Elongacja i zakończenie u eukariotów
Elongacja syntetyzuje pre-mRNA w kierunku 5′ do 3′, a zakończenie następuje w odpowiedzi na sekwencje i sygnały zakończenia.
cele uczenia się
opisz, co dzieje się podczas wydłużania i zakończenia transkrypcji
kluczowe wnioski
kluczowe punkty
- polimeraza RNA II (RNAPII) transkrypuje główny udział genów eukariotycznych.
- podczas elongacji, maszyna transkrypcyjna musi przesunąć histony z drogi za każdym razem, gdy napotka nukleosom.
- wydłużenie transkrypcji zachodzi w bańce rozwiniętego DNA, gdzie polimeraza RNA wykorzystuje jedną nić DNA jako szablon do katalizowania syntezy nowej nici RNA w kierunku 5′ do 3′.
- polimeraza RNA I I polimeraza RNA III kończą transkrypcję w odpowiedzi na specyficzne sekwencje zakończenia w transkrypcji DNA (polimeraza RNA I) lub w nowo zsyntetyzowanym RNA (polimeraza RNA III).
- polimeraza RNA II kończy transkrypcję w losowych miejscach po zakończeniu transkrypcji genu. Nowo zsyntetyzowany RNA jest rozszczepiany w określonym przez sekwencję miejscu i uwalniany przed zakończeniem transkrypcji.
kluczowe terminy
- nukleosom: każda z podjednostek, które powtarzają się w chromatynie; cewka DNA otaczająca rdzeń histonowy
- Histon: dowolne z różnych prostych rozpuszczalnych w wodzie białek, które są bogate w podstawowe aminokwasy lizyna i arginina i są skompleksowane z DNA w nukleosomach chromatyny eukariotycznej
- chromatyna: kompleks DNA, RNA i białek w jądrze komórkowym, z którego chromosomy kondensują się podczas podziału komórki
transkrypcja przez Nukleosomy
Po utworzeniu kompleksu pre-inicjacyjnego polimeraza jest uwalniana z innych czynników transkrypcyjnych, a elongacja może przebiegać z polimerazą syntetyzującą RNA w kierunku 5′ do 3′. Polimeraza RNA II (Rnapii) transkrybuje główny udział genów eukariotycznych, więc ta sekcja będzie koncentrować się głównie na tym, jak ta specyficzna polimeraza osiąga wydłużenie i zakończenie.
chociaż enzymatyczny proces elongacji jest zasadniczo taki sam u eukariotów i prokariotów, eukariotyczny szablon DNA jest bardziej złożony. Gdy komórki eukariotyczne nie dzielą się, ich geny istnieją jako rozproszona, ale wciąż intensywnie pakowana i zagęszczona masa DNA i białek zwana chromatyną. DNA jest szczelnie pakowane wokół naładowanych białek histonowych w powtarzających się odstępach czasu. Te kompleksy DNA-Histon, zwane łącznie nukleosomami, są regularnie rozmieszczone i obejmują 146 nukleotydów DNA nawiniętych dwa razy wokół ośmiu histonów w nukleosomowej nici wokół szpuli.
aby doszło do syntezy polinukleotydów, maszyna transkrypcyjna musi przesunąć histony z drogi za każdym razem, gdy napotka nukleosom. Osiąga się to dzięki specjalnemu dimerowi białka o nazwie FACT, który oznacza ” ułatwia transkrypcję chromatyny.”Fakt częściowo demontuje nukleosom bezpośrednio przed (przed) transkrypcyjną polimerazą RNA II, usuwając dwa z ośmiu histonów (usuwany jest pojedynczy dimer histonów H2A i H2B.) To prawdopodobnie wystarczająco rozluźnia DNA owinięte wokół tego nukleosomu tak, że polimeraza RNA II może przez niego transkrybować. Fakt ponownie składa nukleosom znajdujący się za polimerazą RNA II, zwracając do niego brakujące histony. Polimeraza RNA II będzie nadal wydłużać nowo zsyntetyzowany RNA aż do zakończenia transkrypcji.
fakt, że dimer białka pozwala Polimerazie RNA II na transkrypcję przez pakowane DNA: DNA u eukariotów jest pakowane w nukleosomy, które składają się z oktomeru 4 różnych białek histonowych. Kiedy DNA jest ciasno nawinięte dwa razy wokół nukleosomu, polimeraza RNA II nie może uzyskać do niego dostępu do transkrypcji. FACT usuwa dwa histony z nukleosomu bezpośrednio przed polimerazą RNA, poluzowując Opakowanie Tak, że polimeraza RNA II może kontynuować transkrypcję. Fakt również ponownie składa nukleosom bezpośrednio za polimerazę RNA, zwracając brakujące histony.
wydłużenie
polimeraza RNA II jest kompleksem 12 podjednostek białkowych. Specyficzne podjednostki w białku pozwalają POLIMERAZIE RNA II działać jako własna helikaza, zacisk ślizgowy, jednoniciowe białko wiążące DNA, a także wykonywać inne funkcje. W konsekwencji, polimeraza RNA II nie potrzebuje tak wielu białek pomocniczych do katalizowania syntezy nowych nici RNA podczas wydłużania transkrypcji, jak polimeraza DNA do katalizowania syntezy nowych nici DNA podczas wydłużania replikacji.
jednakże, polimeraza RNA II potrzebuje dużej kolekcji białek pomocniczych do inicjowania transkrypcji w promotorach genów, ale gdy dwuniciowe DNA w regionie rozpoczęcia transkrypcji zostało rozwinięte, polimeraza RNA II została umieszczona na nukleotydzie inicjującym +1 i rozpoczęła katalizowanie nowej syntezy nici RNA, polimeraza RNA II oczyszcza lub „ucieka” region promotora i pozostawia większość białek inicjujących transkrypcję w tyle.
wszystkie polimerazy RNA poruszają się wzdłuż nici wzorcowej DNA w kierunku 3′ do 5′ i katalizują syntezę nowych nici RNA w kierunku 5′ do 3′, dodając nowe nukleotydy do 3′ końca rosnącej nici RNA.
polimerazy RNA rozwijają dwuniciowe DNA przed nimi i pozwalają rozwiniętemu DNA za nimi przewijać się do tyłu. W rezultacie synteza nici RNA zachodzi w bańce transkrypcyjnej o długości około 25 mm. Tylko około 8 nukleotydów nowo zsyntetyzowanego RNA pozostaje bazaparowanych do wzorcowego DNA. Reszta cząsteczek RNA spada z szablonu, aby DNA za nim się przewijało.
polimerazy RNA używają nici DNA pod nimi jako szablonu do kierowania, który nukleotyd dodaje się do 3′ końca rosnącej nici RNA w każdym punkcie sekwencji. Polimeraza RNA przemieszcza się wzdłuż wzorca DNA po jednym nukleotydzie w tym samym czasie. Niezależnie od tego, który nukleotyd RNA jest zdolny do bazowania na wzorcowym nukleotydzie poniżej polimerazy RNA, należy dodać następny nukleotyd. Po katalizowaniu dodania nowego nukleotydu do 3′ końca rosnącej nici, polimeraza RNA przenosi się do następnego nukleotydu DNA na szablonie pod nim. Proces ten trwa do momentu zakończenia transkrypcji.
zakończenie
zakończenie transkrypcji jest różne dla trzech różnych eukariotycznych polimeraz RNA.
rybosomalne geny rRNA transkrybowane przez polimerazę RNA i zawierają specyficzną sekwencję bazepairów (Długość 11 bp u ludzi; 18 bp u myszy), które jest rozpoznawane przez białko końcowe zwane TTF-1 (czynnik zakończenia transkrypcji dla polimerazy RNA I.), białko to wiąże DNA w sekwencji rozpoznawania i blokuje dalszą transkrypcję, powodując, że polimeraza RNA i odłącza się od matrycowej nici DNA i uwalnia jej nowo zsyntetyzowany RNA.
geny kodujące białko, strukturalny RNA i regulatorowy RNA transkrybowane przez Polimersę RNA II nie mają żadnych specyficznych sygnałów lub sekwencji, które kierują polimerazą RNA II do zakończenia w określonych miejscach. Polimeraza RNA II może kontynuować transkrypcję RNA w dowolnym miejscu od kilku bp do tysięcy bp po faktycznym końcu genu. Jednakże transkrypt jest rozszczepiany w miejscu wewnętrznym, zanim polimeraza RNA II zakończy transkrypcję. Uwalnia to wcześniejszą część transkryptu, która będzie służyć jako początkowy RNA przed dalszym przetwarzaniem (pre-mRNA w przypadku genów kodujących białko.) To miejsce rozszczepiania jest uważane za” koniec ” genu. Pozostała część transkryptu jest trawiona przez 5 ’- egzonukleazę (zwaną Xrn2 u ludzi), podczas gdy jest ona nadal transkrybowana przez polimerazę RNA II. Kiedy 5 ’ – egzonulease „dogania” polimerazę RNA II przez trawienie całego zwisającego RNA, pomaga odłączyć polimerazę od nici szablonu DNA, ostatecznie kończąc tę rundę transkrypcji.
w przypadku genów kodujących białko, miejsce rozszczepiania, które określa „koniec” powstającego pre-mRNA, występuje pomiędzy sekwencją aauaaa i sekwencją bogatą w gu, oddzieloną około 40-60 nukleotydami w powstającym RNA. Po transkrypcji obu tych sekwencji, białko zwane CPSF u ludzi wiąże sekwencję AAUAAA, a białko zwane CstF u ludzi wiąże sekwencję bogatą w GU. Te dwa białka tworzą podstawę skomplikowanego kompleksu białkowego, który tworzy się w tym regionie, zanim CPSF rozszczepia rodzący się pre-mRNA w miejscu 10-30 nukleotydów poniżej miejsca AAUAAA. Enzym polimerazy Poli(a) katalizujący dodanie 3′ ogona Poli-a na pre-mRNA jest częścią kompleksu, który tworzy z CPSF i CstF.
zakończenie transkrypcji przez polimerazę RNA II na genie kodującym białko.: RNA Polymerase II nie ma specyficznych sygnałów, które przerywają jego transkrypcję. W przypadku genów kodujących białka, kompleks białkowy wiąże się z dwoma lokalizacjami na rosnącym pre-mRNA po transkrypcji polimerazy RNA po zakończeniu genu. CPSF w kompleksie wiąże sekwencję AAUAAA, a cstf w kompleksie wiąże sekwencję bogatą w GU (górny rysunek). CPSF w kompleksie rozszczepia pre-mRNA w miejscu pomiędzy dwoma związanymi sekwencjami, uwalniając pre-mRNA (środkową figurę). Polimeraza Poli(A)jest częścią tego samego kompleksu i zacznie dodawać ogon Poli-a do pre-mRNA. W tym samym czasie białko Xrn2, które jest egzonukleazą, atakuje 5′ koniec nici RNA nadal związany z polimerazą RNA. Xrn2 zacznie trawić nie uwalnianą część nowo zsyntetyzowanego RNA, dopóki Xrn2 nie dotrze do polimerazy RNA, gdzie pomaga w wyparciu polimerazy RNA z nici DNA szablonu. To kończy transkrypcję w jakimś przypadkowym miejscu poniżej prawdziwego końca genu (dolny rysunek).
geny tRNA, 5s rRNA i strukturalnego RNA transkrybowane przez polimerazę RNA III mają nie do końca zrozumiały sygnał zakończenia. RNA transkrybowane przez polimerazę RNA III mają krótki odcinek od czterech do siedmiu U na końcu 3′. To w jakiś sposób wyzwala polimerazę RNA III zarówno do uwolnienia rodzącego się RNA, jak i odłączenia się od nici DNA szablonu.