Фабрика транскрипции
Фабрики транскрипции в генетике описывают дискретные сайты, где транскрипция происходит в ядре клеток , и являются примером биомолекулярного конденсата . Сначала они были обнаружены в 1993 году и, как было установлено, имеют структуры, аналогичные заводам репликации, сайты, где репликация также встречается в дискретных участках. Фабрики содержат РНК -полимеразу (активную или неактивную) и необходимые факторы транскрипции ( активаторы и репрессоры ) для транскрипции. [ 1 ] Транскрипционные фабрики, содержащие РНК -полимеразу II, являются наиболее изученными, но фабрики могут существовать для РНК -полимеразы I и III ; Ядры , рассматриваемый как прототип для транскрипционных фабрик. Можно просматривать их как под световой , так и под электронной микроскопией . [ 2 ] Открытие фабрик транскрипции бросило вызов первоначальному взгляду на то, как РНК -полимераза взаимодействует с ДНК -полимером , и считается, что наличие заводов оказывает важное влияние на регуляцию генов и ядерную структуру .
Открытие
[ редактировать ]Первое использование термина «фабрика транскрипции» использовалось в 1993 году Джексоном и его коллегами, которые заметили, что транскрипция произошла в дискретных участках в ядре. [ 3 ] Это противоречило первоначальному взгляду, что транскрипция произошла при равномерном распределении по всему ядру.
Структура
[ редактировать ]Структура транскрипционной фабрики, по -видимому, определяется типом ячейки , транскрипционной активностью ячейки , а также методом метода, используемого для визуализации структуры. Обобщенное представление о транскрипционной фабрике будет включать между 4-30 молекулами РНК -полимеразы [ 1 ] И считается, что чем более транскрипционно активная клетка, тем больше полимераз, которые будут присутствовать на фабрике, чтобы удовлетворить требования транскрипции. Ядро завода является пористым и богатым белком , с гиперфосфорилированной, удлиненной формой полимеразы по периметру. Тип присутствующих белков включают в себя: рибонуклеопротеины , ко-активаторы , транскрипционные факторы , РНК-геликазу и сплайсинги и обработка ферментов. [ 4 ] Фабрика содержит только один тип РНК -полимеразы, а диаметр фабрики варьируется в зависимости от представленной РНК -полимеразы; Фабрики РНК -полимеразы I имеют ширину примерно 500 нм, тогда как РНК -полимераза II и III заводы на величину меньше при 50 нм. [ 5 ] Было экспериментально показано, что фабрика транскрипции иммобилизована в структуру, и постулируется, что это иммобилизация происходит из -за привязанности к ядерной матрице ; Это связано с тем, что было показано, что он привязан к структуре, которая не зависит от рестрикционных ферментов . Белки, которые, как считалось, участвуют в привязке, включают спектрин , актин и ламины . [ 4 ]
Функция
[ редактировать ]Структура транскрипционной фабрики напрямую относится к его функции. Транскрипция стала более эффективной из -за кластерной природы завода транскрипции. Все необходимые белки: РНК-полимераза, транскрипционные факторы и другие коререгуляторы присутствуют на фабрике транскрипции, которая позволяет провести более быструю РНК полимеризу - Полем [ 6 ]
Геномное расположение
[ редактировать ]Количество заводов транскрипции, обнаруженных на ядро, определяется типом клеток, видами и типом измерения. культивируемые мыши эмбриональные фибробласты Было обнаружено, что имеют примерно 1500 фабрик посредством иммунофлуоресцентного обнаружения RNAP II, однако клетки, взятые из разных тканей одной и той же группы мышей, имели от 100 до 300 фабрик. [ 7 ] Измерения количества заводов транскрипции в клетках HeLa дают разнообразный результат. Например, использование традиционного подхода к флуоресцентной микроскопии было обнаружено 300 - 500 фабрик, но было обнаружено как конфокальная , так и электронная микроскопия примерно 2100. [ 1 ]
Специализация фабрики
[ редактировать ]В дополнение к специализированным заводам есть для типа РНК -полимеразы, которую они содержат, присутствует еще один уровень специализации. Существуют некоторые фабрики, которые транскрибируют только определенный набор родственных генов, что еще больше усиливает концепцию, что основная функция фабрики транскрипции предназначена для эффективности транскрипции. [ 7 ]
Сборка и обслуживание
[ редактировать ]Существует много споров о том, собираются ли транскрипционные фабрики из -за транскрипционных требований генома или если они являются стабильными структурами, которые со временем сохраняются. Экспериментально, кажется, что они остаются фиксированными в течение короткого периода времени; Недавно изготовленные мРНК была маркирована пульсом в течение 15 минут, и она не показала 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 ] После дальнейшего анализа данных вестерн -блоттинга было высказано предположение, что на самом деле произошло небольшое снижение со временем транскрипционных заводов. Следовательно, можно утверждать, что молекулы полимеразы с течением времени высвобождаются со временем с завода, когда не хватает транскрипции, которая в конечном итоге приведет к полной потере транскрипционной фабрики. [ 9 ]
Существует также несколько доказательств, которые способствуют идее транскрипционных фабрик, собирающих de novo из -за требований транскрипции. Эксперименты по флуоресценции полимеразы GFP показали, что индукция транскрипции в дрозофилов ядрах политенных приводит к образованию фабрики, которая противоречит понятию стабильной и безопасной структуры. [ 10 ]
Механизм
[ редактировать ]
Ранее считалось, что это была относительно небольшая РНК -полимераза, которая движется вдоль сравнительно большего шаблона ДНК во время транскрипции. Тем не менее, все больше данных подтверждают представление о том, что из -за привязки завода транскрипции к ядерной матрице на самом деле это большой матриц ДНК, который перемещается для приспособления к полимеризации РНК. in vitro Например, исследования показали, что РНК -полимеразы, прикрепленные к поверхности, способны как вращать матрицу ДНК, так и прорезать ее через полимеразу для запуска транскрипции; что указывает на возможности РНК -полимеразы быть молекулярным двигателем. [ 6 ] Захват конформации хромосом (3C) также подтверждает идею матрицы ДНК, диффундирующего в направлении стационарной РНК -полимеразы. [ 11 ]
В этом механизме транскрипции остается сомнение. Во-первых, неизвестно, как стационарная полимераза способна транскрибировать гены на (+)-Strand и (-)-в одном и том же геномном локусе одновременно. Это в дополнение к отсутствию убедительных доказательств того, как полимераза остается иммобилизованной (как она привязана) и какой структуре она привязана. [ 12 ]
Влияние на геномную и ядерную структуру
[ редактировать ]
Существует несколько последствий, которые формирует фабрику транскрипции на ядерных и геномных структурах. Было предложено, чтобы заводы были ответственны за ядерную организацию; Было предложено, чтобы способствовать образованию петли хроматина двумя потенциальными механизмами:
Первый механизм предполагает, что петли формируются, потому что 2 гена на одной и той же хромосоме требуют того же транскрипционного механизма, что и на конкретной фабрике транскрипции. Это требование привлечет локусы генов на завод, создавая цикл. [ 13 ]
Также предполагается, что транскрипционные фабрики несут ответственность за кластеризацию генов , это связано с тем, что связанные гены потребуют такого же транскрипционного механизма, и если фабрика удовлетворяет эти потребности, гены будут привлечены к заводу [ 14 ] Полем Хотя кластеризация генов может быть полезна для эффективности транскрипции, в этом могут быть негативные последствия. гена События транслокации происходят, когда гены находятся в непосредственной близости друг от друга; который будет происходить чаще, когда присутствует транскрипционная фабрика. События транслокации генов, такие как точечные мутации , как правило, наносят ущерб организму и, следовательно, могут привести к возможности заболевания . Однако, с другой стороны, недавнее исследование показало, что нет никакой корреляции между межгенными взаимодействиями и частотами транслокации. [ 15 ]
Смотрите также
[ редактировать ]- Хромосомные территории - области ядра
- Ядерные тела - структуры, обнаруженные в ядрах клеток
- Эпигенетика - изучение модификаций ДНК, которые не изменяют ее последовательность
Ссылки
[ редактировать ]- ^ Jump up to: а беременный в дюймовый Iborra F (1996). «Активные РНК -полимеразы локализованы на дискретной транскрипции« фабрики »в ядрах человека» . J Cell Sci . 109 (6): 1427–1436. doi : 10.1242/jcs.109.6.1427 . PMID 8799830 .
- ^ Schermelleh L (2010). «Руководство по флуоресцентной микроскопии супер разрешения» . J. Cell Biol. 190 (2): 165–175. doi : 10.1083/jcb.201002018 . PMC 2918923 . PMID 20643879 .
- ^ Джексон Д.А. (1993). «Визуализация очаговых сайтов транскрипции в ядрах человека» . Embo j . 12 (3): 1059–1065. doi : 10.1002/j.1460-2075.1993.tb05747.x . PMC 413307 . PMID 8458323 .
- ^ Jump up to: а беременный Мелник С. (2011). «Протеомы транскрипционных заводов, содержащих РНК -полимеразы I, II или III» . НАТ Методы 8 (11): 963–968. doi : 10.1038/nmeth.1705 . PMC 3324775 . PMID 21946667 .
- ^ Eskiw CH (2011). «Ультраструктурное исследование транскрипционных фабрик в эритробластах мыши» . J Cell Sci . 124 (21): 3676–3683. doi : 10.1242/jcs.087981 . PMC 3215576 . PMID 22045738 .
- ^ Jump up to: а беременный Papantonis A (2011). «Исправление модели для транскрипции: ДНК движется, а не полимераза» . Транскрипция . 2 (1): 41–44. doi : 10.4161/trns.2.1.14275 . PMC 3023647 . PMID 21326910 .
- ^ Jump up to: а беременный Осборн С. (2004). «Активные гены динамически колокализуются в общие участки постоянной транскрипции» . НАТ Генет. 36 (10): 1065–1071. doi : 10.1038/ng1423 . PMID 15361872 .
- ^ Линдквист С. (1986). «Ответ тепла». Анну. Преподобный Биохим. 55 : 1151–1191. doi : 10.1146/annurev.bi.55.070186.005443 . PMID 2427013 .
- ^ Митчелл Дж. (2008). «Транскрипционные фабрики - это ядерные подразделения, которые остаются в отсутствие транскрипции» . Гены Дев . 22 (1): 20–25. doi : 10.1101/gad.454008 . PMC 2151011 . PMID 18172162 .
- ^ Беккер М. (2002). «Динамическое поведение транскрипционных факторов на естественном промоторе в живых клетках» . Embo Rep . 3 (12): 1188–1194. doi : 10.1093/embo-reports/kvf244 . PMC 1308318 . PMID 12446572 .
- ^ Гаврилов А (2010). «Отображение ядерных хроматиновых центров с ядерной матрицей с помощью новой экспериментальной процедуры M3C» . Нуклеиновые кислоты Res . 38 (22): 8051–8060. doi : 10.1093/nar/gkq712 . PMC 3001081 . PMID 20705651 .
- ^ Педерсон Т. (2000). «Полвека« ядерной матрицы » » . Мол Биол. Клетка . 11 (3): 799–805. doi : 10.1091/mbc.11.3.799 . PMC 14811 . PMID 10712500 .
- ^ Schoenfelder S (2010). «Преимущественные ассоциации между ко-регулируемыми генами выявляют транскрипционную интерактивную интерактивность в эритроидных клетках» . НАТ Генет. 42 (1): 53–61. doi : 10.1038/ng.496 . PMC 3237402 . PMID 20010836 .
- ^ Кук PR (2010). «Модель для всех геномов: роль транскрипционных фабрик». J. Mol. Биол. 395 (1): 1–10. doi : 10.1016/j.jmb.2009.10.031 . PMID 19852969 .
- ^ Коуэлл I (2012). «Модель для транслокаций MLL у лейкоза, связанной с терапией, включающей топоизомеразу ибете-опосредованные разрывы цепи ДНК и близость генов» . Прокурор Нат. Академический Наука США 109 (23): 8989–8994. Bibcode : 2012pnas..109.8989c . doi : 10.1073/pnas.1204406109 . PMC 3384169 . PMID 22615413 .