Ugrás a tartalomhoz

RNS-polimeráz I

Ellenőrzött
A Wikipédiából, a szabad enciklopédiából

Az RNS-polimeráz I (más néven Pol I az eukariótákban a kizárólag a sejtben előállított RNS több mint 50%-áért felelő riboszomális RNS-t, de nem az RNS-polimeráz III által átírt 5S rRNS-t átíró polimeráz.[1]

Szerkezet és funkció

[szerkesztés]

A Pol I 590 kDa-os, 14 alegységből álló enzim, kristályszerkezetét a Saccharomyces cerevisiae esetén 2013-ban ismerték meg 2,8 Å felbontással.[2] 12 alegysége azonos vagy hasonló az RNS-polimeráz II-höz és III-hoz. Két további a Pol II iniciációs faktoraihoz hasonlít, és a Pol III-ban vannak szerkezeti homológjaik.

A riboszomális DNS transzkripciója a nukleóluszban történik, ahol a 42,9 kb-os rDNS-gén mintegy 400 példányban található tandem ismétlődésekben a nukleólusszervező régiókban. Mindegyikük 13,3 kb körüli 18S, 5,8S és 28S riboszomális RNS-kódoló szakaszból áll, köztük két belső átírt kitöltővel, az ITS1-gyel és az ITS-2-vel, előttük 5ʹ-, utánuk 3ʹ-külsőátírtkitöltővel.[3][4] Ezek együtt íródnak át 45S-pre-rRNS-t alkotva.[5] Ezután ezt poszttranszkripciósan lebontják a C/D box és a H/ACA box kis nukleoláris RNS-ei[6] eltávolítva a két kitöltőt, 3 rRNS-t hagyva komplex lépéssorozattal.[7] Az 5S-rRNS-t a Pol III írja át. A Pol I-transzkripció egyszerűsége miatt a leggyorsabban működik, és a sejttranszkripciós szint mintegy 60%-át is adhatja exponenciálisan növekvő sejtekben.

A Saccharomyces cerevisiaeben az 5S-rDNS az rDNS-ismétlődésben van. Körülötte az NTS1 és az NTS2 nem átírt kitöltők vannak körülötte, és visszafelé történik transzkripciója a Pol III által az rDNS többi részétől eltérően.[7]

rRNS-transzkripció-szabályzás

[szerkesztés]

A sejtnövekedési ütem a fehérjeszintézis sebességétől függ, mely a riboszómaszintézistől és az rRNS-transzkripciótól függ. Így a sejtbeli jeleknek koordinálniuk kell az rRNS-szintézist a fehérjetranszláció más részeivel. A Myc a humán rDNS-hez köt, stimulálva a Pol I általi rRNS-transzkripciót.[8] Két mechanizmust azonosítottak, melyek lehetővé teszik a megfelelő rRNS-szintézis-irányítást és a Pol I-mediált transzkripciót.

A transzkripcióhoz elérhető rDNS-gének nagy mennyisége (több száz) miatt az első mechanizmus az egyidejűleg átírt gének mennyiségének változtatását tartalmazza. Emlőssejtekben az aktív rDNS-gének száma függ a sejttípustól és -differenciációtól. Általában a differenciáltabb sejtek kevesebb növekedést igényelnek, így kisebb az rRNS-szintézisük és az átírt rDNS-gének száma. Az rRNS-szintézis stimulációjakor az SL1 korábban csendes rDNS-gének promoteréhez köt, és preiniciációs komplexet hoz létre, melyhez a Pol 1 köt, elkezdve az rRNS-transzkripciót.

Az rRNS-transzkripció-változások történhetnek a transzkripciósebesség változásával. Bár a transzkripciósebesség-növekedés pontos mechanizmusa ismeretlen, ismert, hogy az rRNS-szintézis az aktívan átírt rDNS mennyiségének változása nélkül nőhet vagy csökkenhet.

Transzkripciós ciklus

[szerkesztés]

A transzkripció során 3 fő szakasz van:

  1. Iniciáció: RNS-polimeráz-komplex létrehozása a promoteren transzkripciós faktorokkal
  2. Elongáció: a gén nagy részének átírása megfelelő RNS-szekvenciára
  3. Termináció: az RNS-transzkripció vége, az RNS-polimeráz-komplex lebomlása

Iniciáció

[szerkesztés]

A Pol I nem igényel TATA boxot a promoterben, helyette irányítóelemet igényel a −200. és a −107. és egy magelemet a −45. és a +20. hely közt.[9][10]

  1. A dimer eukarióta UBTF az irányítóelemet és a magot köti.
  2. Az UBTF fehérjekomplexhez köt, ez emberben az SL1, egérben a TIF-IB, és egy TATA-kötő proteinből (TBP) és 3 TBP-asszociált faktorból (TAF) áll.[11][12]
  3. Az UBF-dimer számos HMG-boxot tartalmaz, melyek köröket tesznek a korábbi régióba, lehetővé téve az UCE és a magelemek érintkezését
  4. Az RRN3/TIF-IA foszforilálódik és a Pol I-hez köt.
  5. A Pol I az UBF/SL1-komplexhez köt az RRN3 révén, elindítva a transzkripciót.

E folyamat eltérhet bizonyos élőlényekben.[10]

Elongáció

[szerkesztés]

Miután a Pol I kilép és elmegy a promoterről, az UBF és az SL1 promoterkötöttek maradnak, újabb Pol I aktiválására várva. Minden aktív rDNS-gén többször átírható egyszerre, szemben a Pol II-vel átírt génekkel, melyek egyszerre 1 komplexszel asszociálnak. Bár az elongáció in vitro folyamatos, nem ismert, hogy ez így van-e a sejtben a nukleoszóma-jelenlét miatt. A Pol I feltehetően a nukleoszómákon át ír megkerülve vagy zavarva őket, feltehetően kromatinátrendező hatásokkal. Ezenkívül az UBF pozitív visszacsatolásként működhet, antirepresszorként erősítve a Pol I-elongációt. Egy további faktor, a TIF-IC stimulálhatja a transzkripciót és megszüntetheti a Pol I leállását. Ahogy a Pol I az rDNS-en végighalad, szupertekercsek leletkeznek a komplex előtt és mögött is. Ezeket a topoizomeráz I és II szabályos időközönként a Pol II-mediált transzkripcióhoz hasonlóan megszünteti.[13][14]

Az elongáció valószínűleg a DNS-károsodás helyén megáll. A transzkripcióval együtt történő javítás a Pol II-átírt génekhez hasonlóan történik, és több javítófehérjét igényel, például a TFIIH-t, a CSB-t és az XPG-t.[15]

Termináció

[szerkesztés]

A magasabbrendű élőlényekben az TTP-I az átírt rész 3ʹ-végének terminációs helyét elhajlítja. A TTF-I a PTRF-fel és egy T-gazdag szakasszal együtt a Pol I általi transzkripció megállítását és DNS-ről és az új átiratról való leválását indukálja. Ez nagy rRNS-termelés során sebességkorlátozó lehet. A TTF-1 és a PTRF ezután a Pol I általi transzkripció újbóli iniciációját stimulálják közvetve egyazon rDNS-génen. Egyes élőlényekben, például az élesztőben a folyamat bonyolultabb, és nem teljesen ismert.[16]

Rekombinációs forrópont

[szerkesztés]

A rekombinációs forrópontok lokális rekombinációt növelő DNS-szekvenciák. Az élesztő HOT1-szekvenciája jól ismert mitotikus rekombinációs forrópontok. Ez RNS-polimeráz I-transzkripciós promotert tartalmaz. Egy RNS-polimeráz I-hiányos élesztőtörzsben a HOT1 rekombinációnövelő aktivitása kisebb. Az RNS-polimeráz I HOT1-promoter-függő transzkripciós aktivitása határozza meg a közeli mitotikus rekombináció szintjét.[17]

Jegyzetek

[szerkesztés]
  1. ↑ (2006. december 8.) „The RNA polymerase I transcription machinery”. Biochemical Society Symposium 73 (73), 203–16. o. DOI:10.1042/bss0730203. PMID 16626300. PMC 3858827. 
  2. ↑ Engel, Christoph (2013. október 23.). „RNA polymerase I structure and transcription regulation”. Nature 502 (7473), 650–655. o. DOI:10.1038/nature12712. PMID 24153182. 
  3. ↑ Zentner, Gabriel E (2011. február 25.). „Integrative genomic analysis of human ribosomal DNA”. Nucleic Acids Research 39 (12), 4949–4960. o. DOI:10.1093/nar/gkq1326. PMID 21355038. PMC 3130253. 
  4. ↑ (2014. július 1.) „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. o. DOI:10.1371/journal.pone.0101341. PMID 24984034. PMC 4077792. 
  5. ↑ Appling, Dean. Biochemistry: Concepts and Connections. Hoboken, New Jersey: Pearson, 742. o. (2016. december 8.). ISBN 978-0-321-83992-3 
  6. ↑ (2012. május 1.) „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. o. DOI:10.1002/wrna.117. PMID 22065625. 
  7. ↑ a b (1999. december 1.) „Ribosome Synthesis in Saccharomyces cerevisiae”. Annual Review of Genetics 33 (1), 261–311. o. DOI:10.1146/annurev.genet.33.1.261. PMID 10690410. 
  8. ↑ Grandori, Carla (2005. február 20.). „c-Myc binds to human ribosomal DNA and stimulates transcription of rRNA genes by RNA polymerase I”. Nature Cell Biology 7 (3), 311–318. o. DOI:10.1038/ncb1224. PMID 15723054. 
  9. ↑ Jantzen, Hans-Michael (1990. április 26.). „Nucleolar transcription factor hUBF contains a DNA-binding motif with homology to HMG proteins”. Nature 344 (6269), 830–836. o. DOI:10.1038/344830a0. PMID 2330041. 
  10. ↑ a b (2003. július 15.) „Life on a planet of its own: regulation of RNA polymerase I transcription in the nucleolus”. Genes & Development 17 (14), 1691–1702. o. DOI:10.1101/gad.1098503R. PMID 12865296. (Hozzáférés: 2014. december 16.) 
  11. ↑ (1985. június 1.) „Purification and characterization of a transcription factor that confers promoter specificity to human RNA polymerase I”. Molecular and Cellular Biology 5 (6), 1358–69. o. DOI:10.1128/MCB.5.6.1358. PMID 3929071. PMC 366865. 
  12. ↑ (1986. február 1.) „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. o. DOI:10.1073/pnas.83.3.604. PMID 3456157. PMC 322912. 
  13. ↑ Madabhushi R (2018. június 29.). „The Roles of DNA Topoisomerase IIβ in Transcription”. Int J Mol Sci 19 (7), 1917. o. DOI:10.3390/ijms19071917. PMID 29966298. PMC 6073266. (Hozzáférés: 2024. március 4.) 
  14. ↑ French SL, Sikes ML, Hontz RD, Osheim YN, Lambert TE, el Hage A, Smith MM, Tollervey D, Smith JS, Beyer AL (2010. november 22.). „Distinguishing the Roles of Topoisomerases I and II in Relief of Transcription-Induced Torsional Stress in Yeast rRNA Genes”. Mol Cell Biol 31 (3), 482–494. o. DOI:10.1128/MCB.00589-10. PMID 21098118. PMC 3028620. (Hozzáférés: 2024. március 4.) 
  15. ↑ van der Weegen Y, Golan-Berman H, Mevissen TET, Apelt K, González-Prieto R, Goedhart J, Heilbrun EE, Vertegaal ACO, van den Heuvel D, Walter JC, Adar S, Luijsterburg MS (2020. április 30.). „The cooperative action of CSB, CSA, and UVSSA target TFIIH to DNA damage-stalled RNA polymerase II”. Nat Commun 11, 2104. o. DOI:10.1038/s41467-020-15903-8. PMID 32355176. PMC 7192910. (Hozzáférés: 2024. március 4.) 
  16. ↑ Aprikian P, Moorefield B, Reeder RH (2001. augusztus). „New Model for the Yeast RNA Polymerase I Transcription Cycle”. Mol Cell Biol 21 (15), 4847–4855. o, Kiadó: Tylor & Francis. DOI:10.1128/MCB.21.15.4847-4855.2001. PMID 11438642. PMC 87188. (Hozzáférés: 2024. március 4.) 
  17. ↑ Serizawa N, Horiuchi T, Kobayashi T (2004). „Transcription-mediated hyper-recombination in HOT1”. Genes Cells 9 (4), 305–15. o. DOI:10.1111/j.1356-9597.2004.00729.x. PMID 15066122. 

Fordítás

[szerkesztés]

Ez a szócikk részben vagy egészben a RNA polymerase I című angol Wikipédia-szócikk ezen változatának fordításán alapul. Az eredeti cikk szerkesztőit annak laptörténete sorolja fel. Ez a jelzés csupán a megfogalmazás eredetét és a szerzői jogokat jelzi, nem szolgál a cikkben szereplő információk forrásmegjelöléseként.

A lap eredeti címe: „https://hu.wikipedia.org/w/index.php?title=RNS-polimeráz_I&oldid=27077300”