РНК-полимераза III

В клетках эукариот РНК-полимераза III (также называемая Pol III ) представляет собой белок, который транскрибирует ДНК для синтеза 5S-рибосомальной РНК , тРНК и других малых РНК.

Гены, транскрибируемые РНК Pol III, относятся к категории генов «домашнего хозяйства», экспрессия которых необходима во всех типах клеток и в большинстве условий окружающей среды. Следовательно, регуляция транскрипции Pol III в первую очередь связана с регуляцией роста клеток и клеточного цикла и, следовательно, требует меньшего количества регуляторных белков, чем РНК-полимераза II . Однако в условиях стресса белок Maf1 подавляет активность Pol III. ^[1] Рапамицин является еще одним ингибитором Pol III, имеющим прямую мишень TOR. ^[2]

Транскрипция

Процесс транскрипции (любой полимеразой) включает три основных этапа:

гена. Инициация, требующая построения комплекса РНК-полимеразы на промоторе
Элонгация, синтез транскрипта РНК
Терминация, завершение транскрипции РНК и разборка комплекса РНК-полимеразы.

Инициация

Pol III необычен (по сравнению с Pol II) тем, что не требует никаких контрольных последовательностей перед геном, вместо этого обычно полагается на внутренние контрольные последовательности - последовательности внутри транскрибируемой части гена (хотя иногда можно увидеть вышестоящие последовательности, например, ген мяРНК U6 имеет вышестоящий блок TATA, как показано в промоутерах Pol II).

Существует три класса инициации Pol III, соответствующие инициации 5S рРНК, тРНК и U6 мяРНК. процесс начинается со связывания факторов транскрипции с контрольными последовательностями и заканчивается тем, что TFIIIB ( F актор транскрипции Во всех случаях для полимеразы III B ) рекрутируется в комплекс и собирает Pol III. TFIIIB состоит из трех субъединиц: TATA-связывающий белок (TBP), фактор, родственный TFIIB ( BRF1 или BRF2 для транскрипции подмножества генов, транскрибируемых Pol III у позвоночных), и единица B-двойного штриха ( BDP1 ). Общая архитектура имеет сходство с архитектурой Pol II. ^[3]

Класс I

Типичные стадии инициации гена 5S рРНК (также называемого классом I):

TFIIIA ( F актор транскрипции . для полимеразы III A ) связывается с внутригенной (расположенной внутри транскрибируемой последовательности ДНК ) контрольной последовательностью 5S рРНК, блоком C (также называемым блоком C)
TFIIIA служит платформой, которая заменяет блоки A и B для позиционирования TFIIIC в ориентации относительно места начала транскрипции, что эквивалентно тому, что наблюдается для генов тРНК.
Как только TFIIIC связывается с комплексом TFIIIA-ДНК, сборка TFIIIB происходит так же, как описано для транскрипции тРНК.

Класс II

Типичные стадии инициации гена тРНК (также называемой классом II):

TFIIIC ( F актор транскрипции . для полимеразы III C ) связывается с двумя внутригенными (лежащими внутри транскрибируемой последовательности ДНК ) контрольными последовательностями, блоками A и B (также называемыми блоком A и блоком B)
TFIIIC действует как фактор сборки, который позиционирует TFIIIB для связывания с ДНК в сайте, расположенном примерно на 26 пар оснований выше начала транскрипции.
TFIIIB представляет собой фактор транскрипции, который собирает Pol III в стартовом сайте транскрипции. Как только TFIIIB связывается с ДНК, TFIIIC больше не требуется. TFIIIB также играет важную роль в открытии промотора.

Класс III

Типичные стадии инициации гена мяРНК U6 (также называемого классом III) (задокументировано только у позвоночных):

SNAPc ( SN РНК- белковый активирующий комплекс ; ) ( : 1 , 2 , 3 , 4 , 5 также называемый PBP и PTF) связывается с PSE ( проксимальной последовательности элементом субъединицы ) , расположенным примерно на 55 пар оснований выше стартовый сайт транскрипции. Эта сборка в значительной степени стимулируется транскрипционными факторами Pol II Oct1 и STAF, которые связываются с энхансероподобным DSE ( D istal Squence Element элемент ) по меньшей мере на 200 пар оснований выше начала транскрипции. Эти факторы и промоторные элементы являются общими для транскрипции Pol II и Pol III генов мяРНК.
SNAPc собирает TFIIIB в ТАТА-боксе, расположенном на 26 пар оснований выше начала транскрипции. Именно наличие ТАТА-бокса указывает на то, что ген мяРНК транскрибируется Pol III, а не Pol II.
TFIIIB для транскрипции мяРНК U6 содержит меньший паралог Brf1, Brf2.
TFIIIB представляет собой фактор транскрипции, который собирает Pol III в стартовом сайте транскрипции. Сохранение последовательности предсказывает, что TFIIIB, содержащий Brf2, также играет роль в открытии промотора.

Удлинение

TFIIIB остается связанным с ДНК после инициации транскрипции Pol III, в отличие от бактериальных σ-факторов и большинства базальных факторов транскрипции для транскрипции Pol II. Это приводит к высокой скорости повторной инициации транскрипции генов, транскрибируемых Pol III. Одно исследование, проведенное на Saccharomyces cerevisiae, показало, что средняя скорость удлинения цепи составляет от 21 до 22 нуклеотидов в секунду, причем самая быстрая скорость составляет 29 нуклеотидов в секунду. Эти скорости были сопоставимы со скоростями элонгации РНК-полимеразы II, обнаруженными в исследовании in vivo, проведенном на дрозофиле. Анализ отдельных этапов удлинения цепи РНК показал, что добавление U и A к цепям РНК с U-концами происходит медленно. ^[4]

Прекращение действия

Полимераза III терминирует транскрипцию на небольшом участке полиU (5-6). У эукариот наличие шпильки не требуется, но у человека она может повысить эффективность терминации. ^[5] У Saccharomyces cerevisiae было обнаружено, что терминация транскрипции происходит в последовательности T7GT6 и носит прогрессивный характер. Наличие транскриптов с пятью, шестью и семью остатками U и медленное считывание участка Т7 позволяют предположить, что включение одного G в цепь РНК способствовало полному или существенному сбросу скорости элонгации. ^[4]

Транскрибируемые РНК

Типы РНК, транскрибируемые с РНК-полимеразы III, включают: ^[6]

Транспортные РНК
5S рибосомальная РНК
Сплайсосомная РНК U6
РНКаза P и РНКаза MRP РНК
7SL РНК (РНК-компонент частицы распознавания сигнала )
Хранилище РНК
Y РНК
SINE (короткие повторяющиеся элементы с вкраплениями)
7СКНА
Несколько микроРНК
Несколько небольших ядрышковых РНК
Несколько генных регуляторных антисмысловых РНК ^[7]

Роль в восстановлении ДНК

РНК-полимераза III, по-видимому, необходима для гомологичной рекомбинационной репарации двухцепочечных разрывов ДНК . ^[8] РНК-полимераза III катализирует образование временного гибрида РНК-ДНК при двухцепочечных разрывах, что является важным промежуточным этапом в репарации двухцепочечных разрывов, опосредованной гомологичной рекомбинацией. ^[8] Этот шаг защищает нависающую 3'-цепь ДНК от деградации. ^[8] После образования временного гибридного промежуточного продукта РНК-ДНК цепь РНК заменяется белком RAD51 , который затем катализирует стадию инвазии оцДНК гомологичной рекомбинации.

См. также

РНК-полимераза

Ссылки

^ Ваннини, Алессандро; Рингель, Рике; Куссер, Ансельм Г.; Бернингхаузен, Отто; Кассаветис, Джордж А.; Крамер, Патрик (2010). «Молекулярные основы репрессии транскрипции РНК-полимеразы III с помощью Maf1» . Клетка . 143 (1): 59–70. дои : 10.1016/j.cell.2010.09.002 . hdl : 11858/00-001M-0000-0015-820B-0 . ISSN 0092-8674 . ПМИД 20887893 .
^ Ли, ДжэХун; Мойр, Робин Д.; Уиллис, Ян М. (8 мая 2009 г.). «Регуляция транскрипции РНК-полимеразы III включает SCH9-зависимые и SCH9-независимые ветви пути-мишени рапамицина (TOR)» . Журнал биологической химии . 284 (19): 12604–12608. дои : 10.1074/jbc.c900020200 . ISSN 0021-9258 . ПМК 2675989 . ПМИД 19299514 .
^ Хан, Ян; Ян, Чуньли; Фишбейн, Сьюзен; Иванов, Ивайло; Он, Юань (2018). «Структурная визуализация механизмов транскрипции РНК-полимеразы III» . Открытие клеток . 4 : 40. doi : 10.1038/s41421-018-0044-z . ПМК 6066478 . ПМИД 30083386 .
^ Перейти обратно: ^а ^б Мацузаки, Х.; Кассаветис, Джорджия; Гейдушек, Е.П. (28 января 1994 г.). «Анализ удлинения и терминации цепи РНК с помощью РНК-полимеразы III Saccharomyces cerevisiae» . Журнал молекулярной биологии . 235 (4): 1173–1192. дои : 10.1006/jmbi.1994.1072 . ISSN 0022-2836 . ПМИД 8308883 .
^ Верослов, М; Коркоран, В; Дольберг, Т; Леонард, Дж; Удача, Дж (2020). «Последовательность и структура РНК, определяющие терминацию транскрипции Pol III в клетках человека» (PDF) . биоRxiv . дои : 10.1101/2020.09.11.294140 . S2CID 221713150 .
^ Десять, Джорджио; Фиорино, Глория; Кастельнуово, Мануэле; Тайхманн, Мартин; Пагано, Альдо (2007). «Расширяющийся транскриптом РНК-полимеразы III» . Тенденции в генетике . 23 (12): 614–622. дои : 10.1016/j.tig.2007.09.001 . ISSN 0168-9525 . ПМИД 17977614 .
^ Пагано, Альдо; Кастельнуово, Мануэле; Тортелли, Федерико; Феррари, Роберто; Диечи, Джорджио; Канседда, Раньери (2 февраля 2007 г.). «Новые геноподобные транскрипционные единицы малых ядерных РНК как источники регуляторных транскриптов» . ПЛОС Генетика . 3 (2): е1. дои : 10.1371/journal.pgen.0030001 . ISSN 1553-7404 . ПМК 1790723 . ПМИД 17274687 .
^ Перейти обратно: ^а ^б ^с Лю, Сидзе; Хуа, Ю; Ван, Джингна; Ли, Линъянь; Юань, Цзюньцзе; Чжан, Бо; Ван, Цзыян; Цзи, Цзяньго; Конг, Даочунь (2021 г.). «РНК-полимераза III необходима для восстановления двухцепочечных разрывов ДНК путем гомологичной рекомбинации» . Клетка . 184 (5): 1314–1329.e10. дои : 10.1016/j.cell.2021.01.048 .

[1] Ваннини, Алессандро; Рингель, Рике; Куссер, Ансельм Г.; Бернингхаузен, Отто; Кассаветис, Джордж А.; Крамер, Патрик (2010). «Молекулярные основы репрессии транскрипции РНК-полимеразы III с помощью Maf1» . Клетка . 143 (1): 59–70. дои : 10.1016/j.cell.2010.09.002 . hdl : 11858/00-001M-0000-0015-820B-0 . ISSN 0092-8674 . ПМИД 20887893 .

[2] Ли, ДжэХун; Мойр, Робин Д.; Уиллис, Ян М. (8 мая 2009 г.). «Регуляция транскрипции РНК-полимеразы III включает SCH9-зависимые и SCH9-независимые ветви пути-мишени рапамицина (TOR)» . Журнал биологической химии . 284 (19): 12604–12608. дои : 10.1074/jbc.c900020200 . ISSN 0021-9258 . ПМК 2675989 . ПМИД 19299514 .

[3] Хан, Ян; Ян, Чуньли; Фишбейн, Сьюзен; Иванов, Ивайло; Он, Юань (2018). «Структурная визуализация механизмов транскрипции РНК-полимеразы III» . Открытие клеток . 4 : 40. doi : 10.1038/s41421-018-0044-z . ПМК 6066478 . ПМИД 30083386 .

[Matsuzaki-1994-4] Перейти обратно: ^а ^б Мацузаки, Х.; Кассаветис, Джорджия; Гейдушек, Е.П. (28 января 1994 г.). «Анализ удлинения и терминации цепи РНК с помощью РНК-полимеразы III Saccharomyces cerevisiae» . Журнал молекулярной биологии . 235 (4): 1173–1192. дои : 10.1006/jmbi.1994.1072 . ISSN 0022-2836 . ПМИД 8308883 .

[5] Верослов, М; Коркоран, В; Дольберг, Т; Леонард, Дж; Удача, Дж (2020). «Последовательность и структура РНК, определяющие терминацию транскрипции Pol III в клетках человека» (PDF) . биоRxiv . дои : 10.1101/2020.09.11.294140 . S2CID 221713150 .

[6] Десять, Джорджио; Фиорино, Глория; Кастельнуово, Мануэле; Тайхманн, Мартин; Пагано, Альдо (2007). «Расширяющийся транскриптом РНК-полимеразы III» . Тенденции в генетике . 23 (12): 614–622. дои : 10.1016/j.tig.2007.09.001 . ISSN 0168-9525 . ПМИД 17977614 .

[7] Пагано, Альдо; Кастельнуово, Мануэле; Тортелли, Федерико; Феррари, Роберто; Диечи, Джорджио; Канседда, Раньери (2 февраля 2007 г.). «Новые геноподобные транскрипционные единицы малых ядерных РНК как источники регуляторных транскриптов» . ПЛОС Генетика . 3 (2): е1. дои : 10.1371/journal.pgen.0030001 . ISSN 1553-7404 . ПМК 1790723 . ПМИД 17274687 .

[Liu2021-8] Перейти обратно: ^а ^б ^с Лю, Сидзе; Хуа, Ю; Ван, Джингна; Ли, Линъянь; Юань, Цзюньцзе; Чжан, Бо; Ван, Цзыян; Цзи, Цзяньго; Конг, Даочунь (2021 г.). «РНК-полимераза III необходима для восстановления двухцепочечных разрывов ДНК путем гомологичной рекомбинации» . Клетка . 184 (5): 1314–1329.e10. дои : 10.1016/j.cell.2021.01.048 .

[1]

[2]

[3]

[4]

[5]

[6]

[7]

[8]