Транскрипция у эукариот

МОЛЕКУЛЯРНАЯ ГЕНЕТИКА
Транскрипция, осуществляемая ДНК зависимыми РНК-полимеразами,
– ключевой этап экспрессии генов и клеточной регуляции
МОЛЕКУЛЯРНАЯ ГЕНЕТИКА. ТРАНСКРИПЦИЯ РНК ЭУКАРИОТ
– процесс переноса остатка фосфорной
кислоты от фосфорилирующего агента-донора к субстрату,
катализируется киназами
– замещение атомов водорода в органических
соединениях остатком уксусной кислоты CH3CO (ацетильной группой),
катализируется ацетилтрансферазами
– последовательности ДНК, усиливающие транскрипцию
при взаимодействии со специфическими белками
– последовательности ДНК репрессирующие активность
генов, ослабляющие транскрипцию при взаимодействии с белками
– последовательности ДНК, определяющие
специфичность действия энхансеров и сайленсеров
1
• единица транскрипции – ген
2
• оператор отсутствует
3
• промотор включает коровый, проксимальный и
дистальный (энхансер и пр.) элементы
На расстоянии -25 п.н. от +1 нукл. находится ТАТА-бокс, его
позиция определяет точку инициации транскрипции
На расстоянии -60-80 п.н. находится ЦААТ-бокс
Расстояние между ЦААТ и ТАТА большое и РНК-полимераза не
способна накрыть всю эту область. ЦААТ опознается своим
белком, а ТАТА - своим.
МОЛЕКУЛЯРНАЯ ГЕНЕТИКА. ТРАНСКРИПЦИЯ РНК ЭУКАРИОТ
Белки, участвующие в транскрипции – факторы транскрипции
(TF) и регулирующие основные стадии процесса
ДНК зависимая РНК полимераза –
фермент, осуществляющий синтез РНК
на матрице ДНК
РНК-полимераза I
РНК-полимераза II
РНК-полимераза III
Ядерные РНК полимеразы –
сложные гетеромультимерные
комплексы, общей массой 0,50,7 МДа.
МОЛЕКУЛЯРНАЯ ГЕНЕТИКА. ТРАНСКРИПЦИЯ РНК ЭУКАРИОТ
РНК полимераза I транскрибирует гены 18S, 5.8S и 28S
фермент, состоит 14 субъединиц (дрожжи)
для транскрипции rРНК кроме РНК-полимеразы I, необходимы
два фактора транскрипции – UBF (upstream binding factor) и SL1
Субъединичный состав
РНК-полимеразы I
Транскрипция генов rРНК и
сборка рибосом происходит в
ядрышке
У
промотор гена
предшественника rРНК
состоит из двух участков:
(core promoter
element)
(upstream control
element).
С этими участками
связываются белковые
комплексы
и
Факторы регулирующие
транскрипцию rРНК
ассоциированы с РНКполимеразой I
1.
связывает
полимеразу и белок
его состав входит
box binding protein).
2.
свяхывает
полимеразу и белок
,в
(TATA-
Транскрипционная
активность РНК
полимеразы I зависит от:
1.
(ингибируется при митозе);
2.
(при
интенсивном делении
требуется много rРНК).
Фосфорилирование
1.
РНКполимеразы I
Только фосфорилированная
РНК-полимераза I способна
связаться с белком
2.
белков
и
Фосфорилирование в митозе
инактивирует белок
Фосфорилирование в G1
фазе – активирует белок
3.
вS
фазе ингибирует белок ,
регулирующий связыванием
концентрацию
4.
вS
фазе ингибирует белок
,
инактивирующий
,
входящий в состав
Белок
способствует
передвижению нуклеосом по
ДНК для эффективной
транскрипции РНК
полимеразой I.
МОЛЕКУЛЯРНАЯ ГЕНЕТИКА. ТРАНСКРИПЦИЯ РНК ЭУКАРИОТ
РНК полимераза III транскрибирует гены 5S
фермент, состоит 17 субъединиц (дрожжи)
,
и
РНК полимеразе III для транскрипции необходима помощь
различных белков – транскрипционных факторов (TFIII)
ISR (induced systemic resistance) – транскрипционный регуляторный фактор ,
регулирует выживаемость клеток при стрессе
Регуляторные элементы
ген
rРНК содержит
внутренний промотор –
области и
Факторы
связывается с
связывается с
• присоединяется
,
способствует посадке
и
началу транскрипции
Регуляторные
последовательности
гены
содержат участок
, способствующий
связыванию
Факторы
присоединяет
и
Регуляторные элементы
и
промотора
расположены вне
транскрибируемой области
Факторы
• с
связывается белок
• с
– фактор
• связывание
и
приводит к
присоединению
• и посадке полимеразы
транскрипции
для РНК полимеразы III
изучена плохо.
Известно, что транскрипты
оканчиваются
последовательностью, с
которой связывается
релизинг-фактор – белок ,
способствующий
процессингу и стабильности
транскриптов
Работа РНК
полимеразы III,
регулируется в
зависимости от фазы
клеточного цикла
ингибирует
транскрипцию в митозе
белок активируется
при фосфорилировании
фактор
способен
ацетилировать гистоны,
что изменятет структуру
хроматина,
благоприятным для
транскрипции образом
МОЛЕКУЛЯРНАЯ ГЕНЕТИКА. ТРАНСКРИПЦИЯ РНК ЭУКАРИОТ
транскрибирует
, а также некоторые
фермент, состоит 12 субъединиц (дрожжи)
наиболее подверженный регуляции фермент из трех РНКполимераз
Инициация
• Образование базального
комплекса
• Начало синтеза цепи РНК
Элонгация
• Продолжение процесса
транскрипции, рост
дочерней цепи РНК
Терминация
• Завершение процесса
транскрипции
ДНК
К цепи подходит
фактор
транскрипции TFIID
самый крупный
фактор транскрипции.
Желтый участок -
связывается с
боксом и располагается
рядом с сайтом
инициации
Это присоединение
вызывает формирование
ДНК
Затем подходят
факторы
(оранжевый) и
(красный)
присоединяется к
рядом с
подходит к
.
собирается
дистанционно
связывается с
и
и
способствует
присоединению
собран и
подходит к точке
инициации
транскрипции
К сформировавшемуся
комплексу подходит
фактор
TFIIE
TFIIH
связывается,
подходит
Все готово и для
инициации
транскрипции
требуется энергия
В двухцепочечной ДНК
формируется «
»,
обеспечивающий доступ
Pol II к единице
транскрипции и
начинается синтез mРНК
Начинается элонгация
цепи и факторы
,
,
,
отсоединяются
действует
дистанционно и
mРНК быстро
растет
Элонгация
завершается когда
достигается конец
транскрипта
Закрывается «
в ДНК
»
Pol II освобождается
вместе с
полученными от АТФ
фосфатами
Комплекс Pol II отходит,
mРНК освобождается.
Фактор TFIID отходит,
позволяя ДНК вернутся в
.
Первичный
транскрипт готов и
после процессинга
будет
транспортирован из
ядра клетки
До начала синтеза РНК, С-концевой домен
РНК полимеразы II дефосфорилирован
– способствует связыванию TBP с ТАТА-боксом
– cвязывает РНК-полимеразу II и TBP на промоторе, участвует в
выборе точки инициации транскрипции
– основной белок базального комплекса, в его состав входит TBP
– участвует в плавлении ДНК в промоторе, связывает оцДНК
– взаимодействует с РНК-полимеразу II, стимулирует элонгацию
транскрипции
– активность ДНК-зависимой ATPазы, ДНК-хеликазная
активность, обладает активностью CTD-киназы
1. посадка на промотор (
бокс)
(входит в состав
и ассоциированных с ним
факторов
-
)
2. после связывания РНК полимеразы II с
инициаторным комплексом связывается
, который присоединяет
3. С-концевой домен
РНК-полимеразы II
фосфорилируется
, РНК полимераза
теряет сродство в инициаторному комплексу и
nтакже
фосфорилирует
(активируя) несколько
циклин-зависимых
киназ:
, и ,а
также субъединицы
(56kD) и
(74kD)
В инициации транскрипции РНК полимеразой II участвует
множество факторов, обеспечивающих регуляцию
транскрипции различных генов
Основной маркер элонгационного состояния РНК полимеразы II –
фосфорилированный
За поддержание фосфорилированного состояния в процессе элонгации
отвечает фактор
.
Фактором элонгации РНК полимеразы II также является гетеротример
. Его негативный регулятор
связывает комплекс
и и предотвращает их ассоциацию с
В процессе элонгации РНК полимераза может встретить
, участки, вызывающие
и попадание в
состояние
Если работающая РНК-полимераза встретит повреждение ДНК,
нуждающееся в репарации, то с таким остановленным комплексом
связываются белки
и
. Эти белки опосредуют посадку
факторов репарации на повреждение, а также играют важную роль для
восстановления транскрипции после репарации.
За супрессию пауз РНК-полимеразы отвечает
, а за выход из
арестованного состояния –
МОЛЕКУЛЯРНАЯ ГЕНЕТИКА. ТРАНСКРИПЦИЯ РНК ЭУКАРИОТ
Геном животных и человека – сложнейшая система с
многоуровневой системой регуляции.
Важную роль в процессах регуляции играют некодирующие
последовательности:
,
,
. Они
определяют уровень транскрипции генов.
Другим важным регулятом являются
,
приводящие к модификации структуры хроматина
Метилирование ДНК заключается в
присоединении метильной группы к
цитозину в составе CpG-динуклеотида в
позиции С5 цитозинового кольца
набор модификаций гистоновых
«хвостов» на поверхности нуклеосом,
определяет функциональное
состояние гена
регуляторная нуклеотидная последовательность, которая повышает
(усиливает) экспрессию генов и может функционировать в разной
ориентации и в любых положениях относительно промотора
а) ген альбумина, энхансер
располагается перед
промотором
б) ген иммуноглобулина,
энхансер расположен в центре
гена между
последовательностями,
кодирующими константную и
вариабельную части белка
в) ген β-глобина, энхансер
расположен вслед за
кодирующей частью гена
регуляторная нуклеотидная
последовательность, которая
повышает (усиливает) экспрессию
генов и может функционировать в
разной ориентации и в любых
положениях относительно промотора
Модульная структура
Модули - это отдельные части энхансеров.
М1+М2+М3+М4 – один энхансер, состоящий из 4-х модулей.
Модули узнаются своими белками, а они, сидя на ДНК, взаимодействуют
друг с другом.
Если в клетке присутствуют все соответствующие белки, то участку ДНК
придается определенная конформация и начинается синтез РНК.
(Activators) - белки,
связывающиеся с энхансерами,
которые помогают РНКполимеразе правильно начать
транскрипцию.
(Repressor)- белки,
которые связывают активаторы,
чем снижают или прекращают
транскрипцию.
(Basal factors)белки, которые ориентируют РНКполимеразу на начало
структурной части гена.
(Transcription factors)- помогают
занять правильную позицию
активаторам и РНК- полимеразе.
Последовательности нуклеотидов, которые могут подавлять
позитивное и негативное влияние эухроматина и гетерохроматина на
экспрессию генов, интегрированных в этот хроматин и
фланкированных указанными последовательностями в новом сайте
интеграции.
Такие участки ДНК «изолируют» ген, находящийся между ними,
способствуя сохранению его обычной пространственной структуры.
А Схема функционирования двух генов (желтый и голубой),
локализованных в домене, контролируемом двумя инсуляторами
(зеленый) и белками, которые связываются с инсуляторами (желтый).
Энхансеры локализуются между двумя генами (вместе с
транскрипционными факторами, обозначенными бирюзовым и
оранжевым), они могут активировать транскрипцию с промотора каждого
гена.
В Если пограничный элемент, инсулятор (красный), расположен между
двумя энхансерами, формируется новый хромосомный домен, в
результате голубой ген остается в одном, а темно-желтый – в другом
домене.
Бирюзовый транскрипционный фактор не может действовать на промотор
темно-желтого гена в соответствии с локализацией второго инсулятора.
Энхансер может активировать транскрипцию с промотора голубого гена,
который остался в том же домене.