megnyúlás és Megszűnés eukariótákban
a megnyúlás szintetizálja a pre-mRNS-t 5 ‘- 3 ‘ irányban, és a megszűnés a végződési szekvenciákra és jelekre adott válaszként történik.
tanulási célok
ismertesse, hogy mi történik a transzkripció megnyúlása és megszűnése során
kulcsfontosságú Elvitelek
kulcsfontosságú pontok
- az RNS polimeráz II (RNAPII) átírja az eukarióta gének nagy részét.
- a megnyúlás során a transzkripciós gépnek minden alkalommal el kell távolítania a hisztonokat az útból, amikor nukleoszómával találkozik.
- a transzkripciós megnyúlás egy letekert DNS-buborékban fordul elő, ahol az RNS-polimeráz egy DNS-szálat használ sablonként egy új RNS-szál szintézisének katalizálására 5′ – 3′ irányban.
- az RNS-polimeráz I és az RNS-polimeráz III a transzkripciót az átírandó DNS (RNS-polimeráz I) vagy az újonnan szintetizált RNS (RNS-polimeráz III) specifikus terminációs szekvenciáira adott válaszként fejezi be.
- az RNS polimeráz II véletlenszerű helyeken fejezi be a transzkripciót az átírandó gén vége után. Az újonnan szintetizált RNS-t egy szekvencia által meghatározott helyen hasítják fel, majd a transzkripció befejezése előtt felszabadítják.
kulcsfogalmak
- nukleoszóma: a kromatinban ismétlődő alegységek bármelyike; a hisztonmagot körülvevő DNS-tekercs
- hiszton: a különböző egyszerű vízben oldódó fehérjék bármelyike, amelyek gazdagok a lizin és arginin bázikus aminosavakban, és az eukarióta kromatin nukleoszómáiban komplexek a DNS-sel
- kromatin: DNS, RNS és fehérjék komplexe a sejtmagban, amelyből a kromoszómák a sejtosztódás során kondenzálódnak
Nukleoszómákon keresztül történő transzkripció
az iniciáció előtti komplex kialakulását követően a polimeráz felszabadul a többi transzkripciós faktorból, és a megnyúlás lehetővé teszi, hogy a polimeráz szintetizáló RNS-t 5′ – 3′ irányban folytassa. Az RNS polimeráz II (RNAPII) átírja az eukarióta gének nagy részét, így ez a szakasz elsősorban arra összpontosít, hogy ez a specifikus polimeráz hogyan valósítja meg a megnyúlást és a terminációt.
bár a megnyúlás enzimatikus folyamata lényegében megegyezik az eukariótákban és a prokariótákban, az eukarióta DNS-sablon összetettebb. Amikor az eukarióta sejtek nem osztódnak, génjeik diffúz, de még mindig nagymértékben csomagolt és tömörített DNS és fehérjék, úgynevezett kromatin formájában léteznek. A DNS szorosan csomagolt körül töltött hiszton fehérjék ismételt időközönként. Ezek a DNS-hiszton komplexek, amelyeket együttesen nukleoszómáknak neveznek, rendszeresen helyezkednek el egymástól, és 146 nukleotid DNS-t tartalmaznak kétszer a nyolc hiszton körül egy nukleoszómaszerű szál körül egy orsó körül.
ahhoz, hogy a polinukleotid szintézis bekövetkezzen, a transzkripciós gépnek minden alkalommal el kell távolítania a hisztonokat az útból, amikor nukleoszómával találkozik. Ezt a FACT nevű speciális fehérje dimer valósítja meg, amely a “megkönnyíti a kromatin transzkripciót.”A FACT részlegesen szétszereli a nukleoszómát közvetlenül a transzkripciós RNS-polimeráz II előtt (upstream) a nyolc hiszton közül kettő eltávolításával (a H2A és a H2B hisztonok egyetlen dimere eltávolításra kerül.) Ez feltehetően kellően meglazítja a nukleoszóma köré tekert DNS-t, hogy az RNS-polimeráz II átírhasson rajta. A FACT újra összeállítja a nukleoszómát az RNS polimeráz II mögött a hiányzó hisztonok visszaadásával. Az RNS polimeráz II továbbra is megnyújtja az újonnan szintetizált RNS-t, amíg a transzkripció véget nem ér.
az a tény, hogy a protein dimer lehetővé teszi az RNS polimeráz II átírását csomagolt DNS-en keresztül: az eukariótákban lévő DNS nukleoszómákba van csomagolva, amelyek 4 különböző hisztonfehérje oktomeréből állnak. Amikor a DNS-t kétszer szorosan feltekerjük egy nukleoszóma körül, az RNS-polimeráz II nem fér hozzá transzkripcióhoz. A FACT eltávolítja a hisztonok közül kettőt a nukleoszómából közvetlenül az RNS polimeráz előtt, meglazítva a csomagolást, hogy az RNS polimeráz II folytathassa a transzkripciót. Tény is újra összeállítja a nukleoszómát közvetlenül az RNS-polimeráz mögött a hiányzó hisztonok visszaadásával.
megnyúlás
az RNS polimeráz II 12 fehérje alegység komplexe. A fehérje specifikus alegységei lehetővé teszik az RNS polimeráz II számára, hogy saját helikázként, csúszó bilincsként, egyszálú DNS-kötő fehérjeként működjön, valamint más funkciókat is ellásson. Következésképpen az RNS-polimeráz II-nek nincs szüksége annyi kiegészítő fehérjére az új RNS-szálak szintézisének katalizálásához a transzkripciós megnyúlás során, mint a DNS-polimeráz az új DNS-szálak szintézisének katalizálásához a replikációs megnyúlás során.
az RNS-polimeráz II-nek azonban nagy mennyiségű kiegészítő fehérjére van szüksége a transzkripció megindításához a génpromótereknél, de miután a transzkripciós kezdő régióban a kettős szálú DNS-t letekercselték, az RNS-polimeráz II a +1 iniciációs nukleotidnál helyezkedett el, és megkezdte az új RNS-szál szintézisének katalizálását, az RNS-polimeráz II megtisztítja vagy “elhagyja” a promoter régiót, és a transzkripciós iniciációs fehérjék nagy részét maga mögött hagyja.
az összes RNS-polimeráz a 3′ – 5′ irányban halad a sablon DNS-szál mentén, és katalizálja az új RNS-szálak szintézisét az 5′ – 3′ irányban, új nukleotidokat adva a növekvő RNS-szál 3′ végéhez.
az RNS-polimerázok feloldják az előttük lévő kettős szálú DNS-t, és lehetővé teszik a mögöttük lévő letekert DNS visszatekerését. Ennek eredményeként az RNS-szál szintézise körülbelül 25 letekert DNS-alappár transzkripciós buborékjában történik. Az újonnan szintetizált RNS csak körülbelül 8 nukleotidja marad alapjaa sablon DNS-hez vezet. A többi RNS-molekula leesik a sablonról, hogy a mögötte lévő DNS visszatekerhessen.
az RNS-polimerázok az alatta lévő DNS-szálat használják sablonként annak irányítására, hogy mely nukleotidot adják hozzá a növekvő RNS-szál 3 ‘ végéhez a szekvencia minden pontján. Az RNS polimeráz a sablon mentén halad DNS egy nukleotid egyszerre. Bármelyik RNS-nukleotid is képes alapozniaz RNS-polimeráz alatti sablon nukleotidhoz való párosítás a következő nukleotid, amelyet hozzá kell adni. Miután egy új nukleotid hozzáadása a növekvő szál 3’ végéhez katalizálódott, az RNS-polimeráz az alatta lévő sablon következő DNS-nukleotidjára lép. Ez a folyamat addig folytatódik, amíg a transzkripció megszűnik.
Termináció
a transzkripció megszűnése eltér a három különböző eukarióta RNS polimeráz esetében.
az RNS polimeráz I által átírt riboszomális rRNS gének a basepairek specifikus szekvenciáját tartalmazzák (emberben 11 bp hosszú; 18 bp egerekben), amelyet a TTF-1 (RNS polimeráz I. transzkripciós terminációs faktor) nevű terminációs fehérje ismer fel, ez a fehérje a felismerési szekvenciáján megköti a DNS-t, és blokkolja a további transzkripciót, aminek következtében az RNS polimeráz I leválik a sablon DNS-szálról, és felszabadítja az újonnan szintetizált RNS-t.
az RNS Polimerse II által átírt fehérjekódoló, strukturális RNS és szabályozó RNS gének nem tartalmaznak olyan specifikus jeleket vagy szekvenciákat, amelyek az RNS polimeráz II-t meghatározott helyeken végződtetik. Az RNS-polimeráz II továbbra is átírhatja az RNS-t néhány bp-től több ezer bp-ig a gén tényleges vége után. Az átiratot azonban egy belső helyen hasítják, mielőtt az RNS polimeráz II befejezi az átírást. Ez felszabadítja az átirat upstream részét, amely kezdeti RNS-ként szolgál a további feldolgozás előtt (a pre-mRNS fehérje-kódoló gének esetén.) Ezt a hasítási helyet a gén “végének” tekintik. A transzkriptum fennmaradó részét egy 5′-exonukleáz emészti (az úgynevezett xrn2 emberben), miközben az RNS-polimeráz II még mindig átírja. amikor az 5′ – exonulease “utoléri” az RNS-polimeráz II-t azáltal, hogy megemészti az összes túlnyúló RNS-t, elősegíti a polimeráz leválasztását DNS-sablonszálából, végül lezárva a transzkripció ezen körét.
a fehérjét kódoló gének esetében a hasítási hely, amely meghatározza a kialakuló pre-mRNS” végét”, egy upstream aauaaa szekvencia és egy downstream GU-gazdag szekvencia között fordul elő, amelyet körülbelül 40-60 nukleotid választ el a feltörekvő RNS-ben. Miután mindkét szekvenciát átírták, az emberekben a CPSF nevű fehérje megköti az aauaaa szekvenciát, az emberekben a CstF nevű fehérje pedig a GU-ban gazdag szekvenciát. Ez a két fehérje képezi egy bonyolult fehérjekomplex alapját, amely ebben a régióban képződik, mielőtt a CPSF hasítja a kialakuló pre-mRNS-t az AAUAAA helyétől lefelé 10-30 nukleotid helyén. A poli(a) polimeráz enzim, amely katalizálja a 3′ poli-a farok hozzáadását a pre-mRNS-hez, része annak a komplexnek, amely a CPSF és a CstF segítségével képződik.
transzkripciós termináció RNS-polimeráz II-vel egy fehérjét kódoló génen.: Az RNS-polimeráz II-nek nincs olyan specifikus jele, amely megszüntetné transzkripcióját. A fehérjét kódoló gének esetében egy fehérjekomplex a növekvő pre-mRNS két helyéhez kötődik, miután az RNS-polimeráz átíródott a gén végén. A komplexben lévő CPSF egy AAUAAA szekvenciát, a komplexben lévő CstF pedig egy GU-ban gazdag szekvenciát köt (felső ábra). A komplex CPSF hasítja az pre-mRNS-t a két kötött szekvencia közötti helyen, felszabadítva az pre-mRNS-t (középső ábra). A poli(a) polimeráz ugyanannak a komplexnek a része, és elkezdi hozzáadni a poli-a farokot a pre-mRNS-hez. Ugyanakkor az Xrn2 fehérje, amely egy exonukleáz, megtámadja az RNS-szál 5 ‘ végét, amely még mindig az RNS-polimerázhoz kapcsolódik. Az Xrn2 megkezdi az újonnan szintetizált RNS nem felszabadult részének emésztését, amíg az Xrn2 el nem éri az RNS-polimerázt, ahol elősegíti az RNS-polimeráz kiszorítását a sablon DNS-szálból. Ez a transzkripciót valamilyen véletlenszerű helyen fejezi be a gén valódi végétől lefelé (alsó ábra).
az RNS-polimeráz III által átírt tRNS, 5S rRNS és strukturális RNS-gének nem teljesen érthető terminációs jellel rendelkeznek. Az RNS-polimeráz III által átírt RNS-ek rövid, négy-hét U-ból állnak a 3 ‘ végén. Ez valahogy kiváltja az RNS polimeráz III-t, hogy mind a kialakuló RNS-t felszabadítsa, mind pedig a sablon DNS-szálból leváljon.