真核生物における伸長と終結
伸長は、プレmRNAを5’から3’方向に合成し、終結配列とシグナルに応答して終結が起こる。
学習目標
転写伸長と終了中に何が起こっているかを記述
キーテイクアウト
キーポイント
- RNAポリメラーゼII（RNAPII）は、真核生物の遺伝子の主なシェアを転写する。
- 伸長中に、転写機構は、ヌクレオソームに遭遇するたびにヒストンを邪魔にならないように移動する必要があります。
- 転写伸長は、RNAポリメラーゼがDNAの一本鎖を鋳型として使用して、5’から3’方向の新しいRNA鎖の合成を触媒する、巻き戻されたDNAの泡で起こる。
- RNAポリメラーゼIおよびRNAポリメラーゼIIIは、転写されるDNA（RNAポリメラーゼI）または新たに合成されたRNA（RNAポリメラーゼIII）のいずれかにおける特定の終
- RNAポリメラーゼIIは、転写される遺伝子の終わりを過ぎたランダムな位置で転写を終了する。 新たに合成されたRNAは、配列指定された位置で切断され、転写が終了する前に放出される。
キー用語
- ヌクレオソーム：クロマチンで繰り返すサブユニットのいずれか;ヒストンコアを囲むDNAのコイル
- ヒストン：塩基性アミノ酸リジンとアルギニンが豊富で、真核生物のクロマチンのヌクレオソーム内のDNAと複合体化された様々な単純な水溶性タンパク質のいずれか
- クロマチン: 細胞分裂中に染色体が凝縮する細胞核内のDNA、RNA、タンパク質の複合体
ヌクレオソームを介した転写
開始前複合体の形成に続いて、ポリメラーゼは他の転写因子から放出され、伸長は5’から3’方向にRNAを合成するポリメラーゼで進行することができる。 RNAポリメラーゼII（RNAPII）は、真核生物の遺伝子の主要なシェアを転写するので、このセクションでは、主にこの特定のポリメラーゼが伸長と終了を達成する方伸長の酵素的プロセスは真核生物と原核生物で本質的に同じであるが、真核生物のDNAテンプレートはより複雑である。
伸長の酵素的プロセスは真核生物と原核生物で本質的に同じであるが、真核生物のDNAテンプレートはより複雑である。 真核細胞が分裂していない場合、それらの遺伝子は拡散して存在するが、クロマチンと呼ばれるDNAおよびタンパク質の広範に包装され圧縮された塊 DNAは繰り返し間隔で荷電したヒストン蛋白質のまわりで堅く包まれます。 これらのDNA–ヒストン複合体は、総称してヌクレオソームと呼ばれ、等間隔に配置され、スプールの周りのヌクレオソームのような糸の八つのヒストンの周りに二回巻かれたDNAの146ヌクレオチドを含む。
ポリヌクレオチド合成が起こるためには、転写機構は、ヌクレオソームに遭遇するたびにヒストンを邪魔にならないように移動させる必要があ これは「促進するクロマチンのトランスクリプションを意味するfactと呼ばれる特別な蛋白質の二量体によって達成されます。”FACTは、転写RNAポリメラーゼIIのすぐ前（上流）にあるヌクレオソームを部分的に分解し、八つのヒストンのうち二つを除去する（H2AとH2Bのヒストンの単一の二量体が除去される。）これは、おそらくRNAポリメラーゼIIがそれを介して転写することができるように、そのヌクレオソームの周りに包まれたDNAを十分に緩める。 FACTは、RNAポリメラーゼIIの背後にあるヌクレオソームを、欠けているヒストンをそれに戻すことによって再組み立て直す。 RNAポリメラーゼIIは、転写が終了するまで、新たに合成されたRNAを伸長させ続ける。
事実タンパク質二量体は、RNAポリメラーゼIIがパッケージ化されたDNAを介して転写することを可能にする：真核生物のDNA DNAがヌクレオソームの周りに二度緊密に巻かれている場合、RNAポリメラーゼIIは転写のためにそれにアクセスすることはできません。 ファクトはRNAポリメラーゼIIが転写を続けることができるように、RNAポリメラーゼIIのすぐ前にヌクレオソームからヒストンの二つを削除し、パッケージングを緩めます。 FACTはまた、欠けているヒストンを返すことによってRNAポリメラーゼのすぐ後ろのヌクレオソームを再構成する。
伸長
RNAポリメラーゼIIは12個のタンパク質サブユニットの複合体である。 タンパク質内の特定のサブユニットは、RNAポリメラーゼIIは、独自のヘリカーゼ、スライドクランプ、一本鎖DNA結合タンパク質として作用するだけでなく、他の機 その結果、RNAポリメラーゼIIは、DNAポリメラーゼが複製伸長中に新しいDNA鎖の合成を触媒するように、転写伸長中に新しいRNA鎖の合成を触媒するように多
しかし、RNAポリメラーゼIIは、遺伝子プロモーターで転写を開始するためにアクセサリータンパク質の大規模なコレクションを必要としませんが、転写開始領域の二本鎖DNAが巻き戻されると、RNAポリメラーゼIIは+1開始ヌクレオチドに位置し、新しいRNA鎖合成を触媒し始め、RNAポリメラーゼIIはプロモーター領域をクリアまたは”エスケープ”し、転写開始タンパク質の大部分を残します。
すべてのRNAポリメラーゼは、鋳型DNA鎖に沿って3’から5’方向に移動し、5’から3’方向に新しいRNA鎖の合成を触媒し、成長するRNA鎖の3’末端に新しいヌク
RNAポリメラーゼは、それらの前に二本鎖DNAを巻き戻し、それらの後ろに巻き戻されたDNAを巻き戻すことを可能にする。
RNAポリメラーゼは、二本鎖DNAを巻き その結果、RNA鎖合成は約25個のDNA塩基配列の転写バブルで起こる。 新たに合成されたRNAの約8ヌクレオチドのみがテンプレートDNAに塩基対に残っている。 RNA分子の残りの部分は、その背後にあるDNAが巻き戻すことを可能にするためにテンプレートから落ちます。RNAポリメラーゼは、配列の各点で成長するRNA鎖の3’末端にどのヌクレオチドを追加するかを指示するための鋳型として、それらの下のDNA鎖を使用する。
RNAポリメラーゼは、配列の各点で成長するRNA鎖の3’末端にどのヌクレオチドを追加するかを指示する。 RNAポリメラーゼは鋳型DNAに沿って一度にヌクレオチドを移動する。 いずれのRNAヌクレオチドも、RNAポリメラーゼの下のテンプレートヌクレオチドに塩基対形成することができるものは、追加される次のヌクレオチドである。 成長する鎖の3’末端への新しいヌクレオチドの添加が触媒されると、RNAポリメラーゼはその下のテンプレート上の次のDNAヌクレオチドに移動する。 このプロセスは、転写終了が起こるまで続く。3つの異なる真核生物RNAポリメラーゼでは、転写の終結が異なる。
Termination
転写の終結は異なる。
Termination
転写の終止は異なる。
RNAポリメラーゼIによって転写されたリボソームrRNA遺伝子には、特定の塩基配列（ヒトでは11bpの長さ）が含まれています; このタンパク質は、その認識配列でDNAに結合し、さらなる転写をブロックし、RNAポリメラーゼIを鋳型DNA鎖から離脱させ、新たに合成されたRNAを放出させる。RNAポリメラーゼIIによって転写されるタンパク質コード、構造RNA、および調節RNA遺伝子は、RNAポリメラーゼIIが特定の位置で終了するように指示する特定のシ RNAポリメラーゼIIは、遺伝子の実際の終わりを過ぎて、数bpから数千bpまでの任意の場所でRNAを転写し続けることができる。 しかし、転写産物は、RNAポリメラーゼIIが転写を終了する前に、内部サイトで切断されます。 これにより、転写物の上流部分が放出され、転写物は、さらなる処理の前の最初のＲＮＡ（タンパク質をコードする遺伝子の場合はプレｍＲＮＡ）として機能する。）この切断部位は、遺伝子の「末端」と考えられる。 転写産物の残りの部分は、5′-エキソヌクレアーゼ（ヒトではXrn2と呼ばれる）によって消化され、RNAポリメラーゼIIによって転写されている間に5′-エキソヌレアーゼがrnaポリメラーゼIIに”追いつき”、すべてのオーバーハングRNAを消化することによってポリメラーゼIIに”追いつき”すると、ポリメラーゼがDNAテンプレート鎖から離脱し、最終的にその転写ラウンドを終了する。
タンパク質をコードする遺伝子の場合、出現するプレmRNAの”末端”を決定する切断部位は、上流AAUAAA配列と、出現するRNA中の約40-60ヌクレオチドで分離された下流のGUリッチ配列との間に生じる。 これらの配列の両方が転写されると、ヒトのCPSFと呼ばれるタンパク質はAAUAAA配列に結合し、ヒトのCstFと呼ばれるタンパク質はGUリッチ配列に結合する。 これら二つのタンパク質は、CPSFがAAUAAA部位から下流の10-30ヌクレオチドの部位で新生プレmRNAを切断する前に、この領域に形成される複雑なタンパク質複合体の塩基を形成する。 プレｍＲＮＡ上の３’ポリＡ尾部の付加を触媒するポリ（Ａ）ポリメラーゼ酵素は、ＣＰＳＦおよびＣｓｔｆと形成する複合体の一部である。
タンパク質をコードする遺伝子上のRNAポリメラーゼIIによる転写終了。：RNAポリメラーゼIIは、その転写を終了する特異的なシグナルを有していない。 蛋白質コードの遺伝子の場合には、蛋白質の複合体はRNAのポリメラーゼが遺伝子の終わりを過ぎて転写したら成長するpre-mRNAの2つの位置に結合します。 複合体中のCPSFはAAUAAA配列に結合し、複合体中のCstFはGUリッチ配列に結合する（上図）。 複合体中のCPSFは、2つの結合した配列の間の部位でプレmRNAを切断し、プレmRNAを放出する（中央図）。 ポリ(A)ポリメラーゼは同じ複合体の一部であり、pre-mRNAにポリaテールを付加し始める。 同時に、エキソヌクレアーゼであるXrn2タンパク質は、まだRNAポリメラーゼに関連付けられているRNA鎖の5’末端を攻撃する。 Xrn2は、Xrn2が鋳型DNA鎖からRNAポリメラーゼを置換するのに役立つRNAポリメラーゼに到達するまで、新たに合成されたRNAの非放出部分の消化を開始します。 これにより、遺伝子の真の末端から下流のいくつかのランダムな位置で転写が終了する（下の図）。RNAポリメラーゼIIIによって転写されたtRNA、5S rRNA、および構造Rna遺伝子は、完全には理解されていない終止シグナルを有する。
RNAポリメラーゼIIIによって転写されたRnaは、その3’末端に4〜7Uの短い伸張を有する。 これは、何らかの形で、RNAポリメラーゼIIIが、新生RNAを放出し、鋳型DNA鎖から離脱する両方を誘発する。