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Enthüllung der Geheimnisse der RNA-Polymerase III: Wie reguliert man die Transkriptionsaktivität unter Stress?
In eukaryontischen Zellen ist die RNA-Polymerase III (kurz Pol III) ein Schlüsselprotein, das für die Transkription von DNA verantwortlich ist, um ribosomale 5S-RNA, Transfer-RNA (tRNA) und andere kleine RNAs zu synthetisieren. Diese von Pol III transkribierten Gene sind „alltägliche“ Gene, was bedeutet, dass ihre Expression für alle Zelltypen und die meisten Umweltbedingungen erforderlich ist. Daher hängt die Regulierung der Pol III-Transkription hauptsächlich mit dem Zellwachstum und dem Zellzyklus zusammen und erfordert weniger regulatorische Proteine als die RNA-Polymerase II. Unter Stressbedingungen hemmt das Maf1-Protein jedoch die Pol III-Aktivität, während Rapamycin die Pol III-Aktivität hemmt, indem es direkt auf TOR abzielt.
Der Transkriptionsprozess ist in drei Hauptphasen unterteilt: Initiierung, Verlängerung und Beendigung.
Transkriptionsprozess
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Der Initiationsprozess von Pol III ist im Vergleich zu Pol II etwas Besonderes, da er keine regulatorischen Sequenzen stromaufwärts des Gens erfordert, sondern normalerweise auf internen Kontrollsequenzen beruht, d. h. Sequenzen, die sich innerhalb des transkribierten Absatzes befinden. Zu den Schlüsselfaktoren im Initiierungsprozess gehört TFIIIB (Polymerase-III-Transkriptionsfaktor B), der aus drei Untereinheiten besteht: TATA-bindendes Protein (TBP), einem TFIIB-verwandten Faktor (BRF1 oder BRF2 mit flacher Periode) und einer doppelt optimalen B-Einheit (BDP1).
TFIIIB spielt eine Rolle beim Zusammenbau von Pol III während der Initiation und stellt dessen korrekte Positionierung an der Startstelle der Transkription sicher.
Klasse I, II und III
Der Initiationsprozess von Pol III wird normalerweise in drei Kategorien unterteilt, die der Transkription von 5S-rRNA, tRNA und U6-snRNA entsprechen. Während dieser Prozesse binden bestimmte Transkriptionsfaktoren zunächst an Kontrollsequenzen und TFIIIB wird anschließend in den Komplex rekrutiert. Sobald TFIIIB bindet, initiiert Pol III die RNA-Transkription.
Erweiterung
In der Transkriptionsverlängerungsphase von Pol III bleibt TFIIIB nach Beginn der Transkription an die DNA gebunden, was zu einer hohen Neustartrate für von Pol III transkribierte Gene führt. Eine Studie an Hefe (Saccharomyces cerevisiae) zeigte, dass die durchschnittliche Geschwindigkeit der Kettenverlängerung etwa 21 bis 22 Nukleotide pro Sekunde beträgt, wobei die schnellste Geschwindigkeit 29 Nukleotide erreicht. Diese Daten belegen die effiziente Leistung von Pol III bei der RNA-Kettenverlängerung.
Terminierung
Die Transkription durch Polymerase III wird nach der Streckung eines kleinen PolyU beendet. In Eukaryoten ist das Vorhandensein einer Haarnadelschleife zwar nicht erforderlich, kann aber die Terminationseffizienz verbessern. Studien an Hefe haben ergeben, dass die Transkription an bestimmten Sequenzen beendet wird. Dieser Befund unterstreicht den Einfluss struktureller Sequenzeigenschaften auf den Terminationsprozess während der Transkription.
Zu den von der RNA-Polymerase III transkribierten RNA-Typen gehören: Transfer-RNA, 5S-ribosomale RNA, U6-Spleißosom-RNA usw.
Funktion von RNA
Durch RNA-Polymerase III transkribierte RNA weist zahlreiche Funktionen auf, darunter wichtige Rollen bei der Proteinsynthese und Genregulation. Diese RNAs funktionieren nicht nur aufgrund ihrer Struktur, sondern sind auch an der Übertragung einiger Zellsignale beteiligt und für die physiologischen Prozesse der Zellen von entscheidender Bedeutung.
Rolle bei der DNA-Reparatur
Neueste Studien haben gezeigt, dass die RNA-Polymerase III auch eine entscheidende Rolle im DNA-Reparaturprozess spielt, insbesondere bei der Reparatur von DNA-Doppelstrangbrüchen durch homologe Rekombination. Zu den Aufgaben von Pol III gehört es, die Bildung von RNA-DNA-Hybriden zu fördern, ein Prozess, der für den Schutz der DNA-Enden vor Abbau wichtig ist.
Mit einem tieferen Verständnis der Funktion der RNA-Polymerase III haben wir die komplexe Rolle dieses Enzyms in Zellen bei der Bewältigung von Stress und der Aufrechterhaltung der genetischen Stabilität entdeckt. Da viele ungelöste Rätsel nach und nach ans Licht kommen, lässt dies die Menschen darüber nachdenken, ob die RNA-Polymerase III in der zukünftigen biomedizinischen Forschung ein größeres Potenzial haben wird.
