Основы молекулярной биологии - В.И. Резяпкин 2009
Транскрипция
Транскрипция эукариот
В клетках эукариот синтез РНК осуществляют три ядерных РНК-полимеразы:
a) РНК-полимераза I транскрибирует гены рРНК - 18S, 28S и 5,8S;
b) РНК-полимераза II транскрибирует гены иРНК;
c) РНК-полимераза III транскрибирует гены тРНК, 5S рРНК и мяРНК.
РНК-полимеразы эукариот в отличие от РНК-полимераз прокариот не способны самостоятельно инициировать синтез РНК. Только при наличии особых белков - факторов транскрипции - они приобретают способность осуществлять данный процесс.
Кроме ядерных РНК-полимераз у эукариот в митохондриях и хлоропластах присутствуют другие РНК-полимеразы.
РНК-полимераза I
РНК-полимераза I эукариот является большим ферментом, состоящим не менее чем, из 11 субъединиц, и транскрибирующим гены рРНК. Гены рРНК представлены в геноме клетки большим числом копий и кодируют три наиболее крупных рРНК - 18S, 5,8 S и 28S.
Гены рРНК расположены в виде серии тандемных повторов, отделенных друг от друга спейсером (рис. 4.7). В конце спейсера находится сайт терминации (Т), он же отвечает и за реинициацию синтеза нового транскрипта. После освобождения транскрипта в сайте терминации РНК-полимераза I остается связанной с ДНК, и затем при участии белкового фактора начинает синтез нового транскрипта. В спейсере имеются энхансеры (40-60 п.н.), активирующие транскрипцию в десятки раз. Степень активации пропорциональна числу энхансеров.
Рибосомные гены (рис. 4.7) транскрибируются в ядрышках в виде единого 45S-РНК транскрипта (13000 нуклеотидов). После синтеза 45S-РНК расщепляется с образованием 28S-РНК (около 5000 нуклеотидов), 18S-РНК (около 2000 нуклеотидов) и 5,8S-РНК (около 160 нуклеотидов).
Транскрипция генов рРНК соответствует 50 - 70 % от общего объема клеточной транскрипции.
У человека гаплоидные клетки содержат около 200 генов рРНК, которые распределены в виде небольших кластеров по пяти хромосомам.
5S рРНК кодируется другими генами и транскрибируется РНК-полимеразой III.
Рис. 4.7. Организация и транскрипция генов рРНК РНК-полимераза II
РНК-полимераза II ответственна за синтез иРНК и состоит из более, чем 10 субъединиц. Тем не менее, она не в состоянии самостоятельно осуществлять транскрипцию. Для ее работы требуется дополнительно десятки белковых молекул, так называемых факторов транскрипции.
В узнаваемом РНК-полимеразой II промоторе в пределах 100-200 п.н. перед стартом транскрипции обнаружены канонические нуклеотидные последовательности: TATA, CAAT, GC - блоки и др. (рис. 4.8). В различных промоторах могут присутствовать разные блоки, расположенные в различном порядке относительно друг друга и на разных расстояниях от точки начала транскрипции. Неодинаковая структура промоторов обуславливает различия в экспрессии генов.
Рис. 4.8. Условная схема расположения нуклеотидных последовательностей в промоторах для РНК-полимеразы II
Особую роль в регуляции скорости транскрипции играют полинуклеотидные последовательности - энхансеры и сайленсеры. С энхансерами взаимодействуют белки-активаторы, которые, контактируя с РНК-полимеразой, активируют ее, в результате транскрипция генов усиливается (рис. 4.9). С сайленсерами же взаимодействуют белки-ингибиторы, оказывающие тормозящие действие на активность РНК-полимеразы и снижающие скорость транскрипции.
Рис. 4.9. С энхансерами взаимодействуют белки-активаторы, которые, контактируя с РНК-полимеразой, активируют ее
Энхансеры могут занимать различное положение относительно гена. Чаще они располагаются перед геном за несколько сот и даже за несколько тысяч п.н. В то же время энхансеры обнаружены в интронах. Иногда они находятся за геном. Свойствами энхансера могут обладать и кодирующие последовательности. В некоторых случаях интенсивность транскрипции гена может контролироваться несколькими энхансерами. Граница энхансера бывает размыта - удаление нуклеотидных последовательностей постепенно снижает его активность. Однако энхансеры могут содержать блоки, мутации в которых резко снижают их активность. Энхансеры можно переносить от одного гена к другому.
Энхансеры в зависимости от регуляторного фактора могут вести себя как сайленсеры.
Организация сайленсеров имеют много общего с организацией энхансеров.
РНК-полимераза III
РНК-полимераза III транскрибирует гены 5S рРНК, тРНК и нескольких мяРНК. Эти три класса генов используют свои собственные классы промоторов. Промоторы, узнаваемые РНК-полимеразой III, находится внутри генов тРНК и 5S рРНК. В случае генов тРНК промоторы состоят из двух блоков: 1-ый блок начинается через 8-30 п.н. после точки начала транскрипции и представлен в усредненном виде последовательностью TGGCNNAGTGG, 2-ой блок находится на расстоянии +51... +72 и его усредненная последовательность - GGTTCGANNCC (N - любой нуклеотид).
Что касается генов, кодирующих мяРНК, то их промоторы расположены перед точкой начала транскрипции. У большинства генов этого класса промоторы состоят из ТАТА-блока с центром в положении -30 и из второго блока с центром в положении -60.