ARN polimerasa III
Enzima que transcribe el ADN en pequeños ARN.

En las células eucariotas, la ARN polimerasa III (también llamada Pol III ) es una proteína que transcribe el ADN para sintetizar ARN ribosómico 5S , ARNt y otros ARN pequeños.

Los genes transcritos por la ARN polimerasa III pertenecen a la categoría de genes "de mantenimiento" cuya expresión es necesaria en todos los tipos de células y en la mayoría de las condiciones ambientales. Por lo tanto, la regulación de la transcripción de la ARN polimerasa III está vinculada principalmente a la regulación del crecimiento celular y del ciclo celular y, por lo tanto, requiere menos proteínas reguladoras que la ARN polimerasa II . Sin embargo, en condiciones de estrés, la proteína Maf1 reprime la actividad de la ARN polimerasa III. [1] La rapamicina es otro inhibidor de la ARN polimerasa III a través de su diana directa TOR. [2]

Transcripción

El proceso de transcripción (por cualquier polimerasa) implica tres etapas principales:

  • Iniciación, que requiere la construcción del complejo de ARN polimerasa en el promotor del gen.
  • Elongación, la síntesis de la transcripción del ARN.
  • Terminación, finalización de la transcripción del ARN y desmontaje del complejo ARN polimerasa

Iniciación

La Pol III es inusual (en comparación con la Pol II) porque no requiere secuencias de control aguas arriba del gen, y en su lugar normalmente depende de secuencias de control internas (secuencias dentro de la sección transcrita del gen, aunque ocasionalmente se observan secuencias aguas arriba; por ejemplo, el gen snRNA U6 tiene una caja TATA aguas arriba como se observa en los promotores de la Pol II).

Existen tres clases de iniciación de Pol III, correspondientes a la iniciación de ARNr 5S, ARNt y ARNsn U6. En todos los casos, el proceso comienza con la unión de factores de transcripción a secuencias de control y termina con el reclutamiento de TFIIIB ( factor de transcripción de la polimerasa III B ) al complejo y el ensamblaje de Pol III. TFIIIB consta de tres subunidades: proteína de unión a TATA (TBP), un factor relacionado con TFIIB ( BRF1 , o BRF2 para la transcripción de un subconjunto de genes transcritos por Pol III en vertebrados) y una unidad B-double-prime ( BDP1 ). La arquitectura general tiene similitudes con la de Pol II. [3]

Clase I

Etapas típicas de la iniciación del gen ARNr 5S (también denominado clase I):

  • TFIIIA ( factor de transcripción de la polimerasa III A ) se une a la secuencia de control del ARNr 5S intragénico (que se encuentra dentro de la secuencia de ADN transcrito), el bloque C (también denominado caja C).
  • TFIIIA sirve como una plataforma que reemplaza los bloques A y B para posicionar TFIIIC en una orientación con respecto al sitio de inicio de la transcripción que es equivalente a lo que se observa para los genes de ARNt.
  • Una vez que TFIIIC se une al complejo TFIIIA-ADN, el ensamblaje de TFIIIB continúa como se describe para la transcripción del ARNt.

Clase II

Etapas típicas en la iniciación de un gen de ARNt (también denominado clase II):

  • TFIIIC ( factor de transcripción de la polimerasa III C ) se une a dos secuencias de control intragénicas (que se encuentran dentro de la secuencia de ADN transcrita ), los bloques A y B (también denominados caja A y caja B).
  • TFIIIC actúa como un factor de ensamblaje que posiciona a TFIIIB para unirse al ADN en un sitio centrado aproximadamente 26 pares de bases aguas arriba del sitio de inicio de la transcripción.
  • El TFIIIB es el factor de transcripción que ensambla la Pol III en el sitio de inicio de la transcripción. Una vez que el TFIIIB se une al ADN, el TFIIIC ya no es necesario. El TFIIIB también desempeña un papel esencial en la apertura del promotor.

Clase III

Etapas típicas de la iniciación de un gen snRNA U6 (también denominado clase III) (documentado solo en vertebrados):

  • SNAPc ( complejo de proteína activadora de ARN SN ; subunidades: 1 , 2 , 3 , 4 , 5 ) ( también denominado PBP y PTF) se une al PSE ( elemento de secuencia proximal ) centrado aproximadamente 55 pares de bases aguas arriba del sitio de inicio de la transcripción. Este ensamblaje es estimulado en gran medida por los factores de transcripción Pol II Oct1 y STAF que se unen a un DSE (elemento de secuencia distal) similar a un potenciador al menos 200 pares de bases aguas arriba del sitio de inicio de la transcripción. Estos factores y elementos promotores son compartidos entre la transcripción Pol II y Pol III de los genes snRNA.
  • SNAPc actúa para ensamblar TFIIIB en una caja TATA centrada 26 pares de bases antes del sitio de inicio de la transcripción. Es la presencia de una caja TATA lo que especifica que el gen snRNA es transcrito por Pol III en lugar de Pol II.
  • El TFIIIB para la transcripción del ARNm sn U6 contiene un parálogo Brf1 más pequeño, Brf2.
  • El TFIIIB es el factor de transcripción que ensambla la Pol III en el sitio de inicio de la transcripción. La conservación de la secuencia predice que el TFIIIB que contiene Brf2 también desempeña un papel en la apertura del promotor.

Alargamiento

El TFIIIB permanece unido al ADN después de la iniciación de la transcripción por la Pol III, a diferencia de los factores σ bacterianos y la mayoría de los factores de transcripción basales para la transcripción de la Pol II. Esto conduce a una alta tasa de reiniciación transcripcional de los genes transcritos por la Pol III. Un estudio realizado en Saccharomyces cerevisiae encontró que la tasa promedio de elongación de la cadena era de 21 a 22 nucleótidos por segundo, siendo la más rápida de 29 nucleótidos por segundo. Estas tasas eran comparables a las tasas de elongación de la ARN polimerasa II encontradas en un estudio in vivo realizado en Drosophila. El análisis de los pasos individuales de la elongación de la cadena de ARN mostró que la adición de U y A a las cadenas de ARN terminadas en U era lenta. [4]

Terminación

La polimerasa III termina la transcripción en un pequeño tramo de poliUs (5-6). En eucariotas, no se requiere un bucle de horquilla , pero puede mejorar la eficiencia de terminación en humanos. [5] En Saccharomyces cerevisiae, se encontró que la terminación de la transcripción ocurrió en la secuencia T7GT6 y fue progresiva. La presencia de transcripciones con cinco, seis y siete residuos U y la lectura lenta del tramo T7 sugieren que la incorporación de una sola G en la cadena de ARN sirvió para restablecer las tasas de elongación, ya sea total o sustancialmente. [4]

ARN transcritos

Los tipos de ARN transcritos por la ARN polimerasa III incluyen: [6]

Papel en la reparación del ADN

La ARN polimerasa III parece ser esencial para la reparación recombinacional homóloga de roturas de doble cadena de ADN . [8] La ARN polimerasa III cataliza la formación de un híbrido transitorio de ARN-ADN en roturas de doble cadena, un paso intermedio esencial en la reparación de roturas de doble cadena mediada por recombinación homóloga. [8] Este paso protege la cadena de ADN sobresaliente 3' de la degradación. [8] Después de que se forma el intermedio híbrido transitorio de ARN-ADN, la cadena de ARN es reemplazada por la proteína RAD51 , que luego cataliza el paso de invasión de ssADN de la recombinación homóloga.

Véase también

Referencias

  1. ^ Vannini, Alessandro; Ringel, Rieke; Kusser, Anselm G.; Berninghausen, Otto; Kassavetis, George A.; Cramer, Patrick (2010). "Base molecular de la represión de la transcripción de la ARN polimerasa III por Maf1". Cell . 143 (1): 59–70. doi : 10.1016/j.cell.2010.09.002 . hdl : 11858/00-001M-0000-0015-820B-0 . ISSN  0092-8674. PMID  20887893.
  2. ^ Lee, JaeHoon; Moir, Robyn D.; Willis, Ian M. (8 de mayo de 2009). "La regulación de la transcripción de la ARN polimerasa III implica ramas dependientes e independientes de SCH9 de la vía de la diana de la rapamicina (TOR)". Journal of Biological Chemistry . 284 (19): 12604–12608. doi : 10.1074/jbc.c900020200 . ISSN  0021-9258. PMC 2675989 . PMID  19299514. 
  3. ^ Han, Yan; Yan, Chunli; Fishbain, Susan; Ivanov, Ivaylo; Él, Yuan (2018). "Visualización estructural de las maquinarias de transcripción de la ARN polimerasa III". Descubrimiento celular . 4 : 40. doi : 10.1038/s41421-018-0044-z. PMC 6066478 . PMID  30083386. 
  4. ^ ab Matsuzaki, H.; Kassavetis, GA; Geiduschek, EP (28 de enero de 1994). "Análisis de la elongación y terminación de la cadena de ARN por la ARN polimerasa III de Saccharomyces cerevisiae". Journal of Molecular Biology . 235 (4): 1173–1192. doi :10.1006/jmbi.1994.1072. ISSN  0022-2836. PMID  8308883.
  5. ^ Verosloff, M; Corcoran, W; Dolberg, T; Leonard, J; Lucks, J (2020). "Secuencia de ARN y determinantes estructurales de la terminación transcripcional de Pol III en células humanas" (PDF) . bioRxiv . doi :10.1101/2020.09.11.294140. S2CID  221713150.
  6. ^ Dieci, Giorgio; Fiorino, Gloria; Castelnuovo, Manuele; Teichmann, Martín; Pagano, Aldo (2007). "El transcriptoma de la ARN polimerasa III en expansión". Tendencias en Genética . 23 (12): 614–622. doi :10.1016/j.tig.2007.09.001. ISSN  0168-9525. PMID  17977614.
  7. ^ Pagano, Aldo; Castelnuovo, Manuele; Tortelli, Federico; Ferrari, Roberto; Dieci, Giorgio; Cancedda, Ranieri (2007-02-02). "Nuevas unidades transcripcionales pequeñas de ARN nuclear similares a genes como fuentes de transcripciones reguladoras". PLOS Genetics . 3 (2): e1. doi : 10.1371/journal.pgen.0030001 . ISSN  1553-7404. PMC 1790723 . PMID  17274687. 
  8. ^ abc Liu, Sijie; Hua, Yu; Wang, Jingna; Li, Lingyan; Yuan, Junjie; Zhang, Bo; Wang, Ziyang; Ji, Jianguo; Kong, Daochun (2021). "La ARN polimerasa III es necesaria para la reparación de roturas de doble cadena de ADN mediante recombinación homóloga". Cell . 184 (5): 1314–1329.e10. doi : 10.1016/j.cell.2021.01.048 . PMID  33626331.
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