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ARN polimerasa II

Función de la ARN polimerasa II (transcripción). Verde: cadena de ARN recién sintetizada por enzima

La ARN polimerasa II ( RNAP II y Pol II ) es un complejo multiproteico que transcribe el ADN en precursores del ARN mensajero (ARNm) y en la mayoría de los ARN nucleares pequeños (ARNsn) y microARN . [1] [2] Es una de las tres enzimas RNAP que se encuentran en el núcleo de las células eucariotas . [3] La RNAP II , un complejo de 550 kDa de 12 subunidades, es el tipo de ARN polimerasa más estudiado . Se requiere una amplia gama de factores de transcripción para que se una a los promotores de genes anteriores y comience la transcripción.

Descubrimiento

ARN polimerasa II de Saccharomyces cerevisiae que consta de las 12 subunidades. [4]

Los primeros estudios sugirieron un mínimo de dos RNAP: uno que sintetizaba rRNA en el nucleolo y otro que sintetizaba otro RNA en el nucleoplasma , parte del núcleo pero fuera del nucleolo. [5] En 1969, los bioquímicos Robert G. Roeder y William Rutter descubrieron que hay un total de tres ARN polimerasas nucleares distintas , una RNAP adicional que era responsable de la transcripción de algún tipo de ARN en el nucleoplasma. [6] El hallazgo se obtuvo mediante el uso de cromatografía de intercambio iónico mediante perlas de Sephadex recubiertas con DEAE . La técnica separó las enzimas por el orden de las eluciones correspondientes, Ι,ΙΙ,ΙΙΙ, aumentando la concentración de sulfato de amonio. Las enzimas se denominaron según el orden de las eluciones, RNAP I , RNAP II, RNAP IΙI . [3] Este descubrimiento demostró que había una enzima adicional presente en el nucleoplasma, que permitió la diferenciación entre RNAP II y RNAP III. [7]

La ARN polimerasa II (RNAP2) sufre una pausa transcripcional regulada durante el alargamiento temprano. Varios estudios han demostrado que la alteración del alargamiento de la transcripción está implicada en el cáncer , la neurodegeneración , la latencia del VIH, etc. [8]

Subunidades

ARN polimerasa II eucariota de Saccharomyces cerevisiae , PDB ID. [9] Subunidades de color: RPB3 – naranja , RPB11 – amarillo , RPB2 – trigo , RPB1 – rojo , RPB6 – rosa , las 7 subunidades restantes son de color gris.

La ARN polimerasa II del núcleo eucariótico se purificó primero mediante ensayos de transcripción. [10] La enzima purificada suele tener entre 10 y 12 subunidades (12 en humanos y levaduras) y es incapaz de reconocer un promotor específico. [11] Se conocen muchas interacciones subunidad-subunidad. [12]

Asamblea

RPB3 participa en el ensamblaje de la ARN polimerasa II. [21] Un subcomplejo de RPB2 y RPB3 aparece poco después de la síntesis de la subunidad. [21] Este complejo interactúa posteriormente con RPB1. [21] RPB3, RPB5 y RPB7 interactúan entre sí para formar homodímeros, y RPB3 y RPB5 juntos pueden contactar con todas las demás subunidades de RPB, excepto RPB9. [12] Sólo RPB1 se une fuertemente a RPB5. [12] La subunidad RPB1 también contacta con RPB7, RPB10 y, de manera más débil pero más eficiente, con RPB8. [12] Una vez que RPB1 ingresa al complejo, pueden ingresar otras subunidades como RPB5 y RPB7, donde RPB5 se une a RPB6 y RPB8 y RPB3 trae a RPB10, RPB 11 y RPB12. [12] RPB4 y RPB9 podrán ingresar una vez que la mayor parte del complejo esté ensamblado. RPB4 forma un complejo con RPB7. [12]

Cinética

Las enzimas pueden catalizar hasta varios millones de reacciones por segundo. Las tasas de enzimas dependen de las condiciones de la solución y la concentración del sustrato. Como otras enzimas, POLR2 tiene una curva de saturación y una velocidad máxima ( V máx ). Tiene una Km (concentración de sustrato requerida para la mitad de Vmax ) y una kcat (el número de moléculas de sustrato manejadas por un sitio activo por segundo). La constante de especificidad viene dada por k cat / K m . El máximo teórico para la constante de especificidad es el límite de difusión de aproximadamente 10 8 a 10 9 ( M −1 s −1 ), donde cada colisión de la enzima con su sustrato produce catálisis. En la levadura, la mutación en el dominio Trigger-Loop de la subunidad más grande puede cambiar la cinética de la enzima. [22]

La ARN polimerasa bacteriana, un pariente de la ARN polimerasa II, cambia entre los estados activado y inactivado translocándose hacia adelante y hacia atrás a lo largo del ADN. [23] Las concentraciones de [NTP] eq = 10 μM GTP, 10 μM UTP, 5 μM ATP y 2,5 μM CTP producen una tasa de elongación media, número de recambio, de ~1 pb (NTP) −1 para la RNAP bacteriana, un valor relativo. de la ARN polimerasa II. [23]

ARN polimerasa II gris. Interacción alfa-amanitina (rojo).

La ARN polimerasa II sufre una pausa cotranscripcional extensa durante el alargamiento de la transcripción. [24] [25] Esta pausa es especialmente pronunciada en los nucleosomas y surge en parte cuando la polimerasa entra en un estado de retroceso transcripcionalmente incompetente. [24] La duración de estas pausas varía de segundos a minutos o más, y la salida de pausas prolongadas puede ser promovida por factores de elongación como el TFIIS. [26] A su vez, la tasa de transcripción influye en si las histonas de los nucleosomas transcritos son expulsadas de la cromatina o reinsertadas detrás de la polimerasa transcripta. [27]

Alfa-amanitina

La ARN polimerasa II es inhibida por la α-amanitina [28] y otras amatoxinas . La α-amanitina es una sustancia altamente venenosa que se encuentra en muchos hongos. [5] El veneno del hongo tiene diferentes efectos sobre cada una de las ARN Polimerasas: I, II, III. RNAP I no responde en absoluto a la sustancia y funcionará normalmente, mientras que RNAP III tiene una sensibilidad moderada. La RNAP II, sin embargo, queda completamente inhibida por la toxina. La alfa-amanitina inhibe la RNAP II mediante fuertes interacciones en las regiones de "embudo", "hendidura" y "puente de hélice α " clave de la subunidad RPB-1. [29]

holoenzima

La holoenzima ARN polimerasa II es una forma de ARN polimerasa II eucariótica que se recluta en los promotores de genes codificadores de proteínas en células vivas. [11] Consiste en ARN polimerasa II, un subconjunto de factores de transcripción generales y proteínas reguladoras conocidas como proteínas SRB.

Parte del ensamblaje de la holoenzima se denomina complejo de preiniciación , porque su ensamblaje tiene lugar en el promotor del gen antes del inicio de la transcripción . El complejo mediador actúa como puente entre la ARN polimerasa II y los factores de transcripción.

Control por estructura de cromatina.

Este es un resumen de un mecanismo de ejemplo de células de levadura mediante el cual la estructura de la cromatina y la modificación postraduccional de las histonas ayudan a regular y registrar la transcripción de genes mediante la ARN polimerasa II.

Esta vía ofrece ejemplos de regulación en estos puntos de transcripción:

Esto se refiere a varias etapas del proceso como pasos regulatorios. No se ha demostrado que se utilicen para regulación, pero es muy probable que así sea.

Los promotores de elongación de RNA Pol II se pueden resumir en 3 clases.

  1. Factores afectados por la detención dependientes de la secuencia o del fármaco (varias proteínas que interfieren)
  2. Factores orientados a la estructura de la cromatina (modificadores postranscripcionales de histonas, por ejemplo, histonas metiltransferasas)
  3. Factores que mejoran la catálisis de RNA Pol II (varias proteínas de interferencia y cofactores de Pol II; consulte ARN polimerasa II).

Mecanismos de transcripción

Dominio C-terminal

El extremo C de RPB1 se agrega para formar el dominio C-terminal (CTD). El dominio carboxi-terminal de la ARN polimerasa II normalmente consta de hasta 52 repeticiones de la secuencia Tyr-Ser-Pro-Thr-Ser-Pro-Ser. [32] El dominio se extiende desde el núcleo de la enzima RNAPII hasta el canal de salida; esta ubicación es efectiva debido a sus inducciones de "reacciones de procesamiento de ARN, a través de interacciones directas o indirectas con componentes de la maquinaria de procesamiento de ARN". [33] El dominio CTD no existe en la ARN polimerasa I o la ARN polimerasa III. [3] La ARN Polimerasa CTD fue descubierta por primera vez en el laboratorio de CJIngles en la Universidad de Toronto y también en el laboratorio de J Corden en la Universidad Johns Hopkins durante los procesos de secuenciación del ADN que codifica la subunidad RPB1 de la ARN polimerasa de levaduras y ratones. respectivamente. Otras proteínas a menudo se unen al dominio C-terminal de la ARN polimerasa para activar la actividad de la polimerasa. Es el dominio proteico que participa en el inicio de la transcripción, la protección del transcrito de ARN y la unión al espliceosoma para el empalme del ARN . [13]

Fosforilación del CTD

La ARN polimerasa II existe en dos formas no fosforilada y fosforilada, IIA y IIO respectivamente. [5] [3] La transición entre las dos formas facilita diferentes funciones de transcripción. La fosforilación de CTD está catalizada por uno de los seis factores de transcripción generales , TFIIH . TFIIH tiene dos propósitos: uno es desenrollar el ADN en el sitio de inicio de la transcripción y el otro es fosforilar. La forma polimerasa IIA se une al complejo de preiniciación, esto se sugiere porque IIA se une con mayor afinidad a la TBP ( TATA-box junction protein ), la subunidad del factor de transcripción general TFIID , que la forma polimerasa IIO. La forma polimerasa IIO facilita el alargamiento de la cadena de ARN. [5] El método para el inicio del alargamiento se realiza mediante la fosforilación de serina en la posición 5 (Ser5), vía TFIIH. El Ser5 recién fosforilado recluta enzimas para tapar el extremo 5' del ARN recién sintetizado y los "factores de procesamiento 3' en los sitios poli(A) ". [33] Una vez que se fosforila la segunda serina, Ser2, se activa el alargamiento. Para detener el alargamiento debe ocurrir la desfosforilación. Una vez que el dominio está completamente desfosforilado, la enzima RNAP II se "recicla" y cataliza el mismo proceso con otro sitio de iniciación. [33]

Reparación recombinacional acoplada a transcripción.

El daño oxidativo del ADN puede bloquear la transcripción de la ARN polimerasa II y provocar roturas de cadenas. Se ha descrito un proceso de recombinación asociado a la transcripción con plantilla de ARN que puede proteger contra el daño del ADN. [34] Durante las etapas G1/G0 del ciclo celular , las células exhiben ensamblaje de factores de recombinación homólogos en roturas de doble hebra dentro de regiones transcritas activamente. Parece que la transcripción está acoplada a la reparación de roturas de la doble hebra del ADN mediante recombinación homóloga con plantilla de ARN. Este proceso de reparación vuelve a unir de manera eficiente y precisa las roturas de doble hebra en los genes que la ARN polimerasa II transcribe activamente.

Ver también

Referencias

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enlaces externos

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