Войти
Общая фабрика транскрипции во время транскрипции, подчеркивающая возможность транскрипции более чем одного гена за раз. Схема включает 8 РНК-полимераз, однако их количество может варьироваться в зависимости от типа клеток. Изображение также включает факторы транскрипции и пористое белковое ядро. Фабрики транскрипции в генетике описывают дискретные сайты, где транскрипция происходит в ядре клетки и являются примером биомолекулярного конденсата. Они были впервые обнаружены в 1993 году и, как было обнаружено, имеют структуры, аналогичные фабрикам репликации, сайтам, где репликация также происходит в дискретных сайтах. Фабрики содержат РНК-полимеразу (активную или неактивную) и необходимые факторы транскрипции (активаторы и репрессоры ) для транскрипции. Фабрики транскрипции, содержащие РНК-полимеразу II, наиболее изучены, но могут существовать фабрики для РНК-полимеразы I и III ; ядрышко рассматривается как прототип для фабрик транскрипции. Их можно рассматривать как под светом, так и под электронной микроскопией. Открытие фабрик транскрипции поставило под сомнение исходный взгляд на то, как РНК-полимераза взаимодействует с ДНК-полимером, и считается, что присутствие фабрик имеет важные эффекты на регуляцию генов и структура ядра.
Первое использование термина «фабрика транскрипции» было использовано в 1993 г. Джексоном и его коллегами, которые заметили, что транскрипция произошла на дискретных участках ядра. Это противоречило исходной точке зрения, согласно которой транскрипция происходила с равномерным распределением по ядру.
Структура фабрики транскрипции, по-видимому, определяется типом клетки, транскрипционной активностью клетки, а также методом техники используется для визуализации конструкции. Обобщенный вид фабрики транскрипции будет включать от 4 до 30 молекул РНК-полимеразы, и считается, что чем более транскрипционно активна клетка, тем больше полимераз будет присутствовать на фабрике, чтобы удовлетворить потребности транскрипции. Ядро фабрики пористое и богатое белком, с гиперфосфорилированными полимеразами удлиненной формы по периметру. Тип присутствующих белков включает: рибонуклеопротеины, коактиваторы, факторы транскрипции, РНК-геликазу и сплайсинг и обрабатывающие ферменты. Фабрика содержит только один тип РНК-полимеразы, и диаметр фабрики зависит от указанной РНК-полимеразы; Фабрики РНК-полимеразы I имеют ширину примерно 500 нм, тогда как фабрики РНК-полимеразы II и III имеют меньшую величину при 50 нм. Экспериментально показано, что фабрика транскрипции иммобилизована на структуре, и постулируется, что эта иммобилизация происходит из-за привязки к ядерной матрице ; это связано с тем, что было показано, что он связан со структурой, на которую не влияют рестрикционные ферменты. Белки, которые, как считается, участвуют в привязке, включают спектрин, актин и ламины.
Структура транскрипционной фабрики напрямую связана с к его функции. Транскрипция стала более эффективной благодаря кластерной природе фабрики транскрипции. Все необходимые белки: РНК-полимераза, факторы транскрипции и другие корегуляторы присутствуют на фабрике транскрипции, что позволяет ускорить полимеризацию РНК, когда матрица ДНК достигает фабрики, а также позволяет ряду генов быть
Количество транскрипционных фабрик, обнаруженных на ядро, по-видимому, определяется типом клетки, видом и типом измерения. Было обнаружено, что культивируемые мыши эмбриональные фибробласты имеют примерно 1500 фабрик с помощью иммунофлуоресцентного обнаружения RNAP II, однако клетки взяты из разных ткани той же группы мышей имели от 100 до 300 фабрик. Измерения количества фабрик транскрипции в клетках HeLa дают разные результаты. Например, с использованием традиционного подхода флуоресцентной микроскопии было обнаружено 300-500 заводов, но с помощью конфокальной и электронной микроскопии было обнаружено примерно 2100.
В дополнение к фабрики специализации имеют для того типа РНК-полимеразы, который они содержат, существует еще один уровень специализации. Есть некоторые фабрики, которые транскрибируют только определенный набор родственных генов, это еще больше укрепляет концепцию, что основная функция фабрики транскрипции заключается в эффективности транскрипции.
Есть много дискуссии о том, собираются ли фабрики транскрипции из-за транскрипционных требований генома, или они являются стабильными структурами, которые сохраняются с течением времени. Экспериментально выяснилось, что они остаются фиксированными в течение короткого периода времени; вновь созданные мРНК были помечены импульсами в течение 15 минут, и это не показало появления новых фабрик транскрипции. Это также подтверждается экспериментами по ингибированию. В этих исследованиях тепловой шок использовался для отключения транскрипции, что не привело к изменению количества обнаруженных полимераз. При дальнейшем анализе данных вестерн-блоттинга было высказано предположение, что на самом деле имело место небольшое уменьшение количества фабрик транскрипции со временем. Следовательно, можно утверждать, что молекулы полимеразы мягко высвобождаются с течением времени с завода, когда отсутствует транскрипция, что в конечном итоге приведет к полной потере фабрики транскрипции.
Есть также несколько свидетельств Это продвигает идею сборки фабрик транскрипции de novo из-за требований транскрипции. Эксперименты по флуоресценции полимеразы GFP показали, что индукция транскрипции в политенных ядрах дрозофилы приводит к образованию фабрики, что противоречит представлению о стабильной и безопасной структуре..
Гипотеза о том, что именно фабрика транскрипции остается иммобилизованной во время транскрипции в отличие от матрицы ДНК. На нем показано, как часть транскрибируемого гена (коричневый) в процессе тянется и перемещается через РНК-полимеразу. Ранее считалось, что это относительно небольшая РНК-полимераза, которая движется вдоль сравнительно большая матрица ДНК во время транскрипции. Однако появляется все больше данных, подтверждающих идею о том, что из-за привязки фабрики транскрипции к ядерной матрице, на самом деле, именно большая матрица ДНК перемещается, чтобы приспособиться к полимеризации РНК. Исследования in vitro, например, показали, что РНК-полимеразы, прикрепленные к поверхности, способны как вращать матрицу ДНК, так и пропускать ее через полимеразу, чтобы начать транскрипцию; что указывает на способность РНК-полимеразы быть молекулярным двигателем. Захват конформации хромосомы (3C) также поддерживает идею диффузии ДНК-матрицы в направлении стационарной РНК-полимеразы.
Остается сомнение к этому механизму транскрипции. Во-первых, неизвестно, как стационарная полимераза способна транскрибировать гены на (+) - цепи и (-) - цепи в одном и том же локусе генома в одно и то же время. Это в дополнение к отсутствию убедительных доказательств того, как полимераза остается иммобилизованной (как она привязана) и к какой структуре она привязана.
Привлечение родственных генов к RNAP, и необходимые факторы транскрипции вызывают образование петли хроматина, тем самым влияя на структуру генома . Формирование фабрики транскрипции имеет несколько последствий для ядерной и геномной структур. Было предложено, чтобы заводы отвечали за ядерную организацию; Было высказано предположение, что они способствуют формированию петли хроматина с помощью двух потенциальных механизмов:
Первый механизм предполагает, что петли образуются, потому что 2 гена на одной хромосоме требуют того же самого транскрипционного аппарата, который может быть обнаружен в конкретной фабрике транскрипции. Это требование привлечет генные локусы к фабрике, создав петлю.
Второй механизм предполагает, что образование петли хроматина происходит из-за «притяжения истощения». Это физическое явление, которое происходит, когда относительно большие объекты (например, фабрика транскрипции) находятся в густонаселенном районе, содержащем растворимые объекты (например, белки). Фабрики транскрипции имеют тенденцию к агрегированию, поскольку их кластеризация не позволяет более мелким объектам быть частью области перекрытия, тем самым уменьшая энтропию системы, и, следовательно, петля хроматина будет образовываться между двумя фабриками.
Предполагается, что фабрики транскрипции также отвечают за кластеризацию генов, потому что родственные гены потребуют одного и того же транскрипционного механизма, и если фабрика удовлетворяет эти потребности, гены будут привлечены на фабрику. Хотя кластеризация генов может быть полезной для эффективности транскрипции, это может иметь негативные последствия. События транслокации гена происходят, когда гены находятся в непосредственной близости друг от друга; что будет происходить чаще, когда присутствует фабрика транскрипции. События транслокации генов, такие как точечные мутации, обычно вредны для организма и, следовательно, могут привести к возможности заболевания. Однако, с другой стороны, недавние исследования показали, что нет корреляции между межгенными взаимодействиями и частотой транслокаций.
