8.9
Ökaryotik RNA Polimerazları
RNA Polimeraz (RNAP), önemli dizi, yapısal ve fonksiyonel benzerlikleri paylaşan bakteriyel, arkeal ve ökaryotik RNAP'larla birlikte tüm hayvanlarda k…
Ökaryotlarda üç farklı RNA polimeraz vardır:RNA polimeraz I, II ve III. Bunlar yapısal olarak birbirine benzerler ve prokaryotik RNA polimerazlarla ortak özelliklere sahiptirler. Bununla birlikte, farklı RNA sınıflarını transkribe ederler.
RNA polimeraz I, ribozomal RNA genlerinin çoğunu transkribe ederken, RNA polimeraz III, tRNA genlerini, bazı snRNA'yı ve diğer küçük RNA genlerini transkribe eder. Protein kodlayan RNA genlerinin çoğu, RNA polimeraz II tarafından transkribe edilir. RNA polimeraz II'nin karboksi terminal bölgesi, enzimatik aktivitesini düzenleyen birçok transkripsiyon faktörü için bir bağlanma yeri görevi görür.
Bu faktörlerin bağlanması, bu bölgenin fosfatlanma modeline bağlıdır. RNA polimeraz II için, en iyi çalışılmış başlatıcının adı TATA kutusudur. TATA kutusu, korunmuş bir DNA dizisine sahiptir;bu dizilerin en yaygını TATAAA'dır ve genellikle transkripsiyon başlangıç yerinden upstream yönde 25 nükleotid uzaklıkta bulunur.
RNA polimeraz II, genel transkripsiyon faktörleri olarak bilinen bir grup protein tarafından başlatıcı bölgesine yönlendirilir. Tam olarak belirtmek gerekirse bunlar;A, B, D, E, F ve H varyantlarına sahip transkripsiyon faktörü II'dir Transkripsiyon, TFIID'nin TATA kutusuna bağlanmasıyla başlar. TFIID'nin bir bileşeni olan TATA kutusu Bağlanma Proteini TATA kutusu DNA dizisini tanır.
Daha sonra TBP, TFIIA ve TFIIB ile birleşerek RNA polimerazın başlatıcı bölgesinde TFIIF ile birleşmesi için bir platform oluşturur. Son olarak, TFIIE ve TFIIH, bu bileşenleri birleştirerek başlatma kompleksini oluşturur. Daha sonra TFIIH, başlangıç yeri etrafındaki DNA dupleksinin sarımını çözer ve RNA polimerazın C-terminal bölgesini fosfatlar.
Bu fosfatlama, polimerazın yapısını değiştirerek, başlangıç kompleksinden serbest bırakılmasına ve başlangıç bölgesinde transkripsiyona başlamasına izin verir. RNA polimeraz II, RNA transkriptini sentezlemeye başladığında, genel transkripsiyon faktörlerinin çoğu DNA'dan serbest bırakılır.
View the full transcript and gain access to JoVE Core videos
Q1: What are the three eukaryotic RNA polymerases and what do they transcribe?
Eukaryotes have three RNA polymerases with distinct roles. RNA Polymerase I transcribes most ribosomal RNA genes. RNA Polymerase III transcribes transfer RNA genes, some small nuclear RNA, and other small RNA genes. RNA Polymerase II transcribes the majority of protein-encoding genes. Though structurally similar to each other and to bacterial polymerases, each specializes in different RNA classes.
Q2: How does the carboxy-terminal domain of RNA Polymerase II regulate transcription?
The carboxy-terminal domain of RNA Polymerase II serves as a binding site for transcription factors that regulate its enzymatic activity. The binding of these factors depends on the phosphorylation pattern of this domain. This phosphorylation-dependent mechanism allows precise control of transcription initiation and elongation in eukaryotes.
Q3: What role do transcription factors play in eukaryotic RNA polymerase function?
All three eukaryotic RNA polymerases require specific transcription factors to function properly. These proteins remain attached to the RNA polymerase to guide the direction of RNA synthesis on the template DNA strand. The TATA-binding protein is common to all three polymerases, ensuring coordinated regulation of different gene classes.
Q4: How does poly(A) dependent termination work in eukaryotes?
Poly(A) dependent termination combines polyadenylation of the mRNA transcript with RNA Polymerase II termination. While the polymerase continues transcribing past the gene end, the transcript is cleaved at an internal site. The upstream part is released and receives a poly(A) tail, while a 5'-exonuclease digests the downstream product, helping the polymerase dissociate from the DNA template.
Q5: Why do eukaryotic RNA polymerases need to disassemble after transcription?
Once RNA strand elongation is complete, the RNA polymerase and associated transcription factors must disassemble and release the mRNA transcript. This release is essential for mRNA processing and export from the nucleus. Unlike bacterial polymerases that terminate at specific sequences, eukaryotic polymerases require coordinated cleavage and exonuclease activity to properly terminate and release the transcript.
Q6: How do eukaryotic and bacterial RNA polymerases compare structurally?
Eukaryotic RNA polymerases share significant structural and sequence similarities with bacterial RNA polymerase. RNA Polymerase II is most similar to bacterial RNAP in terms of structural organization and folding topologies of enzyme subunits. However, despite these structural similarities, their mechanisms of action differ substantially, particularly in transcription initiation, elongation, and termination processes.
Q7: What is the key difference between eukaryotic and bacterial transcription termination?
Bacterial genes contain specific DNA sequences that direct RNA polymerase to terminate at precise locations. In contrast, protein-encoding genes transcribed by eukaryotic RNA Polymerase II lack these specific termination sequences. Instead, eukaryotes rely on poly(A) dependent termination, which combines transcript cleavage with polyadenylation and exonuclease digestion to terminate transcription.