RNA-Polymerase

RNA-Polymerase bezeichnet ein Enzym das die Bildung von Phosphodiesterbindungen katalysiert und ein neues mRNA-Molekül polymerisiert, das genau komplementär zu dem als Vorlage verwendeten DNA-Strang ist.

Bevor die RNA-Synthese beginnt, muss RNAP II die Promotor-Clearance-Phase durchlaufen, den Übergang zwischen Transkriptionsinitiierung und Elongation. Während dieser Phase wird der Komplex, der die Polymerase unterstützt, in seiner Proteinzusammensetzung massiv umgestaltet. Die meisten der ursprünglichen Transkriptionsfaktoren werden freigesetzt oder auf dem Promotor belassen, während sich neue Hilfsproteine an der Polymerase anlagern, wodurch der RNAPII-Transkript-Elongationskomplex entsteht. Die Elongationsphase ist mechanisch anspruchsvoll, und die RNAP erreicht einen erfolgreichen Start nur, wenn ein stabiler Elongationskomplex gebildet wird und die ersten 8-9 Basen transkribiert werden. Serinphosphorylierungen an der C-terminalen Domäne der RNA-Polymerase und Histonmodifikationen steuern die dynamische und wechselnde Zusammensetzung der Transkriptionsmaschinerie, während sie sich entlang des Genkörpers fortbewegt. Während der Elongation müssen die RNA-Polymerasen prozessiv sein, und sobald sie ein RNA-Molekül beginnen, müssen sie es beenden, ohne sich von der Vorlage zu lösen.

Um diese grundlegende Notwendigkeit zu gewährleisten, enthält die Transkriptionsmaschinerie alle Faktoren, die es der Polymerase ermöglichen, die physikalischen Barrieren zu überwinden, die durch die DNA-Supercoiling und ihre Komplexbildung in Nukleosomen, der wichtigsten kinetischen Barriere für die Weiterentwicklung der RNA-Polymerase in Eukaryonten, entstehen. Nukleosomen stellen innerhalb von Genen ein Hindernis sowohl für eine angemessene Transkription als auch für eine unangemessene Initiierung dar.

Die kryoelektronenmikroskopischen Strukturen von RNAP II-Nukleosom-Komplexen zeigen, dass das Enzym an vier verschiedenen Positionen um das Nukleosom herum festsitzt, die den wichtigsten Histon-DNA-Kontaktstellen entsprechen. Der zugängliche Zustand des stromaufwärts gelegenen Chromatins kann mit der Passage der Transkriptionsmaschinerie schrittweise in repressives Chromatin umgewandelt werden, um parasitäre Transkriptionsstarts zu vermeiden, die sich negativ auf die effizienten und fein regulierten Genexpressionsprogramme auswirken würden. Diese Vorgänge beinhalten eine umfangreiche Verarbeitung von Histonschwanzmodifikationen: Die Transkription wird durch die dynamischen epigenetischen Markierungen reguliert, wobei Radiergummis und Modifikatoren zusammen mit dem RNAP entlang des Genkörpers wirken.