РНК-полимераза II

Перейти к навигацииПерейти к поиску
РНК-полимераза II Saccharomyces cerevisiae, включающая все 12 субъединиц[1]

РНК-полимераза II  — фермент эукариот, который катализирует транскрипцию ДНК, синтезирует предшественников мРНК и большинство мяРНК и микроРНК[2][3]. Эта полимераза представляет собой комплекс массой 550 кДа, состоящий из 12 субъединиц. РНК-полимераза II является наиболее изученным типом РНК-полимеразы. Ей необходим широкий спектр транскрипционных факторов для того, чтобы связываться с генами выше промоторов и начинать транскрипцию.

Субъединицы

Структура эукариотической РНК-полимеразы II из Saccharomyces cerevisiae, PDB ID 1WCM [4]. Покрашены субъединицы, гомологичные субъединицам бактериальной полимеразы: RPB3 – оранжевый , RPB11 – желтый , RPB2 – бежевый, RPB1 – красный, RPB6 – розовый, остальные 7 субъединиц покрашены серым.

Ко́ровые субъединицы РНК-полимеразы II были выделены с помощью анализов транскрипции[5]. Выделенный фермент имеет, как правило, 10—12 субъединиц (12 у человека и дрожжей) и не способен к специфическому распознаванию промотора[6]. Многие взаимодействия между её субъединицами уже известны[7].

  • ДНК-зависимая субъединица RPB1 РНК-полимеразы II  — фермент, который в организме человека кодируется геном POLR2A, а в дрожжах кодируется RPO21. RPB1 — самая большая субъединица РНК-полимеразы II. Её С-концевой домен, объединяющий до 52 гептапептидных повторов (YSPTSPS), которые необходимы для полимеразной активности[8]. В сочетании с рядом других субъединиц полимеразы она образует ДНК-связывающий домен полимеразы, в котором матрица ДНК транскрибируется в РНК[9]. Эта субъединица взаимодействует с RPB8[7].
  • RPB2 (POLR2B) — вторая по величине субъединица, которая в комбинации по меньшей мере с двумя другими субъединицами полимеразы образует структуру, которая в активном центре фермента поддерживает контакт между ДНК-матрицей и вновь синтезированной РНК[10].
  • RPB3 (POLR2C) — третья по величине субъединица. Существует в виде гетеродимера с другой полимеразной субъединицей, POLR2J, образующего основной сборочный узел. RPB3 взаимодействует с RPB1-5, 7, 10—12[7].

Субъединица B4 РНК-полимеразы II (RPB4) — кодируется геном POLR2D[11], является четвёртой по величине субъединицей и может играть роль защиты от стресса.

RPB5 у человека кодируется геном POLR2E. Две молекулы этой субъединицы присутствуют в каждой РНК-полимеразе II[12]. RPB5 сильно взаимодействует с RPB1, RPB3 и RPB6[7].

  • RPB6 (POLR2F) образует структуру, по крайней мере, с двумя другими субъединицами, которая стабилизирует транскрипцию полимеразы на матрице ДНК[13].

RPB7 кодируется геном POLR2G и может играть роль в регуляции функций полимеразы[14]. RPB7 взаимодействует с RPB1 и RPB5[7].

  • RPB8 (POLR2H) взаимодействует с субъединицами RPB1-3, 5 и 7[7].
  • RPB9 — паз, в котором матрица ДНК транскрибируется в РНК, состоит из RPB9 (POLR2I) и RPB1.
  • RPB10 — продукт гена POLR2L. Он взаимодействует с RPB1-3 и 5, и сильно с RPB3[7].
  • RPB11 — субъединица RPB11 сама состоит из трёх субъединиц у человека: POLR2J (RPB11-а), POLR2J2 (RPB11-б), и POLR2J3[15] (RPB11-с).
  • RPB12 взаимодействует с RPB3 (POLR2K)[7].

Сборка

В сборке РНК-полимеразы II участвует RPB3[16]. Субкомплекс RPB2 и RPB3 появляется вскоре после синтеза субъединицы[16]. Этот комплекс впоследствии взаимодействует с RPB1[16]. RPB3, RPB5 и RPB7 взаимодействуют друг с другом, чтобы сформировать гомодимеры, а RPB3 и RPB5 вместе способны связаться со всеми другими субъединицами RPB, за исключением RPB9.[7] Только RPB1 сильно связывается с RPB5[7]. Субъединицы RPB1 также контактирует с RPB7, RPB10, хотя и более слабо, чем с RPB8, контактирование с которой у неё наиболее эффективно[7]. После в комплекс RPB1 входят и другие субъединицы, такие как RPB5 и RPB7 могут входить, где RPB5 связывается с RPB6 и RPB8 и RPB3 доставляет RPB10, RPB 11, и RPB12.[7] RPB4 и RPB9 могут соединятся только когда почти весь комплекс собран. RPB4 образует комплекс с RPB7[7].

Кинетика

Фермент может катализировать до нескольких миллионов реакций в секунду. Скорость работы фермента зависит от состава раствора и концентрации субстрата. Как и другие ферменты, POLR2 имеет кривую насыщения и максимальную скорость (Vmax). Он имеет Km (концентрация субстрата, необходимого для достижения половины Vmax) и kcat (число молекул субстрата, обрабатываемых одним активным центром в секунду). Указанная константа даёт kcat/Km. Теоретический максимум для указанной константы находится в пределах от 108 до 109 (M−1 с−1), когда каждое столкновение фермента с его субстратом приводит к акту катализа. У дрожжей мутация в домене Trigger-Loop самой большой субъединицы может изменить кинетику фермента[17].

Число оборотов для РНК-полимеразы II составляет 0,16 с−1 от концентрации[18]. Бактериальная РНК-полимераза, родственник РНК-полимеразы II, переключается между инактивированным и активированным состояниями транслокацией назад и вперед вдоль ДНК[19]. Концентрации [NTP]eq = 10 μM ГТФ, 10 μМ УТФ, 5 μМ АТФ и 2,5 μМ ЦТФ, производят средний рейтинг удлинения, число оборотов, ~1 пара оснований (NTP)−1 для бактериальной РНК-полимеразы[19].

РНК-полимераза II ингибируется α-аманитином[20].

Голоэнзим

Голоэнзим РНК-полимеразы II — форма эукариотической РНК-полимеразы II, которая набирается в живых клетках в промоторах генов белков[6]. Он состоит из РНК-полимеразы II, подмножества общих факторов транскрипции, и регуляторных белков, известных как белки SRB.

Часть сборки голоэнзима именуется как преиниационный комплекс[англ.], потому что его сборка происходит на месте промотора гена до иннициации транскрипции. Посреднический комплекс[англ.] выступает в качестве моста между РНК-полимеразой II и факторами транскрипции.

Управление структурой хроматина

Это[] краткое изложение механизма на примере дрожжевых клеток, с помощью которых структуры хроматина и посттрансляционная модификация гистонов помогают регулировать транскрипцию генов РНК-полимеразой II.

Этот[] путь даёт примеры регулирования в следующих точках транскрипции:

  • Преинициация (продвижение по Bre1, модификация гистонов).
  • Инициация (продвижение по TFIIH, модификация Pol II и продвижение COMPASS, модификация гистонов).
  • Удлинение (продвижение по Set2, модификации гистонов).

Обратите внимание, что это[] относится к различным этапам этого[] процесса в качестве регуляторных шагов. Это[] не было доказано, что они[] используются для регулирования, но очень вероятно, что это[] так.

Удлинение промоторов РНК Pol II могут быть суммированы в 3 классах:

  1. Медикамент/зависящих от последовательности (задержка/аффект) факторов (различные мешающие белки).
  2. Структуры хроматина, ориентированные на факторы (посттранскрипционные модификаторы гистонов, например, гистонов метилтрансферазы).
  3. РНК Pol II-факторы, улучшающие качество транскрипции (различные мешающие белки и кофакторы Pol II).

Участвующие белковые комплексы

Факторы, ориентированные на структуры хроматина:
((HMTs (гистон-метилтрансферазы)):
COMPASS§† — (комплекс белков, связанных с Set1) — Метилатлизин 4 гистона H3.
Set2 — Метилатлизин 36 гистона H3.
(интересный не имеющий значения пример: Dot1*‡ — метилирует лизин 79 гистона H3.)

(Другие): Bre1 — убиквинизирует (добавляет убиквитин) на лизин 123 гистона H2B. Связан с предварительной инициацией и позволяет связывание РНК Pol II.

CTD РНК полимеразы

С-конец RPB1 добавляется для формирования С-концевого домена (CTD). Карбоксильно-концевой домен РНК-полимеразы II, как правило, содержит до 52 повторов последовательности Tyr-Ser-Pro-Thr-Ser-Pro-Ser.[21] Другие белки часто связывается с С-концевым доменом РНК-полимеразы с целью активировать полимеразную активность. Это домен белка, который участвует в инициации транскрипции, кэпировании РНК-транскрипта, и прикреплении к сплайсосоме для сплайсинга РНК.[8]

Примечания

  1. ↑ Meyer P. A., Ye P., Zhang M., Suh M.-H., Fu J. Phasing RNA polymerase II using intrinsically bound Zn atoms: an updated structural model (англ.) // Structure : journal. — 2006. — June (vol. 14, no. 6). — P. 973—982. — doi:10.1016/j.str.2006.04.003. — PMID 16765890. Архивировано 19 июня 2018 года.
  2. ↑ Kornberg R. Eukaryotic transcriptional control (англ.) // Trends in Cell Biology[англ.] : journal. — Cell Press, 1999. — Vol. 9, no. 12. — P. M46. — doi:10.1016/S0962-8924(99)01679-7. — PMID 10611681.
  3. ↑ Sims R. J. 3rd, Mandal S. S., Reinberg D. Recent highlights of RNA-polymerase-II-mediated transcription. (англ.) // Current opinion in cell biology. — 2004. — Vol. 16, no. 3. — P. 263—271. — doi:10.1016/j.ceb.2004.04.004. — PMID 15145350. [исправить]
  4. ↑ Armache K. J., Mitterweger S., Meinhart A., Cramer P. Structures of complete RNA polymerase II and its subcomplex, Rpb4/7 (англ.) // J Biol Chem : journal. — 2005. — 25 February (vol. 280, no. 8). — P. 7131—7134. — doi:10.1074/jbc.M413038200. — PMID 15591044. Архивировано 23 марта 2019 года.
  5. ↑ Sawadogo M., Sentenac A. RNA polymerase B (II) and general transcription factors (англ.) // Annu. Rev. Biochem.[англ.] : journal. — 1990. — Vol. 59. — P. 711—754. — doi:10.1146/annurev.bi.59.070190.003431. — PMID 2197989.
  6. ↑ 1 2 Myer V. E., Young R. A. RNA polymerase II holoenzymes and subcomplexes (англ.) // J. Biol. Chem. : journal. — 1998. — October (vol. 273, no. 43). — P. 27757—27760. — doi:10.1074/jbc.273.43.27757. — PMID 9774381. Архивировано 25 сентября 2019 года.
  7. ↑ 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 Acker J., de Graaff M., Cheynel I., Khazak V., Kedinger C., Vigneron M. Interactions between the human RNA polymerase II subunits (англ.) // J. Biol. Chem. : journal. — 1997. — July (vol. 272, no. 27). — P. 16815—16821. — doi:10.1074/jbc.272.27.16815. — PMID 9201987.
  8. ↑ 1 2 Brickey W. J., Greenleaf A. L. Functional studies of the carboxy-terminal repeat domain of Drosophila RNA polymerase II in vivo (англ.) // Genetics : journal. — 1995. — June (vol. 140, no. 2). — P. 599—613. — PMID 7498740. — PMC 1206638.
  9. ↑ Entrez Gene: POLR2A polymerase (RNA) II (DNA directed) polypeptide A, 220kDa.
  10. ↑ Entrez Gene: POLR2B polymerase (RNA) II (DNA directed) polypeptide B, 140 kDa.
  11. ↑ Khazak V., Estojak J., Cho H., Majors J., Sonoda G., Testa J. R., Golemis E. A. Analysis of the interaction of the novel RNA polymerase II (pol II) subunit hsRPB4 with its partner hsRPB7 and with pol II (англ.) // Mol. Cell. Biol. : journal. — 1998. — May (vol. 18, no. 4). — P. 1935—1945. — PMID 9528765. — PMC 121423.
  12. ↑ Entrez Gene: POLR2E polymerase (RNA) II (DNA directed) polypeptide E, 25 kDa. Архивировано 5 декабря 2010 года.
  13. ↑ Entrez Gene: POLR2F polymerase (RNA) II (DNA directed) polypeptide F. Архивировано 5 декабря 2010 года.
  14. ↑ Entrez Gene: POLR2G polymerase (RNA) II (DNA directed) polypeptide G.
  15. ↑ POLR2J3 polymerase (RNA) II (DNA directed) polypeptide J3. Дата обращения: 3 октября 2017. Архивировано 21 октября 2018 года.
  16. ↑ 1 2 3 Kolodziej P. A., Young R. A. Mutations in the three largest subunits of yeast RNA polymerase II that affect enzyme assembly (англ.) // Mol. Cell. Biol. : journal. — 1991. — September (vol. 11, no. 9). — P. 4669—4678. — PMID 1715023. — PMC 361357. Архивировано 25 сентября 2019 года.
  17. ↑ Kaplan, Craig. Dissection of Pol II Trigger Loop Function and Pol II Activity–Dependent Control of Start Site Selection In Vivo (англ.) // PLoS Genetics[англ.] : journal. — 2012. — 12 April.
  18. ↑ Jin J., Dong W., Guarino L. A. The LEF-4 subunit of Baculovirus RNA polymerase has RNA 5'-triphosphatase and ATPase activities (англ.) // J. Virol.[англ.] : journal. — 1998. — December (vol. 72, no. 12). — P. 10011—10019. — PMID 9811739. — PMC 110520. Архивировано 19 августа 2011 года.
  19. ↑ 1 2 Abbondanzieri E. A., Greenleaf W. J., Shaevitz J. W., Landick R., Block S. M. Direct observation of base-pair stepping by RNA polymerase (англ.) // Nature : journal. — 2005. — November (vol. 438, no. 7067). — P. 460—465. — doi:10.1038/nature04268. — PMID 16284617. — PMC 1356566.
  20. ↑ Kaplan, Craig D. The RNA Polymerase II Trigger Loop Functions in Substrate Selection and is Directly Targeted by α-amanitin (англ.) // Mol. Cell[англ.] : journal. — 2008. — 6 June. — PMC 2475549.
  21. ↑ Meinhart A., Cramer P. Recognition of RNA polymerase II carboxy-terminal domain by 3'-RNA-processing factors (англ.) // Nature : journal. — 2004. — July (vol. 430, no. 6996). — P. 223—226. — doi:10.1038/nature02679. — PMID 15241417. Архивировано 29 сентября 2007 года.