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RNA-polymerase I
Schema der Transkription

RNA-Polymerase I oder Pol I ist ein RNA-Polymerase, die an der beteiligt ist Transkription von einem vorribosomale RNA-String mit a Sedimentationskoeffizient ab 45S. (45S ist vorbei RNA-Modifikation in die rRNAs 18S umgewandelt; 5,8S; 28S), aber nicht mit 5S-rRNA, die erstellt wird von RNA-Polymerase III. Darüber hinaus ist dieses Enzym an der Produktion vieler snRNA's (sn steht für das englische Small Nuclear) im Kern. Das Enzym befindet sich in der Kern von Eukaryoten.

Struktur und Funktion

RNA-Polymerase I ist ein 590 kDa großes Enzym, das aus 14 . besteht Protein-Untereinheiten (Polypeptide). Das Kristallstruktur wurde 2013 bei der Hefe geklärt Saccharomyces cerevisiae mit einer Auflösung von 280 Uhr (das ist etwa das 2,5- bis 3-fache des Durchmessers von Atomen).[1] Zwölf Untereinheiten sind gleich oder haben verwandte Gegenstücke in RNA-Polymerase II (Pol II) und RNA-Polymerase III (Pol III). Die anderen beiden Untereinheiten beziehen sich auf Faktoren, die die RNA-Polymerase II aktivieren und strukturelle Eigenschaften haben Homologe in RNA-Polymerase III.

ribosomale DNATranskription kommt nur im . vor Kern, wo etwa 400 Exemplare der 42,9 KiloBasenpaar (kb) groß rDNAGen sind vorhanden, angeordnet in Tandem-Wiederholungen (wiederholt nacheinander) in Kernorganisatorregions. Jede Kopie enthält eine ~ 13,3 kb große Sequenz, die für die 18S, das 5.8S und der 28S RNA-Moleküle, verflochten mit zwei interne transkribierte Abstandshalter (Nukleotidsequenzen dazwischen), ITS1 und ITS2, und stromaufwärts von einem externen transkribierten 5'-Spacer und stromabwärts von einem externen transkribierten 3'-Spacer flankiert.[2][3] Diese Teile werden zusammen transkribiert, um die 45S-Prä-rRNA zu bilden.[4] Die 45S-Prä-rRNA wird dann posttranskriptionell gespalten durch Proteolyse der C/D-Box und der H/ACA-Box snoRNA's (soEinkaufszentrum neinUkelÖlar-RNA)[5] und die beiden Spacer werden entfernt, wodurch die drei rRNAs in drei Schritten gebildet werden.[6] Die 5S-ribosomale RNA wird von Polymerase III transkribiert, da Polymerase I eine einfache Struktur hat und daher schnell in exponentiell wachsende Zellen. Dort macht die RNA-Polymerase I bis zu 60 % der gesamten Transkription aus.

Untereinheiten[7]

Saccharomyces cerevisiae
Pol I
Untereinheiten		SynonymeOb oder nicht
in dem anderen
Auftretende RNA-Polymerasen		menschliches GenNummer
proteinogene Aminosäuren[8]		Humane Pol I-Untereinheiten
RPA1DKFZP586M0122, FLJ21915, RPO1-4, RPA190ichPOLR1A1716RNA-Polymerase I Untereinheit A
RPA2Rpo1-2, FLJ21921, FLJ10816, RPA135ichPOLR1B1196hRPA127, RNA-Polymerase I Untereinheit B
RPA49ich415PAF53, RNA-Polymerase I-Untereinheit RPA49
RPA43ich326hRPA43, RNA-Polymerase I-Untereinheit RPA43
RPA40AC40, RPA40, RPA39, RPA5, RPAC1Ich, IIIPOLR1C346hRPA40, RNA-Polymerase I-Untereinheit C
RPA34.5BESETZUNG (PAF49)ich510RNA-Polymerase I Untereinheit RPA34
RPB5ABC27, RPA7, RPC9, YBR154C, YBR1204I, II, IIIPOLR2E215hRPB5, RNA-Polymerase II-Untereinheit E
RPB6ABC23, RPB6, YPR187W, P9677.8I, II, III, IV, VPOLR2F137hRPB6, RNA-Polymerasen I, II und III Untereinheit RPABC2
RPA19AC19, RPC19 YNL113W, N1937Ich, IIIPOLR1D133hRPA19, RNA-Polymerasen I und III Untereinheit RPAC2
RPB8ABC14.5I, II, III, IV, VPOLR2H150hRPB8, RNA-Polymerasen I, II und III Untereinheit RPABC3
RPA12RRN4, YJR063W, J1747ich125hRPB12.2, RNA-Polymerase I-Untereinheit RPA12
RPA14RABC4ich137RNA-Polymerase I-Untereinheit RPA14[9]
RPC10ABC10βI, II, IIIPOLR2K58hRPB10, RNA-Polymerasen I, II und III Untereinheit RPABC4
RPB12ABC10α, RPABC5I, II, III, IV, VPOLR2L67hRPB12, RNA-Polymerase II-Untereinheit L

Regulation der rRNA-Transkription

Die Zellwachstumsrate hängt direkt von der Proteinsynthese ab, die ihrerseits eng mit der Ribosomensynthese und der rRNA-Transkription verbunden ist. Intrazelluläre Signale müssen die Synthese von rRNA mit der Translation anderer Proteinkomponenten koordinieren. Es ist bekannt, dass es mycgen, das andere Gene reguliert, bindet an menschliche ribosomale DNA, um die rRNA-Transkription durch die RNA-Polymerase I zu stimulieren.[10] Es wurden zwei spezifische Mechanismen gefunden, um die rRNA-Synthese und die RNA-Polymerase I-gerichtete Transkription richtig zu kontrollieren.

Angesichts der großen Anzahl von rDNA-Genen (mehrere Hundert), die für die Translation zur Verfügung stehen, ist der erste Mechanismus an der Abstimmung der Anzahl der Gene beteiligt, die zu einem bestimmten Zeitpunkt transkribiert werden sollen. In Säugerzellen variiert die Anzahl der rDNA-Gene zwischen den Zelltypen und dem Grad der Zelldifferenzierung. Im Allgemeinen wächst eine Zelle, wenn sie stärker differenziert ist, weniger und hat daher eine geringere rRNA-Synthese und eine Verringerung der Anzahl der transkribierten rDNA-Gene.

Wenn die rRNA-Synthese stimuliert wird, bindet SL1 (selektiver Faktor 1) an die Promoter der rDNA-Gene, woraufhin RNA-Polymerase I an den Prä-Initiationskomplex bindet und die Transkription von rRNA beginnt.

Änderungen der rRNA-Transkription können auch aufgrund von Änderungen der Transkriptionsrate auftreten. Die Synthese von rRNA kann ohne Änderungen in der Anzahl der aktiv transkribierten rDNAs zunehmen oder abnehmen.

RNA-Polymerase I-Transkriptionszyklus

Bei der Transkription werden drei Hauptstadien unterschieden:

  1. Initiation: die Bindung des RNA-Polymerase-Komplexes an die Promotoren der Gene unter Verwendung von Transkriptionsfaktoren.
  2. Elongation: die eigentliche Transkription der meisten Gene in die entsprechende RNA-Sequenz.
  3. Termination: Stoppen der RNA-Transkription und Abbau des RNA-Polymerase-Komplexes.

Einleitung

RNA-Polymerase I hat keine TATA-Box im Promotor verwendet es stattdessen ein vorgelagertes Kontrollelement (UCE = ultra-konserviertes Element) zwischen –200 und –107 und ein Kernelement zwischen –45 und 20.[11][12]

Rolle des Transkriptionsfaktors bei der Regulation der Genexpression
  1. Das dimere eukaryotischer Upstream Binding Factor (Upstream Binding Factor (UBF)) bindet das UCE und das Kernelement.
  2. UBF rekrutiert und bindet einen 300 kDa Proteinkomplex beim Menschen SL1[13] und bei Mäusen namens TIF-IB[14] und das setzt sich zusammen aus dem TATA-bindendes Protein (TBP) und die drei TBP-assoziierte Faktoren (TAFs), TAF48, TAF63 und TAF110 beim Menschen und bei Mäusen TAF48, TAF68 und TAF95.
  3. Der UBF-Dimer enthält mehrere High-Mobility-Group-Boxen:HMG-Boxen) Herstellen von Schleifen im stromaufwärts gelegenen Bereich, wodurch das UCE und das Kernelement miteinander in Kontakt gebracht werden.
  4. RRN3/TIF-IA ist phosphoryliert und bindet die RNA-Polymerase I.
  5. RNA-Polymerase I bindet an den UBF/SL1-Komplex unter Verwendung von RRN3/TIF-IA, woraufhin die Transkription beginnt.

Achtung. Der obige Prozess ist in verschiedenen Organismen variabel.[12]

Verlängerung

Einfaches Diagramm der Dehnung mit Promoter-Elemente und RNAP (RNAP = RNA-Polymerase)

Die RNA-Synthese kann gestartet werden und der RNA-Strang wächst in 5' → 3'-Richtung. Diese Phase wird Verlängerung erwähnt. Bei der Elongation muss die doppelsträngige DNA immer kurz vor der RNA-Polymerase abgetrennt werden. Dies wird durch einen Transkriptionsfaktor erreicht, nämlich TFIIH (Transkriptionsfaktor II mit Helikase-Aktivität).

Unmittelbar nach der Elongation wird auf das 5'-Ende des RNA-synthetisierenden Stranges ein Schutzelement, ein sogenanntes 'Cap' aufgebracht.

Sobald sich die RNA-Polymerase I vom Promotor gelöst hat, bleiben UBF und SL1 gebunden und bereit, eine andere RNA-Polymerase I einzuschalten. Beispielsweise kann ein aktives rDNA-Gen mehrere Male gleichzeitig transkribiert werden. Dies steht im Gegensatz zur RNA-Polymerase II, die zu einem bestimmten Zeitpunkt nur an einen Komplex binden kann. Während Verlängerung in vitro ungehindert fortschreitet, ist noch nicht klar, ob dieser Vorgang auch in einer Zelle abläuft, da Nukleosomen.

Beendigung

Bei höheren Eukaryoten bindet und biegt die Transkriptionsterminationsfaktor RNA-Polymerase I (TTF-I) die Terminationsstelle am 3'-Ende der transkribierten Region. Dies zwingt die RNA-Polymerase I zu einer Pause. TTF-I sorgt mit Hilfe der Polymerase-I und Transkriptionsfreisetzungsfaktor (PTRF) und eine T-reiche Region für RNA-Polymerase I, um die Transkription und Freisetzung von der DNA und der neu transkribierten Sequenz zu stoppen.

Bestimmung des Typs der RNA-Polymerase

Alpha-Amanitin Aufgrund seines Wirkmechanismus wird es auch häufig als Werkzeug in wissenschaftlichen Studien in Molekularbiologie und biologische Forschung. Es kann verwendet werden, um zu bestimmen, welche Formen von RNA-Polymerase vorhanden sind. Anschließend wird die Sensitivität der RNA-Polymerase in Gegenwart von alpha-Amanitin getestet. RNA-Polymerase I, RNA-Polymerase IV und RNA-Polymerase V sind unsensibel, RNA-Polymerase II hochempfindlich und RNA-Polymerase III ist gegenüber Alpha-Amanitin leicht empfindlich.[15]

Externe Links