RNA polümeraas II

RNA polümeraas II (RNAP II, Pol II) ehk DNA-sõltuv RNA polümeraas II on RNA sünteesi katalüüsiv valgukompleks. RNAP II on üks kolmest eukarüootsete rakkude RNA polümeraasist ning on neist uurituim tüüp.

Avastamine
2006. aastal sai Roger Kornberg Nobeli keemiaauhinna esmakordse eukarüootse RNA polümeraas II aatomitasemel kirjeldamise eest. Kornberg tegi kindlaks, et DNA transkribeerib mRNAks just RNAP II koos paljude teiste valkude abiga. Kornberg uuris pärmi, mis on eukarüootse raku mudelorganism, ning selle RNAP II ja tegi kindlaks selle rolli transkriptsioonil. Lisaks koostas ta kolmedimensioonilised pildid kasutades selleks röntgenkristallograafiat.

Funktsioon

RNAP II katalüüsib enamiku informatsiooni-RNA ehk mRNA prekursorite sünteesi, vähemal määral ka snoRNA, piRNA, miRNA, snRNA ja pikkade mittekedeerivate RNAde sünteesi, kasutades maatritsina ühte DNA ahelat. RNAP II vastutab seega enamiku geenide transkriptsiooni eest. RNAP II on üksinda võimeline DNA lahti harutama, RNAd sünteesima ning DNA ahelad tagasi kokku panema. Üldised trankskriptsioonifaktrid – TFIID, TFIIB, TFIIF, TFIIE ja TFIIH – on aga absoluutselt vajalikud, et RNAP II tunneks ära promootorala ning et toimuks transkriptsiooni initsiatsioon.

Suur valgukompleks nimega mediaator (mediator) on ülioluline trankskriptsiooni toimumiseks. Mediaator seondub otse aktivaator- (activator) ja enchancer-valkudega ning RNAP II ja üldiste transkriptsioonifaktoritega promootoralal, et stimuleerida transkriptsiooni initsiatsiooni. Mediaator vahendab ka negatiivset geeniregulatsiooni.

Edasi toimub DNA biheeliksi lahtiharutamine. RNAP II sünteesib ühele DNA ahelale komplementaarse RNA ahela. See saab toimuda vaid siis, kui RNAP II on mediaatorist lahti lasknud. Kusjuures, mediaator ja üldised transkriptsioonifaktorid DNAst ei eemaldu, vaid jäävad paigale, et uus RNAP II promootoralale kinnitada ja uus transkriptsiooni initsiatsioon läbi viia.

RNA süntees lõpetatakse kui RNAP II jõuab DNA-l geeni lõpuni ehk terminaatorini (protsess nimega terminatsioon). RNAP II laseb DNAst lahti ning RNA molekul vabaneb.

Promootor

Eukarüootse RNAP II-st sõltuv promootor sisaldab tavaliselt TATA-elementi, mille nukleotiidseks järjestuseks on TATAAA. Selle järjestuse tunneb ära TBP (TATA-binding protein). Lisaks sisaldab promootor B recognition elementi (BRE), mille tunneb ära üldine transkriptsioonifaktor TFIIB. TATA ja BRE on üldjuhul lähedal transkriptsiooni alguskohale, jäädes sellest 30–40 aluspaari kaugusele.

Initiator element (Inr), mis kattub transkriptsiooni alguskohaga, on TATA-elemendiga sarnase funktsiooniga. Teisisõnu, kui promootoril puudub TATA-element, siis tehakse promootori asukoht kindlaks Inr elementi kasutades. Kui TATA-element on olemas, võimendab Inr promootorit.

Neljas levinud element on DPE (downstream promoter element). Inr ja DPE koos tunneb ära üldine transkriptsioonifaktor TFIID. On näidatud, et transkriptsiooni toimumiseks on vajalik mõlema elemendi olemasolu ja oluline on elementide kaugus teineteisest. DPE puudub pagaripärmil (Saccharomyces cerevisiae).

Subühikud

Nii inimese kui pärmi RNAP II sisaldab 12 subühikut, teistel organismidel jääb see 10 ja 12 vahele. RPB4 ja RPB9 ei ole elutähtsad pärmi kasvatamisel laboris, kuid ilma nendeta ei ela pärm üle stressitingimusi. Subühikud RPB1, RPB2, RPB3, RPB4, RPB7, RPB9 ja RPB11 on omased ainult RNAP II-le. RPB5, RPB6, RPB8, RPB10 ja RPB12 ei ole unikaalsed RNAP II subühikud vaid on omased ka kahele teisele RNA polümeraasi tüübile. CTD (RPB1 C-terminaalne domeen ehk CTD) osalised kärped või tingimuslikud mutatsioonid (conditional mutation) mõnes muus tähtsas subühikus võivad põhjustada külma- ja soojatundlikkust ning inositooli (B8-vitamiin) auksotroofiat.
 RPB1 – suurim subühik. Koos RPB2ga moodustab polümeraasi aktiivtsentri polümeraasi südamikus. RPB1 on osa polümeraasi südamikust (core), mis moodustab keskmise suure lõhe (cleft); klambri elemendist (clamp) mis liigub nii, et sulgeb või avab lõhe; lõugadest (jaws), mis püüavad kinni DNA. RPB1 CTDl, nimetatakse ka sabaks, fosforüleeritakse Ser2 ja Ser5, et transkriptsioon saaks jätkuda (elongatsioon). CTD, kuhu seonduvad üldised transkriptsioonifaktorid ja hiljem ka posttranskriptsioonilist modifitseerimist läbi viivad valgud, koosneb seitsme aminohappe (YSPTSPS) kordustest. Inimesel kodeerib valku geen POLR2A ja pärmil RPO21.
 RBP2 – suuruselt teine subühik. Koos RPB1ga moodustab aktiivtsentri polümeraasi südamikus, klambri elemendist ja lõugadest. Inimesel kodeerib valku geen POLR2B ja pärmil RPB2.
 RPB3 – suuruselt kolmas subühik. On osa polümeraasi südamikust ning klambri elemendist.
 RPB4 – moodustab kompleksi RPB7 subühikuga, mis seondub RPB1, RPB2 ja RPB6 moodustatud taskusse klamber elemendi allosas. Arvatavasti põhjustab see kompleks klambri suletud vormi ja ei lase kaheahelalist DNAd aktiivtsentrisse. Kompleks seob üheahelalist DNAd ja RNAd. RPB4/RPB7 kompleks on vajalik promootoralalt trankskriptsiooni initsiatsiooniks, elongatsiooniks ja terminatsiooniks, kuid ei mängi mingit rolli eelinitsiatsioonikompleksi tekkimisel. FCP1, mis on ainuke teadaolev CTD spetsiifiline fosfataas, seondub RNAP II-le RPB4/RPB7 vahendusel. RPB4 osaleb DNA kahjustuste kõrvaldamisel tranksribeeritud ahelas. RPB4 on vajalik optimaalsetes keskkonnatingimustes, kuid on hädavajalik külma- ja kuumašokis ning toitainete puudumisel, samuti seostatakse seda statsionaarse faasi ja sporulatsiooni taastumisega. RPB4 osaleb mRNA lagundamises ja stressi tingimustes mRNA transpordis tsütoplasmasse. RPB4 reguleerib TCRi (transcription coupled NER).
 RPB5 – osa alumisest lõuast, ümbritseb keskmist suurt lõhet. Arvatakse, et mängib peamist rolli sissetuleva DNA kinnipüüdmisel.
 RPB6 – osa klambri elemendist. Moodustab koos RPB1 ja RPB2ga tasku, kuhu seondub RPB4/RPB7 kompleks.
 RPB7 – moodustab kompleksi RPB4ga.
 RPB8 – raku elujõulisuseks vajalik, kuid funktsioon on endiselt teadmata.
 RPB9 – osa ülemisest lõuast, ümbritseb keskmist suurt lõhet. RPB9 osaleb sissetuleva DNA kinnipüüdmisel, transkriptsiooni elongatsiooni regulatsioonil, DNA parandamisel transkriptis ning vahendab TCRi.
 RPB10 – osa polümeraasi südamikust.
 RPB11 – osa polümeraasi südamikust. Osaleb arvatavasti transkriptsiooni terminatsioonis.
 RPB12 – osa polümeraasi südamikust.

Alfaamanitiin
Alfaamanitiin on tsükliline oktapeptiid, mis koosneb kaheksast aminohappest. Tegu on tõenäoliselt kõige mürgisema amatoksiiniga, mis seondudes RNAP II-ga, inhibeerib transkriptsiooni.

Amatoksiine leidub valges ja rohelises kärbseseenes.

Mürgisus on eriti ohtlik oma peiteaja tõttu. "Esimesed nähud ehk iiveldus, oksendamine, kõhuvalu ja -lahtisus ilmnevad enamasti alles 6–8 tundi pärast seente söömist. Seejärel inimese enesetunne näiliselt paraneb, kuid 24–72 tunni pärast tekivad mürgistuse teises järgus maksa- ja neerukahjustused."

Surmaga võib mürgistus lõppeda juba üheainsa seene söömisel. Letaalseks osutub tavaliselt 0,1 mg alfaamanitiini ühe kg kehakaalu kohta. Surmavaks asjaoluks on neerude ja maksa kahjustus. Ellujäänud vajavad maksasiirdamist.

Vaata ka
RNA polümeraas

Viited

Valgud
Geneetika