118 Розділ 6. Транскрипція: еукаріоти

С тех пор оставили его навсегда переписывать. Вне этого переписыванья, казалось, для него ничего не существовало.

Н.Гоголь

"Шинель"

В еукаріотичних клітинах функціонують РНК-полімерази трьох типів:

• РНК-полімераза І працює на кластерах генів рибосомної РНК (розділ 4) і здійснює синтез рРНК 18S, 28S, 5.8S.

• РНК-полімераза ІІ транскрибує білкові гени та гени маленьких ядерних РНК.

• РНК-полімераза ІІІ здійснює синтез тРНК, рибосомної РНК 5S та кількох інших низькомолекулярних РНК.

Кожна з цих полімераз містить 4 гомологічні корові субодиниці, які є водночас гомологами субодиниць α, β та β' прокаріотичної полімерази (розділ 5). Крім того, до складу полімераз входять 5 спільних для усіх трьох ферментів субодиниць, а також певний набір специфічних субодиниць (у кількостях 5, 3 та 7 для РНК-полімераз І, ІІ та ІІІ відповідно). Загальна архітектура еукаріотичних полімераз (наявність щелеп, між якими зв'язується ДНК, каналу виходу РНК, вторинного каналу для входу нуклеозидтрифосфатів) дуже схожа на таку прокаріотичної полімерази. Між про- та еукаріотичними полімеразами спостерігається також висока гомологія внутрішньої поверхні щілини щелеп та активного центра; спільними є й основні механізми роботи полімераз, розглянуті у попередньому розділі. Проте відсутня гомологія зовні: додаткові до чотирьох корових субодиниці еукаріотичних полімераз створюють специфічну поверхню для взаємодії з елементами еукаріотичної системи транскрипції.

РНК-полімераза II

Структура рнк-полімерази іі

Рис. 6.1. Структура елонгаційного комплексу РНК-полімерази ІІ (1R9T).

РНК-полімераза ІІ, яка відповідає за синтез мРНК, складається з 12 субодиниць (рис. 6.1). Найбільша субодиниця (гомолог субодиниці β' прокаріотичної полімерази) формує, зокрема, активний центр, структура і найближче оточення якого є практично ідентичними до таких бактеріальної полімерази (розділ 5).

Відповідно, ідентичними є й механізми елонгації синтезу РНК. На рис. 6.2 показано структуру оточення активного центра на різних стадіях елонгаційного циклу (порівн. з рис. 5.3, 5.10): вхід NTP через вторинний канал; зв'язування NTP з матрицею та його фіксація у активному центрі завдяки двом іонам Mg²⁺, які утримуються трьома залишками Asp; каталіз реакції приєднання нуклеотида до 3'-кінця транскрипту; транслокація полімерази на один нуклеотид вздовж матриці, внаслідок чого система здатна вступити у новий цикл елонгації.

Рис. 6.2. Стадії елонгаційного циклу РНК-полімерази ІІ: а – вхід NTP до активного центра (1R9T); б – впізнання матриці та зв'язування NTP (1R9S); в – претранслокаційний стан після приєднання нуклеотида до транскрипту (1I6H); г – посттранслокаційний стан (1SFO).

Під час елонгації, так само як і для бактеріальної полімерази, за умови нестабільності РНК-ДНК гібриду на 3'-кінці можливий зворотний рух полімерази з виходом 3'-кінця транскрипту у вторинний канал. У цьому випадку взаємодія з фактором транскрипції TFIIS (Transcription Factor S of RNA-polymerase II, аналог бактеріальних факторів GreA/B) індукує нуклеазну активність, яка забезпечує редагування помилок при транскрипції (див. розділ 5).

Особливістю РНК-полімерази ІІ (характерною тільки для цієї полімерази) є наявність у найбільшої субодиниці С-кінцевого домену – CTD (C-Terminal Domain). CTD – це довгий невпорядкований хвіст (не показаний на рис. 6.1), амінокислотна послідовність якого є гептапептидом Tyr-Ser-Pro-Thr-Ser-Pro-Ser, що тандемно повторюється 52 рази. Три залишки Ser у складі гептапептида є субстратами фосфорилювання/дефосфорилювання для специфічних кіназ та фосфатаз. CTD, який відходить від полімерази поблизу від каналу виходу мРНК, є платформою для зв'язування численних білків, спорідненість яких залежить від патерна фосфорилювання. Зокрема, CTD відіграє ключову роль у перемиканні між ініціацією та елонгацією транскрипції (див. нижче) та у збірці елементів системи процесингу мРНК (розділ 7) під час елонгації.

Для ініціації транскрипції є необхідною збірка на промоторі преініціаторного комплексу (PIC – Pre-Initiation Complex) за участю, принаймні, 12-субодиничної РНК-полімерази ІІ та шести базальних (загальних) факторів транскрипції TFIIA, TFIIB, TFIID, TFIIE, TFIIF, TFIIH.