WikiDer > Фабрики транскрипции

Transcription factories
Общая фабрика транскрипции во время транскрипции, подчеркивающая возможность транскрипции более чем одного гена за раз. Схема включает 8 РНК-полимераз, однако их количество может варьироваться в зависимости от типа клеток. Изображение также включает факторы транскрипции и пористое белковое ядро.

Фабрики транскрипции, в генетика описать дискретные сайты, где транскрипция происходит в ядро клетки, и являются примером биомолекулярный конденсат. Впервые они были обнаружены в 1993 году, и было обнаружено, что они имеют структуры, аналогичные фабрикам репликации, сайтам, где репликация также встречается на дискретных сайтах. Заводы содержат РНК-полимераза (активный или неактивный) и необходимые факторы транскрипции (активаторы и репрессоры) для транскрипции.[1] Фабрики транскрипции, содержащие РНК-полимераза II являются наиболее изученными, но фабрики могут существовать РНК-полимераза I и III; то ядрышко рассматривается как прототип для фабрик транскрипции. Их можно просмотреть под обоими свет и электронная микроскопия.[2] Открытие фабрик транскрипции поставило под сомнение первоначальное представление о том, как РНК-полимераза взаимодействует с Полимер ДНК и считается, что наличие заводов оказывает важное влияние на генная регуляция и ядерная структура.

Открытие

Впервые термин «фабрика транскрипции» был использован в 1993 г. Джексон и его коллеги, заметившие, что транскрипция происходит в отдельных участках ядра.[3] Это противоречило исходной точке зрения, согласно которой транскрипция происходила с равномерным распределением по ядру.

Структура

Структура фабрики транскрипции, по-видимому, определяется тип ячейки, транскрипционная активность клетка а также метод техники, использованный для визуализации структуры. Обобщенный вид фабрики транскрипции будет включать от 4 до 30 молекул РНК-полимеразы.[1] и считается, что чем более транскрипционно активна клетка, тем больше полимераз будет присутствовать на фабрике, чтобы соответствовать требованиям транскрипции. Ядром фабрики является пористый и белок богатые, с гиперфосфорилированными, удлиненными по периметру полимеразами. Тип присутствующих белков включает: рибонуклеопротеины, соактиваторы, факторы транскрипции, РНК-геликаза и сращивание и обрабатывающие ферменты.[4] Фабрика содержит только один тип РНК-полимеразы, а диаметр фабрики зависит от используемой РНК-полимеразы; Фабрики РНК-полимеразы I имеют ширину примерно 500 нм, тогда как фабрики РНК-полимеразы II и III имеют меньшую величину при 50 нм.[5] Экспериментально показано, что фабрика транскрипции иммобилизована на структуре, и постулируется, что эта иммобилизация происходит из-за привязки к структуре. ядерная матрица; это потому, что было показано, что он привязан к структуре, на которую не влияют рестрикционные ферменты. Белки, которые, как считается, участвуют в привязке, включают: спектрин, актин и ламины.[4]

Функция

Структура транскрипционной фабрики напрямую связана с ее функцией. Транскрипция стала более эффективной из-за кластерной природы фабрики транскрипции. Все необходимые белки: РНК-полимераза, факторы транскрипции и другие ко-регуляторы присутствуют на фабрике транскрипции, что позволяет ускорить полимеризацию РНК, когда матрица ДНК достигает фабрики, а также позволяет гены записываться одновременно.[6]

Геномное расположение

Количество фабрик транскрипции, обнаруженных на ядро, по-видимому, определяется типом клетки, разновидность и тип измерения. Культивированный мышь эмбриональный фибробласты было установлено, что около 1500 заводов иммунофлуоресценция обнаружение РНКП II, однако клетки взяты из разных ткани одной и той же группы мышей имело от 100 до 300 фабрик.[7] Измерения количества фабрик транскрипции в HeLa клетки дают разнообразный результат. Например, с использованием традиционного подхода флуоресцентной микроскопии было обнаружено 300-500 заводов, но с использованием обоих конфокальный и электронной микроскопии было обнаружено около 2100 человек.[1]

Специализация фабрики

В дополнение к специализации фабрик по типу РНК-полимеразы, которую они содержат, существует еще один уровень специализации. Есть некоторые фабрики, которые транскрибируют только определенный набор родственных генов, это еще больше усиливает идею о том, что основная функция фабрики транскрипции заключается в эффективности транскрипции.[7]

Монтаж и обслуживание

Существует много споров о том, собираются ли фабрики транскрипции из-за транскрипционных требований геном или если они являются стабильными структурами, которые сохраняются с течением времени. Экспериментально выяснилось, что они остаются фиксированными в течение короткого периода времени; вновь созданные мРНК были помечены импульсами в течение 15 минут, и это не показало появления новых фабрик транскрипции.[1] Это также подтверждается экспериментами по ингибированию. В этих исследованиях тепловой шок использовался для отключения транскрипции, что не привело к изменению количества обнаруженных полимераз.[8] При дальнейшем анализе вестерн-блот По данным было высказано предположение, что на самом деле произошло небольшое уменьшение количества фабрик транскрипции со временем. Следовательно, можно утверждать, что молекулы полимеразы мягко высвобождаются с течением времени из фабрики, когда отсутствует транскрипция, что в конечном итоге приведет к полной потере фабрики транскрипции.[9]

Есть также несколько свидетельств, которые продвигают идею создания фабрик транскрипции. de novo из-за требований транскрипции. Флуоресценция полимеразы GFP эксперименты показали, что индукция транскрипции в Дрозофила политенные ядра приводит к образованию фабрики, что противоречит представлению о стабильной и безопасной структуре.[10]

Механизм

Гипотеза о том, что именно фабрика транскрипции остается иммобилизованной во время транскрипции, в отличие от матрицы ДНК. Он показывает, как часть транскрибируемого гена (коричневый) вытягивается и перемещается через РНК-полимераза во время процесса.

Ранее считалось, что относительно небольшая РНК-полимераза перемещается по сравнительно большей матрице ДНК во время транскрипции. Тем не менее, все больше свидетельств подтверждают мнение о том, что из-за привязки фабрики транскрипции к ядерная матрица, на самом деле это большая матрица ДНК, которая перемещается для полимеризации РНК. В пробирке исследования, например, показали, что РНК-полимеразы, прикрепленные к поверхности, способны как вращать матрицу ДНК, так и пропускать ее через полимеразу, чтобы начать транскрипцию; что указывает на способность РНК-полимеразы быть молекулярным двигателем.[6] Захват конформации хромосомы (3C) также поддерживает идею диффузии ДНК-матрицы к стационарной РНК-полимеразе.[11]

Остается сомнение в этом механизме транскрипции. Во-первых, неизвестно, как стационарная полимераза способна транскрибировать гены на (+) - цепи и (-) - цепи в одном и том же локусе генома в одно и то же время. Это в дополнение к отсутствию убедительных доказательств того, как полимераза остается иммобилизованной (как она связана) и к какой структуре она привязана.[12]

Влияние на геномную и ядерную структуру

Привлечение родственных генов к РНКП и необходимым факторам транскрипции вызывает образование петли хроматина, тем самым влияя на структуру генома.

Формирование фабрики транскрипции имеет несколько последствий для ядерный и геномные структуры. Было предложено, чтобы заводы отвечали за ядерную организацию; Было высказано предположение, что они способствуют образованию петли хроматина с помощью двух потенциальных механизмов:

Первый механизм предполагает, что петли образуются, потому что 2 гена на одной и той же хромосоме требуют одного и того же механизма транскрипции, который может быть обнаружен в конкретной фабрике транскрипции. Это требование привлечет внимание генные локусы на фабрику, таким образом создавая петлю.[13]

Второй механизм предполагает, что образование петли хроматина происходит из-за «притяжения истощения». Это физическое явление, которое происходит, когда относительно большие объекты (например, фабрика транскрипции) находятся в густонаселенном районе, содержащем растворимые объекты (например, белки). Фабрики транскрипции имеют тенденцию к агрегированию, поскольку их кластеризация не позволяет более мелким объектам быть частью области перекрытия, тем самым уменьшая энтропия системы и, следовательно, петля хроматина будет произведена между двумя фабриками.[14]

Предполагается, что фабрики транскрипции также несут ответственность за кластеризация генов, это потому, что родственные гены потребуют одного и того же транскрипционного механизма, и если фабрика удовлетворяет эти потребности, гены будут привлечены к фабрике.[15]. Хотя кластеризация генов может быть полезной для эффективности транскрипции, это может иметь негативные последствия. Ген перемещение события происходят, когда гены находятся в непосредственной близости друг от друга; что будет происходить чаще, когда присутствует фабрика транскрипции. События транслокации генов, например точечные мутации, как правило, вредны для организма и, следовательно, могут привести к возможности болезнь. Однако, с другой стороны, недавние исследования показали, что нет корреляции между межгенными взаимодействиями и частотой транслокаций.[16]

Рекомендации

  1. ^ а б c d Иборра Ф (1996). «Активные РНК-полимеразы локализованы в дискретных« фабриках »транскрипции в ядрах человека». J Cell Sci. 109: 1427–1436. PMID 8799830.
  2. ^ Schermelleh L (2010). «Руководство по флуоресцентной микроскопии сверхвысокого разрешения». J. Cell Biol. 190 (2): 165–175. Дои:10.1083 / jcb.201002018. ЧВК 2918923. PMID 20643879.
  3. ^ Джексон Д.А. (1993). «Визуализация фокальных сайтов транскрипции в ядрах человека». EMBO J. 12 (3): 1059–1065. Дои:10.1002 / j.1460-2075.1993.tb05747.x. ЧВК 413307. PMID 8458323.
  4. ^ а б Мельник С (2011). «Протеомы транскрипционных фабрик, содержащие РНК-полимеразы I, II или III». Nat. Методы. 8 (11): 963–968. Дои:10.1038 / nmeth.1705. ЧВК 3324775. PMID 21946667.
  5. ^ Эскив CH (2011). «Ультраструктурное исследование фабрик транскрипции в эритробластах мыши». J Cell Sci. 124 (21): 3676–3683. Дои:10.1242 / jcs.087981. ЧВК 3215576. PMID 22045738.
  6. ^ а б Папантонис А (2011). «Исправляем модель для транскрипции: движется ДНК, а не полимераза». Транскрипция. 2 (1): 41–44. Дои:10.4161 / trns.2.1.14275. ЧВК 3023647. PMID 21326910.
  7. ^ а б Осборн C (2004). «Активные гены динамически объединяются в общие сайты текущей транскрипции». Nat. Genet. 36 (10): 1065–1071. Дои:10,1038 / ng1423. PMID 15361872.
  8. ^ Линдквист С (1986). «Реакция на тепловой шок». Анну. Rev. Biochem. 55: 1151–1191. Дои:10.1146 / annurev.bi.55.070186.005443. PMID 2427013.
  9. ^ Митчелл Дж. (2008). «Фабрики транскрипции - это ядерные субкомпартменты, которые остаются в отсутствие транскрипции». Genes Dev. 22 (1): 20–25. Дои:10.1101 / gad.454008. ЧВК 2151011. PMID 18172162.
  10. ^ Беккер М (2002). «Динамическое поведение факторов транскрипции на естественном промоторе в живых клетках». EMBO Rep. 3 (12): 1188–1194. Дои:10.1093 / embo-reports / kvf244. ЧВК 1308318. PMID 12446572.
  11. ^ Гаврилов А (2010). «Картирование узлов хроматина, связанных с ядерным матриксом, с помощью новой экспериментальной процедуры M3C». Нуклеиновые кислоты Res. 38 (22): 8051–8060. Дои:10.1093 / nar / gkq712. ЧВК 3001081. PMID 20705651.
  12. ^ Педерсон Т (2000). «Полвека» ядерной матрицы"". Мол. Биол. Клетка. 11 (3): 799–805. Дои:10.1091 / mbc.11.3.799. ЧВК 14811. PMID 10712500.
  13. ^ Шенфельдер С (2010). «Предпочтительные ассоциации между совместно регулируемыми генами показывают транскрипционное взаимодействие в эритроидных клетках». Nat. Genet. 42 (1): 53–61. Дои:10,1038 / нг.496. ЧВК 3237402. PMID 20010836.
  14. ^ Марендуццо Д. (2006). «Энтропийная организация генома». Биофиз. Дж. 42 (10): 3712–3721. Bibcode:2006BpJ .... 90,3712M. Дои:10.1529 / biophysj.105.077685. ЧВК 1440752. PMID 16500976.
  15. ^ Кук PR (2010). «Модель для всех геномов: роль фабрик транскрипции». J. Mol. Биол. 395 (1): 1–10. Дои:10.1016 / j.jmb.2009.10.031. PMID 19852969.
  16. ^ Коуэлл I (2012). «Модель транслокаций MLL при лейкемии, связанной с лечением, с участием опосредованных топоизомеразой IIbeta разрывов цепи ДНК и близости генов». Proc. Natl. Акад. Sci. СОЕДИНЕННЫЕ ШТАТЫ АМЕРИКИ. 109 (23): 8989–8994. Bibcode:2012PNAS..109.8989C. Дои:10.1073 / pnas.1204406109. ЧВК 3384169. PMID 22615413.