Transcription (轉錄作用)

• Core Promoter Element (真核)：

  
  Promoter 序列中，常具有下列核心單元，稱為 Core Promoter Element：

  • B recognition element (BRE)：-35

    • 供 TFIIB 辨識結合
    • 屬於 cis-regulatory element

  • TATA box (TATA)：-30~-25

    • 供 TFIID 的 TATA binding protein (TBP) 結合
    • 5'-TATAAA-3' (TATAWAW)，為 consensus sequence
    • 當 TATA box 存在，轉錄活性增加 (promotor 與 RNA pol II 結合更加穩固)
    • 又稱 Goldberg-Hogness box
    • 人類含 TATA box 的 promoter < 30%

  • Initiator element (Inr)：+1

    • 供 TFIID 的 TAF1, TAF2 結合辨識
    • 5'-YY==A==NWYY-3'，含 +1，為 consensus sequence
    • 可獨立啟動 transcription，不依賴 TATA box

  • Downstream promoter element (DPE)：+30

    • 供 TFIID 的 TAF6, TAF9 結合辨識

• Preinitiation complex (PIC)：RNA pol II + GTFs

  

  • RNA polymerase II：

    • 參與 mRNA 的轉錄

  • General transcription factors (GTFs)：

    • TFIIA：

      • 穩定 TATA box 與 TFIID (TBP) 的結合

    • TFIIB：

      • 結合辨識 B recognition element (BRE)
      • 結合 TBP，協助 Pol II complex 與 promoter 正確結合

    • TFIID：

      由 TBP 及 TAFs subunits (共 13 種) 組成：

      • TATA binding protein (TBP)：
        • 結合辨識 TATA box
      • TBP-associated factors (TAFs)：
        • TAF1, TAF2：結合辨識 Initiator
        • TAF6, TAF9： 結合辨識 DPE
        • 協助 TBP 結合 TATA-less promoter
        • 增加 promoter 選擇性 (尤其在 promoter 無 TATA box 時)

    • TFIIE：

      • 招集及調節 TFIIH

    • TFIIF：

      • 結合 RNA pol II 形成 RNA pol II comlex
      • 穩定 RNA pol II 與 TFIID (TBP), TFIIB 的結合
      • 招集 TFIIE, TFIIH

    • TFIIH：

      由 10個 subunits 組成：

      • XPD, XPB：
        • 具 Helicase 及 ATPase 活性，參與 NER
        • 創造出 Transcription bubble
        • 相關疾病：Xeroderma pigmentosum (XP)
      • CDK7, cyclin H：
        • 具 Protein kinase 活性
        • 磷酸化 RNA pol II C-terminal domain 的 Ser 5
        • 釋放 RNA pol II 離開 promoter → 開始轉錄

• 真核生物 Transcription 步驟：

  • TFIID 結合 promoter：

    • TFIID：
      • TBP 結合 TATA box (promoter)，彎曲 DNA
    • TBP-TFIIA interactions：招集 TFIIA 穩定 TBP 與 TATA box 的結合

  • Pol II complex 結合：

    • TFIIF：
      • 結合 RNA pol II 形成 Pol II complex
    • TBP-TFIIB interactions：招集 TFIIB 協助 Pol II complex 與 promoter 結合

  • PIC 形成：

    • TFIIE, TFIIH 結合上，形成完整 PIC

  • Transcription bubble 形成：

    • TFIIH：
      • Halicase / ATPase 活性：
        • 在 DNA 上 ==製造 (-) superhelical tension ==
        • DNA 被解旋，形成 Transcription bubble
          • RNA pol-promoter closed complex → open complex
        • 進入 Abortive cycle (Abortive initiation)：
          • RNA pol 離開 promoter 前會先轉錄出數個 bp<10 的無功能 RNA
      • Kinase 活性：
        • 磷酸化 RNA pol II CTD 序列：YSPTSPS 的 YSP
        • RNA pol II 釋放 (彈射出去)，開始合成 RNA

  • GTFs 離開：

    • RNA elongation 開始，TFIIA/B/E/H 離開
    • RNA elongation 結束，TFIID 離開

• 原核 Transcription 角色：

  • Pribnow-Schaller box：-10

    • 3'-TATAAT-5'，與真核 TATA box 同源，為 consensus sequence
    • 位於轉錄起點上游 -10
    • 被 sigma dactor 辨認，有利於解旋 (AT rich)

  • RNA pol holoenzyme 結構：

- ββ′α2ω subunits：
- 催化活性中心
- Mg2+：
- 協助催化
- σ factor (sigma factor)：
僅在起始步驟存在，RNA 開始延長便離開：
- 辨認 promoter 序列
- -10：TATAAT
- -35：TTGACA
- 協助 RNA pol 結合
- 解旋 DNA

• 原核 Transcription 步驟：

  • Initiation：

    • σ factor 結合 -35，RNA pol 附著上來
    • DNA 解旋，closed complex → open complex
    • 轉錄出 abortive sequences

  • Elongation：

    • RNA pol 離開 promoter 進行轉錄延長
    • 轉錄延長開始，σ factor 離開

  • Termination：

    

    • Rho-independent：

      • 轉錄出的 RNA 具有 GC-rich 序列，形成 hairpin loop
      • Stem loop 後方則為 U-rich track (結合力弱)
      • 使 RNA pol 從 DNA 上解離，終止轉錄
        

    • Rho-dependent：

      • ρ factor 為蛋白分子，具有 halicase 活性
      • 結合 RNA 的 rut (rho utilisation site, C-rich & G-poor)
      • 當 RNA pol 接近轉錄終點，將 RNA 序列從 DNA 模板中拉出，釋放 mRNA，結束轉錄

• 轉錄 Promoter 種類：

  • 不同種類的 promoter 供不同 RNA pol 轉錄不同種類的 RNA
  • 5S rRNA, tRNA：由 Internal promoter 轉錄
  • U6 snRNA：由 pol III 轉錄，但模式為 Class II-like (非典型 pol III)