Mechanismus der RNA-Synthese durch RNA-Polymerase [geschlossen]

Ich habe einen Artikel gefunden, der alle Hauptschritte des Arbeitsmechanismus der RNA-Polymerase II beschreibt. Da der Artikel zu lang ist, fasse ich lieber die wichtigsten Punkte hier zusammen. Den vollständigen Artikel können Sie hier lesen . Da es unangemessen wäre, die gesamte Antwort unter Blockquote zu setzen, setze ich nur die Hauptpunkte mit der Referenz unten. Denken Sie daran, dass dies nicht der vollständige Artikel ist, dies ist nur die Zusammenfassung für diejenigen, die den vollständigen Artikel von NCBI nicht lesen können oder die keine Zeit oder keinen Zugang dazu haben.

DER RNA-POL-II-TRANKRIPTIONSZYKLUS

Die Transkription von Pol II beginnt typischerweise mit der Bindung genspezifischer regulatorischer Faktoren in der Nähe der Stelle der Transkriptionsinitiation. Der Kernpromotor dient dazu, Pol II in einen Zustand zu bringen, der als Präinitiationskomplex (PIC) bezeichnet wird, analog zum bakteriellen geschlossenen Komplex. In diesem Zustand sind Pol II und die allgemeinen Faktoren alle an den Promotor gebunden, befinden sich jedoch nicht in einer aktiven Konformation, um mit der Transkription zu beginnen. Als nächstes tritt eine dramatische Konformationsänderung auf, bei der 11–15 Basenpaare der DNA, die die Transkriptionsstartstelle umgeben, geschmolzen werden und der Matrizenstrang des Promotors innerhalb der Spalte des aktiven Zentrums von Pol positioniert wird, um den offenen Komplex zu bilden. Es wird angenommen, dass Pol nach der Synthese von etwa 30 RNA-Basen seine Kontakte mit dem Kernpromotor und dem Rest der Transkriptionsmaschinerie löst und in das Stadium der Transkriptionselongation eintritt.

ERKENNUNG DES PROMOTORS DURCH MEHRERE WECHSELWIRKUNGEN MIT NIEDRIGER AFFINITÄT

Sequenzelemente, die in Kernpromotoren gefunden werden, schließen das TATA-Element (TBP-Bindungsstelle), BRE (TFIIB-Erkennungselement), Inr (Initiatorelement) und DPE (stromabwärts gelegenes Promotorelement) ein. Die Kerndomäne von TBP besteht aus zwei unvollkommenen Wiederholungen, die ein sattelförmiges Molekül bilden, das die verbreiterte kleine Furche eines 8-bp-TATA-Elements bindet, etwa ein Drittel einer helikalen Windung abwickelt und die DNA um etwa 80 Grad in Richtung der großen Furche biegt. Biochemische Studien zeigten elegant, dass TBP nicht mit hoher Orientierungsspezifität an TATA-Elemente bindet, was zu der Feststellung führte, dass andere Promotorelemente in Kombination mit TATA die Orientierung des Zusammenbaus der Transkriptionsmaschinerie an einem Promotor bestimmen. Die beiden anderen Kernpromotorelemente mit bewährter Funktion,

Die Rolle von TBP bei TATA-losen Promotoren: Biochemische Studien des Hefe-HIS4-Promotors zeigten, dass die Mutation des TATA zu einer GC-reichen Sequenz die Rekrutierung der Transkriptionsmaschinerie zu einem Promotor auf einem reduzierten Niveau ermöglichte, aber die Transkriptionsinitiation wurde vollständig aufgehoben. Diese Ergebnisse zeigen, dass bei einer Klasse von Promotoren der Zusammenbau der Transkriptionsmaschinerie zu einem produktiven Komplex erfordert, dass TBP das TATA-Element bindet, wie es in der Kristallstruktur zu sehen ist. Obwohl TBP eine enorme Flexibilität in der Fähigkeit besitzt, Varianten der TATA-Sequenz zu binden, sind nicht alle Sequenzen mit der TBP-Bindung kompatibel.

ALLGEMEINE FAKTOREN, DIE DIREKT MIT TBP INTERAGIEREN

TFIIA und TFIIB sind die beiden allgemeinen Faktoren, die spezifisch und unabhängig mit TBP interagieren. TFIIA stabilisiert die TBP-DNA-Bindung und fördert stark die Bindung von TFIID an DNA durch einen Antirepressionsmechanismus, indem es mit der N-terminalen Domäne von TAF1 (TAND) konkurriert, die die DNA-Bindungsoberfläche von TBP verschließt, wenn TFIID nicht an DNA gebunden ist. TFIIA kann auch mit den negativen regulatorischen Faktoren Mot1 und NC2 konkurrieren, um die TBP-Bindung in vitro zu fördern .

TAFS SIND GEMEINSAME UNTEREINHEITEN ZWEI GROSSER KOMPLEXE

Die TAFs wirken bei der Promotorerkennung sowie bei der positiven und negativen Regulation der Transkription. Eine Untergruppe von TAFs hat DNA-Bindungsaktivität und mindestens ein TAF hat die Fähigkeit, acetylierte Nukleosomen, Proteinacetylase und Ubiquitinierungsaktivität zu binden. Sowohl in TFIID als auch in den Acetylase/Coaktivator-Komplexen findet sich ein Kern aus 5 TAFs.

POL II DAS ZENTRUM DER AUFMERKSAMKEIT

Pol II-Untereinheiten können in drei überlappende Kategorien eingeteilt werden: Untereinheiten der Kerndomäne mit homologen Gegenstücken in bakteriellem Pol (Rpb1, 2, 3 und 11), Untereinheiten, die von allen drei nukleären Polymerasen geteilt werden (Rpb5, 6, 8, 10 und 12) und Untereinheiten, die für Pol II spezifisch, aber für die Elongation der Transkription nicht essentiell sind (rpb4, 7 und 9).

Struktur von Pol II: Pol II besteht aus vier beweglichen Elementen, die als Core, Clamp, Shelf und Jaw Lobe bezeichnet werden und sich relativ zueinander bewegen. Das Core-Element macht etwa die Hälfte der Masse von Pol II aus und besteht hauptsächlich aus Untereinheiten, die allen zellulären Pols gemeinsam sind. In der Mitte des Enzyms befindet sich eine tiefe Spalte, in die ankommende DNA von einer Seite eintritt und die aktive Stelle an der Basis verborgen ist. Diese Spalte wird von allen vier beweglichen Elementen gebildet und wurde sowohl in geschlossenen als auch in offenen Konformationen im Enzym mit 10 Untereinheiten beobachtet. Die Shelf- und Jaw Lobe-Elemente bewegen sich relativ wenig und können sich parallel zur Spalte der aktiven Stelle drehen. Das Klemmelement, das über einen Satz flexibler Schalter mit dem Kern verbunden ist, bewegt sich mit einer großen Schwingbewegung von bis zu 30 Å, um die Spalte zu öffnen und zu schließen.

Die Pol II CTD passt sich an einen Bindungspartner an: Pol II wird als Teil des Transkriptionszyklus einer regulatorischen Phosphorylierung und Dephosphorylierung unterzogen, wobei die Rpb1 C-terminale Domäne (CTD) das Ziel dieser Modifikation ist. Die für Pol II einzigartige CTD enthält 25–52 Wiederholungen der tandemartig wiederholten Heptadensequenz YSPTSPS, wobei sowohl Ser2 als auch Ser5 die Phosphorylierungsstellen sind. Die CTD fungiert als Plattform für den Zusammenbau von Faktoren, die die Transkriptionsinitiation, Elongation, Termination und mRNA-Prozessierung regulieren. Neue Strukturen von CTD-Wechselwirkungen mit zwei unterschiedlichen Bindungspartnern haben gezeigt, dass sich die CTD anscheinend selbst an ihren Bindungspartner anpasst und unterschiedliche Konformationen annimmt. In einer Studie wurde ein Komplex einer einzelnen Kopie der CTD mit Ser2, 5-P, gebunden an die Pin1-Peptidylprolin-Isomerase, gelöst.

MONTAGE VON POL II MIT DER ÜBERTRAGUNGSMASCHINE

Diese Studien zeigten, dass die Transkriptionsmaschinerie umfangreiche Wechselwirkungen mit Promotor-DNA zwischen den Positionen –43 und +24 in Bezug auf die Transkriptionsstartstelle durchführt. Zwei RNA-Pol-II-Untereinheiten (Rpb1 und 2) machen ausgedehnte DNA-Wechselwirkungen über 60 bp. TFIIB und die kleine Untereinheit von TFIIF (TFIIF$\beta$) interagieren beide mit DNA auf beiden Seiten des TATA und die große TFIIF-Untereinheit interagiert mit DNA stromabwärts von TATA. TFIIE interagiert mit Promotor-DNA direkt stromaufwärts der Transkriptionsstartstelle, während die TFIIH-Helikase-Untereinheit stromabwärts und möglicherweise stromaufwärts des Transkriptionsstarts interagiert.

Pol II und TFIIF interagieren über eine ausgedehnte Oberfläche: TFIIF bindet Pol II als Heteromer und enthält zwei Untereinheiten, die bei Mensch, Insekten und Hefe konserviert sind und in Hefe als Tfg1 und Tfg2 bezeichnet werden (Rap74 und Rap30 beim Menschen). Die N-Termini beider konservierter Untereinheiten bilden eine Dimerisierungsdomäne und die C-Termini beider Untereinheiten sind geflügelte Helixdomänen. Die Struktur von Pol II mit der Tfg2-Untereinheit allein implizierte die Bindung von Tfg2 an die verlängerte Klammerregion und die Bindung von Tfg1 an Rpb4/7.

OFFENE KOMPLEXBILDUNG UND DIE STARTSEITE DER TRANSKRIPTION

Auswahl der Transkriptionsstartstelle: Bei TATA-enthaltenden Promotoren in Wirbeltieren und Drosophila befindet sich die Transkriptionsstartstelle etwa 30 bp stromabwärts vom Beginn der TATA-Sequenz. Ein Modell zur Erklärung der Transkriptionsinitiationsstelle in höheren Eukaryoten wäre, dass die TFIIB-Bindung sowohl an Pol II als auch an Promotor-DNA die Distanz festlegt, die die DNA benötigt, um von der TFIIB-Bindungsstelle auf Pol II zum aktiven Zentrum des Enzyms zu wandern.

REFERENZ

Struktur und Mechanismus der RNA-Polymerase-II-Transkriptionsmaschinerie: Steven Hahn, 24. August 2005