Википедија

РНК полимераза I

РНК полимеразата 1 (исто така позната како Пол I) е, кај повисоките еукариоти, полимераза што само транскрибира рибозомална РНК (но не и 5С рРНК, која се синтетизира со РНК полимераза III), тип на РНК што сочинува над 50% од вкупна РНК синтетизирана во клетка.[1]

Структура и функција

уреди

Пол I е ензим од 590 кДа кој се состои од 14 протеински подединици (полипептиди), а неговата кристална структура во квасецот Сачаромицес серевисиае е решена со резолуција од 2,8 А во 2013 година.[2] Дванаесет од неговите подединици имаат идентични или сродни колеги во РНК полимераза II (Пол II) и РНК полимераза III (Пол III). Другите две подединици се поврзани со факторите на иницијација на Пол II и имаат структурни хомолози во Пол III.

Транскрипцијата на рибозомската ДНК е ограничена на јадрото, каде што се присутни околу 400 копии од 42,9-кб рДНК генот, распоредени како тандемски повторувања во регионите на организаторот на јадренцето. Секоја копија содржи ~ 13,3 кб секвенца која ги кодира молекулите 18С, 5,8С и 28С РНК, испреплетени со два внатрешни транскрибирани разделници, ИТС1 и ИТС2, и опкружени нагоре со 5' надворешен транскрибиран разделник и низводно 3' надворешен транскриб разделник.[3][4] Овие компоненти се транскрибираат заедно за да се формира 45С пре-рРНК.[5] 45С пре-рРНК потоа пост-транскрипционално се расцепува со C/D кутија и H/ACA кутија сноРНК,[6] отстранувајќи ги двата разделувачи и резултирајќи со трите рРНК со сложена серија чекори.[7] 5С рибозомалната РНК е транскрибирана со Пол III. Поради едноставноста на транскрипцијата на Pol I, таа е полимеразата со најбрзо дејство и придонесува до 60% од нивоата на клеточна транскрипција во експоненцијално растечките клетки.

Во Сачаромицес серевисиае, 5С рДНК ја има необичната карактеристика да лежи внатре во повторувањето на рДНК. Тој е опкружен со нетранскрибирани разделувачи НТС1 и НТС2 и е транскрибиран наназад со Пол III, одделно од остатокот од рДНК.[7]

Регулирање на транскрипцијата на рРНК

уреди

Стапката на раст на клетките директно зависи од стапката на синтеза на протеините, која сама по себе е сложено поврзана со синтезата на рибозомите и транскрипцијата на рРНК. Така, интрацелуларните сигнали мора да ја координираат синтезата на рРНК со онаа на другите компоненти на транслацијата на протеините. Познато е дека Myc се врзува за човечката рибозомална ДНК со цел да ја стимулира транскрипцијата на рРНК преку РНК полимераза.[8]

Со оглед на големиот број на рДНК гени (неколку стотици) достапни за транскрипција, првиот механизам вклучува прилагодување на бројот на гени кои се транскрибираат во одредено време. Во клетките на цицачите, бројот на активните рДНК гени варира помеѓу типовите на клетките и нивото на диференцијација. Општо земено, како што клетката станува подиференцирана, таа бара помал раст и, според тоа, ќе има намалување на синтезата на рРНК и намалување на гените на рДНК што се транскрибираат. Кога се стимулира синтезата на рРНК, СЛ1 (фактор на селективност 1) ќе се поврзе со промоторите на гените на рДНК кои претходно биле тивки, и ќе регрутира комплекс пред иницијација за кој Пол I ќе се поврзе и ќе започне со транскрипција на рРНК.

Промените во транскрипцијата на рРНК може да се појават и преку промени во брзината на транскрипција. Додека точниот механизам преку кој Пол I ја зголемува стапката на транскрипција сè уште е непознат, доказите имаат покажано дека синтезата на рРНК може да се зголеми или намали без промени во бројот на активно транскрибирани рДНК.

Циклус на транскрипција

уреди

Во процесот на транскрипција (со која било полимераза), постојат три главни фази:

  1. Иницијација: изградба на комплексот РНК полимераза на промоторот на генот со помош на фактори на транскрипција
  2. Издолжување: вистинската транскрипција на поголемиот дел од генот во соодветна РНК секвенца
  3. Престанок: прекин на транскрипцијата на РНК и расклопување на комплексот РНК полимераза.

Иницијација

уреди

Пол I не бара TATA кутија во промоторот, наместо да се потпира на контролниот елемент нагоре (УЦЕ) сместен помеѓу -200 и -107, и основниот елемент сместен помеѓу -45 и +20.[9][10]

  1. Димеричкиот еукариотски врзувачки фактор (УБФ) ги врзува УЦЕ и основниот елемент.
  2. УБФ регрутира и врзува протеински комплекс наречен СЛ1 кај луѓето (или TIF-IB кај глувчето), составен од TATA-врзувачки протеин (TBP) и три TBP-асоцирани фактори (ТАФс).[11][12]
  3. УБФ димерот содржи неколку кутии со група со висока мобилност (HMG-кутии) кои воведуваат јамки во горниот регион, дозволувајќи им на УЦЕ и основните елементи да дојдат во контакт.
  4. РРН3/ТИФ-ИA е фосфорилиран и го врзува Пол I.
  5. Пол I се врзува за УБФ/СЛ1 комплексот преку РРН3/ТИФ-ИА и започнува транскрипцијата.

Забележете дека овој процес е променлив кај различни организми.[10]

Издолжување

уреди

Додека Пол I бега и го чисти промоторот, УБФ и СЛ1 остануваат врзани за промотер, подготвени да регрутираат друг Пол I. Навистина, секој активен рДНК ген може да се транскрибира повеќе пати истовремено, за разлика од гените транскрибирани со Пол II, кои се поврзуваат само со еден комплекс во исто време. Додека издолжувањето продолжува непречено ин витро, во тој момент не е јасно дали овој процес се случува во клетката, со оглед на присуството на нуклеозоми. Пол I се чини дека транскрибира преку нуклеозомите, или ги заобиколува или ги нарушува, можеби потпомогнати од активностите за ремоделирање на хроматин. Покрај тоа, УБФ може да делува и како позитивна повратна информација, подобрувајќи го издолжувањето на Пол I преку функцијата против репресор. Дополнителен фактор, ТИФ-ИЦ, исто така може да ја стимулира вкупната стапка на транскрипција и да го потисне паузирањето на Пол I. Како што Пол I продолжува по рДНК, суперкалемите се формираат и пред и зад комплексот. Тие се одмотуваат со топоизомераза I или II во редовни интервали, слично на она што се гледа во транскрипцијата со посредство на Пол II.

Издолжувањето најверојатно ќе биде прекинато на местата на оштетување на ДНК. Поправката поврзана со транскрипција се појавува слично на гените транскрибирани со Пол II и бара присуство на неколку протеини за поправка на ДНК, како што се ТФИИХ, ЦСБ и ХПГ.

Престанок

уреди

Кај повисоките еукариоти, ТТФ-И се врзува и го свиткува местото на завршување на 3' крајот на транскрибираната област. Ова ќе го принуди Пол I да паузира. ТТФ-И, со помош на факторот за ослободување на транскрипт ПТРФ и регион богат со Т, ќе го поттикне Пол I да ја прекине транскрипцијата и да се раздели од ДНК и новиот транскрипт. Доказите сугерираат дека прекинувањето може да биде ограничувачко во случаи на високо производство на рРНК. ТТФ-И и ПТРФ потоа индиректно ќе го стимулираат повторното започнување на транскрипцијата од Пол I во истиот рДНК ген. Кај организмите како што е младиот квасец, процесот се чини дека е многу покомплициран и сè уште не е целосно разјаснет.

Рекомбинација жариште

уреди

Рекомбинираните жаришта се ДНК секвенци кои ја зголемуваат локалната рекомбинација. ХОТ1 секвенцата во квасецот е една од најдобро проучените жаришта на митотизна рекомбинација. ХОТ1 секвенцата вклучува промотор на транскрипција на РНК полимераза I. Кај мутантниот вид на квасец дефектен во РНК полимераза I, активноста на ХОТ1 во промовирањето на рекомбинација е укината. Нивото на активност на транскрипција на РНК полимераза I кое зависи од промоторот во ХОТ1 секвенцата се чини дека го одредува нивото на блиската митотзна рекомбинација.[13]

Поврзано

уреди

Наводи

уреди
  1. ↑ Russell, Jackie; Zomerdijk, Joost C B M (2006). „The RNA polymerase I transcription machinery“. Biochemical Society Symposium. 73 (73): 203–16. doi:10.1042/bss0730203. PMC 3858827. PMID 16626300.
  2. ↑ Engel, Christoph; Sainsbury, Sarah; Cheung, Alan C.; Kostrewa, Dirk; Cramer, Patrick (23 October 2013). „RNA polymerase I structure and transcription regulation“. Nature. 502 (7473): 650–655. Bibcode:2013Natur.502..650E. doi:10.1038/nature12712. PMID 24153182. |hdl-access= бара |hdl= (help)
  3. ↑ Zentner, Gabriel E; Saiakhova, Alina; Manaenkov, Pavel; Adams, Mark D; Scacheri, Peter C (25 February 2011). „Integrative genomic analysis of human ribosomal DNA“. Nucleic Acids Research. 39 (12): 4949–4960. doi:10.1093/nar/gkq1326. PMC 3130253. PMID 21355038.
  4. ↑ Edger, Patrick P; Tang, Michelle; Bird, Kevin A; Mayfield, Dustin R; Conant, Gavin; Mummenhoff, Klaus; Koch, Marcus A; Pires, J Chris (1 July 2014). „Secondary structure analyses of the nuclear rRNA internal transcribed spacers and assessment of its phylogenetic utility across the Brassicaceae (mustards)“. PLOS ONE. 9 (7): e101341. Bibcode:2014PLoSO...9j1341E. doi:10.1371/journal.pone.0101341. PMC 4077792. PMID 24984034.
  5. ↑ Appling, Dean; Anthony-Cahill, Spencer; Mathews, Christopher (2016). Biochemistry: Concepts and Connections. Hoboken, New Jersey: Pearson. стр. 742. ISBN 978-0-321-83992-3.
  6. ↑ Watkins, Nicholas J.; Bohnsack, Markus T. (May 2012). „The box C/D and H/ACA snoRNPs: key players in the modification, processing and the dynamic folding of ribosomal RNA“. Wiley Interdisciplinary Reviews: RNA. 3 (3): 397–414. doi:10.1002/wrna.117. PMID 22065625.
  7. ↑ 7,0 7,1 Venema, Jaap; Tollervey, David (December 1999). „Ribosome Synthesis in Saccharomyces cerevisiae“. Annual Review of Genetics. 33 (1): 261–311. doi:10.1146/annurev.genet.33.1.261. PMID 10690410.
  8. ↑ Grandori, Carla; Gomez-Roman, Natividad; Felton-Edkins, Zoe A.; Ngouenet, Celine; Galloway, Denise A.; Eisenman, Robert N.; White, Robert J. (20 February 2005). „c-Myc binds to human ribosomal DNA and stimulates transcription of rRNA genes by RNA polymerase I“. Nature Cell Biology. 7 (3): 311–318. doi:10.1038/ncb1224. PMID 15723054.
  9. ↑ Jantzen, Hans-Michael; Admon, Arie; Bell, Stephen P.; Tjian, Robert (26 April 1990). „Nucleolar transcription factor hUBF contains a DNA-binding motif with homology to HMG proteins“. Nature. 344 (6269): 830–836. Bibcode:1990Natur.344..830J. doi:10.1038/344830a0. PMID 2330041.
  10. ↑ 10,0 10,1 Grummt, Ingrid (15 July 2003). „Life on a planet of its own: regulation of RNA polymerase I transcription in the nucleolus“. Genes & Development. 17 (14): 1691–1702. doi:10.1101/gad.1098503R. PMID 12865296. Посетено на 16 December 2014.
  11. ↑ Learned, R Marc; Cordes, Sabine; Tjian, Robert (June 1985). „Purification and characterization of a transcription factor that confers promoter specificity to human RNA polymerase I“. Molecular and Cellular Biology. 5 (6): 1358–69. doi:10.1128/MCB.5.6.1358. PMC 366865. PMID 3929071.
  12. ↑ Clos, Joachim; Buttgereit, Detlev; Grummt, Ingrid (February 1986). „A purified transcription factor (TIF-IB) binds to essential sequences of the mouse rDNA promoter“. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. 83 (3): 604–8. Bibcode:1986PNAS...83..604C. doi:10.1073/pnas.83.3.604. PMC 322912. PMID 3456157.
  13. ↑ „Transcription-mediated hyper-recombination in HOT1“. Genes Cells. 9 (4): 305–15. 2004. doi:10.1111/j.1356-9597.2004.00729.x. PMID 15066122.
Преземено од „https://mk.wikipedia.org/w/index.php?title=РНК_полимераза_I&oldid=5222143“