alungirea și terminarea în eucariote
alungirea sintetizează pre-ARNm într-o direcție de la 5′ la 3′, iar terminarea are loc ca răspuns la secvențele și semnalele de terminare.
obiective de învățare
descrieți ce se întâmplă în timpul alungirii și terminării transcripției
preluări cheie
puncte cheie
- ARN polimeraza II (RNAPII) transcrie ponderea majoră a genelor eucariote.
- în timpul alungirii, mașina de transcriere trebuie să mute histonele din drum de fiecare dată când întâlnește un nucleozom.
- alungirea transcripției are loc într-o bulă de ADN desfăcut, unde ARN polimeraza folosește o catenă de ADN ca șablon pentru a cataliza sinteza unei noi catene de ARN în direcția 5′ la 3′.
- ARN polimeraza I și ARN polimeraza III termină transcrierea ca răspuns la secvențe de terminare specifice fie în ADN-ul transcris (ARN polimeraza I), fie în ARN-ul nou sintetizat (ARN polimeraza III).
- ARN polimeraza II termină transcrierea în locații aleatorii după sfârșitul genei transcrise. ARN-ul nou sintetizat este scindat într-o locație specificată de secvență și eliberat înainte de terminarea transcrierii.
termeni cheie
- nucleozom: oricare dintre subunitățile care se repetă în cromatină; o bobină de ADN care înconjoară un miez de histonă
- histonă: oricare dintre diferitele proteine simple solubile în apă care sunt bogate în aminoacizii bazici lizină și arginină și sunt complexate cu ADN în nucleozomii cromatinei eucariote
- cromatină: un complex de ADN, ARN și proteine în nucleul celular din care cromozomi condensa în timpul diviziunii celulare
transcriere prin nucleozomi
după formarea complexului de pre-inițiere, polimeraza este eliberat de alți factori de transcripție, și alungirea este permis să procedeze cu polimeraza sintetizarea ARN în direcția 5′ la 3′. ARN polimeraza II (RNAPII) transcrie ponderea majoră a genelor eucariote, astfel încât această secțiune se va concentra în principal pe modul în care această polimerază specifică realizează alungirea și terminarea.
deși procesul enzimatic de alungire este în esență același în eucariote și procariote, șablonul ADN eucariot este mai complex. Atunci când celulele eucariote nu se divid, genele lor există ca o masă difuză, dar încă ambalată și compactată extensiv de ADN și proteine numite cromatină. ADN-ul este strâns ambalat în jurul proteinelor histonice încărcate la intervale repetate. Aceste complexe ADN-histone, denumite colectiv nucleozomi, sunt distanțate în mod regulat și includ 146 de nucleotide de ADN înfășurate de două ori în jurul celor opt histone într-un fir asemănător nucleozomului în jurul unei bobine.
pentru ca sinteza polinucleotidelor să aibă loc, mecanismul de transcriere trebuie să îndepărteze histonele de fiecare dată când întâlnește un nucleozom. Acest lucru se realizează printr-un dimer special de proteine numit fapt, care înseamnă „facilitează transcrierea cromatinei.”Fapt dezasamblează parțial nucleozomul imediat înainte (în amonte) al unei transcrieri ARN polimeraza II prin îndepărtarea a două dintre cele opt histone (un singur dimer de histone H2A și H2B este îndepărtat.) Acest lucru probabil slăbește suficient ADN-ul înfășurat în jurul nucleozomului respectiv, astfel încât ARN polimeraza II să poată transcrie prin el. Fapt reasamblează nucleozomul din spatele ARN polimerazei II prin returnarea histonelor lipsă. ARN polimeraza II va continua să alunge ARN-ul nou sintetizat până la terminarea transcrierii.
faptul că dimerul proteic permite ARN polimerazei II să transcrie prin ADN ambalat: ADN-ul din eucariote este ambalat în nucleozomi, care constau dintr-un octomer de 4 proteine histone diferite. Când ADN-ul este strâns înfășurat de două ori în jurul unui nucleozom, ARN polimeraza II nu îl poate accesa pentru transcriere. Fapt elimină două dintre histone din nucleozom imediat înaintea ARN polimerazei, slăbind ambalajul astfel încât ARN polimeraza II să poată continua transcrierea. Fapt reasamblează, de asemenea, nucleozomul imediat în spatele ARN polimerazei prin returnarea histonelor lipsă.
alungirea
ARN polimeraza II este un complex de 12 subunități proteice. Subunitățile specifice din cadrul proteinei permit ARN polimerazei II să acționeze ca helicază proprie, clemă glisantă, proteină de legare a ADN-ului monocatenar, precum și să îndeplinească alte funcții. În consecință, ARN polimeraza II nu are nevoie de atâtea proteine accesorii pentru a cataliza sinteza noilor fire de ARN în timpul alungirii transcripției, așa cum face ADN polimeraza pentru a cataliza sinteza noilor fire de ADN în timpul alungirii replicării.
cu toate acestea, ARN polimeraza II are nevoie de o colecție mare de proteine accesorii pentru a iniția transcripția la promotorii genei, dar odată ce ADN-ul dublu catenar din regiunea de pornire a transcripției a fost desfăcut, ARN polimeraza II a fost poziționată la nucleotida de inițiere +1 și a început să catalizeze Noua sinteză a catenei ARN, ARN polimeraza II curăță sau „scapă” Regiunea promotorului și lasă în urmă majoritatea proteinelor de inițiere a transcripției.
toate polimerazele ARN se deplasează de-a lungul catenei ADN șablon în direcția 3′ până la 5′ și catalizează sinteza noilor catene ARN în direcția 5′ până la 3′, adăugând noi nucleotide la capătul 3′ al catenei ARN în creștere.
ARN polimerazele desfac ADN-ul dublu catenar din fața lor și permit ADN-ului desfăcut din spatele lor să se deruleze înapoi. Ca rezultat, sinteza catenei ARN are loc într-o bulă de transcripție de aproximativ 25 de perechi de bază ADN derulate. Doar aproximativ 8 nucleotide de ARN nou sintetizat rămân bazapereche ADN-ului șablon. Restul moleculelor de ARN cade de pe șablon pentru a permite ADN-ului din spatele acestuia să se deruleze înapoi.
ARN polimerazele folosesc catena ADN de sub ele ca șablon pentru a direcționa ce nucleotidă să adauge la capătul 3′ al catenei ARN în creștere în fiecare punct al secvenței. ARN polimeraza se deplasează de-a lungul ADN-ului șablon o nucleotidă la la timp. Orice nucleotidă ARN este capabilă să se bazezeaperecherea la nucleotida șablon sub ARN polimeraza este următoarea nucleotidă care trebuie adăugată. Odată ce adăugarea unei noi nucleotide la capătul 3′ al catenei în creștere a fost catalizată, ARN polimeraza se deplasează la următoarea nucleotidă ADN de pe șablonul de sub ea. Acest proces continuă până la terminarea transcrierii.
terminarea
terminarea transcrierii este diferită pentru cele trei polimeraze ARN eucariote diferite.
genele ARNr ribozomale transcrise de ARN polimeraza i conțin o secvență specifică de perechi de bază (11 bp lung la om; 18 bp la șoareci) care este recunoscută de o proteină de terminare numită TTF-1 (Factorul de terminare a transcripției pentru ARN polimeraza I.) această proteină leagă ADN-ul la secvența sa de recunoaștere și blochează transcripția ulterioară, determinând ARN polimeraza I să se desprindă de catena ADN șablon și să elibereze ARN-ul său nou sintetizat.
genele de codificare a proteinelor, ARN structural și ARN reglator transcrise de ARN Polymerse II nu au semnale sau secvențe specifice care direcționează ARN polimeraza II să se termine în locații specifice. ARN polimeraza II poate continua să transcrie ARN oriunde de la câteva bp la mii de bp după sfârșitul efectiv al genei. Cu toate acestea, transcrierea este scindată la un loc intern înainte ca ARN polimeraza II să termine transcrierea. Aceasta eliberează porțiunea din amonte a transcrierii, care va servi drept ARN inițial înainte de prelucrarea ulterioară (pre-ARNm în cazul genelor care codifică proteinele.) Acest situs de clivaj este considerat „sfârșitul” genei. Restul transcrierii este digerat de o 5 ‘- exonuclează (numită Xrn2 la om) în timp ce este încă transcrisă de ARN polimeraza II. Când 5’-exonuleaza „prinde” la ARN polimeraza II prin digerarea tuturor ARN-ului care depășește, ajută la decuplarea polimerazei de la catena șablonului ADN, încheind în cele din urmă acea rundă de transcriere.
în cazul genelor care codifică proteinele, locul de clivaj care determină „sfârșitul” pre-ARNm emergent apare între o secvență aauaaa în amonte și o secvență bogată în Gu în aval separată de aproximativ 40-60 nucleotide în ARN-ul emergent. Odată ce ambele secvențe au fost transcrise, o proteină numită CPSF la om leagă secvența aauaaa și o proteină numită CstF la om leagă secvența bogată în GU. Aceste două proteine formează baza unui complex proteic complicat care se formează în această regiune înainte ca CPSF să scindeze pre-ARNm în curs de formare la un sit de 10-30 nucleotide în aval de situl AAUAAA. Enzima Poli (a) polimerază care catalizează adăugarea unei cozi 3′ poli-A pe pre-ARNm face parte din complexul care se formează cu CPSF și CstF.
terminarea transcrierii prin ARN polimeraza II pe o genă care codifică proteinele.: ARN polimeraza II nu are semnale specifice care să pună capăt transcrierii sale. În cazul genelor care codifică proteinele, un complex proteic se va lega de două locații de pe pre-ARNm în creștere odată ce ARN polimeraza a transcris după sfârșitul genei. CPSF în complex va lega o secvență AAUAAA, iar CstF în complex va lega o secvență bogată în GU (figura de sus). CPSF în complex va scinda pre-ARNm la un loc între cele două secvențe legate, eliberând pre-ARNm (figura de mijloc). Poli (a) polimeraza face parte din același complex și va începe să adauge o coadă Poli-A la pre-ARNm. În același timp, proteina Xrn2, care este o exonuclează, atacă capătul 5′ al catenei ARN încă asociat cu ARN polimeraza. Xrn2 va începe să digere porțiunea neeliberată a ARN-ului nou sintetizat până când Xrn2 ajunge la ARN polimeraza, unde ajută la deplasarea ARN polimerazei din catena ADN șablon. Aceasta termină transcrierea într-o locație aleatorie în aval de capătul adevărat al genei (figura de jos).
Arnt, ARNr 5S și ARNr structurale genele transcrise de ARN polimeraza III au un semnal de terminare nu în întregime înțeles. ARN-urile transcrise de ARN polimeraza III au o întindere scurtă de patru până la șapte U la capătul lor 3′. Acest lucru declanșează cumva ARN polimeraza III atât pentru a elibera ARN-ul în curs de formare, cât și pentru a se desprinde de catena ADN șablon.