مکانیسم رونویسی در یوکاریوت ها

در یوکاریوت ها ، سه کلاس از RNA پلیمراز ها وجود دارد : I , II و III . این بخش بر روی RNA پلیمراز II ( Pol II ) فوکوس دارد که در رونویسی همه ژن های پروتئین ها شرکت می کند. رونویسی توسط Pol I و Pol III در بخش I شرح داده می شود.

 شکل 4-E-1 . ساختار دامین هسته TBP انسان که با DNA کمپلکس شده است و به وسیله کریستالوگرافی اشعه X شناسایی شده . DNA حاوی عنصر TATA می باشد. PDB=1CDW

 مرحله آغازین

RNA پلیمراز II حاوی زیر واحدی مشابه با فاکتور سیگما پروکاریوتی نمی باشد که بتواند پروموتور را شناسایی کند و هلیکس دوتایی DNA را از هم باز کند. در یوکاریوت ها این اعمال توسط گروهی از پروتئین ها که فاکتور های عمومی رونویسی خوانده می شوند انجام می گیرد. RNA پلیمراز II با شش فاکتور عمومی رونویسی همکاری دارد ( با علائم TFIIA , TFIIB , TFIID ,TFIIE ,TFIIF و TFIIH نامگذاری شده اند که TF معرف فاکتور های رونویسی و II به RNA پلیمراز II برمیگردد )

TFIID شامل TBP ( پروتئین متصل شونده به جعبه TATA ) و TAF ( فاکتور همکار TBP ) می باشد. نقش TBP ، اتصال به هسته پروموتور می باشد ( شکل 4-E-1 ). TAF ها به TBP در انجام  این فرآیند کمک می کنند. در سلول های انسانی ، TAF ها توسط 12 زیر واحد شکل می گیرند. یکی از آن ها TAF250 ( با وزن مولکولی 250KD ) دارای فعالیت هیستون استیل ترانسفرازی می باشد که می تواند اتصال میان DNA  و هیستون ها را در نوکلئوزوم را آزاد کند.

فاکتور رونویسی که باز شدن دو رشته DNA را کاتالیز می کند ، TFIIH می باشد. TFIIH می تواند دو رشته DNA را باز کند و در نهایت RNA پلیمراز II و پنج فاکتور عمومی رونویسی ( TFIIA کاملا لازم نیست ) کمپلکس پیش آغازین ( PIC ) را تشکیل می دهند. ترتیب سر هم شدن PIC در شکل 4-E-2 شرح داده شده است.

Review Article:

Regulation of gene expression by TBP-associated proteins - Genes and Development, 1998.

 طویل سازی

 پس از اینکه PIC بر روی پروموتور شکل گرفت ، TFIIH از فعالیت هلیکازی می تواند استفاده کند و دو رشته DNA را باز کند. این عمل نیاز به انرژی آزاد شده از هیدرولیز ATP دارد. باز شدن دو رشته DNA تقربیا از فاصله 10bp ( 10 جفت بازی ) شروع می شود. سپس RNA پلیمراز II از نوکلئوزید تری فسفات ها ( NTPs ) برای سنتز رونوشت RNA استفاده می کند. در طول طویل سازی RNA ، TFIIF متصل به RNA پلیمراز باقی می ماند ، اما سایر فاکتورهای رونویسی از PIC جدا می شوند.

دامین کربوکسیل-ترمینال ( CTD ) زیر واحد بزرگ RNA پلیمراز II برای طویل سازی بسیار مهم می باشد. در فاز آغازی ، CTD فسفوریله نشده می باشد اما در زمان طویل سازی فسفوریله می شود. این دامین دارای تعداد زیادی از رزدیو های پرولین ، سرین و ترئونین می باشد.

 پایان رونویسی

 ژن های پروتئین های یوکاریوتی دارای سیگنال poly A هستند که در downstream آخرین اگزون قرار دارد. این سیگنال برای اضافه شدن سری از رزدیو های آدنیلات در زمان پرداش RNA استفاده می شود. خاتمه رونویسی اغلب در 0.5 - 2 kb downstream سیگنال poly A رخ می دهد اما مکانیسم به درستی شناخته نشده است.

نقش فاکتور های تنظیم کننده رونویسی

در سال 1990 زمانی که اسرار تنظیم رونویسی در پروکاریوت ها تقریبا کشف شد ، دانشمندان اطلاعات بسیار کمی در رابطه با تنظیم رونویسی در یوکاریوت ها داشتند. در سال 1996 تعدادی از گروه های تحقیقاتی دریافتند که tranional coactivators ، هیستون استیل ترانسفراز ها( HATs  ) می باشند. و آن ها دریافتند که اتصال فعال کنند ها ی رونویسی به ناحیه enhancer ( در اغلب موارد ) برای تحریک رونویسی کافی نمی باشد. برای این کار co-activator  ها نیز لازم هستند. به طور مشابه ، مهار رونویسی اغلب احتیاج به اتصال رپرسور بر روی خاموش کننده ( silencer ) و شرکت همزمان پروتئین های co-repressor دارد. نقش دقیق این co-activator  ها و co-repressor ها تا سال 1996 شناخته نشده بود.

در یوکاریوت ها ، همکاری میان DNA و هیستون ها از دستیابی پلیمراز و فاکتور های رونویسی عمومی به پروموتور جلوگیری می کند. استیلاسیون هیستون ها توسط HAT ها که می توانند اتصال میان DNA و هیستون ها را سست کنند ، انجام می گیرد. اگر چه زیر واحد TFIID (  TAF250 در انسان ) دارای فعالیت HAT می باشد ، شرکت کردن سایر HAT ها سبب می شوند که رونویسی کارآمد تر انجام گیرد. نقش های زیر برای اغلب نمونه ها ( نه همه آن ها ) می باشد :

1-  اتصال فعال کننده ها به عنصر enhancer ، سبب فعالسازی HAT  ها برای سست کردن پیوند میان هیستون ها و DNA می شود. بنابراین رونویسی را افزایش می دهند.

2- اتصال رپرسور به عنصر silencer  ، هیستون د استیلاز ها ( histone deacetylases = HDs = HDACs ) را فعال می کند تا اتصال میان DNA و هیستون ها را محکمکنند.

برای کسب اطلاعات بیشتر بخش G را ببینید.

 Review Article:

Elongation by RNA polymerase II: the short and long of it - Genes and Development, 2004.

Orchestrated response: a symphony of tranion factors for gene control - Genes and Development, 2000.