan kaksi kertaa noin kahdeksan histonien nukleosomin kuin lanka ympäri kela.
polynukleotidisynteesiä varten transkriptiokoneiston on siirrettävä histonit pois tieltä aina kohdatessaan nukleosomin. Tämä tapahtuu erityisellä proteiinidimeerillä nimeltä FACT, joka tarkoittaa ” helpottaa kromatiinin transkriptiota.”FACT purkaa nukleosomin osittain välittömästi transkriboivan RNA polymeraasi II: n edellä (yläjuoksulla) poistamalla kaksi kahdeksasta histonista (yksi H2A-ja H2B-histonien dimeeri poistetaan.) Tämä oletettavasti irrottaa nukleosomin ympärille kietoutunutta DNA: ta riittävästi niin, että RNA-polymeraasi II voi littyä sen läpi. Fakta kokoaa nukleosomin RNA-polymeraasi II: n takana palauttamalla puuttuvat histonit siihen. RNA polymeraasi II jatkaa vasta syntetisoidun RNA: n pidentämistä, kunnes transkriptio päättyy.
FAKTAPROTEIINIDIMEERI mahdollistaa RNA-polymeraasi II: n transkription pakatun DNA: n kautta: eukaryoottien DNA on pakattu nukleosomeihin, jotka koostuvat 4 eri histoniproteiinin oktomeerista. Kun DNA kietoutuu tiiviisti kaksi kertaa nukleosomin ympärille, RNA-polymeraasi II ei pääse siihen transkriptiota varten. FACT poistaa nukleosomista kaksi histonia heti RNA-polymeraasin edellä, jolloin pakkaus löystyy niin, että RNA-polymeraasi II voi jatkaa transkriptiota. Fakta myös kokoaa nukleosomin uudelleen heti RNA-polymeraasin jälkeen palauttamalla puuttuvat histonit.
venymä
RNA-polymeraasi II on 12 proteiinialayksikön muodostama kompleksi. Proteiinin sisällä olevat erityiset alayksiköt mahdollistavat RNA polymeraasi II: n toiminnan omana helikaasinaan, liukupuristimena, yksijuosteisena DNA: ta sitovana proteiinina sekä suorittaa muita toimintoja. Näin ollen RNA-polymeraasi II ei tarvitse yhtä paljon lisäproteiineja katalysoimaan uusien RNA-juosteiden synteesiä transkriptiovenymän aikana kuin DNA-polymeraasi katalysoi uusien DNA-juosteiden synteesiä replikaatiovenymän aikana.
RNA-polymeraasi II tarvitsee kuitenkin suuren kokoelman lisäproteiineja transkription aloittamiseen geenien promoottoreilla, mutta kun transkription aloitusalueen kaksijuosteinen DNA on purettu, RNA-polymeraasi II on sijoitettu +1-aloitusnukleotidiin ja alkanut katalysoida uutta RNA-juostesynteesiä, RNA-polymeraasi II tyhjentää tai ”pakenee” promoottorialueen ja jättää suurimman osan transkription aloitusproteiineista taakseen.
kaikki RNA-polymeraasit kulkevat templaatti-DNA-juostetta pitkin 3′ – 5′ – suuntaan ja katalysoivat uusien RNA-juosteiden synteesiä 5′ – 3′ – suuntaan lisäten uusia nukleotideja kasvavan RNA-juosteen 3′ – päähän.
RNA-polymeraasit irrottavat edellään olevan kaksijuosteisen DNA: n ja antavat takana olevan irronneen DNA: n kelata taaksepäin. Tämän seurauksena RNA-juostesynteesi tapahtuu transkriptiokuplassa, jossa on noin 25 irronnutta DNA: ta. Vain noin 8 nukleotidia vastasyntetisoitua RNA: ta on jäljellä pohjana templaatti-DNA: ssa. Loput RNA-molekyylit irtoavat sapluunasta, jotta takana oleva DNA voi kelata taaksepäin.
RNA-polymeraasit käyttävät alla olevaa DNA-juostetta mallina ohjatakseen, mikä nukleotidi lisää kasvavan RNA-juosteen 3′ – päähän sekvenssin kussakin kohdassa. RNA-polymeraasi kulkee templaatti-DNA: ta pitkin yhtä nukleotidia kerrallaan. Se RNA-nukleotidi, joka pystyy basepairaamaan RNA-polymeraasin alapuolella olevaan templaattinukleotidiin, on seuraava lisättävä nukleotidi. Kun uuden nukleotidin lisääminen kasvunauhan 3′ päähän on katalysoitu, RNA-polymeraasi siirtyy seuraavaan DNA-nukleotidiin sen alla olevassa mallissa. Tämä prosessi jatkuu, kunnes transkriptio päättyy.
Päättyminen
transkription päättyminen on erilainen kolmen eri eukaryoottisen RNA-polymeraasin kohdalla.
RNA-polymeraasi I: n transkriboimissa ribosomaalisissa rRNA-geeneissä on tietty sekvenssi basepaireja (11 bp pitkä ihmisillä; 18 bp hiirillä), jonka tunnistaa TTF-1 (transkription Päättymistekijä RNA polymeraasi I: lle) tämä proteiini sitoo DNA: n sen tunnistusjärjestyksessä ja estää transkription jatkamisen, jolloin RNA polymeraasi I irtoaa templaatista DNA-juosteesta ja vapauttaa sen vasta syntetisoidun RNA: n.
RNA Polymerse II: n transkriboimissa proteiinia koodaavissa, rakenteellisissa ja säätelevissä RNA-geeneissä ei ole mitään spesifisiä signaaleja tai sekvenssejä, jotka ohjaavat RNA-polymeraasi II: n päättymään tiettyihin paikkoihin. RNA polymeraasi II voi jatkaa RNA: n transkriptiota missä tahansa muutamasta bp: stä tuhansiin bp: iin ohi geenin varsinaisen lopun. Transkriptio kuitenkin pilkkoutuu sisäisessä kohdassa Ennen kuin RNA polymeraasi II lopettaa transkription. Tällöin transkriptiosta vapautuu yläjuoksun osa, joka toimii alkuosana RNA: na ennen jatkojalostusta (Pre-mRNA, jos kyseessä ovat proteiinia koodaavat geenit.) Tätä pilkkoutumiskohtaa pidetään geenin ”loppuna”. Loppuosa transkriptiosta pilkkoutuu 5′-eksonukleaasilla (jota kutsutaan ihmisillä xrn2: ksi), kun RNA-polymeraasi II vielä transkriboi sitä. kun 5 ’ – eksonuleaasi ”saavuttaa” RNA-polymeraasi II: n pilkkomalla pois kaiken ylijääneen RNA: n, se auttaa irrottamaan polymeraasin sen DNA-templaattijuosteesta ja lopulta lopettaa transkriptiokierroksen.
proteiinia koodaavien geenien tapauksessa kehittyvän esi-mRNA: n ”lopun” määrittävä pilkkoutumiskohta tapahtuu yläjuoksulla olevan AAAAA-sekvenssin ja alajuoksulla olevan gu-rikkaan sekvenssin välillä, joita erottaa kehittyvässä RNA: ssa noin 40-60 nukleotidia. Kun molemmat sekvenssit on transkriboitu, ihmisellä cpsf-niminen proteiini sitoo AAAAA-sekvenssin ja ihmisellä cstf-niminen proteiini sitoo gu-rikkaan sekvenssin. Nämä kaksi proteiinia muodostavat monimutkaisen proteiinikompleksin emäksen, joka muodostuu tällä alueella ennen kuin CPSF pilkkoo orastavan esi-mRNA: n kohdassa 10-30 nukleotidia alavirtaan AAAAAA-kohdasta. Poly (a) polymeraasientsyymi, joka katalysoi 3′ poly-a-pyrstön lisäämistä esi-mRNA: han, on osa kompleksia, joka muodostuu CPSF: n ja CstF: n kanssa.
transkription Päättyminen RNA polymeraasi II: lla proteiinia koodaavaan geeniin.: RNA polymeraasi II: lla ei ole erityisiä signaaleja, jotka lopettaisivat sen transkription. Proteiinia koodaavissa geeneissä proteiinikompleksi sitoutuu kahteen paikkaan kasvavassa esi-mRNA: ssa, kun RNA-polymeraasi on transkriboitunut geenin loppuosan ohi. Kompleksissa oleva CPSF sitoo AAAAA-sekvenssin ja kompleksissa oleva CstF sitoo gu-rikkaan sekvenssin (yläluku). Kompleksissa cpsf pilkkoo pre-mRNA: n paikassa kahden sidotun sekvenssin välissä, vapauttaen pre-mRNA: n (keskimmäinen luku). Poly (A) polymeraasi on osa samaa kompleksia ja alkaa lisätä poly-a-pyrstöä esi-mRNA: han. Samalla Xrn2-proteiini, joka on eksonukleaasi, hyökkää RNA-polymeraasiin vielä liittyvän RNA-juosteen 5′ päähän. Xrn2 alkaa pilkkoa vapautumatonta osaa vasta syntetisoidusta RNA: sta, kunnes Xrn2 saavuttaa RNA-polymeraasin, jossa se auttaa siirtämään RNA-polymeraasin templaatti-DNA-juosteesta. Tämä päättää transkription johonkin satunnaiseen paikkaan alavirtaan geenin todellisesta päästä (alahahmo).
RNA-polymeraasi III: n transkriboimilla tRNA -, 5S rRNA-ja rakenteellisilla RNAS-geeneillä on ei-täysin ymmärretty päätesignaali. RNA polymeraasi III: n transkriboimilla RNA: lla on lyhyt neljästä seitsemään U: ta niiden 3′ päässä. Tämä jotenkin laukaisee RNA polymeraasi III: n sekä vapauttamaan orastavan RNA: n että irrottautumaan templaatti-DNA-juosteesta.