Транскрипционная фабрика
Фабрики транскрипции в генетике описывают отдельные участки, где происходит транскрипция в ядре клетки , и являются примером биомолекулярного конденсата . Впервые они были обнаружены в 1993 году, и было обнаружено, что они имеют структуры, аналогичные фабрикам репликации, сайтам, где репликация также происходит на отдельных сайтах. Фабрики содержат РНК-полимеразу (активную или неактивную) и необходимые для транскрипции факторы транскрипции ( активаторы и репрессоры ). [ 1 ] Транскрипционные фабрики, содержащие РНК-полимеразу II, являются наиболее изученными, но могут существовать фабрики и для РНК-полимеразы I и III ; ядрышко . рассматривается как прототип фабрик транскрипции Их можно рассмотреть как под световой , так и под электронной микроскопией . [ 2 ] Открытие фабрик транскрипции поставило под сомнение первоначальное представление о том, как РНК-полимераза взаимодействует с полимером ДНК , и считается, что наличие фабрик оказывает важное влияние на регуляцию генов и структуру ядра .
Открытие
[ редактировать ]Впервые термин «фабрика транскрипции» был использован в 1993 году Джексоном и его коллегами, которые заметили, что транскрипция происходит в отдельных участках ядра. [ 3 ] Это противоречило первоначальному мнению, что транскрипция происходит равномерно по всему ядру.
Структура
[ редактировать ]Структура фабрики транскрипции, по-видимому, определяется типом клеток , транскрипционной активностью клетки , а также методом, используемым для визуализации структуры. Обобщенный взгляд на фабрику транскрипции включает от 4 до 30 молекул РНК-полимеразы. [ 1 ] и считается, что чем более транскрипционно активна клетка, тем больше полимераз будет присутствовать на фабрике, чтобы удовлетворить потребности транскрипции. Ядро фабрики пористое и богатое белком , с гиперфосфорилированной, вытянутой формой полимераз по периметру. Типы присутствующих белков включают: рибонуклеопротеины , коактиваторы , факторы транскрипции , РНК-геликазу , а также ферменты сплайсинга и процессинга. [ 4 ] Фабрика содержит только один тип РНК-полимеразы, и диаметр фабрики варьируется в зависимости от используемой РНК-полимеразы; Фабрики РНК-полимеразы I имеют ширину примерно 500 нм, тогда как фабрики РНК-полимеразы II и III на величину меньше и составляют 50 нм. [ 5 ] Экспериментально было показано, что фабрика транскрипции иммобилизована на структуре, и предполагается, что эта иммобилизация происходит из-за привязки к ядерному матриксу ; это потому, что было показано, что он связан со структурой, на которую не влияют ферменты рестрикции . Белки, которые, как полагают, участвуют в связывании, включают спектрин , актин и ламины . [ 4 ]
Функция
[ редактировать ]Структура транскрипционной фабрики напрямую связана с ее функцией. Транскрипция становится более эффективной из-за кластерной природы фабрики транскрипции. Все необходимые белки: РНК-полимераза, факторы транскрипции и другие корегуляторы присутствуют на фабрике транскрипции, что позволяет ускорить полимеризацию РНК, когда матрица ДНК достигает фабрики, а также позволяет несколько генов. одновременно транскрибировать . [ 6 ]
Геномное расположение
[ редактировать ]Количество фабрик транскрипции, обнаруженных на ядро, по-видимому, определяется типом клеток, видом и типом измерения. культивируемые мыши эмбриональные фибробласты было обнаружено, что С помощью иммунофлуоресцентного обнаружения РНКП II имеют примерно 1500 фабрик, однако клетки, взятые из разных тканей одной и той же группы мышей, имели от 100 до 300 фабрик. [ 7 ] Измерения количества фабрик транскрипции в клетках HeLa дают разнообразный результат. Например, с помощью традиционного подхода флуоресцентной микроскопии было обнаружено 300–500 предприятий, а с помощью как конфокальной , так и электронной микроскопии было обнаружено примерно 2100. [ 1 ]
Специализация завода
[ редактировать ]Помимо специализации фабрик по типу содержащейся в них РНК-полимеразы, существует еще один уровень специализации. Существуют некоторые фабрики, которые транскрибируют только определенный набор родственных генов. Это еще больше укрепляет концепцию о том, что основная функция фабрики транскрипции заключается в обеспечении эффективности транскрипции. [ 7 ]
Сборка и обслуживание
[ редактировать ]Существует много споров о том, создаются ли фабрики транскрипции из-за транскрипционных требований генома или они представляют собой стабильные структуры, которые сохраняются с течением времени. Экспериментально выяснилось, что они остаются фиксированными в течение короткого периода времени; вновь созданную мРНК подвергали импульсному мечению в течение 15 минут, и это не выявило появления новых фабрик транскрипции. [ 1 ] Это также подтверждается экспериментами по ингибированию. В этих исследованиях для отключения транскрипции использовался тепловой шок, что не приводило к изменению количества обнаруженных полимераз. [ 8 ] При дальнейшем анализе данных вестерн-блоттинга было высказано предположение, что на самом деле произошло небольшое уменьшение с течением времени фабрик транскрипции. Следовательно, можно утверждать, что молекулы полимеразы постепенно высвобождаются из фабрики при отсутствии транскрипции, что в конечном итоге приведет к полной потере фабрики транскрипции. [ 9 ]
Существует также несколько свидетельств, подтверждающих идею создания фабрик транскрипции de novo из-за требований транскрипции. Эксперименты по флуоресценции GFP-полимеразы показали, что индуцирование транскрипции в дрозофилы политенных ядрах приводит к образованию фабрики, что противоречит представлению о стабильной и безопасной структуре. [ 10 ]
Механизм
[ редактировать ]
Ранее считалось, что относительно небольшая РНК-полимераза перемещается по сравнительно более крупной матрице ДНК во время транскрипции. Однако все больше данных подтверждает мнение о том, что из-за привязки транскрипционной фабрики к ядерному матриксу на самом деле большая матрица ДНК перемещается для обеспечения полимеризации РНК. Исследования in vitro, например, показали, что РНК-полимеразы, прикрепленные к поверхности, способны как вращать матрицу ДНК, так и пропускать ее через полимеразу для начала транскрипции; что указывает на способность РНК-полимеразы быть молекулярным мотором. [ 6 ] Захват конформации хромосом (3C) также подтверждает идею о диффундировании матрицы ДНК в сторону стационарной РНК-полимеразы. [ 11 ]
Этот механизм транскрипции остается под вопросом. Во-первых, неизвестно, как стационарная полимераза способна одновременно транскрибировать гены на (+)-цепи и (-)-цепи одного и того же геномного локуса. И это в дополнение к отсутствию убедительных данных о том, как полимераза остается иммобилизованной (как она привязана) и к какой структуре она привязана. [ 12 ]
Влияние на геномную и ядерную структуру
[ редактировать ]
Формирование фабрики транскрипции имеет несколько последствий для ядерных и геномных структур. Было предложено, чтобы заводы отвечали за ядерную организацию; Было высказано предположение, что они способствуют образованию петель хроматина с помощью двух потенциальных механизмов:
Первый механизм предполагает, что петли образуются потому, что двум генам в одной хромосоме требуется один и тот же механизм транскрипции, который можно найти в конкретной фабрике транскрипции. Это требование привлечет локусы генов к фабрике, создав таким образом петлю. [ 13 ]
Предполагается, что фабрики транскрипции также несут ответственность за кластеризацию генов , поскольку родственным генам потребуется один и тот же транскрипционный аппарат, и если фабрика удовлетворяет эти потребности, гены будут привлечены на фабрику. [ 14 ] . Хотя кластеризация генов может быть полезна для эффективности транскрипции, это может иметь и негативные последствия. генов События транслокации происходят, когда гены находятся в непосредственной близости друг от друга; что будет происходить чаще, когда присутствует транскрипционная фабрика. События генной транслокации, такие как точечные мутации , обычно вредны для организма и поэтому могут привести к возникновению заболеваний . Однако, с другой стороны, недавние исследования показали, что не существует корреляции между межгенными взаимодействиями и частотой транслокаций. [ 15 ]
См. также
[ редактировать ]- Хромосомные территории - области ядра.
- Ядерные тельца - структуры, обнаруженные в ядрах клеток.
- Эпигенетика - изучение модификаций ДНК, не меняющих ее последовательность.
Ссылки
[ редактировать ]- ^ Перейти обратно: а б с д Иборра Ф (1996). «Активные РНК-полимеразы локализованы в дискретных «фабриках» транскрипции в ядрах человека» . J Cell Sci . 109 (6): 1427–1436. дои : 10.1242/jcs.109.6.1427 . ПМИД 8799830 .
- ^ Шермелле Л. (2010). «Руководство по флуоресцентной микроскопии сверхвысокого разрешения» . Дж. Клеточная Биол. 190 (2): 165–175. дои : 10.1083/jcb.201002018 . ПМЦ 2918923 . ПМИД 20643879 .
- ^ Джексон Д.А. (1993). «Визуализация очагов транскрипции в ядрах человека» . ЭМБО Дж . 12 (3): 1059–1065. дои : 10.1002/j.1460-2075.1993.tb05747.x . ПМК 413307 . ПМИД 8458323 .
- ^ Перейти обратно: а б Мельник С (2011). «Протеомы фабрик транскрипции, содержащие РНК-полимеразы I, II или III» . Нат. Методы . 8 (11): 963–968. дои : 10.1038/nmeth.1705 . ПМЦ 3324775 . ПМИД 21946667 .
- ^ Эскив Ч. (2011). «Ультраструктурное исследование фабрик транскрипции в эритробластах мыши» . J Cell Sci . 124 (21): 3676–3683. дои : 10.1242/jcs.087981 . ПМК 3215576 . ПМИД 22045738 .
- ^ Перейти обратно: а б Папантонис А (2011). «Исправление модели транскрипции: движется ДНК, а не полимераза» . Транскрипция . 2 (1): 41–44. дои : 10.4161/trns.2.1.14275 . ПМК 3023647 . ПМИД 21326910 .
- ^ Перейти обратно: а б Осборн С. (2004). «Активные гены динамически колокализуются на общих участках продолжающейся транскрипции» . Нат. Жене. 36 (10): 1065–1071. дои : 10.1038/ng1423 . ПМИД 15361872 .
- ^ Линдквист С. (1986). «Реакция на тепловой шок». Анну. Преподобный Биохим. 55 : 1151–1191. дои : 10.1146/annurev.bi.55.070186.005443 . ПМИД 2427013 .
- ^ Митчелл Дж (2008). «Фабрики транскрипции — это ядерные суботделения, которые сохраняются при отсутствии транскрипции» . Генс Дев . 22 (1): 20–25. дои : 10.1101/gad.454008 . ПМК 2151011 . ПМИД 18172162 .
- ^ Беккер М. (2002). «Динамическое поведение факторов транскрипции на естественном промоторе в живых клетках» . Представитель ЭМБО . 3 (12): 1188–1194. doi : 10.1093/embo-reports/kvf244 . ПМК 1308318 . ПМИД 12446572 .
- ^ Гаврилов А (2010). «Картирование центров хроматина, связанных с ядерной матрицей, с помощью новой экспериментальной процедуры M3C» . Нуклеиновые кислоты Рез . 38 (22): 8051–8060. дои : 10.1093/nar/gkq712 . ПМК 3001081 . ПМИД 20705651 .
- ^ Педерсон Т. (2000). «Полвека «ядерной матрицы» » . Мол. Биол. Клетка . 11 (3): 799–805. дои : 10.1091/mbc.11.3.799 . ПМК 14811 . ПМИД 10712500 .
- ^ Шенфельдер С (2010). «Преимущественные ассоциации между совместно регулируемыми генами обнаруживают взаимодействие транскрипции в эритроидных клетках» . Нат. Жене. 42 (1): 53–61. дои : 10.1038/ng.496 . ПМК 3237402 . ПМИД 20010836 .
- ^ Кук PR (2010). «Модель для всех геномов: роль фабрик транскрипции». Дж. Мол. Биол. 395 (1): 1–10. дои : 10.1016/j.jmb.2009.10.031 . ПМИД 19852969 .
- ^ Коуэлл I (2012). «Модель транслокаций MLL при лейкемии, связанной с терапией, с участием опосредованных топоизомеразой IIбета разрывов цепей ДНК и близости генов» . Учеб. Натл. акад. наук. США 109 (23): 8989–8994. Бибкод : 2012PNAS..109.8989C . дои : 10.1073/pnas.1204406109 . ПМЦ 3384169 . ПМИД 22615413 .