Wikipedia

RNK-polimeraza I

RNK-polimeraza 1 (znana i kao Pol I) je, kod viših eukariota, polimeraza koja transkribira samo ribosomsku RNK (ali ne 5S rRNK, koju sintetizira RNK-polimeraza III), tip RNK koja čini preko 50% ukupne RNK sintetizirane u ćeliji.[1]

Struktura i funkcija

uredi

Pol I je enzim od 590 kDa, | koji se sastoji od 14 (polipeptidnih), podjedinica, a njegova kristalna struktura u kvascu Saccharomyces cerevisiae riješena jeu rezoluciji 2.8Å, 2013.[2] Dvanaest njenih podjedinica imaju identične ili srodne pandane u RNK-polimerazi II (Pol II) i RNK-polimerazi III (Pol III). Druge dvije podjedinice povezane su s faktorima inicijacije Pol II i imaju strukturne homologe u Pol III.

ranskripcija rDNK ograničena je na nukleolus, gdje je prisutno oko 400 kopija gena rDNK od 42,9 kb, raspoređenih kao tandemska ponavljanja u regijama organitazatora jedarceta. Svaka kopija sadrži sekvencu od ~13,3 kb koja kodira 18S, 5,8S i 28S molekule RNK, isprepletene s dvije molekule unutrašnjih transkribiranih odstojnika (razmicača), ITS1 i ITS2, i uzvodno uz bok 5' vanjski transkribirani odstojnik i 3' vanjski transkribirani odstojnik nizvodno 3 '.[3][4] Ove komponente se transkribiraju zajedno, kako bi formirale 45S pre-rRNK.[5] The 45S pre-rRNA is then post-transcriptionally cleaved by C/D box and H/ACA box snoRNAs,[6] removing the two spacers and resulting in the three rRNAs by a complex series of steps.[7] 5S ribosomska RNK je transkribovana pomoću Pol III. Zbog jednostavnosti transkripcije Pol I, to je polimeraza koja najbrže djeluje i doprinosi do 60% nivoa ćelijske transkripcije u ćelijama koje eksponencijalno rastu.

U Saccharomyces cerevisiae , 5S rDNK ima neobičnu osobinu da leži unutar ponavljanja rDNK. Okružuju ga neprepisani razmaknici NTS1 i NTS2, a unatrag ga transkribira Pol III, odvojeno od ostatka rDNK.[7]

Regulacija transkripcije rRNK

uredi

Brzina rasta ćelija izravno ovisi o brzini sinteze proteina, koja je sama po sebi zamršeno povezana sa sintezom ribosoma i transkripcijom rRNK. Prema tome, unutarćelijski signali moraju koordinirati sintezu rRNK s onom drugih komponenata translacije proteina. Poznato je da se Myc veže za ljudsku ribosomsku DNK, kako bi stimulirao transkripciju rRNK pomoću RNK-polimeraze I.[8] Identificirana su dva specifična mehanizma koji osiguravaju pravilnu kontrolu sinteze rRNA i pol I posredovane transkripcije.

S obzirom na veliki broj gena rDNK (nekoliko stotina) dostupnih za transkripciju, prvi mehanizam uključuje prilagođavanje broja gena koji se prepisuju u određeno vrijeme. U ćelijama sisara, broj aktivnih gena rDNK varira između tipova ćelija i nivoa diferencijacije. Općenito, kako ćelija postaje sve više diferencirana, zahtijeva manji rast i stoga će imati smanjenje sinteze rRNK i smanjenje transkripcije gena rDNK. Kad se stimulira sinteza rRNK, SL1 (faktor selektivnosti 1) će se vezati za promotore rDNK gena, koji su prethodno bili utišani, i regrutirati kompleks prije inicijacije za koji će se vezati Pol I i započeti transkripcija rRNK.

Do promjena u transkripciji rRNK može doći i promjenom brzine transkripcije. Iako je tačan mehanizam pomoću kojeg Pol I povećava svoju brzinu transkripcije još uvijek nepoznat, dokazi su pokazali da se sinteza rRNK može povećati ili smanjiti bez promjene u broju aktivno transkribovane rDNK.

Transkripcijski ciklus

uredi

U procesu transkripcije (bilo kojom polimerazom) postoje tri glavne faze:

  1. Inicijacija: izgradnja kompleksa RNK-polimeraze na promotoru gena uz pomoć transkripcijskih faktora
  2. Elongacija: stvarna transkripcija većine gena u odgovarajuću sekvencu RNK
  3. Terminacija: prestanak transkripcije RNK i rasklapanje kompleksa RNK-polimeraze.

Inicijacija

uredi

Pol I ne zahtijeva nikakav TATA okvir u promotoru, a umjesto toga oslanja se na uzvodni kontrolni element (UCE) koji se nalazi između –200 i –107, i jedarni element koji se nalazi između –45 i +20.[9][10]

  1. Dimerni eukariotski uzvodni faktor vezanja (UBF) veže UCE i osnovni element.
  2. UBF regrutira i veže proteinski kompleks zvani SL1 kod ljudi (ili TIF-IB kod miša), sastavljen od TATA-vezujućeg proteinaa (TBP) i tri TBP-vezujuća faktora (TAF-ovi).[11][12]
  3. DB dimer UBF sadrži nekoliko kutija grupa visoke mobilnosti (HMG-okviri) koje uvode petlje u uzvodno područje, omogućavajući UCE-u i elementima jedra da dođu u kontakt.
  4. RRN3/TIF-IA je fosforiliran i veže Pol I.
  5. Pol I veže se za kompleks UBF/SL1, putem RRN3/TIF-IA i počinje transkripcija. Ovaj proces je Note that this process ivarijabilan kod različitih organizama.[10]

Elongacija

uredi

Dok Pol I odlazi i oslobađa promotor, UBF i SL1 ostaju vezani za promotor, spremni za regrutiranje drugog Pol I. Zaista, svaki aktivni gen rDNA može se transkribirati više puta istovremeno, za razliku od gena koji se prepisuju sa Pol II, koji se povezuju samo sa jedan po jedan kompleks. Iako se elongacija (izduživanje) odvija neometano in vitro, još nije jasno da li se ovaj proces događa u ćeliji, s obzirom na prisutnost nukleosoma. Čini se da se Pol I transkribira kroz nukleosome, zaobilazeći ih ili ometajući, možda uz pomoć aktivnosti remodeliranja hromatina. Osim toga, UBF bi mogao djelovati i kao pozitivna povratna informacija, pojačavajući elongaciju Pol I putem anti-represorske funkcije. Dodatni faktor, TIF-IC, takođe može stimulisati ukupnu brzinu transkripcije i suzbiti pauziranje Pol I. Dok Pol I prolazi duž rDNK, formira se superspirala ispred i iza kompleksa. Topoizomeraza I ili II ih odmotava u redovnim intervalima, slično onome što se vidi u transkripciji posredovanoj Pol II.

Elongacija će se vjerojatno prekinuti na mjestima oštećenja DNK. Popravak vezan za transkripciju događa se slično genima koji se prepisuju Pol II i zahtijeva prisustvo nekoliko proteina za popravak DNK, poput TFIIH, CSB i XPG.

Terminacija

uredi

Kod viših eukariota Transkripcijski faktor terninacije, RNK-olimeraze I veže se i savija kraj terminacije na 3' kraju transkribovane regije. Ovo će prisiliti Pol I da pauzira. TTF-I, uz pomoć faktora za oslobađanje transkripta PTRF i regije bogate T-om, podstaknut će Pol I da prekine transkripciju i odvoji se od DNK i novog transkripta. Dokazi ukazuju na to da bi prekid mogao biti ograničen u slučajevima velike proizvodnje rRNK. TTF-I i PTRF će tada indirektno podstaknuti ponovnu inicijaciju transkripcije od strane Pol I na istom genu rDNK. Čini se da je u organizama poput pupajućeg kvasca proces mnogo složeniji i još uvijek nije u potpunosti razjašnjen.

Pristupna tačka rekombinacije

uredi

Pristupna tačka rekombinacije su DNK sekvence koje povećavaju lokalnu rekombinativnost. HOT1 sekvenca u kvascu jedna je od najbolje proučenih mitotskih rekombinacijska žarišta. HOT1 sekvenca uključuje transkripciju promotora RNK-polimeraze I. U soju mutanta kvasca defektnom za RNK-polimerazi I, aktivnost HOT1 u podsticanju rekombinacije je ukinuta. Čini se da razina transkripcijske aktivnosti RNK-polimeraze I, koja ovisi o promotoru u HOT1 sekvenci određuje razinu obližnje mitotske rekombinacije.[13]

Također pogledajte

uredi

Reference

uredi
  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. 10. 2013). "RNA polymerase I structure and transcription regulation". Nature. 502 (7473): 650–655. Bibcode:2013Natur.502..650E. doi:10.1038/nature12712. hdl:11858/00-001M-0000-0015-3B48-5. PMID 24153182. S2CID 205236187.
  3. ^ Zentner, Gabriel E; Saiakhova, Alina; Manaenkov, Pavel; Adams, Mark D; Scacheri, Peter C (25. 2. 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. 7. 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. str. 742. ISBN 978-0-321-83992-3.
  6. ^ Watkins, Nicholas J.; Bohnsack, Markus T. (maj 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. ^ a b Venema, Jaap; Tollervey, David (decembar 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. 2. 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. S2CID 8913931.
  9. ^ Jantzen, Hans-Michael; Admon, Arie; Bell, Stephen P.; Tjian, Robert (26. 4. 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. S2CID 4280039.
  10. ^ a b Grummt, Ingrid (15. 7. 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. Pristupljeno 16. 12. 2014.
  11. ^ Learned, R Marc; Cordes, Sabine; Tjian, Robert (juni 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 (februar 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. ^ Serizawa N, Horiuchi T, Kobayashi T (2004). "Transcription-mediated hyper-recombination in HOT1". Genes Cells. 9 (4): 305–15. doi:10.1111/j.1356-9597.2004.00729.x. PMID 15066122.

Vanjski linkovi

uredi
 Portal Biologija
Preuzeto iz "https://bs.wikipedia.org/w/index.php?title=RNK-polimeraza_I&oldid=3401970"