La ARN polimerasa 1 (también conocida como Pol I ) es, en eucariotas superiores , la polimerasa que sólo transcribe el ARN ribosómico (pero no el ARNr 5S , que es sintetizado por la ARN polimerasa III ), un tipo de ARN que representa más del 50% del ARN total sintetizado en una célula . [1]
Pol I es una enzima de 590 kDa que consta de 14 subunidades proteicas ( polipéptidos ), y su estructura cristalina en la levadura Saccharomyces cerevisiae se resolvió con una resolución de 2,8 Å en 2013. [2] Doce de sus subunidades tienen contrapartes idénticas o relacionadas en la ARN polimerasa II (Pol II) y la ARN polimerasa III (Pol III). Las otras dos subunidades están relacionadas con los factores de iniciación de Pol II y tienen homólogos estructurales en Pol III.
La transcripción del ADN ribosómico se limita al nucléolo , donde están presentes alrededor de 400 copias del gen del ADNr de 42,9 kb, dispuestas como repeticiones en tándem en las regiones organizadoras del nucléolo . Cada copia contiene una secuencia de ~13,3 kb que codifica las moléculas de ARN 18S , 5.8S y 28S , entrelazadas con dos espaciadores transcritos internos , ITS1 e ITS2, y flanqueadas aguas arriba por un espaciador transcrito externo 5' y un espaciador transcrito externo 3' aguas abajo. [3] [4] Estos componentes se transcriben juntos para formar el pre-ARNr 45S . [5] Luego, el pre-ARNr 45S se escinde postranscripcionalmente mediante los snoRNA de caja C/D y caja H/ACA , [6] eliminando los dos espaciadores y dando como resultado los tres ARNr mediante una serie compleja de pasos. [7] El ARN ribosómico 5S es transcrito por la Pol III. Debido a la simplicidad de la transcripción de la Pol I, es la polimerasa de acción más rápida y contribuye hasta con el 60% de los niveles de transcripción celular en células de crecimiento exponencial.
En Saccharomyces cerevisiae , el ADNr 5S tiene la característica inusual de estar dentro de la repetición del ADNr. Está flanqueado por los espaciadores no transcritos NTS1 y NTS2, y se transcribe hacia atrás por la Pol III, por separado del resto del ADNr. [7]
La tasa de crecimiento celular depende directamente de la tasa de síntesis de proteínas, que a su vez está estrechamente vinculada a la síntesis de ribosomas y la transcripción del ARNr. Por lo tanto, las señales intracelulares deben coordinar la síntesis del ARNr con la de otros componentes de la traducción de proteínas. Se sabe que Myc se une al ADN ribosómico humano para estimular la transcripción del ARNr por la ARN polimerasa I. [8] Se han identificado dos mecanismos específicos que garantizan el control adecuado de la síntesis del ARNr y la transcripción mediada por Pol I.
Dada la gran cantidad de genes de ADNr (varios cientos) disponibles para la transcripción, el primer mecanismo implica ajustes en el número de genes que se transcriben en un momento específico. En las células de mamíferos, el número de genes de ADNr activos varía entre los tipos de células y el nivel de diferenciación . En general, a medida que una célula se vuelve más diferenciada, requiere menos crecimiento y, por lo tanto, tendrá una disminución en la síntesis de ARNr y una disminución en los genes de ADNr que se transcriben. Cuando se estimula la síntesis de ARNr, SL1 (factor de selectividad 1) se unirá a los promotores de los genes de ADNr que anteriormente estaban silenciados y reclutará un complejo de preiniciación al que se unirá Pol I y comenzará la transcripción del ARNr.
Los cambios en la transcripción del ARNr también pueden ocurrir a través de cambios en la tasa de transcripción. Si bien el mecanismo exacto a través del cual la Pol I aumenta su tasa de transcripción aún se desconoce, la evidencia ha demostrado que la síntesis de ARNr puede aumentar o disminuir sin cambios en la cantidad de ADNr transcrito activamente.
En el proceso de transcripción (por cualquier polimerasa), hay tres etapas principales:
La Pol I no requiere una caja TATA en el promotor, sino que depende de un elemento de control ascendente (UCE) ubicado entre −200 y −107, y un elemento central ubicado entre −45 y +20. [9] [10]
Téngase en cuenta que este proceso es variable en diferentes organismos. [10]
A medida que la Pol I escapa y deja atrás al promotor, UBF y SL1 permanecen unidos al promotor, listos para reclutar otra Pol I. De hecho, cada gen de ADNr activo puede transcribirse varias veces simultáneamente, a diferencia de los genes transcritos por Pol II, que se asocian solo con un complejo a la vez. Si bien la elongación se produce sin impedimentos in vitro, no está claro en este momento si este proceso ocurre en una célula, dada la presencia de nucleosomas . La Pol I parece transcribirse a través de nucleosomas, ya sea evitándolos o interrumpiéndolos, tal vez asistida por actividades de remodelación de la cromatina. Además, UBF también podría actuar como retroalimentación positiva, mejorando la elongación de la Pol I a través de una función antirrepresora. Un factor adicional, TIF-IC, también puede estimular la tasa general de transcripción y suprimir la pausa de la Pol I. A medida que la Pol I avanza a lo largo del ADNr, se forman superenrollamientos tanto por delante como por detrás del complejo. Estos son desenrollados por la topoisomerasa I o II a intervalos regulares, de manera similar a lo que se observa en la transcripción mediada por Pol II. [ cita requerida ]
Es probable que la elongación se interrumpa en los sitios donde el ADN está dañado. La reparación acoplada a la transcripción ocurre de manera similar a los genes transcritos por Pol II y requiere la presencia de varias proteínas de reparación del ADN, como TFIIH, CSB y XPG.
En eucariotas superiores, TTF-I se une y dobla el sitio de terminación en el extremo 3' de la región transcrita. Esto obligará a la Pol I a detenerse. TTF-I, con la ayuda del factor de liberación de transcripción PTRF y una región rica en T, inducirá a la Pol I a terminar la transcripción y a disociarse del ADN y de la nueva transcripción. La evidencia sugiere que la terminación podría ser limitante de la velocidad en casos de alta producción de ARNr. TTF-I y PTRF estimularán entonces indirectamente la reiniciación de la transcripción por la Pol I en el mismo gen de ADNr. En organismos como la levadura en ciernes, el proceso parece ser mucho más complicado y aún no está completamente dilucidado. [ cita requerida ]
Los puntos calientes de recombinación son secuencias de ADN que aumentan la recombinación local. La secuencia HOT1 en levadura es uno de los puntos calientes de recombinación mitótica mejor estudiados . La secuencia HOT1 incluye un promotor de transcripción de la ARN polimerasa I. En una cepa mutante de levadura defectuosa en la ARN polimerasa I, la actividad de HOT1 en la promoción de la recombinación se elimina. El nivel de actividad de transcripción de la ARN polimerasa I que depende del promotor en la secuencia HOT1 parece determinar el nivel de recombinación mitótica cercana. [13]
