РНК полимераза I

РНК полимеразата 1 (исто така позната како Пол I) е, кај повисоките еукариоти, полимераза што само транскрибира рибозомална РНК (но не и 5С рРНК, која се синтетизира со РНК полимераза III), тип на РНК што сочинува над 50% од вкупна РНК синтетизирана во клетка.^[1]

Структура и функција

Пол I е ензим од 590 кДа кој се состои од 14 протеински подединици (полипептиди), а неговата кристална структура во квасецот Сачаромицес серевисиае е решена со резолуција од 2,8 А во 2013 година.^[2] Дванаесет од неговите подединици имаат идентични или сродни колеги во РНК полимераза II (Пол II) и РНК полимераза III (Пол III). Другите две подединици се поврзани со факторите на иницијација на Пол II и имаат структурни хомолози во Пол III.

Транскрипцијата на рибозомската ДНК е ограничена на јадрото, каде што се присутни околу 400 копии од 42,9-кб рДНК генот, распоредени како тандемски повторувања во регионите на организаторот на јадренцето. Секоја копија содржи ~ 13,3 кб секвенца која ги кодира молекулите 18С, 5,8С и 28С РНК, испреплетени со два внатрешни транскрибирани разделници, ИТС1 и ИТС2, и опкружени нагоре со 5' надворешен транскрибиран разделник и низводно 3' надворешен транскриб разделник.^[3][4] Овие компоненти се транскрибираат заедно за да се формира 45С пре-рРНК.^[5] 45С пре-рРНК потоа пост-транскрипционално се расцепува со C/D кутија и H/ACA кутија сноРНК,^[6] отстранувајќи ги двата разделувачи и резултирајќи со трите рРНК со сложена серија чекори.^[7] 5С рибозомалната РНК е транскрибирана со Пол III. Поради едноставноста на транскрипцијата на Pol I, таа е полимеразата со најбрзо дејство и придонесува до 60% од нивоата на клеточна транскрипција во експоненцијално растечките клетки.

Во Сачаромицес серевисиае, 5С рДНК ја има необичната карактеристика да лежи внатре во повторувањето на рДНК. Тој е опкружен со нетранскрибирани разделувачи НТС1 и НТС2 и е транскрибиран наназад со Пол III, одделно од остатокот од рДНК.^[7]

Регулирање на транскрипцијата на рРНК

Стапката на раст на клетките директно зависи од стапката на синтеза на протеините, која сама по себе е сложено поврзана со синтезата на рибозомите и транскрипцијата на рРНК. Така, интрацелуларните сигнали мора да ја координираат синтезата на рРНК со онаа на другите компоненти на транслацијата на протеините. Познато е дека Myc се врзува за човечката рибозомална ДНК со цел да ја стимулира транскрипцијата на рРНК преку РНК полимераза.^[8]

Со оглед на големиот број на рДНК гени (неколку стотици) достапни за транскрипција, првиот механизам вклучува прилагодување на бројот на гени кои се транскрибираат во одредено време. Во клетките на цицачите, бројот на активните рДНК гени варира помеѓу типовите на клетките и нивото на диференцијација. Општо земено, како што клетката станува подиференцирана, таа бара помал раст и, според тоа, ќе има намалување на синтезата на рРНК и намалување на гените на рДНК што се транскрибираат. Кога се стимулира синтезата на рРНК, СЛ1 (фактор на селективност 1) ќе се поврзе со промоторите на гените на рДНК кои претходно биле тивки, и ќе регрутира комплекс пред иницијација за кој Пол I ќе се поврзе и ќе започне со транскрипција на рРНК.

Промените во транскрипцијата на рРНК може да се појават и преку промени во брзината на транскрипција. Додека точниот механизам преку кој Пол I ја зголемува стапката на транскрипција сè уште е непознат, доказите имаат покажано дека синтезата на рРНК може да се зголеми или намали без промени во бројот на активно транскрибирани рДНК.

Циклус на транскрипција

Во процесот на транскрипција (со која било полимераза), постојат три главни фази:

1. Иницијација: изградба на комплексот РНК полимераза на промоторот на генот со помош на фактори на транскрипција
2. Издолжување: вистинската транскрипција на поголемиот дел од генот во соодветна РНК секвенца
3. Престанок: прекин на транскрипцијата на РНК и расклопување на комплексот РНК полимераза.

Иницијација

Пол I не бара TATA кутија во промоторот, наместо да се потпира на контролниот елемент нагоре (УЦЕ) сместен помеѓу -200 и -107, и основниот елемент сместен помеѓу -45 и +20.^[9][10]

1. Димеричкиот еукариотски врзувачки фактор (УБФ) ги врзува УЦЕ и основниот елемент.
2. УБФ регрутира и врзува протеински комплекс наречен СЛ1 кај луѓето (или TIF-IB кај глувчето), составен од TATA-врзувачки протеин (TBP) и три TBP-асоцирани фактори (ТАФс).^[11][12]
3. УБФ димерот содржи неколку кутии со група со висока мобилност (HMG-кутии) кои воведуваат јамки во горниот регион, дозволувајќи им на УЦЕ и основните елементи да дојдат во контакт.
4. РРН3/ТИФ-ИA е фосфорилиран и го врзува Пол I.
5. Пол I се врзува за УБФ/СЛ1 комплексот преку РРН3/ТИФ-ИА и започнува транскрипцијата.

Забележете дека овој процес е променлив кај различни организми.^[10]

Издолжување

Додека Пол I бега и го чисти промоторот, УБФ и СЛ1 остануваат врзани за промотер, подготвени да регрутираат друг Пол I. Навистина, секој активен рДНК ген може да се транскрибира повеќе пати истовремено, за разлика од гените транскрибирани со Пол II, кои се поврзуваат само со еден комплекс во исто време. Додека издолжувањето продолжува непречено ин витро, во тој момент не е јасно дали овој процес се случува во клетката, со оглед на присуството на нуклеозоми. Пол I се чини дека транскрибира преку нуклеозомите, или ги заобиколува или ги нарушува, можеби потпомогнати од активностите за ремоделирање на хроматин. Покрај тоа, УБФ може да делува и како позитивна повратна информација, подобрувајќи го издолжувањето на Пол I преку функцијата против репресор. Дополнителен фактор, ТИФ-ИЦ, исто така може да ја стимулира вкупната стапка на транскрипција и да го потисне паузирањето на Пол I. Како што Пол I продолжува по рДНК, суперкалемите се формираат и пред и зад комплексот. Тие се одмотуваат со топоизомераза I или II во редовни интервали, слично на она што се гледа во транскрипцијата со посредство на Пол II.

Издолжувањето најверојатно ќе биде прекинато на местата на оштетување на ДНК. Поправката поврзана со транскрипција се појавува слично на гените транскрибирани со Пол II и бара присуство на неколку протеини за поправка на ДНК, како што се ТФИИХ, ЦСБ и ХПГ.

Престанок

Кај повисоките еукариоти, ТТФ-И се врзува и го свиткува местото на завршување на 3' крајот на транскрибираната област. Ова ќе го принуди Пол I да паузира. ТТФ-И, со помош на факторот за ослободување на транскрипт ПТРФ и регион богат со Т, ќе го поттикне Пол I да ја прекине транскрипцијата и да се раздели од ДНК и новиот транскрипт. Доказите сугерираат дека прекинувањето може да биде ограничувачко во случаи на високо производство на рРНК. ТТФ-И и ПТРФ потоа индиректно ќе го стимулираат повторното започнување на транскрипцијата од Пол I во истиот рДНК ген. Кај организмите како што е младиот квасец, процесот се чини дека е многу покомплициран и сè уште не е целосно разјаснет.

Рекомбинација жариште

Рекомбинираните жаришта се ДНК секвенци кои ја зголемуваат локалната рекомбинација. ХОТ1 секвенцата во квасецот е една од најдобро проучените жаришта на митотизна рекомбинација. ХОТ1 секвенцата вклучува промотор на транскрипција на РНК полимераза I. Кај мутантниот вид на квасец дефектен во РНК полимераза I, активноста на ХОТ1 во промовирањето на рекомбинација е укината. Нивото на активност на транскрипција на РНК полимераза I кое зависи од промоторот во ХОТ1 секвенцата се чини дека го одредува нивото на блиската митотзна рекомбинација.^[13]

Поврзано

• РНК полимераза
• РНК полимераза II
• РНК полимераза III
• Селективен фактор 1