DSC00778

Regulacja transkrypcji genów eukariotycznych zaangażowanych w determinację i różnicowanie komórek

Na terenie jądra komórki eukariotycznej działają trzy polimerazy RNA zależne od DNA. Polimeraza I RNA przeprowadza transkrypcję genów rybosomowych (18S RNA; 5,8S RNA i 28S RNA).

Polimeraza II RNA odczytuje geny struktury kodujące specyficzne białka (mRNA) oraz niektóre grupy niskocząsteczkowych RNA (np. Usn RNA). Polimeraza m RNA prowadzi transkrypcję jednego genu rybosomowego (5S rRNA), genów RNA transportujących (tRNA) i niektórych genów RNA niskocząsteczkowych (np. 7S RNA). Wszystkie te polimerazy RNA są białkami złożonymi z wielu podjednostek. Podjednostki regulujące umożliwiają z jednej strony wiązanie polimerazy do odpowiedniego odcinka nici DNA, a z drugiej przeprowadzenie transkrypcji. W determinacji i różnicowaniu komórek wszystkie są niezbędne, ale specyficzność składu chemicznego komórki głównie dotyczy mechanizmu regulacji transkrypcji genów struktury (mRNA) przeprowadzanych przez polimerazy II RNA.

Rysunek 30.4 ilustruje budowę jednostki transkrypcyjnej DNA (regionu kontrolnego i samego genu) i polimerazy II RNA. W jednostce transkrypcyjnej DNA odczytywanej przez tę polime-razę można wyróżnić następujące części:

—    modulator — rejon ten warunkuje prawidłowy przebieg transkrypcji in vitro. Znajduje się przeważnie około 80 par zasad przed punktem inicjacji transkrypcji i jest miejscem wiązania regulacyjnych aktywatorów transkrypcji;

—    selektor — nazwą tą określa się sekwencję TATA zwaną ramką TATA (ang. TATA-boz) wyznaczającą jedno z miejsc wiązania polimerazy D RNA. Aby to wiązanie skutecznie inicjowało transkrypcję przyległego genu struktury, do polimerazy O RNA muszą się dołączyć ogólne czynniki transkrypcji tej polimerazy, a więc czynniki transkrypcji (ang. transcription factor lub TF) 11A. IIB, IID i DE, a także w niektórych przypadkach fakultatywny czynnik TF UC. Inne polimerazy RNA mają także swoje charakterystyczne czynniki transkrypcji. We wszystkich przypadkach modulator i selektor tworzą razem region kontrolny zwany promotorem kontrolowanego genu.

Regulacja transkrypcji genu struktury wymaga jednak odpowiedniego zorientowania przestrzennego i silnego związania polimerazy RNA z nicią DNA. Jeżeli nić DNA tworzy pętlę, wtedy odległy odcinek DNA może się znaleźć w bezpośrednim sąsiedztwie przyległych odcinków promotora i genu struktury. Ten odległy odcinek nici DNA na ogół poprzedza odcinek kodujący (ang. upstream), ale może również występować za promotorem kontrolowanego genu (ang. downstream). Odcinek DNA pełniący funkcje kontrolne względem zespołu promotora i genu struktury nazywa się sekwencją wzmacniacza transkrypcji (enhancer). Odcinek DNA o charakterze wzmacniacza aktywuje promotory znajdujące się w odległości do 10 000 (a nawet 20000) par zasad przed lub za sekwencjami promotora. Często element ten składa się z dwukrotnie powtórzonego odcinka o długości 50-100 par zasad. Wiązanie specyficznych czynników transkrypcyjnych do sekwencji wzmacniacza wpływa na wiązanie aktywatorów transkrypcji i polimerazy II RNA umożliwiające rozpoczęcie transkrypcji (rys. 30.4). Pewne białka regulatorowe, łączące się z sekwencjami wzmacniacza, albo wymagają uprzedniej aktywacji albo połączenia z innymi białkami regulatorowymi, aby uruchomić kontrolowaną transkrypcję; ich formy nieaktywne albo nie mają powinowactwa do DNA albo też mogą działać jako inhibitory transkrypcji. Oznacza to, że pewne białka regulatorowe mogą działać jako aktywatory, a inne jako inhibitory transkrypcji. Odcinek wzmacniacza pełni funkcję włącznika lub wyłącznika kontrolowanej transkrypcji genu struk-

512