В клетках эукариот синтез РНК осуществляют три ядерныхРНК-полимеразы:

a) РНК-полимераза I транскрибирует гены рРНК - 18S, 28Sи 5,8S:

b) РНК-полимераза II транскрибирует гены иРНК:

с) РНК-полимераза IIIтранскрибирует гены тРНК, 5SрРНК имяРНК.

РНК-полимеразы эукариот в отличие от РНК-полимераз прокариот не способны самостоятельно инициировать синтез РНК. Толькопри наличии особых белков - факторов транскрипции - они приобретают способность осуществлять данный процесс.Кроме ядерных РНК-полимераз у эукариот в митохондриях ихлоропластах присутствуют другие РНК-полимеразы.

РНК-полимераза I

РНК-полимераза I эу кариот является большим ферментом, состоящим не менее чем. из 11 субъединиц, и транскрибиру ющим генырРНК. Гены рРНК представлены в геноме клетки большим числомкопий и кодируют три наиболее кру пных рРНК - 18S, 5.8 Sи 28S.Гены рРНК расположены в виде серии тандемных повторов,отделенных друт от друга спейсером (рис. 4.7). В конце спейсера находится сайт терминации (Т), он же отвечает и за реиннциацию синтеза нового транскрипта. После освобождения транскрипта в сайтетерминации РНК-полимераза I остается связанной с ДНК, и затемпри у частии белкового фактора начинает синтез нового транскрипта.В спейсере имеются энхансеры (40 - 60 п.н.), активирующие транскрипцию в десятки раз. Степень активации пропорциональна числуэнхансеров.

Рибосомные гены транскрибируются в ядрышках ввиде единого 45S-PHKтранскрипта (13000 ну клеотидов). После синтеза 45S-PHK расщепляется с образованием 28S-PHK(окало 5000нуклеотидов), 18S-PHK (около 2000 нуклеотидов) и 5.8S-PHK(около160 нуклеотидов).Транскрипция генов рРНК соответствует 50 - 70 % от общегообъема клеточной транскрипции.У человека гаплоидные клетки содержат окало 200 геновpPНK, которые распределены в виде небольших кластеров по пятихромосомам.5SрРНК кодируется другими генами и транскрибируется РНК-полимеразой III.

РНК-полимераза II

РНК-полимераза II ответственна за синтез иРНК и состоит изболее, чем 10 субъединиц. Тем не менее, она не в состоянии самостоятельно осуществлять транскрипцию. Для ее работы требуетсядополнительно десятки белковых молекул, так называемых факторовтранскрипции.

В узнаваемом РНК-полимеразой II промоторе в пределах 100-200 п.н. перед стартом транскрипции обнаружены каноническиенуклеотидные последовательности: TATA, СААТ, GС -блоки и др.(рис. 4.8). В различных промоторах могут присутствовать разныеблоки, расположенные в различном порядке относительно друг другаи на разных расстояниях от точки начала транскрипции. Неодинаковая структура промоторов обуславливает различия в экспрессии генов.

Точка начала

транскрипции

Рис. 4.8. Условная схема расположения нуклеотидных последовательностей в промоторах для РНК-полимеразы II

Особую роль в регуляции скорости транскрипции играют полинуклеотидные последовательности - энхансеры и сайленсеры. Сэнхансерами взаимодействуют белки-активаторы, которые, контактируя с РНК-полимеразой, активируют ее. в результате транскрипциягенов усиливается . С сайленсерами же взаимодействуютбелки-ингибиторы, оказывающие тормозящие действие на активность РНК-полимеразы и снижающие. Энхансеры могут занимать различное положение относительногена. Чаще они располагаются перед геном за несколько сот и дажеза несколько тысяч п.н. В то же время энхансеры обнаружены в нитронах. Иногда они находятся за геном. Свойствами энхансера могутобладать икодирующие последовательности. В некоторых случаяхинтенсивность транскрипции гена может контролироваться несколькими энхаисерами. Граница энхансера бывает размыта – удалениенуклеотидных последовательностей постепенно снижает его активность. Однако энхансеры могут содержать блоки, мутации в которыхрезко снижают их активность. Энхансеры можно переносить от одного гена к другому.Энхансеры в зависимости от регуляторного фактора могут вести себя как сайленсеры.Организация сайленсеров имеют много общего с организациейэнхансеров.

РНК-полимеразы III

РНК-полимераза III транскрибирует гены 5SрРНК, тРПК и нескольких мяРНК. Эти три класса генов используют свои собственныеклассы промоторов. Промоторы, узнаваемые РНК-полимеразой III,находится внутри генов тРНК и 5SрРНК. В случае генов тРНК промоторы состоят из двух блоков: 1-й блок начинается через 8-30 п.н.после точки начала транскрипции и представлен в усредненном видепоследовательностью TGGCNNAGTGG, 2-й блок находится на расстоянии +51...+72 и его усредненная последовательность -GGTTCGANNCC (N- любой нуклеотид).Что касается генов, кодирующих мяРНК, то их промоторы расположены перед точкой начала транскрипции. У большинства геновэтого класса промоторы состоят из ТАТА-блока с центром в положении -30 и из второго блока с центром в положении -60.

Транскрипция генов класса I. К генам класса I относятся гены рРНК. У большинства эукариот в состав рибосом входят 18S рРНК, 28S рРНК, 5,8S рРНК, 5S рРНК. Все эти рРНК, кроме 5S рРНК транскрибируются РНК-полимеразой I. Число генов, кодирующих рРНК, колеблется от сотен до нескольких тысяч в зависимости от вида эукариот. На долю генов класса I приходится половина общей транскрипционной активности в большинстве клеток эукариот. Гены рРНК находятся в одной или нескольких хромосомах (у человека около 200 генов рРНК, расположенных в 13, 14, 15, 21 и 22 хромосомах). В этих хромосомах расположены области с характерной морфологией, названные ядрышковыми организаторами, в которых и располагаются гены рРНК. Гены рРНК практически всех эукариот построены в виде длинных повторов типа «голова к хвосту». Как правило, кодирующие области генов 18S, 5,8S, и 28S рРНК сгруппированы в указанном порядке в одну транскрипционную единицу (кластер). Каждый кластер имеет длину от 7 до 14 т.н.п. (в зависимости от вида) и отделен от других кластеров межгенным спейсером, длина которого у разных видов значительно различается, но в пределах одного вида относительно постоянна. Единица трнскрипции начинается от области межгенного спейсера на 5׳-конце и заканчивается в разных сайтах межгенного спейсера за областью, кодирующей 28S рРНК. Кодирующие области генов рРНК у разных видов являются консервативными, а длина и нуклеотидные последовательности межгенных спейсеров сильно различаются от вида к виду. После завершения транскрипции происходит созревание про-рРНК (процессинг). Для рРНК он заключается в нарезании первичного транскрипта эндонуклеазами, и вышеплении зрелых рРНК при участии мяРНК (они взаимодействуют с пограничными участками спейсерных последовательностей в молекуле – предшественнике рРНК). Кроме того, происходит сплайсинг интрона в последовательности 28S рРНК. Сигналы инициации транскрипции генов рРНК видоспецифичны (т.е. свои для каждого вида).. С этими последовательностями связываются соответствующие регуляторные белки, которые облегчают связывание РНК-полимеразы. Терминация транскрипции генов рРНК осуществляется в сайте, расположенном примерно на 200 н.п. (и более) левее последовательности 28S рРНК, находящейся на 3׳-конце кластера. Выявлены специфические последовательности, служащие сигналом к окончанию транскрипции. Они несколько отличаются у разных видов. У человека предположительно такая поледовательность выглядит следующим образом: 5׳-ГГГТТГАССА-3׳. Есть данные, что терминация в указанном сайте происходит при связывании белковых факторов транскрипции. Транскрипция генов класса III. Гены разных тРНК (в эукариотических клетках насчитывается 40 – 60 основных типов тРНК) также часто сгруппированы в кластеры, расположенные в разных хромосомах. У человека на гаплоидный геном приходится 1300 генов тРНК (по 10 – 20 копий для каждой тРНК). Характер организации генов тРНК в составе блоков сильно варьирует у разных организмов. Расположение генов тРНК в кластерах не столь регулярно, как в случае рибосомных генов: направление транскрипции близлежащих генов бывает противоположным, а гены могут быть разделены промежутками, включающими 100 – 150, а иногда и несколько тысяч нуклеотидных пар. Природа и функции участков ДНК, разделяющих гены тРНК, не выяснены. Промотор гена тРНК располагается внутри кодирующей последовательности и имеет два района (А- и В-боксы), необходимые для правильной и эффективной транскрипции. А-бокс локализован в области от +10 до +20 н.п., а В-бокс – между парами оснований +50 и +65. Канонические последовательности А- и В-боксов имеют вид: 5׳-ТГГЦNNАГТГГ-3׳ и 5׳-ГГТЦСГАNNЦ-3׳ (N – любой нуклеотид). Расстояние между А- и В-боксами составляет 50 н.п. В транскрипции генов тРНК участвуют факторы TFIIIA, TFIIIB, TFIIIC и т.д. В генах тРНК многих организмов имеется один интрон размером от 14 до 60 н.п. (в зависимости от вида тРНК). Он всегда локализуется в одном и том же месте у разных тРНК: через один нуклеотид от 3׳-конца антикодона. Единый транскрипт подвергается процессингу: нарезается эндонуклеазами и подравнивается экзонуклеазами. Интрон вышепляется при сплайсинге. Для терминации используются специальные последовательности на 3׳-конце, содержащие остатки тимина.