Förlängning och uppsägning i eukaryoter
förlängning syntetiserar pre-mRNA i en 5′ till 3′ riktning, och uppsägning sker som svar på avslutningssekvenser och signaler.
inlärningsmål
beskriv vad som händer under transkriptionsförlängning och avslutning
viktiga Takeaways
viktiga punkter
- RNA-polymeras II (RNAPII) transkriberar huvuddelen av eukaryota gener.
- under förlängning måste transkriptionsmaskinen flytta histoner ur vägen varje gång den stöter på en nukleosom.
- Transkriptionsförlängning sker i en bubbla av avlindat DNA, där RNA-polymeraset använder en DNA-sträng som en mall för att katalysera syntesen av en ny RNA-sträng i 5′ till 3′ – riktningen.
- RNA-polymeras I och RNA-polymeras III avslutar transkriptionen som svar på specifika avslutningssekvenser i antingen det DNA som transkriberas (RNA-polymeras I) eller i det nyligen syntetiserade RNA (RNA-polymeras III).
- RNA-polymeras II avslutar transkriptionen på slumpmässiga platser förbi slutet av genen som transkriberas. Det nyligen syntetiserade RNA klyvs på en sekvensspecifik plats och frigörs innan transkriptionen avslutas.
nyckeltermer
- nukleosom: någon av de subenheter som upprepas i kromatin; en spole av DNA som omger en histonkärna
- Histon: någon av olika enkla vattenlösliga proteiner som är rika på de basiska aminosyrorna lysin och arginin och komplexas med DNA i nukleosomerna av eukaryot kromatin
- kromatin: ett komplex av DNA, RNA och proteiner inom cellkärnan, från vilka kromosomer kondenserar under celldelning
transkription genom nukleosomer
Efter bildandet av pre-initieringskomplexet frigörs polymeraset från de andra transkriptionsfaktorerna, och förlängning tillåts fortsätta med polymerassyntetiserande RNA i 5′ till 3′ – riktningen. RNA-polymeras II (RNAPII) transkriberar huvuddelen av eukaryota gener, så detta avsnitt kommer huvudsakligen att fokusera på hur detta specifika polymeras åstadkommer förlängning och avslutning.
Även om den enzymatiska förlängningsprocessen i huvudsak är densamma i eukaryoter och prokaryoter, är den eukaryota DNA-mallen mer komplex. När eukaryota celler inte delar sig, finns deras gener som en diffus, men fortfarande omfattande förpackad och komprimerad massa av DNA och proteiner som kallas kromatin. DNA är tätt förpackat runt laddade histonproteiner med upprepade intervall. Dessa DNA-histonkomplex, kollektivt kallade nukleosomer, är regelbundet åtskilda och inkluderar 146 nukleotider av DNA lindade två gånger runt de åtta histonerna i en nukleosomliknande tråd runt en spole.
för att polynukleotidsyntes ska inträffa måste transkriptionsmaskinen flytta histoner ur vägen varje gång den stöter på en nukleosom. Detta åstadkommes genom en speciell protein dimer kallas faktum, som står för ”underlättar kromatin transkription.”Faktum demonterar delvis nukleosomen omedelbart framåt (uppströms) av ett transkriberande RNA-polymeras II genom att avlägsna två av de åtta histonerna (en enda dimer av H2A-och H2B-histoner avlägsnas.) Detta löser förmodligen tillräckligt DNA som lindas runt den nukleosomen så att RNA-polymeras II kan transkribera genom det. Faktum återmonterar nukleosomen bakom RNA-polymeras II genom att returnera de saknade histonerna till den. RNA-polymeras II fortsätter att förlänga det nyligen syntetiserade RNA tills transkriptionen avslutas.
FAKTUMPROTEINDIMEREN tillåter RNA-polymeras II att transkribera genom förpackat DNA: DNA i eukaryoter är förpackat i nukleosomerer, som består av en oktomer av 4 olika histonproteiner. När DNA är tätt lindat två gånger runt en nukleosom, kan RNA-polymeras II inte komma åt det för transkription. Faktum avlägsnar två av histonerna från nukleosomen omedelbart före RNA-polymeras, vilket lossar förpackningen så att RNA-polymeras II kan fortsätta transkriptionen. Faktum återmonterar också nukleosomen omedelbart bakomd RNA-polymeraset genom att returnera de saknade histonerna.
töjning
RNA-polymeras II är ett komplex av 12 proteinunderenheter. Specifika underenheter inom proteinet tillåter RNA-polymeras II att fungera som sitt eget helikas, glidklämma, enkelsträngat DNA-bindande protein, samt utföra andra funktioner. Följaktligen behöver RNA-polymeras II inte så många tillbehörsproteiner för att katalysera syntesen av nya RNA-strängar under transkriptionsförlängning som DNA-polymeras gör för att katalysera syntesen av nya DNA-strängar under replikationsförlängning.
emellertid behöver RNA-polymeras II en stor samling av tillbehörsproteiner för att initiera transkription vid genpromotorer, men när det dubbelsträngade DNA i transkriptionsstartregionen har blivit avlindat, har RNA-polymeras II placerats vid +1-initieringsnukleotiden och har börjat katalysera ny RNA-strängsyntes, RNA-polymeras II rensar eller ”flyr” promotorregionen och lämnar de flesta transkriptionsinitieringsproteinerna bakom.
alla RNA-polymeraser färdas längs mall-DNA-strängen i 3′ till 5′ – riktningen och katalyserar syntesen av nya RNA-strängar i 5′ till 3′ – riktningen och lägger till nya nukleotider till 3 ’ – änden av den växande RNA-strängen.
RNA-polymeraser lindar det dubbelsträngade DNA framför dem och låter det avlindade DNA bakom dem spola tillbaka. Som ett resultat sker RNA-strängsyntes i en transkriptionsbubbla med cirka 25 avlindade DNA-basbairs. Endast cirka 8 nukleotider av nysyntetiserat RNA förblir basparade till mall-DNA. Resten av RNA-molekylerna faller av mallen för att låta DNA bakom det spola tillbaka.
RNA-polymeraser använder DNA-strängen under dem som en mall för att styra vilken nukleotid som ska läggas till 3′ – änden av den växande RNA-strängen vid varje punkt i sekvensen. RNA-polymeraset färdas längs mallen DNA en nukleotid åt gången. Vilken RNA-nukleotid som helst kan basparas till mallen nukleotid under RNA-polymeraset är nästa nukleotid som ska tillsättas. När tillsatsen av en ny nukleotid till 3′ – änden av den växande strängen har katalyserats flyttar RNA-polymeraset till nästa DNA-nukleotid på mallen under den. Denna process fortsätter tills transkription avslutas.
avslutning
avslutningen av transkriptionen är olika för de tre olika eukaryota RNA-polymeraserna.
de ribosomala rRNA-generna transkriberade av RNA-polymeras I innehåller en specifik sekvens av baspar (11 bp lång hos människor; 18 bp i möss) som känns igen av ett termineringsprotein som kallas TTF-1 (Transkriptionsavslutningsfaktor för RNA-polymeras I.) detta protein binder DNA vid dess igenkänningssekvens och blockerar ytterligare transkription, vilket får RNA-polymeraset i att frigöra från mall-DNA-strängen och frigöra dess nyligen syntetiserade RNA.
de proteinkodande, strukturella RNA-och regulatoriska RNA-gener som transkriberas av RNA-Polymerse II saknar några specifika signaler eller sekvenser som leder RNA-polymeras II att avslutas vid specifika platser. RNA-polymeras II kan fortsätta att transkribera RNA var som helst från några få bp till tusentals bp förbi den faktiska änden av genen. Transkriptet klyvs emellertid på ett internt ställe innan RNA-polymeras II slutar transkribera. Detta frigör uppströmsdelen av transkriptet, vilket kommer att fungera som det initiala RNA före vidare bearbetning (pre-mRNA i fallet med proteinkodande gener.) Denna klyvningsplats anses vara” slutet ” av genen. Resten av transkriptet smälts av ett 5′-exonukleas (kallat Xrn2 hos människor) medan det fortfarande transkriberas av RNA-polymeraset II. När 5′ – exonuleasen ”fångar upp” till RNA-polymeras II genom att smälta bort allt överhängande RNA, hjälper det att frigöra polymeraset från dess DNA-Mallsträng och slutligen avsluta den transkriptionsrundan.
i fallet med proteinkodande gener, klyvningsstället som bestämmer ”slutet” av det framväxande pre-mRNA inträffar mellan en uppströms aauaaa-sekvens och en nedströms GU-rik sekvens separerad med cirka 40-60 nukleotider i det framväxande RNA. När båda dessa sekvenser har transkriberats binder ett protein som kallas CPSF hos människor aauaaa-sekvensen och ett protein som kallas CstF hos människor binder den GU-rika sekvensen. Dessa två proteiner bildar basen av ett komplicerat proteinkomplex som bildas i denna region innan CPSF klyver det framväxande pre-mRNA på en plats 10-30 nukleotider nedströms från aauaaa-platsen. Poly (A) polymerasenzymet som katalyserar tillsatsen av en 3′ poly-a-svans på pre-mRNA är en del av komplexet som bildas med CPSF och CstF.
Transkriptionsterminering med RNA-polymeras II på en proteinkodande gen.: RNA-polymeras II har inga specifika signaler som avslutar dess transkription. När det gäller proteinkodande gener kommer ett proteinkomplex att binda till två platser på det växande pre-mRNA när RNA-polymeraset har transkriberats förbi genens ände. CPSF i komplexet binder en aauaaa-sekvens, och CstF i komplexet binder en GU-rik sekvens (toppfigur). CPSF i komplexet kommer att klyva pre-mRNA på en plats mellan de två bundna sekvenserna och släppa pre-mRNA (mittfigur). Poly (a) polymeras är en del av samma komplex och kommer att börja lägga till en poly-a-svans till pre-mRNA. Samtidigt attackerar xrn2-proteinet, som är ett exonukleas, 5′ – änden av RNA-strängen som fortfarande är associerad med RNA-polymeraset. Xrn2 kommer att börja smälta den icke-frisatta delen av det nyligen syntetiserade RNA tills Xrn2 når RNA-polymeraset, där det hjälper till att förskjuta RNA-polymeraset från mall-DNA-strängen. Detta avslutar transkription på någon slumpmässig plats nedströms från den verkliga änden av genen (bottenfigur).
tRNA -, 5S-rRNA-och strukturella RNA-gener transkriberade av RNA-polymeras III har en icke-helt förstådd termineringssignal. Rna transkriberas av RNA-polymeras III har en kort sträcka av fyra till sju U: er vid deras 3 ’ – ände. Detta utlöser på något sätt RNA-polymeras III för att både frigöra det framväxande RNA och koppla ur mallen DNA-strängen.