Эукариотическая транскрипция - Eukaryotic transcription

Эукариотическая транскрипция

Эукариотическая транскрипция - это сложный процесс, который эукариотические клетки используют для копирования генетической информации, хранящейся в ДНК, в единицы переносимой комплементарной реплики РНК . Транскрипция генов происходит как в эукариотических, так и в прокариотических клетках. В отличие от прокариотической РНК-полимеразы, которая инициирует транскрипцию всех различных типов РНК, РНК-полимераза у эукариот (включая человека) бывает трех разновидностей, каждая из которых транслирует разные типы гена. У эукариотической клетки есть ядро, которое разделяет процессы транскрипции и трансляции . Эукариотическая транскрипция происходит в ядре, где ДНК упакована в нуклеосомы и структуры хроматина более высокого порядка . Сложность генома эукариот требует большого разнообразия и сложности контроля экспрессии генов.

Транскрипция эукариот происходит в три последовательных этапа: инициация, удлинение и завершение.

Транскрибируемые РНК выполняют различные функции. Например, структурные компоненты рибосомы транскрибируются РНК-полимеразой I. Гены, кодирующие белок, транскрибируются РНК-полимеразой II в информационные РНК (мРНК), которые переносят информацию от ДНК к месту синтеза белка. Более широко используются так называемые некодирующие РНК, на которые приходится большая часть транскрипционного выхода клетки. Эти некодирующие РНК выполняют множество важных клеточных функций.

РНК-полимераза

У эукариот есть три ядерные РНК-полимеразы, каждая из которых имеет разные роли и свойства.

РНК-полимераза I (Pol I) катализирует транскрипцию всех генов рРНК, кроме 5S. Эти гены рРНК организованы в единую транскрипционную единицу и транскрибируются в непрерывный транскрипт. Затем этот предшественник процессируется в три рРНК: 18S, 5,8S и 28S. Транскрипция генов рРНК происходит в специальной структуре ядра, называемой ядрышком, где транскрибируемые рРНК объединяются с белками с образованием рибосом .

РНК-полимераза II (Pol II) отвечает за транскрипцию всех мРНК, некоторых мяРНК, миРНК и всех миРНК. Многие транскрипты Pol II временно существуют в виде однонитевых РНК-предшественников (пре-РНК), которые затем подвергаются процессингу с образованием зрелых РНК. Например, мРНК-предшественники (пре-мРНК) интенсивно процессируются перед выходом в цитоплазму через ядерную пору для трансляции белка.

РНК-полимераза III (Pol III) транскрибирует небольшие некодирующие РНК, включая тРНК, 5S рРНК, U6 snRNA, SRP RNA и другие стабильные короткие РНК, такие как РНК рибонуклеазы P.

Структура эукариотической РНК-полимеразы II (голубой) в комплексе с α-аманитином (красный), сильным ядом, обнаруженным в грибах «смертельной шапочки» и нацеленным на этот жизненно важный фермент.

РНК-полимеразы I, II и III содержат 14, 12 и 17 субъединиц соответственно. Все три эукариотические полимеразы имеют пять основных субъединиц, которые проявляют гомологию с субъединицами β, β ', α ^I , α ^II и ω РНК-полимеразы E. coli. Идентичная ω-подобная субъединица (RBP6) используется всеми тремя эукариотическими полимеразами, в то время как одни и те же α-подобные субъединицы используются Pol I и III. Три эукариотические полимеразы разделяют между собой четыре другие общие субъединицы. Остальные субъединицы уникальны для каждой РНК-полимеразы. Дополнительные субъединицы, обнаруженные в Pol I и Pol III относительно Pol II, гомологичны факторам транскрипции Pol II.

Кристаллические структуры РНК-полимераз I и II дают возможность понять взаимодействия между субъединицами и молекулярный механизм эукариотической транскрипции в атомных деталях.

Концевой карбоксильной домен (CTD) из RPB1 , самая большая субъединица РНК - полимеразы II, играет важную роль в объединении механизм необходим для синтеза и обработки транскриптов Pol II. Длинный и структурно неупорядоченный CTD содержит множественные повторы гептапептидной последовательности YSPTSPS, которые подвергаются фосфорилированию и другим посттрансляционным модификациям во время цикла транскрипции. Эти модификации и их регуляция составляют функциональный код CTD для контроля инициации, удлинения и терминации транскрипции и для связывания транскрипции и процессинга РНК.

Посвящение

Инициирование транскрипции гена у эукариот происходит на определенных этапах. Во-первых, РНК-полимераза вместе с общими факторами транскрипции связывается с промоторной областью гена с образованием замкнутого комплекса, называемого преинициационным комплексом . Последующий переход комплекса из закрытого состояния в открытое состояние приводит к плавлению или разделению двух цепей ДНК и позиционированию цепи матрицы к активному центру РНК-полимеразы. Без необходимости в праймере РНК-полимераза может инициировать синтез новой цепи РНК, используя цепь ДНК-матрицы для управления выбором рибонуклеотидов и химией полимеризации. Однако многие из инициированных синтезов прерываются до того, как транскрипты достигают значительной длины (~ 10 нуклеотидов). Во время этих прерванных циклов полимераза продолжает создавать и выделять короткие транскрипты до тех пор, пока не сможет произвести транскрипт, длина которого превышает десять нуклеотидов. Как только этот порог достигнут, РНК-полимераза проходит промотор, и транскрипция переходит к фазе элонгации.

Вот схема присоединения РНК-полимеразы II к де-спирализованной ДНК. Предоставлено : Forluvoft .

Эукариотические промоторы и общие факторы транскрипции

Гены, транскрибируемые Pol II, содержат область в непосредственной близости от сайта начала транскрипции (TSS), которая связывает и позиционирует преинициативный комплекс. Эта область называется коровым промотором из-за ее важной роли в инициации транскрипции. В промоторах обнаружены различные классы элементов последовательности. Например, ТАТА-бокс представляет собой высококонсервативную последовательность распознавания ДНК для связывающего ТАТА-бокса белка, ТВР , связывание которого инициирует сборку комплекса транскрипции во многих генах.

Гены эукариот также содержат регуляторные последовательности за пределами корового промотора. Эти цис-действующие контрольные элементы связывают активаторы или репрессоры транскрипции для увеличения или уменьшения транскрипции с основного промотора. Хорошо охарактеризованные регулирующие элементы включают усилители , глушители и изоляторы . Эти регуляторные последовательности могут быть распределены на большом геномном расстоянии, иногда в сотнях килобаз от основных промоторов.

Общие факторы транскрипции - это группа белков, участвующих в инициации и регуляции транскрипции. Эти факторы обычно имеют ДНК-связывающие домены, которые связывают определенные элементы последовательности основного промотора и помогают рекрутировать РНК-полимеразу в сайт начала транскрипции. Общие факторы транскрипции для РНК-полимеразы II включают TFIID , TFIIA , TFIIB , TFIIF , TFIIE и TFIIH .

Сборка преинициативного комплекса

Транскрипция, полный набор общих факторов транскрипции и РНК-полимераза должны быть собраны на коровом промоторе, чтобы сформировать преинициативный комплекс ~ 2,5 миллиона дальтон. Например, для промоторов, которые содержат TATA-бокс рядом с TSS, распознавание TATA-бокса субъединицей TBP TFIID инициирует сборку транскрипционного комплекса. Следующие белки, которые нужно ввести, - это TFIIA и TFIIB, которые стабилизируют комплекс ДНК-TFIID и привлекают Pol II в ассоциации с TFIIF и дополнительными факторами транскрипции. TFIIB служит мостом между TATA-связанным TBP и полимеразой и помогает разместить активный центр полимеразы в правильном положении для инициации транскрипции. Одним из последних факторов транскрипции, которые будут задействованы в преинициационном комплексе, является TFIIH, который играет важную роль в плавлении и ускользании промотора.

Диаграмма описывает преинициативный комплекс эукариот, который включает общие факторы транскрипции и РНК-полимеразу II. Предоставлено : ArneLH .

Промотор плавления и образования открытого комплекса

Для генов, транскрибируемых pol II, и в отличие от бактериальной РНК-полимеразы, плавление промотора требует гидролиза АТФ и опосредуется TFIIH. TFIIH представляет собой белок из десяти субъединиц, включающий активность как АТФазы, так и протеинкиназы . В то время как вышестоящая промоторная ДНК удерживается в фиксированном положении с помощью TFIID, TFIIH втягивает нижележащую двухцепочечную ДНК в расщелину полимеразы, приводя к разделению цепей ДНК и переходу преинициативного комплекса из закрытого состояния в открытое. TFIIB способствует образованию открытых комплексов, связывая расплавленную ДНК и стабилизируя пузырек транскрипции .

Неудачное начало

Как только комплекс инициации открывается, первый рибонуклеотид вводится в активный сайт, чтобы инициировать реакцию полимеризации в отсутствие праймера. Это генерирует зарождающуюся цепь РНК, которая образует гетеродуплекс с цепью матричной ДНК. Однако перед вступлением в фазу элонгации полимераза может преждевременно завершиться и высвободить короткий усеченный транскрипт. Этот процесс называется преждевременным инициированием. Многие циклы прерванной инициации могут произойти до того, как транскрипт вырастет до достаточной длины, чтобы способствовать уходу полимеразы от промотора. На протяжении циклов прерванной инициации РНК-полимераза остается связанной с промотором и втягивает нижележащую ДНК в свою каталитическую щель движением, похожим на скручивание.

Побег промоутера

Когда транскрипт достигает пороговой длины в десять нуклеотидов, он попадает в канал выхода РНК. Полимераза нарушает свое взаимодействие с промоторными элементами и любыми регуляторными белками, связанными с комплексом инициации, которые ей больше не нужны. Ускользание промотора у эукариот требует гидролиза АТФ и, в случае Pol II, фосфорилирования CTD. Между тем пузырек транскрипции схлопывается до 12-14 нуклеотидов, обеспечивая кинетическую энергию, необходимую для побега.

Удлинение

После выхода из промотора и высвобождения большинства факторов транскрипции для инициации полимераза приобретает новые факторы для следующей фазы транскрипции: элонгации. Транскрипция удлинение является processive процесс. Двухцепочечная ДНК, которая входит спереди фермента, расстегивается, чтобы использовать матричную цепь для синтеза РНК. Для каждой пары оснований ДНК, разделенных продвигающейся полимеразой, немедленно образуется одна гибридная пара оснований РНК: ДНК. Нити ДНК и возникающая цепь РНК выходят из отдельных каналов; две нити ДНК воссоединяются на заднем конце пузыря транскрипции, в то время как однониточная РНК появляется одна.

Факторы удлинения

Среди белков, задействованных в полимеразе, есть факторы элонгации, названные так потому, что они стимулируют удлинение транскрипции. Существуют разные классы коэффициентов удлинения. Некоторые факторы могут увеличить общую скорость транскрипции, некоторые могут помочь полимеразе через временные сайты паузы, а некоторые могут помочь полимеразе транскрибироваться через хроматин. Один из факторов удлинения, P-TEFb , особенно важен. P-TEFb фосфорилирует второй остаток (Ser-2) повторов CTD (YSPTSPS) связанного Pol II. P-TEFb также фосфорилирует и активирует SPT5 и TAT-SF1. SPT5 - это универсальный фактор транскрипции, который помогает рекрутировать 5'-кэпирующий фермент в Pol II с CTD, фосфорилированным по Ser-5. TAF-SF1 привлекает компоненты аппарата сплайсинга РНК к Ser-2-фосфорилированному CTD. P-TEFb также помогает подавить временную паузу полимеразы, когда она встречает определенные последовательности сразу после инициации.

Точность транскрипции

Точность транскрипции достигается за счет нескольких механизмов. РНК-полимеразы выбирают правильный нуклеозидтрифосфатный субстрат (NTP) для предотвращения ошибок транскрипции. Только NTP, который правильно спаривает основание с кодирующим основанием в ДНК, допущен к активному центру. РНК-полимераза выполняет две известные функции проверочного считывания для обнаружения и удаления неправильно включенных нуклеотидов: пирофосфорилитическое редактирование и гидролитическое редактирование. Первый удаляет неправильно вставленный рибонуклеотид путем простого обращения реакции полимеризации, в то время как второй включает обратное отслеживание полимеразы и отщепление сегмента РНК-продукта, содержащего ошибку. Фактор элонгации TFIIS ( InterPro :  IPR006289 ; TCEA1 , TCEA2 , TCEA3 ) стимулирует присущую полимеразе рибонуклеазную активность, позволяя удалять неправильно включенные основания за счет ограниченной локальной деградации РНК. Обратите внимание, что все реакции (синтез фосфодиэфирной связи, пирофосфоролиз, гидролиз фосфодиэфирной связи) осуществляются РНК-полимеразой с использованием одного активного центра.

Пауза, балансировка и возврат

Элонгация транскрипции - это не плавный путь вдоль двухцепочечной ДНК, поскольку РНК-полимераза подвергается обширной котранскрипционной паузе во время элонгации транскрипции. Как правило, РНК-полимераза II не транскрибируется через ген с постоянной скоростью. Скорее он периодически приостанавливается на определенных последовательностях, иногда на длительные периоды времени, прежде чем возобновить транскрипцию. Эта пауза особенно выражена в нуклеосомах и частично возникает из-за того, что полимераза входит в транскрипционно некомпетентное состояние обратного отслеживания. Продолжительность этих пауз колеблется от секунд до минут или дольше, и выходу из долгоживущих пауз могут способствовать факторы удлинения, такие как TFIIS.

Эта пауза также иногда используется для корректуры; здесь полимераза копирует, стирает часть уже созданной РНК и делает еще один шаг по транскрипции. В крайних случаях, например, когда полимераза встречает поврежденный нуклеотид, она полностью останавливается. Чаще удлиняющаяся полимераза останавливается возле промотора. Пауза, проксимальная к промотору, во время ранней элонгации является обычно используемым механизмом для регуляции генов, готовых экспрессироваться быстро или скоординированным образом. Пауза опосредуется комплексом, называемым NELF (отрицательный фактор удлинения), в сотрудничестве с DSIF (фактор, вызывающий чувствительность к DRB, содержащий SPT4 / SPT5). Блокировка снимается, как только полимераза получает сигнал активации, такой как фосфорилирование Ser-2 хвоста CTD с помощью P-TEFb. Другие факторы удлинения, такие как ELL и TFIIS, стимулируют скорость удлинения, ограничивая продолжительность паузы полимеразы.

Обработка РНК

Удлиняющая полимераза связана с набором белковых факторов, необходимых для различных типов процессинга РНК. мРНК кэпируется, как только выходит из канала выхода РНК полимеразы. После кэппинга дефосфорилирование Ser-5 в CTD-повторах может быть ответственным за диссоциацию кэппингового аппарата. Дальнейшее фосфорилирование Ser-2 вызывает задействование аппарата сплайсинга РНК, который катализирует удаление некодирующих интронов с образованием зрелой мРНК. Альтернативный сплайсинг расширяет белковые комплементы у эукариот. Так же, как с 5'-кэппингом и сплайсингом, хвост CTD участвует в рекрутировании ферментов, ответственных за 3'-полиаденилирование , последнее событие процессинга РНК, которое связано с прекращением транскрипции.

Прекращение

Последней стадией транскрипции является терминация, которая приводит к диссоциации полного транскрипта и высвобождению РНК-полимеразы из матричной ДНК. Процесс отличается для каждой из трех РНК-полимераз. Механизм терминации является наименее понятным из трех стадий транскрипции.

Факторно-зависимый

Прекращение транскрипции генов пре-рРНК полимеразой Pol I осуществляется системой, которой необходим специфический фактор терминации транскрипции. Используемый механизм имеет некоторое сходство с rho-зависимой терминацией у прокариот. Эукариотические клетки содержат сотни повторов рибосомной ДНК, иногда распределенных по нескольким хромосомам. Терминация транскрипции происходит в рибосомной межгенной спейсерной области, которая содержит несколько сайтов терминации транскрипции перед сайтом паузы Pol I. По еще неизвестному механизму 3'-конец транскрипта расщепляется, образуя большую первичную молекулу рРНК, которая далее процессируется в зрелые 18S, 5.8S и 28S рРНК.

Когда Pol II достигает конца гена, два белковых комплекса, переносимые CTD, CPSF (фактор специфичности расщепления и полиаденилирования) и CSTF (фактор стимуляции расщепления), распознают сигнал поли-A в транскрибируемой РНК. CPSF и CSTF, связанные с поли-A, привлекают другие белки для выполнения расщепления РНК, а затем полиаденилирования. Полимераза поли-А добавляет примерно 200 аденинов к расщепленному 3'-концу РНК без матрицы. Длинный поли-A-хвост уникален для транскриптов, сделанных Pol II.

В процессе прекращения транскрипции с помощью Pol I и Pol II комплекс элонгации не растворяется сразу после расщепления РНК. Полимераза продолжает двигаться по матрице, генерируя вторую молекулу РНК, связанную с комплексом элонгации. Были предложены две модели, чтобы объяснить, как наконец достигается завершение. Аллостерическая модель утверждает, что когда транскрипция проходит через последовательность терминации, она вызывает разборку факторов элонгации и / или сборку факторов терминации, которые вызывают конформационные изменения комплекса элонгации. Модель торпеды предполагает, что экзонуклеаза от 5 'до 3' разрушает вторую РНК по мере ее выхода из комплекса элонгации. Полимераза высвобождается по мере того, как высоко процессивная экзонуклеаза догоняет ее. Предлагается, что новая точка зрения будет выражать слияние этих двух моделей.

Факторно-независимый

РНК-полимераза III может эффективно прекращать транскрипцию без участия дополнительных факторов. Сигнал терминации Pol III состоит из отрезка тиминов (на неэлементной цепи), расположенного в пределах 40 п.н. ниже 3'-конца зрелой РНК. Сигнал завершения poly-T приостанавливает Pol III

Эукариотический транскрипционный контроль

Регуляции экспрессии генов у эукариот достигаются за счетом взаимодействия нескольких уровней управления , который действует как локально , так, чтобы включить или выключить отдельные гены в ответ на специфическую клеточные потребности и на глобальном уровне, чтобы поддерживать хроматин масштаба паттерна экспрессии генов , которые формируют идентичность клеток . Поскольку эукариотический геном обернут вокруг гистонов с образованием нуклеосом и структур хроматина более высокого порядка, субстраты для транскрипционного аппарата, как правило, частично скрыты. Без регуляторных белков многие гены экспрессируются на низком уровне или не экспрессируются вообще. Транскрипция требует смещения позиционированных нуклеосом, чтобы позволить транскрипционному аппарату получить доступ к ДНК.

Все этапы транскрипции в определенной степени регулируются. В частности, инициация транскрипции является первичным уровнем, на котором регулируется экспрессия генов. Ориентация на начальный этап, ограничивающий скорость, является наиболее эффективным с точки зрения затрат на энергию для ячейки. Инициация транскрипции регулируется цис-действующими элементами ( энхансерами , сайленсерами , изоляторами) в регуляторных областях ДНК и специфичными для последовательности транс-действующими факторами, которые действуют как активаторы или репрессоры. Транскрипция гена также может регулироваться после инициации путем нацеливания движения удлиняющейся полимеразы.

Глобальный контроль и эпигенетическая регуляция

Геном эукариот организован в компактную структуру хроматина, которая обеспечивает только регулируемый доступ к ДНК. Структура хроматина может быть глобально «открытой» и более транскрипционно пермиссивной или глобально «конденсированной» и транскрипционно неактивной. Первый ( эухроматин ) слегка упакован и богат генами при активной транскрипции. Последний ( гетерохроматин ) включает бедные генами области, такие как теломеры и центромеры, но также области с нормальной плотностью генов, но транскрипционно заглушенные. Транскрипцию можно заглушить модификацией гистонов ( деацетилированием и метилированием ), интерференцией РНК и / или метилированием ДНК .

Паттерны экспрессии генов, определяющие идентичность клеток, наследуются через деление клеток. Этот процесс называется эпигенетической регуляцией . Метилирование ДНК надежно наследуется за счет действия поддерживающих метилаз, которые модифицируют растущую цепь ДНК, генерируемую репликацией. В клетках млекопитающих метилирование ДНК является первичным маркером транскрипционно подавленных областей. Специализированные белки могут распознавать маркер и привлекать гистоновые деацетилазы и метилазы для восстановления молчания. Модификации гистонов нуклеосом также могут быть унаследованы во время деления клеток, однако неясно, может ли это работать независимо без направления метилирования ДНК.

Ген-специфическая активация

Две основные задачи инициации транскрипции - предоставить РНК-полимеразе доступ к промотору и собрать общие факторы транскрипции с полимеразой в комплекс инициации транскрипции. Были идентифицированы разнообразные механизмы инициации транскрипции за счет подавления тормозных сигналов на промоторе гена. Эукариотические гены приобрели обширные регуляторные последовательности, которые охватывают большое количество сайтов связывания с регуляторами и распространяют общие килобазы (иногда сотни килобаз) от промотора - как вверх, так и вниз по течению. Сайты связывания регуляторов часто группируются в единицы, называемые энхансерами. Энхансеры могут способствовать высокому взаимодействию нескольких факторов транскрипции (которые составляют энхансомы ). Удаленные энхансеры позволяют регулировать транскрипцию на расстоянии. Инсуляторы, расположенные между энхансерами и промоторами, помогают определить гены, на которые энхансер может или не может влиять.

У эукариотических активаторов транскрипции есть отдельные ДНК-связывающие и активирующие функции. Связываясь со своим цис-элементом, активатор может напрямую рекрутировать полимеразу или рекрутировать другие факторы, необходимые для транскрипционного аппарата. Активатор также может привлекать модификаторы нуклеосом, которые изменяют хроматин в непосредственной близости от промотора и тем самым способствуют инициации. Множественные активаторы могут работать вместе, либо задействуя общий или два взаимозависимых компонента транскрипционного аппарата, либо помогая друг другу связываться со своими участками ДНК. Эти взаимодействия могут синергизировать множественные входные сигналы и производить сложные транскрипционные ответы для удовлетворения клеточных потребностей.

Ген-специфическая репрессия

Репрессоры транскрипции эукариот имеют общие механизмы, используемые их прокариотическими аналогами. Например, связываясь с сайтом на ДНК, который перекрывается с сайтом связывания активатора, репрессор может ингибировать связывание активатора. Но чаще репрессоры эукариот подавляют функцию активатора, маскируя его активирующий домен, предотвращая его ядерную локализацию, способствуя его деградации или инактивируя его посредством химических модификаций. Репрессоры могут напрямую ингибировать инициацию транскрипции, связываясь с сайтом выше промотора и взаимодействуя с аппаратом транскрипции. Репрессоры могут косвенно подавлять транскрипцию путем привлечения модификаторов гистонов (деацетилазы и метилазы) или ферментов ремоделирования нуклеосом, которые влияют на доступность ДНК. Подавление модификаций гистонов и ДНК также является основой подавления транскрипции, которое может распространяться по хроматину и выключать несколько генов.

Контроль удлинения и прекращения

Фаза удлинения начинается после завершения сборки комплекса удлинения и продолжается до тех пор, пока не встретится последовательность завершения. Пост-инициация движения РНК-полимеразы является мишенью другого класса важных регуляторных механизмов. Например, активатор транскрипции Tat влияет на удлинение, а не на инициацию во время регуляции транскрипции ВИЧ . Фактически, многие эукариотические гены регулируются путем высвобождения блока для удлинения транскрипции, называемого промотор-проксимальной паузой. Пауза может влиять на структуру хроматина на промоторах, чтобы способствовать активности генов и приводить к быстрым или синхронным ответам транскрипции, когда клетки подвергаются воздействию сигнала активации. Пауза связана со связыванием двух отрицательных факторов элонгации, DSIF (SPT4 / SPT5) и NELF, с комплексом элонгации. Другие факторы также могут влиять на стабильность и продолжительность приостановленной полимеразы. Высвобождение паузы запускается рекрутированием киназы P-TEFb.

Терминация транскрипции также стала важной областью регуляции транскрипции. Прекращение действия связано с эффективным повторным использованием полимеразы. Факторы, связанные с терминацией транскрипции, также могут опосредовать образование петель гена и тем самым определять эффективность повторной инициации.

Реставрация ДНК, связанная с транскрипцией

Когда транскрипция останавливается из-за наличия повреждения в транскрибируемой цепи гена, белки репарации ДНК рекрутируются в застопорившуюся РНК-полимеразу, чтобы инициировать процесс, называемый репарацией, связанной с транскрипцией. Центральным в этом процессе является общий фактор транскрипции TFIIH, обладающий АТФазной активностью. TFIIH вызывает конформационное изменение полимеразы, обнажая захваченный внутри пузырек транскрипции, чтобы ферменты репарации ДНК получили доступ к поражению. Таким образом, РНК-полимераза служит в клетке как белок, чувствительный к повреждению, чтобы нацелить ферменты репарации на гены, которые активно транскрибируются.

Сравнение прокариотической и эукариотической транскрипции

Транскрипция эукариот более сложна, чем транскрипция прокариот . Например, у эукариот генетический материал (ДНК) и, следовательно, транскрипция, в первую очередь локализованы в ядре, где он отделен от цитоплазмы (в которой происходит трансляция) ядерной мембраной. Это обеспечивает временную регуляцию экспрессии генов за счет секвестрации РНК в ядре и позволяет избирательно переносить зрелые РНК в цитоплазму. Бактерии не имеют отдельного ядра, которое отделяет ДНК от рибосомы, и мРНК транслируется в белок, как только она транскрибируется. Сочетание этих двух процессов обеспечивает важный механизм регуляции прокариотических генов.

На уровне инициации РНК-полимераза у прокариот (в частности, бактерий) прочно связывается с промоторной областью и инициирует высокую базальную скорость транскрипции. Гидролиз АТФ не требуется для перехода от близкого к открытому, плавление промотора происходит за счет реакций связывания, которые благоприятствуют расплавленной конформации. Хроматин сильно затрудняет транскрипцию у эукариот. Сборка большого мультибелкового преинициативного комплекса необходима для промотор-специфической инициации. У эукариот плавление промотора требует гидролиза АТФ. В результате эукариотические РНК-полимеразы демонстрируют низкую базальную скорость инициации транскрипции.

Регуляция транскрипции при раке

У позвоночных большинство промоторов генов содержат островок CpG с многочисленными сайтами CpG . Когда многие промоторные сайты CpG гена метилированы, ген заглушается. Колоректальный рак обычно имеет от 3 до 6 мутаций водителя и от 33 до 66 мутаций автостопщика или пассажира. Однако подавление транскрипции может иметь большее значение, чем мутации, в развитии рака. Например, при колоректальном раке от 600 до 800 генов транскрипционно подавляются метилированием CpG-островков (см. Регуляцию транскрипции при раке ). Репрессия транскрипции при раке также может происходить за счет других эпигенетических механизмов, таких как измененная экспрессия микроРНК . При раке груди репрессия транскрипции BRCA1 может происходить чаще за счет сверхэкспрессии микроРНК-182, чем за счет гиперметилирования промотора BRCA1 (см. Низкая экспрессия BRCA1 при раке груди и яичников ).

Смотрите также

• Бактериальная транскрипция
• Регулирование экспрессии генов
• РНК-полимераза
• Транскрипционная регуляция
• Фактор транскрипции
• Транскрипционная память

использованная литература