بوليميراز الحمض النووي الريبي II

إن بوليميراز الحمض النووي الريبي II ( RNAP II و Pol II ) هو مُركّب بروتيني مُتعدد يقوم بنسخ الحمض النووي (DNA) إلى طليعة الحمض النووي الريبي الرسول (mRNA) ومعظم الحمض النووي الريبي النووي الصغير (snRNA) والحمض النووي الريبي الميكروي (microRNA) . ^{[ 1 ] [ 2 ]} وهو أحد إنزيمات بوليميراز الحمض النووي الريبي الثلاثة الموجودة في نواة الخلايا حقيقية النواة . ^{[ 3 ]} يُعد RNAP II، وهو مُركّب بوزن 550 كيلو دالتون ويتكون من 12 وحدة فرعية، أكثر أنواع بوليميراز الحمض النووي الريبي دراسةً. ويتطلب ارتباطه بمُحفّزات الجينات في المنطقة المُجاورة وبدء عملية النسخ وجود مجموعة واسعة من عوامل النسخ .

أشارت الدراسات المبكرة إلى وجود نوعين على الأقل من بوليميرازات الحمض النووي الريبوزي (RNAP): أحدهما يُصنّع الحمض النووي الريبوزي الريبوسومي (rRNA) في النوية ، والآخر يُصنّع أنواعًا أخرى من الحمض النووي الريبوزي في النواة ، وهي جزء من النواة يقع خارج النوية. ^{[ 5 ]} في عام 1969، اكتشف عالما الكيمياء الحيوية روبرت ج. رويدر وويليام روتر وجود ثلاثة أنواع متميزة من بوليميرازات الحمض النووي الريبوزي النووية، بالإضافة إلى بوليميراز مسؤول عن نسخ نوع من الحمض النووي الريبوزي في النواة. ^{[ 6 ]} وقد تم التوصل إلى هذا الاكتشاف باستخدام كروماتوغرافيا التبادل الأيوني عبر خرز سيفادكس المغطى بـ DEAE . فصلت هذه التقنية الإنزيمات وفقًا لترتيب عمليات الإذابة، I، III، III، عن طريق زيادة تركيز كبريتات الأمونيوم. وسُميت الإنزيمات وفقًا لترتيب عمليات الإذابة، RNAP I ، RNAP II، RNAP III . ^{[ 3 ]} أظهر هذا الاكتشاف وجود إنزيم إضافي في النواة، مما سمح بالتمييز بين RNAP II و RNAP III. ^{[ 7 ]}

يخضع بوليميراز الحمض النووي الريبي الثاني (RNAP2) لتوقف مؤقت منظم أثناء عملية الاستطالة المبكرة. وقد أظهرت دراسات عديدة أن اضطراب استطالة النسخ له دور في الإصابة بالسرطان ، والتنكس العصبي ، وفترة كمون فيروس نقص المناعة البشرية، وغيرها. ^{[ 8 ]}

تم تنقية بوليميراز الحمض النووي الريبي الأساسي II في حقيقيات النوى لأول مرة باستخدام فحوصات النسخ. [ 10 ^{] يتكون الإنزيم} المنقى عادةً من 10-12 وحدة فرعية (12 في الإنسان والخميرة) وهو غير قادر على التعرف على المحفزات النوعية. ^{[ 11 ]} وقد تم التعرف على العديد من التفاعلات بين الوحدات الفرعية. ^{[ 12 ]}

• الوحدة الفرعية RPB1 من بوليميراز الحمض النووي الريبي II الموجه بالحمض النووي - وهو إنزيم يُشفَّر في البشر بواسطة جين POLR2A وفي الخميرة بواسطة جين RPO21. تُعد RPB1 أكبر وحدة فرعية من بوليميراز الحمض النووي الريبي II. تحتوي على نطاق طرفي كربوكسيلي (CTD) يتكون من 52 تكرارًا سباعي الببتيد (YSPTSPS) ضرورية لنشاط البوليميراز. ^{[ 13 ]} اكتُشف النطاق الطرفي الكربوكسيلي لأول مرة في مختبر سي جيه إنجلز بجامعة تورنتو، ومن قِبل جيه إل كوردن بجامعة جونز هوبكنز . تشكل الوحدة الفرعية RPB1، بالاشتراك مع العديد من الوحدات الفرعية الأخرى للبوليميراز، نطاق ارتباط الحمض النووي للبوليميراز، وهو أخدود تُنسخ فيه قالب الحمض النووي إلى الحمض النووي الريبي. ^{[ 14 ]} تتفاعل بقوة مع RPB8. ^{[ 12 ]}
• RPB2 ( POLR2B ) - ثاني أكبر وحدة فرعية تشكل بالاشتراك مع وحدتين فرعيتين أخريين على الأقل من البوليميراز بنية داخل البوليميراز تحافظ على الاتصال في الموقع النشط للإنزيم بين قالب الحمض النووي DNA والحمض النووي RNA المصنّع حديثًا. ^{[ 15 ]}
• RPB3 ( POLR2C ) – ثالث أكبر وحدة فرعية. يوجد على شكل ثنائي غير متجانس مع وحدة فرعية أخرى من البوليميراز، POLR2J، ليشكلا معًا وحدة فرعية أساسية. يتفاعل RPB3 بقوة مع RPB1-5 و7 و10-12. ^{[ 12 ]}
• الوحدة الفرعية B4 من بوليميراز الحمض النووي الريبي II (RPB4) - المشفرة بواسطة جين POLR2D ^{[ 16 ]} هي الوحدة الفرعية الرابعة الأكبر وقد يكون لها دور وقائي ضد الإجهاد.
• RPB5 – يُشفّر في البشر بواسطة جين POLR2E . يوجد جزيئان من هذه الوحدة الفرعية في كل بوليميراز RNA II. ^{[ 17 ]} يتفاعل RPB5 بقوة مع RPB1 وRPB3 وRPB6. ^{[ 12 ]}
• يشكل RPB6 ( POLR2F ) بنية مع وحدتين فرعيتين أخريين على الأقل تعمل على تثبيت بوليميراز النسخ على قالب الحمض النووي. ^{[ 18 ]}
• يُشفّر البروتين RPB7 بواسطة جين POLR2G ، وقد يلعب دورًا في تنظيم وظيفة البوليميراز. ^{[ 19 ]} يتفاعل RPB7 بقوة مع RPB1 وRPB5. ^{[ 12 ]}
• RPB8 ( POLR2H ) – يتفاعل مع الوحدات الفرعية RPB1-3 و 5 و 7. ^{[ 12 ]}
• RPB9 - يتكون الأخدود الذي يتم فيه نسخ قالب الحمض النووي إلى الحمض النووي الريبي من RPB9 ( POLR2I ) و RPB1.
• RPB10 – نتاج جين POLR2L . يتفاعل مع RPB1-3 و5، وبقوة مع RPB3. ^{[ 12 ]}
• RPB11 – تتكون الوحدة الفرعية RPB11 نفسها من ثلاث وحدات فرعية في البشر: POLR2J (RPB11-a) و POLR2J2 (RPB11-b) و POLR2J3 ^{[ 20 ]} (RPB11-c).
• RPB12 – يتفاعل أيضًا مع RPB3 وهو RPB12 ( POLR2K ). ^{[ 12 ]}

يشارك البروتين RPB3 في تجميع بوليميراز الحمض النووي الريبي II. ^{[ 21 ]} يظهر مُركّب فرعي من RPB2 وRPB3 بعد فترة وجيزة من تخليق الوحدات الفرعية. ^{[ 21 ]} يتفاعل هذا المُركّب لاحقًا مع RPB1. ^{[ 21 ]} تتفاعل البروتينات RPB3 وRPB5 وRPB7 مع بعضها لتكوين ثنائيات متجانسة، ويستطيع RPB3 وRPB5 معًا الاتصال بجميع الوحدات الفرعية الأخرى من RPB، باستثناء RPB9. ^{[ 12 ]} يرتبط RPB1 فقط بقوة مع RPB5. ^{[ 12 ]} تتصل الوحدة الفرعية RPB1 أيضًا بـ RPB7 وRPB10، وبشكل أضعف ولكن بكفاءة عالية مع RPB8. ^{[ ١٢ ]} بمجرد دخول RPB1 إلى المركب، يمكن لوحدات فرعية أخرى مثل RPB5 وRPB7 الدخول، حيث يرتبط RPB5 بـ RPB6 وRPB8، ويجلب RPB3 كلاً من RPB10 وRPB11 وRPB12. ^{[ ١٢ ]} قد يدخل RPB4 وRPB9 بمجرد اكتمال تجميع معظم أجزاء المركب. يشكل RPB4 مركباً مع RPB7. ^{[ ١٢ ]}

تستطيع الإنزيمات تحفيز ما يصل إلى عدة ملايين من التفاعلات في الثانية الواحدة. وتعتمد معدلات الإنزيم على ظروف المحلول وتركيز الركيزة. وكغيره من الإنزيمات، يمتلك إنزيم POLR2 منحنى تشبع وسرعة قصوى ( _Vmax ) . وله ثابت _{ميكايليس} (Km ) (تركيز الركيزة اللازم لنصف Vmax ) وثابت _{معدل التفاعل (kcat} ) ₍ عدد جزيئات الركيزة التي يتعامل معها موقع نشط واحد في الثانية). ويُعطى ثابت التخصص بالعلاقة ^kcat _/ ^Km _. الحد الأقصى النظري لثابت التخصص هو حد الانتشار الذي يتراوح بين 10⁸ ^و10⁹ ( M⁻¹ s⁻¹ ) ، حيث يؤدي كل تصادم بين الإنزيم وركيزته إلى التحفيز. في الخميرة، يمكن ^أن تؤدي الطفرة في نطاق حلقة الزناد لأكبر وحدة فرعية إلى تغيير حركية الإنزيم. ^{[ 22 ]}

إن إنزيم بوليميراز الحمض النووي الريبي البكتيري، وهو قريب من إنزيم بوليميراز الحمض النووي الريبي II، ينتقل بين حالتي التنشيط والتعطيل عن طريق التحرك ذهابًا وإيابًا على طول الحمض النووي. ^{[ 23 ]} تُنتج تراكيز مكافئة من النيوكليوتيدات ثلاثية الفوسفات ([NTP] _eq ) تساوي 10 ميكرومولار من GTP، و10 ميكرومولار من UTP، و5 ميكرومولار من ATP، و2.5 ميكرومولار من CTP، معدل استطالة متوسطًا، أي عدد دورات، يبلغ حوالي 1 زوج قاعدي (NTP) ^⁻¹ لإنزيم بوليميراز الحمض النووي الريبي البكتيري، وهو قريب من إنزيم بوليميراز الحمض النووي الريبي II. ^{[ 23 ]}

يخضع بوليميراز الحمض النووي الريبي II لتوقفات متزامنة طويلة أثناء استطالة النسخ. ^{[ 24 ] [ 25 ]} تبرز هذه التوقفات بشكل خاص عند النيوكليوسومات، وتنشأ جزئيًا من دخول البوليميراز في حالة تراجع غير قادرة على النسخ. ^{[ 24 ]} تتراوح مدة هذه التوقفات من ثوانٍ إلى دقائق أو أكثر، ويمكن لعوامل الاستطالة مثل TFIIS أن تعزز الخروج من التوقفات طويلة الأمد. ^{[ 26 ]} بدوره، يؤثر معدل النسخ على ما إذا كانت الهستونات الموجودة في النيوكليوسومات المنسوخة ستُطرد من الكروماتين، أو ستُعاد إدخالها خلف بوليميراز النسخ. ^{[ 27 ]}

إنزيم بوليميراز الحمض النووي الريبي II الكامل هو شكل من أشكال بوليميراز الحمض النووي الريبي II حقيقي النواة ، والذي يتم استقطابه إلى محفزات الجينات المشفرة للبروتينات في الخلايا الحية. ^{[ 11 ]} ويتكون من بوليميراز الحمض النووي الريبي II، ومجموعة فرعية من عوامل النسخ العامة ، وبروتينات تنظيمية تُعرف باسم بروتينات SRB.

يُشار إلى جزء من عملية تجميع الإنزيم الكامل باسم مُركّب ما قبل البدء ، لأن تجميعه يحدث على مُحفّز الجين قبل بدء عملية النسخ . ويعمل مُركّب الوسيط كجسر بين بوليميراز الحمض النووي الريبي II وعوامل النسخ.

هذا مخطط لآلية مثال لخلايا الخميرة التي تساعد من خلالها بنية الكروماتين وتعديل الهيستون بعد الترجمة على تنظيم وتسجيل نسخ الجينات بواسطة بوليميراز الحمض النووي الريبي II .

يُقدّم هذا المسار أمثلة على التنظيم عند نقاط النسخ هذه:

• مرحلة ما قبل البدء (التحفيز بواسطة Bre1، تعديل الهيستون)
• بدء العملية (التحفيز بواسطة TFIIH، وتعديل بوليميراز الحمض النووي الريبي II والتحفيز بواسطة COMPASS، وتعديل الهيستون)
• الاستطالة (الترويج بواسطة المجموعة 2، تعديل الهيستون)

يشير هذا إلى مراحل مختلفة من العملية باعتبارها خطوات تنظيمية. لم يثبت استخدامها لأغراض تنظيمية، ولكن من المرجح جدًا أنها كذلك.

يمكن تلخيص محفزات استطالة بوليميراز الحمض النووي الريبي الثاني في 3 فئات.

1. العوامل المتأثرة بالتوقف المعتمدة على الدواء/التسلسل (بروتينات متداخلة متنوعة)
2. العوامل الموجهة لبنية الكروماتين (معدلات ما بعد النسخ للهيستون، على سبيل المثال، ناقلات ميثيل الهيستون)
3. عوامل تحسين التحفيز لـ RNA Pol II (بروتينات متداخلة متنوعة وعوامل مساعدة Pol II؛ انظر بوليميراز الحمض النووي الريبي II).

• العوامل الموجهة لبنية الكروماتين: ( إنزيمات نقل ميثيل الهيستون ): COMPASS§† – ( مركب البروتينات المرتبطة بـ Set1 ) – يقوم بمثيلة الليسين 4 من الهيستون H3: وهو مسؤول عن كبح/إسكات النسخ. جزء طبيعي من نمو الخلية وتنظيم النسخ داخل بوليميراز الحمض النووي الريبي II. ^{[ 30 ]}
• Set2 – يقوم بمثيلة الليسين 36 من الهيستون H3: يشارك Set2 في تنظيم استطالة النسخ من خلال اتصاله المباشر مع CTD. ^{[ 31 ]} (مثال غير ذي صلة مثير للاهتمام: Dot1*‡ – يقوم بمثيلة الليسين 79 من الهيستون H3.)
• Bre1 – يوبيكويتين (يضيف اليوبيكويتين إلى) الليسين 123 من الهيستون H2B. يرتبط بالبدء المسبق ويسمح بارتباط بوليميراز الحمض النووي الريبي II.

قد يؤدي تلف الحمض النووي التأكسدي إلى إعاقة نسخ الحمض النووي الريبوزي بواسطة بوليميراز الحمض النووي الريبوزي II ، مما يتسبب في انقطاعات في السلسلة. وقد وُصفت عملية إعادة تركيب مرتبطة بالنسخ باستخدام قالب الحمض النووي الريبوزي، والتي يمكنها الحماية من تلف الحمض النووي. ^{[ 34 ]} خلال مرحلتي G1/G0 من دورة الخلية ، تُظهر الخلايا تجميع عوامل إعادة التركيب المتماثل عند انقطاعات السلسلة المزدوجة ضمن المناطق النشطة النسخ. ويبدو أن النسخ مرتبط بإصلاح انقطاعات السلسلة المزدوجة للحمض النووي عن طريق إعادة التركيب المتماثل باستخدام قالب الحمض النووي الريبوزي. تعمل عملية الإصلاح هذه بكفاءة ودقة على إعادة ربط انقطاعات السلسلة المزدوجة في الجينات التي يتم نسخها بنشاط بواسطة بوليميراز الحمض النووي الريبوزي II.

• النسخ في حقيقيات النوى
• التعديل ما بعد النسخ
• بوليميراز الحمض النووي الريبي الأول
• إنزيم بوليميراز الحمض النووي الريبي II الكامل
• بوليميراز الحمض النووي الريبي III
• النسخ (علم الوراثة)

• للمزيد من المعلومات، تفضل بزيارة مختبر بيركلي الوطني ( نسخة من موقع Wayback Machine ).
• RNA+بوليميراز+II في رؤوس الموضوعات الطبية (MeSH) التابعة للمكتبة الوطنية الأمريكية للطب