CTD

Genel Transkripsiyon Mekanizmaları
Çok
hücreli ökaryotların geneomlarının toplam kodlama
kapasitesinin yaklaşık %5-10 ‘u transkripisyonu düzenleyen
proteinlere ayrılmıştır. Bu proteinler 3 büyük sınıfa ayrılırlar :
1: Genel transkripsiyon makinesi : RNA sentezinin
katalizlenmesi ve promotorların tanınması için gerekli olan,
büyük çok proteinli RNA polimeraz komplekslerin genel fakat
farklı bileşenleridir.
2: Spesifik transkripisiyon faktörleri: proksimal protomorlara
ve uzun menzilli düzenleyici elementlere bağlanan , gen spesifik
transkripsiyonel aktivasyon ve baskılamaya aracılık eden,
diziye spesifik DNA bağlanma proteinleridir.
3: Transkripsiyonel koaktivatörler ve korepressörler: DNA ya
doğrudan bağlanmayan protein protein etkileşimleri ile
transkripsiyonel aktiviteyi artttıran yada azalatna proteinlerdir.
Genel Transkripsiyon mekanizmasının bileşenleri
RNA pol II ; RNA sentezini katalizlemek için oldukça özenli araçlarla
doğru zamanda spesifik promotorlara getirilir. Genel transkripisiyon
faktörlerinide içeren bir çok faktör ve polimeraz , ön başlatma bölgesi
oluşturmak için birlikte çalışırlar ve transkripisyonun başlamasına
öncülük ederler. 20 yıldan fazla süregelen çalışmlarda genel
transkripsiyonun 3 ana bileşeni karakterize edilmiştir. Bunlar :
1- RNA pol II, RNA sentezleme ve olgunlaşmamış transkripteleri
düzeltebilen 12 alt üniteli bir polimerazdır.
2- TFIIB, TFIID , TFIIE, TFIIF ve TFIIH simgeleri ile gösterilen
transkripisyon faktörleri (RNA pol II için transkripisyon faktörleri )
protomorun tanınması ve protomor bölgesindeki DNA zincirinin
açılmasından sorumludur. RNA pol II kesinlikle bu faktörlere ihtiyaç
duyar.
3- Mediatörler ( Aracılar ): 20 alt birimlik komplekstir. Düzenleyici
bilgiyi aktivatör ve represör proteinlerden RNA pol II aktarırlar.
RNA POLİMERAZ II YAPISI
Ökaryotlardaki 3 nükleer RNA plimerazlardan en iyi karakterize
edilmiş polimerazdır. Mayadan karakterize edilmiş RNA polimeraz
0. 5MD luk enzim kompleksi ve 12 alt üniteden ( Rpb 1-12 )
ibarettir.
Maya RNA pol II kristal yapısı imcelendiğinde ise iki farklı yapıya
sahip olduğu görülmüştür.Bunlardan biri 10 alt üniteden oluşan
klatalitik kor diğeri ise Rpb 4/ 7 altünitelerinden oluşan
heterodimerlerdir. RNA pol II nin kor enzizmi aktiftir fakat promotor
bölgenden transkripisyonu başlatabilmesi için Rpb 4/7 komplexine
ihtiyacı vardır Rbp 4/7 komplexi transkiripisyon ve post
transkripisyon arsında foksiyoneldir ve mRNA nın nükleustan
çıkışında ve transkripisyona bileşik DNA tamirnde görev almaktadır.
Rbp1 ‘ nin hareketli C terminal domaini (CTD); RNA pol II nin
ilave bir bileşenidir ancak kristallenmediğinden bu bölümün kristal
yapısı gösterilmemiştir.
RNA pol II C terminal domaini ( CTD)
CTD RNA pol II nin en büyük alt ünitesi olup kuyruk benzeri
yapıdadır.7 amino asitten oluşan d( Tyr-Ser-Pro-Tyr – Ser- Pro –
Ser) dizisinin 52 ye kadar tekrarını içerebilir. CTD invivoda
mRNA işlenmesi için gerekilidir ve invitro işleminde ise işleme
faktörlerine bağlandığı görülmüştür.
Transkripsiyon döngüsü sırasımda CTD tekrarn dizisinin 2 ve 5
inci
pozizyondaki
serin
amino
asitidin
fosforillediği
bilinmektedir.Transkripsiyonun başlangıcı için fosforillenmemiş
CTD gerekli iken uzama esnasında fosforillenmiş CTD gereklidir.
CTD fosforillediğinde sonlanma olayları sırasında mRNA işleme
faktörüne bağlanabilir RNA pol II yeniden döngüye girmesi için
CTD tekrar de fosforile edilmelidir.
Genel Transkripisyon faktörleri ve ön başlangıç kompleksinin
oluşması
TFIID nin bağlaması diğer transkripisyon faktörlerinin ve RNA pol II
nin promotora toplanası için bir platform oluşturur. invitroda bu
proteinler şu sıra ile toplanır. TFIIB ; mediatör gibi bir çok proteinle
koplex yapmış olan RNA pol II ile birlikte ardından TFIIF , TFIIE ve
TFIIH RNA pol II nin aşağısına bağlanır.
TFIID de , DNA kalıbı ile etkileşime giren ilk genel transkripsiyon
faktörüdür. TFIID ; TATA ya bağlnma proteini (TBP) ve TBP ile oside
olmuş 14 proteinden oluşan (TAF ) bir komplekstir.TBP evrimsel değişim
sürecide korunmuş olup ökaryotlarda 3 ana RNA polimerazın
transkripisyon yapabilmesi için gereklidir.
TFIID ‘ nin kor protomorlara bağlanması aktivatör ve/ veya kromotini
yeniden düzenleyeci faktörlerin transkripsiyonu kontrol edebildiği kritk
hız sınırlayıcı basamaktır.
TFIIB promotorlardaki komplexi yönlendirir : TFIID bağlandıktan
sonra TFIIB büyüyen topluluğa bağlanır. TFIIB bağlanması spesifik
protein protein ve protein – DNA etkileşimlerinin yönünü belirler. TFIIB ;
TBP nin sadece bir ucununa ve aynı anda TATA kutunusunu takip eden
GC zengin bir DNA zincirine bağlanır. TFIIB/ TBP/ DNA
RNA
polimarzın transkiripisuonu hangi yöne doğru yapacağını ve çift zincirli
heliks DNA zincirlerinin hangisini kalıp olarak kullanacağını belirler.
TFIIE, TFIIF, TFIIH ‘ ın bağlanması ile ön başlangıç kompleksinin
oluşumu tamamlanır : Promotora RNA polimaraz II nin yüklenmesi için
polimerazla sıkı kompleks yapma özelliği olan TFIIF faktörüne ihtiyaç
vardır.Büyümekte olan topluluğa TFIIF nin girişi TFIIH ı davet eder.
TFIIH genel transkripsiyon faktörleri içinde en kopleks olanıdır. Bir çok işi
yapabilmesinden dolayı tyranskripisyonun yanısıra DNA tamirinde de
etken olduğu düşünülmektedir. TFIIH 9 alt üniteden oluşur Bu alt ünitenin
foksiyonları çeşitlidir.Bu alt üniteler : CDK, Siklin H , 5’- 3’ Helikaz , 3’ –
5’ Helikaz , iki adet çinko pramak proteini ve bir hlka parmak proteinden
oluşur.
Yapılan Çalışmlarda TFIIH ; RNA polimerazın CDT sini fosforilleyen bir
protein kinaz olduğunu ayrıca birde ATP bağımlı helikaz aktivitesini
gösterilmiştir.
Kor promotorlara bağlanan genel transkripsiyon faktörleri ve RNA
polimeraz II nin oluşturduğu kompleks , ön başlangıç komplexi ( PIC )
olarak adlandırılır.Promotorun açılması ve çift zinicrli DNA nın ayrılması
ATP nin hidrolizini gerektirir. Bu reaksiyon TFIIE nin yardımı ile TFIIH
NON ATPaz/ Helikaz alt ünitesi tarafından gerçekleştirilir. Açılma sonrası
kalıp olarak kullanılmayacak zincir TFIIF tarafından tutulur. Kalıp zincir
ise RNA pol II nin aktif bölgesine iner
Mediatör ( Aracı ) : Moleküler köprü
Mediatör yaklaşok 30 alt birimden oluşan çok alt üniteli bir komplekstir.
korunmuş bir bölgesi vardır ve bu bölge RNA pol II nin CDT si ile ve kor
promotordan uzaktaki transkripsiyon faktörleri ile çeşitli protein
altbirmleri ile birleşir.
Kornberg ve diğerlerinin elde ettiği bulgulara göre Mediatör en hansır ve
diğer uzun menzilli düzenleyici elementlere bağlı transkripsiyonal
aktivatörler ile RNA pol II yi birbirene bağlayan moleküler bir köprüdür.
Mediatör , in vitro da RNA pol II kor promotordan temel transkripisyon
yapmasım için gerekli değildir.bu yüzden transkripisyon faktörü olarak
sınıflandırılmazlar.
Transkripisyonun başlaması :
Ön başlangıç kompleksininin oluşmasınından sonra kısa bir
başlama periyodunun ardından polimeraz protomor bölgesini
terkeder ve uzama safhasına girer.RNA sentez işlemi çeşitli alt
basamklara ayrılır.Bunlar; NTP seçimi (DNA nın komplementeri
olan nükleotit trifosfat ) fosfodiester bağlarının oluşumunun
katalizlenmesi ve DNA- RNA nın translokasyonunudr.
Başlangıç aşamasında polimeraz bir seri trankrip sentezler . RNA
pol II biraz ilerlerken bir transkripsiyon kabarcığı meydana
getirerek bu kısa transkriptler DNA zincirlerini ayrı tutarlar
.Promotordan ayrılma RNA pol II nin C terminal domainin 7 li
peptid tekrarlarındaki bir çok bölgenin fosforilllenmesine
bağlıdır.CTD nin TFIIH tarafından hiperfosforilasyonu
polimerazın aktivasyonu ve uzaman fazına geçmesi için gereklidir.
Uzama sırasında fosfotların ilavesi polimerazın başlangıç için
kullanılan transkripsiyon faktörlerine geride bırakarak yoluna
devam etmesini sağlar.
Gen regülasyonunda spesifik transkripisyon
faktörterinin rolü :
Gen aktivitesinin düzenlenmesi genellikle transkripisyon faktörlerinin ( TF)
aktivitesindeki veya miktarındaki değişmeler ile olur.TF leri spesifik genlerin
transkripsyonun oranının pozitif veye negatif olarak etkileyebilir.bu
etkilemeyi protomorun proksimali enhansırlar ve diğer uzun menzilli
düzenleyici elemntler ve diğer proteinler ile etkileşerek yaparlar.
TF leri gen spesifik transkripsiyonel aktivasyona veya baskılamaya
aracılık ederler . Represör olrak iş görenler ise transkripsiyonun sistemini
baskılarken aktivatör olarak iş görenler transkripsiyon hızını çeşitli
mekanızmlar ile artırırlar.bu mekanızmalar:
1- Genel Trankripsiyon faktörlerinin ve RNA pol II nin ön başlangıç
kompleksini oluşturmak için promotora bağlanmasının uyarılması.
2- genel transkripsyon araçlarının enzimatik etkilerini uyaran fosforilasyon
gibi konformasyonel değişimlerin veya post translasyonel
modifikasyonlarının indüksiyonu
3- kalıp DNA ya genek transkripsiyon faktöelerinin veya spesifik
aktivatörlerin ulaşılabilirğini artırmak için kromatini yeniden şekilldendirici
ve modifiye edici komplekslerle etkileşimi
Bu farklı roller genel transkripsyon araçları ile protein protein etkileşimi
aracılığıyla veya transkripsiyonel koaktivatör ve korepressöerleri aracılığıyla
meydana getirebilmektedir. Bir çok transkripsiyon faktörü multi protein
ailesinin bir üyesidir.
Transkripsiyon faktörleri modüler proteinlerdir. TF belli sayıda
domainden oluşan modüler proteinlerdir. Bu tip proteinlerde 3 ana domain
şunlardır. DNA bağlanma domaini , transaktivasyon domaini ve
dimerizazyon domainidir.Ayrıca Tfleri nükleusa girmek için genel olarak
nükleer lokalizazyon dizisine ( NLS ) ve nükleustan stoplazma girmesi için
nükleusatn çıkış dizisine ( NES ) sahiptir.Bazı transkripsiyon faktörleri (
TF) hormon bağlanma domini , ligand bağlanma domainine sahiptir.
DNA bağlanma domain motifleri :Bir TF ünün DNA bağlanma domaini
spesifik bir DNA dizisine bağlanabilir. X ışını kristalografisi ile yüzlerce
protein –DNA kompleksi analiz edilmiştir. Transkripsiyon faktörleri ile
DNA arasında en yaygın tanıma biçimi protein α- helix domaini ile DNA
çift sarmalınınn büyük oluğundaki yaklaşık 5 baz çifti arasındaki
etkileşimdir. α- helix domaini , baz çiftleri ve fosfatların oluşturduğu DNA
yüzeyinin komplementeridir. TF ile DNA bir araya gelmeden önce - helix
domainilerinin polar grupları su moleküllerinin etrafında hidrojen bağları
oluşturular.
DNA bağlanma domainleri karşılaştırıldığında TF lerinin çoğu motiflere
göre belirlenen gruplara ayrılır. Motif ; bir amino asit kümesi olarak
tanımlanmış ve spesifik bir fokiyonu vardır. DNA motiflerinden bazıları
şunlardır. Heliks turn döngü heliks , çinko parmak , bazik lösin fermuar ve
bazik heliks halka heliks motifleridir.
Heliks Turn heliks motifi ( HTH ) : Bu motif ilk keşfedilen DNA
bağlanma domaini olup iyi karakterize edilmiştir. Klasik HTH domaini
kısmen açık konformasyonlu bir sağ el demetinden oluşup 3 kor αhelixten ibaret basit bir amino asit kıvrımıdır.üçüncü heliks ara yüzeyi
oluşturur. HEMEODOMAİN ; klasik HTH bir tütü olup bir çok
transkripsiyon faktöründe mevcuttur.
Çinko parmak ( ZİF ): En yaygın DNA motiflerinden biridir. ilk olarak
TFIIIA( 5S rRNA nın RNA pol III tarafından gerekli oloan TF ) olarak
tanımlandı.