Войти
Эукариотическая транскрипция Эукариотическая транскрипция - это сложный процесс, который эукариотические клетки используют для копирования генетических информация, хранящаяся в ДНК в единицах 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 свой тип гена. У эукариотической клетки есть ядро, которое разделяет процессы транскрипции и трансляции. Эукариотическая транскрипция происходит внутри ядра, где ДНК упакована в нуклеосомы и структуры хроматина более высокого порядка. Сложность эукариотического генома требует большого разнообразия и сложности контроля экспрессии генов.
Эукариотическая транскрипция протекает в три последовательных стадии: инициация, элонгация и терминация.
Транскрибируемые РНК выполняют различные функции. Например, структурные компоненты рибосомы транскрибируются с помощью РНК-полимеразы I. Кодирующие белки гены транскрибируются с помощью РНК-полимеразы 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.
Эукариоты имеют три ядерные РНК-полимеразы, каждый со своими ролями и свойствами.
| Название | Местоположение | Продукт |
| РНК-полимераза I (Pol I, Pol A) | ядрышко | большая рибосомная РНК (рРНК ) (28S, 18S, 5.8S ) |
| РНК-полимераза II (Pol II, Pol B) | ядро | информационная РНК (мРНК ), большинство малых ядерных РНК (мяРНК ), малые интерферирующие РНК (миРНК ) и микроРНК (миРНК ). |
| РНК-полимераза III (Pol III, Pol C) | ядро (и, возможно, интерфейс ядрышко - нуклеоплазма ) | переносящая РНК (тРНК ), других малых РНК (включая малую 5S рибосомную РНК (5s рРНК), мяРНК U6, РНК частиц распознавания сигнала (SRP РНК) и другие стабильные короткие РНК |
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. Этот предшественник затем обрабатывается в три рРНК: 18S, 5.8S, и 28S. Транскрипция генов рРНК происходит в специализированной структуре ядра, называемой ядрышком, где транскрибированные рРНК объединяются с белками с образованием рибосом..
РНК-полимераза II (Pol II) отвечает за транскрипция всех мРНК, некоторых мяРНК, миРНК и всех миРНК. Многие транскрипты Pol II временно существуют как одноцепочечные РНК-предшественники (пре-РНК), которые в дальнейшем обрабатываются sed для генерации зрелых РНК. Например, мРНК-предшественники (пре-мРНК) экстенсивно 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 рибонуклеаза P РНК. 218>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 ядерных субъединиц, которые проявляют гомологию с β, β ’, α, α и ω субъединицами 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 молекулярными механизм эукариотической транскрипции в атомных деталях.
Карбоксиконцевой домен (CTD) RPB1, крупнейшей субъединицы РНК-полимеразы II, играет важную роль в объединении механизмов, необходимых для синтеза и обработка транскриптов Pol II. Длинный и структурно неупорядоченный, CTD содержит множество повторов гептапептидной последовательности YSPTSPS, которые подвергаются фосфорилированию и другим посттрансляционным модификациям в течение цикла транскрипции. Эти модификации и их регуляция составляют функциональный код CTD для контроля инициации, удлинения и терминации транскрипции, а также для связывания транскрипции и процессинга РНК.
Инициирование транскрипции гена у эукариот происходит в конкретные шаги. Во-первых, РНК-полимераза вместе с общими факторами транскрипции связывается с областью промотора 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 цепочки-матрицы к активному центру РНК-полимеразы. Без потребности 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, 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 диаграмма присоединения РНК-полимеразы II к де-спирализованной ДНК. Предоставлено: Forluvoft.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 транскрипционного комплекса во многих генах.
Эукариотические гены 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 регуляторные элементы включают усилители, глушители и изоляторы. Эти регуляторные последовательности могут быть распределены на большом расстоянии в геноме, 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.
Транскрипция, полный набор общих факторов транскрипции и РНК-полимераза должны быть собраны на кор-промоторе для образования преинициативного комплекса ~ 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 вместе с TFIIF и дополнительными факторами транскрипции. TFIIF служит мостиком между TBP, связанным с TATA, и полимеразой. 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 эукариотический комплекс, который включает общие факторы транскрипции и РНК-полимеразу II. Авторы и права: ArneLH.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 активности 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, вызывая разделение цепей ДНК и переход преинициативного комплекса из закрытого в открытое состояние. TFIIB помогает в образовании открытого комплекса путем связывания расплавленной ДНК и стабилизации пузыря транскрипции.
Как только комплекс инициации открывается, первый рибонуклеотид переносится в активный сайт для инициации полимеризации реакция 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 неудачной инициацией. 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 нижестоящую ДНК в свою каталитическую щель движением, похожим на сжатие.
Когда транскрипт достигает пороговой длины десять нуклеотидов, он попадает в канал выхода РНК. Полимераза нарушает свои взаимодействия 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 ускользания.
После выхода из промотора и высвобождения большинства факторов транскрипции для инициации полимераза приобретает новые факторы для следующей фазы транскрипции: элонгации. Удлинение транскрипции - это процессивный 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 цепи ДНК воссоединяются на заднем конце пузыря транскрипции, в то время как однониточная РНК появляется одна.
Среди белков, задействованных в полимеразе, есть факторы элонгации, называемые таким образом, 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 представляет собой универсальный фактор транскрипции, который помогает рекрутировать 5'-кэпирующий фермент для Pol II с CTD, фосфорилированным по Ser-5. TAF-SF1 рекрутирует компоненты аппарата сплайсинга РНК на фосфорилированный Ser-2 CTD. P-TEFb также помогает подавить временную паузу полимеразы, когда она встречает определенные последовательности сразу после инициации.
Точность транскрипции достигается за счет нескольких механизмов. РНК-полимеразы выбирают правильный субстрат нуклеозидтрифосфат (NTP) для предотвращения ошибок транскрипции. Только NTP, который правильно спаривает основание с кодирующим основанием в ДНК, попадает в активный центр. РНК-полимераза выполняет две известные функции контрольного 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 удлинения TFIIS (InterPro : IPR006289 ; TCEA1, TCEA2,) стимулирует собственную рибонуклеазную активность в полимеразе, позволяя удалять неправильно инкорпорированные основания из-за ограниченной локальной деградации РНК. Обратите внимание на то, что все реакции (синтез фосфодиэфирной связи, пирофосфоролиз, гидролиз фосфодиэфирной связи) выполняются РНК-полимеразой с использованием одного активного центра.
Элонгация транскрипции не является гладкое движение вдоль двухцепочечной ДНК, так как РНК-полимераза претерпевает обширные котранскрипционные паузы во время удлинения транскрипции. Как правило, РНК-полимераза II не транскрибируется через ген с постоянной скоростью. Скорее он периодически останавливается 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 в 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 за счет ограничения продолжительности паузы полимеразы.
Удлинение полимеразы связано с набором белковых факторов, необходимых для различных типы 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 увеличивает белковые комплементы у эукариот. Как и в случае 5'-кэпинга и сплайсинга, хвост CTD участвует в рекрутировании ферментов, ответственных за 3'-полиаденилирование, последнее событие процессинга РНК, которое связано с прекращением транскрипции.
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.
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. Благодаря еще неизвестному механизму 3’-конец транскрипта расщепляется, образуя большую первичную молекулу рРНК, которая в дальнейшем 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 и затем полиаденилирования. Поли-А-полимераза 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 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' деградирует вторую РНК по мере ее выхода из комплекса элонгации. Полимераза высвобождается по мере того, как высоко процессивная экзонуклеаза захватывает ее. Предполагается, что новая точка зрения будет выражать слияние этих двух моделей.
РНК-полимераза III может эффективно прекращать транскрипцию без участия дополнительных факторов. Сигнал терминации Pol III состоит из участка тиминов (на неэлементной цепи), расположенного в пределах 40 пар оснований ниже 3'-конца зрелой РНК. Сигнал терминации поли-Т приостанавливает Pol III и заставляет его возвращаться к ближайшей шпильке РНК, чтобы стать «тупиковым» комплексом. В соответствии с аллостерическим механизмом терминации шпилька РНК аллостерически открывает Pol III и вызывает распад элонгационного комплекса. Таким образом, обширная структура, встроенная в транскрипт Pol III, отвечает за фактор-независимое высвобождение Pol III на конце гена. РНК-дуплекс-зависимая терминация - это древний механизм, восходящий к последнему универсальному общему предку.
Регулирование экспрессии генов у эукариот достигается за счет взаимодействия нескольких уровней контроля, который действует как локально, чтобы включать или выключать отдельные гены в ответ на конкретную клеточную потребность и в глобальном масштабе для поддержания паттерна экспрессии генов в масштабе хроматина, который формирует 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 последовательностью-специфичными транс -действующие факторы, которые действуют как активаторы или репрессоры. Транскрипция гена также может регулироваться после инициации путем нацеливания движения удлиняющейся полимеразы.
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 подавленные. Транскрипцию можно заглушить с помощью модификации гистона (деацетилирования и метилирования ), интерференции РНК и / или метилирования 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 зарождающуюся цепь ДНК, генерируемую репликацией. В клетках млекопитающих метилирование ДНК является основным маркером транскрипционно подавленных областей. Специализированные белки могут распознавать маркер и привлекать гистондеацетилазы 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.
Две основные задачи инициация транскрипции предназначена для обеспечения доступа РНК-полимеразы к промотору и для сборки общих факторов транскрипции с полимеразой в комплекс инициации транскрипции. Были идентифицированы различные механизмы инициации транскрипции за счет подавления тормозных сигналов на промоторе гена. Гены эукариот 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 объединяются в единицы, называемые энхансерами. Энхансеры могут облегчить высоко взаимодействующее действие 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.
Эукариотические активаторы транскрипции обладают отдельными ДНК-связывающими и активирующими функциями. 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.
Репрессоры транскрипции эукариот разделяют некоторые 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, задействуя модификаторы гистонов (деацетилазы и метилазы) или ферменты ремоделирования нуклеосом, которые влияют на доступность ДНК. Репрессия гистонов и модификаций ДНК также является основой подавления транскрипции, которое может распространяться по хроматину и выключать несколько генов.
Фаза элонгации начинается после сборки комплекса элонгации был завершен, и продолжается до тех пор, пока не встретится последовательность завершения. Пост-инициаторное движение РНК-полимеразы является мишенью другого класса важных регуляторных механизмов. Например, активатор транскрипции Tat влияет на удлинение, а не на инициацию во время его 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 привлечением 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.
Когда транскрипция останавливается из-за наличия повреждения в транскрибированной цепи гена, репарация ДНК белки привлекаются к остановившейся РНК-полимеразе, чтобы инициировать процесс, называемый репарацией, связанной с транскрипцией. Центральным в этом процессе является общий фактор транскрипции TFIIH, который обладает АТФазной активностью. TFIIH вызывает конформационные изменения в полимеразе, чтобы обнажить пузырь транскрипции, заключенный внутри, чтобы ферменты репарации ДНК получили доступ к поражению. Таким образом, РНК-полимераза служит в клетке как белок, чувствительный к повреждению, и направляет ферменты репарации на гены, которые активно транскрибируются.
Эукариотическая транскрипция более сложна, чем прокариотическая транскрипция. Например, у эукариот генетический материал (ДНК) и, следовательно, транскрипция, главным образом 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 двух процессов обеспечивает важный механизм регуляции прокариотических генов.
На уровне инициации РНК-полимераза в прокариотах (в частности, бактериях) прочно связывается с промоторной областью и инициирует высокую базальную скорость транскрипции.. Для перехода от близкого к открытому состоянию гидролиза АТФ не требуется, 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.
У позвоночных большинство промоторов гена содержат остров CpG с многочисленными сайтами CpG. Когда многие из промоторных сайтов CpG гена метилированы, ген становится замалчиваемым. Колоректальный рак обычно имеет от 3 до 6 мутаций водитель и от 33 до 66 мутаций путешественника 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. регуляция транскрипции при раке ). Репрессия транскрипции при раке также может происходить с помощью 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 ).
Биологический портал 